CN201233904Y - 非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件 - Google Patents

Abstract

一种非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件，其光学镜片由凹面在光源侧、凸面在成像侧的非球面光学镜片所构成，所构成的发光二极管(LED)组件，可对LED芯片发出的光线聚集并产生光强度为大于120°小于180°的宽照角圆形光型；光学镜片及发光二极管组件满足光学面曲率半径间相互关系及入射与出射角度关系条件。由此，本实用新型为仅使用一个单纯的光学镜片即可将LED发出的光线聚集成预定的光型，可供单颗或组成LED阵列的照明使用。

Description

非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件

技术领域

本实用新型涉及一种非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件，尤其涉及一种应用于LED发光源产生光型的光学镜片，与所构成的发光二极管组件，而可供单颗或组成LED阵列的照明使用。

背景技术

发光二极管LED具有低电压、低耗电、寿命长的优点，已大量应用于显示(indicator)、照明(illuminator)等领域。由于LED更具有光颜色单纯、小型化可平面封装的特点，已使用在手机相机的闪光灯上。然而由于LED芯片发出的光线是由点光源发射的，且其具有亮度不均匀的特性，研究学者对于光线的聚集进行了多项研究，如缩小芯片、提高发光效率。除此之外，使用光学镜片也是重要的技术开发方向。

在LED光学镜片的设计上，可分为一次光学镜片(primary optical lens)及二次光学镜片(secondary optical lens)；一次光学镜片为在LED芯片上直接封装的透镜，一般以聚集(concentrate)光线为主；二次光学镜片为使用在单颗或数颗LED阵列(Array)的透镜，以分散光束为主。现有技术的一次光学镜片在设计上，如ES2157829使用对称的非球面透镜、日本专利JP3032069、JP2002-111068、JP2005-203499，美国专利US2006/187653、中国专利CN101013193等使用球面透镜、JP2002-221658对散装(Bulk)型的LED使用球面透镜等。对于高阶的应用，一次光学镜片除要能聚集光线外，更要能在均匀的光强度(peak intensity)产生特定的光型(distribution pattern)，例如大角度、小角度、圆形、椭圆形等特殊光型，从而搭配LED阵列使用，以产生最佳的光学效果。一次光学镜片的应用如图1所示，在LED芯片21上覆盖透镜23，透镜23与LED芯片21之间填塞硅胶(silicon gel)，LED芯片21可使用发出蓝光的芯片，硅胶内则含有黄色荧光粉(phosphors)，当LED芯片21发出蓝光经由硅胶的荧光粉转换波长(wave-length conversion)成为白光，经由透镜23聚集后发出光线。该一次光学镜片的现有技术中，如日本专利JP2004-356512、JP2005-229082、JP2006-072874、JP2007-140524、JP2007-115708等；美国专利US2005/162854、US2006/105485、US2006/076568、US2007/114551、US2007/152231、US7,344,902、US7,345,416、US7,352,011；台湾专利TW M332796等使用光学镜片以产生光型；再如日本专利JP60007425、美国专利WO/2007/100837产生椭圆光型等；或如中国专利200710118965.0产生小于160度的矩形、正方形或条状光型等。

随着科技的进步，电子产品不断地朝向轻薄短小以及多功能的方向发展，而电子产品中如：数码相机(Digital Still Camera)、计算机相机(PCcamera)、网络相机(Network camera)、移动电话(手机)等已具备镜头之外，甚至个人数字辅助器(PDA)等装置也具有增设镜头的需求；因此用于这类产品的LED闪光灯或照明用的LED灯具，常以单颗或多颗LED组件组成阵列；而为了携带方便及符合人性化的需求，LED闪光灯或照明用的LED灯具不仅需要具备符合的光通量，以用于不同光型LED组件互相搭配，同时也需要有较小的体积与较低的成本。在LED一次光学镜片的需求上，现有的复杂外型或具有绕射面的光学镜片具有制造困难、塑料注塑变形、玻璃成型不易或成本高等缺点。因此，用户迫切需要外型简单、易于制造的发光二极管镜片与可对LED发出的光线聚集并产生光强度(peak intensity)为大于120°小于180°的宽照角圆形光型，且满足光通量比值大于85％的所述发光二极管镜片形成的LED组件。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于提供一种非球面宽照角光学镜片，以应用于LED组件上。所述LED组件包含：发光二极管芯片(LED die)，以用于发出光线；光学镜片，以用于聚集光线并以均匀的光强度形成大于120°小于180°的宽照角圆形光型；封胶(seal gel)，以用于填充光学镜片与发光二极管之间。其中，所述光学镜片为具有凹面及凸面的光学材料所制成的镜片，其凹面为面向光源的光源侧光学面，而其凸面为面向成像侧的成像侧光学面，所述光学镜片的至少一个光学面为非球面，可满足以下条件：

$0.1\&le;\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|<1.0---\left(1\right)$

$0.7\&le;\frac{{R_1}^2}{3\&CenterDot;d_2\&CenterDot;f_s}\&le;18---\left(2\right)$

$0.001\&le;(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}\&le;0.03---\left(3\right)$

其中，fs为所述光学镜片的有效焦距(effective focal length)的长度、R₁为光源侧光学面的曲率半径、R₂为成像侧光学面的曲率半径、d₂为中心轴光学镜片厚度、N_d2为光学镜片的折射率。

本实用新型另一目的在于采用光学玻璃或光学塑料制作所述光学镜片，使得使用选择方便。

本实用新型的又一目的在于提供一种发光二极管组件，其包含如本实用新型所述非球面宽照角发光二极管光学镜片及发光二极管芯片，其特征在于所述发光二极管组件，具有大于120°小于180°的宽照角圆形光型、其光通量比值大于85％(β/α≥85％)，并满足以下条件：

其中，

$f_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|---\left(5\right)$

其中，fs为所述光学镜片的有效焦距(effective focal length)的长度、fg为所述光学镜片的相对焦距(relative focal length)的长度、R₁为光源侧光学面的曲率半径、R₂为成像侧光学面的曲率半径、2ω为LED芯片发出光线以中心轴对称的最大角度、为经由光学镜片射出光线以中心轴对称的最大角度、α为LED芯片发出光线的光通量、β为成像侧相对无限远处(100倍fs)光线的光通量。

由此，本实用新型的非球面宽照角光学镜片及由所述光学镜片组成的发光二极管组件可具有大于120°小于180°的宽照角圆形光型，且符合光通量比值大于85％的要求，并且所述光学镜片具有形状简单、厚度薄、易于制造的优点，可用于单颗LED或LED阵列，以用于照明。

附图说明

图1是现有技术的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图；

图2是本实用新型的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图；

图3是本实用新型的LED光学镜片光路示意图；

图4是本实用新型第一实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；

图5是本实用新型第二实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；

图6是本实用新型第三实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；

图7是本实用新型第四实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；

图8是本实用新型第五实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；

图9是本实用新型第六实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图；以及

图10是本实用新型第七实施例的LED组件光强度分布与照角的极坐标关系图。

主要符号说明：10为LED组件，11、21为LED芯片，12为封胶，13为光学镜片，23为透镜，R₁为光源侧光学面或其曲率半径，R₂为成像侧光学面或其曲率半径，d₀为中心轴上LED芯片厚度，d₁为中心轴上LED芯片表面至光学镜片光源侧的光学面距离，d₂为中心轴光学镜片厚度。

具体实施方式

为使本实用新型更加明确，结合实施例和附图，对本实用新型的结构及技术特征进行详细的说明。

图2是本实用新型的非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件应用于LED组件的示意图，其沿着中心轴Z的排列由光源侧至成像侧依次为：LED芯片11、封胶12及光学镜片13，光线由LED芯片11发出，经过封胶12后，由光学镜片13将光线聚集并形成以对称于中心轴Z的大于120°小于180°的宽照角圆形光型的光束向成像侧照射。所述光学镜片13为具有凹面及凸面的光学材料所制成的镜片，其凹面为面向光源的光源侧光学面R₁，而其凸面为面向成像侧的成像侧光学面R₂，所述光学镜片13至少一个光学面为非球面。光学镜片13的光学面R₁与R₂及有效焦距长度间满足式(1)、式(2)及式(3)的条件，LED芯片11发射的角度2ω与光学镜片13所形成的光强度形成的光型的角度

满足式(4)的条件。

其中，封胶12并不限制使用何种材料，在LED组件上常用光学树脂(resin)或硅胶(silicon gel)等不同材料。

光学镜片13的光学面R₁与R₂若以非球面光学面所构成，其非球面的方程式(Aspherical Surface Formula)为式(6)

$Z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{(1-(1+K)c^2{h}^2)}}+A_4{h}^4+A_6{h}^6+A_8{h}^8+A_{10}{h}^{10}---\left(6\right)$

其中，c是曲率，h为镜片高度，K为圆锥系数(Conic Constant)、A₄、A₆、A₈、A₁₀分别四、六、八、十阶的非球面系数(Nth Order AsphericalCoefficient)。

图3为本实用新型的光路示意图，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω(以中心轴Z对称)，经由光学镜片13聚集并折射后以

角度(以中心轴Z对称)形成所需要的光型及达到β/α≥70％的要求，其中，α为LED芯片发出光线的光通量、β为成像侧相对无限远处(100倍fs)光线的光通量，且忽略空气的折射(refraction)与散射(scattering)等效应。并且，所述光学镜片13可利用光学玻璃或光学塑料制作。

根据上述结构，本实用新型的非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件可符合大于120°小于180°的宽照角圆形光型的要求，使LED组件10可发出预定的光型，且符合光通量比值大于85％(β/α≥85％)的要求，可供单颗使用或以不同光型组成阵列的照明使用。

为说明本实用新型实际应用的实施例，以LED芯片11使用1.0 x 1.0mm尺寸的芯片、光学镜片13使用直径5mm的镜片为例进行说明，以利于比较各实施例的应用情形。然而，LED芯片11尺寸与光学镜片13直径，并非如上述尺寸所限。

<第一实施例>

图2及图4分别是本实用新型的将光学镜片应用于LED组件的示意图及第一实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(一)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R(单位：mm)(the radius of curvature R)、间距d(单位：mm)(the on-axissurface spacing)，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω(度deg)、光学镜片13发出光线光型的最大角度

(度deg)，各折射率N_d、各阿贝数(Abbe’s number)v_d、各厚度(thickness)。

表(一)

*非球面

在表(一)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(二)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(二)

本实施例中，封胶12是利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13是利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此，搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.928流明的蓝光、有效的最大角度为80°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为-36.114mm。经由所述光学镜片13聚集后，以160°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝13.813流明(忽略空气的折射与散射等效应)；式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.9031\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 2.4589\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.0242\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.7137\end{array}$

β/α＝             98.96％

所述各个系数可以满足条件式(1)-(5)。图3为LED芯片11发出的光线，经过封胶12及光学镜片13的光路图，图4为光强度分布与照角的极坐标关系图。由上述表(一)、表(二)及图4所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，进而可提升本实用新型的应用性。

<第二实施例>

图2及图5分别为本实用新型的将光学镜片应用于LED组件的示意图及第二实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(三)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各阿贝数v_d、各厚度(thickness)。表(四)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(三)

*非球面

在表(三)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(四)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(四)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.958流明的蓝光、有效的最大角度为120°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为-42.375mm。经由所述光学镜片13聚集后，以158°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝11.878流明(忽略空气的折射与散射等效应)；式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.8181\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 3.7118\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.0117\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.9068\end{array}$

β/α＝             85.09％

所述各个系数可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(五)、表(六)及图5所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，进而可提升本实用新型的应用性。

<第三实施例>

图2及图6分别是本实用新型的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图及第三实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(五)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各阿贝数v_d、各厚度(thickness)。表(六)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(五)

*非球面

在表(五)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(六)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(六)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.958流明的蓝光、有效的最大角度为120°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为86.50mm。经由所述光学镜片13聚集后，以164°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝13.809流明(忽略空气的折射与散射等效应)；式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.1517\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 1.0132\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.0102\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.5465\end{array}$

β/α＝             98.93％

所述各个系数可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(五)、表(六)及图6所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，进而可提升本实用新型的应用性。

<第四实施例>

图2及图7分别是本实用新型的使用LED光学镜片的示意图及第四实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(七)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各阿贝数v_d、各厚度(thickness)。表(八)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(七)

*非球面

在表(七)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(八)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(八)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.530、阿贝数v_d2为57的塑料材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.958流明的蓝光、有效的最大角度为120°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为57.195mm；经由所述光学镜片13聚集后，以164°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝13.864流明(忽略空气的折射与散射等效应)；式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.25\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 1.5382\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.014\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.9065\end{array}$

β/α＝             99.32％

所述各个系数可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(七)、表(八)及图7所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，进而可提升本实用新型的应用性。

<第五实施例>

图2及图8分别为本实用新型的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图及第五实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(九)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各阿贝数v_d、各厚度(thickness)。表(十)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(九)

*非球面

在表(九)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(十)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(十)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.958流明的蓝光、有效的最大角度为120°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为-143.15mm。经由所述光学镜片13聚集后，以164°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝11.923流明(忽略空气的折射与散射等效应)；式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.5\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 7.1671\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.00305\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.9087\end{array}$

β/α＝             85.42％

可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(九)、表(十)及图8示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀，进而可提升本实用新型的应用性。

<第六实施例>

图2及图9分别为本实用新型的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图及第六实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(十一)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与成像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各厚度(thickness)、各阿贝数v_d。表(十二)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(十一)

*非球面

在表(十一)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(十二)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(十二)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝78.5流明的白光、有效的最大角度为130°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为142.96mm。经由所述光学镜片13聚集后，以160°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝69.168流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.666\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 11.9941\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.00285\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.9056\end{array}$

β/α＝             88.11％

可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(十)、表(十一)及图9所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，可提升本实用新型的应用性。

<第七实施例>

图2及图10分别为本实用新型的将LED光学镜片应用于LED组件的示意图及第七实施例的光强度分布与照角的极坐标关系图。

下列表(十三)中分别列有由光源侧至成像侧沿中心轴Z的LED芯片11、封胶12、光学镜片13的光源侧光学面R₁与像侧光学面R₂的曲率半径R、间距d，LED芯片11发出光线的最大角度为2ω、光学镜片13发出光线光型的最大角度

，各折射率N_d、各厚度(thickness)、各阿贝数v_d。表(十四)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(十三)

*非球面

在表(十三)中，光学面(Surf)有标注*的是非球面光学面。下列表(十四)为各光学面的非球面式(6)的各项系数：

表(十四)

本实施例中，封胶12利用折射率N_d1为1.527、阿贝数v_d1为34的透明光学硅胶填充而成。光学镜片13利用折射率N_d2为1.5828、阿贝数v_d2为61.7的玻璃材质制成。由此搭配封胶12及光学镜片13的折射系数与阿贝数，形成光线折射角度。LED芯片11发出α＝13.958流明的蓝光、有效的最大角度为130°，光学镜片13的有效焦距的长度fs为-285.91mm。经由所述光学镜片13聚集后，以158°宽照角照射到无限远处(以100倍fs为计)的β＝12.557流明(忽略空气的折射与散射等效应)。式(1)-(5)分别为：

$\begin{array}{cc}\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|=& 0.5\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{R_1}^2}{3{\&CenterDot;d}_2\&CenterDot;f_s}=& 16.665\end{array}$

$\begin{array}{cc}(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}=& 0.00143\end{array}$

$\begin{array}{cc}{f}_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|=& 1.9061\end{array}$

β/α＝             89.96％

可以满足条件式(1)-(5)。由上述表(十三)、表(十四)及图10所示，由此可证明本实用新型的非球面宽照角光学镜片具有简单的面形，易于制造且可使发光二极管组件有预定的光型，其各角度的光强度均匀的优点，进而可提升本实用新型的应用性。

归纳上述，本实用新型的非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的功效在于其具有简单的面形，可利用塑料注塑成形或模造玻璃等工艺所大量生产制造而不容易变形，因而能降低生产成本。

本实用新型的非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的另一功效在于因可使从LED芯片所射出的光具有预定的光型，从而可提升照明质量。

本实用新型的非球面宽照角光学镜片及其所构成的发光二极管组件的又一功效在于其使从LED芯片所射出的光在各角度均能维持相同的照明强度，使成像面不会有部份区域过亮或过暗的现象发生，因而能提升照明质量。

以上所示仅为本实用新型实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员应该理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、甚至等效变更，但都将落入本实用新型的权利范围内。

Claims (8)

1、一种非球面宽照角光学镜片，其使用于发光二极管组件中，所述发光二极管组件包含沿着中心轴由光源侧至成像侧排列的发光二极管芯片、封胶及光学镜片，其特征在于：

所述光学镜片为具有凹面及凸面的玻璃光学材料所制成的镜片，所述凹面为面向光源的光源侧光学面，所述凸面为面向成像侧的成像侧光学面，其至少一个光学面为非球面；并满足以下条件：

$0.1\&le;\left|\frac{R_1-R_2}{R_1+R_2}\right|<1.0$

其中，R₁为所述光学镜片光源侧光学面的曲率半径、R₂为所述光学镜片成像侧光学面的曲率半径。

2、根据权利要求1所述的非球面宽照角光学镜片，其特征在于所述光学镜片更进一步满足以下条件：

$0.7\&le;\frac{{R_1}^2}{3\&CenterDot;d_2\&CenterDot;f_s}\&le;18$

其中，fs为所述光学镜片的有效焦距的长度、R₁为所述光学镜片光源侧光学面的曲率半径、d₂为中心轴上的所述光学镜片厚度。

3、根据权利要求1所述的非球面宽照角光学镜片，其特征在于所述光学镜片进一步满足以下条件：

$0.001\&le;(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}\&le;0.03$

其中，fs为所述光学镜片的有效焦距的长度、d₂为中心轴上的所述光学镜片厚度、N_d2为所述光学镜片的折射率。

4、根据权利要求2所述的非球面宽照角光学镜片，其特征在于所述光学镜片进一步满足以下条件：

$0.001\&le;(N_{d2}-1)\frac{d_2}{f_s}\&le;0.03$

其中，fs为所述光学镜片的有效焦距的长度、d₂为中心轴上的所述光学镜片厚度、N_d2为所述光学镜片的折射率。

5、根据权利要求1所述的非球面宽照角光学镜片，其特征在于所述光学镜片由塑料材质所制成。

6、一种发光二极管组件，其包含根据权利要求1至4中任意一项所述的非球面宽照角光学镜片及发光二极管芯片，其特征在于所述发光二极管组件，具有大于120°小于180°的宽照角圆形光型，并满足以下条件：

其中，

$f_g=|(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})\&CenterDot;f_s|$

其中，fg为所述光学镜片的相对焦距的长度、fs为所述光学镜片的有效焦距的长度、R₁为所述光学镜片光源侧光学面的曲率半径、R₂为所述光学镜片成像侧光学面的曲率半径、ω为所述发光二极管芯片发出光线以中心轴对称的最大角度的一半、为经由所述光学镜片射出光线以中心轴对称的最大角度的一半。

7、根据权利要求6所述的发光二极管组件，其特征在于所述发光二极管组件发出光线的光通量与成像侧相对无限远处的光通量比值，满足以下条件：

β/α≥85％

其中，α为所述发光二极管芯片发出光线的光通量、β为所述发光二极管组件成像侧相对无限远处忽略空气的折射与散射等效应的光通量。

8、根据权利要求6所述的发光二极管组件，其特征在于所述非球面宽照角光学镜片由塑料材质所制成。

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