CN115903247A - 一种聚焦型紫外led线光源及其聚焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚焦型紫外LED线光源及其聚焦方法，包括设于线光源内部的发光结构以及环绕所述发光结构设置的外壳，所述发光结构包括自下而上依次设置的电路基板、紫外LED灯、一次透镜和二次透镜；所述紫外LED灯具有多个，沿线光源的延伸方向均匀地固接于所述电路基板中间；所述一次透镜与所述紫外LED灯对应设置，并将所述紫外LED灯包裹；所述二次透镜为一双自由曲面透镜，安装固定于所述外壳上；还包括相对设置于所述紫外LED灯两侧的反光结构；所述反光结构安装固定于所述外壳上。本发明对一次透镜和二次透镜进行设计，并将一次透镜和二次透镜配合使用，达到光功率密度高，均匀性高，杂散光少和光功率密度高的优点。
Description
技术领域
本实用本发明属于LED照明技术领域，具体涉及一种LED侧向光透镜的线光源。
背景技术
UV(紫外线)线光源系统主要应用于固化场合，主要的指标为工作距离、波长、功率密度、均匀度和杂散光。线光源需要将UV-LED光源尽可能的利用，然后聚焦到小的接收面上。传统封装的LED一般为类郎伯型的，光能量不是很集中。为了利用更多的能量，势必导致二次透镜也设计的相对更大，二次透镜越大，则出光面越大，出光面越大，导致照射面上的功率密度下降。在传统线光源的设计中，通常只注重于一次透镜或二次透镜其中一种的设计，如公开号为 CN106444051A的专利文件中所公开的线光源系统，仅对二次透镜进行了设计。而只注重于一种透镜进行线光源的设计存在以下缺点：只注重一次透镜导致工作距离上的光功率密度低，均匀性低，杂散光多；只注重二次透镜导致，能量利用率低继而导致光功率密度低。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提出一种聚焦型紫外LED线光源及其聚焦方法，对一次透镜和二次透镜进行设计，并将一次透镜和二次透镜配合使用，达到光功率密度高，均匀性高，杂散光少和光功率密度高的优点。
本发明是这样实现的：
一种聚焦型紫外LED线光源，包括设于线光源内部的发光结构以及环绕所述发光结构设置的外壳，
所述发光结构包括自下而上依次设置的电路基板、紫外LED灯、一次透镜和二次透镜；所述紫外LED灯具有多个，沿线光源的延伸方向均匀地固接于所述电路基板中间；所述一次透镜与所述紫外LED灯对应设置，并将所述紫外LED灯包裹；所述二次透镜为双自由曲面透镜，安装固定于所述外壳上；
还包括相对设置于所述紫外LED灯两侧的反光结构；所述反光结构安装固定于所述外壳上。
优选的，所述一次透镜为硅胶或石英制备而成的透镜，所述一次透镜包括设于顶面的平面出光部，以及连接于平面出光部边缘的曲面出光部，所述曲面出光部自平面出光部的边缘沿弧线方向平滑延伸至透镜的一侧；所述透镜还包括设于透镜底部的入射光腔，所述入射光腔包括设于光腔顶部的第一入光面，平滑连接于第一入光面边缘并沿光腔一侧延伸的第二入光面，以及与第一入光面和第二入光面连接的第三入光面；所述第二入光面位于对应曲面出光部的一侧。所述一次透镜用于减少光束角的角度，提高了聚光效果。
对同一个光源而言，光束角越大，中心光强就越弱，而线光源的本质就是通过透镜的聚光作用，将光源所发出的光线聚焦于工作面上，形成一条线性光斑，故减小光束角的角度可提高线光源的聚光效果。但由于随着光束角的减小，光能量损失越大，故选取合适的光束角对线光源而言具有重要的意义。而所述一次透镜达到了在保证光能量损失时比例不变的同时，有效减小了光束角的角度。
优选的，所述二次透镜的双自由曲面分别为设于二次透镜顶部的第一曲面和设于二次透镜底部的第二曲面。所述第一曲面为出射面，用于发散第一曲面接受的光线，形成均匀的光斑；所述第二曲面为入射面，用于接收所述一次透镜发出的光线。
具体的，所述第一曲面的曲率半径小于所述第二曲面的曲率半径。由于曲率半径越小，曲面的弯曲弧度越大，焦距越小，故所述第一曲面采用小曲率半径，用于减小线光源的工作距离，提高工作面上形成的光斑均匀度；而大曲率半径使第二曲面的弯曲弧度减小，有助于所述二次透镜接受光线。
优选的，所述二次透镜的延伸长度小于所述外壳的延伸长度。使所述外壳遮挡住二次透镜的端面，防止紫外线从线光源的端面射出，提高了线光源的安全性。
优选的，所述反光结构为反光杯。所述反光杯同于增强均匀度和减少杂散光。
具体的，其特征在于，所述反光杯的截面呈自上而下依次减小的倒锥形。倒锥形的反光杯可使一次透镜射出的光线的更加均匀地射至二次透镜。
优选的，所述二次透镜的宽度大于所述一次透镜的水平投影面的最大长宽尺寸，有助于所述二次透镜接受所述一次透镜发射出的光线。
优选的，所述一次透镜和二次透镜配合使用使所述线光源的光束角在 27.5°时达到类郎伯型配光的光束角60°时的光强。
一种基于所述的线光源的聚焦方法，从所述紫外LED灯发出的光线经过一次透镜后形成小角度的边缘光线，所述边缘光线经过所述二次透镜的后聚焦到聚焦面上形成均匀的光斑。
本发明的有益效果：
(1)提高了光源的聚光效果：通过一次透镜的具有多个入光面的曲面入光部和平面出光部，在保证光能量损失时比例不变的同时，有效减小了光束角的角度，提高了光源的聚光效果。
(2)光斑更均匀：所述二次透镜通过双自由曲面，使透镜具有比圆柱透镜更大的自由度，可形成更均匀的光斑。
附图说明
图1为类郎伯型配光的光束角与能量的关系曲线图；
图2位本发明的二次透镜截面示意图；
图3为本发明的发光结构示意图；
图4为本发明的聚焦方法示意图。
附图标记：
1、电路基板；2、紫外LED灯；3、一次透镜；4、二次透镜；41、第一曲面； 42、第二曲面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，一种聚焦型紫外LED线光源，包括设于线光源内部的发光结构以及环绕所述发光结构设置的外壳，
所述发光结构包括自下而上依次设置的电路基板1、紫外LED灯2、一次透镜3和二次透镜4；所述紫外LED灯2具有多个，沿线光源的延伸方向均匀地固接于所述电路基板1中间；所述一次透镜3与所述紫外LED灯2对应设置，并将所述紫外LED灯2包裹；所述二次透镜4为双自由曲面透镜，安装固定于所述外壳上；
在本实施例中，所述一次透镜3为石英制备而成的透镜，所述一次透镜3 包括设于顶面的平面出光部，以及连接于平面出光部边缘的曲面出光部，所述曲面出光部自平面出光部的边缘沿弧线方向平滑延伸至透镜的一侧；所述透镜还包括设于透镜底部的入射光腔，所述入射光腔包括设于光腔顶部的第一入光面，平滑连接于第一入光面边缘并沿光腔一侧延伸的第二入光面，以及与第一入光面和第二入光面连接的第三入光面；所述第二入光面位于对应曲面出光部的一侧。所述一次透镜3用于减少光束角的角度，提高了聚光效果。
对同一个光源而言，光束角越大，中心光强就越弱，而线光源的本质就是通过透镜的聚光作用，将光源所发出的光线聚焦于工作面上，形成一条线性光斑，故减小光束角的角度可提高线光源的聚光效果。但由于随着光束角的减小，光能量损失越大，故选取合适的光束角对线光源而言具有重要的意义。而所述一次透镜3达到了在保证光能量损失时比例不变的同时，有效减小了光束角的角度。
在本实施例中，所述二次透镜4的双自由曲面分别为设于二次透镜4顶部的第一曲面41和设于二次透镜4底部的第二曲面42。所述第一曲面41为出射面，用于发散第一曲面41接受的光线，形成均匀的光斑；所述第二曲面42为入射面，用于接收所述一次透镜3发出的光线。
具体的，所述第一曲面41的曲率半径小于所述第二曲面42的曲率半径。由于曲率半径越小，曲面的弯曲弧度越大，焦距越小，故所述第一曲面41采用小曲率半径，用于减小线光源的工作距离，提高工作面上形成的光斑均匀度；而大曲率半径使第二曲面42的弯曲弧度减小，有助于所述二次透镜4接受光线。
在本实施例中，所述二次透镜4的延伸长度小于所述外壳的延伸长度。使所述外壳遮挡住二次透镜4的端面，防止紫外线从线光源的端面射出，提高了线光源的安全性。
在本实施例中，所述二次透镜4的宽度大于所述一次透镜3的水平投影面的最大长宽尺寸，有助于所述二次透镜4接受所述一次透镜3发射出的光线。
在本实施例中，所述一次透镜3和二次透镜4配合使用使所述线光源的光束角在27.5°时达到类郎伯型配光的光束角60°时的光强。
还包括相对设置于所述紫外LED灯2两侧的反光结构；所述反光结构安装固定于所述外壳上。
在本实施例中，所述反光结构为反光杯。所述反光杯同于增强均匀度和减少杂散光。
具体的，其特征在于，所述反光杯的截面呈自上而下依次减小的倒锥形。倒锥形的反光杯可使一次透镜3射出的光线的更加均匀地射至二次透镜4。
如图4所示，线光源的聚焦方法如下：从所述紫外LED灯2发出的光线经过一次透镜3后形成小角度的边缘光线，所述边缘光线经过所述二次透镜4的后聚焦到聚焦面上形成均匀的光斑。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种聚焦型紫外LED线光源，包括设于线光源内部的发光结构以及环绕所述发光结构设置的外壳，其特征在于，
所述发光结构包括自下而上依次设置的电路基板、紫外LED灯、一次透镜和二次透镜；所述紫外LED灯具有多个，沿线光源的延伸方向均匀地固接于所述电路基板中间；所述一次透镜与所述紫外LED灯对应设置，并将所述紫外LED灯包裹；所述二次透镜为双自由曲面透镜，安装固定于所述外壳上；
还包括相对设置于所述紫外LED灯两侧的反光结构；所述反光结构安装固定于所述外壳上。
2.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述一次透镜为硅胶或石英制备而成的透镜，所述一次透镜包括设于顶面的平面出光部，以及连接于平面出光部边缘的曲面出光部，所述曲面出光部自平面出光部的边缘沿弧线方向平滑延伸至透镜的一侧；所述透镜还包括设于透镜底部的入射光腔，所述入射光腔包括设于光腔顶部的第一入光面，平滑连接于第一入光面边缘并沿光腔一侧延伸的第二入光面，以及与第一入光面和第二入光面连接的第三入光面；所述第二入光面位于对应曲面出光部的一侧。
3.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述二次透镜的双自由曲面分别为设于二次透镜顶部的第一曲面和设于二次透镜底部的第二曲面。
4.根据权利要求3所述的线光源，其特征在于，所述第一曲面的曲率半径小于所述第二曲面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述二次透镜的延伸长度小于所述外壳的延伸长度。
6.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述反光结构为反光杯。
7.根据权利要求6所述的线光源，其特征在于，所述反光杯的截面呈自上而下依次减小的倒锥形。
8.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述二次透镜的宽度大于所述一次透镜的水平投影面的最大长宽尺寸。
9.根据权利要求1所述的线光源，其特征在于，所述一次透镜和二次透镜配合使用使所述线光源的光束角在27.5°时达到类郎伯型配光的光束角60°时的光强。
10.一种基于权利要求1所述的线光源的聚焦方法，其特征在于，从所述紫外LED灯发出的光线经过一次透镜后形成小角度的边缘光线，所述边缘光线经过所述二次透镜的后聚焦到聚焦面上形成均匀的光斑。
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