[實用新型]窄光束LED照明光學系統

有效

• 申請號: 201320205622.9
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN203202741U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 張尚超;張順清
• 申請（專利權）人: 無錫實益達電子有限公司
• 主分類號: F21S2/00
• 分類號: F21S2/00;F21V13/04;F21V5/04;F21V7/22;F21Y101/02
• 代理公司: 無錫華源專利事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 孫力堅

技術領域

本實用新型涉及LED照明光學系統，尤其涉及一種用于多芯片集成式高功率LED（COB型LED）的二次光學系統，屬于非成像光學技術領域。

背景技術

LED光源本身是一個近似的朗伯光源，難以滿足各種照明用途的需求，因此必須根據不同的應用場合，針對LED光源設計不同的光學系統，對LED光源發出的光進行整形，進行光能量的二次分布。

隨著電路板上直接芯片封裝（COB）技術的發展，其高功率密度、色度均勻及體積小等特點，使COB型LED光源越來越多的應用到商業照明中。COB型LED光源面積較單顆LED光源大很多，將數十顆LED芯片集成封裝時，光源面積能達到10mm*10mm到25mm*25mm，該光源的優勢在于大大降低了LED光源的數量，減小了燈具面積，降低燈具成本，較低的色容差使應用燈具具有較好的顏色一致性。

然而，面向COB型光源的二次光學設計卻較為困難。目前大多數專利的設計方法均基于近似點光源的設計，而COB型LED屬于擴展光源，點光源設計方法不再適用于COB型LED。

目前采用的光學系統多為反射杯，但其控制光線的能力有限，對于小角度的光線無法進行很好的控制，想要達到小角度精確照明的配光效果，往往需要較大的體積，且容易產生雜散光，使得接收面功能區域的相對光利用率較低。

面向單顆LED的小型TIR（total?internal?reflection）透鏡可以較好的完成窄光束配光要求，但當其應用于COB型LED光源時，出光效果會產生嚴重畸變。而普通透鏡通常只能對LED光源發出的與其光軸成一定角度以內的光線調整方向，無法控制大角度的光線，也存在接收面功能區域的相對光利用率較低的問題。

因此，如何解決COB型LED光源配光難的問題，實現窄光束精確照明的功能及其設計方法，是LED照明技術領域，尤其是用于商業照明領域亟待解決的問題。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種針對COB型LED光源的光能量進行合理分配的窄光束LED照明光學系統。

本實用新型要解決的技術問題在于，針對如何提高LED燈具的光能利用率，提供一種以COB型LED為光源的配光系統，實現小角度的重點照明，并且實現照明區域較高的光度均勻性和色度均勻性的效果。主要解決原有傳統反射器式或透鏡式光學系統的缺陷與不足。

本實用新型的技術方案如下：

一種窄光束LED照明光學系統，包括COB型LED光源、自由曲面透鏡以及自由曲面反射杯；所述自由曲面透鏡設置在自由曲面反射杯的內部杯底并與自由曲面反射杯相連，所述COB型LED光源設置在自由曲面反射杯的內部杯底與自由曲面透鏡的內腔所圍成的空間之內。

所述COB型LED光源發出的0度至α度的光線透過自由曲面透鏡頂部，均勻分布在β度以內；所述COB型LED光源發出的α度到90度的光線透過自由曲面透鏡側壁，經過自由曲面反射杯內表面反射，分布在照明區域內。

所述自由曲面透鏡包括透鏡頂部、透鏡側壁和透鏡底部。

所述透鏡頂部由內表面和外表面組成；所述透鏡頂部內表面是球面、上凹或下凸的自由曲面，所述透鏡頂部外表面是上凸或下凹的自由曲面。

所述透鏡頂部外表面制成菲涅爾透鏡。

所述透鏡側壁由內側壁和外側壁組成；所述透鏡內側壁是普通圓柱形內腔面或階梯狀圓柱形內腔面，所述透鏡外側壁是球面或自由曲面。

所述透鏡底部圓直徑與COB型LED光源發光區域直徑D相對應，為普通圓柱形內腔或階梯狀圓柱形內腔。

所述自由曲面反射杯的內表面為鍍層處理。

所述自由曲面反射杯的內表面為鱗甲結構，所述鱗甲高度不高于0.05mm。

本實用新型的有益技術效果是：

本實用新型結合透鏡和反射杯的各自優點，克服了單純用反射杯或者透鏡無法利用所有光線的缺點。運用菲涅爾透鏡將小角度光線匯聚，使光學系統達到輕、薄和小的效果，減小透鏡中心厚度，提高光效率。階梯狀微結構透鏡運用于透鏡內側面，實現同一套光學系統適用于不同尺寸大小的COB型光源。

本實用新型附加的優點將在下面具體實施方式部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本實用新型光學系統的結構示意圖。

圖2是透鏡自由曲面的生成過程圖。

圖3是反射杯自由曲面的生成過程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做進一步說明。