CN105465740A - 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与中心轴的空间夹角不同，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。本发明还提供一种LED光源模组，包括透镜及与透镜配合的LED光源，所述LED光源发出的光线经透镜的光学区域A、B及C的折射面折射后经反射面然后自透镜的顶部出射。

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聚光元件，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。

虽然大部分封装完成的LED封装体出光光场呈中间大两头小的趋势，大部分光集中在法线方向，其强度分布随着与发光面法线的夹角的增大而递减，但是出于法线方向的光线仍然有一定的大小角度，而对于不同的照明需求需要更集中的光场，例如，应用于小型中心切削工具机、雕刻机、缝纫机，拑工工作台等，需要更集中特一性更强的光。所以提供一种集中度高聚光性强的光学元件实属必要。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能更大限度聚焦光线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中心轴，所述透镜底部位于中心轴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中心轴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中心轴之间的夹角，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中心轴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中心轴之间的夹角，且每个光学区域均将光线朝向靠拢中心轴的方向偏摆。

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与中心轴的空间角不同，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反射，最后自透镜的顶部出射。

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顶部出射，如此，原本集中在透镜周缘的光线，汇聚至透镜的顶部，从而减弱了透镜周缘的出光光强，增强了透镜顶部的出光光强，使得LED光源模组出光光场汇聚于顶部。

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为本发明中LED光源模组及透镜的的立体图。

图2为图1所示LED光源模组及透镜的剖视图。

图3为图2所示LED光源模组及透镜的光路图。

主要元件符号说明

透镜	100
		主体部	110
延伸部	120
		中心轴	150
聚光部	130
		LED光源	200
光源放置点	201
		第一腔体	10
第二腔体	20
		第三腔体	30
外曲面	131
		第四内壁面	32
第二内壁面	22
		第三内壁面	31
第二侧面	121
		第一内壁面	11
第一侧面	111
		第一顶面	112
第二顶面	122
		内侧点	34、12
外侧点	113
		直线	202、203

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，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。

同时参考图2和图3，所述透镜100包括一主体部110、自主体部110一端凸伸的延伸部120及自延伸部120远离主体部110的顶端中部向上延伸形成的一聚光部130。所述透镜100具有贯穿主体部110、延伸部120及聚光部130的中心轴150。所述主体部110、延伸部120及聚光部130分别关于中心轴150对称设置。

所述主体部110外轮廓为圆台形。所述主体部110的顶端连接延伸部120，所述主体部110的底端与LED光源200配合。主体部110的直径自底端向顶端逐渐增大。所述主体部110包括倾斜设置的第一侧面111及位于顶端的连接第一侧面111的第一顶面112。第一侧面111为圆台的侧面。

所述延伸部120自所述主体部110的顶端中部向上延伸形成。所述延伸部120外轮廓为圆台形。所述延伸部120的直径自与主体部110相连的底端向远离主体部110的顶端逐渐增大。延伸部120底端的直径小于主体部110的顶端的直径。所述延伸部120包括第二侧面121及连接第二侧面121的第二顶面122。所述第二侧面121为圆台的侧面。所述第一顶面112与第二侧面121相交处在纵截面上的点为外侧点113。两个外侧点113关于中心轴150对称。所述第一顶面112平行于所述第二顶面122。所述第二顶面122的直径小于第一顶面112的直径。

所述聚光部130为自第二顶面122中部向上凸伸的曲面结构，其用于汇聚LED光源200发出的光线。聚光部130具有与第二顶面122连接的外曲面131。

所述主体部110内具有沿透镜100的中心轴150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及自主体部110朝向延伸部120向上延伸设置的一第三腔体30。第三腔体30大部分位于延伸部120内，小部分位于主体部110内。所述第一腔体10、第二腔体20及第三腔体30都关于透镜100的中心轴150呈对称且连通设置。

第一腔体10为圆台形，由光滑的第一内壁面11围设形成，第一腔体10的纵截面为梯形。第一腔体10的孔径自与第二腔体20靠近的顶端向远离第二腔体20的底端逐渐减小。LED光源200收容于第一腔体10的底端中部。LED光源200位于中心轴150上。在本实施例中，透镜100的中心轴150与透镜100底部所在平面相交的点为一光源放置点201。

第二腔体20由光滑的第二内壁面22围设而成。所述第二内壁面22自第一腔体10的第一内壁面11顶端朝向聚光部130延伸形成，其形状为以光源放置点201为球心的球体的部分球面，所述第二腔体20的底端孔径等于所述第一腔体10的顶端孔径，所述第二腔体20的顶端孔径小于其底端孔径。所述第二内壁面22与第一内壁面11在纵截面上的相交处为内侧点12。两个内侧点12沿中心轴150呈对称设置。

第三腔体30由光滑的第三内壁面31和第四内壁面32围设而成。所述第三内壁面31为圆台的侧面。第三内壁面31自第二腔体20的第二内壁面22顶端开始沿远离中心轴150并朝向聚光部130方向延伸形成。所述第四内壁面32为自第三内壁面31顶端开始朝向第一腔体10方向且靠近中心轴150方向凸伸而构成的一弧形曲面。所述第三腔体30的底端孔径等于所述第二腔体20的顶端孔径，所述第三腔体30的顶端孔径大于其底端口径。所述第三内壁面31与第二内壁面22的相交处在纵截面上的交点为内侧点23，两个内侧点23沿中心轴150呈对称设置。所述第三内壁面31与第四内壁面32的相交处在纵截面上的交点为内侧点34，两个内侧点34沿中心轴150呈对称设置。

如图2和图3所示，在纵截面上，在透镜100纵截面位于中心轴150一侧，所述透镜100的内侧点34与光源放置点201的连线形成一假想直线202；所述透镜100的外侧点113、内侧点12及光源放置点201处形成一假想直线203；所述直线202与绕透镜100的中心轴150旋转所形成的锥面内所夹的透镜100的实体部分区域为光学区域A；所述的直线203绕透镜100的中心轴150旋转所形成的锥面和直线202绕透镜100的中心轴150旋转所形成的锥面之间所夹的透镜100的实体部分为光学区域B；所述直线203绕透镜100的中心轴150旋转所形成的锥面同透镜100底部所在平面所夹的透镜100的实体部分区域为光学区域C。所述光源放置点201与所述光学区域B内任意一点的连线与透镜100的中心轴150之间的夹角大于所述光源放置点201与所述光学区域A内任意一点的连线与透镜100的中心轴150之间的夹角，所述光源放置点201与所述光学区域C内任意一点的连线与透镜100的中心轴150之间的夹角大于所述光源放置点201与所述光学区域B内任意一点的连线与所述中心轴150之间的夹角。

本发明中所述第三内壁面31与中心轴150的夹角大于第一内壁面11与中心轴150的夹角；所述第二侧面121与中心轴150的夹角等于第一侧面111与中心轴150的夹角，即第二侧面121与第一侧面111在纵截面上的截线平行；所述第一顶面112同第二顶面122相互平行；外曲面131与第四内壁面32相对设置，所述聚光部130的焦点位于光源放置点201处；第二内壁面22位于以光源放置点201为球心球面上；所述第三内壁面31、第一内壁面11、外曲面131、第四内壁面32为对LED光源200发出的光线进行不同程度的折射的折射面。第二侧面121与第一侧面111为反射面，用于对LED光源200发出的光线进行反射。所述第二内壁面22为球面状，LED光源200发出的光线经过第二内壁面22时路径不发生改变。

LED光源200发出的光线根据不同的出光角度进入所述的光学区域A、B及C后会发生不同的变化。进入光学区域A的光线首先经过第四内壁面32的折射，随后经外曲面131或者部分第二顶面122的折射后从透镜100的顶部出射；进入光学区域B的光线包括入射到第三内壁面31的光线和入射到第二内壁面22的光线，光学区域B中入射到第三内壁面31的光线先经过第三内壁面31折射至第二侧面121，最后通过第二侧面121的反射后经由第二顶面122向上出射，光学区域B中入射到第二内壁面22的光线不发生偏折直接经过第二侧面121的反射后经由第二顶面122向上出射；进入光学区域C的光线经过第一内壁面11折射至第一侧面111，最后经过第一侧面111的反射后经由第一顶面112向上出射。所有光线经过不同的光学区域后，都有不同程度的朝向靠拢中心轴150方向偏摆，使光线汇聚从透镜100的顶部出射。应可理解，所谓“靠拢”是指原来与中心轴150夹角较大的光线经由光学区域的作用后，该光线以与中心轴150更小的夹角出射。

Claims (9)

1.一种透镜，具有位于径向中央的中心轴，所述透镜底部位于中心轴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中心轴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中心轴之间的夹角，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的中心轴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透镜的中心轴之间的夹角，且每个光学区域均将光源发出的光线朝向靠拢中心轴的方向偏摆。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述透镜包括主体部、自主体部顶端中部凸伸的延伸部及自延伸部顶端中部延伸的聚光部，所述透镜沿其中心轴方向自下向上依次开设有多个腔体，包括含有第一内壁面的第一腔体，含有第二内壁面的第二腔体，以及含有第三内壁面和第四内壁面的第三腔体，其中第一腔体和第二腔体位于主体部内，第三腔体位于主体部和延伸部内。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述第一腔体、第二腔体、第三腔体自透镜中心轴向自下向上连通且关于透镜中心轴对称分布。

4.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：以光源放置点为顶点，以第四内壁面与第三内壁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锥面所夹透镜的实体部分为所述的光学区域A；以光源放置点为顶点，以第四内壁面与第三内壁面的交线上任意一点与光源放置点的连线作为母线、以及以第一内壁面与第二内壁面交线上任意一点与光源放置点的连线作为母线所形成两个锥形面所夹透镜的实体部分为所述光学区域B；以光源放置点为顶点，以第一内壁面与第二内壁面的交线上任意一点同光源放置点的连线作为母线和透镜底部所在平面所夹的透镜的实体部分为所述光学区域C。

5.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述主体部包含有第一内壁面、第二内壁面、第一侧面和第一顶面，所述延伸部包含第二侧面、第二顶面、第四内壁面，所述聚光部含有外曲面，所述第三内壁面自主体部朝向延伸部设置，所述光源发出的进入光学区域A光线先透过第四内壁面再由外曲面或第二顶面出射，所述光源发出的进入光学区域B的光线先透过第二、第三内壁面，然后经第二侧面的反射，再由第二顶面出射，所述光源发出进入光学区域C的光线先透过第一内壁面，然后经第一侧面的反射，再由第一顶面出射。

6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于：所述第一内壁面、第三内壁面、第一侧面和第二侧面均为圆台的侧面，所述第二内壁面为部分球面，第四内壁面为朝向第一腔体凸出的曲面，所述第一顶面和第二顶面为互相平行的平面。

7.如权利要求6所述的透镜，其特征在于：第三内壁面与中心轴的夹角大于第一内壁面与中心轴的夹角，所述第一侧面与中心轴的夹角等于第二侧面与中心轴的夹角，所述第二内壁面所在球面的球心位于所述的光源放置点处。

8.如权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述聚光部的焦点位于所述光源放置点处。

9.一种具有权利要求1-8任意一项所述透镜的LED光源模组，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中的不同面折射和反射后自透镜的顶部出射。