CN108006456B - 一种实现极小角度光束的led光学照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于照明加工领域，具体涉及一种实现极小角度光束的LED光学照明装置，装置的同中心轴从光入射方向顺序包括：LED光源、聚光镜组件、光学效果组件、成像镜头组件；聚光镜组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：平凸非球面透镜一、平凸透镜二、平凸透镜三，所述平凸非球面透镜一、所述平凸透镜二的入射面为平面，所述平凸透镜三是与所述平凸透镜二的光学几何尺寸相同、布置方向相反的透镜。解决了LED光束灯因使用多芯片高密度集成LED阵列光源带来的光束中心十字架空洞和光斑暗区，LED光束灯中心照度提升难，LED光束灯图案不够清晰的问题；特别适用于舞台娱乐场所等需求高亮度投射灯的场合实用。

Description

一种实现极小角度光束的LED光学照明装置
技术领域
本发明属于照明加工领域，具体涉及一种实现极小角度光束的LED光学照明装置。
背景技术
目前舞台娱乐场所用的光束灯按光源主要分为超短弧气体放电光源(俗称杯泡、气体放电泡、反射器光源)和高密度、高流明输出的LED光源。现有技术的短弧气泡光源整灯热量大和被照物表面温度高，安全性、可靠性、光效低，灯具维护保养人工成本高，已经越来越难满足各种中小型娱乐场所的使用要求。为解决短弧光源的缺陷，业内人士开发的以LED为光源的光束灯，LED光束灯具有节能环保、安全可靠、稳定性、使用寿命和可控性高、光源色温和颜色丰富可选。但是一般LED光源因为光谱特性的差异和光出射度(光源上每单位面积向2∏球面度内发出的光通量，单位：lm/m2)远低于短弧杯泡光源，从而导致LED光束灯在亮度、光束强度、对比度光束粗实锐利程度均不如杯泡光源，为此业内人士相继开发出单芯片大面积高流明值LED光源和多芯片高密度集成LED阵列光源。但是单芯片大面积LED光源光效一直难以进一步得到提升且价格成本高，许多企业已逐步放弃使用。取而代之的是多芯片高密度集成LED阵列光源应用的光束灯，此类光源发光面积小、高光效、高流明输出使得LED光束灯在亮度和光束感等方面已逐步赶上短弧杯泡光源。但是此类型光源是由至少4个或多个芯片间隔阵列分布，LED芯片中间会有宽度为0.1-0.5mm的纵横交错的暗带，芯片发光进过光学镜头后投射出准直平行光束，此时LED芯片成像并投影的光束目视观测效果就是镜头出光口段或中间段会有类似十字架空洞，在光斑中心就会表现为暗区明显照度不均匀，此类缺陷严重影响LED光束灯的使用效果和舞台表现力。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的投射光束灯照度不均匀的问题，从而提出一种实现极小角度光束的LED光学照明装置。
为解决上述技术问题，本发明的一种实现极小角度光束的LED光学照明装置的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：LED光源、聚光镜组件、光学效果组件、成像镜头组件；
所述聚光镜组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：平凸非球面透镜一、平凸透镜二、平凸透镜三，其中所述平凸非球面透镜一、所述平凸透镜二的入射面为平面，所述平凸透镜三是与所述平凸透镜二的光学几何尺寸相同、布置方向相反的透镜。
所述平凸非球面透镜一入光面与光源距离为1.0-3.0mm，优选1.6-2.0m m，这样LED发出的大角度较低光强光线将被弃用，剩余80％中心光强较高的光线将可通过；所述平凸非球面透镜一的出光面R值为5.0-8.0mm，优选6.0mm；所述平凸非球面透镜一的通光有效口径值要达到所述LED光源最大发光尺寸的2.5-4倍。
所述平凸透镜二的出射面曲率半径为10.5-15mm，优选R10.8mm。
所述光学效果组件包括有图案花样挡片，所述图案花样挡片开设有与所述装置同中心轴的通光孔，所述通光孔通光内径为5-8mm，优选6mm；所述图案花样挡片厚度小于0.2mm；所述图案花样挡片与所述平凸透镜三的距离为2.0-6.0mm，优选4.0mm。
所述成像镜头组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：双凹透镜四、双凸非球面透镜五、双凸透镜六。
所述双凹透镜四与所述双凸非球面透镜五为胶合镜组，其中，所述双凹透镜四的入射面曲率半径为131.28mm，出射面曲率半径150.06；所述双凸非球面透镜五的入射面曲率半径为150.06mm，出射面曲率半径为135.03mm。
所述双凸透镜六的入射面和出射面曲率半径相等均为260.05mm。
所述聚光镜组件的复合等效焦点为f，所述成像镜头组件的复合等效焦点为F，所述焦点f与所述焦点F重合。
所述LED光源为LED多芯片阵列光源。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，超高亮度比市场上同类型灯具高出40-50％(市场上150w Beam 5米@平均水平50000-53000Lux，本发发明产品应用100w光源即可达到5米@54600Lux)，光束粗实锐利中心无空洞、色差消除较好，成像清晰，光路行程短。解决了LED光束灯因使用多芯片高密度集成LED阵列光源带来的光束中心十字架空洞和光斑暗区的问题，解决了LED光束灯中心照度提升难的问题，解决了LED光束灯图案不够清晰的问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一个实施例的一种实现极小角度光束的LED光学照明装置的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的一种实现极小角度光束的LED光学照明装置的光路图。
图中附图标记表示为：1-LED光源，2-平凸非球面透镜一，3-平凸透镜二，4-平凸透镜三，5-图案花样挡片，6-光学效果组件，7-双凹透镜四，8-双凸非球面透镜五，9-双凸透镜六。
具体实施方式
如图1所示，一种实现极小角度光束的LED光学照明装置，该装置的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：LED光源1、聚光镜组件、光学效果组件6、成像镜头组件。
聚光镜组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：平凸非球面透镜一2、平凸透镜二3、平凸透镜三4，其中平凸非球面透镜一2、平凸透镜二3的入射面为平面，平凸透镜三4是与平凸透镜二3的光学几何尺寸相同、布置方向相反、材质相异的透镜。
平凸非球面透镜一2入光面与光源距离为1.6mm，平凸非球面透镜一2的出光面R值为6.0mm，平凸非球面透镜一2的通光有效口径值要达到LED光源1最大发光尺寸的2.5-4倍；平凸透镜二3的出射面曲率半径为10.8mm。
光学效果组件6包括有图案花样挡片5，图案花样挡片5开设有与装置同中心轴的通光孔，通光孔通光内径为6.0mm，图案花样挡片5厚度小于0.2mm，图案花样挡片5与平凸透镜三4的距离为4.0mm。
成像镜头组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：双凹透镜四7、双凸非球面透镜五8、双凸透镜六9。
双凹透镜四7与双凸非球面透镜五8为胶合镜组，其中，双凹透镜四7的入射面曲率半径为131.28mm，出射面曲率半径150.06；双凸非球面透镜五8的入射面曲率半径为150.06mm，出射面曲率半径为135.03mm；双凸透镜六9的入射面和出射面曲率半径相等均为260.05mm。
聚光镜组件的复合等效焦点为f，成像镜头组件的复合等效焦点为F，焦点f与焦点F重合。
LED光源1为LED多芯片阵列光源。
连接关系以及功能：平凸非球面透镜一2、平凸透镜二3与平凸透镜三4共同组成的聚光镜，平凸非球面透镜一2与LED光源1的安装高度大于1.0小于3.0。小于1.0高度无法形成聚焦光束，大于3.0将导致漏光导致光效严重降低，优选1.6-2.0mm，此安装高度条件下的聚光镜将LED光源发光角度为100-120°以内的光线收集后形成一束角度为45-65°聚焦光束，并聚焦于图案花样挡板5的通光孔处，此时聚焦光束中心光线能量集中，光斑均匀，已经有效弥补了光源芯片间隔所导致的暗区，最后聚焦光束焦点与成像镜头物方焦点F重合，形成如图2中的光路。
在重合点附近位置设图案花样组件及颜色组件经过成像光学装置后即可投射出中心无暗区无空洞现象光束粗实锐利视觉效果好色差消除较好成像清晰的光束图案效果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种实现极小角度光束的LED光学照明装置，其特征在于，所述装置的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：LED光源、聚光镜组件、光学效果组件、成像镜头组件；
所述聚光镜组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：平凸非球面透镜一、平凸透镜二、平凸透镜三，其中所述平凸非球面透镜一、所述平凸透镜二的入射面为平面，所述平凸透镜三是与所述平凸透镜二的光学几何尺寸相同、布置方向相反、材质相异的透镜；所述平凸非球面透镜一入光面与光源距离为1.6mm，所述平凸非球面透镜一的出光面R值为6.0mm，所述平凸非球面透镜一的通光有效口径值要达到所述LED光源最大发光尺寸的2.5-4倍；所述平凸透镜二的出射面曲率半径为10.8mm；
光学效果组件包括有图案花样挡片，所述图案花样挡片开设有与所述装置同中心轴的通光孔，所述通光孔通光内径为6mm，所述图案花样挡片厚度小于0.2mm，所述图案花样挡片与所述平凸透镜三的距离为4.0mm；
所述成像镜头组件的同中心轴从光入射方向顺序包括如下结构：双凹透镜四、双凸非球面透镜五、双凸透镜六；所述双凹透镜四与所述双凸非球面透镜五为胶合镜组，其中，所述双凹透镜四的入射面曲率半径为131.28mm，出射面曲率半径150.06mm；所述双凸非球面透镜五的入射面曲率半径为150.06mm，出射面曲率半径为135.03mm；所述双凸透镜六的入射面和出射面曲率半径相等均为260.05mm；
所述聚光镜组件的复合等效焦点为f，所述成像镜头组件的复合等效焦点为F，所述焦点f与所述焦点F重合；
所述聚光镜组件将LED光源发光角度为100-120°以内的光线收集后形成一束角度为45-65°聚焦光束，并聚焦于图案花样挡板的通光孔处。
2.如权利要求1所述的实现极小角度光束的LED光学照明装置，其特征在于，所述LED光源为LED多芯片阵列光源。
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