面光源用透鏡及面光源發光系統的制作方法

文檔序號：2980365閱讀：155來源：國知局

專利名稱：面光源用透鏡及面光源發光系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可以提高發光效率的面光源用透鏡以及由該面光源用透鏡構成的面光源發光系統。
背景技術：
申請號為200910147308. 8的發明專利公開了一種LED路燈大角度二次配光透鏡，該二次配光透鏡由第一、第二配光透鏡組成，其中第一配光透鏡成半球面或橢圓形非球面，第二配光透鏡成花生殼形非對稱曲面并由主曲面及兩端銜接的眩光消除曲面構成；同時，申請號為201020027110. 4的實用新型專利公開了一種LED 二次光學配光透鏡模組，包括一透明的基板，基板的正面上陣列設置有與基板一體成型的多個透鏡本體，透鏡本體由兩個左右對稱分布的非球面體以及介于兩個非球面體之間的內凹形曲面組成，透鏡本體的出光面與基板的正面平滑過渡，透鏡本體的入光面中央設置有一容置LED的腔體。附圖1與附圖2描述了一種如上述的現有技術中的LED透鏡，其以標號500表示，其具有基本呈球形的透鏡入光面500a，以及呈花生殼形狀的透鏡出光面500b，透鏡出光面 500b包括兩個向外突出的光滑曲面，兩個光滑曲面的連接處通過弧形曲面過渡形。對于這種形式的光學設計中，往往將光源(LED)看作是點光源，而目前無論是對于單體LED還是集成封裝式的LED來說，其功率都已經變得非常大，發光面積也比較大，為了增大耦合效率，一般情況下光源距離入光面都比較近，按照點光源的設計方法已經不再合適，這造成了出光效率的低下，因此這也是現有技術中需要解決的技術問題。

發明內容
為了克服上述缺點，本發明提出將光源看作是由很多個小的點光源組成的面光源，針對每個點光源設計入光面，進而，本發明的目的在于提供一種出光效率更高的面光源用透鏡及由其構成的面光源發光系統。根據本發明的一個方面，提供了一種面光源用透鏡，包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面，出光面包括兩個向外突出的光滑曲面，兩個光滑曲面的連接處通過弧形曲面過渡形成花生殼形狀，基面向出光面方向凹陷形成入光單元陣列，入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面。作為進一步的改進，入光單元的入光面的形狀是球面、非球面、橢球面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分，在滿足加工要求的前提下，各個入光單元間隔越小越好。例如面光源為大功率LED的發光面為20mmX20mm的正方形時，每個LED小芯片大多是2mmX2mm 的正方形，所以入光單元陣列多個半球形入光面的直徑可以在0. 5mm 20mm之間。作為進一步的改進，入光單元陣列的排列分布呈矩形、圓形、多邊形或者橢圓形等多種規則或不規則形狀。主要是根據LED發光面形狀來進行設計，例如大功率LED發光面為矩形時，大功率LED路燈透鏡產品入光面多個半球形孔的排列方式也優選矩形。
作為進一步的改進，面光源用透鏡由玻璃、光學樹脂(又稱光學塑料，例如亞克力或者PC樹脂等)材料制成，優選采用玻璃材料。作為更進一步的改進，面光源用透鏡的底部一體形成有固定裝置，固定裝置包括一對分別安裝于待固定面上的支腳。根據本發明的另一個方面，提供了一種面光源發光系統，包括面光源以及位于該面光源出光方向上的面光源用透鏡，面光源用透鏡包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面，出光面呈花生殼形狀，基面向出光面方向凹陷形成入光單元陣列，入光單元陣列的形狀與面光源的形狀相匹配，并且入光單元陣列覆蓋整個面光源的發光面，入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面，面光源的發光面被定義為由多個更小的發光單元組成的集合，面光源用透鏡的入光單元對應于面光源其中至少一個發光單元。作為進一步的改進，面光源用透鏡的入光單元的入光面的形狀是球面、非球面、橢球面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分，并且其旋轉對稱中心線和面光源對應的發光單元的光軸重合。作為進一步的改進，面光源包括由大功率LED、0LED、有機EL構成的面光源。作為更進一步的改進，面光源用透鏡的底部一體形成有固定裝置，固定裝置包括一對分別安裝于待固定面上的支腳。由于采用了上述技術方案，使得采用本發明面光源用透鏡的面光源發光系統的出光效率更高，照度更加均勻。

附圖1為現有技術中的一種LED透鏡立體圖。附圖2為現有技術中的一種LED透鏡正視圖。附圖3為根據本發明的面光源用透鏡的實施例一的立體圖。附圖4為根據本發明的面光源用透鏡的實施例一的正視圖。附圖5為根據本發明的面光源用透鏡的實施例一的右視圖。附圖6為根據本發明的面光源用透鏡的實施例一的俯視圖。附圖7中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例一的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況。附圖8中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例一的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖9為根據本發明的面光源用透鏡的實施例二的立體圖。附圖10為根據本發明的面光源用透鏡的實施例二的俯視圖。附圖11中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例二的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況。附圖12中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例二的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖13為根據本發明的面光源用透鏡的實施例三的立體圖。附圖14為根據本發明的面光源用透鏡的實施例三的俯視圖。
附圖15中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例三的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況。附圖16中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例三的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖17為根據本發明的面光源用透鏡的實施例四的立體圖。附圖18為根據本發明的面光源用透鏡的實施例四的正視圖，入光面的側投影形狀為橢圓形。附圖19為根據本發明的面光源用透鏡的實施例四的俯視圖，入光面的正投影形狀為圓形。附圖20中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例四的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況。附圖21中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例四的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖22示出了根據本發明的具有固定裝置的面光源用透鏡的實施例。附圖23示出了根據本發明的具有另一種固定裝置的面光源用透鏡的實施例。附圖M為根據本發明的面光源發光系統的實施例的立體圖。附圖25為根據本發明的面光源發光系統的實施例的正視圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。實施例一參見附圖3至附圖6所示，本實施例中的面光源用透鏡100包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面100b，出光面IOOb包括兩個向外突出的光滑曲面，兩個光滑曲面的連接處通過弧形曲面過渡形成花生殼形狀，基面向出光面方向凹陷形成入光單元陣列，入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面100a。面光源用透鏡由玻璃、光學樹脂(又稱光學塑料，例如亞克力或者PC樹脂)材料制成，優選采用玻璃材料。入光單元的入光面 IOOa的形狀可以是球面、非球面、橢球面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分，在滿足加工要求的前提下，各個入光單元間隔越小越好。從各附圖中可以看出，本實施例中入光單元的入光面IOOa呈半球形，其直徑約5. 79mm, 16個入光面為半球形的入光單元共4行4列排列為矩形。附圖7中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例一的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況；附圖8中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例一的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。實施例二參見附圖9至附圖12所示，本實施例中的面光源用透鏡200與實施例一中相似，區別在于在本實施例中入光單元的入光面200a的形狀呈半球形，其直徑約11. 88mm，7個入光面為半球形的入光單元排列為圓形。附圖11中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例二的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況；附圖12中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例二的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。實施例三參見附圖13至附圖16所示，本實施例中的面光源用透鏡300與以上實施例相似，區別在于在本實施例中入光單元的入光面300a的形狀呈半球形，其直徑約2mm。100個入光面為半球形的入光單元共10行10列排列為矩形，其設計意圖為面光源用透鏡的一個半球形孔的入光面對應一個LED小芯片。附圖15中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例三的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況；附圖16中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例三的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。實施例四參見附圖17至附圖21所示，本實施例中的面光源用透鏡400與以上實施例相似，區別在于在本實施例中入光單元的入光面400a的形狀呈半橢球形，其長軸9. 94mm,短軸 5mm，9個入光面為半橢球形的入光單元共3行3列排列為矩形。附圖20中的圖片示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例四的光學仿真所得到的10米遠路面照度分布情況；附圖21中的圖表示出了根據本發明的面光源用透鏡組成的面光源發光系統的實施例四的光學仿真得到的出射光指向特性分布情況。參見附圖M與附圖25，本實施例中給出了一種面光源發光系統，包括面光源11以及位于該面光源出光方向上的面光源用透鏡10，面光源11包括由大功率LED、0LED、有機EL 構成的面光源。面光源用透鏡10包括在水平面內延伸的基面101、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面102，出光面102呈花生殼形狀，基面101向出光面方向凹陷形成入光單元陣列103，入光單元陣列103的形狀與面光源11的形狀相匹配，并且入光單元陣列103覆蓋整個面光源11的發光面，入光單元陣列103包括多個依次排列的入光單元，每個入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面，面光源11的發光面被看成是由多個小發光單元組成的集合，面光源用透鏡10的入光單元對應于面光源11其中至少一個發光單元。面光源用透鏡入光單元的入光面形狀可以是球面、非球面、橢球面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分，并且其旋轉對稱中心線和面光源對應的發光單元的光軸重合。參見附圖22，面光源用透鏡10的底部還一體形成有固定裝置，該固定裝置包括一對分別向相反方向延伸的支腳，各個支腳具有平坦的下表面從而可以分別安裝于待固定面上；參見附圖23，各個支腳上均開設有供螺絲穿過的通孔，從而將面光源用透鏡10固定于待固定面(鋁基板)，需要注意的是，此處安裝方式的實例僅為示意性而非限制性的。由于現有的大功率LED通常是由多個小芯片封裝在一起組成的(集成封裝式 LED)，因此可以把一個小芯片看作一個LED點光源，對應一個入光面；也可以把多個小芯片，如3個小芯片，看作一個LED點光源，對應一個入光面，即不限制一個芯片對應一個入光面，不限制每個小的點光源的位置和形狀。但優選一個小芯片對應一個入光面，由于采用了以上技術方案，使得采用本發明面光源用透鏡的面光源發光系統與現有大功率LED路燈相比，具有以下優點1、出光效率更高由光學仿真結果可知，當用作路燈照明裝置時，采用附圖1與附圖2所示的出光透鏡組成的發光系統時，路面可接收到的光的效率為85. 92% ；而采用實施例一的面光源用透鏡組成的發光系統，路面上可接收到的光的效率為89. 93%，采用實施例二的面光源用透鏡組成的發光系統，路面上可接收到的光的效率為88. 56%，采用實施例三的面光源用透鏡組成的發光系統，路面上可接收到的光的效率為90. 67%，采用實施例四的面光源用透鏡組成的發光系統，路面上可接收到的光的效率為88. 67%。這里需要指出的是，以上各個實施例中的面光源，是由10*10的LED芯片封裝成的面光源，由此也可以看出，在與發光單元構成一一對應的情況下，路面上可接收到的光的效率達到最大值。2、路面照度均勻路面上光斑為矩形或橢圓形，出射光指向特性為蝙蝠翼形。通過上述內容，不難看出本發明是一種出光效率更高、照度更加均勻的面光源用透鏡及由其構成的面光源發光系統。以上實施方式只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人了解本發明的內容并加以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。本發明所指的光源，不僅僅指LED光源，只要發光面積比較大，可以被看作是面光源，凡根據本發明精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種面光源用透鏡，包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面，所述的出光面呈花生殼形狀，其特征在于所述的基面向所述的出光面方向凹陷形成入光單元陣列，所述的入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個所述的入光單元具有向所述的出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面。
2.根據權利要求1所述的面光源用透鏡，其特征在于所述的入光單元的入光面的形狀是球面、非球面、橢球面、雙曲面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分。
3.根據權利要求1所述的面光源用透鏡，其特征在于所述的入光單元陣列的排布呈矩形、圓形、多邊形或者橢圓形。
4.根據權利要求1所述的面光源用透鏡，其特征在于所述的面光源用透鏡由玻璃、光學樹脂材料制成。
5.根據以上任一權利要求所述的面光源用透鏡，其特征在于所述的面光源用透鏡的底部一體形成有固定裝置，所述的固定裝置包括一對分別安裝于待固定面上的支腳。
6.一種面光源發光系統，包括面光源以及位于該面光源出光方向上的面光源用透鏡，其特征在于所述的面光源用透鏡包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面，所述的出光面呈花生殼形狀，所述的基面向所述的出光面方向凹陷形成入光單元陣列，所述的入光單元陣列的形狀與所述的面光源的形狀相匹配，并且所述的入光單元陣列覆蓋整個面光源的發光面，所述的入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個所述的入光單元具有向所述的出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面，所述的面光源的發光面被定義為由多個發光單元組成的集合，每個所述的入光單元對應其中至少一個發光單元。
7.根據權利要求6所述的面光源發光系統，其特征在于所述的入光單元的入光面的形狀是球面、非球面、橢球面、雙曲面、橢圓拋物面或者橢圓錐面的一部分，并且其旋轉對稱中心線和對應的發光單元的光軸重合。
8.根據權利要求6所述的面光源發光系統，其特征在于所述的面光源包括由大功率 LED、0LED、有機EL構成的面光源。
9.根據權利要求6至8任一所述的面光源發光系統，其特征在于所述的面光源用透鏡的底部一體形成有固定裝置，所述的固定裝置包括一對分別安裝于待固定面上的支腳。
全文摘要
本發明公開了一種對應面光源的透鏡(以下簡稱面光源用透鏡)，包括在水平面內延伸的基面、圍繞該基面在豎直方向延伸的出光面，出光面包括兩個向外突出的光滑曲面，兩個光滑曲面的連接處通過弧形曲面過渡形成花生殼形狀，基面向出光面方向凹陷形成入光單元陣列，入光單元陣列包括多個依次排列的入光單元，每個入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉對稱曲面形狀的入光面。另一個方面，本發明還提供了一種由該面光源用透鏡構成的面光源發光系統，包括面光源以及位于該面光源出光方向上的面光源用透鏡。本發明解決了現有技術中的問題，使得采用本發明面光源用透鏡的面光源發光系統在成本不變的情況下，其出光效率更高，照度更加均勻。
文檔編號F21V5/04GK102095162SQ20111003454
公開日2011年6月15日申請日期2011年2月1日優先權日2011年2月1日
發明者劉龍輝, 楊靜申請人:蘇州奧浦迪克光電技術有限公司

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