CN1760700A - 用于led光源的透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于LED光源的透镜，其允许从LED光源发射的光以垂直于该透镜的垂直中心轴的方向射出透镜。本发明的透镜包括内部空间，其被限定在具有底面和上反射面的透镜体中，使得穿过内部空间的光在内部空间和透镜体之间的边界面的一部分(选择性的透射面，内部反射面，内侧反射面)上经过全内反射被部分反射。这样，从LED光源发射的光通过侧面从透镜高效率地射出。因此，本发明的透镜被用于高效率显示和照明光学系统。

Description

用于LED光源的透镜
技术领域
本发明通常涉及用于LED(光发射二极管)光源的透镜并且，更具体来说，涉及用于在高效率显示和照明光学系统中使用的LED光源的透镜。
背景技术
近来，在显示和照明光学系统中，对于环境友好的、高效率的并且具有长寿命跨度的光源的需要大大增加。为了实现上述目的，已经进行研究以增加LED的效率和亮度。作为选择，使用LED的光源已经被开发。这种LED光源被用在显示和照明光学系统中。具体来说，根据设计如环境友好的电视的出版物，使用LED光源的LCD(液晶显示)的研究和开发被日益促进。为了满足上述技术需要，用于在显示和照明设备中使用的LED光源的更有效的透镜的开发被需要。
使用LED光源的照明设备或者显示使用通过混合三种基色(RGB)而产生的白LED或者白光作为光源。白LED具有优良的白光实现。然而，在白LED被用于显示的情形中，因为色调是可区别的，所以色再现性变坏。因此，典型地，使用RGB的光源被用作用于高清晰度显示的光源。
图1是示出用于显示的常规光源实例的视图。详细而言图1示出怎样使用三基色(RGB)中LED的设置来产生白光。
如图1所示，在使用三基色LED光源10的显示的情形中，因为白光(W)是由混合LED光(例如，红，绿和蓝)而产生的，从三基色LED光源10到屏幕20的距离(D1，或者光发射距离)必须是预定值或以上。因此，显示在厚度上被增加。
图2是示出用于显示的常规光源的另一个实例的视图。具体来说，图2示出了使用光导板40的情形。
在图2的情形中，LED 30被放置在光导板40的一侧。从LED 30发射的光的路径32被限定在光导板40内，并且光被光导板40的边界面重复反射。因此，具有优良均匀性和色调节能力的显示可被体现。然而，难以将图2的情形应用到大屏幕显示。而且，图2情形的缺点还在于光效率被降低。
在克服上述问题的努力中，一种透镜被公布，这种透镜允许从LED光源发射的光在圆周方向上射出透镜。这种透镜的有代表性的实例在美国专利No.6,679,621中被提出，其中提供了侧发射型LED以及具有反射面和折射面的透镜。在美国专利No.6,679,621中公布的透镜特征在于从LED发射的光通过侧面射出透镜，该测面为折射面。图3示出了具有上述结构的透镜的另一个实例。
图3的透镜50包括底面52，反射面54，相对于透镜50的中心轴60成角度的第一折射面56，以及从底面52延伸到第一折射面56的第二折射面58。从底面52的焦点(F)进入透镜50的光一部分被反射面54反射并且通过第一折射面56射出透镜50。光的剩余部分通过第二折射面58射出透镜50。
在图3的透镜50中，大部分光通过包括第一和第二折射面的透镜50的侧面射出透镜50。因而，图3的透镜50特征在于来自LED光源的光通过侧面被发射。然而，由于围绕透镜50的中心轴60对称的单个反射面54仅被用于将光引导到透镜50的侧面，如果透镜50被用于相对大的LED光源以增加亮度，一些光不通过侧面发射，而是不合需要地穿过透镜50的上部分。因此，当图3的透镜50被用于显示中时，在提供均匀光方面存在困难。
发明内容
因此，本发明紧记在现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个目的是要提供一种用于LED光源的透镜，其增加在侧方向上射出透镜光的效率。
一方面，本发明提供一种用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：透镜体，其具有底面，围绕透镜的中心轴对称并且相对于该中心轴成角度的上反射面，以及从上反射面边缘延伸到底面边缘的侧面；以及被限定在透镜体中的并且围绕透镜的中心轴对称的内部空间，在内部空间的边界面的至少一部分上提供的内部反射面而且该内部反射面围绕透镜的中心轴对称并且以预定的角度倾斜，从而从LED光源通过底面进入透镜的光被上反射面或者内部反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过侧面射出透镜。
该透镜可进一步包括下反射面，其具有预定曲率并被提供在LED光源的光进入透镜所通过的底面部分以外的底面部分上。下反射面围绕透镜的中心轴对称，使得被内部反射面反射的光的一部分被该下反射面反射并通过侧面射出透镜。
内部空间可包括透镜的中心轴在其中穿过的区域。该透镜可进一步包括选择性透射面，其被提供在内部空间的下边界面的中心部分上以反射通过底面进入该透镜的光的一部分。
该选择性透射面可包括垂直于透镜中心轴的平面。作为选择，该选择性透射面可被形成为穹顶，锥体或者梯形形状以改变撞击上反射面的光的入射角度。
内部空间可在透镜中心轴所穿过的区域以外的部分中被配置为环形。该透镜可进一步包括内侧反射面，其被提供在内部空间的内侧边界面上同时围绕透镜的中心轴对称并且以预定的角度倾斜，从而使通过底面进入透镜的光的一部分顺序地被该内侧反射面和上反射面反射并通过侧面射出透镜。
另一方面，本发明提供用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：下透镜单元，其包括耦合到LED光源的底面；以及上透镜单元，其被堆叠并耦合到下透镜单元，并包括围绕透镜中心轴对称并相对于该中心轴成角度的上反射面。上透镜单元和下透镜单元被耦合以限定它们之间的围绕透镜中心轴对称的内部空间，并且下透镜单元的上表面的至少一部分，其与内部空间接触，形成内部反射面，该内部反射面围绕透镜中心轴对称并以预定角度倾斜，使得从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被上反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过上透镜单元射出透镜，并且从LED光源通过底面进入透镜的光的另一部分被内部反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过下透镜单元射出透镜。
透镜中的光可经过全内反射被反射。
该透镜可进一步包括至少一个突起和一个相应的阻挡装置，其被提供在上透镜单元的下表面和下透镜单元的上表面，使得上透镜单元和下透镜单元通过该突起和阻挡装置的接合而相互耦合。
该突起和阻挡装置可通过插入它们之间的粘合材料结合在一起。
该透镜可进一步包括选择性透射面，其被提供在光所穿过的下透镜单元的上表面的中心部分，使得从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被该选择性透射面反射。
该透镜可进一步包括下反射面，其具有预定曲率并被提供在下透镜单元的底面。下反射面围绕透镜的中心轴对称，使得被选择性透射面反射的光的一部分被该下反射面反射。
在另一方面，本发明提供用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：下透镜单元，其包括耦合到LED光源的底面；以及上透镜单元，其被堆叠并耦合到下透镜单元，并且包括上反射面，其围绕透镜的中心轴对称并相对于该中心轴成角度。该上透镜单元和下透镜单元被耦合从而在它们之间限定具有环形状的内部空间。该透镜进一步包括提供在内部空间的内侧边界面上的内侧反射面，从而使从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被内侧反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上射出透镜。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将被更清晰地理解，其中：
图1示出用于显示的常规光源的实例的视图；
图2示出用于显示的另一个常规光源实例的视图；
图3示出用于LED光源的常规侧发射类型透镜的视图；
图4是根据本发明第一实施例的用于LED光源的透镜的截面图；
图5是图4透镜的分解的透视图；
图6a是为说明图5的上和下透镜单元耦合的实例的视图；
图6b是为说明图5的上和下透镜单元耦合的另一个实例的视图；
图6c是为说明图5的上和下透镜单元耦合的再一实例的视图；
图7是示出使用图4的透镜用于显示的光源的截面图；
图8是根据图4的第一实施例的第一修正用于LED光源的透镜的截面图；
图9是根据图4的第一实施例的第二修正用于LED光源的透镜的截面图；
图10a到图10c是曲线图，其相比较地示出了依据图4，8和9的透镜形状的亮度变化；
图11是根据本发明的第二实施例用于LED光源的透镜的截面图；以及
图12是根据本发明的第三实施例用于LED光源的透镜的截面图。
具体实施方式
在下文中，将关于附图详细描述本发明的实施例。
现在参阅附图，其中在所有不同附图中相同的参考数字表示相同或相似的组件。
图4是根据本发明第一实施例用于LED光源的透镜110的截面图。图5是图4的透镜110的分解的透视图。
根据本发明第一实施例用于LED光源的透镜110包括透镜体120。透镜体120具有底面150，围绕透镜110的中心轴112对称并且相对于中心轴112成角度的上反射面132，以及从上反射面132边缘延伸到底面150边缘的侧面124。透镜110进一步包括内部空间(S)，其被限定在透镜体120中，并且围绕透镜110的中心轴112对称。内部反射面142被提供在内部空间(S)边界面的至少一部分上，例如，内部空间(S)下边界面的至少一部分上，同时围绕透镜110的中心轴112对称并且以预定的角度倾斜。因而，本发明的透镜110除内部反射面142以外还包括上反射面142，使得从LED光源160发射的光的一部分被上反射面132反射并且光的另一部分被内部反射面142反射以通过侧面124射出透镜110。
透镜110进一步包括选择性透射面148，其被提供在内部反射面142之内，也就是透镜110的中心轴112穿过的内部空间(S)的下边界面的区域。选择性透射面148反射从LED光源160通过底面150进入透镜110的一部分光。透镜110进一步包括下反射面146，其具有预定曲率并被提供在耦合LED光源160的底面150中心部分以外的底面150的部分上。下反射面146围绕透镜110的中心轴112对称。基于在选择性透射面148相互接触的两种介质(例如，透镜体120和空气)之间的折射率差，根据入射光的入射角，选择性透射面148接受从LED光源160进入透镜110的光的一部分，并反射所述光的剩余部分。
从LED光源160发射的穿过选择性透射面148的一部分光连续穿过内部空间(S)的上边界面并且，其后被上反射面132反射并通过侧面124射出透镜110。根据上反射面132的倾斜角度，大部分撞击上反射面132的光被上反射面132反射并且通过侧面124的上侧面134射出透镜110(见图4的箭头L1)。
LED光源160的光的另一部分，其被选择性透射面148反射而不是穿过选择性透射面148，被下反射面146反射并通过侧面124的下侧面144射出透镜110(见图4的箭头L2)或者直接通过侧面124射出透镜110。
没有入射到选择性透射面148上的LED光源160的光的其它部分被内部表面142反射并且通过侧面124，也就是，通过下侧面124射出透镜110(见图4的箭头L3)。作为选择，被内部表面142反射的光可再次被下反射面146反射以通过侧面124射出透镜110。
因而，在第一实施例中，内部反射面142和选择性透射面148用来限定透镜体120中的内部空间(S)。换句话说，内部空间(S)边界面的部分被用作内部反射面142和选择性透射面148。
具体来说，因为撞击内部空间(S)边界面的下边界面的光从具有高折射率的透镜体120经过到具有低折射率的内部空间(空气)，下边界面可作为内部反射面142和选择性透射面148。另一方面，因为撞打击内部空间(S)边界面的上边界面的光从具有低折射率的内部空间(空气)经过到具有高折射率的透镜体120，所以大部分光穿过上边界面而没有被反射。因而，由于在透镜体120中限定的内部空间(S)，本发明具有内部反射面142和选择性透射面148以及上反射面132，这样增加了通过侧面124射出透镜110的光的量。
在具有上述结构的本发明的透镜110中，在空气和构成透镜110的材料之间的边界面上，也就是，在上反射面132、内部反射面142、选择性透射面148以及下反射面146上，光经过全内反射(total internalreflection，TIR)被反射。
典型地，当光从一种介质经过到具有不同性质的另一种介质时，其被折射。根据两种介质的种类和光的入射角度，所有的光被反射而没有折射。这种反射被称作全内反射或者全反射。全内反射发生的条件如下。
第一，光从具有高折射率的介质经过到具有低折射率的另一介质。
第二，撞击两种介质之间边界面的光的入射角度大于临界角度。
临界角度(θC)由两种介质的折射率，也就是，根据斯涅耳定律来确定。
假定两种介质是玻璃和水，玻璃的折射率用因数n1表示，空气的折射率用因数n2表示，在玻璃上的入射角度是临界角度(θC)，而且在空气上的折射角度是90°，当上述参考变量根据斯涅耳定律被设置时，得到下列方程1。
【方程1】
n1sinθC＝n2sin90°
如果方程1关于临界角度(θC)被设置，那么得到下列方程2。
【方程2】
θ C = sin - 1 n 2 n 1
因为空气对玻璃的相对折射率大约为1.50，如果该值被用于上述方程，可以理解空气和玻璃之间边界面的临界角度为大约42°。
因此，考虑到两种介质的种类(折射率)和光的入射角，得到上反射面132，内部反射面142，选择性透射面148和下反射面146的每个的适当倾斜和曲率。因此，根据构成用于LED光源的透镜110(更具体地说，透镜体120)的材料性质以适当的形状形成所述反射面。
优选地，本发明的透镜110被分成上透镜单元130和下透镜单元140。例如，为形成本发明的透镜110，具有上反射面132的上透镜单元130被堆叠并耦合到具有底面150的下透镜单元140，LED光源160与该底面150耦合。图5示出用于耦合上和下透镜单元130和140的装置，如形成在上透镜单元130下端边缘上的阻挡装置156和形成在下透镜单元140上端边缘上的突起154。
图6a到图6c是说明耦合上和下透镜单元130和140的实例的视图。透镜110的耦合在此将关于图6a到6c被详细描述。
图6a示出耦合上和下透镜单元130和140的实例，其中提供在上透镜单元130上的阻挡装置156与提供在下透镜单元140上的突起154接合。
如图6a所示，下透镜单元140包括耦合凹陷152用以在其中接收LED光源160，以及底面150，其在耦合凹陷152的周围具有下反射面146。下透镜单元140进一步包括选择性透射面148，其与耦合凹陷152相对，以及内部反射面142，其基于选择性透射面148对称。下透镜单元140进一步包括下侧面144，其从内部反射面142的边缘延伸到下反射面146的边缘。
上透镜单元130被堆叠并耦合到下透镜单元140。在细节上，上透镜单元130包括下表面136，其面对选择性透射面148并以预定的距离与选择性透射面148隔开。上透镜单元130进一步包括上反射面132，其围绕透镜110的中心轴112对称并相对于中心轴112成角度，以及上侧面134，其从上反射面132的边缘延伸到下表面136的边缘。
上和下透镜单元130和140以及被耦合到下透镜单元140的底面150的LED光源160具有相同的中心轴112并被组装在一起。下透镜单元140的选择性透射面148和内部反射面142和上透镜单元130的下表面136限定了透镜体120的内部空间(s)(见图4)，同时上和下透镜单元130和140相互耦合。
阻挡装置156被提供在上透镜单元130的下端边缘。突起154被提供在下透镜单元140的上端边缘。突起154和阻挡装置156相互接合，从而使上透镜单元130被堆叠并耦合到下透镜单元140，这样形成单个的透镜体120(见图4)。
突起154和阻挡装置156相对并且相互接合。沿着下和上透镜单元140和130的结合的边缘可提供有一对或者多对突起154和阻挡装置156。优选地，如图5所示，突起154和阻挡装置156分别沿着下和上透镜单元140和130被配置为环形。
此外，可在突起154和阻挡装置156之间插入粘合材料以将上透镜单元130结合到下透镜单元140。在此情形中，粘合材料优选地具有与上和下透镜单元130和140的折射率相等的折射率。例如，如果每个上和下透镜单元130和140是由玻璃制成，粘合材料可由具有与玻璃折射率相同的折射率的环氧树脂制成。
耦合凹陷152形成在下透镜单元140的底面150的中心上。提供在基底162上的LED光源160被插入耦合凹陷152。图6的基底162被配置为适合与耦合凹陷152接合的形状。然而，可选择地，基底162可被配置为在其上支持整个下透镜单元140的形状。优选地，其上提供LED光源160的基底162和下透镜单元140的耦合凹陷152是通过另一种插入它们之间的粘合材料或填充材料以与所述的使用粘合材料来耦合突起154和阻挡装置156的相同方式被密封和结合在一起。该粘合材料或填充材料也具有与上和下透镜单元130和140的折射率相同的折射率。
图6b和6c说明了耦合图5的上和下透镜单元130和140的另一个实施例。图6b说明了在下透镜单元140的下测面144的上端提供的突起154，使得上透镜单元140的上侧面134的下端156’被插在下透镜单元140的突起154内侧以将上透镜单元130耦合到下透镜单元140。当然，可选择地，突起154可被提供在上透镜单元130上使得下透镜单元140的上端被插入到上透镜单元130的突起154中。
与图6a的透镜110不同，图6c说明了在上透镜单元130的上侧面134的下端之下提供的突起154和在下透镜单元140的下侧面144的上端提供的阻挡装置156。这样，通过突起154和阻挡装置156的接合上透镜单元130被耦合到下透镜单元140。
图7是截面图，其示出了使用本发明的透镜110的用于显示的光源。在图7所示的用于显示的光源中，使用了根据第一实施例的透镜110。如图7所示，与用于显示的常规光源10(见图1)相比，附着到基底170的本发明的透镜110可大大降低光发射距离。因此，使用本发明的透镜110的显示装置降低了从LED光源到屏幕180的用于显示的距离(D2)，从而显著降低显示的厚度。
此外，图7的用于显示的光源发射相对均匀的光到屏幕180。因此，即使当本发明的透镜110被用于大屏幕显示，光效率也不被恶化。
图8是根据图4的第一实施例的第一修正的用于LED光源的透镜110a的截面图。图9是根据图4的第一实施例的第二修正的用于LED光源的透镜110b的截面图。图8的透镜110a特征在于选择性透射面148a具有不同于图4的透镜110的预定形状。在细节上，图8的选择性透射面148a具有朝内部空间(S)弯曲的穹顶形状。因而，选择性透射面148a是凸起的，使得从LED光源160发射的光被反射的比例不同于具有平面形状的选择性透射面148(见图4)。此外，撞击上反射面132的光的入射角可根据选择性透射面148a的形状变化。例如，选择性透射面148a可被形成为锥体或者梯形形状以及图8所示的穹顶形状。
与图8的透镜110a不同，图9的透镜110b特征在于上透镜单元130的下表面136的中心部分朝内部空间(S)凸出，由于凸出表面136b，从下透镜单元140进入上透镜单元130的具有大入射角的一些光被内反射。就是说，凸出表面136b用来调节撞击上透镜单元130的上反射面132的光的角度。在细节上，从凸出表面136b延伸到下表面136的边界面包括内侧反射面126。这样，具有大入射角的光被内侧反射面126反射并且，此后，它入射到上反射面132以通过侧面124射出透镜110b。
在具有上述结构的透镜110b中，穿过内部空间(S)的LED光源160的一部分光被上反射面132反射并通过侧面124的上部分射出透镜110b(见图9的箭头L4)。LED光源160的另一部分光被内部表面142反射并通过侧面124的下部分射出透镜110b(见图9的箭头L5)。LED光源160的其它部分光，其在穿过选择性透射面148a之后以大的入射角进入上透镜单元130，被内侧反射面126反射并且，此后，被上反射面132反射，并通过侧面124射出透镜110b(见图9的箭头L6)。
因而，由于上透镜单元130的下表面136的中心部分朝选择性透射面148a凸出以形成凸出表面136b，图9的透镜110b降低了其中具有大入射角的光直接射出透镜单元110b而没有被上反射面132反射或者光通过以大角度被入射到上反射面132上而以未预期的方向射出透镜110b的问题。此外，由于通过凸出上透镜单元130的下表面136的中心部分而形成的内侧面126，即使当LED光源160具有相对宽的发射面，就是说，即使当光以大入射角入射到上透镜单元130上时，所述光也通过侧面124高效率地射出透镜110b(见图9的箭头L6)。
图10a到10c是相比较地示出当耦合到相同的特定LED光源时分别使用图4，8和9的透镜110，110a和110b的情形中亮度变化的曲线图。透镜110，110a和110b的每个的光亮度(发光强度)被测量作为从上面视图上的透镜110，110a，110b(基于X-平面)的距离的函数并且其结果用曲线图来表达。该曲线图相比较示出了在使用相同的测量设备在相同的条件下依据图4，8，和9的透镜110，110a和110b的形状的亮度的变化。最大亮度被设定为参考数字“1”，而其它测量值作为基于该最大亮度的近似值被示出。
参看图10a，接近透镜中心的区域(位置轴的0点)的亮度大约是1。在透镜圆周的周围区域(位置轴的±40点)的亮度大约是0.25。与此对照，在图10b中，接近透镜中心的区域(位置轴的0点)的亮度大约是0.6。在透镜圆周的周围区域(位置轴的±40点)的亮度大约是0.25。与图10a的情形相比较透镜的中心和圆周之间的亮度变化被降低。在图10c中，接近透镜中心的区域(位置轴的0点)的亮度大约是0.4。在透镜圆周的周围区域(位置轴的±40点)的亮度大约是0.27。在透镜的中心和圆周之间的亮度变化是最低的。
因而，对于相同的特定LED光源，亮度可依据透镜的形状，具体来说，依据在透镜中限定的内部空间的形状而变化。当然，本发明可被设置为从LED光源发射的光被均匀地从透镜漫射到邻近区域。
图11是根据本发明的第二实施例的用于LED光源的透镜210的截面图。根据第二实施例的透镜210包括透镜体220。透镜体220具有底面250，其与附着有LED光源260的基底262紧密接触。透镜体220还具有上反射面232，其围绕透镜210的中心轴212对称并相对于中心轴212成角度。透镜体220还具有侧面224，其从上反射面232的边缘延伸到底面250的边缘。透镜210还包括限定在透镜体220中的内部空间(S)。内部空间(S)的下边界面形成内部反射面242和选择性透射面248。内部空间(S)的下边界面反射或者透射从LED光源260发射的光。被上反射面232反射的光通过侧面224的上侧面234射出透镜210。被选择性透射面248或者内部反射面242反射的光通过侧面224的下侧面244射出透镜210。
除了下反射面146(见图4)以外，具有上述结构的透镜210类似于根据第一实施例的透镜110。根据第二实施例的透镜210中，下透镜单元的凸出表面具有特定形状以补偿下反射面的取消。通过被插入到形成在底面250的中心部分上的耦合凹陷(未示出)，LED光源260被耦合到底面250，而进一步的解释被认为是不必要的。
接下来，图12是根据本发明第三实施例的用于LED光源的透镜310的截面图。根据第三实施例的透镜310包括透镜320。透镜体320具有底面350，其与附着有LED光源360的基底362紧密接触。透镜体320还具有上反射面332，其围绕透镜310的中心轴312对称并相对于中心轴312成角度。透镜体320还具有侧面324，其从上反射面332的边缘延伸到底面350的边缘。透镜310还包括被限定在透镜体320中的内部空间(S)。
如图12所示，根据第三实施例的透镜310特征在于内部空间(S)被配置为环形状。具体来说，透镜310的中心轴312所穿过的透镜体320的部分被垂直地集成。内部空间(S)以环形状限定在透镜体320集成的中心部分周围。在第三实施例中，面对透镜310的中心轴312的内部空间(S)的内侧边界面用作内侧反射表面326。内部空间(S)的下边界面用作内部反射面342。
在具有上述结构的透镜310中，从LED光源360通过环形内部空间之内的集成中心部分撞击上反射面332的一部分光被上反射面332反射并通过侧面324的上侧面334射出透镜310(见图12的箭头L7)。从LED光源360发射的另一部分光顺序地被内侧反射面326和上反射面332反射并通过上侧面334射出透镜310(见图12的箭头L8)。从LED光源360发射的光的其它部分被内部反射面342反射并通过侧面324的下侧面344射出透镜310(见图12的箭头L9)。
在如上所述的本发明中，内部空间被限定在透镜体中，从而使内部空间的边界面用作反射面。因此，从LED光源发射的光通过侧面高效地射出透镜。
此外，尽管在优选实施例中没有描述，在上和下透镜单元的耦合中，额外的中间透镜单元可被插入在具有上反射面的上透镜单元和具有底面的下透镜单元之间。显而易见的是，额外的反射面由中间透镜单元形成。
然而，在此情形中，因为一些光穿过包括下、中间和上透镜单元的厚介质，用户必须考虑由于透镜光效率的降低而造成的光损失。
因而，根据本发明的用于LED光源的透镜能够在大屏幕上形成规则的照明场，因此被更有效地用在显示和照明光学系统中。
如上所述，本发明提供用于LED光源的透镜，其中内部空间被限定在具有底面和上反射面的透镜体中，使得穿过内部空间的光在内部空间和透镜体之间边界面的一部分上经过全内反射被反射，因此允许从LED光源发射的光通过侧面高效地射出透镜。因此，本发明的透镜被用在高效显示和照明光学系统中。
尽管本发明的优选实施例为了说明的目的被公布，本领域技术人员将理解各种修改、添加和替换是可能的，但不背离所附权利要求中所公布的本发明的范围和精神。

Claims (17)

1.一种用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：
透镜体，其包括：
底面；
上反射面，其围绕透镜的中心轴对称并相对于中心轴成角度；以及
侧面，其从上反射面的边缘延伸到底面的边缘；以及
内部空间，其被限定在透镜体中并围绕透镜的中心轴对称，在内部空间边界面的至少一部分上提供有内部反射面，其围绕透镜中心轴对称并以预定角度倾斜，使得从LED光源通过底面进入透镜的光被上反射面或者内部反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过侧面射出所述透镜。
2.如权利要求1所述的透镜，进一步包括：
下反射面，其具有预定曲率并被提供在不同于LED光源的光进入透镜所通过的底面部分的底面部分上，下反射面围绕透镜中心轴对称，使得被内部反射面反射的光的一部分被该下反射面反射并通过侧面射出所述透镜。
3.如权利要求1所述的透镜，其中所述内部空间在其中包括一区域，透镜中心轴穿过该区域，该透镜进一步包括：
选择性透射面，其被提供在内部空间的下边界面的中心部分上以反射通过底面进入透镜的光的一部分。
4.如权利要求3所述的透镜，其中所述选择性透射面包括垂直于透镜中心轴的平面。
5.如权利要求3所述的透镜，其中所述选择性透射面具有朝上反射面弯曲的穹顶形状。
6.如权利要求1所述的透镜，其中所述内部空间在透镜中心轴穿过的区域以外的部分中被配置为环形状，该透镜进一步包括：
内侧反射面，其被提供在所述内部空间的内侧边界面上同时围绕该透镜中心轴对称并以预定角度倾斜，使得通过底面进入透镜的光的一部分顺序地被该内侧反射面和上反射面反射并通过侧面射出透镜。
7.如权利要求6所述的透镜，进一步包括：
下反射面，其具有预定的曲率并被提供在LED光源的光进入透镜所通过的底面部分以外的底面部分上，该下反射面围绕透镜的中心轴对称，使得被内部反射面反射的光的一部分被该下反射面反射并通过所述侧面射出所述透镜。
8.一种用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：
下透镜单元，其包括耦合到LED光源的底面；以及
上透镜单元，其被堆叠并耦合到下透镜单元，并且包括围绕透镜中心轴对称并相对于该中心轴成角度的上反射面，
其中所述上透镜单元和下透镜单元被耦合以在它们之间限定围绕透镜中心轴对称的内部空间，并且与内部空间接触的下透镜单元的上表面的至少一部分，形成围绕该透镜中心轴对称并以预定角度倾斜的内部反射面，使得从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被该上反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过上透镜单元射出透镜，且从LED光源通过底面进入透镜的光的另一部分被内部反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上通过下透镜单元射出透镜。
9.如权利要求8所述的透镜，其中所述透镜中的光经过全内反射被反射。
10.如权利要求9所述的透镜，进一步包括：
至少一个突起和一个对应的阻挡装置，其被提供在上透镜单元的下表面和下透镜单元的上表面，使得通过该突起和阻挡装置的接合上透镜单元和下透镜单元被相互耦合。
11.如权利要求10所述的透镜，其中所述突起和阻挡装置通过插入它们之间的粘合材料被结合在一起，并且该粘合材料具有等于所述上和下透镜单元的折射率的折射率。
12.如权利要求8所述的透镜，进一步包括：
选择性透射面，其被提供在光所穿过的下透镜单元的上表面的中心部分，使得从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被该选择性透射面反射。
13.如权利要求12所述的透镜，进一步包括：
下反射面，其具有预定曲率并被提供在下透镜单元的底面，该下反射面围绕透镜中心轴对称，使得被选择性透射面反射的光的一部分被该下反射面反射。
14.如权利要求13所述的透镜，其中所述选择性透射面包括垂直于透镜中心轴的平面。
15.如权利要求3所述的透镜，其中所述选择性透射面具有朝上反射面弯曲的穹顶形状。
16.一种用于LED(光发射二极管)光源的透镜，包括：
下透镜单元，其包括耦合到LED光源的底面；以及
上透镜单元，其被堆叠并耦合到下透镜单元，并且包括围绕该透镜中心轴对称并相对于中心轴成角度的上反射面，
其中所述上透镜单元和下透镜单元被耦合以在它们之间限定具有环形状的内部空间，该透镜进一步包括：
内侧反射面，其被提供在内部空间的内侧边界面上，使得从LED光源通过底面进入透镜的光的一部分被该内侧反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上射出透镜。
17.如权利要求16所述的透镜，其中被所述内侧反射面反射的光被上透镜的上反射面反射并在基本垂直于透镜中心轴的方向上射出透镜。
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