CN203478109U - 用于多个光源的光学结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于多个光源的光学结构，其中，所述光学结构包括反射结构和容纳于反射结构内的散射结构，来自多个光源的光线至少经过散射结构的散射进行一次混光产生混合光束，其中混合光束至少部分地由反射结构反射后出射。

Description

用于多个光源的光学结构
技术领域
本实用新型涉及一种用于多个光源的光学结构。 
背景技术
因为LED技术具有高效节能以及使用寿命长等优点，现已被广泛用于照明领域中。其中，为了利用不同颜色的LED芯片制成黄色的或者白色的光，往往使用了例如蓝色LED芯片、红色LED芯片以及绿色LED芯片，并将这些不同颜色的光混合在一起产生白光。 
现有的一个解决方案中提出，通过使用反射体和光管来实现对不同颜色的光进行混合。光管的内壁具有一个或者多个波纹型的反射壁，这样的反射壁具有多个拉长的波峰和波谷，以及设置在其间的斜面。从入口端进入的光线沿着光路传播，在斜面上被反射至不同的方向至输出端，以实现在输出端混合光线的效果。采用这样的方法虽然可以实现混光的效果，但是因为整个光学结构具有较长的长度，并且光管的微反射面的设计较为困难，所能实现的光效率也较低，产生的出射光角度并不能合适的控制在较小的角度。 
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型使用了一种新型的用于多个光源的光学结构。这样的光学结构可有效的减小结构的长度，以实现较小的结构体积。此外，这样的光学结构还具有良好的混光效果，以及具有较高的 光效率，以实现对来自多个光源的不同颜色的光线进行混合。 
本实用新型的目的通过这样一种用于多个光源的光学结构来实现，即该光学结构包括反射结构和容纳于反射结构内的散射结构，来自多个光源的光线经过散射结构的散射进行至少一次混光产生混合光束，其中混合光束至少部分地由反射结构反射后出射。这样，借助散射结构，实现了先将多个光源的全部光线进行第一次预混光的过程，使得光源的光线在被反射结构反射前先被混光，随后再经过反射结构实现可能的其他混光过程。 
根据一种优选方案，散射结构是埋置有多个散射颗粒的实体散射结构。可通过将例如光学塑料和散射颗粒制成一个实体，使得该实体内填充了散射颗粒，这样保证了，光源的光线在散射结构的实体内部进行散射和混光的过程。 
根据另一种替换的优选方案，散射结构是外表面上设置有散射层的散射结构。通过在散射结构表面上涂覆散射层，可将光源的光线在散射结构的表面处实现散射，并再经过反射结构反射至反射结构的出射口或者再次进入散射结构，以实现最终混光的效果。 
有利的是，散射结构包括底面和从底面隆起的表面，底面包括凹进区域，凹进区域的表面形成入射面，来自光源的光线从入射面进入后至少通过散射结构的表面出射或者射入散射结构。根据这样的设计，光源可被容纳与散射结构内，并借助入射面，将光源光线射入散射结构内，并且可保证所有的光源光线必须先经过散射结构进行散射和混光后，再射出至反射结构上。 
优选的是，光源容纳于凹进区域中。借助凹进区域，多个光源得以被包容和固定在该区域中，并可借助凹进区域的表面作为入射面，使得所有光源光线顺利进入散射结构。 
优选的是，反射结构包括反射面，反射面在一端限定出第一开口，所述散射结构设置在所述反射面所限定出的空间内。 
优选的是，反射面在另一端形成封闭端，散射结构设置在封闭端和第一开口之间。将散射结构整体设置在反射结构内，使得所有经过散射结构散射出射的光都能被反射结构收集，并再经过反射结构反射至散射结构或者直接从第一开口出射。 
优选的是，反射面在另一端形成第二开口，第二开口尺寸比所述第一开口较小。通过第二开口，外部的例如电连接装置可更容易地与光源进行机械连接或者电连接。 
优选的是，散射结构的底面设置为在反射结构的靠近封闭端的一侧。借助这样的设计，光源的光线在整体上是从反射结构的封闭端朝向第一开口射出的，并且保证经过散射结构散射的光线和经过反射结构反射的光线，也能在整体相同的方向上出射，以实现高的光效率的可能性。 
优选的是，反射面设计为平滑的曲面。这样的设计更容易被加工和制造，以实现低廉的制造成本，并能保证良好的光学特性。 
优选的是，表面包括顶面和连接底面和顶面的侧面，顶面设计为平滑的曲面或平面。借助不同设计的顶面，从散射结构出射的光线可具有不同的光分布，并结合反射结构，以实现不同效果的混光。 
优选的是，散射结构设计为具有圆柱形、截锥形、腰鼓形或者变形梭状中的任一种形状。根据这样的设计，不仅使得散射结构所占用的体积不一样，而且经散射结构出射的光线可具有不同的光分布，并结合反射结构，以实现不同效果的混光。 
优选的是，反射结构设计为具有圆锥形的轮廓。这样的轮廓提供了高 效地收集来自散射结构的散射光的效果，并且还能使得经反射的光都能在整体上朝着第一开口射出。 
优选的是，反射结构设计由金属制造的具有光滑表面的反射片。这样不仅可简化设计制造过程，而且还可实现良好的反射效果。 
优选的是，反射结构设计为在表面上涂覆有反射涂层。借助反射涂层，来自散射结构的光线可被较高效率的反射，实现良好的光学效果。 
优选的是，反射结构包括多个子反射面，来自光源的光线经过散射结构散射后被多个子反射面反射出射。这样，可借助多个子反射面以实现将入射光沿不同或相同的预定方向反射的可能性，以实现较为精确的混光效果。 
优选的是，光学结构设计为旋转对称的。这样可使得经过光学结构出射的光束具有旋转对称的光分布。 
优选的是，在垂直于底面并由光学结构的光轴所经过的截面上看，凹进区域具有半圆形、锥形或椭圆形中的任一种轮廓。以不同的轮廓的凹进区域将光源包容，可使得多个光源的光能效率较高地射入散射结构，以保证光学结构整体的光效率。 
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本实用新型。这些附图图解了本实用新型的实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出： 
图1是根据本实用新型的第一实施例的光学结构的截面图； 
图2是根据本实用新型的第一实施例的光学结构的光路示意图； 
图3是根据本实用新型的第二实施例的光学结构的截面图； 
图4是根据本实用新型的第二实施例的光学结构的光路示意图。 
具体实施方式
图1是根据本实用新型的第一实施例的光学结构100的截面图。如图1所示，根据本实用新型的第一实施例的光学结构100，该光学结构100包括例如设计为圆锥形的、或者是郁金香（tulip）形的反射结构2，以及设置在反射结构2之内的、设计为圆柱体的散射结构3。在整体上，该光学结构100可设计为旋转对称的，这样可保证经过该光学结构100出射的光的光分布是旋转对称的。其中，该反射结构2和散射结构3皆可设计为旋转对称的，以实现例如在周向上，经散射结构3出射的散射光是旋转对称的，进过反射结构2反射的光也可是旋转对称的。 
在散射结构3的底面31上，设计有一个凹进区域4，这样的凹进区域4可设计为具有半球形、半椭圆形或者圆锥形的轮廓，这样可利用较小的空间将光源1容纳在其中，使得光源1的全部光线都会经过凹进区域4的表面进入散射结构3。其中，光源1设计为多个，并且每个光源1的LED可具有不同的颜色，即可包括红色LED、绿色LED和蓝色LED，根据多个不同颜色的LED芯片，可实现不同颜色的光线可同时通过凹进区域4的入射面311进入散射结构3。当然，根据实际情况的要求，多个光源1也可包括具有相同颜色的LED芯片。 
反射结构2设计为旋转对称的，反射结构2具有设置为内表面的反射面21，其中反射面21可设计为例如简单的平滑的曲面，此外还可设计为例如具有多个子反射面，这样的子反射面可以阵列的形式分布在反射结构2的内表面上。根据这样的设计，从散射结构3出射的光束经反射面21反射后，可具有良好的反射特性，并且还可因为多个子反射面而满足需要较精确的反射角度，以实现良好的混光效果。反射结构2的表面在一端形 成封闭端，在另一端形成第一开口22，第一开口22作为光学结构100内的光线的出口端。此外，由反射结构2的内表面形成反射面21，接收所有来自散射结构3的出射光线，并最终将这些光线反射导向散射结构3或者导向反射结构2的第一开口22出射。在一个未示出的实施例中，反射结构2的封闭端也可设计为具有开口的，并且开口的面积大于承载光源1的电路板的面积，根据这样的设计，设置在散射结构3内的光源1可直接通过开口与外部的电源或者驱动电路进行电连接，使得光学结构100因为无需容纳额外的电路，所以在整体上具有较小的体积。 
图2是根据本实用新型的第一实施例的光学结构的光路示意图。如图2所示，来自光源1的光线通过凹进区域4的内表面全部进入散射结构3。并根据散射结构3的不同设置，可以不同形式进行混光。例如将光学塑料和具有不同尺寸的散射颗粒混合并制成一体化的实体结构，那么进入散射结构3的光线会在散射结构3的内部进行散射并且实现第一次混光的效果。此后，从散射结构3的表面出射的光线，一部分光线会朝向反射结构2的反射面射出，该部分光线的其中一部分会直接被反射结构2反射至第一开口22出射，该部分的另一部分会被反射再次进入散射结构3，实现第二次或者类似的多次混光的过程，并最终通过第一开口22出射；从光源1进入散射结构3的另一部分光线会在经过散射结构3的第一次混光后，直接从散射结构3的一个表面射出，例如是与入射面311相对设置的顶面32，并经过第一开口22出射。根据上述的出射光形成最终的混合后的光线的光分布，以形成例如黄色光或者白光的混合光。 
其中，需要说明的是，散射结构3可设计为如上的实体结构，或者可设计为只在其表面涂覆散射涂层，这样来自光源1的光线会在散射结构3的表面出发生散射，并在经过反射结构2的反射后，一部分朝向反射结构2的第一开口22出射，另一部分会射向具有散射涂层的散射结构3的表面，并被再次散射，这样，以形成多次散射和混光的过程，以最终在第一开口22形成混合光的结果。 
图3是根据本实用新型的第二实施例的光学结构100的截面图。如图3所示，与第一实施例相似，这样的光学结构100包括例如设计为截锥形的反射结构2和设计为例如圆锥形的散射结构3。与第一实施例不同的地方在于，设计为圆锥形的散射结构3具有设计为曲面的顶面32，而不是例如圆柱体的平面的顶面32。参见图4，图4是根据本实用新型的第二实施例的光学结构100的光路示意图，根据这样的设计，光源1的光线从散射结构3的凹进区域4入射，并在通过填充在散射结构3内的散射颗粒，在其内部经过第一次散射和混光的过程，在散射结构3的表面射出，并朝向反射结构2的内表面入射，经过反射结构2的反射后，会直接朝向反射结构2的第一开口22出射，以最终形成混合的出射光。与第一实施例的散射结构3类似，在第二实施例中的散射结构3不仅可设计为填充有散射颗粒的实体，还可设计为在表面涂覆有散射涂层的散射结构3。 
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 
参考标号 
1   光源 
2   反射结构 
3   散射结构 
4   凹进区域 
21  反射面 
22  第一开口 
31  底面 
32  顶面 
33  侧面 
311 入射面 
100 光学结构。 

Claims (18)

1.一种用于多个光源（1）的光学结构（100），其特征在于，所述光学结构（100）包括反射结构（2）和容纳于所述反射结构（2）内的散射结构（3），来自所述多个光源（1）的光线经过所述散射结构（3）的散射进行至少一次混光产生混合光束，其中所述混合光束至少部分地由所述反射结构（2）反射后出射。 
2.根据权利要求1所述的光学结构（100），其特征在于，所述散射结构（3）是埋置有多个散射颗粒的实体散射结构。 
3.根据权利要求1所述的光学结构（100），其特征在于，所述散射结构（3）是外表面设置有散射层的散射结构。 
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述散射结构（3）包括底面（31）和从所述底面（31）隆起的表面，所述底面（31）包括凹进区域（4），所述凹进区域（4）的表面形成入射面（311），来自所述光源（1）的光线从所述入射面（311）进入后至少通过所述散射结构（3）的所述表面出射或者射入所述散射结构（3）。 
5.根据权利要求4所述的光学结构（100），其特征在于，所述光源（1）容纳于所述凹进区域（4）中。 
6.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射结构（2）包括反射面（21），所述反射面（21）在一端限定出第一开口（22），所述散射结构（3）设置在所述反射面（21）所限定出的空间内。 
7.根据权利要求6所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射面（21）在另一端形成封闭端，所述散射结构（3）设置在所述封闭端和所述第一开口（22）之间。 
8.根据权利要求6所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射面（21）在另一端形成第二开口，所述第二开口尺寸比所述第一开口（22）较小。 
9.根据权利要求7所述的光学结构（100），其特征在于，所述散射结构（3）的所述底面（31）设置为在所述反射结构（2）的靠近所述封闭端的一侧。 
10.根据权利要求6所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射面（21）设计为平滑的曲面。 
11.根据权利要求3所述的光学结构（100），其特征在于，所述表面包括顶面（32）和连接所述底面（31）和所述顶面（32）的侧面（33），所述顶面（32）设计为平滑的曲面或平面。 
12.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述散射结构（3）设计为具有圆柱形、截锥形、腰鼓形、圆锥形或者变形梭状中的任一种形状。 
13.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射结构（2）设计为具有圆锥形的轮廓。 
14.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射结构（2）为由金属制造的具有光滑表面的反射片。 
15.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射结构（2）设计为在表面上涂覆有反射涂层。 
16.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述反射结构（2）包括多个子反射面，来自光源（1）的光线经过所述散射结构（3）散射后被多个所述子反射面反射出射。 
17.根据权利要求1-3中任一项所述的光学结构（100），其特征在于，所述光学结构（100）设计为旋转对称的。 
18.根据权利要求4所述的光学结构（100），其特征在于，在垂直于所述底面（31）并由所述光学结构（100）的光轴所经过的截面上看，所述凹进区域（4）具有半圆形、锥形或椭圆形中的任一种轮廓。 
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