CN201935002U - 一种多颗led灯珠合光成像系统 - Google Patents

一种多颗led灯珠合光成像系统 Download PDF

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一种多颗LED合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组,所述光源包括平面基板,所述平面基板上设有两颗以上LED灯珠,每颗LED灯珠前方均对应设有一个第一聚光镜,每个第一聚光镜前方均对应设有一个第二聚光镜,每个第二聚光镜前方均对应设有一个第三聚光镜,所有第三聚光镜前方设有一个第四聚光镜;所述成像镜组按光路方向依次包括第一平凸镜、第二平凸镜、第三平凸镜。光源与成像镜组组合而成的成像系统效率高,成像清晰,对焦,用大功率led作为光源,成本低。

Description

一种多颗LED灯珠合光成像系统
技术领域
本实用新型涉及光学成像,尤其是具有多颗LED灯珠合光的光学成像系统。
背景技术
成像灯,或称成型灯、椭球聚光灯。其光束角有多种可以根据需要选择应用,主要特性是如幻灯似的能将光斑切割成方、菱形、三角形等各种形状,或投射出所需各种图案花纹,功率也有1KW、2KW等可选择配置。LED成像灯一般包括LED光源、成像镜组,通过成像镜组中的图案片及各个光学透镜的配合,成像出不同的影像图案。如中国专利公开号为201575340U的一种LED聚焦装置,包括底座、两个以上的LED灯;LED灯包括LED光源、配装透镜、透镜架及散热柱,LED光源安装在散热柱的一端,配装透镜安装在LED光源的前方并包裹LED光源,配装透镜通过透镜架安装在散热柱上;LED灯通过散热柱安装在底座上,底座为弧形曲片,LED灯安装在弧形曲片上。上述成像装置中,LED光源是安装在弧形曲片上的,依靠弧形曲片的角度将LED灯发出来的光进行聚合,从而达到聚光的作用。该种成像装置存在以下缺点:作为光源一部分的弧形曲片加工难度大,进度要求高;安装精度要求高;曲片弧面一旦加工成型,LED光源位置无法改变,无法通过光源进行调焦,只能通过像镜组进行调焦,校对成像镜组中的多个透镜工作量大,耗时长。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多颗LED灯珠合光成像系统,平面光源的加工、安装方便,成本低,调焦容易。
为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:一种多颗LED灯珠合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组,所述光源包括平面基板,所述平面基板上设有两颗以上LED灯珠,每颗LED灯珠前方均对应设有一个第一聚光镜,所有第一聚光镜组成第一聚光镜组;每个第一聚光镜前方均对应设有一个第二聚光镜,所有第二聚光镜组成第二聚光镜组;每个第二聚光镜前方均对应设有一个第三聚光镜,所有第三聚光镜组成第三聚光镜组;所述第三聚光镜组前方设有一个第四聚光镜;所述成像镜组按光路方向依次包括第一平凸镜、第二平凸镜、第三平凸镜。对于成像系统的光源,能做到用直径较小的镜头组合将单颗灯珠的发散光线80%的光通量聚集为发散度较小的近平行光线,然后再由第四聚光镜将多束近平行光聚焦到第四聚光镜的焦点附近,进而实现多颗灯珠的光束合成;灯珠在同一平面,安装方便,工艺简单,散热容易处理,成本低廉;光学效率提高80%;短距离实现合光,且合光均匀。对于成像系统的成像镜组,整个成像系统镜头结构简单,低成本,成像清晰,成像物范围大,可达60mm,可放置较多成像物。光源与成像镜组组合而成的成像系统效率高,成像清晰,对焦,用大功率led作为光源,成本低。
作为改进,所述第一聚光镜为非球面镜,圆锥系数为-0.85~-0.6,曲率半径为4.5~10mm,直径为10~20mm;所述第二聚光镜为普通球面镜,其左侧凸面曲率半径为20~60mm,右侧凸面曲率半径为8~20mm,直径为10~20mm;所述第三聚光镜为简单平凸镜,其凸面曲率半径为40~80mm,直径为20~30mm;所述第四聚光镜的焦距为80~120mm,直径为65~75mm。
作为改进,所述第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0~3mm;所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8~15mm;所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2~50mm。
作为改进,所述第一平凸镜右侧凸面曲率半径为70~85mm,直径为63~74mm;所述第二平凸镜右侧凸面曲率半径为120~140mm,直径为65~75mm;所述第三平凸镜右侧凸面曲率半径为140~160mm,直径为75~85mm。
作为改进,所述第一平凸镜与第二平凸镜之间的距离为0~3mm;所述第一平凸镜与第二平凸镜组成对焦镜组,所述对焦镜组在系统中的成像物后25~60mm;所述第三平凸镜在系统中成像物后150~170mm。
作为改进,所述第一聚光镜、第二聚光镜、第三聚光镜、第四聚光镜、第一平凸镜、第二平凸镜、第三平凸镜边厚为1~5mm。
本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是:
1、平面LED灯组加工更方便,加工以及安装所要求的精度不高;
2、可通过第四聚光镜进行调焦,调焦更方便快捷;
3、平面LED光源散热容易处理,成本低廉;
4、光学效率提高80%;
5、短距离实现合光,且合光均匀;
6、第一平凸镜与第二平凸镜组成对焦镜组,在成像系统中用于系统对焦,使镜头后2米以外成像清晰;
7、整个成像系统镜头结构简单,低成本,成像清晰,成像物范围大,可达60mm,可放置较多成像物。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为LED灯珠分布图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1
一种多颗LED灯珠合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组。
光源
如图1、2所示,所述光源为平面光源包括平面基板,所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5,本实施例中一共设有三颗LED灯珠5,处于同一平面的四三颗LED灯珠5形成平面光源。每颗LED灯珠5前方均对应设有一个第一聚光镜11,所述第一聚光镜11为非球面镜,圆锥系数为-0.85,曲率半径为4.5mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第一聚光镜11处于同一平面上并组成第一聚光镜组1,对LED发出来的光线进行第一次聚光。每个第一聚光镜11前方均对应设有一个第二聚光镜21,所述第二聚光镜21为普通球面镜,其左曲率半径为20mm,右曲率半径为8mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第二聚光镜21处于同一平面上并组成第二聚光镜组2,对LED发出来的光线进行第二次聚光。每个第二聚光镜21前方均对应设有一个第三聚光镜31,所述第三聚光镜31为简单平凸镜,其凸面曲率半径为40mm,直径为20mm,边厚为1mm,三个第三聚光镜31处于同一平面上并组成第三聚光镜组3,对LED发出来的光线进行第三次聚光。第三聚光镜组3前方设有一个第四聚光镜4,所述第四聚光镜4为非涅尔透镜,所述第四聚光镜的焦距为80mm,直径为65mm,边厚为1mm。由第一聚光镜11、第二聚光镜21、第三聚光镜31组合起来的聚光系统,所述第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0mm,所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8mm,所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2mm,能做到用直径较小的镜头组合将单颗灯珠的发散光线80%的光通量聚集为发散度较小的近平行光线,然后再由第四聚光镜4将多束近平行光聚焦到第四聚光镜4的焦点附近,进而实现多颗灯珠的光束合成。三次均匀递减地聚光,从LED灯珠发出120度的光束角通过第一聚光镜组1第一次聚到70-80度,通过第二聚光镜组2第二次聚到30-40度,通过第三聚光镜组3第三次聚到20度以内,最后在第四聚光镜4焦点附近,60%以上的光线集中在20mm-60mm直径范围以内,且60%以上的光线发散角在40度以内,适合放置成像物。
成像镜组
如图1所示,按光路方向依次设有第一平凸镜7、第二平凸镜8、第三平凸镜9。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为70mm,边厚为1mm,直径为63mm;所述第二平凸镜8右侧凸面曲率半径为120mm,边厚为1mm,直径为65mm;所述第三平凸镜9右侧凸面曲率半径为140mm,边厚为1mm,直径为75mm。所述第一平凸镜7与第二平凸镜8之间的距离为0mm;所述第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,所述对焦镜组在系统中的成像物4后25mm;所述第三平凸镜9在系统中成像物4后150mm。第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,在成像系统中用于系统对焦,使镜头后2米以外成像清晰;整个成像系统镜头结构简单,低成本,成像清晰,成像物4范围大,可达60mm,可放置较多成像物。
实施例2
一种多颗LED灯珠合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组。
光源
如图1、2所示,所述光源为平面光源包括平面基板,所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5,本实施例中一共设有三颗LED灯珠5,处于同一平面的三颗LED灯珠5形成平面光源。每颗LED灯珠5前方均对应设有一个第一聚光镜11,所述第一聚光镜11为非球面镜,圆锥系数为-0.85,曲率半径为4.5mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第一聚光镜11处于同一平面上并组成第一聚光镜组1,对LED发出来的光线进行第一次聚光。每个第一聚光镜11前方均对应设有一个第二聚光镜21,所述第二聚光镜21为普通球面镜,其左曲率半径为20mm,右曲率半径为8mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第二聚光镜21处于同一平面上并组成第二聚光镜组2,对LED发出来的光线进行第二次聚光。每个第二聚光镜21前方均对应设有一个第三聚光镜31,所述第三聚光镜31为简单平凸镜,其凸面曲率半径为40mm,直径为20mm,边厚为1mm,三个第三聚光镜31处于同一平面上并组成第三聚光镜组3,对LED发出来的光线进行第三次聚光。第三聚光镜组3前方设有一个第四聚光镜4,所述第四聚光镜4为非涅尔透镜,所述第四聚光镜的焦距为80mm,直径为65mm,边厚为1mm。由第一聚光镜11、第二聚光镜21、第三聚光镜31组合起来的聚光系统,所述第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0mm,所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8mm,所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2mm,能做到用直径较小的镜头组合将单颗灯珠的发散光线80%的光通量聚集为发散度较小的近平行光线,然后再由第四聚光镜4将多束近平行光聚焦到第四聚光镜4的焦点附近,进而实现多颗灯珠的光束合成。三次均匀递减地聚光,从LED灯珠发出120度的光束角通过第一聚光镜组1第一次聚到70-80度,通过第二聚光镜组2第二次聚到30-40度,通过第三聚光镜组3第三次聚到20度以内,最后在第四聚光镜4焦点附近,60%以上的光线集中在20mm-60mm直径范围以内,且60%以上的光线发散角在40度以内,适合放置成像物。
成像镜组
如图1所示,按光路方向依次设有第一平凸镜7、第二平凸镜8、第三平凸镜9。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为80mm,边厚为3mm,直径为68mm;所述第二平凸镜8右侧凸面曲率半径为130mm,边厚为3mm,直径为70mm;所述第三平凸镜9右侧凸面曲率半径为150mm,边厚为3mm,直径为80mm。所述第一平凸镜7与第二平凸镜8之间的距离为1.5mm;所述第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,所述对焦镜组在系统中的成像物4后45mm;所述第三平凸镜9在系统中成像物4后160mm。第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,在成像系统中用于系统对焦,使镜头后2米以外成像清晰;整个成像系统镜头结构简单,低成本,成像清晰,成像物4范围大,可达60mm,可放置较多成像物。
实施例3
一种多颗LED灯珠合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组。
光源
如图1、2所示,所述光源为平面光源包括平面基板,所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5,本实施例中一共设有三颗LED灯珠5,处于同一平面的三颗LED灯珠5形成平面光源。每颗LED灯珠5前方均对应设有一个第一聚光镜11,所述第一聚光镜11为非球面镜,圆锥系数为-0.85,曲率半径为4.5mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第一聚光镜11处于同一平面上并组成第一聚光镜组1,对LED发出来的光线进行第一次聚光。每个第一聚光镜11前方均对应设有一个第二聚光镜21,所述第二聚光镜21为普通球面镜,其左曲率半径为20mm,右曲率半径为8mm,直径为10mm,边厚为1mm,三个第二聚光镜21处于同一平面上并组成第二聚光镜组2,对LED发出来的光线进行第二次聚光。每个第二聚光镜21前方均对应设有一个第三聚光镜31,所述第三聚光镜31为简单平凸镜,其凸面曲率半径为40mm,直径为20mm,边厚为1mm,三个第三聚光镜31处于同一平面上并组成第三聚光镜组3,对LED发出来的光线进行第三次聚光。第三聚光镜组3前方设有一个第四聚光镜4,所述第四聚光镜4为非涅尔透镜,所述第四聚光镜的焦距为80mm,直径为65mm,边厚为1mm。由第一聚光镜11、第二聚光镜21、第三聚光镜31组合起来的聚光系统,所述第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0mm,所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8mm,所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2mm,能做到用直径较小的镜头组合将单颗灯珠的发散光线80%的光通量聚集为发散度较小的近平行光线,然后再由第四聚光镜4将多束近平行光聚焦到第四聚光镜4的焦点附近,进而实现多颗灯珠的光束合成。三次均匀递减地聚光,从LED灯珠发出120度的光束角通过第一聚光镜组1第一次聚到70-80度,通过第二聚光镜组2第二次聚到30-40度,通过第三聚光镜组3第三次聚到20度以内,最后在第四聚光镜4焦点附近,60%以上的光线集中在20mm-60mm直径范围以内,且60%以上的光线发散角在40度以内,适合放置成像物。
成像镜组
如图1所示,按光路方向依次设有第一平凸镜7、第二平凸镜8、第三平凸镜9。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为85mm,边厚为5mm,直径为74mm;所述第二平凸镜8右侧凸面曲率半径为140mm,边厚为5mm,直径为75mm;所述第三平凸镜9右侧凸面曲率半径为160mm,边厚为5mm,直径为85mm。所述第一平凸镜7与第二平凸镜8之间的距离为3mm;所述第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,所述对焦镜组在系统中的成像物4后60mm;所述第三平凸镜9在系统中成像物4后170mm。第一平凸镜7与第二平凸镜8组成对焦镜组,在成像系统中用于系统对焦,使镜头后2米以外成像清晰;整个成像系统镜头结构简单,低成本,成像清晰,成像物4范围大,可达60mm,可放置较多成像物。
综上所述,光源与成像镜组组合而成的成像系统效率高,成像清晰,对焦,用大功率led作为光源,成本低。

Claims (6)

1.一种多颗LED灯珠合光成像系统,包括光源、设于光源前方的成像镜组,其特征在于:所述光源包括平面基板,所述平面基板上设有两颗以上LED灯珠,每颗LED灯珠前方均对应设有一个第一聚光镜,所有第一聚光镜组成第一聚光镜组;每个第一聚光镜前方均对应设有一个第二聚光镜,所有第二聚光镜组成第二聚光镜组;每个第二聚光镜前方均对应设有一个第三聚光镜,所有第三聚光镜组成第三聚光镜组;所述第三聚光镜组前方设有一个第四聚光镜;所述成像镜组按光路方向依次包括第一平凸镜、第二平凸镜、第三平凸镜。
2.根据权利要求1所述的一种多颗LED灯珠合光成像系统,其特征在于:所述第一聚光镜为非球面镜,圆锥系数为-0.85~-0.6,曲率半径为4.5~10mm,直径为10~20mm;所述第二聚光镜为普通球面镜,其左侧凸面曲率半径为20~60mm,右侧凸面曲率半径为8~20mm,直径为10~20mm;所述第三聚光镜为简单平凸镜,其凸面曲率半径为40~80mm,直径为20~30mm;所述第四聚光镜的焦距为80~120mm,直径为65~75mm。
3.根据权利要求1所述的一种多颗LED灯珠合光成像系统,其特征在于:所述第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0~3mm;所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8~15mm;所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2~50mm。
4.根据权利要求1所述的一种多颗LED灯珠合光成像系统,其特征在于:所述第一平凸镜右侧凸面曲率半径为70~85mm,直径为63~74mm;所述第二平凸镜右侧凸面曲率半径为120~140mm,直径为65~75mm;所述第三平凸镜右侧凸面曲率半径为140~160mm,直径为75~85mm。
5.根据权利要求1所述的一种多颗LED灯珠合光成像系统,其特征在于:所述第一平凸镜与第二平凸镜之间的距离为0~3mm;所述第一平凸镜与第二平凸镜组成对焦镜组,所述对焦镜组在系统中的成像物后25~60mm;所述第三平凸镜在系统中成像物后150~170mm。
6.根据权利要求1所述的一种多颗LED灯珠合光成像系统,其特征在于:所述第一聚光镜、第二聚光镜、第三聚光镜、第四聚光镜、第一平凸镜、第二平凸镜、第三平凸镜边厚为1~5mm。
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