CN101776242A - 用于led光源的侧导光透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于LED光源的侧导光透镜，该侧导光透镜适用于点光源领域，特别是LED光源。该侧导光透镜包括至少一入射面及至少一全反射面。入射面成曲面状，点光源设置于入射面的焦点上，入射面将经点光源发出的光线折射后，使得光线平行于透镜的中轴线，光线经全反射面反射后成从侧导光透镜的出射面出射。由于本透镜采用的将发散光线经折射平行后再采用全反射原理使光线全反射导出，如此，使得该透镜在加工上只需要注重入射面的加工和出射面的形状，而入射面为曲面状，便于现有设备的加工且能得到最大的出光效率。

Description

用于LED光源的侧导光透镜

技术领域

本发明涉及一种透镜，特别是涉及一种用于LED光源的侧导光透镜。

背景技术

随着类点光源及点光源的广泛应用，特别是LED发光元件在指示照明及普通照明领域的广泛应用，照明领域需要基于此类光源的光学应用，以期实现照明应用领域的突破。由于类点光源，尤其是点光源的发光点为一已知的点，其发光模式及光线的分布均已知，采用反光杯或者导光透镜，使得其在照明领域具备传统面光源及线光源不具备的特性。

传统的侧发光照明领域中，照明灯具中设置有LED发光元件，该LED发光元件与照射方向成垂直布置，如美国授权专利NO.7,025,477公开了一种照明装置，为实现侧发光需要，其中的LED发光元件采用侧立式焊接于印刷电路板上。此种LED发光元件在封装时需要变更其封装方式，使得焊接脚与其发光方向呈垂直状，且该灯具需要多个LED发光元件从不同方向投射光线来实现侧发光效果，如此导致增加产品的成本及加工制造难度。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于LED光源的侧导光透镜，该侧导光透镜结构简单，便于生产加工，且光效高。

为实现上述目的，本发明用于LED光源的侧导光透镜包括入射面、全反射面及出射面，其特征是：该入射面为曲面，入射面折射来自LED光源发出的光线并将该光线平行投射至全反射面，全反射面反射来自入射面的光线并侧射出该侧导光透镜。

为进一步满足大角度出光的LED的侧发光应用，在该侧导光透镜的入射面外侧形成有侧折射面，出射面下侧形成有侧全反射面，入射面及侧折射面围设有收容空间，该收容空间用以收容LED发光单元，LED光源的部分光线投射至侧折射面，并经该侧折射面导射至侧全反射面，在侧全反射面全反射后平行投射至全反射面后经出射面射出该侧导光透镜。

为提高光的有效利用，该侧导光透镜的出射面的纵向长度大于或等于该全反射面的纵向长度，使得来自全反射面的光能全部投射至出射面而降低对光能的内反射损耗。为实现水平出光照射，该出射面呈圆柱弧面状，全反射面呈倒圆锥曲面状，出射光线与侧导光透镜轴线呈垂直状。再之，为实现侧向光线投射，全反射面为向下弯曲状的曲面，全反射面使得来自入射面的光线向下偏射至出射面。

同时为实现侧发光透镜在特殊领域的使用，该侧导光透镜包括上、下两部分，全反射面及出射面设置于上部分，入射面设置于下部分的下表面上，上、下两部分为同心轴设置，上、下两部分之间为平行空气楔。

如上所述，本发明用于LED光源的侧导光透镜能实现光线的侧向投射，该侧导光透镜设计结构简单，采用全反射侧导光方式，使得出射的光线可通过全反射面的形状或曲率变化实现光线的投射方位的变化及投射光斑的大小及形状，因此本设计结构简单，在现有模具加工精度下，便于通过注塑模或挤塑模方式精确地加工生产出满足侧导光光学精度要求的该侧导光透镜。

附图说明

在说明书附图中：

图1是本发明侧导光透镜第一实施方式的第一实施例的立体结构图；

图2是沿图1中的II-II线的剖视图；

图3是本发明侧导光透镜第一实施方式的第二实施例的立体结构图；

图4是沿图3中的IV-IV线的剖视图；

图5是本发明侧导光透镜第一实施方式的第三实施例的立体结构图；

图6是沿图5中的VI-VI线的剖视图；

图7是本发明侧导光透镜的第二实施方式的剖视图；

图8是本发明侧导光透镜的第三实施方式的剖视图；

图9是本发明侧导光透镜的第四实施方式的剖视图；

图10是本发明侧导光透镜的第五实施方式的剖视图；

图11是本发明侧导光透镜的第六实施方式的剖视图；

图12是本发明侧导光透镜的第七实施方式的剖视图；

图13是本发明侧导光透镜的第八实施方式的剖视图；

图14是本发明侧导光透镜的第九实施方式的剖视图；

图15是本发明侧导光透镜的第十实施方式的剖视图。

图中各元件的附图标记说明如下：

圆形侧导光透镜         100        入射面            101

全反射面               102        出射面            103

侧全反射面             104        侧折射面          105

收容腔                 106        条形侧导光透镜    200

条形入射面             201        V形全反射面       202

条形出射面             203        条形侧全反射面    204

条形侧折射面           205        条形收容腔        206

LED光源                210        印刷电路板        211

LED单元                212        环形侧导光透镜    300

环形入射面             301        环形全反射面      302

环形出射面             303        环形侧全反射面    304

环形侧折射面           305        环形收容腔        306

第二侧导光透镜         10         入射面            11

全反射面               12         出射面            13

侧全反射面             14         侧折射面          15

收容腔                 16         第三侧导光透镜    20

入射面                 21         全反射面          22

出射面                 23         第四侧导光透镜    30

入射面                 31         全反射面          32

出射面                 33         第五侧导光透镜    40

入射面                 41         全反射面          42

出射面                 43         侧全反射面        44

侧折射面               45         收容腔            46

第六侧导光透镜         50         入射面            51

全反射面               52         出射面            53

侧全反射面             54         侧折射面          55

收容腔                 56         第七侧导光透镜    60

入射面          61        全反射面             62

出射面          63        第八侧导光透镜       70

入射面          71        全反射面             72

出射面          73        第九侧导光透镜       80

入射面          81        全反射面             82

出射面          83        第十侧导光透镜       90

入射面          91        全反射面             92

出射面          93

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、结构特征、所实现的目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图6，本LED光源侧导光透镜的第一实施方式，即最佳实施方式，包括三个具体实施例：圆形侧导光透镜100、条形侧导光透镜200及环形侧导光透镜300。

如图1所示的圆形侧导光透镜100，该透镜大致呈圆柱状，包括入射面101、侧折射面105、侧全反射面104、全反射面102及出射面103。其中，该入射面101及侧折射面105设置于该圆形侧导光透镜100底部，该入射面101呈大致球面状，侧折射面105环面状且与入射面101侧缘连接成呈大致垂直状，该侧折射面105与入射面101围设成一收容腔106，该收容腔106用以收容一LED发光单元，该圆形侧导光透镜100顶部向下凹陷成一锥体空间而形成一全反射面102，圆形侧导光透镜100外侧面上部为呈环形的出射面103，下部为呈台形弧面的侧全反射面104。为提高光效，全反射面102的竖直方向上的高度大于出射面103的竖直方向上的高度，从而使得经全反射面102的光线经全反射后全部从出射面103射出该圆形侧导光透镜100。

请参阅图2，当该圆形侧导光透镜100用于LED灯具中，将LED单元设置于入射面101焦点处，LED单元正向发出的光线经入射面101平行投射于全反射面102上，LED单元侧向发出的光线经侧折射面105投射于侧全发射面104上，侧全反射面104再将光线全反射后平行地投射于全反射面102上，投射至全反射面102的光线全反射后经出射面103射出。通过调整全反射面102的角度，可以改变光线的出射角度，使得经该圆形侧导光透镜100投射的光线形成一圆形亮斑，或者当光线垂直该圆形侧导光透镜100的纵轴方向射出，可以用于照射设置与其周围的物体。

请参阅图3及图4，该条形侧导光透镜200的截面与圆形侧导光透镜100截面一致。该条形侧导光透镜200包括条形入射面201、V形全反射面202、条形出射面203、条形侧全反射面204及条形侧折射面205。在该条形侧导光透镜200底部由条形入射面201及条形侧折射面205围设成一条形收容腔206，该收容腔206内可设置一条形LED光源210。该条形LED光源210包括一印刷电路板211及焊接于该印刷电路板上的若干个LED单元212。LED单元212发出的光线经该条形侧导光透镜200从其两V形全反射面202射出，在该条形侧导光透镜200两侧形成两条形光斑。在实际应用中，可调整LED单元212在收容腔206内纵向的位置，进而使得条形侧导光透镜200两侧形成亮度不均的光条，亮光条一侧可以用作普通照明使用，暗光条一侧可以用作指示照明使用。

请参阅图5及图6，该环形侧导光透镜300包括环形入射面301、环形全反射面302、环形出射面303、环形侧全反射面304及环形侧折射面305。环形入射面301及环形侧折射面305在透镜300底部围设成一环形收容腔306，在该收容腔306内设置有一环形LED发光源，该环形LED发光源包括一环印刷电路板及焊接于该环形印刷电路板上的若干个LED单元。经该环形侧导光透镜300的光线，形成一位于该环形导光透镜300内侧的圆形光斑及一位于该环形导光透镜300外侧的环形光斑。

根据本发明的设计思想，进一步提供其他可具体实行的实施例来说明本发明的目的，如下：

图7为本发明LED光源侧导光透镜的第二实施方式的透镜，即第二侧导光透镜10，包括入射面11、全反射面12、出射面13、侧全反射面14、侧折射面15及收容腔16，该收容腔16用以收容LED单元212。该第二实施方式与第一实施方式的区别在于全反射面的结构，在第二实施方式中，该全反射面12为一斜面。经该第二侧导光透镜10向一侧出射，当该第二侧导光透镜10被加工成条形透镜，该条形透镜向一侧出射形成一条形光斑；当该第二侧导光透镜10被加工成一环形透镜，该环形透镜或者向内形成一圆形光斑，或者向外形成一环形光圈。

当使用发光角度较小的LED单元，可以采用如图8所示的第三实施方式，即第三侧导光透镜20，该第三侧导光透镜20包括入射面21、全反射面22及出射面23。基于发光角度小的LED单元，其发出的光线全部投射至入射面21并经折射后投射至全反射面22。LED单元设置于入射面21的对称焦点上，以实现平行导光。该第三侧导光透镜20可以给加工成圆形、条形或者环形，以实现不同照明的需求。

图9所示的第四实施方式为第四侧导光透镜30，包括入射面31、全反射面32及出射面33。该第四侧导光透镜30与图8所示的第三侧导光透镜20的区别在于：该第四侧导光透镜30的全反射面32为一斜面，使得平行投射到其上的光线全反射出该第四侧导光透镜30。具体实施时，该第四侧导光透镜30可以被加工成圆形、条形、环形及其他可实施形状，以实现不同照明的需求。

图10至图13所示的第五、六、七、八侧导光透镜40、50、60、70分别为最佳实施方式、第二、三、四实施方式中侧导光透镜的分离实施方式。其中第五侧导光透镜40及第六侧导光透镜50均包括入射面41、51、全反射面42、52、出射面43、53、侧全反射面44、54、侧折射面45、55及收容腔46、56。第七侧导光透镜60及第八侧导光透镜70均包括入射面61、71、全反射面62、72及出射面63、73。当需要出光位置与LED光源的距离较大时，可以采用第五、六、七、八侧导光透镜40、50、60、70。由于位于下方的透镜出射成平行光，侧导光透镜40、50、60、70通过调节上、下透镜的距离而满足一些特殊领域的需求，如此可以减小透镜的尺寸和体积。

如图14及图15所示，第九、第十侧导光透镜80，90分别采用上、下分离透镜方式，下透镜均为平凸型透镜，光线经下透镜的平入射面81，91折射进入，后经凸出射面折射平行出射，最后经上透镜全反射面82，92全反射后经出射面83，93出射。为提高光效，可在下透镜地面上开设一收容腔用以收容LED发光单元。在加工该第九、第十侧导光透镜80，90时，上、下透镜可以一体成型，在上、下透镜之间设置空气楔，使得经过下透镜折射的光线垂直上透镜入射面进入上透镜全反射面反射后经出射面侧射出去。

在具体实施中，全反射面可以为成向下凹陷的凹面状，从而实现对出射光线投射方向的调整。为进一步提高光能利用率，可在全反射面上镀膜。LED发光单元210设置在入射面的焦点上，便于将发出的光线折射成平行出光模式。

本发明提供的侧导光透镜用于LED光源上，但当该侧导光透镜与光源的尺寸对比较大，该LED光源可以用类点光源替代，如小型灯泡或者小型荧光灯管。

综上所述，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，至于本说明书中所述组件数目的改变或等效组件的代替等仍都应属于本发明的主张权利范围。

Claims (7)

1.一种用于LED光源的侧导光透镜，包括入射面、全反射面及出射面，其特征是：该入射面为曲面，入射面准直来自LED光源的光线成平行或者类平行光，并将该光线投射至全反射面，全反射面反射来自入射面的光线至出射面，出射面把光线导出该侧导光透镜。

2.根据权利要求1所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该入射面外侧形成有侧折射面，出射面下侧形成有侧全反射面，入射面及侧折射面围设有收容空间，该收容空间用以收容LED发光单元，LED光源的部分光线投射至侧折射面，并经该侧折射面导射至侧全反射面，在侧全反射面全反射后平行投射至全反射面后经出射面射出该侧导光透镜。

3.根据权利要求2所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该出射面的纵向长度大于或等于该全反射面的纵向长度。

4.根据权利要求1所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该出射面呈圆柱弧面状，全反射面呈倒圆锥曲面状。

5.根据权利要求3所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该侧导光透镜为分离的上、下两部分，全反射面及出射面设置于侧导光透镜上部分，入射面设置于侧导光透镜下部分的下表面上，侧导光透镜上、下两部分为同心轴设置，上、下两部分之间为平行空气楔。

6.根据权利要求1所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该全反射面为向下弯曲状的曲面，全反射面使得来自入射面的光线向下偏射至出射面。

7.根据权利要求1所述的用于LED光源的侧导光透镜，其特征是：该全反射面上镀设有全反射膜。

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