CN107131433A - 防眩光led光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防眩光LED光学组件，其包括一透明体和一掩光体；所述透明体为轴对称体，透明体内部具有透光性，光线可在透明体内传播；透明体具有围绕对称轴环向设置的外周侧面，以及相对设置的上、下端面；透明体的下端面设有一凹腔，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔顶部设有一沿轴向方向的孔；所述掩光体为不透光体，其包括一用于插入所述孔的消光柱；还包括多个消光翼片，所述消光翼片设于消光柱的端部或周侧，并沿穿过消光柱的平面方向向外周延伸。

Description

防眩光LED光学组件

技术领域

本发明属于LED光学系统配件的技术领域，具体涉及一种防眩光LED光学组件。

背景技术

LED照明芯片已经是较为广泛应用的照明技术，LED芯片经过初步的封装后已经完成了初次配光，由封装组件完成，初次配光后具有一定的随机设计的发光角度，在应用于照明灯具上时，往往还需要再次配光，即二次配光，以根据具体照明场景的应用需求完成配光设计，比如室内照明、路灯照明、舞台照明、景观照明等。

现有技术中常见的照明问题是眩光的问题，即对于照明而言局部位置的光线会特别刺激人眼，从而让人眼产生不适。考虑眩光的机理，LED光源由于自身发光角度的原因，通常是靠近中心法线方向的光线较强，然后向周边亮度递减；在对LED进行配光时，虽然已经考虑了均匀化的配光设计，但仍难免位于中心法线及其附近的眩光问题，照明效果不佳。针对这种问题，现有技术中往往是在配光配件的出光表面设计一些磨砂结构，柔化出光，在一定程度上缓解了眩光的问题，但不能彻底，而且经过磨砂面后，光强被消弱，导致二次问题，这种方法仍然存在缺陷。

在另一个汇聚照明领域，例如舞台、景观照明等，全反射聚光型配光组件是使用最广泛的光学配件，对于小角度射灯的光学需求而言，需要更加纯净的光，即希望在照明范围以外没有多余的杂散光以及虚光。然而，在全反射聚光型配光组件中，主要造成杂散光的机制在于中间发出的光线无法得到有效控制，容易形成角度很大的虚光；另一方面，由于全反射型配光配件的内腔对入射光线的菲涅尔损耗式的反射光，造成了反射光从另一侧进入全反射型配光配件内部形成无法控制的光线，从而造成杂散光。

发明内容

本发明的目的在于针对上述提到的现有技术问题，设计一种新的防眩光LED光学组件。

为实现本发明的目的所采用的技术方案之一为：防眩光LED光学组件，包括一透明体和一掩光体；所述透明体为轴对称体，透明体内部具有透光性，光线可在透明体内传播；透明体具有围绕对称轴环向设置的外周侧面，以及相对设置的上、下端面；透明体的下端面设有一凹腔，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔顶部设有一沿轴向方向的孔；所述掩光体为不透光体，其包括一用于插入所述孔的消光柱；还包括多个消光翼片，所述消光翼片设于消光柱的端部或周侧，并沿穿过消光柱的平面方向向外周延伸。

本发明的光学组件，在使用时，LED光源对准下端面的凹腔安装，必要时光源的发光面深入凹腔内部但位于消光翼片的下端之下，光线从光源的出光面射出后进入凹腔内，大部分光线会从凹腔的内壁射入透明体的内部，在透明体内部经过若干次反射或全反射后从透明体的上端面射出，大部分射出的光线设计成垂直于上端面射出，经过透明体的配光后形成汇聚光的效果。然而LED光源是面光源(或立体光源)而非点光源，其少部分光线会不按上述路径走，这些光有的会跨越较远区域，从发光区域射入距离较远的凹腔内壁，而不是就近射入距离最近的凹腔内壁，还有的光射在凹腔内壁后不进入透明体内，反而反射回凹腔内形成干扰，甚至部分被凹腔内壁反射的光并没有在轴线平面内，偏离了配光设计的计算路径，以上计算路径以外的光将形成干扰光，大大影响配光效果。本发明的掩光体解决了上述问题，掩光体为不透光体甚至可以采用吸光材料制成，消光柱和消光翼片从轴向方向上首先消去了中心方向的强光，其次向外周延伸的消光翼片消掉了大部分被凹腔内壁反射回凹腔的杂散光，同时采用片状结构，片状方向位于穿过轴心的平面内，而且片状结构越薄越好，这样就尽量不会挡住自LED光源中心向外周辐射的光线强度，保证了光照强度；本发明的方案特别是对于解决汇聚型配光组件的眩光、杂散光问题特别良好。

优选的，所述孔贯穿凹腔的顶部和透明体上端面。

孔的径向宽度小于凹腔，中心与所述对称轴重合设置，对称轴的方向与上端面的法线方向相同。

优选的，所述掩光体上端还设有一消光帽，消光帽设于消光柱的上端，消光帽的径向宽度大于所述孔，消光帽位于所述孔之外并覆盖在所述孔的上端。

消光帽贴在透明体的上端面上。消光帽可以是与消光柱一体成型，也可以否；消光帽最好也设置为不透光，不过单纯将消光帽部分设置为透明的也可以，这种方案也在本发明的范围内。

优选的，当消光柱插入所述孔时，所述消光翼片延伸至所述凹腔内；消光翼片的底端向下不超过出所述凹腔以外。

进一步的，消光翼片的底端向下不超过所述凹腔高度值的2/3。

优选的，所述消光翼片的上端连接于消光柱的下端，多个消光翼片成辐射状分布。

优选的，所述消光翼片连接于消光柱的外周，多个消光翼片成辐射状分布；连接有所述消光翼片的消光柱的一段为倒锥状体，锥状体尖端超下，锥状体的径向宽度自上而下依次变小；所述消光翼片则连接于锥状体的侧面上，消光翼片的径向宽度自上而下依次变大，且消光翼片的外侧不超出锥状体径向最宽处所覆盖的垂直范围。

进一步的，所述消光翼片表面特性为雾面或黑色吸收面；所述消光柱越贴紧孔的内壁光线消光效果越好，若消光柱超出孔的内壁光线则会降低中心照度。

为实现本发明的目的所采用的技术方案之二为：防眩光LED光学组件，包括一透明体和一掩光体；所述透明体为轴对称体，透明体内部具有透光性，光线可在透明体内传播；透明体具有围绕对称轴环向设置的外周侧面，以及相对设置的上、下端面；透明体的下端面设有一凹腔，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔顶部设有一沿轴向方向贯穿至透明体上端面的孔；所述掩光体为不透光体，其包括一消光帽以及多个消光翼片，所述消光翼片的端部连接于消光帽的下侧；消光帽设于上端面表面并覆盖于孔的上端，消光翼片安装于孔内，多个消光翼片沿穿过轴线的平面方向向外周成辐射状延伸。

优选的，所述消光翼片沿轴向延伸至所述凹腔内；消光翼片的底端向下不超过出所述凹腔以外。

优选的，在透明体内部，从凹腔内壁或上端面射至侧面的光，如果该光的方向位于穿过对称轴的平面内的话，则该光将被侧面反射向上端面。

进一步的，消光翼片的外侧不超出消光帽的径向覆盖范围。

优选的，所述侧面设有反射镀膜。

优选的，所述侧面为全反射面，全反射面可以是1个或多个；当1个时，该全反射面与穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线；当多个时，单个反射面与穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线，多个全反射面沿径向方向依次嵌套连接，位于内侧的全反射面径向宽度较小，相邻全反射面的所述平滑曲线之间为非平滑连接。

优选的，所述消光翼片的数量为3到5个；所述消光翼片的厚度小于0.5mm。消光翼片理论上越薄越好。

进一步的，消光柱四周设置N(N>＝1)个消光翼片将凹腔内部空间分割为N个空间，消光翼片将阻隔菲涅尔发射光线反射到另一侧的凹腔内部空间，消光翼片填满内腔空间(充分分割内腔空间)；越填满消除杂光效果越好，消光翼片越薄对主光线的影响越小。

优选的，所述透明体为旋转对称体。

本发明的防眩光LED光学组件，包括两个相互配合使用的组件，其一最好为旋转对称的透明体，其二为不透光的掩光体。在配光使用时，LED光源位于凹腔内，光源发出的光线朝向凹腔内辐射状射出。朝向孔方向的LED光源的光线直接掩光体挡住并吸收掉，黑色的掩光体比较容易吸收光线，不会造成光线的二次反射或透射形成新的干扰光。采用翼片结构，从下方光源向上射出的光线，由于翼片较薄，基本不会被挡住，但是在光腔内横向反射的光线将会被翼片的翼面挡住，从而防止形成干扰光。本发明的防眩光LED光学组件在极大程度上改善了现有汇聚型配光配件的眩光问题。

附图说明

图1为现有技术中通过子午面的干扰光形成原理示意图

图2为现有技术中不通过子午面的干扰光形成原理示意图

图3为现有技术中有干扰光存在的配光光效图

图4为本发明实施例一的透明体结构剖视图

图5为本发明实施例一的掩光体结构示意图

图6为本发明实施例一光学组件工作原理示意图

图7为本发明实施例一的光路效果图

图8为本发明实施例二消光翼片的结构示意图

图9为本发明实施例二掩光体的结构示意图

图10为本发明实施例三光学组件的结构示意图

图11为本发明实施例四光学组件的结构示意图

图12为本发明实施例五掩光体的结构示意图

图13为本发明实施例五光学组件的结构示意图

图14为本发明实施例五光学组件的立体结构示意图

图15为本发明实施例六光线组件的结构示意图

图16为本发明实施例七透明体的结构示意图

图17为本发明实施例八光学组件的结构示意图

图18为本发明实施例九透明体的结构示意图

图19为本发明实施例十光学组件的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参考图1至3，对于干扰光的形成机理，图中：透明体1'，LED光源3',正常光k1，干扰k2。当LED光源的大小大于凹腔口径的1/3时，光源的扩展效应明显。

光源发光面边缘的光线打到凹腔内壁会产生菲涅尔反射光线，菲涅尔反射光线重新进入透镜后会产生大量杂散光线形成眩光。具体的，以图1为例，光线由光源入射凹腔内壁时，绝大部分透射进入透明体内部经过后续的反射折射形成主光斑，同时也有小部分被内腔面反射(称为菲涅尔反射)，这一部分光线位于子午面上，经反射后又重新射入另一端的内腔面再在透镜中传播最终形成杂光，所谓子午面指穿过轴线的平面，其光路图如图1所示。

再参考图2，还有部分菲涅尔损耗的反射光线不在子午面上，LED光源的发光面扩展效果越大，越容易产生不在子午面上的菲涅尔反射光线，这部分光线的光路图如图2所述，干扰光线会环绕轴线发生连环的反射和折射，最终形成不可控的干扰光。

图3是有干扰光存在的配光照明效果图，图中竖向的中心亮线是设计需要的主光线，围绕中心亮线还有多个成V状的次亮线，着这些是由干扰光形成的。

图1至图3选取了一种配光配件(透明体)作为例子阐述眩光的机理。对于不同形状的配光配件(透明体)，其机理虽不完全相同，但大多类似，本发明的技术方案均可用于改善其眩光的问题。

实施例一

如图4至7所示，为本实施例一的防眩光LED光学组件，包括透明体1和掩光体2；所述透明体为旋转对称体，透明体1内部具有透光性，光线可在透明体1内传播。

如图1所示，透明体1包括连续的外周侧面11,侧面11为全反射面或者还可以在侧面的表层镀上反射镀膜，以及相对设置的上端面12和下端面13，上端面12的面积比下端面13大，下端面13的面积在个别情况下可以缩小为一个端部。透明体的材料可以是现有的透明材料，比如玻璃、亚克力、树脂、熟料等。

透明体1的下端面13设有一凹腔142，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔142顶部设有一沿轴向方向的孔141；孔141贯穿凹腔142的顶部和透明体上端面12，孔141和凹腔142整体构成一贯通透明体上下端面的通道14。孔141的径向宽度小于凹腔142，中心与所述对称轴重合设置，对称轴的方向与上端面的法线方向重合。凹腔142的内壁可为直线锥面或其他曲面。

如图2所示，掩光体2为不透光体，其包括消光帽21、消光柱22和4个对称设置的消光翼片23。

消光帽21设于消光柱22的上端，消光帽的径向宽度大于孔141，消光帽21位于孔141之外并覆盖在孔的上端，贴在透明体的上端面12上，如图3所示。

消光帽21最好是与消光柱22一体成型，也可以否；消光帽21最好也设置为不透光，在其他实施例中，还可以单纯将消光帽部分设置为透明。

消光柱22的上段为圆柱体221，下段为为倒锥状体222，锥状体222尖端超下，锥状体222的径向宽度自上而下依次变小。

消光翼片23连接于锥状体的侧面上，消光翼片23的径向宽度自上而下依次变大，且消光翼片23的外侧不超出锥状体径向最宽处所覆盖的垂直范围。

使用时，消光柱从上端面12向下插入孔141内安装，消光翼片23延伸至凹腔142内。

消光翼片23和消光柱22表面特性为雾面或黑色吸收面；消光柱22越贴紧孔的内壁光线消光效果越好，若消光柱超出孔的内壁光线则会降低中心照度。

对比图2和图7所示，本发明的掩光体2设置在透明体1的中心孔内之后，明显消除了大部分的杂散光k2，基本上留下主光k1。

消光柱和消光翼片底部在不考虑材料耐温下越贴近光源消除杂光效果越好，消光柱和消光翼片底部可适当倒圆角。

本实施例的光学组件，LED光源3位于凹腔内，光源发出的光线朝向凹腔内辐射状射出。朝向孔方向的LED光源的光线直接掩光体挡住并吸收掉，黑色的掩光体比较容易吸收光线，不会造成光线的二次反射或透射形成新的干扰光。采用翼片结构，从下方光源向上射出的光线，由于翼片较薄，基本不会被挡住，但是在光腔内横向反射的光线将会被翼片的翼面挡住，从而防止形成干扰光。

另外，作为本实施例的一些更优设计，透明体的上端面12可以设为直线锥面、平面或其他曲面，表面上还可以设置微结构，微结构排布可以是六边形、螺旋形、矩形或其他自由排布。透明体通过微结构进行一定柔光消除黄边灯瑕疵又不会加大眩光，还可以通过调整微结构调节出其他角度光斑，形成各角度系列。

实施例二

如图8至9所示，为本实施例二的防眩光LED光学组件，本实施例二与实施例一的区别在于：实施例一的消光柱包括圆柱体和倒锥状体两部分，消光翼片则设于倒锥状体的周侧；而本实施例的消光柱仅有圆柱体，消光翼片的上端连接于圆柱体的下端。

如图8和图9所示，掩光体包括依次上下设置的消光帽21、消光柱22和消光翼片23。本实施例二其他与实施例一相同，可参考实施例一。

实施例三

如图10所述，为本实施例三的防眩光LED光学组件的结构示意图，本实施例三与实施例一相比的区别在于：没有消光帽。

如图10所示，本实施例的掩光体2a仅包括消光柱和消光翼片23a，透明体1a其上端面12a，侧面11a以及下端面、凹腔等结构与实施例一相同。3a为LED光源。

消光翼片和消光柱的构成结构，既可以采用实施例一的方式，也可以采用实施例二的方式。

实施例四

如图11所示，为本实施例四的防眩光LED光学组件的结构示意图，本实施例四与实施例三相比的区别在于：孔的上端没有贯穿透明体上表面。

如图11所示，透明体1b包括上端面12b、侧面11b、下端面、凹腔142b和孔141b；掩光体包括消光柱22b和消光翼片23b。本实施例四的其他结构与实施例三相同。

实施例五

如图12至图14所示，为本实施例五的防眩光LED光学组件的结构示意图，其中掩光体包括消光柱22c和消光翼片23c，消光柱22c为扁平的柱状体，消光翼片23c形成于消光柱22c的侧面，并自侧面向外延伸，同时向下消光柱的下端延伸超过其下端面。在本实施例中，消光翼片23c的径向宽度大于消光柱22c，从而使消光翼片23c侧向超过消光柱。

如图13和14所示，透明体上设有与掩光体形状匹配的孔141c，孔141c向下连通至凹腔142c内，透明体依然具有上端面12c、侧面11c和下端面13c。从图14中看出，孔141c的形状不似常规的圆状，其具有孔翼，与掩光体的形状相互匹配。本实施例中，消光翼片最好向下延伸至凹腔内。

实施例六

如图15所示，为本实施例六的防眩光LED光学组件的结构示意图，其包括透明体，透明体上端面12d为阶梯式环状表面，具体为上端面12d由外向内具有多个环状表面，环状表面依次向内凹陷一个台阶，每级阶梯的表面均相互平行，从俯视的角度来看，各个环状表面无缝拼合成一个完整的表面，同时阶梯的侧壁为垂直于表面的壁面。透明体还包括侧面11d，下端面13d，凹腔142d，以及凹腔上方的孔141d，孔位于轴线位置。

所述掩光体包括消光翼片23d，消光翼片23d具有相邻成90度间隔分布的4个成辐射状组成，消光翼片上端连接消光帽21d。

在本实施例中，消光柱22d存在不明显，或者可以是消光柱融入了消光帽21d中，或者消光柱体现为多个消光翼片在轴线处的连接体，消光柱仍然位于与轴线重合的位置。

这种由消光翼片和消光帽直接组合的结构也可应用于其他透明体结构上。另外，本实施例的这种透明体结构也可以与前述实施例的掩光体组合应用。

实施例七

如图16所示，为本实施例七的防眩光LED光学组件的结构示意图，其掩光体可与上述实施例的结构一样，其改变主要在透明体，透明体包括上端面12e，侧面11e，下端面13e，凹腔142e和孔141e，特别在于侧面11e具有两个，两个侧面之间为非平滑连续，两个侧面之间被忽然凸起的阻挡结构所隔开。在透明体内部，从凹腔内壁或上端面射至侧面的光，如果该光的方向位于穿过对称轴的平面内的话，则该光将被侧面反射向上端面。

实施例八

如图17所示，为本实施例八的防眩光LED光学组件的结构示意图，本实施例八与实施例七的侧面结构有些相似，又有不同，相似在于侧面都是多个。

侧面11f为全反射面，单个全反射面与穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线，多个全反射面沿径向方向依次环环嵌套连接，位于内侧的全反射面径向宽度较小，相邻全反射面的所述平滑曲线之间为非平滑连接。各个侧面11f之间设有一凹齿间隔。

本实施例的图中的其余结构为，透明体的上端面12f，下端面13f，凹腔142f和孔141f；掩光体包括消光帽21f、消光柱(倒锥状体222f)和消光翼片23f；掩光体的结构细节可考察其他实施例的掩光体结构特点，在本实施例中适用。

实施例九

如图18所示，为本实施例九的防眩光LED光学组件的结构示意图，本实施例的结构差异与其他实施例的最大区别在于透明体的侧面。

侧面11g为带有棱条纹的全反射面(V型沟槽结构)，该全反射面与任一穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线，但是与垂直于轴线的截面交线却呈现出多态，其交线为成参差的齿状结构。

图中的透明体标号还包括，下端面13g，凹腔142g和孔141g。本实施例的其他结构可参考其他实施例说明，特别是掩光体的结构可采用其他实施例的结构组合。

实施例十

如图19所示，为本实施例十的防眩光LED光学组件的结构示意图，本实施例与实施例四最接近，不同在于消光翼片23h沿径向延伸超过了消光柱22h的径向宽度范围。

如图19所示，透明体包括上端面12h，侧面11h和下端面，以及凹腔142h和孔141h，孔的上端不贯穿上端面12h；掩光体包括消光柱22h和消光翼片23h，图19为剖视图，从图中的剖面图可看出，消光翼片23的径向宽度大过了消光柱，并尽量填充满凹腔内部，越满消杂散光的效果越好。

本发明的防眩光LED光学组件，包括两个相互配合使用的组件，其一最好为旋转对称的透明体，其二为不透光的掩光体。在配光使用时，LED光源位于凹腔内，光源发出的光线朝向凹腔内辐射状射出。朝向孔方向的LED光源的光线直接掩光体挡住并吸收掉，黑色的掩光体比较容易吸收光线，不会造成光线的二次反射或透射形成新的干扰光。采用翼片结构，从下方光源向上射出的光线，由于翼片较薄，基本不会被挡住，但是在光腔内横向反射的光线将会被翼片的翼面挡住，从而防止形成干扰光。本发明的防眩光LED光学组件在极大程度上改善了现有汇聚型配光配件的眩光问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.防眩光LED光学组件，其特征在于，包括一透明体和一掩光体；

所述透明体为轴对称体，透明体内部具有透光性，光线可在透明体内传播；透明体具有围绕对称轴环向设置的外周侧面，以及相对设置的上、下端面；透明体的下端面设有一凹腔，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔顶部设有一沿轴向方向的孔；

所述掩光体为不透光体，其包括一用于插入所述孔的消光柱；还包括多个消光翼片，所述消光翼片设于消光柱的端部或周侧，并沿穿过消光柱的平面方向向外周延伸。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述孔贯穿凹腔的顶部和透明体上端面。

3.根据权利要求2所述的光学组件，其特征在于，所述掩光体上端还设有一消光帽，消光帽设于消光柱的上端，消光帽的径向宽度大于所述孔，消光帽位于所述孔之外并覆盖在所述孔的上端。

4.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，当消光柱插入所述孔时，所述消光翼片延伸至所述凹腔内；消光翼片的底端向下不超过出所述凹腔以外。

5.根据权利要求1或4所述的光学组件，其特征在于，所述消光翼片的上端连接于消光柱的下端，多个消光翼片成辐射状分布。

6.根据权利要求1或4所述的光学组件，其特征在于，所述消光翼片连接于消光柱的外周，多个消光翼片成辐射状分布；连接有所述消光翼片的消光柱的一段为倒锥状体，锥状体尖端超下，锥状体的径向宽度自上而下依次变小；所述消光翼片则连接于锥状体的侧面上，消光翼片的径向宽度自上而下依次变大，且消光翼片的外侧不超出锥状体径向最宽处所覆盖的垂直范围。

7.防眩光LED光学组件，其特征在于，包括一透明体和一掩光体；

所述透明体为轴对称体，透明体内部具有透光性，光线可在透明体内传播；透明体具有围绕对称轴环向设置的外周侧面，以及相对设置的上、下端面；透明体的下端面设有一凹腔，凹腔自透明体下端面向透明体内部凹陷；凹腔顶部设有一沿轴向方向贯穿至透明体上端面的孔；

所述掩光体为不透光体，其包括一消光帽以及多个消光翼片，所述消光翼片的端部连接于消光帽的下侧；消光帽设于上端面表面并覆盖于孔的上端，消光翼片安装于孔内，多个消光翼片沿穿过轴线的平面方向向外周成辐射状延伸。

8.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述消光翼片沿轴向延伸至所述凹腔内；消光翼片的底端向下不超过出所述凹腔以外。

9.根据权利要求1或7所述的光学组件，其特征在于，在透明体内部，从凹腔内壁或上端面射至侧面的光，如果该光的方向位于穿过对称轴的平面内的话，则该光将被侧面反射向上端面。

10.根据权利要求1或7所述的光学组件，其特征在于，所述侧面为全反射面，全反射面可以是1个或多个；当1个时，该全反射面与穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线；当多个时，单个反射面与穿过对称轴的截面的交线为平滑曲线，多个全反射面沿径向方向依次嵌套连接，位于内侧的全反射面径向宽度较小，相邻全反射面的所述平滑曲线之间为非平滑连接。