一种LED透镜及LED灯的制作方法

一种led透镜及led灯
技术领域
1.本实用新型实施例涉及几何光学技术领域，具体涉及一种led透镜及led灯。


背景技术：

2.现有led灯中，一部分通过简单的透光材料封装以起到保护和透光作用，但是不具备聚光整形效果。还有一部分使用凸透镜进行聚光，但是聚光效果较差，不能使光线均匀扩散，会形成圆形不均匀光斑。
3.本技术发明人在研究中发现，当led灯作为拍摄仪的光照灯时，被拍摄的物体表面会形成局部光斑，从而影响图像采集效果。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种照明led透镜及led灯，以能够降低散光，使照明光线均匀扩散并形成矩形形状。
5.根据本实用新型实施例的一个方面，一种led透镜，包括：座体和镜体，所述镜体设于所述座体表面上，且在所述座体表面上的正投影为矩形，所述镜体的侧面垂直于所述座体表面；所述镜体的出光面为自由曲面；所述出光面呈中心对称，穿过其中心轴线且相互垂直的第一平面和第二平面分别将所述出光面镜像平分；与所述第一平面平行的平面在所述出光面上形成第一平行曲线，所述第一平行曲线为呈中间凸起的拱形弧线；与所述第二平面平行的平面在所述出光面上形成第二平行曲线，所述第二平行曲线呈中间凹陷，且所述凹陷与其两端点之间呈凸起状；所述座体背离所述镜体的一面开设有收容孔。
6.在一种可选的方式中，以所述座体表面为基准面，出光面上各端角的高度小于所述出光面中其他任意一点的高度。
7.在一种可选的方式中，以a为比例常量，所述第一平行曲线中间凸起的最高点与其两端点的高度差为1.57a
‑
1.65a。
8.在一种可选的方式中，以a为比例常量，所述第二平行曲线的最高点与最低点在所述座体上投影的最小距离为1.51a
‑
1.55a；所述第二平行曲线的中间凹陷的最低点与所述第二平行曲线的最低点在所述座体上投影的距离为3.13
‑
3.17a。
9.在一种可选的方式中，所述第二平行曲线的最高点与其两端点的高度差为1.15a
‑
1.20a。
10.在一种可选的方式中，所述第二平行曲线的最高点与其中间凹陷的最低点的高度差为0.13a
‑
0.19a。
11.在一种可选的方式中，所述镜体的侧面为磨砂面。
12.在一种可选的方式中，所述座体上设有固定结构，用于将所述镜体固定。
13.根据本实用新型实施例的另一个方面，提供一种led灯，包括所述led透镜，以及led发光源，所述led发光源容置于所述收容孔内，所述led发光源发光时，光线经过所述led透镜折射后由所述出光面射出。
14.在一种可选的方式中，所述led发光源包括白光led、彩光led、紫外led或红外led中的任一种。
15.本实用新型实施例提供的led透镜通过将出光面设置为自由曲面，使得当led发光源发光时，光线穿过镜体并发生折射，最终穿透自由曲面，在自由曲面的作用下，光线沿设定光路照射，在光照的接受面上形成均匀矩形光斑，同时光线均匀发散，减少自由散光，从而在led发光源为同等功率的条件下，提高被照射区域光照强度，以实现节能功效。通过将镜体的侧面与底座表面垂直设置，使得光线更多地从出光面射出，从而使形成的均匀光斑所呈现的矩形更加完整，边界更加清晰，且亮度更高。
16.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
17.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
18.图1为本实用新型实施例提供的led透镜的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例提供的led透镜的剖视结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例提供的led透镜的使用场景示意图；
21.图4为本实用新型实施例提供的led透镜中出光面的点阵结构示意图。
22.具体实施方式中的附图标号如下：
23.led透镜100，座体110，收容孔111，镜体120，出光面121，中心轴线1211，第一平面1212，第二平面1213，凹陷部1214，第一凸起部1215，第二凸起部1216，侧面122，第一平行曲线123，第二平行曲线124，矩形光斑200。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
25.根据本实用新型实施例的一个方面，提供一种led透镜，用于led发光源的光线调整，以能够降低散光，使照明光线均匀扩散并形成矩形形状。
26.请参阅图1及图2，图中示意性地示出了本实用新型一实施例的led透镜的整体结构和剖视结构。如图中所示，led透镜100包括：座体110和镜体120。镜体120设于座体110表面上，且在座体110表面上的正投影为矩形，镜体120的侧面122垂直于座体110表面。镜体120的出光面121为自由曲面，出光面121呈中心对称，穿过其中心轴线1211且相互垂直的第一平面1212和第二平面1213分别将出光面121镜像平分。与第一平面1212平行的平面在出光面121上形成若干条第一平行曲线123，第一平行曲线123为呈中间凸起的拱形弧线，如图1所示，所述拱形弧线为一段平滑的弧形结构，两端点为最低点，中间点为最高点，中间不存在凹陷或者凸起。与第二平面1213平行的平面在出光面121上形成若干条第二平行曲线
124，第二平行曲线124呈中间凹陷，且在凹陷与其两端点之间呈凸起状，如图2所示，所述自由曲面的表面曲线反映了第二平行曲线的显示效果，所述第二平行曲线124中间凹陷形成凹陷部1214，凹陷部1214与两端点之间分别凸起形成第一凸起部1215和第二凸起部1216，相对于所述座体110的表面，所述凹陷部1214的最低点低于所述凸起部1215和凸起部1216的最高点，在所述凹陷部1214和第一凸起部1215之间的曲线平滑过渡，在所述凹陷部1214和第二凸起部1216之间的曲线也平滑过渡。
27.请参阅图3，图中示出了本实用新型实施例提供的led透镜的使用场景示意图。当在收容孔内安装led发光源后，led发光源发光，光线从出光面射出，在被照射平面形成均匀矩形光斑200。
28.本实用新型实施例提供的led透镜通过将出光面设置为自由曲面，使得当led发光源发光时，光线穿过镜体并发生折射，最终穿透自由曲面，在自由曲面的作用下，光线沿设定光路照射，在光照的接受面上形成均匀矩形光斑，同时光线均匀发散，减少自由散光，从而在led发光源为同等功率的条件下，提高被照射区域光照强度，以实现节能功效。通过将镜体的侧面与底座表面垂直设置，使得光线更多地从出光面射出，从而使形成的均匀光斑所呈现的矩形更加完整，边界更加清晰，且亮度更高。
29.为了进一步保证出射光线形成的矩形光斑清晰完整，本实用新型实施例提出一种实施方式，具体请参阅图2，以座体110表面为基准面，与基准面垂直朝上的方向为高度正方向，出光面121上的四个端角的高度h1小于出光面121中其他任意一点的高度。
30.如图4所示，为了便于对出光面的形状和结构进行说明，以出光面121上其中一端点为坐标原点建立三维坐标系，其中x轴方向为由该端点指向一相邻端点的方向，y轴方向为由该端点指向另一相邻端点的方向，z轴方向为与x、y轴所在平面垂直且朝上的方向。为了保证出射光线形成矩形的准确性，达到更好的投影效果，在一些实施例中，第一平行曲线123中间凸起的最高点与其两端点之间在z轴方向上的高度差h2可以为1.57
‑
1.65a，其中a为比例常量，下文中提到的a也均代表比例常量。
31.同理，如图4中所示，在一些实施例中，第二平行曲线124中最高点到最低点在x、y轴所在平面上正投影的最小距离l1可以为1.51a
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1.55a，中间凹陷的最低点与两端最低点在x、y轴所在平面上正投影的距离l2可以为3.13
‑
3.17a。第二平行曲线中最高点与两端点在z轴上的高度差h3可以为1.15a
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1.20a。第二平行曲线中最高点与中间凹陷的最低点在z轴上的高度差h4可以为0.13a
‑
0.19a。
32.通过限定第一平行曲线中间凸起最高点与两端最低点之间的高度差，以保证自由曲面在y、z轴所在平面上所呈拱形弧线的曲率变化。通过限定第二平行曲线中最高点与最低点间的最小水平距离，中间最低点与其端点间的距离，最高点与两端点的高度差，以及最高点与中间凹陷的最低点的高度差，以保证自由曲面在x、z轴所在平面所呈m形弧线的曲率变化，从而使得出射光线形成均匀矩形光斑时，矩形区域更加精确完整，边缘光斑整齐，光线强度高，照明效果良好。
33.为了更好的对所述出光面的自由曲面进行描述，本技术发明人列出了所述自由曲面的一些关键点位和点阵图的对应关系，请参阅图4和点阵表1，以图中左下角端点为坐标原点，将第一平行曲线123分为14个点，将第二平行曲线124分为10个点，通过点阵坐标对出光面121的结构形状进行说明，点阵的具体坐标范围请参阅下表1：
34.表1
[0035][0036][0037]
需要说明的是，上述点阵表1只是对本技术实施例提出的led透镜的自由曲面的一个示例性描述，并不代表所述自由曲面只能采用上述点阵进行设置，在本技术的构思下，所述点阵数据可以根据情况进行调整。
[0038]
为了进一步清晰化矩形光斑，并降低镜体侧面炫光，本实用新型还提出另外一种实施方式，具体地，镜体的侧面可以设置为磨砂面，磨砂面可减少镜体侧面出光，并降低炫光。
[0039]
为了保证led透镜外观整体的美观度，在一些实施例中，座体与镜体可以为一体结构。一体结构使得led透镜整体的外观简洁统一，具有良好的美观度，并且便于生产加工，提升生产效率。
[0040]
为了方便的放置led光源，达到更好的照射效果，如图2所示，在座体110背离镜体120的一面开设有收容孔111，所述收容孔111用于放置led光源，所述收容孔贯穿所述座体
并深入到所述led透镜一侧，所述收容孔的中心轴线与所述led透镜的中心轴线重合。
[0041]
进一步的，考虑到led透镜使用时的安装固定，座体上可以设有固定结构，用于将镜体固定。
[0042]
具体地，固定结构可以为卡槽、卡扣、螺孔、粘接结构中的一种或多种组合，通过在座体上设置固定结构，实现led透镜的便捷安装固定，有效地解决了led透镜在使用中的较难固定的问题。
[0043]
本实用新型实施例提供的led透镜可对led发光源的光线进行调整，具体地，光线通过镜体时发生折射，并最终穿透自由曲面，在自由曲面的作用下，光线沿设定的光路照射，在光照的接收面上形成均匀矩形光斑。
[0044]
本实用新型的led透镜可以进行有效聚光，可以在出光面的正前方形成矩形均匀光斑，并且可以通过调整镜体的长宽比例，形成不同大小的矩形光斑。同时本实用新型实施例提供的led透镜可以减少自由散光，在同等功率led的条件下，可有效提高照明区域的光照强度，因此具有节能作用。
[0045]
根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供一种led灯，包括上述实施例所述的led透镜，以及led发光源。led发光源容置于收容孔内，当led发光源发光时，光线经过led透镜折射后由出光面射出。
[0046]
本实用新型实施例的led灯中，led发光源可以与led透镜单独封装，形成单独地光源模块进行照明使用。
[0047]
为了使led灯功能多样化，本实用新型提出一种实施方式，具体地，led发光源可以采用白光led、彩光led、紫外led和红外led中的任一种。
[0048]
为了满足不同led发光源的要求，镜体结构可以采用高透射的pmma(亚克力)或石英玻璃材料，以适应可见光、紫外线和红外线等多种颜色光照。
[0049]
本实用新型实施例提供的led灯中，采用白光led的led灯可用于普通照明以及图像采集中被拍摄物体的照明，尤其当被拍摄物体具有一定反光作用时，本实用新型实施例提供的led灯由于形成的光斑均匀，因此被拍摄物体表面不会形成局部光斑，有效地保证了图像采集的质量和效果，具体地，当对矩形物体，例如证件、银行卡等进行拍照采集时，本实用新型实施例提供的led灯形成均匀矩形光斑，可与证件、银行卡正面及背面的矩形匹配，从而在拍摄时，可先将led灯固定并在放置平面形成大小合适的矩形照明区域，然后将身份证、银行卡等放置于矩形照明区域内进行图像采集，当需要大量采集时，可有效提高图像采集的效率。采用彩光led的led灯可以用于照明或者氛围灯使用。采用红外led或紫外led的led灯可以用于证件、货币等防伪标识的照射验证真伪。
[0050]
需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0051]
在本实用新型实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
[0052]
此外，技术术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对
重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0053]
在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
[0054]
在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0055]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。