LED照明单元及光学系统技术方案

本发明专利技术公开采用自由曲面光学透镜LED照明单元，其特征在于，包含有，LED光源、自由曲面光学透镜和平面灯罩。本发明专利技术的有益效果在于：实现了暖色温高亮度特定出射角度的LED照明系统，并利用光学元件的特性，实现了LED照明的光路设计，提高了此光路设计的可靠性，光路设计结构简单，节省设计空间。

LED lighting unit and optical system

【技术实现步骤摘要】
LED照明单元及光学系统
本专利技术涉及LED照明单元及光学系统。
技术介绍
LED作为直流无闪频、高光效的新一代照明光源，在书写照明应用上具有极大的潜力。LED具有节能、高效、环保及寿命长的显著优势，是全球最具发展前景的高新
之一。LED作为发光面较小的光源，适合于配光以及二次光学优化设计，能较准确控制出射光线方向，提高光利用率、照度均匀度，能有效防止眩光、光污染等。对于一般的LED照明系统，通常使用传统透镜或反光杯可以满足要求。但对于XY方向非对称配光的照明系统，传统回转对称的光学元件很难兼顾光斑形状、均匀性和系统的光学效率，这时候就需要采用非对称配光的自由曲面光学元件。自由曲面通常是指那些非回转对称的、不规则的、或者不能用数学方程式表示的曲面。自由曲面二次光学的设计技术是一门交叉学科，它突破了传统光学的概念，将光学和复杂的三维空间机械曲面完整地整合在一起，其可以将复杂的系统整合到一个元件上。在照明系统中，自由曲面二次光学元件不仅可以提高光能的利用，而且可以实现严格角度的配光，可以对所有从LED发出的每一度数的光线进行重新分配，实现很高的光学效率和很好的光斑均匀度。
技术实现思路
为了克服现有技术中传统回转对称的光学元件很难兼顾光斑形状、均匀性和系统的光学效率的问题，本专利技术提供一种新型的LED照明单元及光学系统。为了实现这一目的，本专利技术的技术方案如下：LED照明单元，包含有，LED光源印制板，其顶面具有LED光源；自由曲面光学透镜，其被置于所述LED光源印制板的上方，所述自由曲面光学透镜的底面为其入射面，所述自由曲面光学透镜的顶面为其出射面，所述自由曲面光学透镜的底面对应于所述LED光源；以及，平面灯罩，其被置于所述自由曲面透镜的上方；其中，所述LED光源用于出射光束；所述自由曲面光学透镜用于接收来自所述LED光源的光束，对光束整形，并出射整形后光束；所述平面灯罩用于接收整形后光束，对整形后光束进一步整形，并出射进一步整形后光束。作为LED照明单元的优选方案，所述自由曲面光学透镜的顶面形成有折光棱镜部。作为LED照明单元的优选方案，所述自由曲面光学透镜的顶面形成有微结构部。作为LED照明单元的优选方案，所述平面灯罩的顶面形成有折光棱镜部。作为LED照明单元的优选方案，所述LED光源为暖色温光源。作为LED照明单元的优选方案，所述自由曲面光学透镜为TIR光学透镜，其内曲面为非对称自由曲面。本专利技术还提供一种光学系统，阵列有LED照明单元。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：实现暖色温高亮度特定出射角度的LED照明系统，并利用光学元件的特性，实现简单紧凑的LED照明的光路设计，提高此光路设计的可靠性，光路设计结构简单，节省设计空间。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本专利技术所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术实施例1的结构示意图。图2为本专利技术实施例2的结构示意图。图3为本专利技术实施例3的结构示意图。图4为本专利技术实施例4的结构示意图。图5为本专利技术的LED照明单元光学系统设计排布图。图6为本专利技术实施例5的结构示意图。具体实施方式下面通过具体的实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1：图1中包括LED光源印制板1、LED光源10、自由曲面透镜2、平面灯罩3等零部件。具体的光路设计为LED光源10，通过自由曲面透镜2对LED光源10的光束进行整形，整形后的光束在XY轴方向的光分布达到特定要求。自由曲面透镜2内表面为非对称分布，可对通过自由曲面透镜2的光束进一步整形，以达到特定光分布的要求。自由曲面透镜2为TIR光学透镜，其内曲面为非对称自由曲面，具体的设计形式可根据实际需要而定。所述自由曲面透镜2关于非对称自由曲面的设计，为本领域技术人员的熟知技术。实施例2：图2中包括LED光源印制板1、LED光源10、自由曲面透镜2、平面灯罩3折光棱镜4等零部件。具体的光路设计为LED光源10，通过自由曲面透镜2对LED光源10的光束进行整形，整形后的光束通过折光棱镜4进行进一步整形，通过上述光学元件整形后的出射光束通过平面灯罩3后在XY轴方向的光分布达到特定要求。自由曲面透镜2内表面为自由曲面非对称分布，折光棱镜4以特定序列排列可对通过自由曲面透镜2的光束进一步整形，以达到特定光分布的要求。实施例3：图3中包括LED光源印制板1、LED光源10、自由曲面透镜2、平面灯罩3等零部件。具体的光路设计为LED光源10，通过自由曲面透镜2对LED光源10的光束进行整形，整形后的光束在XY轴方向的光分布达到特定要求。自由曲面透镜2内表面为对称分布，上表面微结构4可对通过自由曲面透镜2的光束进一步整形，以达到特定光分布的要求。图2为光路设计的剖切图，进一步说明LED光源10通过自由曲面透镜2的聚焦整形最终达到平面灯罩3表面，并通过平面灯罩3出射。实施例4：图4中包括LED光源印制板1、LED光源10、自由曲面透镜2、平面灯罩3等零部件。具体的光路设计为LED光源10，通过自由曲面透镜2对LED光源10的光束进行整形，整形后的光束在XY轴方向的光分布达到特定要求。自由曲面透镜2内表面为非对称分布，可对通过自由曲面透镜2的光束进一步整形，以达到特定光分布的要求。所述自由曲面透镜3为TIR光学透镜，其内曲面为非对称自由曲面，具体的设计形式可根据实际需要而定。所述自由曲面透镜3关于非对称自由曲面的设计，为本领域技术人员的熟知技术。实施例1至4中，请参见图5，LED光源10均可阵列分布。实施例5：图6中，一种光源系统，可以是着陆滑行灯，具有复数个LED照明单元。以上仅表达了本专利技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LED照明单元，其特征在于，包含有，/nLED光源印制板，其顶面具有LED光源；/n自由曲面光学透镜，其被置于所述LED光源印制板的上方，所述自由曲面光学透镜的底面为其入射面，所述自由曲面光学透镜的顶面为其出射面，所述自由曲面光学透镜的底面对应于所述LED光源；以及，/n平面灯罩，其被置于所述自由曲面透镜的上方；/n其中，所述LED光源用于出射光束；所述自由曲面光学透镜用于接收来自所述LED光源的光束，对光束整形，并出射整形后光束；所述平面灯罩用于接收整形后光束，对整形后光束进一步整形，并出射进一步整形后光束。/n

【技术特征摘要】
1.LED照明单元，其特征在于，包含有，
LED光源印制板，其顶面具有LED光源；
自由曲面光学透镜，其被置于所述LED光源印制板的上方，所述自由曲面光学透镜的底面为其入射面，所述自由曲面光学透镜的顶面为其出射面，所述自由曲面光学透镜的底面对应于所述LED光源；以及，
平面灯罩，其被置于所述自由曲面透镜的上方；
其中，所述LED光源用于出射光束；所述自由曲面光学透镜用于接收来自所述LED光源的光束，对光束整形，并出射整形后光束；所述平面灯罩用于接收整形后光束，对整形后光束进一步整形，并出射进一步整形后光束。


2.根据权利要求1所述的LED照明单元，其特征在于，所述自由曲面光学透...

【专利技术属性】
技术研发人员：张尚婷，王媛，
申请(专利权)人：上海航空电器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31