CN220930941U - 一种透镜及采用该透镜的光源器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体发光技术领域，公开了一种透镜及采用该透镜的光源器件。透镜包括：第一光学界面、第二光学界面和第三光学界面。第一光学界设置为平面，用于输入光线。第二光学界面设置为平面或者自由曲面，用于输出光线。第三光学界面与第一光学界面、第二光学界面的四周边缘连接，第一光学界面与第三光学界面之间的夹角为α，60°≤α≤120°。本实用新型的透镜体积小、光能利用率高、出光效果好。本实用新型的光源器件的结构合理简单，体积小，集成化程度高；多色发光，发光稳定；光能利用率高。

Description

一种透镜及采用该透镜的光源器件

技术领域

本实用新型属于半导体发光技术领域，具体而言，涉及一种透镜及采用该透镜的光源器件。

背景技术

传统的光学系统体积大、稳定性差、光束的对准和准直困难，不能适应光电子技术发展的需要。半导体光源因具有体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度等各方面的优点，被广泛的应用于各种照明设备、探测设备、激光雷达系统和各种电子设备等领域。随着微电子技术的飞速发展，为适用不同应用场景的需求，半导体光器件的集成化与微小型化成为必然趋势。

现有技术的集成光源器件，参照图8，多采用在第一发光芯片3的发光面包覆透镜1，透镜1的出光面(外表面)大多设置为凸曲面。根据折射原理，如图9所示，当入射光源C1设于凸曲面的曲率中心P处时，出射光源C2不发生折射；当入射光源D1设于凸曲面的曲率中心P的下方时，出射光源D2发生聚光折射；当入射光源E1设于凸曲面的曲率中心P的上方时，出射光源E2发生发散折射。想要得到相对会聚效果的出射光源D2，入射光源D1需设置在曲率中心P的下方，当第一发光芯片3尺寸较大时，整个透镜1所占用空间较大，不利于光学集成。同时，现有技术的四周边缘大角度的光未被充分利用，导致光能浪费、光斑效果不理想且易形成临近的光干扰。

基于上述，目前要解决的问题：提供一种体积微小、易于集成，光能利用率高，且出光效果稳定的透镜及采用该透镜的光源器件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种透镜及采用该透镜的光源器件，旨在解决现有技术中，光源器件体积大、不易集成，光能利用率低、出光效果不好的问题。

本实用新型是这样实现的一种透镜及采用该透镜的光源器件，透镜包括

第一光学界面，其设置为平面，用于输入光线；

第二光学界面，其设置为平面或者自由曲面，用于输出光线；

第三光学界面，其与所述第一光学界面、所述第二光学界面的四周边缘连接，所述第一光学界面与所述第三光学界面之间的夹角为α，60°≤α≤120°。

进一步的，所述第三光学界面的外周间隔设置有一定高度的反射围坝。

进一步的，包括所述透镜，所述透镜覆盖有第一发光芯片，所述第一发光芯片的发光面与所述第一光学界面紧密贴合。

进一步的，所述第一发光芯片的波长小于等于600nm。

进一步的，还包括2个第二发光芯片和覆盖所述第二发光芯片的第二透镜。

进一步的，所述第三光学界面和2个所述第二透镜的外周间隔围绕有连续的反射围坝。

进一步的，所述第二透镜与所述第二发光芯片的发光面紧密贴合，所述第二透镜包括输出光线的第四光学界面，所述第四光学界面设置为凸曲面。

进一步的，所述第二发光芯片设于所述第四光学界面的曲率中心的下方。

进一步的，所述第四光学界面设置为中部为平面或者趋近平面的微弧面、四周为曲面，所述第四光学界面的中部和四周通过光滑的曲面连接。

进一步的，还包括基板和设于所述基板上的承接部；

所述第一发光芯片和所述第二发光芯片设于所述基板上；所述承接部至少覆盖所述第一发光芯片和所述第二发光芯片的侧面，所述反射围坝设于所述承接部的内侧。

与现有技术相比，本实用新型提供的透镜及采用该透镜的光源器件具有如下

有益效果：

一、本实用新型的第一光学界面与第三光学界面之间的夹角为α，60°≤α≤120°，本实用新型的光路图参照图7，现有技术的光路图参照图8，本实用新型的第三光学界面能将边缘大角度光向中心光轴方向偏折，光能利用率高，光能更集中，且占用空间小。第二光学界面设置为平面或则微弧面整体结构体积小，易于集成。

二、本实用新型的光源器件至少集成第一发光芯片和第二发光芯片。实现了1个光源器件集成多个独立发光的发光单元，多个独立发光单元可发射出不同颜色或者相同颜色的光，光斑的形状可不同或者相同。本实用新型设置有反射围坝，透镜、第二透镜互相间隔设置，以及透镜、第二透镜与反射围坝的间隔设置，充分保证了发光单元之间、整个光源对外的独立出光，不受干扰。本实用新型的光源器件的结构合理简单，体积小，集成化程度高；多色发光，功能性强，出光稳定，光干扰性小；光能利用率高。

附图说明

图1是本实用新型提供的透镜的剖视图；

图2是本实用新型提供的透镜及第一发光芯片组合的剖视图；

图3是本实用新型提供的光源器件的立体结构示意图；

图4是本实用新型提供的光源器件的俯视图；

图5是本实用新型提供的图4的光源器件的A-A方向剖切图；

图6是本实用新型提供的图4的光源器件的B-B方向剖切图；

图7是本实用新型的透镜及第一发光芯片组合的光路图；

图8是现有技术的透镜及第一发光芯片组合的光路图；

图9是现有技术的入射光源C1、入射光源D1和入射光源E1分别设于透镜的出光面的曲率中心P的上方、曲率中心P处和曲率中心P的下方的光路示意图；

图中:1-透镜；11-第一光学界面；12-第二光学界面；13-第三光学界面；2-第二透镜；21-第四光学界面；3-第一发光芯片；4-第二发光芯片；5-基板；6-承接部；61-反射围坝。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-7所示，为本实用新型提供的较佳实施例。

参照图1，透镜1包括内表面、外表面和侧面，内表面为用于输入光线的第一光学界面11，外表面为用于输出光线的第二光学界面12，侧面为第三光学界面13。第一光学界面11设置为平面，第二光学界面12设置为平面或者自由曲面。第三光学界面13与第一光学界面11、第二光学界面12的四周边缘连接，第一光学界面11与第三光学界面13之间的夹角为α，60°≤α≤120°，为易于制作且出光效果更好夹角α优选90°左右，特别是第三光学界面13优选为与第一光学界面11垂直或者近似垂直的的平面或者自由曲面。

光由第一光学界面11进入透镜1经折射后达到第二光学界面12，再经第二光学界面12折射后出射。第三光学界面13与第一光学界面11之间的夹角为α，60°≤α≤120°。第三光学界面13可将边缘大角度的出射光向靠近光轴方向折射或者反射，实现边缘光的收光效果，与现有技术相比，本实用新型光能利用率高，且光能更集中，光斑整形效果好，体积可以做到很小，易于集成，参照图7-8。进一步的，第一光学界面11优选为平面或者微弧面，占用空间小，更易于光学集成。第一光学界面11与第三光学界面13之间的夹角为α，满足60°≤α≤120°，会将边缘大角度的出射光向靠近光轴方向偏折，避免光能浪费，可大幅度提高亮度。该实用新型结构小巧、易于集成，出光相对集中、亮度高且光能利用率高。

进一步的，参照图5，第三光学界面13的外周间隔设置有一定高度的反射围坝61，反射围坝61的材质为高反射胶，进一步将光反正至预设照射范围，利于光学整形和光能利用。

光源器件包括透镜1，透镜1紧密覆盖有第一发光芯片3，参照图2、图5。第一发光芯片3的发光面与第一光学界面11紧密贴合。第一发光芯片3的波长优选为小于等于600nm。参照图3-6，光源器件还包括2个第二发光芯片4和分别覆盖2个第二发光芯片4的第二透镜2，即一种光源器件集成3个独立发光的发光单元。例如可设置，第一发光芯片3为绿光芯片，2个第二发光芯片4均为红光芯片或者均为红外芯片，再或者1个为红光芯片、1个为红外芯片。本实用新型的单个光源器件集合不同的发光芯片并配置不同面型的透镜，满足特定场景的需求，功能性强。

第二透镜2与第二发光芯片4的发光面紧密贴合，第二透镜2包括输出光线的第四光学界面21，第四光学界面21设置为凸曲面。第二发光芯片4优选设于第四光学界面21的曲率中心的下方，输入的光线经折射后会具有一定的聚光作用，收光效果较好。进一步的，第四光学界面21设置为中部为平面或者趋近平面的微弧面、四周为曲面，第四光学界面21的中部和四周通过光滑的曲面连接。第二透镜2的面型设置使光源器件实现体积小、光能利用率高、易于集成。

优化方案，光源器件还包括基板5和设于基板5上的承接部6，参照图6。第一发光芯片3和第二发光芯片4设于基板5上。透镜1和第二透镜2分别至少紧密包覆第一发光芯片3和第二发光芯片4的发光面。第一发光芯片3和第二发光芯片4的侧面被承接部6包覆，透镜1和第二透镜2间隔地分布在承接部6的中部。承接部6的内侧设有一定高度、连续的反射围坝61，反射围坝61间隔设于透镜1、第二透镜2的外周。承接部6的材质为高反射胶。反射围坝61用于进一步反射边缘大角度光，提高光能利用率，保证光斑的边缘轮廓形状，对其他相邻光源不造成光干扰，易于集成。反射围坝61的轮廓形状优选与透镜1和第二透镜2的外轮廓形状相同或者相近似设计。

透镜1、第二透镜2互相间隔设置，以及透镜1、第二透镜2与反射围坝61的间隔设置，充分保证了光源器件集成的多个光源，以及整个光源器件对外的独立出光。

不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜，其特征在于，包括：

第一光学界面（11），其设置为平面，用于输入光线；

第二光学界面（12），其设置为平面或者自由曲面，用于输出光线；

第三光学界面（13），其与所述第一光学界面（11）、所述第二光学界面（12）的四周边缘连接，所述第一光学界面（11）与所述第三光学界面（13）之间的夹角为α，60°≤α≤120°。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第三光学界面（13）的外周间隔设置有一定高度的反射围坝（61）。

3.一种光源器件，其特征在于，包括权利要求1或者2所述的透镜，所述透镜覆盖有第一发光芯片（3），所述第一发光芯片（3）的发光面与所述第一光学界面（11）紧密贴合。

4.如权利要求3所述的光源器件，其特征在于，所述第一发光芯片（3）的波长小于等于600nm。

5.如权利要求3所述的光源器件，其特征在于，还包括2个第二发光芯片（4）和覆盖所述第二发光芯片（4）的第二透镜（2）。

6.如权利要求5所述的光源器件，其特征在于，所述第三光学界面（13）和2个所述第二透镜（2）的外周间隔围绕有连续的反射围坝（61）。

7.如权利要求6所述的光源器件，其特征在于，所述第二透镜（2）与所述第二发光芯片（4）的发光面紧密贴合，所述第二透镜（2）包括输出光线的第四光学界面（21），所述第四光学界面（21）设置为凸曲面。

8.如权利要求7所述的光源器件，其特征在于，所述第二发光芯片（4）设于所述第四光学界面（21）的曲率中心的下方。

9.如权利要求8所述的光源器件，其特征在于，所述第四光学界面（21）设置为中部为平面或者趋近平面的微弧面、四周为曲面，所述第四光学界面（21）的中部和四周通过光滑的曲面连接。

10.如权利要求6所述的光源器件，其特征在于，还包括基板（5）和设于所述基板（5）上的承接部（6）；

所述第一发光芯片（3）和所述第二发光芯片（4）设于所述基板（5）上； 所述承接部（6）至少覆盖所述第一发光芯片（3）和所述第二发光芯片（4）的侧面，所述反射围坝（61）设于所述承接部（6）的内侧。