本專利申請涉及LED照明技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及透鏡及其應(yīng)用的LED燈。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的信號燈，例如船舶信號燈，一般采用鹵素?zé)艄庠础h(huán)形螺紋玻璃(菲涅爾透鏡)、擋光板等組成的光學(xué)結(jié)構(gòu)。此類航行信號燈存在以下問題：1、鹵素?zé)艄庠?---光效低(整燈在60W以上才能滿足國家標(biāo)準(zhǔn))、抗震能力差，體積大；2、環(huán)形螺紋玻璃----易積水和積灰，使光效迅速降低，存在嚴重的安全隱患；3、擋光板----a、不同的航行信號燈需要不同的擋光板，增加了整燈的成本；b、由于擋光板的擋光作用，整燈的光效低；c、多余的能量以熱量的形式散發(fā)，給散熱也帶來很大的困難。因此，有必要提供一種新型的船舶航行信號燈及其光學(xué)組件，使其具有光效高，體積小，抗震能力強，散熱好，成本低等優(yōu)點。

LED(Light Emitting Diode)以其全固態(tài)，高光效，色度純、能耗低、壽命長、無污染等優(yōu)點成為21世紀具有競爭力的新型光源。隨著LED光通量及光效的不斷提高，LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，然而，由于LED芯片本身屬于半空間朗伯型發(fā)光，其發(fā)光強度兩邊(大角度)低，中心(小角度)高，無法直接應(yīng)用于照明領(lǐng)域；因此，對LED光源的二次光學(xué)配光設(shè)計顯得尤為重要。目前，針對上述問題1，市面上存在直接將LED球泡燈替換鹵素?zé)舻姆桨?，但是并沒有很好的利用LED的優(yōu)勢，導(dǎo)致光效浪費較大。常見的針對LED光源的二次配光以透鏡和反射器為主，通過非成像光學(xué)設(shè)計透鏡或者反射器外形，利用折射、反射等光學(xué)特性改變LED光源光線角度，對LED光源發(fā)出的光線進行重新分配，從而得到預(yù)期的照度分布。

常用的LED二次配光設(shè)計按其角度劃分可以分為窄配光，中配光、寬配光以及特寬配光；按其被照面形狀又可以分為圓形，橢圓形，方形，矩形，多邊形等等。但是，以上的所有LED配光設(shè)計都僅僅針對于普通的室內(nèi)或戶外應(yīng)用環(huán)境，并不能滿足船舶航行信號燈這一特殊領(lǐng)域的配光要求；例如，在一標(biāo)準(zhǔn)中，如下表1，列出了對船用的信號燈包括多種類型(桅燈、梶燈、環(huán)照燈、左/右舷燈等)的照射角度等不同的標(biāo)準(zhǔn)：

表1

而對應(yīng)不同類型的傳統(tǒng)的燈的造型也各不相同，現(xiàn)有的方式是一一對應(yīng)開模，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本專利申請的目的在于提供透鏡及其應(yīng)用的LED燈，解決現(xiàn)有技術(shù)中LED配光設(shè)計無法滿足LED信號燈的要求的問題、以及不同類型信號燈之間無法互換使用的問題。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)及其他相關(guān)目標(biāo)，本專利申請?zhí)峁┮环N透鏡，包括：透鏡主體，為實體結(jié)構(gòu)，包括：凸弧面形的出光面、與所述出光面相對的安裝面、以及與所述出光面和安裝面相接的至少兩個相對的端面；供罩設(shè)于LED光源的第一凹部，從所述透鏡主體的安裝面內(nèi)凹而形成，其內(nèi)表面構(gòu)成與所述出光面對應(yīng)的入光面；所述入光面包括朝向所述透鏡主體的相對兩個端面設(shè)置的一對側(cè)面及連接所述一對側(cè)面的連接面；一對第二凹部，從所述透鏡主體的兩個端面內(nèi)凹而形成，各所述第二凹部朝向所述LED光源的表面構(gòu)成反光面。

可選的，所述連接面朝向所述LED光源凸出。

可選的，所述一對第二凹部是形狀對稱地設(shè)置于所述兩個端面的。

可選的，所述出光面設(shè)有截光部，所述截光部位于所述LED光源的至少一側(cè)，用于將來 自所述LED光源的光線向側(cè)向折射。

可選的，所述截光部是由多個斷面呈三角形的棱鏡外凸地排列設(shè)置形成的。

可選的，所述截光部有至少一對，在所述出光面上分別位于所述LED光源相對兩側(cè)。

可選的，所述透鏡主體向外延伸形成有凸部，所述凸部設(shè)有固定用途的穿孔。

可選的，所述透鏡主體的安裝面設(shè)有定位部，以供與待安裝位置結(jié)合以獲得定位。

為實現(xiàn)上述目標(biāo)及其他相關(guān)目標(biāo)，本專利申請?zhí)峁┮环NLED燈，包括所述的透鏡。

可選的，所述LED燈包括：頂蓋、底座及設(shè)于兩者之間的燈體；所述燈體包括：透光罩；

光源安裝件，呈柱形，設(shè)于所述透光罩內(nèi)，在其側(cè)面的外表面形成有至少一個承載位，其中，每個承載位供設(shè)置LED發(fā)光單元，各所述承載位中的至少一個設(shè)有LED發(fā)光單元；所述LED發(fā)光單元，包括：LED基板，設(shè)有LED光源，固定設(shè)于所述承載位；所述透鏡，固定設(shè)置于所述LED基板并罩設(shè)于所述LED光源外。

可選的，所述的LED燈，還包括：透鏡蓋板，其罩蓋于所述透鏡并與所述光源安裝件固定結(jié)合，所述透鏡蓋板具有露出所述透鏡的孔部。

可選的，所述承載位的至少相對兩側(cè)分別設(shè)有第一卡合部，所述透鏡蓋板設(shè)有與所述第一卡合部一一卡合的第二卡合部以實現(xiàn)所述固定。

可選的，所述透鏡蓋板橫截面呈拱形。

可選的，所述光源安裝件的橫截面為多邊形，每條邊對應(yīng)于一個承載位。

可選的，所述光源安裝件的橫截面為正多邊形。

可選的，所述透鏡主體向外延伸形成有凸部，所述凸部設(shè)有固定用途的穿孔，所述穿孔供穿合固定件以固定透鏡主體于所述LED基板。

可選的，所述透鏡主體的安裝面設(shè)有定位部，所述定位部與所述LED基板上的待安裝位置對應(yīng)結(jié)合。

可選的，所述透光罩為光滑表面的透明罩。

如上所述，本專利申請?zhí)峁┩哥R及其應(yīng)用的LED燈，所述透鏡包括：透鏡主體，為由凸弧面形的出光面、與所述出光面相對的安裝面、以及與所述出光面和安裝面相接的兩個相對的端面圍成的結(jié)構(gòu)，所述透鏡主體的安裝面內(nèi)凹形成入光面，所述入光面包括朝向所述透鏡主體的相對兩個端面設(shè)置的一對側(cè)面及連接所述一對側(cè)面的連接面，所述透鏡主體的兩個端面的內(nèi)凹形成朝向所述LED光源的反光面，所述LED燈通過裝設(shè)該透鏡達成橫向和縱向角度相差近7倍的配光效果及高光學(xué)效率的優(yōu)點，另外，所述LED燈內(nèi)的光學(xué)組件可有多種組合，從而實現(xiàn)分別滿足船用的信號燈多種類型的要求。

附圖說明

圖1顯示為本專利申請一實施例中透鏡的外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本專利申請一實施例中透鏡內(nèi)部透視的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為圖1的A-A向的剖面示意圖。

圖4顯示為圖1的B-B向的剖面示意圖。

圖5顯示為以圖3角度展示的光路示意圖。

圖6顯示為以圖4角度展示的光路示意圖。

圖7顯示為本專利申請一實施例中透鏡上的截光部應(yīng)用的光路示意圖。

圖8顯示為本專利申請一實施例中透鏡的配光曲線圖。

圖9顯示為本專利申請一實施例中LED燈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10顯示為圖9的縱剖示意圖。

圖11顯示為本專利申請一實施例中LED燈的部分組件的分解示意圖。

圖12a顯示為本專利申請一實施例中實現(xiàn)LED燈設(shè)計的一種LED發(fā)光單元組合的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12b是圖12a在一實施例中的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12c是圖12a實施例下的配光曲線圖。

圖13a顯示為本專利申請一實施例中實現(xiàn)LED燈設(shè)計的又一種LED發(fā)光單元組合的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13b是圖13a在一實施例中的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13c是圖13a實施例下的配光曲線圖。

圖14a顯示為本專利申請一實施例中實現(xiàn)LED燈設(shè)計的再一種LED發(fā)光單元組合的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14b是圖14a在一實施例中的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14c是圖14a實施例下的配光曲線圖。

元件標(biāo)號說明

1 透鏡

10 安裝面

11 出光面

12 端面

121 第二凹部

1211 反射面

13 凸部

131 穿孔

14 截光部

15 第一凹部

151 側(cè)面

152 連接面

2 LED光源

3 LED燈

31 頂蓋

32 燈體

321 透光罩

322 安裝件

3221 承載位

3222 第一卡合部

323 LED發(fā)光單元

3231 LED基板

3232 LED光源

3233 透鏡

324 透鏡蓋板

3241 第二卡合部

33 底座

34 LED驅(qū)動電源

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本專利申請的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本專利申請的其他優(yōu)點與功效。本專利申請還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背 離本專利申請的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1至圖4所示，本專利申請?zhí)峁┮环N透鏡1，所述透鏡1包括：透鏡主體及設(shè)于所述透鏡主體的第一凹部15和第二凹部121。

所述透鏡主體，為由凸弧面形的出光面11、與所述出光面11相對的安裝面10、以及與所述出光面11和安裝面10相接的兩個相對的端面12圍成的實體結(jié)構(gòu)。在一實施例中，如圖2所示，所述透鏡主體可以為例如縱切的部分圓柱體或橢圓柱體(例如半圓柱或半橢圓柱)等，而所述出光面11即可為拱形弧面，之所以采用凸弧面形的出光面11是為了LED光的擴散，可一并參考圖4及圖6，圖4顯示為圖1在B-B方向的剖視圖，圖6例示性地展示在所述出光面11作用下的出光路線；所述安裝面10為所述出光面11的相對面，圖示為底面，其例如為平面等，所述透鏡主體是以所述安裝面10朝向LED光源2來安裝的。

再如圖2所示，所述第一凹部15是從所述透鏡主體的安裝面10內(nèi)凹而形成，供罩設(shè)于LED光源2外，所述第一凹部15的內(nèi)表面構(gòu)成與所述出光面11對應(yīng)的入光面，所述入光面包括朝向所述透鏡主體的相對兩個端面12設(shè)置的一對側(cè)面151及連接所述一對側(cè)面151的連接面152。在一實施例中，所述第一凹部15的形狀可以和該透鏡主體相似，為縱剖的部分圓柱體或橢圓主體，所述一對側(cè)面151分別與所述一對端面12相對，用于兩側(cè)出光；而所述連接面152可以是弧形面，且優(yōu)選的，從圖2及圖3可知，所述連接面152為向所述LED光源2凸出，從而將從連接面152透過的光線變?yōu)槠叫泄狻９庠瓷涑龅墓庠诮?jīng)過透鏡之后獲得了在透鏡徑向的面上較大的照射角度而在透鏡軸向上獲得較窄的照射角度，類似扇面柱的出射光線。

所述第二凹部121，從所述透鏡主體的兩個端面12內(nèi)凹而形成，可以是整個端面12都內(nèi)凹也可以是部分內(nèi)凹，各所述第二凹部121朝向所述LED光源2的表面構(gòu)成反光面(優(yōu)選為全反射面1211)，使得所述LED光源2至少從所述一對側(cè)面151的出光受該反光面的反射而向所述出光面11傳送，優(yōu)選的，所述一對第二凹部121是形狀對稱地設(shè)置于所述兩個端面12的，使兩個反射面1211所作用的出光均衡；優(yōu)選的，如圖2所示，該一對第二凹部121的內(nèi)凹頂點是落在安裝面10上，可使所述形成的反射面1211各部分均是朝向出光面11的，而沒有朝向安裝面10的。

具體的，請參閱圖5，LED光源2的出光從所述入光面，經(jīng)過透鏡1的材料介質(zhì)折射后有一部分(例如從入光面的連接面152的出光)直接到達出光面11，另一部分(例如從入光面的側(cè)面151的出光)經(jīng)過所述反射面1211反射后到達出光面11，而若所述第二凹部121 的內(nèi)凹頂點不落在安裝面10上，則所述反射面1211會有一部分是朝向安裝面10的，則會影響出光效率，當(dāng)然，雖然其并非最優(yōu)選的實施例，但其同樣被涵蓋在本專利申請的保護范圍之內(nèi)。

該透鏡的工作原理，參見圖5和圖6，為了表述方便，定義圖5中垂直紙面的方向為縱向，圖5的左右方向為橫向，圖6是與圖5相互垂直的剖面圖，那么圖6中左右方向為縱向，垂直于紙面的方向為橫向。在圖5中所展示光路圖可見，LED光源2發(fā)出的光線，一部分通過連接面152后形成平行光到達出光面11，另一部分經(jīng)過入光面的側(cè)面151的折射和反射面1211的反射后形成平行光達到出光面11(理想的情況下平行光為絕對平行，但是實際生產(chǎn)或設(shè)計中并不一定絕對平行)，由于反射面1211對LED光源2橫向出光的限制作用，光線在橫向傳播上的角度變小，另外一方面，如圖6中所展示光路圖可知，在縱向截面上，經(jīng)過入光面和出光面11的折射之后，縱向傳播上角度變大(即向外擴散)。由此，原本的LED光源2的半空間朗伯型發(fā)光通過該透鏡的配光，在橫向和縱向分別達到了配光目的，且光強變的更加均勻。

總結(jié)起來，此透鏡1通過對光源橫向和縱向的光線進行分別控制，最后能形成橫向和縱向角度相差近7倍的配光效果，而滿足船舶航行信號燈的要求，并且其光學(xué)效率高達88％以上，請參見圖8，展示的是通過該透鏡1配光的曲線圖。

另外優(yōu)選但非必須的是，如圖1所示，所述出光面11設(shè)有截光部14，所述截光部14位于所述LED光源2的至少一側(cè)(優(yōu)選為如圖所示的兩側(cè))，優(yōu)選的，所述截光部14有至少一對，在所述出光面11上分別位于所述LED光源2相對兩側(cè)；具體的，所述截光部14可以是由多個斷面呈三角形的棱鏡外凸地排列設(shè)置形成的，并請參閱圖7，從中可見，所述截光部14的每個棱鏡將的來自所述LED光源2的光線向側(cè)向折射，從而避開中間主要發(fā)光區(qū)域，實現(xiàn)交通信號燈尤其是船舶航行信號燈的截光性要求。

請再參閱圖1及圖4，在一實施例中，所述透鏡主體外延伸形成有凸部13，優(yōu)選是從出光面11和安裝面10的相接處凸出形成，所述凸部13設(shè)有固定用途的穿孔131，以供結(jié)合例如鉚釘、螺絲等固定件而固定于待安裝位置；當(dāng)然并非以此為限，例如所述透鏡主體的安裝面10可以設(shè)置定位部，以供與待安裝位置結(jié)合以獲得定位，所述結(jié)合包括：凹凸配合、卡扣結(jié)合等，例如，所述定位部為一或多個凸柱，而所述待安裝位置設(shè)有數(shù)量一一對應(yīng)的且形狀匹配的凹部，兩者結(jié)合以定位透鏡主體。

如圖9所示，本專利申請?zhí)峁┮环NLED燈3，可應(yīng)用前述實施例中的透鏡而用于配光，根據(jù)前述實施例的描述可知，采用該透鏡的LED燈3可良好滿足例如航標(biāo)燈、船舶航行信號 燈的要求且具有高光學(xué)效率；具體的，所述LED燈3包括：頂蓋1、底座33及設(shè)于兩者之間的燈體32。

請參閱圖10及圖11所示，在一實施例中，所述燈體32包括：透光罩321、安裝件322及LED發(fā)光單元323。

所述透光罩321可例如為穿透的筒狀體，優(yōu)選與所述燈體32形狀相同，即例如為圓筒形，使側(cè)向的出光均勻。在一實施例中，所述透光罩321優(yōu)選為光滑表面的透明罩，可以是例如玻璃或PC等透明材質(zhì)，它能使透鏡3233發(fā)出的光以94％以上的效率透射出去，并且由于其表面光滑不會有由積水和積灰引起的光衰問題。

所述光源安裝件322，呈柱形，設(shè)于所述透光罩321內(nèi)，在其側(cè)面的外表面形成有至少一個承載位3221，其中，每個承載位3221供設(shè)置LED發(fā)光單元323，各所述承載位3221中的至少一個設(shè)有LED發(fā)光單元323。在一實施例中，所述LED發(fā)光單元323，包括：設(shè)有LED光源3232(如光源芯片)的LED基板3231(可為鋁基板)，其固定設(shè)于所述承載位3221；還包括：如之前所述的透鏡3233，固定設(shè)置于所述LED基板3231并罩設(shè)于所述LED光源3232外。

優(yōu)選的，所述光源安裝件322中部穿透形成穿透部，可供穿設(shè)LED驅(qū)動電源34，優(yōu)選的，所述穿透部和LED驅(qū)動電源34是形狀匹配或者穿透部內(nèi)壁設(shè)有定位LED驅(qū)動電源34的部件等(未圖示)，從而定位穿入穿透部的LED驅(qū)動電源34在徑向上的移動；再如圖11或圖12b所示，所述穿透部橫截面為多邊形，所謂多邊形即具有三條邊以上的形狀，而每條邊對應(yīng)于一個承載位3221，根據(jù)具體的燈具照射角度等配光需求設(shè)置多邊形的邊數(shù)，在本實施例中，所述橫截面為三角形，即具有三個承載位3221，當(dāng)然在其他實施例中，并非以此為限，優(yōu)選的，該多邊形可為正多邊形，在本實施例中優(yōu)選為正三角形，由于LED發(fā)光單元323是設(shè)在光源安裝件322側(cè)面的承載位3221上，故按正多邊形設(shè)置可以使各個方向的出光均勻；并且，如圖10所示，所述頂蓋131及底座33內(nèi)可設(shè)有形狀對應(yīng)所述LED驅(qū)動電源34及光源安裝件322的橫截面形狀相配合的凹部，從而與該凹部的結(jié)合即可定位該光源安裝件322于頂蓋131及底座33之間，同理，頂蓋131和底座33優(yōu)選也可設(shè)置形狀配合所述透光罩321橫截面的凹部，亦可定位該透光罩321。

如圖11所示，所述的LED燈3，還包括：透鏡蓋板324，其罩蓋于所述透鏡3233并與所述光源安裝件322固定結(jié)合，所述透鏡蓋板324具有露出所述透鏡3233的孔部(例如圖示的方孔)；具體的，可參閱圖12b，所述承載位3221的至少相對兩側(cè)分別設(shè)有第一卡合部3222，所述透鏡蓋板324設(shè)有與所述第一卡合部3222一一卡合的第二卡合部3241以實現(xiàn)所述固定， 所述第一卡合部3222和第二卡合部3241可以是彎曲方向相反的彎折部而相對卡合，如圖所示，所述第一卡合部3222為一對從承載位3221向上凸起且向相反方向(圖中為向外)彎折所形成的結(jié)構(gòu)，而所述第二卡合部3241為所述透鏡蓋板324兩側(cè)向同方向彎折但與所述第一卡合部3222的彎折方向相反的折邊，使得所述透鏡蓋板324通過卡合即可固定于所述承載位3221。

在一實施例中，從圖中可見，優(yōu)選的，所述透鏡蓋板324橫截面呈拱形，從而既不妨礙透鏡3233的主要發(fā)光區(qū)域，又能限制透鏡3233邊緣的雜散光對主要發(fā)光區(qū)域的影響。

在一實施例中，承前所述，所述透鏡主體從出光面11和安裝面10的相接處向外延伸形成有凸部13，所述凸部13設(shè)有固定用途的穿孔131，所述穿孔131供穿合例如鉚釘、螺絲等固定件以固定所述透鏡主體于所述LED基板3231，或者，在另一實施例中，所述透鏡主體的安裝面10設(shè)有定位部，所述定位部與所述LED基板3231上的待安裝位置對應(yīng)結(jié)合，所述卡合例如：凹凸配合或卡扣結(jié)合等。

請參見圖12a～14c，展示通過不同的LED發(fā)光單元323(即LED光源3232加上透鏡3233)的安裝組合來對應(yīng)實現(xiàn)不同種類的信號燈：

例如，圖12a顯示的是簡化后的原理結(jié)構(gòu)圖，僅在一側(cè)承載位3221設(shè)置LED發(fā)光單元323或僅令一側(cè)承載位3221的LED發(fā)光單元323發(fā)光，從而實現(xiàn)例如航船信號燈中單側(cè)較小角度(60°～120°)發(fā)光需求的信號燈(如左/右舷燈等)的設(shè)計。

又例如圖13a，在兩側(cè)承載位3221設(shè)置LED發(fā)光單元323或僅令兩側(cè)承載位3221的LED發(fā)光單元323發(fā)光，從而實現(xiàn)例如航船信號燈中單側(cè)較小角度(120°～240°)發(fā)光需求的信號燈(例如桅燈、梶燈、拖帶燈等)的設(shè)計。

再例如圖14a，在三側(cè)承載位3221均設(shè)置LED發(fā)光單元323或令三側(cè)承載位3221的光源均發(fā)光，從而實現(xiàn)大角度(240°～360°)例如航船信號燈中環(huán)照燈的設(shè)計。

可見，利用本專利申請?zhí)峁┑腖ED燈，還可以實現(xiàn)以下功能：在對燈具主體結(jié)構(gòu)無需進行任何其它改變的情況下，通過調(diào)整LED發(fā)光的安裝數(shù)量和位置，即可實現(xiàn)不同類型的信號燈需求，可以增加產(chǎn)品的適用性并大大減少開模成本。

需說明的是，雖然上述實施例中所展示的為船舶航用的信號燈，但在其他實施例中，本發(fā)明所提供的LED燈還可用作例如航標(biāo)信號燈或航空航天的信號燈等。

綜上所述，本專利申請?zhí)峁┩哥R及其應(yīng)用的LED燈，所述透鏡包括：透鏡主體，為由凸弧面形的出光面、與所述出光面相對的安裝面、以及與所述出光面和安裝面相接的兩個相對的端面圍成的結(jié)構(gòu)，所述透鏡主體的安裝面內(nèi)凹形成入光面，所述入光面包括朝向所述透鏡 主體的相對兩個端面設(shè)置的一對側(cè)面及連接所述一對側(cè)面的連接面，所述透鏡主體的兩個端面的內(nèi)凹形成朝向所述LED光源的反光面，所述LED燈通過裝設(shè)該透鏡達成橫向和縱向角度相差近7倍的配光效果及高光學(xué)效率的優(yōu)點，另外，所述LED燈內(nèi)的光學(xué)組件可有多種組合，從而實現(xiàn)分別滿足船用的信號燈多種類型的要求。

上述實施例僅例示性說明本專利申請的原理及其功效，而非用于限制本專利申請。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本專利申請的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本專利申請所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本專利申請的權(quán)利要求所涵蓋。