一種LED用光學透鏡的制作方法

本實用新型涉及LED透射，尤其涉及的是，一種LED用光學透鏡。

背景技術：

目前城市亮化工程主要還是以LED光源的投光洗墻燈為主，LED投光洗墻燈與傳統白熾投光洗墻燈相比，具有節能環保的社會效益，LED燈具比白熾燈節電約70％，且基本不含有害金屬，本身沒有輻射，不會產生光污染，屬于典型的綠色環保照明產品；LED燈無頻閃、無紫外線輻射、無電磁波輻射、較低熱輻射、能耗低等特性，加上應用配光擴散技術消除眩光，使之已經成為節能、環保、健康光源。

并且，隨著LED燈具行業技術與工藝的不斷創新與提高，使其也受到了社會各界的廣泛關注，LED照明作為一種新型的綠色照明光源，受到了有關部門與用戶的高度重視和歡迎。如今多數主街建筑、體育場館、會議場館，廣場建筑、交通樞紐、城市CBD區及城市標志性建筑物等大型照明工程已經普遍采用了LED洗墻燈、護欄管燈等燈具，未來LED行業技術的發展，勢必是LED投光洗墻燈將完全代替傳統照明燈具的使用。

常規LED燈具基本上是在每個LED燈珠上方裝有一個由PMMA制成的高光效透鏡，主要功用是二次分配LED燈珠發出的光。透鏡的發光角度一般為15-120度，可分為窄(20度左右)、中(50度左右)、寬(120度左右)三種。

隨著LED燈具的應用越來越普及，其市場規模也越來越大，幾乎所有的LED燈具廠家都在追求高質量低成本應用方案，不斷的改進和試驗新的解決與制造方案，帶來的結果是各種研發成本的不斷上升。

燈具廠家追求低成本的時候，會更多地選擇低成本的LED燈珠，而目前低成本的燈珠在封裝上有一定的缺陷，即配光后及易出現偏黃光，偏紅光，偏紫光等等，且燈珠不易通用，目前市場上所有的透鏡沒有一款是可以通配不同類型不同封裝燈珠的。

并且，現有的LED用透鏡大部分為全反射透鏡，其透鏡單元基本上為中間有一個聚光用的光滑非球面，外側有一個光滑的全反射面，有的透鏡的出光面則設計為蜂窩狀的微透鏡陣列。還有些透鏡設計成多面體的鉆石面透鏡，但這些LED透鏡都全部或部分具有以下缺點：

1、透鏡單元中間聚光用的光滑的非球面，由于成像的作用，經過它投射出來的光斑會有LED燈珠的方形影子，非常不美觀。

2、透鏡單元外側光滑的全反射面，雖然可以投射出圓形的光斑，但由于其屬于下邊小、上邊大的全反射棱鏡，基于棱鏡的色散效應，有時候投射出來的光斑會有中間和邊緣色溫不一致的情況；多面體直面的透鏡有一定的縱向混光功能，但由于其混光角度不大，且基本沒有橫向混光功能，故其混色效果也不是很好。

3、至于那些出光面僅設置有蜂窩狀微透鏡陣列的全反射透鏡，雖然混光可以做得比較均勻，但混光效果不理想。

4，以上形式的透鏡配中低成本的LED燈珠時，光色始終存在各種問題，同時還有一個致命缺陷，即一般情況下只能配一款LED或一種封裝類型的燈珠。

因此，現有技術需要改進。

技術實現要素：

本實用新型提供一種新的LED用光學透鏡，所要解決的技術問題包括：如何設計具有較好的散射性、混光效果和通配性的LED用光學透鏡等。

本實用新型的技術方案如下：一種LED用光學透鏡，其包括頂面出光結構、周邊折射結構以及安裝結構；所述周邊折射結構圍繞所述頂面出光結構設置；所述周邊折射結構設置至少兩層混光結構，相鄰層混光結構之間存在空隙；每層所述混光結構具有環形橫截面，且各層所述混光結構的所述環形橫截面形成同心環形；每層所述混光結構具有遠離所述頂面出光結構的外側面，所述外側面上設有螺旋紋絡；所述螺旋紋絡包括若干互不交叉的弧線。

優選的，所述弧線為圓弧線。

優選的，所述混光結構的所述外側面凸設所述螺旋紋絡。

優選的，所述螺旋紋絡的各弧線形成由內向外逐漸放大的螺旋紋形狀。

優選的，所述螺旋紋絡中，相鄰弧線具有預設夾角或者各相鄰弧線的夾角相同。

優選的，所述螺旋紋絡中，各弧線或其延伸線具有一個相同的交點。

優選的，各層所述混光結構的所述螺旋紋絡的弧線，具有相同的彎曲方向。

優選的，相鄰層混光結構中，遠離所述頂面出光結構的混光結構的高度，高于靠近所述頂面出光結構的混光結構的高度。

優選的，沿垂直于所述環形橫截面的方向，所述混光結構具有縱截面；所述縱截面中，所述外側面為直線、折線、弧線或波浪線。

優選的，每層所述混光結構具有靠近所述頂面出光結構的內側面，所述內側面具有光滑表面、磨砂表面或條紋表面。

優選的，所述頂面出光結構具有圓形結構，其用于朝向LED的內側面包括部分球面結構。

優選的，所述部分球面結構具有光滑表面、磨砂表面或條紋表面。

優選的，所述頂面出光結構用于遠離LED的外側面為平面、凹面、凸面或菲涅爾面。

優選的，所述頂面出光結構的所述內側面還包括位于所述部分球面結構上的若干凸出結構。

優選的，所述凸出結構包括錐形、柱形和/或部分球形。

例如，所述頂面出光結構的所述內側面還包括位于所述部分球面結構上的若干凹入結構；所述凹入結構包括錐形、柱形和/或部分球形。

又如，所述錐形包括棱錐形和/或圓錐形。

又如，所述柱形包括棱柱形和/或圓柱形。

又如，所述球形包括橢球形和/或圓球形。

采用上述方案，本實用新型通過設計至少兩層混光結構及其螺旋紋絡，能夠應用于LED照明，將各種LED燈珠的各種不同規律的波長分布及不同色溫的光線，先行打散之后混合，整個光線經過多次重復打散混合與收光后，形成散射性好、色溫均勻，光色一致、通配性能非常強的LED光學器件，具有很高的應用價值。

這樣的光學結構，還具有以下優點：透鏡的尺寸與中心半球面形狀，可設計不同形狀組合及出光角度，可適應不同應用場景，具有極好的通配性；多層具有螺旋紋絡的光學柱圈結構，有效地利用光源的全部光效，又明顯地消除光源形成的黃斑，即能達到極好的混光效果。

附圖說明

圖1為本實用新型的一個實施例的某方向示意圖；

圖2為圖1所示實施例的另一方向示意圖；

圖3為本實用新型的另一個實施例的剖示圖；

圖4為本實用新型的另一個實施例的外觀示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型進行更詳細的說明。需要說明的是，當元件被表述“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上、或者其間可以存在一個或多個居中的元件。當一個元件被表述“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件、或者其間可以存在一個或多個居中的元件。本說明書所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本說明書中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是用于限制本實用新型。本說明書所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本實用新型的目的是提供一種LED用光學透鏡，其既可以克服常規透鏡的散射混光問題，滿足各種規格及應用場景的光學效果需求，對光源進行有效的二次光效分配，同時又要克服常規透鏡只能單一適配的缺點以適應各類LED燈珠，從而達到解決燈具廠家追求低成本高質量高外觀的燈具方案的目的，使透鏡盡可能達到高效實用。一個實施例是，一種LED用光學透鏡，其包括頂面出光結構、周邊折射結構以及安裝結構；所述周邊折射結構圍繞所述頂面出光結構設置；所述周邊折射結構設置至少兩層混光結構，相鄰層混光結構之間存在空隙；每層所述混光結構具有環形橫截面，且各層所述混光結構的所述環形橫截面形成同心環形；每層所述混光結構具有遠離所述頂面出光結構的外側面，所述外側面上設有螺旋紋絡；所述螺旋紋絡包括若干互不交叉的弧線。本實用新型及其各實施例實現了一種全能型通配式LED透鏡，這是一款具有多層螺旋紋絡效果的LED用光學透鏡，這種透鏡使產品變得通配性極強，光色效果更佳；這種具有多層螺旋紋絡結構的光學透鏡，最大特點是將各種LED燈珠的各種不同規律的波長分布及不同色溫的光線，先行打散之后混合，整個光線經過多次重復打散混合與收光后，形成色溫均勻，光色一致通配性能非常強的LED光學器件。并且，這種透鏡的結構形狀較為新穎獨特，可與各類燈具風格搭配，亦可與各類燈具的各種規格的LED相適配。因此，本實用新型及其各實施例的這種LED用光學透鏡在應用時，會使燈具發光的感官效果美觀大方，具有藝術感。這種LED用光學透鏡，可單獨使用，也可排列組合使用，例如，成為洗墻燈或投光燈。

例如，如圖1所示，一種LED用光學透鏡，其包括頂面出光結構100、周邊折射結構200以及安裝結構300；其中，所述安裝結構用于將所述LED用光學透鏡固定安裝于照明設備，例如燈具或燈頭；例如，所述安裝結構設置螺接部、卡扣部或嵌套部，分別用于通過螺接、卡扣或嵌套等方式，固定安裝所述LED用光學透鏡。例如，如圖2或圖3所示，所述安裝結構設置卡扣部，用于通過卡扣方式固定安裝所述LED用光學透鏡。例如，所述卡扣部包括若干具有膨脹端部的扣合體。又如，如圖4所示，LED用光學透鏡還包括頂蓋400，頂面出光結構、周邊折射結構以及安裝結構均設置于頂蓋的一側；例如，頂蓋、頂面出光結構、周邊折射結構以及安裝結構一體成型設置。例如，如圖4所示，頂蓋遠離LED燈珠或燈具的一側為平面形狀。

優選的，如圖1與圖2所示，所述頂面出光結構100具有圓形結構，如圖3所示，所述頂面出光結構100用于朝向LED的內側面包括部分球面結構，即，所述頂面出光結構的內側面包括部分球面結構，該內側面用于朝向LED。優選的，所述部分球面結構具有光滑表面、磨砂表面或條紋表面。優選的，所述頂面出光結構用于遠離LED的外側面為平面、凹面、凸面或菲涅爾面。即，所述頂面出光結構的外側面用于遠離LED；亦可理解為，所述頂面出光結構的用于遠離LED的外側面為平面、凹面、凸面或菲涅爾面。

優選的，所述頂面出光結構的所述內側面還包括位于所述部分球面結構上的若干凸出結構。優選的，所述凸出結構包括錐形、柱形和/或部分球形。例如，所述頂面出光結構的所述內側面還包括位于所述部分球面結構上的若干凹入結構；所述凹入結構包括錐形、柱形和/或部分球形。又如，所述錐形包括棱錐形和/或圓錐形。又如，所述柱形包括棱柱形和/或圓柱形。又如，所述球形包括橢球形和/或圓球形。

這樣的頂面出光結構的結構設計，能夠根據透鏡的尺寸與中心半球面形狀靈活設計，具有較好的混光混色效果，實現各種不同形狀組合及出光角度，適應于不同應用場景，具有極好的通配性。

如圖1、圖2與圖3所示，所述周邊折射結構200圍繞所述頂面出光結構100設置；例如，所述周邊折射結構具有環形結構，其圍繞所述頂面出光結構；例如，所述周邊折射結構具有圓環形結構或橢圓環形結構等。

其中，所述周邊折射結構設置至少兩層混光結構，相鄰層混光結構之間存在空隙；例如，所述周邊折射結構設置多層混光結構；例如，所述周邊折射結構設置三層混光結構；每一層混光結構與其相鄰的各層混光結構之間存在空隙。例如，如圖1、圖2與圖3所示，所述周邊折射結構200設置三層混光結構，包括內層混光結構210、中間層混光結構220以及外層混光結構230，如圖3所示，各層混光結構相互連接且相鄰層混光結構之間存在空隙。優選的，所述周邊折射結構的各層混光結構一體設置。優選的，相鄰層混光結構中，遠離所述頂面出光結構的混光結構的高度，高于靠近所述頂面出光結構的混光結構的高度；例如，如圖1、圖2與圖3所示，內層混光結構210的高度、中間層混光結構220的高度以及外層混光結構230的高度順序增大，增大的幅度相同或相異，中間層混光結構220的高度高于內層混光結構210的高度，外層混光結構230的高度高于中間層混光結構220的高度。

其中，每層所述混光結構具有環形橫截面，且各層所述混光結構的所述環形橫截面形成同心環形；這樣，各層所述混光結構層層圍繞，且圍繞所述頂面出光結構，使得所述周邊折射結構整體圍繞所述頂面出光結構設置。如圖1、圖2與圖3所示，所述周邊折射結構200設置三層混光結構，其中，內層混光結構210、中間層混光結構220以及外層混光結構230具有環形橫截面，且各層所述混光結構的所述環形橫截面形成同心環形，且圍繞所述頂面出光結構100。

每層所述混光結構具有遠離所述頂面出光結構的外側面，優選的，沿垂直于所述環形橫截面的方向，所述混光結構具有縱截面；所述縱截面中，所述外側面為直線、折線、弧線或波浪線。優選的，每層所述混光結構具有靠近所述頂面出光結構的內側面，所述內側面具有光滑表面、磨砂表面或條紋表面。

所述；即，每層所述混光結構的所述外側面上均設有所述螺旋紋絡；所述螺旋紋絡包括若干互不交叉的弧線；如圖1與圖2所示，所述周邊折射結構200設置三層混光結構，其中，內層混光結構210的外側面上設有內層的螺旋紋絡201，中間層混光結構220的外側面上設有中間層的螺旋紋絡202，以及外層混光結構230的外側面上設有外層的螺旋紋絡203；內層的螺旋紋絡201、中間層的螺旋紋絡202以及外層的螺旋紋絡203分別包括若干互不交叉的弧線。優選的，所述弧線為圓弧線或橢圓弧線；優選的，所述混光結構的所述外側面凸設所述螺旋紋絡。優選的，所述螺旋紋絡的各弧線形成由內向外逐漸放大的螺旋紋形狀。優選的，各層所述混光結構的所述螺旋紋絡的弧線，具有相同的彎曲方向；如圖1與圖2所示，內層的螺旋紋絡201的弧線、中間層的螺旋紋絡202的弧線以及外層的螺旋紋絡203的弧線，具有相同的彎曲方向。和/或，所述螺旋紋絡中，相鄰弧線具有預設夾角；例如，所述預設夾角根據弧線數量而設置，又如，所述預設夾角為5、10、15或20度。或者，所述螺旋紋絡中，各相鄰弧線的夾角相同。其中，相鄰弧線的夾角，或者預設夾角，為切線的夾角；例如，在相鄰弧線或其延伸線交點處分別作切線，兩切線的夾角即為相鄰弧線的夾角，或者預設夾角。和/或，所述螺旋紋絡中，各弧線或其延伸線具有一個相同的交點。上述各實施例對于螺旋紋絡的弧線的設計，能夠將各種LED的不同規律的波長分布，不同色溫的光線先行打散，之后混合，整個光線經過多次重復打散混合與收光后，形成色溫均勻，光色一致的LED光學透鏡，達到光束融合的目的，從而既能夠有效地利用光源的全部光效，又明顯地消除光源形成的黃斑，從而達到極好的混光效果。

上述結構設計，可以將LED燈珠側面的色溫不一致的光線混合在一起，改善和消除由于LED封裝缺陷而引發的如光線偏黃，偏藍，偏紫，偏紅等異常現象，消除常規透鏡出現的LED黃斑。且由于所述LED用光學透鏡采用螺旋紋絡，不僅美化出光效果，更使應用場景達到最佳配光狀態。

下面結合上述各實施例，進一步舉例說明本實用新型。例如，所述LED用光學透鏡主要包括用于固定所述LED用光學透鏡自身的安裝結構，以及頂面出光結構、周邊折射結構；頂面出光結構是中心區域，包括中間的折射部分及頂面的折射部分；周邊折射結構是圍繞中心區域的周邊區域，包括外部的折射和全反射部分。或者，亦可理解為，所述LED用光學透鏡主要包括中間的折射部分及外部的折射和全反射部分，加上頂面的折射部分。具體達成折射及全反射的材料與條件，可以參考現有技術實現，在此不作贅述。

其中，頂面出光結構，具有中心頂面，例如中心頂面包括一個半球面或平面，作為透鏡的出光面。出光面可以是光滑面，也可在其上附有規律的異形面，如磨砂面、小型珠面或鉆石面，這種結構可以對出光進行一定的混合與收光作用，并對LED封裝缺陷，如偏黃、偏藍、偏紫、偏紅等，起到混光作用。例如，本實施例采用了半球面附加小型珠面的結構，可以將投射出來的方形的LED芯片影子修正為圓形投光效果。

周邊折射結構以中心球面為軸心，設計了多層光學柱圈式混光結構，例如二層、三層或更多層。每層混光結構內側是與透鏡軸心平行的直面，起到光學折射作用，該部分的表面為光面，也可根據需要成磨砂面，條紋面；外側則帶有專用的曲面，曲面延長至下一個結構，曲面表面設計有一定旋轉方向的螺旋紋絡。

頂面出光結構，還具有中間折射部分，其底面可以為平面、凹面、凸面、菲尼爾面，其表面可以附有許多各種異型或菲尼爾或有規則的微透鏡或附有磨砂面。

最外側為安裝結構，用于固定安裝所述LED用光學透鏡。

所述LED用光學透鏡的材料不局限于PMMA、PC，根據需求，可以選用其它光學材料。所述LED用光學透鏡的具體外形或規格，可根據應用場景的光學要求設計成不同的尺寸與組合形狀，成為系列產品。

這種具有多層螺旋紋絡的反射與透射性能的光學結構的好處進一步說明如下：多層螺旋紋絡式樣新穎美觀靈活多變，易于與各種燈具風格相配套；LED用光學透鏡的尺寸與中心的半球面形狀，可根據各種實際要求，設計不同形狀組合及出光角度，從而可適應不同應用場景；并且，多層具有螺旋紋絡的光學柱圈結構，能起到很好的混光效果，即有效地利用光源的全部光效，又明顯地消除光源形成的黃斑。

進一步地，本實用新型的實施例還包括，上述各實施例的各技術特征，相互組合形成的LED用光學透鏡，本實用新型及其各實施例摒棄傳統設計，著重產品二次光學配光的作用，具有多層次的聚光及散光效果，適應多種封裝的LED燈珠，包括SMD封裝的多芯燈珠等，且具有螺旋式紋絡，起到橫向及縱向混合光線的作用，這種結構設計可使高度減小，透鏡做得很薄，而散光范圍較大；不僅實現了通用型新型結構的二次配光技術產業化，而且透鏡的通配性能非常強，極大提高了產品市場競爭力。

需要說明的是，本實用新型的說明書及其附圖中給出了本實用新型的較佳的實施例，但是，本實用新型可以通過許多不同的形式來實現，并不限于本說明書所描述的實施例，這些實施例不作為對本實用新型內容的額外限制，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。并且，上述各技術特征繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本實用新型說明書記載的范圍；進一步地，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。