CN105485628A - 一种透镜、led模组及照明*** - Google Patents

Abstract

一种透镜、LED模组及照明***包括一个被照射面及至少一个照射该照射面的LED模组。所述LED模组包括一个透镜以及与该透镜配合的LED。所述透镜包括一个光轴，一个入射面，一个从该入射面凸起的出射曲面，一个沿所述光轴的对称截面以及一个与该对称截面垂直并沿所述光轴的旋转截面。所述对称截面与所述出射曲面相交的轮廓线的曲率半径连续递增或递减。所述出射曲面包括相对于所述对称截面相互对称的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面与所述旋转截面相交的相交线皆为一条四分之一椭圆的弧线约束线。所述弧线约束线对所到达的光线具有会聚作用。所述左出射面和右出射面为所述轮廓线以弧线约束线为轨迹扫描而成。本发明能够实现远近照度均匀一致。

Description

一种透镜、LED模组及照明***

技术领域

本发明涉及一种照明***，特别是一种出光均匀的透镜、LED模组及照明***。

背景技术

相比传统照明灯具，LED灯具具有体积小、能耗低且光效高的优点，因而LED灯具得以迅速推广应用。同时，人们也在不断的追求更佳的光照效果，因而也希望LED灯具能够满足各种照明需求。特别是在需要大面积、远距离照射的情况下，希望能够使得被照射区域的照度大致均匀一致。由于LED在封装时进行的第一次光学设计一般不能满足照明要求，因而需要通过透镜配合以进行二次光学设计而满足特定配光要求。根据光线照射的规律，相比较光线照射距离近的被照射区域，光线照射距离越远，散射越厉害，照射范围越大，因而被照射距离越远的区域照度越小。因而，LED的照射区域由近到远也存在着照度逐渐减弱的问题。

现有技术中，一般通过不同LED光源进行补光设计。一个LED光源的中心照度要比周边远距离照度大，因而通过另一个LED光源的照射区域以叠加而提高周边远距离的照度，从而使得周边远距离区域的照度与中心区域照度基本一致。这种实现照度均匀的方式需要合理设置不同LED光源的位置，才能够达到较好的照射效果，因而需要不断试验以调整至少两个不同LED光源的位置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够使得光线重新分配以使得光线照射的远和近的地方都具有照度一致的效果的透镜、LED模组和照明***，以解决上述技术问题。

一种透镜，包括一个光轴，一个用于接收光线的入射面，以及一个从所述入射面凸起以用于出射光线的出射曲面。所述透镜还包括一个沿所述光轴的对称截面以及一个与该对称截面垂直并沿所述光轴的旋转截面。所述对称截面与所述出射曲面相交的轮廓线的曲率半径连续递增或递减。所述出射曲面包括相对于所述对称截面相互对称的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分别与所述旋转截面相交的相交线皆为一条四分之一椭圆的弧线约束线。所述弧线约束线对到达的光线具有会聚作用。所述左出射面和右出射面为所述轮廓线以光轴上任一点为中心并以所述弧线约束线为运动轨迹扫描形成的曲面。

一种LED模组，包括一个LED以及一个与该LED配合以出光的透镜。所述透镜包括一个光轴，一个用于接收光线的入射面，以及一个从所述入射面凸起以用于出射光线的出射曲面。所述透镜还包括一个沿所述光轴的对称截面以及一个与该对称截面垂直并沿所述光轴的旋转截面。所述对称截面与所述出射曲面相交的轮廓线的曲率半径连续递增或递减。所述出射曲面包括相对于所述对称截面相互对称的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分别与所述旋转截面相交的相交线皆为一条四分之一椭圆的弧线约束线。所述弧线约束线对到达的光线具有会聚作用。所述左出射面和右出射面为所述轮廓线以光轴上任一点为中心并以所述弧线约束线为运动轨迹扫描形成的曲面。所述LED设置为与所述入射面相正对。

一种照明***，包括一个被照射面和至少一个LED模组。所述LED模组与所述被照射面间隔设置。所述LED模组包括一个LED和一个与该LED配合以出光的透镜。所述LED模组用于连续照射被照射面。所述透镜包括一个光轴，一个用于接收光线的入射面，以及一个从所述入射面凸起以用于出射光线的出射曲面。所述透镜还包括一个沿所述光轴的对称截面以及一个与该对称截面垂直并沿所述光轴的旋转截面。所述对称截面与所述出射曲面相交的轮廓线的曲率半径连续递增或递减。所述出射曲面包括相对于所述对称截面相互对称的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分别与所述旋转截面相交的相交线皆为一条四分之一椭圆的弧线约束线。所述弧线约束线对到达的光线具有会聚作用。所述左出射面和右出射面为所述轮廓线以光轴上任一点为中心并以所述弧线约束线为运动轨迹扫描形成的曲面。所述LED设置为与所述入射面相正对。

与现有技术相比，本发明透镜的左出射面和右出射面相对于对称截面相互对称，因而光线通过左出射面和右出射面后在被照射面的左右两边都具有照度一致的照射效果。而所述对称截面的与出射曲面相交的轮廓线的曲率半径大小沿着光线从近到远的照射方向递减而沿着相反方向递增，因而较多的光线偏向被照射面的较远一侧，从而弥补因照射距离较远而造成的较大光衰而达到被照射面的较远一侧具有与较近一侧照度一致的照射效果。因而，具有本发明透镜的LED模组通过单一透镜对光线分配就能达到照射面积大且照度均匀一致的光照效果，而不需要通过不同光源进行补光设计，方便应用推广而具有较高的应用价值。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1为本发明提供的一种透镜的立体示意图之一。

图2为图1所示的透镜的立体示意图之二。

图3为图1所示的透镜沿A-A线的剖面图。

图4为包括图3所示的透镜的LED模组照射被照射面的光路图。

图5为图3所示的透镜的对称截面与出射曲面相交的轮廓线的曲率半径的大小变化的示意图。

图6为图1所示的透镜沿B-B线的剖面。

图7为包括图6所述的透镜的LED模组照射被照射面的光路图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。

本发明照明***1000包括至少一个作为光源以出光的LED模组100以及一个被该LED模组100连续均匀照射的被照射面200。所述LED模组100包括一个透镜10和一个与该透镜10配合的LED（LightingEmittingDiode,发光二极管）20。请参阅图1及图2，所述透镜10包括一个光轴11，一个用于接收光线的入射面12，一个沿所述光轴11的对称截面13，一个与该对称截面13垂直并沿所述光轴11的旋转截面14，以及一个从所述入射面12凸起以用于出射光线的出射曲面15。可以想到的是，根据照射范围的需要，所述LED模组100可以作为灯具的唯一光源进行照射，也可以多个LED模组100组合组成的灯具进行照射。所述LED模组100可以作为照亮墙面的洗墙灯或者用于照射货架、展柜等。

请参阅1及图3，所述光轴11作为透镜10进行配光设计的基准导向，且在本实施例中作为描述所述透镜10的结构及位置的参照。可以理解的是，所述光轴11根据光源的出光中心线即该光源的光轴来设置，在本实施例中，根据所述LED20的出光中心线设置。因而在本实施例中，所述光轴11垂直于所述入射面12且穿过该入射面12的中心。需要说明的是，在本实施例中，引入所述光轴10用于方便说明透镜10的形状。由于所述透镜10为非旋转对称的异形透镜，使得LED20发出的光线经过该透镜10折射之后的出射光线不具有旋转对称性，因而在本发明中所述光轴11的含义是没有经过透镜10折射的裸光源LED20的发出光线的光轴在空间位置上与该透镜10重叠的矢量线。

请参阅图2，所述入射面12用于接收光线。所述入射面20可以设置为与光源相对，譬如可以设置为所述LED20相对以接收该LED20的光线。所述入射面12可以设置为一个平面，从而使得光线经过所述入射面12进入所述透镜10内部的折射具有规律性以便于所述出射曲面15的光学设计。

请参阅图3及图4，所述对称截面13作为下述出射曲面15的左出射面151和所述右出射面152的对称面。所述对称截面13沿所述光轴11设置，即所述光轴11位于所述对称截面13上。所述对称截面13还包括一条该对称截面13与所述出射曲面15相交而成的轮廓线131。所述对称截面13与所述出射曲面15相交的轮廓线131的曲率半径连续递增或递减。所述轮廓线131的曲率半径的大小连续递增或递减，指的是所述轮廓线131的曲率半径大小沿着一个方向上递增的而沿着相反方向则是递减的，即该轮廓线131的曲率半径的大小可以是单调且连续变化的。可以想到的是，所述轮廓线131的曲率半径越大，则说明轮廓线131的越平滑，即该轮廓线131的切线方向的夹角越小。而所述轮廓线131的曲率半径越小时，则说明该轮廓线131越陡峭，即该轮廓线131与其切线方向的夹角越大。在本实施例中，根据所述透镜10的设置方向，所述轮廓线131的曲率半径连续递减的方向即光线射向离透镜10较远的方向。

请参阅图4及图5，在本实施例中，在沿着所述轮廓线131的曲率半径的大小递减的方向，所述LED模组100从近到远处连续照射被照射面200。图5中所示的轮廓线131上a点的曲率半径为R，b点的曲率半径为r，且R大于r，则从a点到b点的方向即为曲率半径递减的方向。由于所述LED模组100适合设置在高处，以从高到低照射墙面或货架等，即从离该LED模组100近的地方射向远处。人站在地面，从低处到高处都能感受到照度均匀的照射效果。因而，需要说明的是，在本发明中如果没有特别的说明，本发明所提到的“上下”（或高低）指的是所述轮廓线131的曲率半径的从大到小的方向，“左右”指的是所述轮廓线131的曲率半径的递减的方向的左右两边。

请参阅图6及图7，所述旋转截面14与所述对称截面13相交且沿所述光轴11设置，因而所述旋转截面14与所述对称截面13将所述透镜10分为四份。可以想到的是，所述旋转截面14和所述对称截面13在与该旋转截面14和该对称截面13都垂直的面上的投影为一个“十”字。所述旋转截面14分别与下述出射曲面15的左出射面151和右出射面152相交为一条四分之一椭圆的弧线约束线141。所述弧线约束线141对到达该弧线约束线141的光线具有会聚作用。所述弧线约束线141的椭圆的长半轴位所述对称截面13上，而其短半轴位于所述入射面12上。所述弧线约束线141的椭圆的长半轴和短半轴的比例可以根据光照区域而调节，当需要照射面积较大时，该长、短半轴的比例更小，当需要照射面积较小时，该长、短半轴的比例变大。

请参阅图1、图3及图6，所述出射曲面15从所述入射面12凸起以用于出射光线。所述出射曲面15包括以所述对称截面13为对称面而相互对称的左出射面151和右出射面152。所述左出射面151和所述右出射面152为所述对称截面13与所述出射曲面15相交的轮廓线131以所述光轴11上任一点为中心并以所述弧线约束线141为运动轨迹扫描而形成的曲面。在本实施例中，由于所述弧线约束线141为四分之一椭圆，因而所述轮廓线131分别根据该弧线约束线141的运动轨迹旋转90度角，即扫描而形成所述左出射面151和右出射面152。所述弧线约束线141对到达该弧线约束线141的光线具有会聚的作用，因而所述左出射面151和右出射面152也具有会聚光线的作用的。所述出射曲面15可以进一步包括一个内凹曲面153，即该内凹曲面153朝所述光轴11的相反方向凹入。所述内凹曲面153的中心穿过所述光轴11。所述内凹曲面153平滑衔接所述左出射面151和右出射面152。所述内凹曲面153具有发散作用，能够将经过该内凹曲面153的光线分别偏向所述左出射面151和右出射面152，能够降低光轴11经过的所述出射曲面15的中心位置的光强而不至于出现较强光斑，从而使得所述出射曲面15的左右两边的照度更加均匀。在本实施例中，所述左出射面151和右出射面152的面积大于所述内凹曲面153的面积的十倍以上，从而使得所述出射曲面15与所述旋转截面14相交的弧线为内凹较小的马鞍形。

请参阅图6，所述透镜10还包括一个光源容置槽16。所述光源容置槽16沿着所述对称截面13与所述入射面12相交的交线方向开设在该入射面12上。所述光源容置槽16可以进一步减少所述LED20的出光损失，使得LED20出射的光线尽量经过所述透镜10出射。可以理解的是，所述光源容置槽16用于容置所述LED20，因而该光源容置槽16的位置根据所述光轴11的位置而确定，即在所述入射面12的中心。所述光源容置槽16可以为一个与所述对称截面13垂直相交开设的弧形槽，也可以为一个沉孔。在本实施例中，所述光源容置槽16可以贯穿开设为一个弧形槽，从而使得上下照度均匀。所述光源容置槽16沿着与所述光轴11垂直的方向开设在所述入射面12上。为了使得所述左出射面151和右出射面152接收到更多的光线且更均匀分布，所述光源容置槽16的弧形槽可以进一步设置为该光源容置槽16的横截面积大小从中间向两端递减。所述LED20设置在该光源容置槽16的中心位置。所述光源容置槽16的中间横截面积大的地方用于容置所述LED20，从而使得该LED20的光线进一步向着横截面积小的两端分配。因而，所述光源容置槽16的弧形槽的设置可以光效提升的同时又能进一步使得光线均匀分布。

请参阅图4及图7，所述LED20作为LED模组100的光源以发出光线。所述LED20的型号、规格等参数都为现有技术，在此就不予赘述。所述LED20可以以任意方式设置在所述透镜10的入射面12上，譬如通过一个支架将LED20设置为与所述透镜10的入射面12正对。在本实施例中，所述透镜10的出光设计是与所述LED20的位置设置相配合的。为了充分利用光线达到最大光效，所述LED20设置在所述入射面12的中心位置，即所述光轴11与所述LED20的光轴重合。所述LED20可以通过支架等设置为与所述入射面12的中心位置相正对（图中未示出），即使得所述LED20的光轴与所述光轴11重合。在本实施例中，为了充分光线以提高光效，所述LED20设置在所述光源容置槽16内。

请再参阅图4及图7，所述被照射面200是所述LED模组100照射的区域。所述被照射面200可以为墙面。为了使得被照射面200的照亮面积更大，且光照效果更好。当以所述被照射面200为参照时，譬如所述被照射面200为竖直设置的墙面时，所述发光模组100向下倾斜设置，从而使得离所述发光模组100向下照射的范围更广。所述发光模组100向下倾斜设置即所述光轴11没有与所述被照射面相正对而偏离，从而使得所述光轴11与所述被照射面200的夹角为锐角。所述光轴11偏离的程度，即所述光轴11与所述被照射面200之间的夹角可以根据实际照射面积的需要而调整。可以想到的是，如图6及图7所示，所述光轴11投影在与所述被照射面200垂直的面上，因而在纸面上显示的图6及图7中的光轴11垂直于所述被照射面200。

与现有技术相比，本发明透镜10的左出射面151和右出射面152相对于对称截面13相互对称，因而光线通过左出射面151和右出射面152后在被照射面200的左右两边都具有照度一致的照射效果。而所述对称截面13的与出射曲面15相交的轮廓线131的曲率半径大小沿着光线从近到远的照射方向递减而沿着相反方向递增，因而较多的光线偏向被照射面200的较远一侧，从而弥补因照射距离较远而造成的较大光衰而达到被照射面200的较远一侧具有与较近一侧照度一致的照射效果。因而，具有本发明透镜10的LED模组100通过单一透镜10对光线分配就能达到照射面积大且照度一致的光照效果，不需要通过不同光源进行补光设计，方便应用推广而具有较高的应用价值。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种透镜，包括一个光轴，一个用于接收光线的入射面，以及一个从所述入射面凸起以用于出射光线的出射曲面，其特征在于：所述透镜还包括一个沿所述光轴的对称截面以及一个与该对称截面垂直并沿所述光轴的旋转截面，所述对称截面与所述出射曲面相交的轮廓线的曲率半径连续递增或递减，所述出射曲面包括相对于所述对称截面相互对称的左出射面和右出射面，所述左出射面和右出射面与所述旋转截面相交的相交线皆为一条四分之一椭圆的弧线约束线，所述弧线约束线对所到达的光线具有会聚作用，所述左出射面和右出射面为所述轮廓线以光轴上任一点为中心并以所述弧线约束线为运动轨迹扫描形成的曲面。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述出射曲面还包括一个所述左出射面和右出射面之间的内凹曲面，所述内凹曲面用于平滑衔接所述左出射面和所述右出射面，所述光轴穿过所述内凹曲面的中心。

3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述入射面为平面。

4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于：所述透镜还包括一个光源容置槽，所述光源容置槽开设在所述入射面上。

5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于：所述光源容置槽为一个弧形槽，该光源容置槽沿与所述光轴垂直的方向贯穿开设。

6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述光源容置槽的横截面积大小从中间向两端递减。

7.一种LED模组，包括一个LED，其特征在于：所述LED模组还包括根据权利要求1所述的透镜，所述LED的光轴与所述透镜的光轴重合。

8.一种LED模组，包括一个LED，其特征在于：所述LED模组还包括根据权利要求4、5或6中任一项所述的透镜，所述LED设置在所述透镜的光源容置槽内，且所述LED的光轴与所述透镜的光轴重合。

9.一种照明***，包括一个被照射面，其特征在于：所述照明***包括至少一个根据权利要求7或8所述的LED模组，所述LED模组与所述被照射面间隔设置，所述LED模组出射的光线沿着所述轮廓线的曲率半径递减的方向由近到远连续照射所述被照射面。

10.根据权利要求9所述的照明***，其特征在于：所述光轴与所述被照射面之间呈一个夹角，该夹角为一个锐角。