CN104948941B - Led光源模组及其透镜 - Google Patents

Abstract

一种透镜，具有多个光学区域A、B及C，所述光学区域A、B及C依次顺序排布，所述光学区域A、B及C与光轴的空间夹角不同，并且每个光学区域均有相互配合的折射面及反射面，所述光学区域A、B及C的折射面及反射面不在同一平面；一种LED光源模组，包括透镜及与透镜配合的LED光源，所述LED光源发出的光线经光学区域A、B及C的折射面折射后经反射面然后自透镜的侧向周缘出射。

Description

LED光源模组及其透镜

技术领域

本发明涉及一种光源模组及其扩光元件，特别涉及一种LED光源模组及其透镜。

背景技术

LED为高度指向性光源，因此由LED及封装胶制成的LED封装体出光角度小、光线集中分布在LED封装体中部，而 LED封装体周缘的光线强度较弱。

目前主要在LED封装体外部增设二次扩光元件将其出光角度扩大，但是常见的二次扩光元件使LED封装体出光角度扩大的范围有限，仍然满足不了大角度出光的要求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能较大范围扩大出光角度的透镜及使用该透镜的LED光源模组。

一种透镜，具有位于径向中央的轴线，所述透镜底部位于轴线上具有一用于放置光源的光源放置点，所述透镜具有多个依次顺序排布的光学区域A、B及C，所述光源放置点与所述光学区域B内任意一点的连线与透镜的轴线之间的夹角大于所述光源放置点与所述光学区域A内任意一点的连线与透镜的轴线之间的夹角，所述光源放置点与所述光学区域C内任意一点的连线与透镜轴线之间的夹角大于所述光源放置点与所述光学区域B内任意一点的连线与所述光轴之间的夹角，并且，每个光学区域均有相互配合的折射面及反射面，所述光学区域A、B及C的折射面及反射面不在同一平面。

一种LED光源模组，包括透镜及与透镜配合的LED光源，所述透镜具有多个光学区域A、B及C，所述光学区域A、B及C依次顺序排布，所述光学区域A、B及C与光轴的空间角不同，并且，每个光学区域均有相互配合的折射面及反射面，所述光学区域A、B及C的折射面及反射面不在同一平面，所述LED光源发出的光线经光学区域A、B及C的折射面折射后经反射面然后自透镜的侧向周缘出射。

与现有技术相比，本发明提供的LED光源模组发出的光线经从透镜的光学区域A、B、C不在同一平面的反射面反射并经折射面折射后自透镜侧向周缘出射，如此，原本集中在透镜中部的光线，扩散至透镜的周缘，从而减弱了透镜中间的光强，增强了透镜周缘的光强，从而使得LED光源模组具有较大角度且光场内光线均匀分布。

下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明第一实施例的LED光源模组的剖视图。

图2为本发明第一实施例的LED光源模组的光路图。

图3为图1所示透镜的立体图。

图4为本发明第二实施例的LED光源模组的剖视图。

图5为图4所示透镜的立体图。

图6为本发明第三实施例的LED光源模组的剖视图。

图7为图6所示透镜的立体图。

主要元件符号说明

透镜	100
		主体部	110、110a
延伸部	120、120a、120b
		轴线	130
LED光源	200
		直线	201、202、203
环形侧面	11
		第一腔体	10
第二腔体	20
		第三腔体	30
第四腔体	40
		第五腔体	50
第六腔体	60
		第七腔体	70
第一折射面	21
		第一反射面	31
第一连接面	311
		第二折射面	41
第二反射面	51
		第二连接面	511
第三折射面	61
		第三反射面	71
第一反射面的外侧点	33
		第一反射面和第一折射面的内侧点	23
第一折射面的外侧点	22
		第二折射面的外侧点	42
第二反射面的外侧点	53
		第二反射面和第二折射面的内侧点	45
第三折射面的外侧点	62
		第三反射面的外侧点	72

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参考图1和图2，本实施例所述LED光源模组包括LED光源200及与之配合的透镜100。

请同时参考图3，所述透镜100包括一主体部110及自主体部110一端凸伸的延伸部120。所述的主体部110和延伸部120为共轴的圆柱体且延伸部120的直径小于主体部110的直径。延伸部120在主体部110上端中部与主体部110相连，所述的主体部110和延伸部120一体成形。

所述透镜100具有位于径向中央轴线130。所述主体部110内具有沿透镜100的轴线130自下向上依次排列且连通设置的一第一腔体10、一第二腔体20、一第三腔体30、一第四腔体40、一第五腔体50。所述的延伸部120内设置有一第七腔体70。一第六腔体60自主体部110朝向延伸部120设置。所述的第一腔体10、第二腔体20、第三腔体30、第四腔体40、第五腔体50、第六腔体60和第七腔体70都关于透镜100的轴线130呈旋转对称设置。

第一腔体10为圆柱形，由一竖直的环形侧面11围设形成，第一腔体10的纵截面为矩形。LED光源200收容于第一腔体10的底部。LED光源200位于轴线130上。本实施例中，透镜100轴线130与透镜100底部所在平面相交的点为LED光源200的光源放置点。

所述第二腔体20呈圆台形，其纵截面为梯形，所述的第二腔体20自第一腔体10的环形侧面11顶端朝向第七腔体70延伸形成，其孔径自与第一腔体10相连的底端朝向远离第一腔体10的顶端逐渐减小。所述的第二腔体20底端的孔径等于第一腔体10的孔径。所述的第二腔体20由一第一折射面21围设形成。第一折射面21同第一腔体10的环形侧面11在纵截面上的相交处为沿轴线130呈对称设置的二外侧点22。

所述的第三腔体30呈圆台形，其纵截面为梯形。所述的第三腔体30自第二腔体20的第一折射面21顶端朝向第七腔体70延伸形成，其孔径自与第二腔体20相连的底端朝向远离第二腔体20的顶端逐渐增大。所述第三腔体30底端的孔径等于第二腔体20的顶端孔径。所述第三腔体30由一第一反射面31及第一连接面311围设形成。第一反射面31自第一折射面21的顶端向外、向上延伸，第一连接面311自第一反射面31的顶端沿水平方向朝向轴线130延伸。所述第一连接面311呈环形，其中部设有贯穿的开口。第一反射面31同第二腔体20的第一折射面21在纵截面上的相交处为沿轴线130呈对称设置的二内侧点23。所述第一反射面31在纵截面上与第一连接面311的相交处为沿轴线130呈对称设置的二外侧点33。

所述的第四腔体40呈圆台形，其纵截面为梯形，所述的第四腔体40自第三腔体30的第一连接面311的开口边缘朝向第七腔体70延伸形成，其孔径自与第三腔体30相连的底端朝向远离第三腔体30的顶端逐渐减小。所述第四腔体40底端孔径等于第三腔体30的第一连接面311的开口孔径，所述第四腔体40由一第二折射面41围设形成。所述第二折射面41同第三腔体30的第一连接面311在纵截面上的相交处为沿轴线130对称设置的二外侧点42。所述第二折射面41位于第一反射面31之上。

所述第五腔体50呈圆台形，其纵截面为梯形，所述第五腔体50自第四腔体40的第二折射面41顶端朝向第七腔体70延伸形成，其孔径自与第四腔体40相连的底端朝向远离第四腔体40的顶端逐渐增大。所述第五腔体50底端孔径等于第四腔体40的顶端孔径。所述第五腔体50由一第二反射面51及一第二连接面511围设形成。所述第二反射面51自第二折射面41的顶端向外、向上延伸，第二连接面511自第二反射面51的顶端沿水平方向朝向轴线130延伸。所述第二连接面511呈环形，其中部设有贯穿的开口。所述第二反射面51同第四腔体40的第二折射面41在纵截面上的相交处为沿轴线130呈对称设置的二内侧点45，所述的第二反射面51在纵截面上与第二连接面511的相交处为沿轴线130呈对称设置的二外侧点53。

所述第六腔体60呈圆锥形，其纵截面为三角形。所述第六腔体60自第五腔体50的第二连接面511的开口边缘朝向第七腔体70延伸至轴线130形成，其孔径自与第五腔体50相连的底端朝向远离第五腔体50的顶端逐渐减小。所述第六腔体60的底端孔径等于第五腔体50的第二连接面511开口的孔径，所述第六腔体60由一第三折射面61围设形成。所述第三折射面61同第五腔体50的第二连接面511在纵截面上的相交处为沿轴线130呈二对称设置的外侧点62。所述第三折射面61位于第二反射面51之上。

所述第七腔体70呈圆锥形，其纵截面为倒三角形。所述第七腔体70自透镜100延伸部120的顶端朝向透镜100底部第一腔体10延伸。所述第七腔体70和第六腔体60不连通。第七腔体70的孔径自与延伸部120的相连的顶端朝向远离延伸部120的底端逐渐减小。第七腔体70顶端的孔径等于延伸部120的直径。所述第七腔体70由一第三反射面71围设形成，所述第三反射面71的顶端与透镜100延伸部120外周缘在纵截面上的相交处为沿轴线130呈对称设置的外侧点72。

如图1所示，在透镜纵截面位于轴线130的一侧，所述透镜100外侧点72、外侧点62、内侧点45处在同一假想直线201；所述外侧点53、外侧点42、内侧点23处在同一假想直线202；外侧点33、外侧点22和LED光源200的连线在同一假想直线203，所述假想直线203和透镜100的轴线130的夹角为60度。

所述透镜100具有多个光学区域A、B及C，所述光学区域A、B及C依次顺序排布。其中，所述的直线201绕透镜100的轴线130旋转所形成的锥面内所夹的透镜100的部分区域为光学区域A；所述的直线202绕透镜100的轴线130旋转所形成的锥面和直线201绕透镜100的轴线130旋转所形成的的锥心面之间所夹的透镜100的部分为光学区域B；所述直线203绕透镜100的轴线130旋转形成的锥形面和所述直线202绕透镜100的轴线130旋转所形成的的锥面之间所夹的透镜100部分为光学区域C。

进一步地，该透镜100还包括与光学区域C邻接的光学区域D。直线203绕透镜100的轴线130旋转所形成的的锥面与透镜100的底部所在平面所夹的透镜100的部分区域为光学区域D。透镜100底部所在平面与水平面平行。所述光学区域A、B及C的第三折射面61、第二折射面41、第一折射面21与轴线130之间的夹角不同，第一折射面21与轴线130之间的夹角最小，第二折射面41与轴线130之间的夹角次之，第三折射面61与轴线130之间的夹角最大。所述光学区域A、B及C的第三反射面71、第二反射面51、第一反射面31与轴线130之间的夹角不同，第一反射面31与轴线130之间的夹角最大，第二反射面51与轴线130之间的夹角次之，第三反射面71与轴线130之间的夹角最小。

LED光源200发出的光线经从透镜100的主体部110及延伸部120的内表面反射及折射后出射，其中，出光角度大于60度的光线将进入光学区域D通过主体部110内部的第一腔体10的环形竖直侧面11折射后经由透镜100的周缘出射；出光角度小于60度的光线将进入所述的光学区域A、B及C进行折射、反射，其中进入光学区域A的光线将通过第三折射面61折射到第三反射面71上，最后通过第三反射面71反射后经透镜100的周缘出射；进入光学区域B的光线将经过第二折射面41折射到第二反射面51，最终经过第二反射面51反射后经由透镜100的周缘出射；进入光学区域C的光线将经过第一折射面21折射到第一反射面31，最后经由第一反射面31反射后由透镜100的周缘出射。如此，光线在透镜100内的各个光学区域折射、反射，光线出光路径发生的明显的改变，使得大部分光线从透镜100的周缘出射，少量沿着透镜轴线130方向的光线、沿着直线201、直线202、直线203方向的光线路径没有发生改变沿原路径出射。这样LED光源200出射的光线经过透镜100扩散后，原本集中在中部的光线，扩散至透镜100的周缘，从而减弱了透镜100中间的光强，增强了透镜100周缘的光强，从而使得LED光源模组大角度出光并均匀光场的作用。

图4和图5所示为本发明第二实施例中所述的LED光源模组，其透镜100a内部腔体结构与第一实施例相同，包括：自下向上依次设置的一第一腔体10、一第二腔体20、一第三腔体30、一第四腔体40、一第五腔体50、一第六腔体60、一第七腔体70，其区别在于：所述透镜100a的延伸部的直径与主体部110a直径相同，如此，使本实施例的LED光源模组形成一单一的圆柱体。

图6和图7所示为本发明的第二实施例中所述的LED光源模组，其透镜100b的内部腔体结构与第一实施例相同，包括：自下向上依次设置的一第一腔体10、一第二腔体20、一第三腔体30、一第四腔体40、一第五腔体50、一第六腔体60、一第七腔体70，其区别在于：所述的透镜100b包括主体部110b、自主体部100b朝上延伸的第一延伸部120a、第二延伸部120b。所述主体部110b、第一延伸部120a和第二延伸部120b直径不同，如此，使本实施例的LED光源模组形成三层圆柱体。

Claims (10)

1.一种透镜，具有位于径向中央的轴线，所述透镜底部位于轴线上具有一用于放置光源的光源放置点，所述透镜具有多个依次顺序排布的光学区域A、B及C，其特征在于：所述光源放置点与所述光学区域B内任意一点的连线与透镜的轴线之间的夹角大于所述光源放置点与所述光学区域A内任意一点的连线与透镜的轴线之间的夹角，所述光源放置点与所述光学区域C内任意一点的连线与透镜轴线之间的夹角大于所述光源放置点与所述光学区域B内任意一点的连线与所述光轴之间的夹角，并且，每个光学区域均有相互配合的折射面及反射面，所述光学区域A、B及C的折射面及反射面不在同一平面，所述透镜沿其轴线方向自下向上依次开设有多个腔体，所述光学区域A的折射面、所述光学区域B的折射面以及所述光学区域C的折射面分别位于不同的腔体。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述光学区域A、B及C的折射面与轴线之间的夹角不同，光学区域A的折射面与轴线之间的夹角最大，光学区域B的折射面与轴线之间的夹角次之，光学区域C的折射面与轴线之间的夹角最小。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述光学区域A、B及C的反射面与轴线之间的夹角不同，光学区域C的反射面与轴线之间的夹角最大，光学区域B的反射面与轴线之间的夹角次之，光学区域A的反射面与轴线之间的夹角最小。

4.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：进一步包括与光学区域C邻接的一光学区域D，所述光学区域D为透镜底部所在平面和所述光学区域C外侧所夹区域。

5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述腔体包括含有竖直侧面的第一腔体、含有第一折射面的第二腔体、含有第一反射面的第三腔体、含有第二折射面的第四腔体、含有第二反射面的第五腔体、含有第三折射面的第六腔体、含有第三反射面的第七腔体。

6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述第一腔体、第二腔体、第三腔体、第四腔体、第五腔体、第六腔体沿透镜轴向自下向上连通，所述第七腔体和第六腔体不连通。

7.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述第一折射面和第一反射面位于所述光学区域C内，所述第二折射面和第二反射面位于所述光学区域B，所述第三折射面和第三反射面位于所述光学区域A。

8.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：还包括连接第一反射面和第二折射面的第一连接面，以及连接第二反射面和第三折射面的第二连接面；以光源放置点为顶点，以第二连接面、第三折射面的交线上的任意一点与光源放置点的连线作为母线形成的锥面所夹透镜的部分区域为所述光学区域A；以光源放置点为顶点，以第二连接面、第三折射面的交线上的任意一点与光源放置点的连线作为母线、以及以第二连接面、第二反射面的交线上的任意一点与光源放置点的连线作为母线所形成的两个锥面之间所夹透镜的部分区域为所述光学区域B；以光源放置点为顶点，以第一连接面、第一反射面的交线上任意一点与光源放置点的连线作为母线、以及以第一连接面、第二折射面的交线上任意一点与光源放置点的连线作为母线所形成的两个锥面之间所夹透镜的部分区域为所述光学区域C。

9.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所透镜的第七腔体的孔径和透镜顶端直径一致，所述透镜的第七腔体自透镜顶部沿径向方向向下延伸而成一圆锥状空腔。

10.一种具有如权利要求1-9任意一项所述透镜的LED光源模组，其包括一与透镜配合的LED光源，所述LED光源发出的光线经光学区域A、B及C的折射面折射后经反射面反射后自透镜的侧向周缘出射。