CN114517906A - 一种透镜及发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种透镜及发光装置，由于透镜顶面的第一区域包括内折射面，其可以将光源发出的光线的一部分透射到透镜外部，因此，这样可以使得透镜顶面出光，照亮透镜上方的区域，避免在透镜所在的位置形成暗区的问题。同时，因为在第一区域还设置有内反射面，内反射面可以将光源的部分光线反射至透镜侧面射出，这样可以避免透镜正上方过亮的问题，提升了发光器件整体出光的均匀程度。

Description

一种透镜及发光装置

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及光束控制领域，尤其涉及一种透镜及 发光装置。

背景技术

为了增大出光角度，发光装置中会设置广角的光学透镜，广角透镜罩 设在LED的上方，改变LED所发射光线的光路，让LED发出的光线向更 多的方向扩散。不过目前广角透镜的顶面通常是全反射面，这就会导致基 本没有光线到达发光装置上方，从而在发光装置所在的位置形成暗区，影 响发光装置发光的均匀性。

因此，如何解决发光装置发光不均匀的问题是目前亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述相关技术的不足，本申请的目的在于提供一种透镜及发光装 置，旨在解决发光装置发光不均匀的问题。

本申请提供一种透镜，透镜具有顶面、底面及连接顶面和底面的侧面； 透镜具有一光轴，并以光轴为旋转对称轴，顶面与透镜的光轴相交于第一 交点，透镜底部设有用于容纳光源的光源腔，光轴穿过光源腔，顶面包括 以第一交点为中心向底面凹陷的第一区域，以及沿第一区域的周缘向远离 光轴的方向延伸的第二区域；

第一区域包括至少一个内反射面以及至少一个与内反射面连接的内折 射面；从光源发出到达第一区域的光线一部分通过内反射面反射至侧面， 一部分通过内折射面向顶面折射出光；

第二区域为全反射面，且第二区域同第一区域中最外围的一个内折射 面邻接，从光源到达第二区域的光线被全反射至侧面。

上述透镜中，由于透镜顶面的第一区域中包括内折射面，其可以将光 源发出的光线的一部分透射到透镜外部，因此，这样可以使得透镜顶面出 光，照亮透镜上方的区域，避免在透镜所在的位置形成暗区的问题。同时， 因为在第一区域还设置有内反射面，内反射面可以将光源的部分光线反射 至透镜侧面射出，可以避免透镜顶面过亮的问题，提升了发光器件整体出 光的均匀程度。

在一种示例中，第一区域中包括至少两个内反射面与至少两个内折射 面，且内反射面与内折射面沿着透镜的径向交替设置，径向为垂直于光轴 的方向。

上述透镜中，第一区域设置至少两个内反射面与至少两个内折射面， 并且内反射面与内折射面交替设置至少两个周期，透镜内部射向内折射面 的光大部分可以从透镜顶面向外透出，但从内部射向内反射面的光大部分 将被反射而不能直接透出，所以内反射面与内折射面交替设置的这种结构 相当于一面针对光的“滤网”，该滤网均匀地筛过其中部分光，在点亮透 镜所在的区域的同时避免第一区域过亮；筛不过的光可以从透镜侧面射出， 点亮透镜以外更大的区域。

在一种示例中，第一区域中最中心的一个内反射面与光轴相交。

上述透镜中，内反射面比内折射面更靠近光轴，这样可以避免光轴处 亮度过大而形成亮点，进一步提升基于该透镜所制得的发光装置的出光均 匀性。

在一种示例中，内折射面和/或内反射面为曲面或平面。

上述透镜中，内折射面和/或内反射面为曲面或平面，若内折射面和内 反射面中的至少一个为平面，则可以减小透镜生产的难度，降低透镜成本。 如果内折射面和内反射面中的至少一个为曲面，则可以提升透镜顶面对光 线光路控制的精准程度，增强发光装置的出光均匀性。

在一种示例中，沿着透镜的径向，第一区域与第二区域的尺寸比例为 0.15～0.4，径向为垂直于光轴的方向。

上述透镜中，因为第一区域中内折射面的光在向外射出时都会略微向 着远离光轴的方向偏折，所以，在第一区域与第二区域的尺寸比例在 0.15～0.4时，可以利用第一区域射出的光点亮透镜所在的整个区域，避免透 镜顶面部分区域无法被点亮而在透镜上方形成暗区的问题，同时又可以将 射向顶面的其他光线反射后自透镜侧面射出，使得光源发出的大部分光向 四周扩散。

在一种示例中，光轴上具有一基点，基点为光轴与光源的上出光面的 交点，光源腔包括位于光源腔顶壁的第一入射面，和位于光源腔侧壁的第 二入射面，来自基点的光线经第一入射面折射后到达透镜的顶面，来自基 点的光线经第二入射面折射后到达透镜的侧面；第一入射面包括内入射面 以及围绕在内入射面外围的外入射面，若来自基点的光线自内入射面入射， 则光线入射后向着远离光轴的方向偏折；若来自基点的光线自外入射面入 射，则光线入射后向着靠近光轴的方向偏折；若来自基点的光线自内入射 面与外入射面的分界处入射，则光线入射后方向不变。

上述透镜中第一光入射面包括内入射面与外入射面，如果光线从内入 射面入射透镜，相较于其入射方向，光线在入射透镜后将略微向着远离光 轴的方向偏折；如果光线从外入射面入射透镜，相较于其入射方向，光线 在入射透镜后将略微向着靠近光轴的方向偏折。所以光源发出的光在经过 第一光入射面后都将会射向透镜的顶面，这有利于提升透镜的控光效果。

在一种示例中，内入射面与外入射面的分界线为第一分界线，第一区 域与第二区域的分界线为第二分界线，基点与第一分界线上任意一点的连 线的延长线同第二分界线相交。

上述透镜中，基点与第一分界线上任意一点的连线的延长线与第二分 界线相交，这意味着基点与内入射面边缘上任意一点的连线的延长线与第 一区域的边缘相交，所以，从内入射面入射的光线将基本射向第一区域， 从经第一区域的筛选后直接射出或反射至透镜侧面后射出；从外入射面入 射的光线基本都会射向第二区域。

在一种示例中，光轴上具有一基点，基点为光轴与光源的上出光面的 交点，光源腔包括位于光源腔顶壁的第一入射面，和位于光源腔侧壁的第 二入射面，从基点发出的光线经第一入射面折射后到达透镜的顶面；从基 点发出的光线经第二入射面折射后到达透镜的侧面，第一入射面包括内入 射面以及围绕在内入射面外围的外入射面，内入射面与外入射面的分界线 为第一分界线，第一区域与第二区域的分界线为第二分界线；从基点发出的到第一分界线上任意一点的光线垂直第一入射面上入射点的切面且到达 第二分界线。

在一种示例中，第一入射面为倾斜的平面或曲面。

上述透镜中，第一入射面为倾斜的平面或曲面，当其为倾斜平面时， 透镜的加工工艺简单，可以简化透镜的生产，提升生产效率并降低生产成 本。如果第一入射面为曲面，则曲面上每个点的曲率都可以自由变化，这 样便于细化地分段控光，能提升第一入射面对光线光路的控制效果。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种发光装置，其包括LED以及 上述任一项的透镜，LED作为光源被设置于透镜的光源腔中。

上述发光装置的透镜中，由于透镜第一区域中包括内折射面，其可以 将光源发出的光线的一部分透射到透镜外部，因此，这样可以使得透镜顶 面出光，照亮透镜上方的区域，避免在透镜所在的位置形成暗区的问题。 同时，因为在第一区域还设置有内反射面，内反射面可以将光源的部分光 线反射至透镜侧面射出，这样可以避免透镜顶面过亮的问题，提升了发光 器件整体出光的均匀程度。

附图说明

图1为本发明一可选实施例中提供的透镜的第一种剖面示意图；

图2为本发明一可选实施例中提供的发光装置的一种剖面示意图；

图3为本发明一可选实施例中提供的透镜的第二种剖面示意图；

图4为本发明一可选实施例中提供的透镜的第三种剖面示意图；

图5a为本发明一可选实施例中提供的透镜的第四种剖面示意图；

图5b为本发明一可选实施例中提供的透镜的第五种剖面示意图；

图6a为本发明一可选实施例中提供的透镜的第六种剖面示意图；

图6b为本发明一可选实施例中提供的透镜的第七种剖面示意图；

图7为本发明一可选实施例中提供的透镜的第八种剖面示意图；

图8为本发明另一可选实施例中示出的相关技术中的透镜的一种剖面 示意图；

图9为本发明另一可选实施例中提供的透镜的一种剖面示意图；

图10为图9中透镜的局部区域Q的放大示意图；

图11为图9中透镜的光路示意图。

附图标记说明：

10-透镜；100-光源腔；11-顶面；111-第一区域；111a-内反射面；111b- 内折射面；112-第二区域；12-侧面；13-底面；131-第一入射面；131a-内入 射面；131b-外入射面；132-第二入射面；133-环形反射面；2-发光装置； 20-LED；30-透镜；40-透镜；50-透镜；60a-透镜；60b-透镜；60c-透镜；70- 透镜；700-光源；8-发光装置；80-透镜；81-顶面；82-侧面；83-底面；800- 光源腔；90-透镜；91-顶面；911-第一区域；912-第二区域；92-侧面；93- 底面；930-环形反射面；900-光源腔。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描 述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同 的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施 方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的 技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所 使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

现有透镜不从正上方出光，导致透镜所在区域形成暗区，严重影响了 发光装置出光均匀性。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细 内容将在后续实施例中得以阐述。

本发明一可选实施例：

本实施例首先提供一种透镜，请参见图1示出的一种透镜10的剖面示 意图：透镜10具有顶面11、侧面12及底面13，侧面12连接在顶面11和 底面13之间。透镜10底部设置有光源腔100，其用于收容光源，从图1中 可以看出，光源腔100是一个倒置的槽，其槽口位于底面13上，透镜10 在与LED 20等光源配合形成发光装置2的时候，透镜10的光源腔100罩设在光源上，如图2所示。毫无疑义的是，透镜10具有光轴O-O’，光轴 O-O’垂直于透镜10的底面13所在的平面，即图1中虚直线OH所对应的 平面(该平面也可以被视为透镜10的安装平面)，光轴O-O’与安装平面相 交于O点，与顶面11相交于第一交点K。同时，光轴O-O’穿过光源腔100， 并与光源腔100的顶面相交于第二交点F。在本实施例中，透镜10相对于 光轴O-O’旋转对称，因此光轴O-O’就是透镜10的旋转对称轴。

在本实施例的一些示例中，将光轴O-O’与光源的上出光面(或顶出 光面)的交点称为“基点”，在图1中，基点记为“A”。可以理解的是， 虽然在图2中LED 20的中心位于光轴O-O’上，但在实际应用中，由于工 业制造不可避免的误差原因，光源的中心可能开会略微偏离光轴O-O’。另 外，光源可以是仅顶面出光的LED，也可以是顶面与侧面均为出光面的LED；其可以是主要用于照明的白光LED，也可以是用于消毒杀菌的紫外 LED，本实施例中对于发光装置2中光源的类型与具体结构不做限制。

光源发出的光线会从光源腔100的腔壁入射透镜10，射向透镜10的顶 面11，其中一部分将从透镜10的顶面射出。在本实施例中，顶面11的区 域可以根据与光轴O-O’距离的远近至少可以划分两个大的区域，分别是距 离光轴相对较近的“第一区域”111与距离光轴相对较远的“第二区域”112。 在本实施例中，第一区域111以第一交点K为中心向底面13凹陷，而第二 区域112则沿第一区域111的周缘(或者也可以称为“边缘”、“周沿”) 向远离光轴O-O’的方向延伸形成。可以理解的是，虽然在图1中第一区域 111与第二区域112之间是左右相邻的位置关系，但可以理解的是，第二区 域112实际上环绕在第一区域111外围的，所述第一区域111与第二区域 112实际上内与外的位置关系。

在本实施例中，第二区域112将来自光源的光反射至侧面12射出，也 即第二区域112对光源出射的光进行反射，使得光被反射至透镜10的侧面 12后从侧面12射出。在本实施例的一些示例中，第二区域112可以为全反 射面，因此透镜10内部射向第二区域112的光线会遭到全反射，然后从透 镜的侧面12射出，使得光源的大部分光线向四周扩散。不过，本领域技术 人员可以理解的是，虽然光线发生全反射意味着光线会被全部反射，但在 实际情况中，通常不存在理想的全反射面，所以，在本实施例的一些示例 中，第二区域112上也可能会有少量的光线透出。

第一区域111包括至少一个内反射面111a与至少一个内折射面111b， 其中，从光源到达内反射面111a的光大部分被反射至侧面12射出，而从光 源到达内折射面111b的光大部分从顶面11上方出射。所以，在本实施例中， 内反射面111a可以将透镜10内部的光向着远离光轴O-O’的方向反射，避 免透镜10顶部的光线过亮，而内折射面111b则可以将透镜10内部的光线 朝着透镜10正上方扩散。这样不仅可以保证透镜10正上方有光线射出， 且可避免透镜正上方的光线太强，使得透镜10上方的光线相对均匀，光效 好。

需要说明的是，内反射面111a与内折射面111b实际上都会发生光的反 射与光的折射，也即内反射面111a与内折射面111b上都有光线被反射回透 镜10的内部，也有光线被透射到透镜10的外部。只不过，内反射面111a 对光线的反射远远多于折射，而内折射面111b对光线的折射远远多于反射。 本实施例中内反射面反射率可达98％以上。

在本实施例中，第一区域111中最外围的一个面为内折射面111b，所 以，第一区域111中与第二区域112邻接的面为内折射面111b。

虽然图1与图2示出的透镜10中，第一区域111内仅设置有一个内反 射面111a与一个内折射面111b，但在本实施例的其他一些示例中，第一区 域111中可以设置至少两个内反射面111a与至少两个内折射面111b。请参 见图3示出的透镜30，在透镜30中，内反射面111a与内折射面111沿着 透镜30的径向交替设置，其中透镜30的径向就是垂直于光轴O-O’的方向。

应当明白的是，由于透镜10与透镜30是相对于光轴O-O’旋转对称的， 因此，虽然在透镜的剖面示意图中第一区域111、第二区域112以及内反射 面111a、内折射面111b都是只是对应一条线，但这些区域在透镜10的俯 视示意图中都会各自对应一个圆形区域或一个环型区域，这些区域的周缘 在俯视示意图中都会对应一个圆，且内反射面111a、内折射面111b、第二 区域112对应的圆属于同心圆，圆心为光轴O-O’所在的位置。

请参见图3，在本实施例的一些示例中，透镜30顶面的第一区域中内 反射面111a与内折射面111b交替设置，这样可以利用这些内反射面111a 与内折射面111b形成一面“滤网”，利用滤光均匀地对基点A放射的光线 进行过滤，使得仅有一部分可以从透镜30的顶面射出，从而保证在点亮透 镜30顶面区域的同时降低顶面出光的亮度，避免透镜30所在位置相对透 镜30以外区域过亮的问题，提升透镜30整体出光的均匀性；另一方面， 由于光源一般设置于光轴处，故靠近光轴的光强相对较强，利用内反射面 111b将光线反射至透镜30的侧面射出，适当减弱第一区域射出的光线强度， 使得透镜30上方的光线强度相对均匀。

可以理解的是，第一区域111中内反射面111a的数目与内折射面111b 的数目可以相同，也可以不同。在内反射面111a的数目与内折射面111b 的数目相同的情况下，位于第一区域最中心的一个面就是内反射面111a， 由于光轴处的光线强度比较强，故将第一区域最中心的面设为内反射面 111a，可对光轴O-O’处的光线反射以适当减弱光轴附近处的光强，避免光 轴上方出现亮点。如图3所示，该内反射面111a自第一交点K向远离光轴 O-O’的方向延伸形成。需要理解的是，本实施例中所说的“远离光轴O-O’ 的方向”或者是“靠近光轴O-O’的方向”并不一定是垂直于光轴O-O’的方 向，以“第二区域112沿第一区域111的周缘向远离光轴O-O’的方向延伸 形成”为例来说，是指在第一区域111延伸至与第二区域112衔接时，延 伸方向在垂直于光轴O-O’的方向上有一定的长度分量。例如，在图1与图 2中，“内反射面111a自第一交点K向远离光轴O-O’的方向延伸形成”中 所说的延伸方向就并不垂直于光轴O-O’，其延伸的长度在垂直于光轴O-O’ 的方向以及平行于光轴O-O’的方向均有一定的长度分量。可以理解的是， 由于最中心的内反射面111a是从第一交点K处开始延伸的，因此，光轴 O-O’实际上是穿过了该内反射面111a，该内反射面111a所在的区域是顶面 11中所有区域里距离光轴O-O’最近的一个区域。由于内反射面111a比内 折射面111b更靠近光轴O-O’，这样可以减少光轴O-O’位置处的出光亮度， 避免光轴O-O’位置处亮度过大从而在透镜10中心形成亮斑的问题，提升了 透镜10的出光均匀程度。

与最中心的内反射面111a相邻的内折射面111b可以自该内反射面111a 的周缘向着远离光轴O-O’的方向延伸形成，所以，内折射面111b围绕在内 反射面111a的外围，并且与该内反射面111a邻接。

在本实施例的另外一些示例中，第一区域111中内反射面111a与内折 射面111b的数目也可以不相同，例如内折射面111b比内反射面111a多一 个，则在这种情况下，位于第一区域111最中心的一个面就是内折射面111b， 如图4示出的透镜40所示。

在本实施例的一些示例中，第一区域111与第二区域112在透镜10径 向上的尺寸(即第一区域111和第二区域112在透镜径向上的宽度)比例 为0.15～0.4，这里所说的径向就是垂直于光轴O-O’的方向。在一些示例中， 第一区域111与第二区域112在径向上的尺寸比例为0.4，在这种情况下， 第一区域111周缘到光轴O-O’的距离与第二区域112周缘到光轴O-O’的距 离的比例为2:7。另一些示例中，第一区域111与第二区域112在径向上的 尺寸比例为0.25，在这种情况下，第一区域111周缘到光轴O-O’的距离与 第二区域112周缘到光轴O-O’的距离的比例为1:5。当然，在本实施例的其 他示例中，第一区域111与第二区域112在透镜10径向上的尺寸比例也可 以为0.35、0.3、0.15等，对应地，第一区域111周缘到光轴O-O’的距离与 第二区域112周缘到O-O’的距离的比例为7:27、3:13或者3:23等。本申请中，由于光源发出的光主要集中在光源的正上方，透镜10的作用是将光源 发出的光向四周扩散，同时要避免透镜10正上方出现暗影，故第一区域111 在透镜10径向上的尺寸不宜大于第二区域112在径向上的尺寸，否则可能 会导致向四周扩散的光强不足而透镜10正上方的光强过高，但同时第一区 域111的在透镜10径向上的尺寸也不宜过小于第二区域112在径向上的尺 寸，否则可能会导致透镜10上方的光强不足而四周扩散的光强过高。本实 施例优选第一区域111与第二区域112在透镜10径向上的尺寸比值为 0.15～0.4，在这个比值范围内，可以获得较佳的光效，使得透镜10顶部和 四周的光线分布相对均匀。

在本实施例的一些示例中，内反射面111a与内折射面111b中的至少 一个为曲面，例如，在图1与图2中，内反射面111a与内折射面111b均 为曲面，在图3中，一个内反射面111a(远离光轴O-O’的一个)为平面， 另一个内反射面111a(相对靠近光轴O-O’的一个)为曲面，内折射面111b 均为曲面。在图4中，全部的内反射面111a与内折射面111b均为倾斜平面。可以理解的是，当内反射面111a或内折射面111b为曲面时，曲面上 各点的曲率可以根据光线光路控制需求自由设置，这样可以提升内反射面 111a或内折射面111b的控光能力，可以让内反射面111a或内折射面111b 对来自光入射面的光线进行精细化的控制，提升透镜的出光效果。当内反 射面111a或内折射面111b为平面时，能够降低透镜生产的难度，以及降 低生产工艺的精度要求，降低透镜的生产成本，提升生产效率。

请继续参见图1至图4，透镜的光入射面包括位于光源腔100顶壁的第 一入射面131和位于光源腔100侧壁的第二入射面132。来自光源的光线经 第一入射面131折射后到达透镜的顶面11，来自光源的光线经第二入射面 132折射后到达透镜的侧面12(参考图11所示)。可以理解的是，在本实 施例的一些示例中，光源腔100的内壁中顶壁与侧壁可以没有明显的分界 线，例如在图5a中，透镜50a的光源腔100呈圆锥形，在透镜50a剖面示 意图中，光源腔100为三角形。又例如，在图5b示出的透镜50b中，其光 源腔100呈半球状，在透镜50b剖面示意图中，光源腔100为半圆形。

在图1至图4示出的透镜中，第一入射面131为曲面，但在本实施例 的一些示例中，第一入射面132可以为平面，也即光源腔100的顶壁可以 为平面，请参见图6a示出的透镜60a的剖面结构示意图，以及图6b示出的 透镜60b的剖面结构示意图，其中，透镜60a中第一入射面131为与光轴 O-O’垂直的平面，所以第一入射面131平行于透镜60a的安装平面。图6b 中，透镜60b的第一入射面131与光轴O-O’并不垂直，第一入射面131是 倾斜的平面。可以理解的是，如果透镜的第一入射面131为平面，则透镜 的加工工艺简单，这样可以简化透镜的生产，提升生产效率并降低生产成 本。如果第一入射面131为曲面，则曲面上每个点的曲率都可以自由设置， 这样可以细化地分段控光，提升第一入射面131对光线光路的控制效果。

在图6b，以及图1至图4中，光源腔100的顶壁以第二交点F为中心 凸起(这里所说的“凸起”是以地面或者说透镜的安装平面为基准，但若 以透镜的顶面11为基准，则光源腔100的顶壁向着顶面11凹陷)。当然 本实施例中也并不排除顶壁以第二交点F为中心凹陷(同样地，这里所说 的“凹陷”是以地面或者说透镜的安装平面为基准，但若以透镜的顶面11 为基准，则光源腔100的顶壁外凸)的情况。另外，还有一些示例中，透 镜中光源腔100的顶壁可以由多段斜率不同的斜面构成，多个曲率、倾斜 角不同的曲面构成，或者是由斜面与曲面共同构成。可以理解的是，虽然 图1中的透镜10中，光源腔100的顶壁对应的曲面向着透镜10的基点A 凹陷(这里所说的“凹陷”是以地面或者说透镜的安装平面为基准，但若以透镜的顶面11为基准，则曲面向着透镜的基点A外凸)，但在本实施例 其他一些示例中，顶壁对应的曲面也可以向着透镜的底面13凹陷(这里所 说的“凹陷”是以地面或者说透镜的安装平面为基准，但若以透镜的顶面 11为基准，则曲面向着透镜的底面13外凸)。

虽然在图1至图4中第二入射面132为倾斜平面(即不垂直于透镜安 装平面的面)，但在本实施例的其他一些示例中，第二入射面132也可以 为曲面或者是垂直于透镜安装平面的平面，例如在图6a与图6b中，第二 入射面132就垂直于OH。

图1所示的透镜10是本实施例的一种优选方案中，第一入射面131包 括内入射面131a以及沿着内入射面131a边缘向着远离光轴O-O’的方向延 伸的外入射面131b。所以，外入射面131b围绕在内入射面131a的外围， 且与内入射面131a邻接。在本实施例的优选方案中，将内入射面131a与外 入射面131b的分界线作为“第一分界线”，在图1所示的剖面示意图中， 第一分界线通过点B来表征，毫无疑义的是，点B在透镜的俯视示意图中 也对应着一个圆。内入射面131a具有将来自光源的光向着远离光轴O-O’ 的方向偏折的形状，而外入射面131b具有将来自光源的光向着靠近光轴 O-O’的方向偏折的形状。所以，如果光源发射的光线从第一入射面131中 第一分界线以内(即第一分界线划分的两个区域中距离光轴O-O’更近的一 个区域)射入透镜，那么光线入射透镜后，相对于其入射方向，该光线的 方向将稍微向着远离光轴O-O’的方向偏折；如果光源发射的光线从第一入 射面131中第一分界线以外(即第一分界线划分的两个区域中距离光轴 O-O’更远的一个区域)射入透镜，那么光线入射透镜后，相对于其入射方 向，该光线的方向将稍微向着靠近光轴O-O’的方向偏折；如果光源发射的 光线从第一分界线上入射透镜，则该光线穿过光入射面前后的方向相同。

可以理解的是，基点A同第一分界线上任意一点的连线，例如基点A 与点B的连线AB，对应的方向就是基点A出射的光线从该点处入射透镜 的方向，因此，由于基点A处出射的光线从第一分界线上入射透镜之后不 会发生偏折，因此，第一分界线上的点的切线与入射光线的方向垂直，例 如直线AB与B点的切线垂直。可以理解的是，第一分界线上任意一点与 基点A的连线垂直于该点的切线。如果第一入射面131为倾斜的平面，例 如在透镜60b中，则从基点A发出的到第一分界线上任意一点的光线垂直 第一入射面131，换言之，基点A与第一分界线上任意一点的连线垂直于 第一入射面131。

在本实施例中，将顶面11中第一区域111与第二区域112的分界线记 为“第二分界线”，在透镜的剖面示意图中以点C进行表征。一些示例中， 如图1所示，直线AB的延长线与顶面11相交于点C处，即基点A与第一 分界线上任意一点的连线的延长线同第二分界线相交，简单来说，基点A 出射的光线从第一分界线上入射透镜后，将射向第一区域与第二区域的交 界处。这样可以保证基点A处出射，且从内入射面131a射入透镜10的光 线可以全部射向第一区域111，而基点A处出射且从外入射面131b射入透 镜10的光线可以全部射向第二区域112。

可以理解的是，光源通常是固定在基板上的，而透镜罩设在光源上方， 也通常是固定在基板上的，所以透镜的底面13朝向基板不承担出光功能， 因此，在本实施例的一些示例中，可以将透镜的底面设置成具有反射性能 的面，令从透镜内部射向透镜底面13的光线被反射，然后从顶面11或者 是侧面12射出，增加透镜在顶面方向与侧面方向的出光率，提升发光装置 整体的出光效率，避免光线从透镜底面射出而产生的出光损失。

在本实施例的一些示例中，如图7示出的透镜70，透镜的底面13包括 至少一个环形反射面133(图7为透镜70从光轴处纵向剖切后的轮廓图，故 环形反射面133呈现为折线段)，本实施例中环形反射面133有多个。多个 环形反射面133通过在底面13设置的多个不同倾斜角的环形面形成的。还 有一些示例中，透镜的底面13可以为平面、曲面或者是多个环形曲面、多 个环形斜面等几种中的任意一种，与此同时透镜底面13涂覆有反射涂层， 该反射涂层可以是白反射胶层，也可以是具有良好反射性能的金属涂层， 例如铝层等，利用该反射涂层的反射作用，也可以对射向底面13的光线进 行反射。

本实施例还提供一种发光装置，如图2所示，该发光装置2中包括 LED20以及前述任意一种示例中提供的透镜，并且LED设置于透镜的光 源腔100中。

本实施例提供的透镜与发光装置，不仅将顶面的第一区域设置为光出 射面，从而使得光线得以射向透镜上方，照亮透镜上方的区域，避免了发 光装置自身所在区域形成暗区的问题，而且通过在第一区域中交替设置反 射面与折射面，利用折射面把光源发出的光线偏转至透镜上方，利用反射 面把光源发出的光线进行大角度反射，提升透镜上方的亮度和出光均匀性。 同时，因为第一区域中反射面比折射面更靠近光轴，因此可以利用反射面减小光轴位置处的出光亮度，避免光轴处出现亮点的问题，进一步提升了 透镜的出光均匀性。

本发明另一可选实施例：

为了让本领域技术人员对前述实施例所提供的透镜及发光装置的结构 细节与优点更加清楚，本实施例将结合示例继续对透镜及发光装置进行阐 述：

首先请参见图8示出的相关技术中发光装置8的一种结构示意图：透 镜80包括平滑曲面形成的顶面81、平滑曲面形成的侧面82以及为平面的 底面83，底面83中间向上凸起(以透镜80的安装平面为参考基准)形成 了光源腔800，光源腔800为半球状，其可以盖在光源700上。在透镜80 中，顶面81为全反射面，因此，当内部光线射向顶面81时，会遭到全反射，无法从顶面81射出，这就导致透镜80上方的区域无法被点亮，形成 了暗区，严重影响了发光装置8的出光均匀性。

为了解决该技术问题，本实施例提供另一种透镜，请参见图9所示： 透镜90同样包括顶面91、底面93以及连接顶面91与底面93的侧面92。 在透镜90上还设置有光源腔900，光源腔900的开口位于底面93上。

沿着透镜90光轴O-O’所在的剖面对透镜90进行剖切得到的剖面示意 图中，透镜90的剖面轮廓成类似蝴蝶的形状，光轴O-O’上的点O是光轴 O-O’与底面93的交点。请结合图10示出的图9中局部区域Q的细节示意 图：光轴O-O’与顶面91、光源腔900的腔顶壁的交点分别为点K与点F， 同时，基点A也位于光轴O-O’上。另外，本实施例中将顶面91与侧面92之间的交点记为点M，将光源腔900的腔顶壁901与腔侧壁902的交点记 为点E，将腔侧壁902与底面93的交点记为点H。可以理解的是，除了位 于光轴O-O’上的点，剖面示意图中的其他点在透镜90的俯视示意图中都对 应一个圈；除了光轴O-O’方向上的线段，剖面示意图中的其他线条在透镜 90的俯视示意图中都对应一个面。

在透镜90的剖面示意图中，光源腔900的腔顶壁901对应于曲线FE， 点B位于曲线FE上，曲线FB上的点与基点A之间的第一距离随着点与光 轴O-O’之间的第二距离的增大而减小，而曲线BE上的点与基点A之间的 第一距离随着点与光轴O-O’之间的第二距离的增大而增大。或者说，对于 曲线FE上的任意一点X，其与基点A之间的连线XA与光轴O-O’之间的夹角为α，当0＜α≤∠FAB时，XA的长度随着α的增大而减小；当∠FAB ≤α≤∠FAE时，XA的长度随着α的增大而增大。在图9中，线段AB垂 直于点B处的切线，请继续结合图11示出的透镜90中的光路示意图：当 基点A处射出的光线从点B处入射到透镜90中时，该光线实际上是沿着对 应位置处的法线入射透镜90，该光线即图11中经过点A、B与C的光线， 因此，该光线在入射透镜90前后并不会发生偏折。但如果基点A处的光线 从曲线FB上的任意一点处入射透镜90，相较于其入射方向，光线在入射 透镜90后将略微向着远离光轴O-O’的方向偏折；而如果基点A处的光线 从曲线BE上的任意一点处入射透镜90，相较于其入射方向，光线在入射 透镜90后将略微向着靠近光轴O-O’的方向偏折。这样可以保证光源发出的 光在经过腔顶壁901后将会射向透镜90的光出射面，这有利于提升透镜90 的控光效果。

在本实施例中，透镜90的顶面91被分为第一区域911与第二区域912：

图9中，第一区域911与第二区域912的交点以点C标识。线段AC 与光源腔900的腔顶壁901的相交于点B处。沿着第一区域911，自光轴 到第一区域911的边缘的第一最短路径KC呈波浪线状，即第一最短路径 KC中有起有伏，需要说明的是，这里并不要求第一最短路径KC中各处的 起伏幅度相同。在本实施例中，第一区域911中内反射面与内折射面交替 设置至少两个周期，其中，最靠近光轴的一个面是内反射面(在图9中对 应于曲线KW)；沿着该内反射面的周缘向外延伸形成的是内折射面(在 图9中对应于曲线WP)。在图9中示出的透镜90中，曲线SC对应于的 内折射面与第二区域912邻接，光线穿过第一区域911后的光路示意图如 图11所示(图中K点与C点之间的光路示意)。

第二区域912即为曲线CM所对应的面，该面为全反射面，可以对透 镜90内部射到该面上的光线进行全反射，使得光线从侧面92射出。

在本实施例中，底面93包括多个环形反射面930，在透镜90的剖面示 意图中，底面93也成波浪状，底面93对应的线条可以包括曲线、直线。 底面93的各个环形反射面930可以对来自透镜90内部的光线进行反射， 从而使得这些光线改变光路，从侧面92或者第一区域911上射出。

通过本实施例提供的透镜设计方案既满足了透镜大出光角度的要求， 又提升了发光装置出光亮度的均匀性。

前述实施例中提供的发光装置可以应用于各种发光领域，例如其可以 制作成背光模组应用于显示背光领域(可以是电视、显示器、手机等终端 的背光模组)。上述应用仅仅是本实施例所示例的几种应用，应当理解的 是本实施例中的LED的应用并不限于上述示例的几种领域。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术 人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应 属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于，所述透镜具有顶面、底面及连接所述顶面和所述底面的侧面；所述透镜具有一光轴，并以所述光轴为旋转对称轴，所述顶面与所述透镜的光轴相交于第一交点，所述透镜底部设有用于容纳光源的光源腔，所述光轴穿过所述光源腔，所述顶面包括以所述第一交点为中心向所述底面凹陷的第一区域，以及沿所述第一区域的周缘向远离所述光轴的方向延伸的第二区域；

所述第一区域包括至少一个内反射面以及至少一个与所述内反射面连接的内折射面；从光源发出到达所述第一区域的光线一部分通过所述内反射面反射至所述侧面，一部分通过所述内折射面向所述顶面折射出光；

所述第二区域为全反射面，且所述第二区域同所述第一区域中最外围的一个所述内折射面邻接，从光源到达所述第二区域的光线被全反射至所述侧面。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一区域中包括至少两个内反射面与至少两个内折射面，且所述内反射面与所述内折射面沿着所述透镜的径向交替设置，所述径向为垂直于所述光轴的方向。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一区域中最中心的一个所述内反射面与所述光轴相交。

4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述内折射面和/或所述内反射面为曲面或平面。

5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，沿着所述透镜的径向，所述第一区域与所述第二区域的尺寸比例为0.15～0.4，所述径向为垂直于所述光轴的方向。

6.如权利要求1-5任一项所述的透镜，其特征在于，所述光轴上具有一基点，所述基点为所述光轴与所述光源的上出光面的交点，所述光源腔包括位于光源腔顶壁的第一入射面，和位于光源腔侧壁的第二入射面，来自所述基点的光线经第一入射面折射后到达透镜的所述顶面，来自所述基点的光线经第二入射面折射后到达透镜的所述侧面；所述第一入射面包括内入射面以及围绕在内入射面外围的外入射面，若来自所述基点的光线自所述内入射面入射，则光线入射后向着远离所述光轴的方向偏折；若来自所述基点的光线自所述外入射面入射，则光线入射后向着靠近所述光轴的方向偏折；若来自所述基点的光线自所述内入射面与所述外入射面的分界处入射，则光线入射后方向不变。

7.如权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述内入射面与所述外入射面的分界线为第一分界线，所述第一区域与所述第二区域的分界线为第二分界线，所述基点与所述第一分界线上任意一点的连线的延长线同所述第二分界线相交。

8.如权利要求1-5任一项所述的透镜，其特征在于，所述光轴上具有一基点，所述基点为所述光轴与所述光源的上出光面的交点，所述光源腔包括位于光源腔顶壁的第一入射面，和位于光源腔侧壁的第二入射面，从所述基点发出的光线经第一入射面折射后到达透镜的所述顶面；从所述基点发出的光线经第二入射面折射后到达透镜的所述侧面，所述第一入射面包括内入射面以及围绕在内入射面外围的外入射面，所述内入射面与所述外入射面的分界线为第一分界线，所述第一区域与所述第二区域的分界线为第二分界线；从所述基点发出的到第一分界线上任意一点的光线垂直所述第一入射面上入射点的切面且到达所述第二分界线。

9.如权利要求8所述的透镜，其特征在于，所述第一入射面为倾斜的平面或曲面。

10.一种发光装置，其特征在于，包括LED以及如权利要求1-9任一项所述的透镜，所述LED作为光源被设置于所述透镜的所述光源腔中。

Images