一種小型的用于單芯貼片式LED的準直系統。一種小體積的LED準直透鏡，涉及非成像光學領域，解決現有LED照明系統發散角大，遠距離照射照度低等問題，該系統包括LED準直透鏡、單芯貼片式LED、LED與準直透鏡連接裝置。LED準直透鏡分兩個部分：內全反射準直和折射準直兩部分。內全反射部分：離光軸角度大的光線經過第一個面的折射后再經第二個面全反射準直，經第三個面出射。折射部分：離光軸角度小的光線經第四和第五個面折射準直。LED發出的光經過透鏡兩部分結構后能夠以很小的角度出射。設計的LED與準直透鏡連接裝置能準確地將LED光源固定在準直透鏡的焦點處，同時純鋁材料也加快LED的散熱。本發明專利技術經準直系統的出射光準直性很好。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】一種小型的用于單芯貼片式LED的準直系統。一種小體積的LED準直透鏡，涉及非成像光學領域，解決現有LED照明系統發散角大，遠距離照射照度低等問題，該系統包括LED準直透鏡、單芯貼片式LED、LED與準直透鏡連接裝置。LED準直透鏡分兩個部分：內全反射準直和折射準直兩部分。內全反射部分：離光軸角度大的光線經過第一個面的折射后再經第二個面全反射準直，經第三個面出射。折射部分：離光軸角度小的光線經第四和第五個面折射準直。LED發出的光經過透鏡兩部分結構后能夠以很小的角度出射。設計的LED與準直透鏡連接裝置能準確地將LED光源固定在準直透鏡的焦點處，同時純鋁材料也加快LED的散熱。本專利技術經準直系統的出射光準直性很好。【專利說明】一種小型的用于單芯貼片式LED的準直系統
本專利技術涉及非成像LED照明領域。
技術介紹
LED具有省電、使用壽命長、低電壓驅動、體積小等優點，是一種節能、環保、低碳的新型光源，隨著白光技術的不斷發展，LED在各種照明領域，比如路燈、投影儀、車燈等方面的應用越來越廣泛，LED將成為今后主流的照明光源。 由于LED光源的發散角角度很大，一般為140°，在遠距離照明時能量較為發散，使得照明面上的照度較低，因此在手電筒、碼頭、信號投射燈等對出射光準直性要求較高的領域則需對LED輸出光進行準直。采用單個反光杯或自由曲面透鏡都可以對LED進行準直。若采用反光杯，對于發散角較大的區域的光線可以較好的準直，但對于小角度的光線，反光杯的深度就要做的很深，最終導致體積很大，使用不方面。采用自由曲面透鏡進行準直，小角度區域可以很好的準直，但是大角度區域就要求將透鏡的口徑做的很大。本設計則很好的解決了上訴問題，小角度區域的光線采用折射準直，大角度區域的光線采用發射準直，達至咻積小、準直性好的優點。
技術實現思路
本專利技術為解決單芯貼片式高功率LED發散角大，能量不夠集中導致光能利用率低的問題，提供一種小型的用于單芯貼片式LED的準直系統。 一種用于單芯貼片式LED的準直系統，系統包括LED準直透鏡、單芯貼片式LED、LED與準直透鏡連接裝置，LED準直透鏡由五個面組成，分兩個部分:折射部分和內全反射部分。第一個面為離光軸角度大光線的折射面，第二個面為內部光線全反射面，第四個面為反射光線的出射面，第四個面為離光軸小角度光線的第一次折射面，第五個面為小角度光線的第二次折射面。LED芯片發出的大角度光線經過第一個面折射后再經第二個表面形成全反射，達到光線與光軸平行經第三個面出射；小角度光線經第四個面折射后角度減小經過第五個面再次折射后以近似平行光軸的方向出射。 LED與準直透鏡連接裝置:采用LED尺寸結構設計卡槽，將LED牢固的固定在開槽內，連接準直透鏡部分采用內凹槽形式，內凹槽寬度與準直透鏡下端的外延圓柱壁厚相統一，固定裝置高度4.2mm，底盤外直徑15.4mm,內直徑8mm ;上端內槽內直徑13.2mm,內槽外直徑15.2mm,內槽深度2.2_。 本專利技術的準直透鏡工作原理:本專利技術根據非成像光學理論中的折射定律和反射定律，在小角度范圍內采用折射式的自由曲面進行準直，在大角度范圍內采用全反射式自由曲面反光杯進行準直。在折射準直部分，光線經第四個面折射后，光線與光軸之間的夾角減小到初始LED出射光線與光軸夾角的一半，再由第五個面折射后，出射光線與光軸近似平行。第四個面與第五個面均采用自由曲面實現對光線的最終準直。在全反射部分，光線經第一面折射后進入透鏡并在透鏡與空氣的接觸面處形成全反射，光線再以垂直第三個面射出LED準直透鏡(I)。本專利技術的LED準直系統具有體積小、準直性能好，應用方便等特點，能夠和市場上現有LED透鏡支架完美組合。本專利技術關鍵技術在于LED 二次配光準直透鏡的設計，以二維結構進行設計，再將曲線繞其中心軸旋轉得到透鏡的三維模型，即得到最終的LED準直透鏡。設計得到的LED (I)準直透鏡中心厚度為7.57mm, 口徑為20mm，準直角達到(全角)4.8°。 本專利技術中自由曲面的2-D結構設計方法是采用點串聯成線的方法，其點的確定方法為:先設計準直透鏡的2-D結構，然后按光軸旋轉對稱得到準直透鏡的3-D模型。光線從O點出發，按等角度間隔取一系列的光線，這些光線與光軸的夾角分別為A1，A2，A3...，這些光線與自由曲面4的交點分別是El，E2，E3…經過自由曲面4折射后，光線與光軸的夾角分別為B1，B2，B3，…。經過自由曲面5折射后，光線與光軸的夾角分別為C1，C2，C3…其中Al，A2，A3…按等角度遞減，Cl，C2, C3…選取零度。A角的計算表達式為Ai=Al-(i)*0.5 ;設計中Bi=0.5*(Ai+Ci)。確定以上參數后選取折射部分的邊界光線el，el經過自由曲面4上的邊界點El和原點，這樣，光線el的直線方程可知。通過入射角Al和折射角BI，結合折射定律的矢量表達式，算出自由曲面4在El處的切線斜率進而求得切線方程。再根據光線e2的直線方程，算出交點，即自由曲面4上的第二點，依次類推，可算出自由曲面4上的各點。自由曲面5上各點的確定方法:根據自由曲面2的起點Gl與自由曲面4的起點El橫坐標的距離d，結合折射光線f I的直線方程，算出自由曲面5的起始點F1，根據入射角BI和出射角Cl，結合折射定律的矢量表達式，算出曲線5在Fl處的切線斜率進而求得切線方程。再根據折射光線f2的直線方程，算出交點，即自由曲面5上的第二點，依次類推，可算出自由曲面5上的各點。自由曲面I選取為平行于光軸的直線。自由曲面2確定方法:光線gl經自由曲面I折射后得到折射光線hi入射到自由曲面2，根據之前選定的橫坐標距離d算出自由曲面2的起始點，根據入射角D和反射光線出射角H，結合發射定律的矢量表達式,算出自由曲面2上起始點Gl處的切線斜率進而求得切線的直線方程，同樣求出下一條折射光線h2的直線方程，算出交點，即自由曲面2上的第二點，依次類推，可算出自由曲面2上的各點。自由曲面3選取垂直光軸的直線。最后將個自由曲面的邊界點相連，就得到準直透鏡的2-D結構圖。 本專利技術的有益效果:一、本專利技術所訴的LED準直系統能夠收集LED發光角120°范圍內的光線而獲得具有很小發散角的光束，本專利技術采用折射和反射混合式結構，結構簡單光程短，減小了材料對光的吸收。 二、LED準直系統中的光線經過LED準直系統的表面中心區域直接折射出去的光線沒有被遮攔，透鏡厚度小，提高了光能的利用率。 【專利附圖】【附圖說明】 下面結合附圖和【具體實施方式】對本專利技術作進一步的詳細說明。 圖1單芯貼片式LED平面圖。 圖2是準直透鏡2-D結構圖和折射部分和反射部分光線示意圖。 圖3是準直透鏡的正視圖。 圖4是LED與準直透鏡連接裝置正視圖。 圖5是LED與準直透鏡連接裝置三維模型。 圖6是LED準直透鏡三維模型。 圖7是整個系統的平面結構圖。 【具體實施方式】 該系統包括LED準直透鏡、單芯貼片式LED、LED固定裝置；LED準直透鏡由五個面組成，分兩個部分:折射部分和內全反射部分。第一個面為離光軸角度大光線的折射面，第二個面為內部光線全反射面，第三個面為全反射光線的出射面，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種小型的用于單芯片LED的準直系統，該系統包括LED準直透鏡（1）、單芯貼片式LED（2）、LED與準直透鏡連接裝置（3）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫健剛，李果華，朱孔碩，
申請(專利權)人：南京浦光新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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