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Abstract

本发明公开了一种大功率LED用小角度透镜，所述透镜包括透镜本体，所述透镜本体底部具有LED容置腔，所述透镜本体包括侧面的全反射面和顶部的弧形凹面，所述弧形凹面底部设置有自由曲面，所述LED容置腔顶部设置有圆锥折射部。LED光源在LED容置腔底部发出光线，经过透镜本体侧部的全反射面的反射和圆锥折射部的投射后，光线再经过自由曲面聚光和弧形凹面的匀光混色处理后成为准直光束投射出去，在常规透镜外形尺寸下可实现低于10°的小角度光束投射，具有良好的匀光混色效果，可广泛应用于LED户外投光灯、娱乐帕灯、洗墙灯、矩阵灯等。

Description

一种大功率LED用小角度透镜
技术领域
本发明属于LED照明技术领域，涉及一种LED透镜，具体地说涉及一种大功率LED用小角度透镜。
背景技术
随着白炽灯淘汰计划的实施，LED照明逐渐得到普及，与传统照明相比，LED照明具有显著的节能、环保和长寿命优势，使用越久，同比白炽灯或节能灯越节能，因此LED照明已广泛应用于商场、酒店、医院、道路、建筑景观、舞台灯光等照明领域。
舞台娱乐灯光、户外景观照明类灯具由于所需功率较大，为实现这种大功率LED照明，目前主要存在对单颗大功率LED芯片进行封装或采用多芯片集成封装两种技术，对于前者，大功率的实现往往会受到芯片尺寸的限制，而集成封装则具有更大的灵活性，因此多采用大功率多颜色LED集成封装光源。LED集成封装也称多晶封装，根据所需功率的大小将不同数目的LED芯片组合封装于基板底座，这种封装方式可将芯片设计为串联或并联，以灵活地适用不同的电压和电流，同时其具有较高的性价比，逐渐成为了LED封装的主流方向之一。
由于集成封装结构中存在多个芯片，各芯片出光角度不同，需要在一次光学设计的基础上进行二次光学设计以满足用户的需求，一次光学设计的目的在于尽可能多的提取LED芯片发出的光，二次光学设计的目的则在于使整个灯具系统发出的光满足设计需求。在二次光学设计中，LED透镜是一种重要的工具，市面上采用较多的是传统的公模透镜，其虽然可以一定程度改善出光，但是存在小角度混色表现差，小角度光束投射混色匀光不够充分，对大功率高光密度输出LED高温适应性差，大功率光源近场温度过高易对入光面造成烫伤等问题，另外其外观造型也不够美观，难以满足市场上快速多变及个性化的需求。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种提高了小角度光束混色效果、防止LED光源烫伤透镜入光面、解决了透镜外观与光学性质难以兼顾的问题的大功率LED用小角度透镜。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种大功率LED用小角度透镜，所述透镜包括透镜本体，所述透镜本体底部具有LED容置腔，所述透镜本体包括侧面的全反射面和顶部的弧形凹面，所述弧形凹面底部设置有自由曲面，所述LED容置腔顶部设置有圆锥折射部。
作为优选，所述弧形凹面由复眼透镜阵列排布组成。
作为优选，沿由透镜本体底部至顶部的方向，所述复眼透镜阵列中的透镜尺寸和曲率半径逐渐增大，且所述复眼透镜为方形复眼透镜。
作为优选，所述复眼透镜的曲率半径为2.51-7.16。
作为优选，所述弧形凹面的曲率半径为30-70。
作为优选，所述容置腔底部为入光口，所述入光口直径不小于10mm；所述LED容置腔底部设置有LED光源，所述LED光源的出光面与所述圆锥折射部顶面间距不小于8mm。
作为优选，所述全反射面为内全反射面，所述全反射面围合得到的透镜本体外形为圆锥台状，圆锥台透镜本体顶面直径大于底面直径。
作为优选，所述圆锥折射部的入光面为磨砂面，所述自由曲面的出光面为磨砂面。
作为优选，所述方形复眼透镜阵列由2000个透镜组成，其形成的轮廓线为双曲线。
作为优选，所述圆锥折射部的底角为120°。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的大功率LED用小角度透镜，所述透镜包括透镜本体，所述透镜本体底部具有LED容置腔，所述透镜本体包括侧面的全反射面和顶部的弧形凹面，所述弧形凹面底部设置有自由曲面，所述LED容置腔顶部设置有圆锥折射部。LED光源在LED容置腔底部发出光线，经过透镜本体侧部的全反射面的反射和圆锥折射部的投射后，光线再经过自由曲面聚光和弧形凹面的匀光混色处理后成为准直光束投射出去，在常规透镜外形尺寸下可实现低于10°的小角度光束投射，具有良好的匀光混色效果，可广泛应用于LED户外投光灯、娱乐帕灯、洗墙灯、矩阵灯等。
(2)本发明所述的大功率LED用小角度透镜，所述弧形凹面由复眼透镜阵列排布组成。所述弧形凹面为透镜的出光面，其由2000个方形复眼透镜阵列排列组合而成，形成鳞面出光面，比传统透镜具有更佳的混色效果，同时还具有美观的外型，兼具优异的光学效果与美学特性。
(3)本发明所述的大功率LED用小角度透镜，所述容置腔底部为入光口，所述入光口直径不小于10mm；所述LED容置腔底部设置有LED光源，所述LED光源的出光面与所述圆锥折射部顶面间距不小于8mm。对透镜入光面进行了加宽设计、对LED容置腔进行了加深设计，从而防止大功率LED光源温度过高对透镜造成烫伤的问题，使得所述透镜可适配5-50W之间任意功率的多色LED光源。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例所述的大功率LED用小角度透镜的剖面示意图；
图2是本发明实施例所述的大功率LED用小角度透镜的结构示意图；
图3是本发明实施例所述的大功率LED用小角度透镜中一列复眼透镜的曲率半径分布图。
图中附图标记表示为：1-LED容置腔；2-LED光源；3-全反射面；4-弧形凹面；5-圆锥折射部；6-自由曲面；7-复眼透镜。
本发明可以以多种不同的形式实施，不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开是彻底和完整的，并将本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大各装置的尺寸和相对尺寸。
具体实施方式
实施例
本实施例提供一种大功率LED用小角度透镜，其在具有与同类透镜相似的外形和尺寸条件下可实现小于10°光束角投射，具有优异的匀光混色效果。所述透镜如图1-2所示，包括透镜本体，所述透镜本体为圆锥台状外形，所述透镜本体内底部具有一LED容置腔1，所述LED容置腔1底部设置有LED光源2，所述LED光源2为多光色LED芯片集成光源也可以为单色LED光源。
所述透镜本体包括位于所述侧部的全反射面3、顶部的弧形凹面4以及LED容置腔1顶部的圆锥折射部5，所述弧形凹面4底部还设置有一自由曲面6，所述自由曲面6朝向所述弧形凹面4的的一面为凸起面，上述结构一体成型。其中，所述全反射面3围合成为透镜本体的侧壁，且形成圆锥台的透镜外形，圆锥台透镜本体的顶面直径大于底面直径，所述全反射面3为内全反射面(TIR全反射面)，LED光源2发出的光线可被全反射面3完全反射并传输至弧形凹面4和圆锥折射部5。
所述弧形凹面4为向透镜内部凹的曲面，由复眼透镜7阵列排布组合而成，本实施例中，所述复眼透镜7为方形复眼透镜，数量为2000个，排列成为复眼透镜阵列，且沿着由透镜本体底部(设置LED光源2的一侧)至顶部的方向，复眼透镜阵列中复眼透镜7的尺寸和曲率半径逐渐增大，复眼透镜7的曲率半径R为2.51-7.16，本实施例中，方形复眼透镜阵列由下至上的曲率变化如图3所示。所述复眼透镜7可完成对光线的收集，并通过调节复眼透镜7的曲率半径实现对光束出射角的控制，本实施例中，单列复眼透镜7中由下至上每个微透镜的曲率半径和外形尺寸逐级递增，一列中每个复眼透镜7的焦距值和光焦度也不一致，可对含有多种波长的LED光束进行匀光补偿以达到多颜色充分混光的效果。由复眼透镜7组成的弧形凹面4的曲率半径R为30-70，本实施例中优选为55，这是由于曲率半径过小会导致光线折射角度难以控制从而使得透镜角度增大，曲率半径过大接近平面又会使透镜厚度不均匀，且增加了透镜的重量。
所述透镜本体内LED容置腔1底部设置有LED光源2，使得容置腔1底部为入光口，所述入光口的直径不小于10mm，所述LED光源2距所述圆锥折射部5顶面(远离LED光源2的一面)的距离不小于8mm,这种结构使得塑胶透明材质的透镜本体内表面尽可能远离LED光源2，在不增加透镜整体体积的前提下有效防止了LED光源2工作产生的热量损伤透镜。
进一步地，本实施例中，所述圆锥折射部5的入光面为磨砂面，所述自由曲面的出光面也为磨砂面，以更好地起到匀光、混光的作用，所述圆锥折射部5的底角为120°。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述透镜包括透镜本体，所述透镜本体包括侧部的全反射面和顶部的弧形凹面，所述弧形凹面底部设置有自由曲面，所述透镜本体底部具有LED容置腔，所述LED容置腔顶部设置有圆锥折射部。
2.根据权利要求1所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述弧形凹面由复眼透镜阵列排布组成。
3.根据权利要求2所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，沿由透镜本体底部至顶部的方向，所述复眼透镜阵列中的透镜尺寸和曲率半径逐渐增大，且所述复眼透镜为方形复眼透镜。
4.根据权利要求3所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述复眼透镜的曲率半径为2.51-7.16。
5.根据权利要求4所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述弧形凹面的曲率半径为30-70。
6.根据权利要求5所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述容置腔底部为入光口，所述入光口直径不小于10mm；所述LED容置腔底部设置有LED光源，所述LED光源的出光面与所述圆锥折射部顶面间距不小于8mm。
7.根据权利要求6所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述全反射面为内全反射面，所述全反射面围合得到的透镜本体外形为圆锥台状，圆锥台透镜本体顶面直径大于底面直径。
8.根据权利要求7所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述圆锥折射部的入光面为磨砂面，所述自由曲面的出光面为磨砂面。
9.根据权利要求8所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述方形复眼透镜阵列由2000个透镜组成，其形成的轮廓线为双曲线。
10.根据权利要求9所述的大功率LED用小角度透镜，其特征在于，所述圆锥折射部的底角为120°。
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