專利名稱：面光源用透鏡及面光源發(fā)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以提高發(fā)光效率的面光源用透鏡以及由該面光源用透鏡構(gòu)成 的面光源發(fā)光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)?zhí)枮?00910147308. 8的發(fā)明專利公開(kāi)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(duì)稱曲面并由主曲面及兩端銜接的眩光消除曲面構(gòu)成；同時(shí)， 申請(qǐng)?zhí)枮?01020027110. 4的實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種LED 二次光學(xué)配光透鏡模組，包括一 透明的基板，基板的正面上陣列設(shè)置有與基板一體成型的多個(gè)透鏡本體，透鏡本體由兩個(gè) 左右對(duì)稱分布的非球面體以及介于兩個(gè)非球面體之間的內(nèi)凹形曲面組成，透鏡本體的出光 面與基板的正面平滑過(guò)渡，透鏡本體的入光面中央設(shè)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(xiàn)有技術(shù)中的LED透鏡，其以標(biāo)號(hào)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(gè)向外突出的光滑曲面，兩個(gè)光滑曲面的連接處通過(guò)弧形曲面過(guò)渡形。對(duì)于這 種形式的光學(xué)設(shè)計(jì)中，往往將光源(LED)看作是點(diǎn)光源，而目前無(wú)論是對(duì)于單體LED還是集 成封裝式的LED來(lái)說(shuō)，其功率都已經(jīng)變得非常大，發(fā)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(diǎn)光源的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不再合適，這造成了出 光效率的低下，因此這也是現(xiàn)有技術(shù)中需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出將光源看作是由很多個(gè)小的點(diǎn)光源組成的面光 源，針對(duì)每個(gè)點(diǎn)光源設(shè)計(jì)入光面，進(jìn)而，本發(fā)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(gòu)成的面光源發(fā)光系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種面光源用透鏡，包括在水平面內(nèi)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(gè)向外突出的光滑曲面，兩個(gè)光滑曲 面的連接處通過(guò)弧形曲面過(guò)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(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)入光單元具有向出光面方向凹陷的 呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，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(gè)入光單元間隔越小越好。例如面 光源為大功率LED的發(fā)光面為20mmX20mm的正方形時(shí)，每個(gè)LED小芯片大多是2mmX2mm 的正方形，所以入光單元陣列多個(gè)半球形入光面的直徑可以在0. 5mm 20mm之間。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，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(guī)則或不規(guī)則形狀。主要是根據(jù)LED發(fā)光面形狀來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如大功率LED發(fā)光面 為矩形時(shí)，大功率LED路燈透鏡產(chǎn)品入光面多個(gè)半球形孔的排列方式也優(yōu)選矩形。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，面光源用透鏡由玻璃、光學(xué)樹(shù)脂(又稱光學(xué)塑料，例如亞克 力或者PC樹(shù)脂等)材料制成，優(yōu)選采用玻璃材料。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)，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(duì)分別安裝于待固定面上的支腳。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(nèi)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(gè)面光源的 發(fā)光面，入光單元陣列包括多個(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)入光單元具有向出光面方向凹 陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面，面光源的發(fā)光面被定義為由多個(gè)更小的發(fā)光單元組成 的集合，面光源用透鏡的入光單元對(duì)應(yīng)于面光源其中至少一個(gè)發(fā)光單元。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，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(zhuǎn)對(duì)稱中心線和面光源對(duì)應(yīng)的發(fā)光單 元的光軸重合。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，面光源包括由大功率LED、0LED、有機(jī)EL構(gòu)成的面光源。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)，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(duì)分別安裝于待固定面上的支腳。由于采用了上述技術(shù)方案，使得采用本發(fā)明面光源用透鏡的面光源發(fā)光系統(tǒng)的出 光效率更高，照度更加均勻。


附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種LED透鏡立體圖。附圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種LED透鏡正視圖。附圖3為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例一的立體圖。附圖4為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例一的正視圖。附圖5為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例一的右視圖。附圖6為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例一的俯視圖。附圖7中的圖片示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例一的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況。附圖8中的圖表示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例一的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖9為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例二的立體圖。附圖10為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例二的俯視圖。附圖11中的圖片示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例二的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況。附圖12中的圖表示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例二的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖13為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例三的立體圖。附圖14為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例三的俯視圖。
附圖15中的圖片示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例三的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況。附圖16中的圖表示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例三的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖17為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例四的立體圖。附圖18為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)施例四的正視圖，入光面的側(cè)投影形 狀為橢圓形。附圖19為根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡的實(shí)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(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例四的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況。附圖21中的圖表示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例四的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性分布情況。附圖22示出了根據(jù)本發(fā)明的具有固定裝置的面光源用透鏡的實(shí)施例。附圖23示出了根據(jù)本發(fā)明的具有另一種固定裝置的面光源用透鏡的實(shí)施例。附圖M為根據(jù)本發(fā)明的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例的立體圖。附圖25為根據(jù)本發(fā)明的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例的正視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。實(shí)施例一參見(jiàn)附圖3至附圖6所示，本實(shí)施例中的面光源用透鏡100包括在水平面內(nèi)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(gè)向外突出的光滑 曲面，兩個(gè)光滑曲面的連接處通過(guò)弧形曲面過(guò)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(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)入光單元具有向出 光面方向凹陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面100a。面光源用透鏡由玻璃、光學(xué)樹(shù)脂(又 稱光學(xué)塑料，例如亞克力或者PC樹(shù)脂)材料制成，優(yōu)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(gè)入光單元間隔越小越好。從各附圖中可以看出，本實(shí)施例中入光單元的 入光面IOOa呈半球形，其直徑約5. 79mm, 16個(gè)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(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例一的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況；附圖8中的圖表示出了根據(jù)本發(fā)明 的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例一的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性分 布情況。實(shí)施例二參見(jiàn)附圖9至附圖12所示，本實(shí)施例中的面光源用透鏡200與實(shí)施例一中相似， 區(qū)別在于在本實(shí)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(gè)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(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例二的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況；附圖12中的圖表示出了根據(jù)本發(fā) 明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例二的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性 分布情況。實(shí)施例三參見(jiàn)附圖13至附圖16所示，本實(shí)施例中的面光源用透鏡300與以上實(shí)施例相似， 區(qū)別在于在本實(shí)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(gè)入 光面為半球形的入光單元共10行10列排列為矩形，其設(shè)計(jì)意圖為面光源用透鏡的一個(gè)半 球形孔的入光面對(duì)應(yīng)一個(gè)LED小芯片。附圖15中的圖片示出了根據(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例三的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況；附圖16中的圖表示出了根據(jù)本發(fā) 明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例三的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性 分布情況。實(shí)施例四參見(jiàn)附圖17至附圖21所示，本實(shí)施例中的面光源用透鏡400與以上實(shí)施例相似， 區(qū)別在于在本實(shí)施例中入光單元的入光面400a的形狀呈半橢球形，其長(zhǎng)軸9. 94mm,短軸 5mm，9個(gè)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(jù)本發(fā)明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí) 施例四的光學(xué)仿真所得到的10米遠(yuǎn)路面照度分布情況；附圖21中的圖表示出了根據(jù)本發(fā) 明的面光源用透鏡組成的面光源發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)施例四的光學(xué)仿真得到的出射光指向特性 分布情況。參見(jiàn)附圖M與附圖25，本實(shí)施例中給出了一種面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(jī)EL 構(gòu)成的面光源。面光源用透鏡10包括在水平面內(nèi)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(gè)面光源11的發(fā)光面，入光單元陣列103包括多個(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)入光單元具 有向出光面方向凹陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面，面光源11的發(fā)光面被看成是由多 個(gè)小發(fā)光單元組成的集合，面光源用透鏡10的入光單元對(duì)應(yīng)于面光源11其中至少一個(gè)發(fā) 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(zhuǎn)對(duì)稱中心線和面光源對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元的光軸重合。參見(jiàn)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(duì)分別向相反方向延伸的支腳，各個(gè)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(jiàn)附圖23，各個(gè)支腳上均開(kāi)設(shè)有供螺絲穿過(guò)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(shí)例僅為示意性而非限制性的。由于現(xiàn)有的大功率LED通常是由多個(gè)小芯片封裝在一起組成的(集成封裝式 LED)，因此可以把一個(gè)小芯片看作一個(gè)LED點(diǎn)光源，對(duì)應(yīng)一個(gè)入光面；也可以把多個(gè)小芯 片，如3個(gè)小芯片，看作一個(gè)LED點(diǎn)光源，對(duì)應(yīng)一個(gè)入光面，即不限制一個(gè)芯片對(duì)應(yīng)一個(gè)入光面，不限制每個(gè)小的點(diǎn)光源的位置和形狀。但優(yōu)選一個(gè)小芯片對(duì)應(yīng)一個(gè)入光面，由于采用了 以上技術(shù)方案，使得采用本發(fā)明面光源用透鏡的面光源發(fā)光系統(tǒng)與現(xiàn)有大功率LED路燈相 比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、出光效率更高由光學(xué)仿真結(jié)果可知，當(dāng)用作路燈照明裝置時(shí)，采用附圖1與附 圖2所示的出光透鏡組成的發(fā)光系統(tǒng)時(shí)，路面可接收到的光的效率為85. 92% ；而采用實(shí)施 例一的面光源用透鏡組成的發(fā)光系統(tǒng)，路面上可接收到的光的效率為89. 93%，采用實(shí)施例 二的面光源用透鏡組成的發(fā)光系統(tǒng)，路面上可接收到的光的效率為88. 56%，采用實(shí)施例三 的面光源用透鏡組成的發(fā)光系統(tǒng)，路面上可接收到的光的效率為90. 67%，采用實(shí)施例四的 面光源用透鏡組成的發(fā)光系統(tǒng)，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(gè)實(shí)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(fā)光單元構(gòu)成一一對(duì)應(yīng)的情況下，路面上可接收到的光的效率達(dá)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(guò)上述內(nèi)容，不難看出本發(fā)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(gòu)成的面光源發(fā)光系統(tǒng)。以上實(shí)施方式只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其 目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。本發(fā)明所指的光源，不僅僅指LED光源，只要發(fā)光面積比較大，可以被看作是面光 源，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種面光源用透鏡，包括在水平面內(nèi)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(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)所述的入光單元 具有向所述的出光面方向凹陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(xué)樹(shù)脂材料制成。
5.根據(jù)以上任一權(quán)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(duì)分別安裝于待固定面上的支腳。
6.一種面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(nèi)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(gè)面光源的發(fā)光面，所述的入光單元陣列包括多個(gè)依次排列的入光單元，每 個(gè)所述的入光單元具有向所述的出光面方向凹陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面，所述的 面光源的發(fā)光面被定義為由多個(gè)發(fā)光單元組成的集合，每個(gè)所述的入光單元對(duì)應(yīng)其中至少 一個(gè)發(fā)光單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(zhuǎn)對(duì)稱 中心線和對(duì)應(yīng)的發(fā)光單元的光軸重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面光源發(fā)光系統(tǒng)，其特征在于所述的面光源包括由大功率 LED、0LED、有機(jī)EL構(gòu)成的面光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一所述的面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(duì)分別安裝于待固定面上的支腳。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)應(yīng)面光源的透鏡(以下簡(jiǎn)稱面光源用透鏡)，包括在水平面內(nèi)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(gè)向外突出的光滑曲面，兩個(gè)光滑曲面的連接處通過(guò)弧形曲面過(guò)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(gè)依次排列的入光單元，每個(gè)入光單元具有向出光面方向凹陷的呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面形狀的入光面。另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種由該面光源用透鏡構(gòu)成的面光源發(fā)光系統(tǒng)，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(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，使得采用本發(fā)明面光源用透鏡的面光源發(fā)光系統(tǒng)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(hào)F21V5/04GK102095162SQ20111003454
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者劉龍輝, 楊靜 申請(qǐng)人:蘇州奧浦迪克光電技術(shù)有限公司