CN116772158A - 一种均匀混色的光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀混色的光学组件，包括依次配置的LED光源、准直透镜和复眼透镜，LED光源设于准直透镜的入光一侧，复眼透镜设于准直透镜的出光一侧，LED光源发出的多色光经准直透镜配光后，准直射出至复眼透镜；所述复眼透镜包括一朝向准直透镜的第一表面以及背向准直透镜的第二表面，两个表面上设有相互镜像对称的微结构单元阵列，各自表面的微结构均与同一平面形成内切；本发明的结构解决了多色混光容易漏色和不均的问题。

Description

一种均匀混色的光学组件

技术领域

本发明属于LED配光透镜领域，具体涉及一种均匀混色的光学组件。

背景技术

在目前LED照明应用中，特别是LOGO灯照明，调光调色需求越来越多，特别是对色彩的调节是LED光源独有优势；随着LED智能照明深入各个领域，调色市场迅速扩大，对于不同颜色光源的混色需求越来越大。传统的多色光源混色方案，主要依靠在光学镜头设置微结构，或在光学面打砂来实现，其缺点也很明显，要么光型很散，要么混色不均匀、漏色块。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明设计一种均匀混色的光学组件，以克服上述背景技术中所述的现有技术问题。

所采用的方案为：一种均匀混色的光学组件，包括依次配置的LED光源、准直透镜和复眼透镜，所述LED光源包括多个不同波长的发光芯片，LED光源设于准直透镜的入光一侧，复眼透镜设于准直透镜的出光一侧，LED光源发出的多色光经准直透镜配光后，准直射出至复眼透镜；所述复眼透镜包括一朝向准直透镜的第一表面以及背向准直透镜的第二表面，两个表面上设有相互镜像对称的微结构单元阵列，其微结构为凸起于表面的弧形曲面，各自表面的微结构均与同一平面形成内切。

优选的，述微结构单元阵列为非对称螺旋形排布，微结构的相对位置关系为：

θ(i)＝k*π*i

ρ(i)＝i*dx

其中(θ(i),ρ(i))为第i个微结构的极坐标，i为2以上的自然数，dx为设定步进间隔；k为常数，0<k<1；设定第1个微结构的极坐标为原点(0,0)。

优选的，所述步进间隔dx的取值范围为0.2～0.5mm。

优选的，所述两个表面形成为一镜片的上下表面。

优选的，所述入光面和/或出光面为光滑表面。

优选的，所述准直透镜包括设于入光一侧的入射光腔，入射光腔的内壁面形成为准直透镜的入光面；还包括设于出光一侧的出光面。

优选的，所述出光面中间局部设有黑色遮挡片。

优选的，所述入光面和/或出光面上设有珠面，或设有不同于复眼透镜上的微结构单元阵列。

优选的，所述准直透镜还包括设于外周向侧壁的全反射面，所述出光面中心为凸起的球面，所述出光面围绕中心凸起球面的周侧为平面或朝向出光方向的漏斗状曲面。

优先的，所述准直透镜的出光面为一凸透镜。

优选的，所述准直透镜替换为准直反射器，准直反射器具有抛物状曲面的反射面，LED光源位于抛物状曲面的焦点，并朝抛物状曲面的底部发光，所述复眼覆盖于抛物状曲面的出光侧。

优选的，所述复眼透镜和准直透镜之间设有相互安装的固定结构。

具体的，固定结构为常规技术选择，例如相互的卡位结构，相互的榫卯过盈配合结构，设于复眼透镜的环状裙边等。

本发明的方案中，针对多光色的特点，设计了新型的上下镜像的复眼透镜，其微结构单元上下一一对应，完全相同，第一表面的微结构单元将由接收的准直光线成像到汇聚到第二表面微结构单元，第二表面微结构单元将第一表面微结构单元成像到无穷远，如此可以在基本不改变原来光束角的情况下将不同颜色光线充分混合均匀。

现有技术中的复眼结构可以实现小角度光斑汇聚；而本发明利用成像原理，几乎可以不改变原来的光斑和光束角，从而更大角度的混光输出。

其次，本发明的微结构单元的具体结构考虑到了多光色的混光问题，整个微结构阵列的排布方式看似混乱而又非真正混乱，遵循内部规则，不同于完全随机的排列容易漏色，也不同于简单的均匀矩阵排列光型散而混色不均，本发明的排布方案基本解决了其问题，具有更好的配光效果。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明微结构单元阵列的结构俯视图；

图3为本发明实施例二的结构示意图；

图4为本发明实施例三的结构示意图；

图5为本发明实施例四的结构示意图；

图6为本发明实施例五的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和2所示，本实施例为一种均匀混色的光学组件，包括依次配置的LED光源、准直透镜12和复眼透镜13，LED光源设于准直透镜12的入光一侧，复眼透镜13设于准直透镜12的出光一侧。

LED光源为一四种颜色的芯片集成封装的3535光源，其包括多个不同波长的发光芯片，LED光源发出的多色光经准直透镜12配光后，准直射出至复眼透镜13。

准直透镜12为一全反射透镜，包括设于入光一侧的入射光腔，入射光腔的内壁面形成为准直透镜的入光面121,123；还包括设于出光一侧的出光面122,125。

准直透镜12还包括设于外周向侧壁的全反射面124，其中出光面125为平面，出光面122为凸起曲面，且与出光面125之间有一间断的过度面126间隔。

所述复眼透镜13包括一朝向准直透镜的第一表面以及背向准直透镜的第二表面，两个表面上设有相互镜像对称的微结构单元阵列131，其微结构为凸起于表面的弧形曲面，各自表面的微结构均与同一平面形成内切。

所述微结构单元阵列为非对称螺旋形排布，微结构相互的位置关系按以下方式排布：

θ(i)＝k*π*i

ρ(i)＝i*dx

其中(θ(i),ρ(i))为第i个微结构的极坐标，i为2以上的自然数，dx为设定步进间隔；k为常数，0<k<1，例如k＝0.833；设定第1个微结构的极坐标为原点(0,0)，dx的取值范围为0.2～0.5mm，例如0.3mm。

首先确定第1微结构的位置(0,0)，其次第2微结构的位置由第1微结构根据上述公式决定，第3微结构位置由第2微结构决定，以此类推，直到布满所需覆盖的区域。

按照上述公式排布的复眼透镜，其微结构排布近似逐渐扩展的圆环形状，由此可实现圆形光斑的配光。

所述微结构为球面或近似球面曲面。

所述两个表面形成为一镜片的上下表面。在本实施例中，复眼透镜厚度为h＝2mm。

此外，准直透镜12边缘还突出两个凸起结构，同时复眼透镜13挖空了两个缺口132，凸起结构的半径略大于缺口132的半径，从而可以在安装固定时候实现过盈配合，将复眼透镜固定在本体透镜上。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一不同在于，准直透镜采用另一种全反射透镜，包括中部光学准直入光面221，顶部凸起状出光面222、全反射光学入光面223，全反射面224，还有出光面225。其中，本实施例中出光面222为凸出面，出光面225为斜向上延伸的斜面，且222和225直接连接中间没有过渡面。出光面225围绕出光面222朝向出光方向呈漏斗状曲面。

实施例三

如图4所示，本实施例与实施例一不同在于，准直透镜31中间部分加黑色遮挡片311遮挡，由此可以实现更小的出光角度。

实施例四

如图5所示，本实施例与实施例一的不同在于，所述准直透镜替换为准直反射器41，准直反射器具有抛物状曲面的反射面，LED光源42位于抛物状曲面的焦点，并朝抛物状曲面的底部发光，所述复眼43覆盖于抛物状曲面的出光侧。

LED光源42发出的光421向下通过反射器反射到复眼透镜43出射。

实施例五

如图6所示，本实施例与实施例一的不同在于，准直透镜51为一凸透镜，复眼透镜52边缘延伸出一裙边521与准直透镜51固定安装连接。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种均匀混色的光学组件，包括依次配置的LED光源、准直透镜和复眼透镜，所述LED光源包括多个不同波长的发光芯片，LED光源设于准直透镜的入光一侧，复眼透镜设于准直透镜的出光一侧，LED光源发出的多色光经准直透镜配光后，准直射出至复眼透镜；

其特征在于：所述复眼透镜包括一朝向准直透镜的第一表面以及背向准直透镜的第二表面，两个表面上设有相互镜像对称的微结构单元阵列，其微结构为凸起于表面的弧形曲面，各自表面的微结构均与同一平面形成内切。

2.根据权利要求1所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述微结构单元阵列为非对称螺旋形排布，微结构的相对位置关系为：

θ(i)＝k*π*i

其中(θ(i),ρ(i))为第i个微结构的极坐标，i为2以上的自然数，dx为设定步进间隔；k为常数，0<k<1；设定第1个微结构的极坐标为原点(0,0)。

3.根据权利要求2所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述步进间隔dx的取值范围为0.2～0.5mm。

4.根据权利要求1所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述两个表面形成为一镜片的上下表面。

5.根据权利要求1所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述准直透镜包括设于入光一侧的入射光腔，入射光腔的内壁面形成为准直透镜的入光面；还包括设于出光一侧的出光面。

6.根据权利要求5所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述出光面中间局部设有黑色遮挡片。

7.根据权利要求5所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述入光面和/或出光面上设有珠面，或设有不同于复眼透镜上的微结构单元阵列。

8.根据权利要求5所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述准直透镜还包括设于外周向侧壁的全反射面，所述出光面中心为凸起的球面，所述出光面围绕中心凸起球面的周侧为平面或朝向出光方向的漏斗状曲面。

9.根据权利要求1至4任一项所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述准直透镜替换为准直反射器，准直反射器具有抛物状曲面的反射面，LED光源位于抛物状曲面的焦点，并朝抛物状曲面的底部发光，所述复眼覆盖于抛物状曲面的出光侧。

10.根据权利要求1所述的均匀混色的光学组件，其特征在于，所述复眼透镜和准直透镜之间设有相互安装的固定结构。