[发明专利]一种用于LED照明的二次光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体的说是涉及一种用于LED照明的二次光学元件。

背景技术

目前，大部分路灯和台灯等光源都采用高压钠灯，金属卤化物灯，高压水银灯，低压钠灯，荧光灯，白炽灯等。这些灯大部分含有对环境有害的汞，还有功耗大，效率较低，寿命也较短等缺点。

和上述灯源相比，先进的发光二极管(LED)芯片光源有很多优点，如环境友好，效率和可靠性高，维护要求低，功耗低，寿命长等。但是，LED芯片的远场模式限制了它在各种照明中的应用，LED的发光强度分布的特点是随发光角度而迅速衰减。对于大多数的照明应用，一般采用二次光学元件(secondary optical element)来调节光强的分布。

在照明中使用二次光学元件上有两个重要目的，其一是在需照明表面产生足够而均匀的照明；第二是抑制某些角度的发光强度，从而消除眩光效果。常见的二次光学元件如非球面透镜，杨毅博提出的菲涅尔透镜等。非球面透镜有几个缺点：一是非球面透镜的制造成本较昂贵；二是对于焦数较小的透镜，非球面透镜体积大，制造容差很小。菲涅尔光学透镜设计自由度较少，照明的均匀度不好，防眩目能力较差。

发明内容

本发明针对上述技术存在的不足之处，提供了一种能够提高需照明表面的光强均匀性，提高照明的亮度，还可以抑制某些角度的发光强度，从而消除眩光效果，且体积小，容易制造，对加工误差的容忍度大的用于LED照明的二次光学元件。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于LED照明的二次光学元件。其包括LED和二次光学元件，该二次光学元件为微衍射光学元件。

在一些实施方式中，LED应用于台灯或者路灯或者光刻机。

在一些实施方式中，微衍射光学元件与LED之间的垂直距离z_in介于l毫米至60毫米之间，微衍射光学元件与被照明区域之间的距离z₂介于200毫米至600毫米之间。

在一些实施方式中，被照明区域的边长D设于30毫米至1000毫米之间。

在一些实施方式中，微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ介于40到90度之间。

本发明中用于LED照明的二次光学元件采用微衍射光学元件，该微衍射光学元件依靠光的衍射来控制光的方向，能够提高需照明表面的光强均匀性，提高照明的亮度，还可以抑制某些角度的发光强度，从而减小或消除眩光效果，且体积小，容易制造，对加工误差的容忍度大，适合作为台灯、路灯、光刻机和光伏太阳能电池等的照明光源。

附图说明

图1是本发明一实施方式微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ为90度时的结构示意图；

图2是微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ为任意角度时的结构示意图；

图3是微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ为40度时的实际照明区域示意图；

图4是微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ为40度时的以傅里叶变换算法得到的照明区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开了一种用于LED照明的二次光学元件，其包括LEDl和二次光学元件，该二次光学元件为微衍射光学元件2。微衍射光学元件2依靠光的衍射来控制光的方向，能够提高需照明表面的光强均匀性，提高照明的亮度，还可以抑制某些角度的发光强度，从而消除眩光效果，且体积小，容易制造，对加工误差的容忍度大。

在本发明的具体实施方式中，LEDl应用于台灯或者路灯或者光刻机。微衍射光学元件2与LEDl之间的垂直距离z_in介于1毫米至60毫米之间，微衍射光学元件与被照明区域之间的距离z₂介于200毫米至600毫米之间。被照明区域的边长D设于30毫米至1000毫米之间。微衍射光学元件的法线与被照明区域之间的夹角θ介于40到90度之间。

图1和图3是θ为90度，z_in为2毫米，z₂为400毫米时照明的模拟结果。

图2和图4是θ为40度，z_in为5毫米，z₂为500毫米时照明的模拟结果。