TWI599742B - Led光源模組及其透鏡 - Google Patents

Description

LED光源模組及其透鏡

本發明涉及一種光源模組及其擴光元件，特別涉及一種LED光源模組及其透鏡。

LED為高度指向性光源，因此由LED及封裝膠製成之LED封裝體出光角度小、光線集中分佈在LED封裝體中部，而LED封裝體周緣之光線強度較弱。

目前主要在LED封裝體外部增設二次擴光元件將其出光角度擴大，但係常見之二次擴光元件使LED封裝體出光角度擴大之範圍有限，仍然滿足不了大角度出光之要求。

有鑑於此，有必要提供一種能較大範圍擴大出光角度之透鏡及使用該透鏡之LED光源模組。

一種透鏡，具有位於徑向中央之軸線，所述透鏡底部位於軸線上具有一用於放置光源之光源放置點，所述透鏡具有多個依次順序排布之光學區域A、B及C，所述光源放置點與所述光學區域B內任意一點之連線與透鏡之軸線之間之夾角大於所述光源放置點與所述光學區域A內任意一點之連線與透鏡之軸線之間之夾角，所述光源放置點與所述光學區域C內任意一點之連線與透鏡軸線之間之夾角大於所述光源放置點與所述光學區域B內任意一點之連線與 所述光軸之間之夾角，並且，每個光學區域均有相互配合之折射面及反射面，所述光學區域A、B及C之折射面及反射面不在同一平面。

一種LED光源模組，包括透鏡及與透鏡配合之LED光源，所述透鏡具有多個光學區域A、B及C，所述光學區域A、B及C依次順序排布，所述光學區域A、B及C與光軸之空間角不同，並且，每個光學區域均有相互配合之折射面及反射面，所述光學區域A、B及C之折射面及反射面不在同一平面，所述LED光源發出之光線經光學區域A、B及C之折射面折射後經反射面然後自透鏡之側向周緣出射。

與習知技術相比，本發明提供之LED光源模組發出之光線經從透鏡之光學區域A、B、C不在同一平面之反射面反射並經折射面折射後自透鏡側向周緣出射，如此，原本集中在透鏡中部之光線，擴散至透鏡之周緣，從而減弱了透鏡中間之光強，增強了透鏡周緣之光強，從而使得LED光源模組具有較大角度且光場內光線均勻分佈。

100‧‧‧透鏡

110、110a‧‧‧主體部

120、120a、120b‧‧‧延伸部

130‧‧‧軸線

200‧‧‧LED光源

201、202、203‧‧‧直線

11‧‧‧環形側面

10‧‧‧第一腔體

20‧‧‧第二腔體

30‧‧‧第三腔體

40‧‧‧第四腔體

50‧‧‧第五腔體

60‧‧‧第六腔體

70‧‧‧第七腔體

21‧‧‧第一折射面

31‧‧‧第一反射面

311‧‧‧第一連接面

41‧‧‧第二折射面

51‧‧‧第二反射面

511‧‧‧第二連接面

61‧‧‧第三折射面

33‧‧‧第一反射面之外側點

23‧‧‧第一反射面和第一折射面之內側點

22‧‧‧第一折射面外側點

42‧‧‧第二折射面外側點

53‧‧‧第二反射面外側點

45‧‧‧第二反射面和第二折射面之內側點

62‧‧‧第三折射面之外側點

72‧‧‧第三反射面之外側點

圖1係本發明第一實施例之LED光源模組之剖視圖。

圖2係本發明第一實施例之LED光源模組之光路圖。

圖3係圖1所示透鏡之立體圖。

圖4係本發明第二實施例之LED光源模組之剖視圖。

圖5係圖4所示透鏡之立體圖。

圖6係本發明第三實施例之LED光源模組之剖視圖。

圖7係圖6所示透鏡之立體圖。

請參考圖1和圖2，本實施例所述LED光源模組包括LED光源200及與之配合之透鏡100。

請同時參考圖3，所述透鏡100包括一主體部110及自主體部110一端凸伸之延伸部120。所述之主體部110和延伸部120為共軸之圓柱體且延伸部120之直徑小於主體部110之直徑。延伸部120在主體部110上端中部與主體部110相連，所述之主體部110和延伸部120一體成形。

所述透鏡100具有位於徑向中央軸線130。所述主體部110內具有沿透鏡100之軸線130自下向上依次排列且連通設置之一第一腔體10、一第二腔體20、一第三腔體30、一第四腔體40、一第五腔體50。所述之延伸部120內設置有一第七腔體70。一第六腔體60自主體部110朝向延伸部120設置。所述之第一腔體10、第二腔體20、第三腔體30、第四腔體40、第五腔體50、第六腔體60和第七腔體70都關於透鏡100之軸線130呈旋轉對稱設置。

第一腔體10為圓柱形，由一豎直之環形側面11圍設形成，第一腔體10之縱截面為矩形。LED光源200收容於第一腔體10之底部。LED光源200位於軸線130上。本實施例中，透鏡100軸線130與透鏡100底部所在平面相交之點為LED光源200之光源放置點。

所述第二腔體20呈圓臺形，其縱截面為梯形，所述之第二腔體20自第一腔體10之環形側面11頂端朝向第七腔體70延伸形成，其孔徑自與第一腔體10相連之底端朝向遠離第一腔體10之頂端逐漸減小。所述之第二腔體20底端之孔徑等於第一腔體10之孔徑。所述之第二腔體20由一第一折射面21圍設形成。第一折射面21同第一腔體10之環形側面11在縱截面上之相交處為沿軸線130呈對稱設置之二外側點22。

所述之第三腔體30呈圓臺形，其縱截面為梯形。所述之第三腔體30自第二腔體20之第一折射面21頂端朝向第七腔體70延伸形成，其孔徑自與第二腔體20相連之底端朝向遠離第二腔體20之頂端逐漸增大。所述第三腔體30底端之孔徑等於第二腔體20之頂端孔徑。所述第三腔體30由一第一反射面 31及第一連接面311圍設形成。第一反射面31自第一折射面21之頂端向外、向上延伸，第一連接面311自第一反射面31之頂端沿水準方向朝向軸線130延伸。所述第一連接面311呈環形，其中部設有貫穿之開口。第一反射面31同第二腔體20之第一折射面21在縱截面上之相交處為沿軸線130呈對稱設置之二內側點23。所述第一反射面31在縱截面上與第一連接面311之相交處為沿軸線130呈對稱設置之二外側點33。

所述之第四腔體40呈圓臺形，其縱截面為梯形，所述之第四腔體40自第三腔體30之第一連接面311之開口邊緣朝向第七腔體70延伸形成，其孔徑自與第三腔體30相連之底端朝向遠離第三腔體30之頂端逐漸減小。所述第四腔體40底端孔徑等於第三腔體30之第一連接面311之開口孔徑，所述第四腔體40由一第二折射面41圍設形成。所述第二折射面41同第三腔體30之第一連接面311在縱截面上之相交處為沿軸線130對稱設置之二外側點42。所述第二折射面41位於第一反射面31之上。

所述第五腔體50呈圓臺形，其縱截面為梯形，所述第五腔體50自第四腔體40之第二折射面41頂端朝向第七腔體70延伸形成，其孔徑自與第四腔體40相連之底端朝向遠離第四腔體40之頂端逐漸增大。所述第五腔體50底端孔徑等於第四腔體40之頂端孔徑。所述第五腔體50由一第二反射面51及一第二連接面511圍設形成。所述第二反射面51自第二折射面41之頂端向外、向上延伸，第二連接面511自第二反射面51之頂端沿水準方向朝向軸線130延伸。所述第二連接面511呈環形，其中部設有貫穿之開口。所述第二反射面51同第四腔體40之第二折射面41在縱截面上之相交處為沿軸線130呈對稱設置之二內側點45，所述之第二反射面51在縱截面上與第二連接面511之相交處為沿軸線130呈對稱設置之二外側點53。

所述第六腔體60呈圓錐形，其縱截面為三角形。所述第六腔體60自第五腔體50之第二連接面511之開口邊緣朝向第七腔體70延伸至軸線130形成，其孔徑自與第五腔體50相連之底端朝向遠離第五腔體50之頂端逐漸減小。 所述第六腔體60之底端孔徑等於第五腔體50之第二連接面511開口之孔徑，所述第六腔體60由一第三折射面61圍設形成。所述第三折射面61同第五腔體50之第二連接面511在縱截面上之相交處為沿軸線130呈二對稱設置之外側點62。所述第三折射面61位於第二反射面51之上。

所述第七腔體70呈圓錐形，其縱截面為倒三角形。所述第七腔體70自透鏡100延伸部120之頂端朝向透鏡100底部第一腔體10延伸。所述第七腔體70和第六腔體60不連通。第七腔體70之孔徑自與延伸部120之相連之頂端朝向遠離延伸部120之底端逐漸減小。第七腔體70頂端之孔徑等於延伸部120之直徑。所述第七腔體70由一第三反射面71圍設形成，所述第三反射面71之頂端與透鏡100延伸部120外周緣在縱截面上之相交處為沿軸線130呈對稱設置之外側點72。

如圖1所示，在透鏡縱截面位於軸線130之一側，所述透鏡100外側點72、外側點62、內側點45處在同一假想直線201；所述外側點53、外側點42、內側點23處在同一假想直線202；外側點33、外側點22和LED光源200之連線在同一假想直線203，所述假想直線203和透鏡100之軸線130之夾角為60度。

所述透鏡100具有多個光學區域A、B及C，所述光學區域A、B及C依次順序排布。其中，所述之直線201繞透鏡100之軸線130旋轉所形成之錐面內所夾之透鏡100之部分區域為光學區域A；所述之直線202繞透鏡100之軸線130旋轉所形成之錐面和直線201繞透鏡100之軸線130旋轉所形成之錐心面之間所夾之透鏡100之部分為光學區域B；所述直線203繞透鏡100之軸線130旋轉形成之錐形面和所述直線202繞透鏡100之軸線130旋轉所形成之錐面之間所夾之透鏡100部分為光學區域C。

進一步地，該透鏡100還包括與光學區域C鄰接之光學區域D。直線203繞透鏡100之軸線130旋轉所形成之錐面與透鏡100之底部所在平面所夾之透鏡100之部分區域為光學區域D。透鏡100底部所在平面與水準面平行。 所述光學區域A、B及C之第三折射面61、第二折射面41、第一折射面21與軸線130之間之夾角不同，第一折射面21與軸線130之間之夾角最小，第二折射面41與軸線130之間之夾角次之，第三折射面61與軸線130之間之夾角最大。所述光學區域A、B及C之第三反射面71、第二反射面51、第一反射面31與軸線130之間之夾角不同，第一反射面31與軸線130之間之夾角最大，第二反射面51與軸線130之間之夾角次之，第三反射面71與軸線130之間之夾角最小。

LED光源200發出之光線經從透鏡100之主體部110及延伸部120之內表面反射及折射後出射，其中，出光角度大於60度之光線將進入光學區域D通過主體部110內部之第一腔體10之環形豎直側面11折射後經由透鏡100之周緣出射；出光角度小於60度之光線將進入所述之光學區域A、B及C進行折射、反射，其中進入光學區域A之光線將通過第三折射面61折射到第三反射面71上，最後通過第三反射面71反射後經透鏡100之周緣出射；進入光學區域B之光線將經過第二折射面41折射到第二反射面51，最終經過第二反射面51反射後經由透鏡100之周緣出射；進入光學區域C之光線將經過第一折射面21折射到第一反射面31，最後經由第一反射面31反射後由透鏡100之周緣出射。如此，光線在透鏡100內之各個光學區域折射、反射，光線出光路徑發生之明顯之改變，使得大部分光線從透鏡100之周緣出射，少量沿著透鏡軸線130方向之光線、沿著直線201、直線202、直線203方向之光線路徑沒有發生改變沿原路徑出射。這樣LED光源200出射之光線經過透鏡100擴散後，原本集中在中部之光線，擴散至透鏡100之周緣，從而減弱了透鏡100中間之光強，增強了透鏡100周緣之光強，從而使得LED光源模組大角度出光並均勻光場之作用。

圖4和圖5所示為本發明第二實施例中所述之LED光源模組，其透鏡100a內部腔體結構與第一實施例相同，包括：自下向上依次設置之一第一腔體10、一第二腔體20、一第三腔體30、一第四腔體40、一第五腔體50、一第六腔體60、一第七腔體70，其區別在於：所述透鏡100a之延伸部之直徑與主體部110a直徑相同，如此，使本實施例之LED光源模組形成一單一之圓柱體。

圖6和圖7所示為本發明之第二實施例中所述之LED光源模組，其透鏡100b之內部腔體結構與第一實施例相同，包括：自下向上依次設置之一第一腔體10、一第二腔體20、一第三腔體30、一第四腔體40、一第五腔體50、一第六腔體60、一第七腔體70，其區別在於：所述之透鏡100b包括主體部110b、自主體部100b朝上延伸之第一延伸部120a、第二延伸部120b。所述主體部110b、第一延伸部120a和第二延伸部120b直徑不同，如此，使本實施例之LED光源模組形成三層圓柱體。

100‧‧‧透鏡

130‧‧‧軸線

200‧‧‧LED光源

201、202、203‧‧‧直線

110‧‧‧主体部

120‧‧‧延伸部

21‧‧‧第一折射面

31‧‧‧第一反射面

41‧‧‧第二折射面

51‧‧‧第二反射面

61‧‧‧第三折射面

33‧‧‧第一反射面之外側點

23‧‧‧第一反射面和第一折射面之內側點

22‧‧‧第一折射面外側點

42‧‧‧第二折射面外側點

53‧‧‧第二反射面外側點

45‧‧‧第二反射面和第二折射面之內側點

62‧‧‧第三折射面之外側點

72‧‧‧第三反射面之外側點

Claims (9)

1. 一種透鏡，所述透鏡沿其軸線方向自下向上依次開設含有豎直側面之第一腔體、含有第一折射面之第二腔體、含有第一反射面之第三腔體、含有第二折射面之第四腔體、含有第二反射面之第五腔體、含有第三折射面之第六腔體、含有第三反射面之第七腔體，所述透鏡還具有位於徑向中央之軸線，所述透鏡底部位於軸線上具有一用於放置光源之光源放置點，所述透鏡具有多個依次順序排布之光學區域A、B及C，其改良在於：所述光源放置點與所述光學區域B內任意一點之連線與透鏡之軸線之間之夾角大於所述光源放置點與所述光學區域A內任意一點之連線與透鏡之軸線之間之夾角，所述光源放置點與所述光學區域C內任意一點之連線與透鏡軸線之間之夾角大於所述光源放置點與所述光學區域B內任意一點之連線與所述光軸之間之夾角，並且，每個光學區域均有相互配合之折射面及反射面，所述光學區域A、B及C之折射面及反射面不在同一平面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述光學區域A、B及C之折射面與軸線之間之夾角不同，光學區域A之折射面與軸線之間之夾角最大，光學區域B之折射面與軸線之間之夾角次之，光學區域C之折射面與軸線之間之夾角最小。
3. 如申請專利範圍第2項所述之透鏡，其中：所述光學區域A、B及C之反射面與軸線之間之夾角不同，光學區域C之反射面與軸線之間之夾角最大，光學區域B之反射面與軸線之間之夾角次之，光學區域A之反射面與軸線之間之夾角最小。
4. 如申請專利範圍第2項所述之透鏡，其中：進一步包括與光學區域C鄰接之一光學區域D，所述光學區域D為透鏡底部所在平面和所述光學區域C外側所夾區域。
5. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述第一腔體、第二腔體、第三腔體、第四腔體、第五腔體、第六腔體沿透鏡軸向自下向上連通，所述第七腔體和第六腔體不連通。
6. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所述第一折射面和第一反射面位於所述光學區域C內，所述第二折射面和第二反射面位於所述光學區域B，所述第三折射面和第三反射面位於所述光學區域A。
7. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：還包括連接第一反射面和第二折射面之第一連接面，以及連接第二反射面和第三折射面之第二連接面；以光源放置點為頂點，以第二連接面、第三折射面之交線上之任意一點與光源放置點之連線作為母線形成之錐面所夾透鏡之部分區域為所述光學區域A；以光源放置點為頂點，以第二連接面、第三折射面之交線上之任意一點與光源放置點之連線作為母線、以及以第二連接面、第二反射面之交線上之任意一點與光源放置點之連線作為母線所形成之兩個錐面之間所夾透鏡之部分區域為所述光學區域B；以光源放置點為頂點，以第一連接面、第一反射面之交線上任意一點與光源放置點之連線作為母線、以及以第一連接面、第二折射面之交線上任意一點與光源放置點之連線作為母線所形成之兩個錐面之間所夾透鏡之部分區域為所述光學區域C。
8. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中：所透鏡之第七腔體之孔徑和透鏡頂端直徑一致，所述透鏡之第七腔體自透鏡頂部沿徑向方向向下延伸而成一圓錐狀空腔。
9. 一種具有申請專利範圍第1-8項任意一項所述透鏡之LED光源模組，其包括一與透鏡配合之LED光源，所述LED光源發出之光線經光學區域A、B及C之折射面折射後經反射面反射後自透鏡之側向周緣出射。