[发明专利]一种小型的用于单芯贴片式LED的准直系统

说明书

技术领域

本发明涉及非成像LED照明领域。 

背景技术

LED具有省电、使用寿命长、低电压驱动、体积小等优点，是一种节能、环保、低碳的新型光源，随着白光技术的不断发展，LED在各种照明领域，比如路灯、投影仪、车灯等方面的应用越来越广泛，LED将成为今后主流的照明光源。 

由于LED光源的发散角角度很大，一般为140°，在远距离照明时能量较为发散，使得照明面上的照度较低，因此在手电筒、码头、信号投射灯等对出射光准直性要求较高的领域则需对LED输出光进行准直。采用单个反光杯或自由曲面透镜都可以对LED进行准直。若采用反光杯，对于发散角较大的区域的光线可以较好的准直，但对于小角度的光线，反光杯的深度就要做的很深，最终导致体积很大，使用不方面。采用自由曲面透镜进行准直，小角度区域可以很好的准直，但是大角度区域就要求将透镜的口径做的很大。本设计则很好的解决了上诉问题，小角度区域的光线采用折射准直，大角度区域的光线采用发射准直，达到体积小、准直性好的优点。 

发明内容

本发明为解决单芯贴片式高功率LED发散角大，能量不够集中导致光能利用率低的问题，提供一种小型的用于单芯贴片式LED的准直系统。 

一种用于单芯贴片式LED的准直系统，系统包括LED准直透镜、单芯贴片式LED、LED与准直透镜连接装置，LED准直透镜由五个面组成，分两个部分：折射部分和内全反射部分。第一个面为离光轴角度大光线的折射面，第二个面为内部光线全反射面，第四个面为反射光线的出射面，第四个面为离光轴小角度光线的第一次折射面，第五个面为小角度光线的第二次折射面。LED芯片发出的大角度光线经过第一个面折射后再经第二个表面形成全反射，达到光线与光轴平行经第三个面出射；小角度光线经第四个面折射后角度减小经过第五个面再次折射后以近似平行光轴的方向出射。 

LED与准直透镜连接装置：采用LED尺寸结构设计卡槽，将LED牢固的固定在开槽内，连接准直透镜部分采用内凹槽形式，内凹槽宽度与准直透镜下端的外延圆柱壁厚相统一，固定装置高度4.2mm，底盘外直径15.4mm，内直径8mm；上端内槽内直径13.2mm，内槽外直径15.2mm，内槽深度2.2mm。 

本发明的准直透镜工作原理：本发明根据非成像光学理论中的折射定律和反射定律，在小角度范围内采用折射式的自由曲面进行准直，在大角度范围内采用全反射式自由曲面反光杯进行准直。在折射准直部分，光线经第四个面折射后，光线与光轴之间的夹角减小到初始LED出射光线与光轴夹角的一半，再由第五个面折射后，出射光线与光轴近似平行。第四个面与第五个面均采用自由曲面实现对光线的最终准直。在全反射部分，光线经第一面折射后进入透镜并在透镜与空气的接触面处形成全反射，光线再以垂直第三个面射出LED准直透镜（1）。本发明的LED准直系统具有体积小、准直性能好，应用方便等特点，能够和市场上现有LED透镜支架完美组合。本发明关键技术在于LED二次配光准直透镜的设计，以二维结构进行设计，再将曲线绕其中心轴旋转得到透镜的三维模型，即得到最终的LED准直透镜。设计得到的LED（1）准直透镜中心厚度为7.57mm，口径为20mm，准直角达到（全角）4.8°。