CN107763569A - 一种用于舞台灯具的多颗led光源聚光匀光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，它包括出光光路方向依次设置的LED光源组件、聚光透镜组件、合光透镜；所述LED光源组件包括LED灯珠与基板，LED灯珠在基板平面上呈正六边形阵列分布，使光源发出的光线更均匀，减少光线损失，提升集光效率；聚光透镜组件能够将LED光源组件发射出的光束聚光成准直均匀光束，改善单束光束的均匀度，同时提升光斑均匀度；该聚合后的均匀光束穿过合光透镜后，把多束准直光束聚焦到合光透镜的焦点处，既保证了光效，又有效提高了光斑均匀度。

Description

一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置
技术领域
本发明涉及一种用于舞台灯具的多颗LED光源装置，尤其是指一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置。
背景技术
目前舞台娱乐电脑图案灯具所应用的光源已逐步用LED光源替代金卤放电泡光源，为提高光源光效及图案光斑均匀度，业内企业及工程技术人员相继采用多颗LED和聚光透镜、阵列复眼透镜及合光透镜组成的大功率光源模组技术，虽然采用复眼匀光透镜的LED光源模组技术光斑均匀度≥90％，但光输出效率在70～80％之间，不够理想(LED模组光效＝经过光源模组后输出的光通量/LED裸光额定光通量)，且聚光匀光透镜组合数量多，导致制作加工成本过高。另外通过采用减少聚光和匀光透镜数量进行聚光合光的技术方案，虽然可降低成本，但其光斑均匀度≤50％，光效最高仅可达到80～85％，仍难以满足大功率LED舞台灯具，特别是图案灯新的应用需求，为此目前舞台LED图案灯亟需一种高光效、较高光斑均匀度的大功率LED模组整体解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决舞台灯具的多颗LED光源的光斑均匀度和光效难以同时兼顾的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，它包括出光光路方向依次设置的LED光源组件、聚光透镜组件、合光透镜；
所述LED光源组件包括基板、LED灯珠，所述LED灯珠在基板上呈正六边形阵列分布；
所述聚光透镜组件包括靠近LED光源组件依次设置的第一聚光透镜组、第二聚光透镜组；所述第一聚光透镜组包括第一透镜，所述第一透镜的入光面为凹面，出光面为凸球面；所述第二聚光透镜组包括第二透镜，所述第二透镜的入光面为二次非球面，出光面为二次曲面；
所述合光透镜为双凸透镜，其入光面与出光面均为凸球面。
优选地，所述LED灯珠的数量不少于12颗，单颗灯珠发光面积1～10mm2。
优选地，所述第一透镜与所述LED灯珠一一对应排列。
优选地，所述第一透镜的入光面曲率半径为4.5～10.0mm，出光面的曲率半径为2～6mm，第一透镜与所述LED灯珠的距离为0.05～0.30mm。
优选地，所述第二透镜的入光面的曲率半径为10～18mm，出光面的曲率半径为4.5～9.0mm。
优选地，所述第二透镜与所述第一透镜一一对应设置，第二透镜与所述第一透镜的间隔距离为0.5～1.0mm。
优选地，所述第二透镜的入光面的曲面系数为0.1～0.5mm，出光面的曲率系数为0～-1。
优选地，所述合光透镜的入光面曲率半径为38～55mm，出光面曲率半径为140～300mm，折射率为1.50～1.75，焦距为45～75mm，合光透镜与所述第二透镜间隔距离为5.5～12.0mm。
优选地，所述合光透镜的材质为光学耐高温玻璃。
优选地，所述合光透镜的焦平面处设置了通光孔，所述通光孔的直径为22～30mm，与所述合光透镜的距离为30～75mm。
本发明包括一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，所述LED灯珠在基板平面上呈正六边形阵列分布，使光源发出的光线更均匀，减少光线损失，提升集光效率；聚光透镜组件能够将LED光源组件发射出的光束聚光成准直均匀光束，改善单束光束的均匀度，同时提升光斑均匀度；该聚合后的均匀光束穿过合光透镜后，把多束准直光束聚焦到合光透镜的焦点处，在保证光效的同时提高光斑均匀度。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置结构示意图；
图2为本发明的LED光源组件结构示意图；
图3为本发明的第一聚光透镜组排列示意图；
图4为本发明的第二聚光透镜组排列示意图；
其中，1-基板，2-LED灯珠，3-第一聚光透镜组，4-第二聚光透镜组，5-合光透镜，6-通光孔，7-第一透镜，8-第二透镜。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1以及图2，在本发明实施例中，一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，它包括出光光路方向依次设置的LED光源组件、聚光透镜组件、合光透镜5；
所述LED光源组件包括基板1、LED灯珠2，所述LED灯珠2在基板1上呈正六边形阵列分布；
所述聚光透镜组件包括靠近LED光源组件依次设置的第一聚光透镜组3、第二聚光透镜组4；所述第一聚光透镜组3包括第一透镜7，所述第一透镜7的入光面为凹面，出光面为凸球面；所述第二聚光透镜组4包括第二透镜8，所述第二透镜8的入光面为二次非球面，出光面为二次曲面；
所述合光透镜5为双凸透镜，其入光面与出光面均为凸球面。
本实施例中，LED灯珠2呈正六边形阵列分布，在有限的基板1区域内，保证LED灯珠2散热的同时，可以排列最多数量的LED灯珠2，所述LED灯珠2发出的光，更接近理想中的均匀面光源，最大限度减少光线损失，提升集光效率；LED灯珠2发出的多束光经过第一聚光透镜组3进行第一次聚光，再经第二聚光透镜组4聚光后，形成多束准直均匀光束，所述准直光束经过合光透镜5后，聚焦在一起，形成合光，第一透镜7入光凹面主要作用在于更有效收集芯片发出的光线，同时对芯片表层起到一定保护作用，第一透镜7出光面设置为球面作用在于增大透镜光焦度以提升第一透镜的聚光效果；第二透镜8入光与出光面设置为非球面，作用在于把LED光束角度进一步缩小，同时也起到优化光线折射角度均匀光斑的效果。
实施例一
进一步的，所述LED灯珠2的数量不少于12颗，所述基板1中心位置不放置LED灯珠2，单颗灯珠发光面积1～10mm，基板1中心位置不放置LED灯珠，可以控制光斑的均匀度，LED灯珠数量越多对混光越有利，单颗LED光源的光强分布不均匀现象，可以用更多数量光源光波干涉重叠加以强弱互补达到增强混光匀光的效果，设置18颗数量是两个六边形阵列所需最小数量，低于18颗一是光学系统功率难以做大，二是将导致光斑均匀度降低。
实施例二
进一步的，所述第一聚光透镜组3包括多个第一透镜7；所述第一透镜7与所述LED灯珠2一一对应排列。本实施例中，第一透镜7的数量根据LED灯珠2的数量决定，每颗LED灯珠2正前方对应有单个第一透镜7进行聚光，使多颗LED灯珠2发出的光束，经过第一透镜7后，得到光效与光斑均匀度相同的光束。
实施例三
进一步的，所述第一透镜7的入光面曲率半径为4.5～10.0mm，出光面的曲率半径为2～6mm，第一透镜7与所述LED灯珠2的距离为0.05～0.30mm。本实施例中，第一透镜7的入光面的曲率半径优选为5.5mm，出光面的曲率半径优选为2.15mm，考虑到第一透镜7与LED灯珠2的距离过低，不利于实际安装操作，距离过高，不利于光线的收集，因此根据实际情况需要在0.05～0.30mm之间选择合适的间距,第一透镜7和第二透镜8共同组成一个有效焦距EFFL值为3.5的聚光镜组,两个单透镜曲率半径范围确定取决于有效焦距的大小,本方案聚光镜组有效焦距之所以设置为f3.5，是需要把光束角为120°LED光源聚集成20°～30°之间小角度光束，焦距越小对光线聚集的能力越强。
实施例四
进一步的，所述第二透镜8的入光面的曲率半径为10～18mm，出光面的曲率半径为4.5～9.0mm。本实施例中，第二透镜8入光面曲率半径优选为12.5mm，出光面曲率半径优选为5.3mm。
实施例五
进一步的，所述第二聚光透镜组4包括多个第二透镜8；所述第二透镜8与所述第一透镜7一一对应设置，第二透镜8与所述第一透镜7的间隔距离为0.5～1.0mm。本实施例中，第二透镜8的数量由第一透镜7的数量决定，第一透镜7与第二透镜8的间距根据实际安装需要在0.5～1.0mm选择，经过第一透镜7聚光后的光束，再次经过第二透镜8聚光，可以有效提高单光束的均匀度。
实施例六
进一步的，所述第二透镜8的入光面的曲面系数为0.1～0.5mm，出光面的曲率系数为0～-1。
实施例七
进一步的，所述合光透镜5的入光面曲率半径为38～55mm，出光面曲率半径为140～300mm，折射率为1.50～1.75，焦距为45～75mm，合光透镜5与所述第二透镜8间隔距离为5.5～12.0mm。本实施例中，合光透镜5入光面的曲率半径优选为42mm，出光面曲率半径优选为150mm，合光透镜5能把多束准直光束，聚焦到合光透镜5的焦点处，完成合光,合光透镜5作用在于调节合光透镜的焦距，同时调节合光距离的大小(合光距离等于光束聚焦最亮点到合光透镜出光面顶点的距离)。
实施例八
进一步的，所述合光透镜5的材质为光学耐高温玻璃。本实施例中，多束光束聚光通过合光透镜5后，其内部温度超过200摄氏度，普通塑料材质难以承受高温会导致融化，因此采用玻璃作为透镜方可使得产品正常使用。
实施例九
进一步的，所述合光透镜5的焦平面处设置了通光孔6，所述通光孔6的直径为22～30mm，与所述合光透镜5的距离为30～75mm。本实施例中，通光孔6位置用于放置成像物，同时可以拦除外围杂散光线以改善镜头成像质量以及光斑均匀度，通光孔大小的确定与焦点处合光光斑大小成正比，但会小于合光光斑以挡除外围杂散光线(假定合光最大光斑为Φ31mm，则通光孔可在Φ22～Φ30mm间选取；通光孔距离确定取决于合光透镜焦距大小，通光孔的设置原则是必须在合光透镜像方焦平面前后两个位置区间内(±5.0mm)，以便获得最佳的光斑照度和均匀度及成像质量。
如下图表为通光孔间隔距离、通光孔大小、光斑均匀度、光效四种变量参数综合数据实验表，
实验数据结果分析：从通光孔实际光效和光斑均匀度对比，可以得出通光孔在Φ26～Φ30mm之间选取比较合适，合光位置在37mm～42mm距离范围选取比较合适，从统计数据可看出通光孔在这两个区间范围内，本系统可以高光效输出及光斑均匀度，完全可以满足大功率舞台灯具的要求。
综上所述，本发明提供的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，LED灯珠2呈正六边形阵列分布在基板1上，基板中心位置不放置LED灯珠2，正六边形分布的意义在于在有限的平面基板区域内，保证散热的同时，排布最多数量的LED灯珠2，使多颗分布的LED灯珠2发光后更接近理想中的均匀面光源，同时最大限度的减少光线损失以提升集光效率；每颗LED灯珠2正前方对应有单个第一透镜7进行聚光，第一透镜7对LED灯珠2发出的光束进行一次聚光，第二透镜8对通过第一透镜7的光束再次聚光，得到准直均匀光束，合光透镜5把多束均匀光束聚焦在像方焦平面的通光孔6处完成合光。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：它包括出光光路方向依次设置的LED光源组件、聚光透镜组件、合光透镜；
所述LED光源组件包括基板、LED灯珠，所述LED灯珠在基板上呈正六边形阵列分布；
所述聚光透镜组件包括靠近LED光源组件依次设置的第一聚光透镜组、第二聚光透镜组；所述第一聚光透镜组包括第一透镜，所述第一透镜的入光面为凹面，出光面为凸球面；所述第二聚光透镜组包括第二透镜，所述第二透镜的入光面为二次非球面，出光面为二次曲面；
所述合光透镜为双凸透镜，其入光面与出光面均为凸球面。
2.如权利要求1所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述LED灯珠的数量不少于12颗，单颗灯珠发光面积1～10mm2。
3.如权利要求2所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述第一聚光透镜组包括多个第一透镜；所述第一透镜与所述LED灯珠一一对应排列。
4.如权利要求3所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述第一透镜的入光面曲率半径为4.5～10.0mm，出光面的曲率半径为2～6mm，第一透镜与所述LED灯珠的距离为0.05～0.30mm。
5.如权利要求4所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述第二透镜的入光面的曲率半径为10～18mm，出光面的曲率半径为4.5～9.0mm。
6.如权利要求5所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述第二聚光透镜组包括多个第二透镜；所述第二透镜与所述第一透镜一一对应设置，第二透镜与所述第一透镜的间隔距离为0.5～1.0mm。
7.如权利要求6所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述第二透镜的入光面的曲面系数为0.1～0.5mm，出光面的曲率系数为0～-1。
8.如权利要求7所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述合光透镜的入光面曲率半径为38～55mm，出光面曲率半径为140～300mm，折射率为1.50～1.75，焦距为45～75mm，合光透镜与所述第二透镜间隔距离为5.5～12.0mm。
9.如权利要求8所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述合光透镜的材质为光学耐高温玻璃。
10.如权利要求9所述的一种用于舞台灯具的多颗LED光源聚光匀光装置，其特征在于：所述合光透镜的焦平面处设置了通光孔，所述通光孔的直径为22～30mm，与所述合光透镜的距离为30～75mm。
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