[發明專利]一種可實現圓形光斑和方形光斑變換的LED光學結構

有效

• 申請號: 201610023843.2
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105465646B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 楊志偉;葉少軍;馬佳南;湯燕軍
• 申請（專利權）人: 浙江晶日照明科技有限公司
• 主分類號: F21K9/69
• 分類號: F21K9/69;F21V5/04;F21V17/10;F21Y115/10
• 代理公司: 杭州新源專利事務所(普通合伙) 33234
• 代理人: 鄭雙根

本發明公開了一種可實現圓形光斑和方形光斑變換的LED光學結構，包括一個可實現圓形光斑的第一透鏡（1），第一透鏡（1）上連接有可拆卸的第二透鏡（3），第二透鏡（3）與第一透鏡（1）同軸安裝；且第一透鏡（1）和第二透鏡（3）的疊加效果可實現方形光斑，通過拆卸或安裝第二透鏡（3）實現圓形光斑和方形光斑的變換。本發明可以適應不同場合對光斑形狀的不同要求，而且光斑照度均勻，即使是在出射光線小角度發散的聚光情況下，也能實現均勻配光的效果，還可有效用于LED光源尺寸較大的情況。

技術領域

本發明涉及一種可實現圓形光斑和方形光斑變換的LED光學結構，屬于照明設備技術領域。

背景技術

由于發光二極管(light emitting diode,簡稱LED)具備壽命長、能耗低、小巧、輕便、高效等諸多優點，在各個領域得到了廣泛的應用，如景觀照明、道路照明、投影機以及室內照明等。但是，由于LED光源制造商通常僅生產90度、120度、170度等有限幾種配光的LED，發散角度比較大，并且LED光源的發光形狀為近似郎伯分布，光能量在中心處(0度)最強，角度越大光強越弱，當裸光源直接用于照明時，會產生被照面中心照度高、周圍照度低的問題。為了有效控制LED光束，改善光照的均勻度，提高被照面的光通量，配之以輔助光學器件進行二次配光設計就顯得尤為必要。

此外，隨著LED芯片和封裝技術的提高，LED的發光效率得到了迅速的提升，其應用范圍和領域正在急劇延伸。這除了對均勻度、眩光控制等光照品質提出更高的要求以外，必然還對光斑覆蓋的范圍和形狀提出多樣化的要求，以滿足不同應用領域對光斑形狀的不同要求。

目前，LED光源的光分布一般具有中心對稱的特點，所投下的光斑大多為圓形。以此為基礎，市面上常見的二次配光元件如透鏡、反光杯等的配光結果一般可分為兩類：一類是以準直透鏡為代表，出射角度一般小于90度，廣泛應用于泛光燈、投光燈照明中。這類透鏡一般僅改變光的出射角度和均勻度，而光斑仍保持原來的圓形形狀。另一類以花生米透鏡為代表，一般在某一方向的出射角度大于90度，不僅改變光線的出射角度和均勻度，還將光斑由圓形轉換為矩形，這類透鏡廣泛應用于隧道、道路照明中。但是，在出射角度小于90度的第一類透鏡中，鮮有出射光斑為方形的照度均勻的透鏡。

而在某些應用領域，方形光斑比圓形光斑具有更大的優勢。比如在廣告照明中,常常碰到需要方形光斑照明的情況。再比如在影視舞臺照明、閃光燈、投影儀當中，燈具布光對象主要是人物和舞臺，記錄設備的取景器和我們看到的畫面都是方的。在這些應用領域中，為了產生方形光斑，通常采用裁截的方式，即使用方形的光柵，將光源發出的光裁剪成方形。這種方式必然以損失一部分光能為代價，因此浪費了能源。此外，在一些使用場合中，比如室內照明中的地面、工作面，通常不希望使用太多的燈具，但又希望照度能夠均勻。如果采用被照面為圓形、橢圓形等光斑形狀時，在不增加燈具數量的情況下，在相鄰燈具的銜接處，勢必會出現暗區和照射盲點，而難以保證被照面的照度均勻性，從而很難達到客戶的使用要求，而采用正方形的照射光斑則可以得到良好的結果。

現有技術中，專利CN102287754A中公開了一種正方形均勻光斑透鏡的設計方法，但這種透鏡出射角度較大，并不適合用在出射角度較小的投光燈、泛光燈照明中；專利CN102679266 A公開了一種呈矩形光斑均勻分布的LED二次配光透鏡的實現方法，但這種方法是針對點光源的，而實際大功率LED光源都是具有一定形狀尺寸的。當光源尺寸較大時，目標面的光斑會出現較大的惡化，因此，其應用受到一定的限制。

在燈具的制造和生產過程中，人們總是希望通過光學結構上的最少改動，來實現不同的照明目標。由于圓形光斑和方形光斑是照明應用中最為廣泛的兩種形狀，而矩形光斑則可以通過方形光斑的疊加來實現。因此，實現光斑在圓形和方形之間的轉換，對于燈具的制造和生產具有十分重要的意義。

發明內容