本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于半導(dǎo)體固態(tài)照明(LED)的透鏡，其包括：透鏡本體；設(shè)置在所述透鏡本體的外側(cè)上的全反射面，所述全反射面的形狀為鱗片狀多面體；形成在所述透鏡本體的下邊中間位置的凹陷，其用于容納LED，所述凹陷具有側(cè)面和頂部；形成在所述凹陷的所述頂部的微透鏡陣列；以及設(shè)置在所述透鏡本體的頂部的出射面；其中，通過所述透鏡形成一大致均勻的圓形光斑。所述全反射面由菱形、鉆石形、四方形或螺旋形的鱗片狀多面體組成。所述凹陷的側(cè)面的形狀為柱面、錐面或者回轉(zhuǎn)曲面。所述出射面包括一個(gè)或多個(gè)平面或曲面。所述出射面包括凹的或凸的球面、非球面、菲涅爾面、枕形透鏡陣列或波浪形條紋面。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種光學(xué)透鏡，尤其是可用于多芯片半導(dǎo)體LED照明的二次配光透鏡。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有的大部分LED 二次光學(xué)透鏡主要是光滑的全反射透鏡，其基本結(jié)構(gòu)為中間內(nèi)凹部分的頂部有一個(gè)用于聚光的光滑的非球面透鏡，外側(cè)一圈為光滑的全反射面。這種透鏡主要適用于單芯片的LED的配光，其可以成圓形、效率較高的光斑分布。但對(duì)于多芯片的LED，這種透鏡由于中間非球面對(duì)芯片的成像，投射出來的光斑往往會(huì)形成方形的或者花瓣?duì)畹男酒幱啊?
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的以上問題，本專利技術(shù)提供了一種透鏡，其包括(a)透鏡本體；(b)設(shè)置在所述透鏡本體的外側(cè)上的全反射面，所述全反射面的形狀為鱗片狀多面體；(c)形成在所述透鏡本體的下邊中間位置的凹陷，其用于容納LED，所述凹陷具有側(cè)面和頂部；(d)形成在所述凹陷的所述頂部的微透鏡陣列；以及(e)設(shè)置在所述透鏡本體的頂部的出射面；其中，通過所述透鏡形成一大致均勻的圓形光斑。所述LED是單芯片或多芯片。所述鱗片狀多面體包括菱形、鉆石形、四方形或螺旋形表面。所述凹陷的側(cè)面的形狀為柱面、錐面或者回轉(zhuǎn)曲面。所述出射面包括一個(gè)或多個(gè)平面或曲面。所述出射面包括凹的或凸的球面、非球面、菲涅爾面、枕形透鏡陣列或波浪形條紋面。所述反射面的所述鱗片狀多面體的每個(gè)鱗片具有平面或弧形的曲面。所述微透鏡陣列的形狀是圓形、六邊形、四邊形、波浪形或放射狀。優(yōu)選地，從LED發(fā)出的射向所述凹陷的側(cè)面的一部分光，經(jīng)過所述側(cè)面之后入射到所述反射面上，其反射光線經(jīng)過所述出射面射出后形成土 Θ角的光分布，光束全角為2Θ，Θ在2°到45°之間，所述鱗片狀的反射面用來打破光分布的邊界，每個(gè)離散的鱗片都生成自己一個(gè)范圍的光分布，藉此多個(gè)鱗片的光分布疊加后產(chǎn)生在一定角度內(nèi)比較均勻的光斑分布。優(yōu)選地，從LED發(fā)出的射向所述凹陷頂部的一部分光，經(jīng)過所述頂部之后入射到所述出射面并經(jīng)所述出射面射出后形成土 Θ角的光分布，其中Θ在2°到45°之間，所述微透鏡陣列被設(shè)置用于混光。優(yōu)選地，入射到反射面最下邊的那根光線，其反射光線經(jīng)過出射面射出后平行于光軸，入射到反射面最上邊的那根光線，其反射光線經(jīng)過出射面射出后與光軸的夾角為Θ ；入射到反射面最上邊與最下邊之間的光線，其反射光線經(jīng)過出射面射出后與光軸的夾角根據(jù)比率分布在O° Θ之間。結(jié)合所述出射面，在所述凹陷的頂部的每個(gè)微透鏡的數(shù)值孔徑角都為土 Θ角，光束全角為2 Θ。優(yōu)選地，在所述透鏡本體的頂部沿周圍一圈設(shè)有法蘭，形成在所述法蘭上的卡腳用于固定透鏡本體的位置。優(yōu)選地，所述透鏡本體的底部設(shè)有平面，用來連接所述凹陷的側(cè)面與所述反射面，以促進(jìn)將所述透鏡本體固定于所述LED的基座上。根據(jù)本專利技術(shù)所提出的非成像光學(xué)的配光技術(shù)，將混光技術(shù)結(jié)合到二次光學(xué)透鏡中，利用中間的微透鏡陣列和側(cè)面菱形、四方形或鉆石形的鱗片狀多面體反射面進(jìn)行混光，同時(shí)配成所需要的光束角度。對(duì)任何形狀的芯片排列都可以實(shí)現(xiàn)比較均勻的圓形光斑，看不到由于芯片形狀所成像出來的陰影。其所使用的LED可以是單芯片及多芯片的，以及紅綠藍(lán)不同顏色的。 附圖說明參照以上和以下的描述并與附圖結(jié)合起來考慮可以更好地理解本專利技術(shù)所呈現(xiàn)的特征，從而能更加快地明了這些特征，其中圖I為根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡的剖面圖；圖2分別示出了圖I所示透鏡的正視圖、等軸視圖、俯視圖、側(cè)視圖和底視圖；圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡的設(shè)計(jì)原理；圖4分別顯示了圖I所示透鏡的配光角度Θ分別為5°、18°、45°時(shí)的光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布；圖5(a)根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡的計(jì)算機(jī)模擬；和5 (b)為圖I所示透鏡的光線追跡；圖6(a)示出了根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡在I米遠(yuǎn)處的光斑形狀及照度分布；圖6(b)示出了根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡的輪廓照度圖；圖7為根據(jù)本專利技術(shù)第一實(shí)施例的透鏡的光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布(配光曲線)；圖8為根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的剖面圖；圖9分別示出了圖8中透鏡的正視圖、等軸視圖、俯視圖、側(cè)視圖和底視圖；圖10為根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的設(shè)計(jì)原理；圖11(a)為根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的計(jì)算機(jī)模擬；圖11 (b)為根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的光線追跡；圖12(a)為根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例透鏡在I米遠(yuǎn)處的光斑形狀及照度分布；圖12(b)示出了根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的輪廓照度圖；圖13根據(jù)本專利技術(shù)第二實(shí)施例的透鏡的光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布(配光曲線)；圖14分別示出了根據(jù)本專利技術(shù)第三實(shí)施例的透鏡的正視圖、等軸視圖、俯視圖、側(cè)視圖和底視圖，其中外側(cè)反射面為四方形鱗片；圖15分別示出了根據(jù)本專利技術(shù)第四實(shí)施例的透鏡的正視圖、等軸視圖、俯視圖、側(cè)視圖和底視圖，其中外側(cè)反射面為螺旋形鱗片；圖16示出了根據(jù)本專利技術(shù)第五實(shí)施例的透鏡，其中透鏡頂部出射面為凸面；圖17示出了根據(jù)本專利技術(shù)第六實(shí)施例的透鏡，其中透鏡頂部出射面為凹面；圖18示出了根據(jù)本專利技術(shù)第七實(shí)施例的透鏡，其中透鏡頂部出射面為菲涅爾(Fresnel)面；圖19示出了根據(jù)本專利技術(shù)第八實(shí)施例的透鏡，其中透鏡頂部的輸出面為枕形透鏡陣列；圖20示出了根據(jù)本專利技術(shù)第九實(shí)施例的透鏡，其中透鏡的頂部為波浪形的條紋透鏡陣列。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)所涉及的二次光學(xué)透鏡的第一實(shí)施例的剖面圖如圖I所示。該透鏡下邊中間的位置有一個(gè)凹陷。該凹陷用來放置多芯片的LED光源，其頂部2由許多微透鏡(微透鏡陣列)組成。微透鏡陣列的排列形狀可以為圓形、六邊形、四邊形、波浪形、放射狀以及其他不規(guī)則排列。凹陷的側(cè)面I為一圓柱面、錐面或者弧形的回轉(zhuǎn)曲面。此二次配光透鏡的外側(cè)有一個(gè)全反射面3，該全反射面由菱形、鉆石形、四方形或螺旋形的鱗片狀多面體組成；透鏡頂部4為出射面，其為一個(gè)或一個(gè)以上的平面或者曲面，其可以是凹的或凸的球面、非球面、菲涅爾面、枕形透鏡陣列、波浪形條紋面或者是其他自由曲面；透鏡頂部的周圍一圈5為固定用的法蘭，其不起光學(xué)的作用，其可以是任何形狀，其上面可以有卡腳，用以固定透鏡的位置。透鏡底部6為平面，用來連接凹陷的側(cè)面I以及外側(cè)全反射面3，其不具有光學(xué)作用，其用于將透鏡定位于LED的基座上。圖2為本專利技術(shù)所涉及的第一實(shí)施例的透鏡3視圖。圖中可以看出透鏡的外側(cè)全反射面3由菱形、四方形或鉆石形的鱗片狀多面體組成，這里優(yōu)選為鉆石形多面體，多面體的每個(gè)小鱗片可以為平面或者是弧形的曲面。由于光滑反射面對(duì)入射光線的配光是連續(xù)的，當(dāng)LED光源為多芯片LED時(shí)，會(huì)比較容易產(chǎn)生亮斑或暗斑，導(dǎo)致光斑的分布不均勻。這里采用的鱗片狀的反射面，其用來打破光線分布的邊界，每個(gè)離散的鱗片都生成自己一個(gè)范圍的光分布，多個(gè)鱗片的光分布疊加后產(chǎn)生在一個(gè)角度內(nèi)比較均勻的光斑分布。另外該二次光學(xué)透鏡下邊中間的位置有一個(gè)凹陷，其用于放置LED，其頂部2由微透鏡陣列組成，該微透鏡陣列對(duì)從LED入射的光線也起到混光作用，形成一個(gè)角度范圍內(nèi)比較均勻的光分布。圖3為第一實(shí)施例所述的透鏡的設(shè)計(jì)原理。從LED發(fā)出的射向側(cè)面的一部分光，經(jīng)過凹陷側(cè)面I之后入射到透鏡外側(cè)的全反射面3上，其反射光線經(jīng)過透鏡頂部的出射面4射出后形成土 Θ角(光束全角為2 Θ )的光分布。從LED發(fā)出的射向中間的一部分光，透過凹陷頂部的微透鏡陣列之后，也從透鏡頂部的出射面4射出，其光束角也為土 Θ的分布。外側(cè)反射面3的配光特征為入射到本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種透鏡，其包括：(a)透鏡本體；(b)設(shè)置在所述透鏡本體的外側(cè)上的全反射面(3，23，33，43)，所述全反射面(3，23，33，43)的形狀為鱗片狀多面體；(c)形成在所述透鏡本體的下邊中間位置的凹陷，其用于容納LED，所述凹陷具有側(cè)面(1，21)和頂部(2，22)；(d)形成在所述凹陷的所述頂部(2，22)的微透鏡陣列；以及(e)設(shè)置在所述透鏡本體的頂部的出射面(4，24a，24b)；其特征在于，通過所述透鏡形成一大致均勻的圓形光斑。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣金波，江文達(dá)，
申請(專利權(quán))人：惠州元暉光電股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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