一種透鏡、led模組及照明系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)，特別是一種出光均勻的透鏡、LED模組及照明系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相比傳統(tǒng)照明燈具，LED燈具具有體積小、能耗低且光效高的優(yōu)點(diǎn)，因而LED燈具得以迅速推廣應(yīng)用。同時(shí)，人們也在不斷的追求更佳的光照效果，因而也希望LED燈具能夠滿(mǎn)足各種照明需求。特別是在需要大面積、遠(yuǎn)距離照射的情況下，希望能夠使得被照射區(qū)域的照度大致均勻一致。由于LED在封裝時(shí)進(jìn)行的第一次光學(xué)設(shè)計(jì)一般不能滿(mǎn)足照明要求，因而需要通過(guò)透鏡配合以進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)而滿(mǎn)足特定配光要求。根據(jù)光線(xiàn)照射的規(guī)律，相比較光線(xiàn)照射距離近的被照射區(qū)域，光線(xiàn)照射距離越遠(yuǎn)，散射越厲害，照射范圍越大，因而被照射距離越遠(yuǎn)的區(qū)域照度越小。因而，LED的照射區(qū)域由近到遠(yuǎn)也存在著照度逐漸減弱的問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過(guò)不同LED光源進(jìn)行補(bǔ)光設(shè)計(jì)。一個(gè)LED光源的中心照度要比周邊遠(yuǎn)距離照度大，因而通過(guò)另一個(gè)LED光源的照射區(qū)域以疊加而提高周邊遠(yuǎn)距離的照度，從而使得周邊遠(yuǎn)距離區(qū)域的照度與中心區(qū)域照度基本一致。這種實(shí)現(xiàn)照度均勻的方式需要合理設(shè)置不同LED光源的位置，才能夠達(dá)到較好的照射效果，因而需要不斷試驗(yàn)以調(diào)整至少兩個(gè)不同LED光源的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種能夠使得光線(xiàn)重新分配以使得光線(xiàn)照射的遠(yuǎn)和近的地方都具有照度一致的效果的透鏡、LED模組和照明系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0005]一種透鏡，包括一個(gè)光軸，一個(gè)用于接收光線(xiàn)的入射面，以及一個(gè)從所述入射面凸起以用于出射光線(xiàn)的出射曲面。所述透鏡還包括一個(gè)沿所述光軸的對(duì)稱(chēng)截面以及一個(gè)與該對(duì)稱(chēng)截面垂直并沿所述光軸的旋轉(zhuǎn)截面。所述對(duì)稱(chēng)截面與所述出射曲面相交的輪廓線(xiàn)的曲率半徑連續(xù)遞增或遞減。所述出射曲面包括相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)截面相互對(duì)稱(chēng)的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分別與所述旋轉(zhuǎn)截面相交的相交線(xiàn)皆為一條四分之一橢圓的弧線(xiàn)約束線(xiàn)。所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)對(duì)到達(dá)的光線(xiàn)具有會(huì)聚作用。所述左出射面和右出射面為所述輪廓線(xiàn)以光軸上任一點(diǎn)為中心并以所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)為運(yùn)動(dòng)軌跡掃描形成的曲面。
[0006]一種LED模組，包括一個(gè)LED以及一個(gè)與該LED配合以出光的透鏡。所述透鏡包括一個(gè)光軸，一個(gè)用于接收光線(xiàn)的入射面，以及一個(gè)從所述入射面凸起以用于出射光線(xiàn)的出射曲面。所述透鏡還包括一個(gè)沿所述光軸的對(duì)稱(chēng)截面以及一個(gè)與該對(duì)稱(chēng)截面垂直并沿所述光軸的旋轉(zhuǎn)截面。所述對(duì)稱(chēng)截面與所述出射曲面相交的輪廓線(xiàn)的曲率半徑連續(xù)遞增或遞減。所述出射曲面包括相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)截面相互對(duì)稱(chēng)的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分別與所述旋轉(zhuǎn)截面相交的相交線(xiàn)皆為一條四分之一橢圓的弧線(xiàn)約束線(xiàn)。所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)對(duì)到達(dá)的光線(xiàn)具有會(huì)聚作用。所述左出射面和右出射面為所述輪廓線(xiàn)以光軸上任一點(diǎn)為中心并以所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)為運(yùn)動(dòng)軌跡掃描形成的曲面。所述LED設(shè)置為與所述入射面相正對(duì)。
[0007]一種照明系統(tǒng)，包括一個(gè)被照射面和至少一個(gè)LED模組。所述LED模組與所述被照射面間隔設(shè)置。所述LED模組包括一個(gè)LED和一個(gè)與該LED配合以出光的透鏡。所述LED模組用于連續(xù)照射被照射面。所述透鏡包括一個(gè)光軸，一個(gè)用于接收光線(xiàn)的入射面，以及一個(gè)從所述入射面凸起以用于出射光線(xiàn)的出射曲面。所述透鏡還包括一個(gè)沿所述光軸的對(duì)稱(chēng)截面以及一個(gè)與該對(duì)稱(chēng)截面垂直并沿所述光軸的旋轉(zhuǎn)截面。所述對(duì)稱(chēng)截面與所述出射曲面相交的輪廓線(xiàn)的曲率半徑連續(xù)遞增或遞減。所述出射曲面包括相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)截面相互對(duì)稱(chēng)的左出射面和右出射面。所述左出射面和右出射面分別與所述旋轉(zhuǎn)截面相交的相交線(xiàn)皆為一條四分之一橢圓的弧線(xiàn)約束線(xiàn)。所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)對(duì)到達(dá)的光線(xiàn)具有會(huì)聚作用。所述左出射面和右出射面為所述輪廓線(xiàn)以光軸上任一點(diǎn)為中心并以所述弧線(xiàn)約束線(xiàn)為運(yùn)動(dòng)軌跡掃描形成的曲面。所述LED設(shè)置為與所述入射面相正對(duì)。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明透鏡的左出射面和右出射面相對(duì)于對(duì)稱(chēng)截面相互對(duì)稱(chēng)，因而光線(xiàn)通過(guò)左出射面和右出射面后在被照射面的左右兩邊都具有照度一致的照射效果。而所述對(duì)稱(chēng)截面的與出射曲面相交的輪廓線(xiàn)的曲率半徑大小沿著光線(xiàn)從近到遠(yuǎn)的照射方向遞減而沿著相反方向遞增，因而較多的光線(xiàn)偏向被照射面的較遠(yuǎn)一側(cè)，從而彌補(bǔ)因照射距離較遠(yuǎn)而造成的較大光衰而達(dá)到被照射面的較遠(yuǎn)一側(cè)具有與較近一側(cè)照度一致的照射效果。因而，具有本發(fā)明透鏡的LED模組通過(guò)單一透鏡對(duì)光線(xiàn)分配就能達(dá)到照射面積大且照度均勻一致的光照效果，而不需要通過(guò)不同光源進(jìn)行補(bǔ)光設(shè)計(jì)，方便應(yīng)用推廣而具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0009]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
圖1為本發(fā)明提供的一種透鏡的立體示意圖之一。
[0010]圖2為圖1所示的透鏡的立體示意圖之二。
[0011]圖3為圖1所示的透鏡沿A-A線(xiàn)的剖面圖。
[0012]圖4為包括圖3所示的透鏡的LED模組照射被照射面的光路圖。
[0013]圖5為圖3所示的透鏡的對(duì)稱(chēng)截面與出射曲面相交的輪廓線(xiàn)的曲率半徑的大小變化的示意圖。
[0014]圖6為圖1所示的透鏡沿B-B線(xiàn)的剖面。
[0015]圖7為包括圖6所述的透鏡的LED模組照射被照射面的光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下基于附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]本發(fā)明照明系統(tǒng)1000包括至少一個(gè)作為光源以出光的LED模組100以及一個(gè)被該LED模組100連續(xù)均勻照射的被照射面200。所述LED模組100包括一個(gè)透鏡10和一個(gè)與該透鏡10配合的LEDCLighting Emitting D1de,發(fā)光二極管)20。請(qǐng)參閱圖1及圖2,所述透鏡10包括一個(gè)光軸11，一個(gè)用于接收光線(xiàn)的入射面12，一個(gè)沿所述光軸11的對(duì)稱(chēng)截面13，一個(gè)與該對(duì)稱(chēng)截面13垂直并沿所述光軸11的旋轉(zhuǎn)截面14，以及一個(gè)從所述入射面12凸起以用于出射光線(xiàn)的出射曲面15。可以想到的是，根據(jù)照射范圍的需要，所述LED模組100可以作為燈具的唯一光源進(jìn)行照射，也可以多個(gè)LED模組100組合組成的燈具進(jìn)行照射。所述LED模組100可以作為照亮墻面的洗墻燈或者用于照射貨架、展柜等。
[0018]請(qǐng)參閱1及圖3，所述光軸11作為透鏡10進(jìn)行配光設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)導(dǎo)向，且在本實(shí)施例中作為描述所述透鏡10的結(jié)構(gòu)及位置的參照。可以理解的是，所述光軸11根據(jù)光源的出光中心線(xiàn)即該光源的光軸來(lái)設(shè)置，在本實(shí)施例中，根據(jù)所述LED20的出光中心線(xiàn)設(shè)置。因而在本實(shí)施例中，所述光軸11垂直于所述入射面12且穿過(guò)該入射面12的中心。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，引入所述光軸10用于方便說(shuō)明透鏡10的形狀。由于所述透鏡10為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的異形透鏡，使得LED20發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)該透鏡10折射之后的出射光線(xiàn)不具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性，因而在本發(fā)明中所述光軸11的含義是沒(méi)有經(jīng)過(guò)透鏡10折射的裸光源LED20的發(fā)出光線(xiàn)的光軸在空間位置上與該透鏡10重疊的矢量線(xiàn)。
[0019]請(qǐng)參閱圖2，所述入射面12用于接收光線(xiàn)。所述入射面20可以設(shè)置為與光源相對(duì)，譬如可以設(shè)置為所述LED20相對(duì)以接收該LED20的光線(xiàn)。所述入射面12可以設(shè)置為一個(gè)平面，從而使得光線(xiàn)經(jīng)過(guò)所述入射面12進(jìn)入所述透鏡10內(nèi)部的折射具有規(guī)律性以便于所述出射曲面15的光學(xué)設(shè)計(jì)。
[0020]請(qǐng)參閱圖3及圖4，所述對(duì)稱(chēng)截面13作為下述出射曲面15的左出射面151和所述右出射面152的對(duì)稱(chēng)面。所述對(duì)稱(chēng)截面13沿所述光軸11設(shè)置，即所述光軸11位于所述對(duì)稱(chēng)截面13上。所述對(duì)稱(chēng)截面13還包括一條該對(duì)稱(chēng)截面13與所述出射曲面15相交而成的輪廓線(xiàn)131。所述對(duì)稱(chēng)截面13與所述出射曲面15相交的輪廓線(xiàn)131的曲率半徑連續(xù)遞增或遞減。所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑的大小連續(xù)遞增或遞減，指的是所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑大小沿著一個(gè)方向上遞增的而沿著相反方向則是遞減的，即該輪廓線(xiàn)131的曲率半徑的大小可以是單調(diào)且連續(xù)變化的。可以想到的是，所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑越大，則說(shuō)明輪廓線(xiàn)131的越平滑，即該輪廓線(xiàn)131的切線(xiàn)方向的夾角越小。而所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑越小時(shí)，則說(shuō)明該輪廓線(xiàn)131越陡峭，即該輪廓線(xiàn)131與其切線(xiàn)方向的夾角越大。在本實(shí)施例中，根據(jù)所述透鏡10的設(shè)置方向，所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑連續(xù)遞減的方向即光線(xiàn)射向離透鏡10較遠(yuǎn)的方向。
[0021]請(qǐng)參閱圖4及圖5，在本實(shí)施例中，在沿著所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑的大小遞減的方向，所述LED模組100從近到遠(yuǎn)處連續(xù)照射被照射面200。圖5中所示的輪廓線(xiàn)131上a點(diǎn)的曲率半徑為R，b點(diǎn)的曲率半徑為r，且R大于r，則從a點(diǎn)到b點(diǎn)的方向即為曲率半徑遞減的方向。由于所述LED模組100適合設(shè)置在高處，以從高到低照射墻面或貨架等，即從離該LED模組100近的地方射向遠(yuǎn)處。人站在地面，從低處到高處都能感受到照度均勻的照射效果。因而，需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中如果沒(méi)有特別的說(shuō)明，本發(fā)明所提到的“上下”(或高低)指的是所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑的從大到小的方向，“左右”指的是所述輪廓線(xiàn)131的曲率半徑的遞減的方向的左右兩邊。
[0022]請(qǐng)參閱圖6及圖7，所述旋轉(zhuǎn)截面14與所述對(duì)稱(chēng)截面13相