[发明专利]可用于多芯片半导体LED照明的二次配光透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学透镜，尤其是可用于多芯片半导体LED照明的二次配光透镜。

背景技术

现有的大部分LED二次光学透镜主要是光滑的全反射透镜，其基本结构为：中间内凹部分的顶部有一个用于聚光的光滑的非球面透镜，外侧一圈为光滑的全反射面。这种透镜主要适用于单芯片的LED的配光，其可以成圆形、效率较高的光斑分布。但对于多芯片的LED，这种透镜由于中间非球面对芯片的成像，投射出来的光斑往往会形成方形的或者花瓣状的芯片阴影。

发明内容

为了解决现有技术中的以上问题，本发明提供了一种透镜，其包括：(a)透镜本体；(b)设置在所述透镜本体的外侧上的全反射面，所述全反射面的形状为鳞片状多面体；(c)形成在所述透镜本体的下边中间位置的凹陷，其用于容纳LED，所述凹陷具有侧面和顶部；(d)形成在所述凹陷的所述顶部的微透镜阵列；以及(e)设置在所述透镜本体的顶部的出射面；其中，通过所述透镜形成一大致均匀的圆形光斑。

所述LED是单芯片或多芯片。

所述鳞片状多面体包括菱形、钻石形、四方形或螺旋形表面。

所述凹陷的侧面的形状为柱面、锥面或者回转曲面。

所述出射面包括一个或多个平面或曲面。

所述出射面包括凹的或凸的球面、非球面、菲涅尔面、枕形透镜阵列或波浪形条纹面。

所述反射面的所述鳞片状多面体的每个鳞片具有平面或弧形的曲面。

所述微透镜阵列的形状是圆形、六边形、四边形、波浪形或放射状。

优选地，从LED发出的射向所述凹陷的侧面的一部分光，经过所述侧面之后入射到所述反射面上，其反射光线经过所述出射面射出后形成±θ角的光分布，光束全角为2θ，θ在2°到45°之间，所述鳞片状的反射面用来打破光分布的边界，每个离散的鳞片都生成自己一个范围的光分布，藉此多个鳞片的光分布叠加后产生在一定角度内比较均匀的光斑分布。

优选地，从LED发出的射向所述凹陷顶部的一部分光，经过所述顶部之后入射到所述出射面并经所述出射面射出后形成±θ角的光分布，其中θ在2°到45°之间，所述微透镜阵列被设置用于混光。

优选地，入射到反射面最下边的那根光线，其反射光线经过出射面射出后平行于光轴，入射到反射面最上边的那根光线，其反射光线经过出射面射出后与光轴的夹角为θ；入射到反射面最上边与最下边之间的光线，其反射光线经过出射面射出后与光轴的夹角根据比率分布在0°～θ之间。

结合所述出射面，在所述凹陷的顶部的每个微透镜的数值孔径角都为±θ角，光束全角为2θ。

优选地，在所述透镜本体的顶部沿周围一圈设有法兰，形成在所述法兰上的卡脚用于固定透镜本体的位置。

优选地，所述透镜本体的底部设有平面，用来连接所述凹陷的侧面与所述反射面，以促进将所述透镜本体固定于所述LED的基座上。

根据本发明所提出的非成像光学的配光技术，将混光技术结合到二次光学透镜中，利用中间的微透镜阵列和侧面菱形、四方形或钻石形的鳞片状多面体反射面进行混光，同时配成所需要的光束角度。对任何形状的芯片排列都可以实现比较均匀的圆形光斑，看不到由于芯片形状所成像出来的阴影。其所使用的LED可以是单芯片及多芯片的，以及红绿蓝不同颜色的。

附图说明

参照以上和以下的描述并与附图结合起来考虑可以更好地理解本发明所呈现的特征，从而能更加快地明了这些特征，其中：

图1为根据本发明第一实施例的透镜的剖面图；

图2分别示出了图1所示透镜的正视图、等轴视图、俯视图、侧视图和底视图；

图3示出了根据本发明第一实施例的透镜的设计原理；

图4分别显示了图1所示透镜的配光角度θ分别为5°、18°、45°时的光强的远场角度分布；

图5(a)根据本发明第一实施例的透镜的计算机模拟；

和5(b)为图1所示透镜的光线追迹；

图6(a)示出了根据本发明第一实施例的透镜在1米远处的光斑形状及照度分布；

图6(b)示出了根据本发明第一实施例的透镜的轮廓照度图；

图7为根据本发明第一实施例的透镜的光强的远场角度分布(配光曲线)；

图8为根据本发明第二实施例的透镜的剖面图；

图9分别示出了图8中透镜的正视图、等轴视图、俯视图、侧视图和底视图；

图10为根据本发明第二实施例的透镜的设计原理；

图11(a)为根据本发明第二实施例的透镜的计算机模拟；