CN205877802U - 一种led用光学透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED用光学透镜，其包括顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构；周边折射结构围绕顶面出光结构设置；周边折射结构设置至少两层混光结构，相邻层混光结构之间存在空隙；每层混光结构具有环形横截面，且各层混光结构的环形横截面形成同心环形；每层混光结构具有远离顶面出光结构的外侧面，外侧面上设有螺旋纹络；螺旋纹络包括若干互不交叉的弧线。本实用新型通过设计至少两层混光结构及其螺旋纹络，能够应用于LED照明，将各种LED灯珠的各种不同规律的波长分布及不同色温的光线，先行打散之后混合，整个光线经过多次重复打散混合与收光后，形成散射性好、色温均匀，光色一致、通配性能非常强的LED光学器件，具有很高的应用价值。

Description

一种LED用光学透镜

技术领域

本实用新型涉及LED透射，尤其涉及的是，一种LED用光学透镜。

背景技术

目前城市亮化工程主要还是以LED光源的投光洗墙灯为主，LED投光洗墙灯与传统白炽投光洗墙灯相比，具有节能环保的社会效益，LED灯具比白炽灯节电约70％，且基本不含有害金属，本身没有辐射，不会产生光污染，属于典型的绿色环保照明产品；LED灯无频闪、无紫外线辐射、无电磁波辐射、较低热辐射、能耗低等特性，加上应用配光扩散技术消除眩光，使之已经成为节能、环保、健康光源。

并且，随着LED灯具行业技术与工艺的不断创新与提高，使其也受到了社会各界的广泛关注，LED照明作为一种新型的绿色照明光源，受到了有关部门与用户的高度重视和欢迎。如今多数主街建筑、体育场馆、会议场馆，广场建筑、交通枢纽、城市CBD区及城市标志性建筑物等大型照明工程已经普遍采用了LED洗墙灯、护栏管灯等灯具，未来LED行业技术的发展，势必是LED投光洗墙灯将完全代替传统照明灯具的使用。

常规LED灯具基本上是在每个LED灯珠上方装有一个由PMMA制成的高光效透镜，主要功用是二次分配LED灯珠发出的光。透镜的发光角度一般为15-120度，可分为窄(20度左右)、中(50度左右)、宽(120度左右)三种。

随着LED灯具的应用越来越普及，其市场规模也越来越大，几乎所有的LED灯具厂家都在追求高质量低成本应用方案，不断的改进和试验新的解决与制造方案，带来的结果是各种研发成本的不断上升。

灯具厂家追求低成本的时候，会更多地选择低成本的LED灯珠，而目前低成本的灯珠在封装上有一定的缺陷，即配光后及易出现偏黄光，偏红光，偏紫光等等，且灯珠不易通用，目前市场上所有的透镜没有一款是可以通配不同类型不同封装灯珠的。

并且，现有的LED用透镜大部分为全反射透镜，其透镜单元基本上为中间有一个聚光用的光滑非球面，外侧有一个光滑的全反射面，有的透镜的出光面则设计为蜂窝状的微透镜阵列。还有些透镜设计成多面体的钻石面透镜，但这些LED透镜都全部或部分具有以下缺点：

1、透镜单元中间聚光用的光滑的非球面，由于成像的作用，经过它投射出来的光斑会有LED灯珠的方形影子，非常不美观。

2、透镜单元外侧光滑的全反射面，虽然可以投射出圆形的光斑，但由于其属于下边小、上边大的全反射棱镜，基于棱镜的色散效应，有时候投射出来的光斑会有中间和边缘色温不一致的情况；多面体直面的透镜有一定的纵向混光功能，但由于其混光角度不大，且基本没有横向混光功能，故其混色效果也不是很好。

3、至于那些出光面仅设置有蜂窝状微透镜阵列的全反射透镜，虽然混光可以做得比较均匀，但混光效果不理想。

4，以上形式的透镜配中低成本的LED灯珠时，光色始终存在各种问题，同时还有一个致命缺陷，即一般情况下只能配一款LED或一种封装类型的灯珠。

因此，现有技术需要改进。

实用新型内容

本实用新型提供一种新的LED用光学透镜，所要解决的技术问题包括：如何设计具有较好的散射性、混光效果和通配性的LED用光学透镜等。

本实用新型的技术方案如下：一种LED用光学透镜，其包括顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构；所述周边折射结构围绕所述顶面出光结构设置；所述周边折射结构设置至少两层混光结构，相邻层混光结构之间存在空隙；每层所述混光结构具有环形横截面，且各层所述混光结构的所述环形横截面形成同心环形；每层所述混光结构具有远离所述顶面出光结构的外侧面，所述外侧面上设有螺旋纹络；所述螺旋纹络包括若干互不交叉的弧线。

优选的，所述弧线为圆弧线。

优选的，所述混光结构的所述外侧面凸设所述螺旋纹络。

优选的，所述螺旋纹络的各弧线形成由内向外逐渐放大的螺旋纹形状。

优选的，所述螺旋纹络中，相邻弧线具有预设夹角或者各相邻弧线的夹角相同。

优选的，所述螺旋纹络中，各弧线或其延伸线具有一个相同的交点。

优选的，各层所述混光结构的所述螺旋纹络的弧线，具有相同的弯曲方向。

优选的，相邻层混光结构中，远离所述顶面出光结构的混光结构的高度，高于靠近所述顶面出光结构的混光结构的高度。

优选的，沿垂直于所述环形横截面的方向，所述混光结构具有纵截面；所述纵截面中，所述外侧面为直线、折线、弧线或波浪线。

优选的，每层所述混光结构具有靠近所述顶面出光结构的内侧面，所述内侧面具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。

优选的，所述顶面出光结构具有圆形结构，其用于朝向LED的内侧面包括部分球面结构。

优选的，所述部分球面结构具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。

优选的，所述顶面出光结构用于远离LED的外侧面为平面、凹面、凸面或菲涅尔面。

优选的，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凸出结构。

优选的，所述凸出结构包括锥形、柱形和/或部分球形。

例如，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凹入结构；所述凹入结构包括锥形、柱形和/或部分球形。

又如，所述锥形包括棱锥形和/或圆锥形。

又如，所述柱形包括棱柱形和/或圆柱形。

又如，所述球形包括椭球形和/或圆球形。

采用上述方案，本实用新型通过设计至少两层混光结构及其螺旋纹络，能够应用于LED照明，将各种LED灯珠的各种不同规律的波长分布及不同色温的光线，先行打散之后混合，整个光线经过多次重复打散混合与收光后，形成散射性好、色温均匀，光色一致、通配性能非常强的LED光学器件，具有很高的应用价值。

这样的光学结构，还具有以下优点：透镜的尺寸与中心半球面形状，可设计不同形状组合及出光角度，可适应不同应用场景，具有极好的通配性；多层具有螺旋纹络的光学柱圈结构，有效地利用光源的全部光效，又明显地消除光源形成的黄斑，即能达到极好的混光效果。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的某方向示意图；

图2为图1所示实施例的另一方向示意图；

图3为本实用新型的另一个实施例的剖示图；

图4为本实用新型的另一个实施例的外观示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型的目的是提供一种LED用光学透镜，其既可以克服常规透镜的散射混光问题，满足各种规格及应用场景的光学效果需求，对光源进行有效的二次光效分配，同时又要克服常规透镜只能单一适配的缺点以适应各类LED灯珠，从而达到解决灯具厂家追求低成本高质量高外观的灯具方案的目的，使透镜尽可能达到高效实用。一个实施例是，一种LED用光学透镜，其包括顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构；所述周边折射结构围绕所述顶面出光结构设置；所述周边折射结构设置至少两层混光结构，相邻层混光结构之间存在空隙；每层所述混光结构具有环形横截面，且各层所述混光结构的所述环形横截面形成同心环形；每层所述混光结构具有远离所述顶面出光结构的外侧面，所述外侧面上设有螺旋纹络；所述螺旋纹络包括若干互不交叉的弧线。本实用新型及其各实施例实现了一种全能型通配式LED透镜，这是一款具有多层螺旋纹络效果的LED用光学透镜，这种透镜使产品变得通配性极强，光色效果更佳；这种具有多层螺旋纹络结构的光学透镜，最大特点是将各种LED灯珠的各种不同规律的波长分布及不同色温的光线，先行打散之后混合，整个光线经过多次重复打散混合与收光后，形成色温均匀，光色一致通配性能非常强的LED光学器件。并且，这种透镜的结构形状较为新颖独特，可与各类灯具风格搭配，亦可与各类灯具的各种规格的LED相适配。因此，本实用新型及其各实施例的这种LED用光学透镜在应用时，会使灯具发光的感官效果美观大方，具有艺术感。这种LED用光学透镜，可单独使用，也可排列组合使用，例如，成为洗墙灯或投光灯。

例如，如图1所示，一种LED用光学透镜，其包括顶面出光结构100、周边折射结构200以及安装结构300；其中，所述安装结构用于将所述LED用光学透镜固定安装于照明设备，例如灯具或灯头；例如，所述安装结构设置螺接部、卡扣部或嵌套部，分别用于通过螺接、卡扣或嵌套等方式，固定安装所述LED用光学透镜。例如，如图2或图3所示，所述安装结构设置卡扣部，用于通过卡扣方式固定安装所述LED用光学透镜。例如，所述卡扣部包括若干具有膨胀端部的扣合体。又如，如图4所示，LED用光学透镜还包括顶盖400，顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构均设置于顶盖的一侧；例如，顶盖、顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构一体成型设置。例如，如图4所示，顶盖远离LED灯珠或灯具的一侧为平面形状。

优选的，如图1与图2所示，所述顶面出光结构100具有圆形结构，如图3所示，所述顶面出光结构100用于朝向LED的内侧面包括部分球面结构，即，所述顶面出光结构的内侧面包括部分球面结构，该内侧面用于朝向LED。优选的，所述部分球面结构具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。优选的，所述顶面出光结构用于远离LED的外侧面为平面、凹面、凸面或菲涅尔面。即，所述顶面出光结构的外侧面用于远离LED；亦可理解为，所述顶面出光结构的用于远离LED的外侧面为平面、凹面、凸面或菲涅尔面。

优选的，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凸出结构。优选的，所述凸出结构包括锥形、柱形和/或部分球形。例如，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凹入结构；所述凹入结构包括锥形、柱形和/或部分球形。又如，所述锥形包括棱锥形和/或圆锥形。又如，所述柱形包括棱柱形和/或圆柱形。又如，所述球形包括椭球形和/或圆球形。

这样的顶面出光结构的结构设计，能够根据透镜的尺寸与中心半球面形状灵活设计，具有较好的混光混色效果，实现各种不同形状组合及出光角度，适应于不同应用场景，具有极好的通配性。

如图1、图2与图3所示，所述周边折射结构200围绕所述顶面出光结构100设置；例如，所述周边折射结构具有环形结构，其围绕所述顶面出光结构；例如，所述周边折射结构具有圆环形结构或椭圆环形结构等。

其中，所述周边折射结构设置至少两层混光结构，相邻层混光结构之间存在空隙；例如，所述周边折射结构设置多层混光结构；例如，所述周边折射结构设置三层混光结构；每一层混光结构与其相邻的各层混光结构之间存在空隙。例如，如图1、图2与图3所示，所述周边折射结构200设置三层混光结构，包括内层混光结构210、中间层混光结构220以及外层混光结构230，如图3所示，各层混光结构相互连接且相邻层混光结构之间存在空隙。优选的，所述周边折射结构的各层混光结构一体设置。优选的，相邻层混光结构中，远离所述顶面出光结构的混光结构的高度，高于靠近所述顶面出光结构的混光结构的高度；例如，如图1、图2与图3所示，内层混光结构210的高度、中间层混光结构220的高度以及外层混光结构230的高度顺序增大，增大的幅度相同或相异，中间层混光结构220的高度高于内层混光结构210的高度，外层混光结构230的高度高于中间层混光结构220的高度。

其中，每层所述混光结构具有环形横截面，且各层所述混光结构的所述环形横截面形成同心环形；这样，各层所述混光结构层层围绕，且围绕所述顶面出光结构，使得所述周边折射结构整体围绕所述顶面出光结构设置。如图1、图2与图3所示，所述周边折射结构200设置三层混光结构，其中，内层混光结构210、中间层混光结构220以及外层混光结构230具有环形横截面，且各层所述混光结构的所述环形横截面形成同心环形，且围绕所述顶面出光结构100。

每层所述混光结构具有远离所述顶面出光结构的外侧面，优选的，沿垂直于所述环形横截面的方向，所述混光结构具有纵截面；所述纵截面中，所述外侧面为直线、折线、弧线或波浪线。优选的，每层所述混光结构具有靠近所述顶面出光结构的内侧面，所述内侧面具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。

所述；即，每层所述混光结构的所述外侧面上均设有所述螺旋纹络；所述螺旋纹络包括若干互不交叉的弧线；如图1与图2所示，所述周边折射结构200设置三层混光结构，其中，内层混光结构210的外侧面上设有内层的螺旋纹络201，中间层混光结构220的外侧面上设有中间层的螺旋纹络202，以及外层混光结构230的外侧面上设有外层的螺旋纹络203；内层的螺旋纹络201、中间层的螺旋纹络202以及外层的螺旋纹络203分别包括若干互不交叉的弧线。优选的，所述弧线为圆弧线或椭圆弧线；优选的，所述混光结构的所述外侧面凸设所述螺旋纹络。优选的，所述螺旋纹络的各弧线形成由内向外逐渐放大的螺旋纹形状。优选的，各层所述混光结构的所述螺旋纹络的弧线，具有相同的弯曲方向；如图1与图2所示，内层的螺旋纹络201的弧线、中间层的螺旋纹络202的弧线以及外层的螺旋纹络203的弧线，具有相同的弯曲方向。和/或，所述螺旋纹络中，相邻弧线具有预设夹角；例如，所述预设夹角根据弧线数量而设置，又如，所述预设夹角为5、10、15或20度。或者，所述螺旋纹络中，各相邻弧线的夹角相同。其中，相邻弧线的夹角，或者预设夹角，为切线的夹角；例如，在相邻弧线或其延伸线交点处分别作切线，两切线的夹角即为相邻弧线的夹角，或者预设夹角。和/或，所述螺旋纹络中，各弧线或其延伸线具有一个相同的交点。上述各实施例对于螺旋纹络的弧线的设计，能够将各种LED的不同规律的波长分布，不同色温的光线先行打散，之后混合，整个光线经过多次重复打散混合与收光后，形成色温均匀，光色一致的LED光学透镜，达到光束融合的目的，从而既能够有效地利用光源的全部光效，又明显地消除光源形成的黄斑，从而达到极好的混光效果。

上述结构设计，可以将LED灯珠侧面的色温不一致的光线混合在一起，改善和消除由于LED封装缺陷而引发的如光线偏黄，偏蓝，偏紫，偏红等异常现象，消除常规透镜出现的LED黄斑。且由于所述LED用光学透镜采用螺旋纹络，不仅美化出光效果，更使应用场景达到最佳配光状态。

下面结合上述各实施例，进一步举例说明本实用新型。例如，所述LED用光学透镜主要包括用于固定所述LED用光学透镜自身的安装结构，以及顶面出光结构、周边折射结构；顶面出光结构是中心区域，包括中间的折射部分及顶面的折射部分；周边折射结构是围绕中心区域的周边区域，包括外部的折射和全反射部分。或者，亦可理解为，所述LED用光学透镜主要包括中间的折射部分及外部的折射和全反射部分，加上顶面的折射部分。具体达成折射及全反射的材料与条件，可以参考现有技术实现，在此不作赘述。

其中，顶面出光结构，具有中心顶面，例如中心顶面包括一个半球面或平面，作为透镜的出光面。出光面可以是光滑面，也可在其上附有规律的异形面，如磨砂面、小型珠面或钻石面，这种结构可以对出光进行一定的混合与收光作用，并对LED封装缺陷，如偏黄、偏蓝、偏紫、偏红等，起到混光作用。例如，本实施例采用了半球面附加小型珠面的结构，可以将投射出来的方形的LED芯片影子修正为圆形投光效果。

周边折射结构以中心球面为轴心，设计了多层光学柱圈式混光结构，例如二层、三层或更多层。每层混光结构内侧是与透镜轴心平行的直面，起到光学折射作用，该部分的表面为光面，也可根据需要成磨砂面，条纹面；外侧则带有专用的曲面，曲面延长至下一个结构，曲面表面设计有一定旋转方向的螺旋纹络。

顶面出光结构，还具有中间折射部分，其底面可以为平面、凹面、凸面、菲尼尔面，其表面可以附有许多各种异型或菲尼尔或有规则的微透镜或附有磨砂面。

最外侧为安装结构，用于固定安装所述LED用光学透镜。

所述LED用光学透镜的材料不局限于PMMA、PC，根据需求，可以选用其它光学材料。所述LED用光学透镜的具体外形或规格，可根据应用场景的光学要求设计成不同的尺寸与组合形状，成为系列产品。

这种具有多层螺旋纹络的反射与透射性能的光学结构的好处进一步说明如下：多层螺旋纹络式样新颖美观灵活多变，易于与各种灯具风格相配套；LED用光学透镜的尺寸与中心的半球面形状，可根据各种实际要求，设计不同形状组合及出光角度，从而可适应不同应用场景；并且，多层具有螺旋纹络的光学柱圈结构，能起到很好的混光效果，即有效地利用光源的全部光效，又明显地消除光源形成的黄斑。

进一步地，本实用新型的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的LED用光学透镜，本实用新型及其各实施例摒弃传统设计，着重产品二次光学配光的作用，具有多层次的聚光及散光效果，适应多种封装的LED灯珠，包括SMD封装的多芯灯珠等，且具有螺旋式纹络，起到横向及纵向混合光线的作用，这种结构设计可使高度减小，透镜做得很薄，而散光范围较大；不仅实现了通用型新型结构的二次配光技术产业化，而且透镜的通配性能非常强，极大提高了产品市场竞争力。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED用光学透镜，其特征在于，包括顶面出光结构、周边折射结构以及安装结构；

所述周边折射结构围绕所述顶面出光结构设置；

所述周边折射结构设置至少两层混光结构，相邻层混光结构之间存在空隙；

每层所述混光结构具有环形横截面，且各层所述混光结构的所述环形横截面形成同心环形；

每层所述混光结构具有远离所述顶面出光结构的外侧面，所述外侧面上设有螺旋纹络；

所述螺旋纹络包括若干互不交叉的弧线。

2.根据权利要求1所述LED用光学透镜，其特征在于，所述混光结构的所述外侧面凸设所述螺旋纹络。

3.根据权利要求1所述LED用光学透镜，其特征在于，所述弧线为圆弧线；和/或，所述螺旋纹络的各弧线形成由内向外逐渐放大的螺旋纹形状；和/或，所述螺旋纹络中，相邻弧线具有预设夹角或者各相邻弧线的夹角相同；和/或，所述螺旋纹络中，各弧线或其延伸线具有一个相同的交点；和/或，各层所述混光结构的所述螺旋纹络的弧线，具有相同的弯曲方向；和/或，相邻层混光结构中，远离所述顶面出光结构的混光结构的高度，高于靠近所述顶面出光结构的混光结构的高度。

4.根据权利要求1所述LED用光学透镜，其特征在于，沿垂直于所述环形横截面的方向，所述混光结构具有纵截面；所述纵截面中，所述外侧面为直线、折线、弧线或波浪线。

5.根据权利要求1所述LED用光学透镜，其特征在于，每层所述混光结构具有靠近所述顶面出光结构的内侧面，所述内侧面具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述LED用光学透镜，其特征在于，所述顶面出光结构具有圆形结构，其用于朝向LED的内侧面包括部分球面结构。

7.根据权利要求6所述LED用光学透镜，其特征在于，所述部分球面结构具有光滑表面、磨砂表面或条纹表面。

8.根据权利要求6所述LED用光学透镜，其特征在于，所述顶面出光结构用于远离LED的外侧面为平面、凹面、凸面或菲涅尔面。

9.根据权利要求6所述LED用光学透镜，其特征在于，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凸出结构。

10.根据权利要求9所述LED用光学透镜，其特征在于，所述凸出结构包括锥形、柱形和/或部分球形，例如，所述顶面出光结构的所述内侧面还包括位于所述部分球面结构上的若干凹入结构；所述凹入结构包括锥形、柱形和/或部分球形。又如，所述锥形包括棱锥形和/或圆锥形；又如，所述柱形包括棱柱形和/或圆柱形；又如，所述球形包括椭球形和/或圆球形。