一种光学透镜与led灯的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光学透镜与LED灯；其中，光学透镜包括安装座以及至少二透镜单元；各所述透镜单元固定设置于所述安装座；所述透镜单元设置聚光杯体；所述聚光杯体底部设置安装腔，其底面空置，用于至少部分放置外部的LED芯片；所述安装腔中，与所述底面相对的一面为折射面，其设置第一折射部，用于折射所述LED芯片的光线；所述聚光杯体的壁部设置全反射面；所述聚光杯体顶部设置出光面，所述出光面设置第二折射部。采用上述方案，本实用新型混光效果较好，适用于各种LED灯珠，通用性强，形成色温均匀，光色一致通配性能非常强的LED光学器件，具有很高的市场应用价值。
【专利说明】-种光学透镜与LED灯
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及LED的二次光学技术，尤其涉及的是，一种光学透镜与LED灯。
【背景技术】
[0002] 随着LED (发光二极管）灯具被大众越来越多地接受，LED灯具的市场越来越大， 几乎所有的LED灯具厂家都在追求高质量低成本方案，而在此其间就会出现频繁地更改方 案，造成各种研发成本的不断上升；并且，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（LED Chip，也称LED芯片）不易通用。
[0003] 并且，现有的发光二极管透镜大部分为全反射透镜，其形式为单个的、3合1或者 多合1组合的透镜，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，但这些面是不规则的排布，且面体为直面，这些LED透镜存在以下缺点。
[0004] 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芯片的方形的影子，非常的不美观；多面体的直面的要稍好，但一样存在上述问 题。
[0005] 对于透镜单元外侧光滑的全反射面，其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，因此天然具有基于棱镜的色散效应，投射出来的光斑会有 中间和边缘色温不一致的情况。
[0006] 专利号为CN103292247A的中国专利"一种多面体的二次光学透镜"提供了反射面 为多面体直面不规则排布的透镜，其具有一定的纵向混光功能，但由于其混光角度不大，一 般在3-5度左右；且基本没有横向混光功能，故其混色效果也不是很好。
[0007] 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，但混光效果不好且损耗大、效率低。
[0008] 以上各透镜配置LED灯珠时，光色始终难以达到照明的理想效果；尤其是配置中 低成本的LED灯珠时，光色较差。除此之外，还有一个致命缺陷，即一般情况下，其只能配一 款LED或一种封装类型的灯珠，缺乏通用性。 实用新型内容
[0009] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新的光学透镜与LED灯。
[0010] 本实用新型的技术方案如下：一种光学透镜，其包括安装座以及至少二透镜单元； 各所述透镜单元固定设置于所述安装座；所述透镜单元设置聚光杯体；所述聚光杯体底部 设置安装腔，其底面空置，用于至少部分放置外部的LED芯片；所述安装腔中，与所述底面 相对的一面为折射面，其设置第一折射部，用于折射所述LED芯片的光线；所述聚光杯体的 壁部设置全反射面；所述聚光杯体顶部设置出光面，所述出光面设置第二折射部。
[0011] 优选的，所述光学透镜中，所述全反射面设置全反射部，其具有多个四边形反射 块。
[0012] 优选的，所述光学透镜中，所述四边形至少有一对非平行边。
[0013] 优选的，所述光学透镜中，所述聚光杯体具有台体结构。
[0014] 优选的，所述光学透镜中，从所述底面到所述折射面的方向，各所述四边形反射块 逐渐增大设置。
[0015] 优选的，所述光学透镜中，所述第二折射部还凸出所述聚光杯体顶部延伸设置环 形部。
[0016] 优选的，所述光学透镜中，所述环形部设置菲尼尔面、珠面或磨砂面。
[0017] 优选的，所述光学透镜中，所述第一折射部设置弧形截面，且该弧形凸向所述LED 芯片的位置。
[0018] 优选的，所述光学透镜中，所述第一折射部凸向所述LED芯片的位置设置珠面。 [0019] 优选的，所述光学透镜中，所述第一折射部顶侧设置磨砂面。
[0020] 优选的，所述光学透镜中，设置各所述透镜单元的位置，使一所述透镜单元的透出 光线与至少一其它所述透镜单元的透出光线至少部分重合。
[0021] 优选的，所述光学透镜中，一所述透镜单元设置于中间，其余各所述透镜单元环绕 其设置。
[0022] 本实用新型又一技术方案如下：一种LED灯，其包括若干LED芯片以及至少一上述 光学透镜。
[0023] 米用上述方案，本实用新型米用聚光杯体，混光效果较好，适用于各种LED灯珠， 通用性强，形成色温均匀，光色一致通配性能非常强的LED光学器件，具有很高的市场应用 价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1A、图1B、图1C分别为本实用新型光学透镜的实施例1的出光面、侧面、背面示 意图；
[0025] 图2A、图2B、图2C分别为本实用新型透镜单元的实施例1的出光面、侧面、背面示 意图；
[0026] 图3A、图3B、图3C分别为本实用新型光学透镜的实施例2的出光面、侧面、背面示 意图；
[0027] 图4A、图4B、图4C分别为本实用新型透镜单元的实施例2的出光面、侧面、背面示 意图；
[0028] 图5A、图5B、图5C分别为本实用新型光学透镜的实施例3的出光面、侧面、背面示 意图；
[0029] 图6A、图6B、图6C分别为本实用新型透镜单元的实施例3的出光面、侧面、背面示 意图；
[0030] 图7A、图7B、图7C分别为本实用新型光学透镜的实施例4的出光面、侧面、背面示 意图；
[0031] 图8A、图8B、图8C分别为本实用新型透镜单元的实施例4的出光面、侧面、背面示 意图。
【具体实施方式】
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 本实用新型的一个实施例是，一种光学透镜，其包括安装座以及至少二透镜单元； 各所述透镜单元固定设置于所述安装座；所述透镜单元设置聚光杯体。例如，所述聚光杯体 为圆柱形或者圆台形；优选的，所述聚光杯体具有台体结构；优选的，所述聚光杯体为正圆 台形或者椭圆台形。又如，所述聚光杯体具有梯形截面，例如，所述梯形为等腰梯形或者非 等腰梯形，又如，所述梯形为直角梯形。优选的，相邻透镜单元的距离小于所述聚光杯体的 半径的1/2,这样可以起到较好的混光作用，使得光照更均匀。优选的，所述聚光杯体实心设 置。采用上述结构，该光学透镜适用于LED各种类型灯具。
[0035] 所述聚光杯体底部设置安装腔，其底面空置，用于至少部分放置外部的LED芯片； 例如，所述安装腔仅放置所述LED芯片的出光部分，这样，LED芯片的热量容易散发出去，能 够有效避免LED芯片的光衰问题过早发生。
[0036] 所述安装腔中，与所述底面相对的一面为折射面，其设置第一折射部，用于折射所 述LED芯片的光线；优选的，所述第一折射部设置弧形截面，且该弧形凸向所述LED芯片的 位置。优选的，以所述LED芯片为对称轴，该弧形具有非对称结构；这样，可以增强第一折射 部的折射效果，并且在实际应用中不影响透光效果。或者，所述第一折射部凸向所述LED芯 片的位置设置珠面；优选的，所述第一折射部顶侧设置磨砂面。
[0037] 所述聚光杯体的壁部设置全反射面；优选的，所述全反射面设置于所述聚光杯体 的外壁部，这样加工较为方便。优选的，所述全反射面设置全反射部，其具有多个四边形反 射块，例如，反射块为一个切削平面，其为四边形。优选的，所述全反射面还设置一涂层，以 增强反射效果；例如，对每一反射块设置一涂层；在生产中，工艺比较简单，但是可以大大 增强反射效果。优选的，所述四边形至少有一对非平行边，即，所述四边形为非矩形；经多 次试验，这种实施例具有较好的消除光斑效果，使得反射光线更为均匀；例如，所述四边形 为等腰梯形、非等腰梯形或者非规则四边形等。优选的，所述光学透镜中，如图1B、图1C、图 2B、图2C所示，对于四边形反射块104,从所述底面到所述折射面的方向，各所述四边形反 射块逐渐增大设置。同样的，如图3B、图3C、图4B、图4C所示，也可以看出从所述底面到所 述折射面的方向，各所述四边形反射块逐渐增大设置；这样，能够协助消除光斑中心及边缘 的色温差异，还起到一定的防眩光作用。
[0038] 所述聚光杯体顶部设置出光面，所述出光面设置第二折射部。优选的，所述第二折 射部还凸出所述聚光杯体顶部延伸设置环形部。这样，在一定程度上，能够增加折射，降低 损耗，提高了出光效率，这是现有技术各产品没有做到的。优选的，所述环形部设置菲尼尔 面、珠面或磨砂面。
[0039] 优选的，所述光学透镜中，设置各所述透镜单元的位置，使一所述透镜单元的透出 光线与至少一其它所述透镜单元的透出光线至少部分重合。例如，如图1C、图3C、图5C、图 7C所示，一所述透镜单元设置于中间，其余各所述透镜单元环绕其设置。这样，在结构上适 用于密集发光的产品。优选的，环置的各透镜单元为6个，所述光学透镜一共设置7个透镜 单元；这样在布局较为紧凑和便利，结构简单，优化成本。
[0040] 例如，所述光学透镜包括至少两个或两个以上的透镜单元，例如，所述光学透镜包 括3个、4个、5个、6个或者更多的透镜单元；又如，各透镜单元排列成一行，或者排列为矩 阵，或者排列为多层环形等；该透镜单元由中间的折射部分及外圈的全反射部分加上顶面 的折射部分组成，透镜单元间光线形成一定的光束融合。其中，中间折射部分的底面为凹 面、凸面和/或菲尼尔面(也称菲涅尔面)，其上可以附有许多各种异型微透镜或菲尼尔微透 镜或有规则排列的微透镜或附有磨砂面的微透镜，这样，其底面可以将投射出来的方形的 LED芯片影子修正为圆形光斑；又如，中间折射部分的侧面为光面、磨砂面和/或条纹面。这 样，该实施例可以将LED侧面的色温不一致的光线混合在一起，还对LED封装出现的缺陷， 如光线偏黄、偏蓝、偏紫、偏红等异常缺陷，起到第一道混光作用。
[0041] 优选的，如图1A、图1B、图1C所示，所述光学透镜包括安装座100,至少二透镜单元 103固定设置于所述安装座，优选的，所述安装座上设置若干固定部102,用于将所述光学 透镜固定安装于外部，例如，固定安装于外部的LED灯壳或者其他部件上；优选的，如图1C 所示，所述固定部通过固定螺栓105将所述光学透镜固定安装于外部。优选的，所述光学透 镜设置出光表面101，如图1A所示，所述出光表面为菲尼尔面；如图3A、图3B、图3C所示， 所述出光表面为光滑面；如图5A、图5B、图5C所示，所述出光表面为雾面或者磨砂面；如图 7A、图7B、图7C所示，所述出光表面为珠面或者多个规则排列的半球面。
[0042] 如图2A、图2B、图2C所示，所述透镜单元；所述聚光杯体顶部设置出光面110,如 图2A所示，所述出光面为菲尼尔面；如图4A、图4B、图4C所示，所述出光面为光滑面；如图 6A、图6B、图6C所示，所述出光面为雾面或者磨砂面；如图8A、图8B、图8C所示，所述出光 面为珠面或者多个规则排列的半球面。
[0043] 如图1C、图2C所示，所述透镜单元设置第一折射部106以及全反射面107 ;所述全 反射面设置于聚光杯体的外壁部；如图2C所示，所述第二折射部还凸出所述聚光杯体顶部 延伸设置环形部108。如图2B所示，LED芯片109设置于所述聚光杯体底部。需要说明的 是，所述透镜单元不包括LED芯片。
[0044] 优选的，如图1A至图8C所示，该透镜单元外圈的全反射面采用渐变的四边形异形 面重叠式设计，其对LED封装缺陷起到第二道混光与收光作用，对消除光斑中心及边缘的 色温差异有缓解作用，还起到一定的防眩光作用。
[0045] 优选的，该透镜单元的顶面为光滑的平面或有规律的菲涅尔面、异形面、磨砂面和 /或珠面，其为出光面；这样，可以对出光进行一定的混合与收光作用，对LED封装缺陷，如 偏黄、偏蓝、偏紫、偏红等，起到第三道混光作用。
[0046] 并且，上述各实施例中，由于所述光学透镜为两颗或两颗以上的透镜单元连体使 用，当透镜单元多于2颗时，优选的，当透镜单元不少于4颗时，例如，4颗透镜单元排列为两 行两列，在合适的距离内，透镜单元间的光线会有一定的融合与交叉，其起到第四道混光作 用。需要说明的是，只要透镜单元符合上述各实施例，透镜单元的组合位置，形状，数量均不 受额外约束。
[0047] 这样，采用上述各实施例，就能够实现将各种LED的各中不同规律的波长分布，不 同色温的光线先行打散，之后混合，整个光线经过三至四道光线的打散混合与收光后，横向 混光与纵向混光效果均较好，从而能够形成色温均匀、光色一致通配性能非常强的LED光 学器件，例如LED照明灯、LED射灯等。
[0048] 本实用新型又一实施例是，一种LED灯，其包括若干LED芯片以及至少一上述光学 透镜，例如，每一所述透镜单元上固定设置一所述LED芯片。每一所述LED芯片的光通过 一所述透镜单元混光射出，能够达到理想的照明效果，使产品变得通配性极强，光色效果更 佳。
[0049] 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 成的光学透镜与LED灯，该光学透镜适用于各种LED灯珠，通用性强，形成色温均匀；该LED 灯光色一致通配性能非常强。
[0050] 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。
【权利要求】
1. 一种光学透镜，其特征在于，包括安装座以及至少二透镜单元； 各所述透镜单元固定设置于所述安装座； 所述透镜单元设置聚光杯体； 所述聚光杯体底部设置安装腔，其底面空置，用于至少部分放置外部的LED芯片； 所述安装腔中，与所述底面相对的一面为折射面，其设置第一折射部，用于折射所述 LED芯片的光线； 所述聚光杯体的壁部设置全反射面； 所述聚光杯体顶部设置出光面，所述出光面设置第二折射部。
2. 根据权利要求1所述光学透镜，其特征在于，所述全反射面设置全反射部，其具有多 个四边形反射块。
3. 根据权利要求2所述光学透镜，其特征在于，所述四边形至少有一对非平行边。
4. 根据权利要求3所述光学透镜，其特征在于，所述聚光杯体具有台体结构。
5. 根据权利要求4所述光学透镜，其特征在于，从所述底面到所述折射面的方向，各所 述四边形反射块逐渐增大设置。
6. 根据权利要求5所述光学透镜，其特征在于，所述第二折射部还凸出所述聚光杯体 顶部延伸设置环形部。
7. 根据权利要求6所述光学透镜，其特征在于，所述环形部设置菲尼尔面、珠面或磨砂 面。
8. 根据权利要求6所述光学透镜，其特征在于，所述第一折射部设置弧形截面，且该弧 形凸向所述LED芯片的位置；或者，所述第一折射部凸向所述LED芯片的位置设置珠面。
9. 根据权利要求8所述光学透镜，其特征在于，所述第一折射部顶侧设置磨砂面。
10. 根据权利要求8所述光学透镜，其特征在于，设置各所述透镜单元的位置，使一所 述透镜单元的透出光线与至少一其它所述透镜单元的透出光线至少部分重合。
11. 根据权利要求10所述光学透镜，其特征在于，一所述透镜单元设置于中间，其余各 所述透镜单元环绕其设置。
12. -种LED灯，其特征在于，包括若干LED芯片以及至少一如权利要求1至11任一所 述光学透镜。
【文档编号】F21V5/04GK203880607SQ201420152654
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】吴良城 申请人:深圳市圣诺光电科技有限公司