[发明专利]LED小角度远距离送光镜组及阵列

说明书

技术领域：本发明涉及光学镜头，特别适用于LED小角度送光镜。

现有技术：LED光源以其高效、节能、环保、长寿命、小尺寸的优点已广泛用于背景光源、显示器件、复印机、激光印刷机等成像照明领域，上述应用通常局限在近距离面阵照明，单粒组合显示用途，这是由于LED散射发光特性决定，其初始发散角可接近180°，这对于近距离大面积照明是有利的，但照明距离有限。因此，LED厂家通常在封装时进行了简单的配光，收缩发散角。例如采用柱状透镜封装，可以一定量收缩发散角，市场上可见到60°、30°、15°半功率发散角，但其光利用率低，聚光透镜直接与发光芯片封装接触，工作温度高，极易老化，产生裂纹，使透镜的透光性能大大下降。大量的光在封装体内漫反射，产生更多的热能导致封装透镜进一步老化失效。有一些大功率光源用上述LED列阵组合照明，但体积大，发散角偏大，不便于大功率远距离送光。

查阅LED光源中国专利，主要集中在LED封装和中近距离照明系统，最相近的专利有两个。申请号200380105936.0“透镜阵列板及其制造方法”，发明目的是有效将漫射光聚集到一光利用表面(如复印机或激光印刷机的成像面液晶显示板等，属近距离均匀照明系统。申请号200710118965.0，“一种用于LED光源透镜”，发明的目的是使LED光源发出的光经透镜后在远场形成一个矩形、正方形或条状的光照明范围，以方便用于路照明时路面的条状均匀照明。用于LED路灯照明属中距离照明系统。它出射的光束在X和Y相垂直的两个方位发散角相差很大，无法向远距离送光。并且由于要切割出矩形的照明视场，截止或切割了部分光线，造成了光能量的损失。

近年来平安城市工程等安防监控系统已趋向日夜全天候监控，对夜间室外监控，普遍要求采用红外照明，以减少光污染。LED红外光源制作技术和工艺已成熟，近红外LED以低耗能、长寿命特点使其成为较好的红外光源。近距离的照明系统下无论是可见光的还是红外光已普遍采用LED作光源。远距离红外照明系统，目前普遍采用的是经过简单聚光封装的单颗红外LED捆绑列阵，以大面积捆绑组成大功率LED阵列向远距离送光。但由于其体积大和前述原因寿命短、照明系统维护费用高，制约着其进一步的发展和应用。不断有安防监控用户提出需要一种体积小、寿命长、发光效率高、低能耗的长距离红外照明系统，我们的远距离小角度送光镜组就是在这样的市场技术背景下提出并研发的。

发明内容：本发明的目的是为了使LED芯片发出的大角度散射光经过反光碗和透镜的二次配光后，高效收集光能量，会聚光束，实现小角度向远距离送光。提供一种小角度远距离送光镜组及阵列。

本发明的送光镜组方案是：

每个送光镜组配一个发光芯片，每个送光镜组包含反光碗和收光透镜；

反光碗由上下开口的内回转曲面组成。回转曲面由圆锥曲线绕着其对称轴回转而成；内反射面镀全反射膜，反光碗的底部为水平的圆形其中心与圆锥曲线的焦点重合，在焦点位置安装LED发光芯片；

所述的收光透镜由环周的圆锥曲线回转面、上出光曲面和下入光曲面组成。收光透镜的回转曲线可以是与反光碗同一条圆锥曲线的不同段或不同的圆锥曲线，但反光碗的出口与收光透镜的入口有对应吻合的配合位置关系；收光透镜的下入光曲面由两部分组成，中心环带是具有回转对称的凸面，外环带是具有回转对称的凹面；上出光面也由两部分组成，中心环带是回转对称凸面，外环带是相对中心环带曲率半径较大的且凸面或凹面，该外环带曲率满足以下条件：使到达该环带光线小角度偏折后以等于小于设计的极限角度θ_c出射；收光透镜上下曲面中心环带构成凸透镜其焦点在圆锥曲线的焦点；该收光透镜满足以下条件：收光透镜上下曲面中心环带对应构成凸透镜对LED芯片发出的中心区较小角度光束进行收缩汇聚，以接近0°的很小的发射角出射；LED芯片发出的过渡区较大角度光束进入收光透镜的下入光面的外圈区域的凹面，向外偏折后以大于全反射临界角的入射角射向收光透镜圆锥曲线的回转面，并在其内壁并产生全反射后经过收光透镜上出光曲面的外圈区域偏折后以小于等于设计的极限角度θ_c出射。

反光碗的高度与收光透镜高度相匹配即可，组合后的总高度与出光口径之比L/D与设计出光角度相关联；组合后的总高度满足以下条件：出光角度越小，L/D就越大，配光镜组尺寸越大；LED芯片发出的外圈区大角度光束进入反光碗的回转反射面反射后进入收光透镜的下入光面的外圈区域的凹面，被稍微向外偏折进入上出光面的外圈区域向内偏折，最后以小于等于设计的极限角度θ_c出射。