LED全反射透镜和LED线光源的利记博彩app

本实用新型涉及一种LED全反射透镜和LED线光源。

背景技术：

LED寿命长、能耗低以及生产技术工艺日渐成熟，能大规模生产供应。目前在汽车照明及装饰、公路照明、投影机以及室内外照明装饰中被广泛应用。由于大部分常规LED的发光特性为对称朗伯辐射，不能满足各种场合的光学要求。为了满足各种场合的光效和配光要求，提高系统的性能，需要对LED进行精确的控制光线分布的二次光学设计，合理的分配LED芯片所发出的光能。

对LED二次光学设计，一般采用镀铝反射面或者反射杯等反射器进行配光，然而通过反射器不能有效且均匀地分配光能，其效果是LED光轴方向的光强大，四周光强逐渐降低。

也有通过凸透镜等透射式折射体对LED进行光能分配，但是这种方式对LED的光能利用率较低，发光角度大的光线无法被利用，而且控制光线的能力有限。

也有通过全反射(TRI)聚光器对LED光线准直再配光，这种TRI透镜一般为绕LED光轴的圆形旋转体，对于一些发光面或者配光要求是方形的场合，则需要将旋转体进行切割，这样往往会导致能量利用率下降。

汽车尾灯、制动灯、日间行车灯、前位置灯和一些照明灯具及装饰灯，要求能够实现线性发光的光源，实现均匀发光的线性效果，同时要满足一定的配光要求。目前实现线性效果的方案有以下几种：

光导线性光源，如图1所示，LED光源1位于光导管2的一端，光线进入光导管后，在内部全反射传播直到光导的另一端，为了获得线性发光效果，在光导出光面的背面加光导齿3或者微结构等光学结构，通过全反射实现线性光源的效果。该光导方案的光能利用率低，一般只有25％左右，为了达到大的光强要求，要求单颗LED功率非常大，对整个光学系统的散热设计要求非常高，较长的光导，模具较大、费用较高，设计和加工难度非常大，且微结构和光导齿对配光的控制能力较差。

另外一种方案为多颗LED较密分布的灯带方案，如图2所示，多颗LED1直射透过配光镜4(可以为透明PC，透明PMMA，或者为散射材料)，通过相邻LED的光线交叉，实现连续均匀的发光效果。此种方案设计简单、安装方便、但是要获得较均匀的线性光源，较长的线性光源则需要的LED颗数非常多，由于LED颗数较多，会大幅度增加系统的成本。

另外一种方案是采用传统的TIR(全反射)透镜，如图3传统LED聚光器线性光源示意图所示，多颗LED1和多个TIR透镜5配合形成线性的发光效果，这种方案使用LED颗数也较多。

基于以上状况，目前已有的能实现均匀发光的线性目视效果的解决方案中，还没有光线易于控制，且使用LED颗数较少的情况下就能获得比光导条或LED灯条更长线性效果的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供了一种LED全反射透镜和LED线光源，所述LED全反射透镜能将朗伯发光形式的LED光线均匀分配实现均匀的线性视觉效果，而且光能利用率高于光导技术，由其参与组成的所述LED线光源能以更少颗数的LED实现更长长度且发光均匀的线性发光效果。

本实用新型的主要技术方案有：

一种LED全反射透镜，为一体式的多面体，其主体轮廓由一长方体和位于该长方体前面中部的大小相等、下底面完全贴合的上下两个180度半圆锥台结合构成，所述180度半圆锥台的纵向平面与所述长方体的前面贴合且左右均不超出所述长方体的前面，上下两个所述180度半圆锥台的上底面分别与所述长方体的顶面和底面平齐，并分别共同构成所述多面体的顶面和底面，所述180度半圆锥台的素线与下底面呈45度角，所述长方体的左前方和右前方两条原本的棱边处设置成倒角面，所述倒角面为垂直于顶面的曲面柱面，所述倒角面为全反射面，所述多面体的顶面上以相应的所述180度半圆锥台的上底面中心为圆心的一个圆形区域设置为光线入射面，该入射面为平面或旋转对称的外凸曲面，所述多面体的底面上以相应的所述180度半圆锥台的上底面中心为圆心、以上底面半径为半径的圆形区域设置成中心点凹陷的旋转对称内凹曲面，该内凹曲面为全反射面，所述长方体的后面为光线出射面，所述长方体上设有竖直贯通的折射孔，所述折射孔位于所述180度半圆锥台的后方，所述折射孔与左右两个所述倒角面之间各自设有一个或多个竖直贯通的全反射孔，所述全反射孔的孔壁由多个直柱面围成，其中一个直柱面为全反射面。

所述内凹曲面的面型优选为能够使经过所述外凸曲面进入所述多面体的光线在其上发生全反射且反射光线处于水平面的面型。

围成所述全反射孔的直柱面中全反射面以外其余柱面可以为单一曲面柱面或多个柱面依次连接而成的组合柱面，所述组合柱面由曲面柱面和/或平面柱面组成；所述折射孔可以是圆柱孔、椭圆柱孔或者是由多个直柱面围成的孔，当所述折射孔是由多个直柱面围成的孔时，围成所述折射孔的直柱面为曲面柱面和/或平面柱面。

所述折射孔的孔壁可以由前后左右四个直柱面围成，其中前柱面可以为中部向后凹的柱面，后柱面为左右延伸的平面或中部向前凸的柱面，左柱面和右柱面为前后延伸的平面。

所述曲面柱面的水平截面形状可以为圆弧或抛物线，根据设计需要也可以是其他各种自由曲线。

所述折射孔优选为左右对称结构，对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线。

全部的所述全反射孔优选呈左右对称分布，当然也可以呈不对称分布，当左右不对称分布时，左右两侧的所述全反射孔数量可以相对或不等，当数量不等时，数量多的一侧优选包含与数量少的一侧的所有全反射孔左右对称的全反射孔，所述左右对称的对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线，或者说，与所述折射孔的左右对称中心平面是同一个平面。

进一步地，所述多面体优选为左右对称结构，且对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线。

所述多面体的主体材料可以为玻璃、PC或PMMA。

所述光线出射面为平面或曲面，其上可以设有或不设有花纹或者微结构。

作为优选技术方案，以所述180度半圆锥台的轴线为公共轴线，所述折射孔的光入射面、所述全反射孔的全反射面和所述倒角面各自所对应的尖角区域依次连续且它们依次拼接后所组成的尖角区域的尖角角度为180度。

作为更进一步的优选技术方案，前后方向上，所述折射孔的光入射面、各个所述全反射孔的全反射面和各个所述倒角面中相邻的两方中靠后的一方刚好不遮挡靠前的一方。

一种LED线光源，包括一个或多个LED线光源单元，每个所述LED线光源单元包括一颗LED和一个如前所述的任意一种LED全反射透镜，所述LED设置在对应的所述LED全反射透镜的光线入射面的上方，所述LED的发光面朝向所述光线入射面，当所述LED线光源单元为多个时，所述LED全反射透镜左右依次排开。

本实用新型的有益效果是：

所述透镜有较多的光学折射和全反射结构，通过不同的结构对LED光线进行多次收集、准直或扩散、再分配，能够将朗伯发光形式的LED光线均匀分配实现均匀的线性视觉效果，而且光能利用率可达到85％以上，远高于光导技术的25％。

本实用新型的透镜主体结构合理，折射和全反射结构可以自由变化实现LED光线的自由分配，将朗伯发光的LED光线均匀分布实现较长的线性光源效果。

本实用新型的全反射透镜通过折射和全反射结构的变化配合，既能实现LED光线的准直出射，又能按需求扩散LED光线。既可以作为一种LED准直器件，又可以应用于汽车车灯等功能性的光强需要按需分配的场合。

与光导方案相比，降低了加工成本和装配难度，且能量利用率得到大幅提高。

本全反射透镜与多颗LED密集分布方案和传统TIR(全反射)透镜方案相比，使用更少的LED颗数实现了同等长度的线性光源效果，大幅降低了成本。

附图说明

图1为光导式线性光源的示意图；

图2为LED较密分布的灯带式线性光源的示意图；

图3为传统LED透镜式线性光源的示意图；

图4为本实用新型的一个LED线光源单元(对应于所述LED全反射透镜和一颗LED的组合)的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图5的A-A断面图；

图7为图5的A-A断面上光线传播示意图；

图8为图4的仰视图；

图9为图4的主视图；

图10为图9的B-B断面图；

图11为图9的B-B断面上光线传播示意图；

图12为本实用新型透镜的侧视图；

图13为本实用新型的LED全反射透镜的第二种实施例的结构示意图；

图14为本实用新型的LED全反射透镜的第三种实施例的结构示意图；

图15为本实用新型的LED线光源的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种LED全反射透镜(简称为透镜)，为一体式的多面体，如图4-14所示，其主体轮廓由一长方体Ⅰ和位于该长方体前面中部的大小相等、下底面完全贴合的上下两个180度半圆锥台Ⅱ、Ⅲ结合构成。两个所述180度半圆锥台所叠合成的体类似半个纺锤体。所谓180度半圆锥台是指以经过圆锥台轴线的任意平面剖切后得到的其中任一部分，该任意平面可称为纵向平面。所述180度半圆锥台的纵向平面与所述长方体的前面贴合且左右均不超出所述长方体的前面。上下两个所述180度半圆锥台的上底面分别与所述长方体的顶面和底面平齐，并分别共同构成所述多面体的顶面和底面。所述180度半圆锥台的素线与下底面呈45度角。所述长方体的左前方和右前方两条原本应该是棱边的位置设置成倒角面11，所述倒角面为垂直于顶面的曲面柱面，所述倒角面为全反射面，所述多面体的顶面上以相应的所述180度半圆锥台Ⅱ的上底面中心为圆心的一个圆形区域设置为光线入射面7，所述光线入射面为平面或旋转对称的外凸曲面，这里所谓的外凸是指凸出所述多面体顶面以上，该圆形区域的直径小于所述180度半圆锥台的上底面直径。所述多面体的底面上以相应的所述180度半圆锥台Ⅲ的上底面中心为圆心、以上底面半径为半径的圆形区域设置成中心点凹陷的旋转对称内凹曲面8，该内凹曲面为全反射面，用于接收经所述外凸曲面射入所述多面体的全部光线。所述长方体的后面为光线出射面13。所述长方体上设有竖直贯通的折射孔10，所述折射孔位于所述180度半圆锥台的后方，所述折射孔与左右两个所述倒角面之间各自设有一个或多个竖直贯通的全反射孔12，所述全反射孔的孔壁由多个直柱面围成，其中一个直柱面为全反射面，如12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6。这里所谓直柱面是指与所述多面体的顶面(或底面)垂直的柱面，按照柱面的定义，可以理解为是一条垂直于所述多面体的顶面(或底面)的动直线沿着顶面(或底面)上的定直线或定曲线平行移动所形成的面。当为定直线时，所形成的柱面是平面柱面，当为定曲线时，所形成的柱面是曲面柱面。直柱面的水平截面形状实际上就反映了定直线或定曲线的形状。

各个所述全反射孔上的全反射面的面型和布置方向是能够使与所述180度半圆锥台的轴线相交且水平入射的光线发生全反射且反射光线大体朝向后方的面型和布置方向。所谓大致朝向后方既包括向后方直射的方向也包括相对该方向向左或右呈一定角度范围内偏斜的方向，以满足多种不同的设计要求，当为向后直射的方向时，所述全反射孔主要起到准直的作用。

所述内凹曲面的面型是能够使经过所述外凸曲面进入所述多面体的光线全部投射到其上并发生全反射且反射光线处于水平面的面型。所谓“内凹”是相对于所述多面体的底面而言的，即凹向实体内部，并不限定该曲面面型的凹凸。如图6所示，该内凹曲面的面型本身如果以中心点到四周圆周边缘之间定义的圆锥面为参照是向实体外部微凸的。

使用时，将LED的出光面朝向所述光线入射面并与其保持一定距离，LED射出的大部分光线射向所述光线入射面，先后通过所述光线入射面和所述内凹曲面配合收集LED出射的光线，并使光线以一定角度在所述透镜内传播。理想情况下，通过所述光线入射面和内凹曲面的配合，全部的折射光线刚好均匀投射到所述内凹曲面的整个内表面，再经所述内凹曲面进行全反射形成沿水平面传播、以所述180度半圆锥台的轴线为中心向四周辐射的光线。一般情况通过匹配设计所述光线入射面和所述内凹曲面的面型，基本能实现上述理想情况。

该匹配设计中需要考虑的一些参数还包括所述光线入射面的面积大小、LED出光面大小以及LED与光线入射面的距离、所述多面体的高度等。

图7所示平面上，经所述内凹曲面全反射后的光线向前或向后准直传播。

整个空间中，所述内凹曲面收集经所述外凸曲面射进来的几乎全部光线并对这些光线进行全反射，全反射后的光线均沿水平面传播，传播方向与所述180度半圆锥台的轴线垂直相交，并以该轴线为中心向四周辐射状均匀分布，其中反射光线位于向后的180角范围内的一半光线直接在所述多面体中传播，反射光线位于向前的180角范围内的另一半光线先后经过所述180度半圆锥台Ⅱ、Ⅲ的锥面9(两锥面为全反射面，通过轴线的纵向截面上两锥面间夹角为90度)全反射后转而成为射向后方180角范围的反射光线。可见，经过两个所述锥面对其中一半光线的全反射后，全部光线都成为水平射向后方180角范围的光线，且在180度角范围内均匀分布。

如图11所示，水平射向后方180角范围的光线主要分为三部分分别被收集，一部分角度的光线经过所述折射孔收集，根据所述折射孔的面型不同，经过所述折射孔的光线准直或以一定角度在所述透镜内传播，主要取决于围成所述折射孔的直柱面的面型，面型不同，从折射孔射出的光线在透镜内传播的角度也不同；另一部分光线经过所述全反射孔的全反射面收集；其余部分光线经过所述倒角面收集，所述全反射孔的全反射面和所述倒角面的面型均为能够使所接收的光线发生全反射且反射光线向后直射的面型。所述倒角面是向实体外微凸的曲面柱面。同在左侧或右侧的所述全反射孔的全反射面与所述倒角面的弯曲方向相似，例如左侧的弯曲方向向左前方，后侧的弯曲方向向右前方。所述折射孔、所述全反射孔的全反射面和所述倒角面将经过所述光线入射面、内凹曲面以及两个锥面之后的LED光线重新收集再分配。

围成所述全反射孔的直柱面中除所述全反射面外，其余柱面主要以形成所述全反射孔为目的，可以为单一曲面柱面或多个柱面依次连接而成的组合柱面，所述组合柱面可以由曲面柱面和/或平面柱面组成。本实用新型的实施例中其余柱面是两个以一定角度相交的平面柱面，这样的孔结构最为简单。

所述折射孔可以是圆柱孔或椭圆柱孔，也可以是由多个直柱面围成的孔，相应地，围成所述折射孔的直柱面为曲面柱面和/或平面柱面。

附图所示，所述折射孔的孔壁可以由前后左右四个直柱面围成，其中前柱面为中部向后凹的柱面，后柱面为左右延伸的平面或中部向前凸的柱面，左柱面和右柱面为前后延伸的平面。

所述曲面柱面的水平截面形状可以为圆弧或抛物线，也可以是其他自由曲线。

图示的不同实施例中所述折射孔的左方或右方的所述全反射孔的数量不同，可以有1-3个。实际上，由于光学折射全反射结构可变，本实用新型的所述全反射孔可以根据单个透镜的大小(主要是左右宽度)设置合适的个数，可以设置更多。理论上本实用新型的单个透镜能够实现0mm至无限长度的均匀发光，即理论上所述透镜的左右宽度可以是无限宽，当然，宽度越宽，需要设置越多的所述全反射孔。并且，以经过所述180度半圆锥台的轴线的前后延伸的平面作为分界线，左右两边的宽度可以相等也可以不等，较宽的一侧通常需要设置较多的所述全反射孔。

图示实施例中所述透镜的左右宽度可达60mm，单颗LED配合所述透镜能够轻松实现60mm左右且亮度满足要求的均匀线性发光效果。

所述折射孔优选为左右对称结构，且对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线。此时，全部的所述全反射孔可以左右对称分布也可以不对称分布。

作为优选技术方案，全部的所述全反射孔左右对称分布，且对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线。当所述全反射孔左右不对称分布时，左右两侧的所述全反射孔数量可以相对或不等，当数量不等时，数量多的一侧优选包含与数量少的一侧的所有全反射孔左右对称的全反射孔，其余是没有与之有左右对称关系的其他全反射孔，这种情况下通常左右两个所述倒角面不对称，所述长方体左右面距离所述对称中心平面的距离也不等。

更进一步的情况是，所述多面体为左右对称结构，且对称中心平面经过所述180度半圆锥台的轴线。即不仅所述折射孔为左右对称结构，所述倒角面和全反射孔也左右对称布置。

本实用新型的透镜有较多的光学折射、全反射结构，通过不同的结构对LED光线进行多次收集、准直或扩散、再分配，能够将朗伯发光形式的LED光线均匀分配实现均匀的线性视觉效果，而且光能利用率可达85％以上，远高于光导技术的光能利用率。

所述多面体的主体材料可以为玻璃、PC或PMMA等透明材料，除光线入射面和光线出射面外，所述多面体的外表面设有涂层。

所述光线出射面为平面或任意曲面，其上可以设置不同的花纹或者微结构以达到控制出射光的配光分布的目的。

作为比较理想的情况，如图5所示，以所述180度半圆锥台的轴线为公共轴线，所述折射孔的光入射面(根据本申请的设计光路，以所述折射孔的最左边界点和最右边界点为界，将围成所述折射孔的直柱面分成前后两部分，通常位于前面的部分是接收光的面，可以称为光入射面)、所述全反射孔的全反射面和所述倒角面各自所对应的尖角区域(如图5中相邻两条虚线所夹区域)优选为依次连续(即它们在尖角处一个挨着一个，没有间隔)，且它们依次拼接后所组成的尖角区域的尖角角度刚好为180度。这样能够保证水平射向后方180角范围的光线无遗漏地被所述折射孔、全反射孔的全反射面和倒角面中之一收集。

当然，上述三种结构各自所对应的尖角区域之间也可以存在部分重叠或间隔。存在重叠时，重叠区域对应的光线仅能照射到上述三种结构中的某一种结构上，相当于使与之有重叠关系的另一种结构的相应部分被屏蔽，但只要重叠部分较小，就不会影响所述透镜的点灯效果。存在间隔时，会有部分光线没有被上述三种结构的任何一种有效地收集和控制，可以通过所述全反射孔的所述其余柱面扩散光线，达到点灯连续。

作为进一步的优选方案，前后方向上，所述折射孔的光入射面、各个所述全反射孔的全反射面和各个所述倒角面中，相邻的两方中靠后的一方刚好不遮挡靠前的一方。

事实上，刚好不遮挡是理想状态，有轻微的遮挡只是会一定程度上降低能量利用率，但不影响点灯效果，仍然符合本实用新型的构思。

本实用新型还公开了一种LED线光源，如图4-12以及15所示，包括一个或多个LED线光源单元，每个所述LED线光源单元包括一颗LED和一个如前所述的任意一种LED全反射透镜，所述LED设置在对应的所述LED全反射透镜的光线入射面的上方，所述LED的发光面朝向所述光线入射面，当所述LED线光源单元为多个时，所述LED全反射透镜左右依次排开，如图15所示。相邻两个所述透镜可以接触也可以不接触，具体可根据所要达到的线发光效果设置。

理论上，也可以通过多个所述透镜组合实现0mm至无限长度的均匀发光。图15是本实用新型组合的LED线光源的一个实施例。对于单颗LED配合所述透镜轻松实现60mm左右的均匀线性效果的情况，300mm长的线性光源一般只需5颗LED配合5个透镜。

本实用新型的所述LED线光源能以更少颗数的LED实现更长长度且发光均匀的线性发光效果。

本实用新型所称的上下、左右、前后、竖直、水平均是在一个空间维度下的定义，其目的是为了表达相应结构的相对位置关系，并非对绝对位置的限定。