[實(shí)用新型]用于紫外LED準(zhǔn)直的透鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220704077.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN202993059U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹韶云;孫秀輝;杜春雷;史浩飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): F21V5/04
• 分類號(hào): F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 北京元本知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11308
• 代理人: 周維鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠?qū)ED光源發(fā)出的光線進(jìn)行準(zhǔn)直，并使得準(zhǔn)直角度小于2度的準(zhǔn)直透鏡。

背景技術(shù)

近年來，隨著半導(dǎo)體芯片及封裝技術(shù)的發(fā)展，紫外LED的光效和壽命得到不斷提高，成為新一代紫外光源。傳統(tǒng)的紫外汞燈在使用過程中溫度較高，耗電量巨大，壽命較短，在生產(chǎn)加工過程中容易造成較大的環(huán)境污染，雖然業(yè)界一直致力于對(duì)其改進(jìn)，但因其原始硬件的局限性一直難以突破。紫外LED因具有恒定的光照強(qiáng)度，優(yōu)秀的溫度控制性，環(huán)保節(jié)能、壽命長(zhǎng)、波段單一純正無雜波等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

在紫外曝光領(lǐng)域，由于紫外LED光源的光強(qiáng)分布通常為朗伯型分布，有較大的發(fā)光角度，不能直接應(yīng)用紫外曝光之中，而目前存在的準(zhǔn)直系統(tǒng)，主要針對(duì)高壓紫外汞燈進(jìn)行準(zhǔn)直，并不適用于紫外LED光源。因此對(duì)紫外LED光源進(jìn)行準(zhǔn)直就成為研究的重點(diǎn)。目前應(yīng)用于紫外LED準(zhǔn)直的器件，一般采用反射型，需要在曲面表面鍍金屬膜進(jìn)行反射準(zhǔn)直，此種透鏡針對(duì)理想點(diǎn)光源的準(zhǔn)直效果較為理想，但是針對(duì)實(shí)際的LED光源，由于發(fā)光較為集中，難以用這種器件進(jìn)行準(zhǔn)直。

另外，盡管紫外LED具有很多好處，但以往的紫外LED大多采用環(huán)氧樹脂封裝，這使得它的使用壽命明顯降低，這是因?yàn)樽贤饩€束容易分解LED的環(huán)氧樹脂，從而將紫外LED的壽命降低至不足5千個(gè)小時(shí)。紫外LED的下一代技術(shù)以“硬化”或“防線”環(huán)氧封裝為特征，盡管提供的壽命將達(dá)到1萬個(gè)小時(shí)，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了大多數(shù)的應(yīng)用。

針對(duì)目前用于紫外LED準(zhǔn)直的透鏡存在的問題和缺陷，本專利吸取了自由曲面透鏡的特有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)引入自由曲面和全內(nèi)反射的思想，采用自由曲面反射和折射聯(lián)合準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，以解決現(xiàn)有技術(shù)遇到的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種用于紫外LED準(zhǔn)直的透鏡，采用自由曲面反射和折射聯(lián)合準(zhǔn)直的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直度達(dá)到2度的準(zhǔn)直效果，解決了現(xiàn)有LED準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直效果不理想的問題。另外，本實(shí)用新型的用于紫外LED準(zhǔn)直的透鏡使用光學(xué)石英材料一體制成，因此極大地提高了其用于紫外LED準(zhǔn)直時(shí)的使用壽命，具有顯著的進(jìn)步。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：

本實(shí)用新型的用于紫外LED準(zhǔn)直的透鏡，包括第一自由曲面和全反射自由曲面，所述第一自由曲面和全反射自由曲面為以光軸為軸心的回轉(zhuǎn)體，全反射自由曲面的開口沿光軸出射方向逐漸增大；所述第一自由曲面設(shè)置在碗狀全反射自由曲面的內(nèi)部，所述第一自由曲面沿光軸出射方向凸出；所述第一自由曲面用于對(duì)靠近光軸區(qū)域的光線進(jìn)行折射，使得光線能夠平行于光軸射出；所述全反射自由曲面用于對(duì)遠(yuǎn)離光軸區(qū)域的光線進(jìn)行反射，使得光線能夠平行于光軸射出。所述靠近光軸區(qū)域的LED光線和遠(yuǎn)離光軸區(qū)域的LED光線是以光軸線上的LED點(diǎn)光源射入透鏡中的扇形照射角度來區(qū)分的。

進(jìn)一步，還包括與光軸相平行的筒形連接面和與光軸相垂直的環(huán)形出射面，所述筒形連接面的一端沿光軸伸入至全反射自由曲面的內(nèi)部并與第一自由曲面的外邊緣連接，所述筒形連接面的另一端與環(huán)形出射面的內(nèi)邊緣連接；所述環(huán)形出射面的外邊緣與全反射自由曲面的大端開口邊緣連接。所述連接面與從第一自由曲面射出的準(zhǔn)直光相平行，其主要起到連接第一自由曲面與出射面的作用，使得所述透鏡成為一個(gè)整體。所述出射面不會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生折射作用，使得經(jīng)全反射自由曲面反射后的準(zhǔn)直光線能夠平直射出。

進(jìn)一步，還包括沿光軸方向內(nèi)凹的第二自由曲面，所述第二自由曲面的外邊緣與全反射自由曲面的內(nèi)邊緣相連接。所述第二自由曲面作為L(zhǎng)ED光線入射面的，光軸從第二自由曲面的中心穿過。第二自由曲面的內(nèi)凹形設(shè)計(jì)形成可容納LED光源的空間，并可對(duì)LED光源發(fā)出的光線形成一定的約束作用和初始的調(diào)制，所得LED光線能夠更集中地射入到準(zhǔn)直透鏡中。

進(jìn)一步，所述第二自由曲面通過過渡平面與全反射自由曲面相連接，所述過渡平面與光軸相垂直。過渡平面的內(nèi)、外邊緣分別與第二自由曲面的外邊緣和全反射自由曲面的內(nèi)邊緣相重合。

進(jìn)一步，所述的透鏡由光學(xué)級(jí)石英材料制成。光學(xué)級(jí)石英的透光率在90％以上，而且耐高溫。

進(jìn)一步，所述第一自由曲面的外圍尺寸r₁滿足如下關(guān)系：r₁/h₁＝r₂/h₂，其中，h₁為第一自由曲面底部距離整體透鏡底部平面的高度，r₂為全反射自由曲面頂部的外圍尺寸，h₂為其距離整體透鏡底部平面的高度。