CN201983022U - 多颗led灯珠合光成像系统 - Google Patents

Abstract

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，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；所述成像镜组依次包括第一平凸镜、胶合镜、双凸镜、双凹镜、第二平凸镜。光源与成像镜组组合而成的成像系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物成像清晰，且成本低廉。效率高，成像清晰，可变焦，对焦，用大功率led作为光源，成本低。

Description

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，系统成像物范围较大，可达70mm，可放置较多成像物；光源与成像镜组组合而成的成像系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物成像清晰，且成本低廉。效率高，成像清晰，可变焦，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60~70mm，直径为65~75mm；所述胶合镜左侧凸面曲率半径为400~420mm，中间凸面曲率半径为57~60mm，右侧凸面曲率半径为200~240mm，直径为65~75mm；所述双凸镜左侧凸面曲率半径为85~95mm，右侧凸面曲率半径为550~580mm，直径为65~75mm；所述双凹镜左侧凹面曲率半径为110~130mm，右侧凸面曲率半径为300~330mm，直径为65~75mm，中心厚度为2~5mm；所述第二平凸镜右侧凸面曲率半径为100~130mm，直径为115~125mm。

作为改进，所述第一平凸镜与胶合镜之间的距离为0~3mm，胶合镜与双凸镜之间的距离为0~3mm；所述第一平凸镜、胶合镜、双凸镜组成对焦镜组，所述对焦镜组在成像物后30~100mm，双凹镜在成像物后120~190mm，第二平凸镜在成像物后210~230mm。

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、双凸镜、第二平凸镜的边厚均为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、系统成像物范围较大，可达70mm，可放置较多成像物；

7、系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物成像清晰，且成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

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四颗LED灯珠5，处于同一平面的四颗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，四个第一聚光镜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，四个第二聚光镜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，四个第三聚光镜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，按光学路径依次设有第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9、双凹镜10、第二平凸镜11。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为60mm，直径为65mm，边厚1mm。所述胶合镜8左侧凸面曲率半径为400mm，中间凸面曲率半径为57mm，右侧凸面曲率半径为200mm，直径为65mm。所述双凸镜9左侧凸面曲率半径为85mm，右侧凸面曲率半径为550mm，直径为65mm，边厚1mm。所述双凹镜10左侧凹面曲率半径为110mm，右侧凸面曲率半径为300mm，直径为65mm，中心厚度为2mm。所述第二平凸镜11右侧凸面曲率半径为100mm，直径为115mm，边厚为1mm。所述第一平凸镜7与胶合镜8之间的距离为0mm，胶合镜8与双凸镜9之间的距离为0mm；所述第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9组成对焦镜组，所述对焦镜组在成像物6后30mm，双凹镜10在成像物6后120mm，第二平凸镜11在成像物6后210mm。胶合镜8用于减少系统的象差，对焦镜组在成像系统中用于系统对焦，双凹镜10用于消除系统象差并实现变焦。系统成像物6范围较大，可达70mm，可放置较多成像物6；系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物6成像清晰，且成本低廉。

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四颗LED灯珠5，处于同一平面的四颗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-0.7，曲率半径为7.0mm，直径为15mm，边厚为3mm，四个第一聚光镜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40mm，右曲率半径为14mm，直径为15mm，边厚为3mm，四个第二聚光镜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60mm，直径为25mm，边厚为3mm，四个第三聚光镜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100mm，直径为70mm，边厚为3mm。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1.5mm，所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为12mm，所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为25mm，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，按光学路径依次设有第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9、双凹镜10、第二平凸镜11。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为65mm，直径为70mm，边厚3mm。所述胶合镜8左侧凸面曲率半径为410mm，中间凸面曲率半径为58.5mm，右侧凸面曲率半径为220mm，直径为70mm。所述双凸镜9左侧凸面曲率半径为90mm，右侧凸面曲率半径为565mm，直径为70mm，边厚3mm。所述双凹镜10左侧凹面曲率半径为120mm，右侧凸面曲率半径为315mm，直径为70mm，中心厚度为3.5mm。所述第二平凸镜11右侧凸面曲率半径为115mm，直径为120mm，边厚为3mm。所述第一平凸镜7与胶合镜8之间的距离为1.5mm，胶合镜8与双凸镜9之间的距离为1.5mm；所述第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9组成对焦镜组，所述对焦镜组在成像物6后65mm，双凹镜10在成像物6后155mm，第二平凸镜11在成像物6后220mm。胶合镜8用于减少系统的象差，对焦镜组在成像系统中用于系统对焦，双凹镜10用于消除系统象差并实现变焦。系统成像物6范围较大，可达70mm，可放置较多成像物6；系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物6成像清晰，且成本低廉。

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四颗LED灯珠5，处于同一平面的四颗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-0.6，曲率半径为10mm，直径为20mm，边厚为5mm，四个第一聚光镜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60mm，右曲率半径为20mm，直径为20mm，边厚为5mm，四个第二聚光镜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80mm，直径为30mm，边厚为5mm，四个第三聚光镜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120mm，直径为75mm，边厚为5mm。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3mm，所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为15mm，所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为50mm，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，按光学路径依次设有第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9、双凹镜10、第二平凸镜11。所述第一平凸镜7右侧凸面曲率半径为70mm，直径为75mm，边厚5mm。所述胶合镜8左侧凸面曲率半径为420mm，中间凸面曲率半径为60mm，右侧凸面曲率半径为240mm，直径为75mm。所述双凸镜9左侧凸面曲率半径为95mm，右侧凸面曲率半径为580mm，直径为75mm，边厚5mm。所述双凹镜10左侧凹面曲率半径为130mm，右侧凸面曲率半径为330mm，直径为75mm，中心厚度为5mm。所述第二平凸镜11右侧凸面曲率半径为130mm，直径为125mm，边厚为5mm。所述第一平凸镜7与胶合镜8之间的距离为3mm，胶合镜8与双凸镜9之间的距离为3mm。所述第一平凸镜7、胶合镜8、双凸镜9组成对焦镜组，所述对焦镜组在成像物6后100mm，双凹镜10在成像物6后190mm，第二平凸镜11在成像物6后230mm。胶合镜8用于减少系统的象差，对焦镜组在成像系统中用于系统对焦，双凹镜10用于消除系统象差并实现变焦。系统成像物6范围较大，可达70mm，可放置较多成像物6；系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物6成像清晰，且成本低廉。

综上所述有本实用新型的光源与成像镜组组合而成的成像系统具有较大范围的变焦功能，并能在镜头后1米以外任何距离对成像物成像清晰，且成本低廉。效率高，成像清晰，可变焦，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、胶合镜、双凸镜、双凹镜、第二平凸镜。

2.根据权利要求1所述的多颗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60~70mm，直径为65~75mm；所述胶合镜左侧凸面曲率半径为400~420mm，中间凸面曲率半径为57~60mm，右侧凸面曲率半径为200~240mm，直径为65~75mm；所述双凸镜左侧凸面曲率半径为85~95mm，右侧凸面曲率半径为550~580mm，直径为65~75mm；所述双凹镜左侧凹面曲率半径为110~130mm，右侧凸面曲率半径为300~330mm，直径为65~75mm，中心厚度为2~5mm；所述第二平凸镜右侧凸面曲率半径为100~130mm，直径为115~125mm。

5.根据权利要求1所述的多颗LED灯珠合光成像系统，其特征在于：所述第一平凸镜与胶合镜之间的距离为0~3mm，胶合镜与双凸镜之间的距离为0~3mm；所述第一平凸镜、胶合镜、双凸镜组成对焦镜组，所述对焦镜组在成像物后30~100mm，双凹镜在成像物后120~190mm，第二平凸镜在成像物后210~230mm。

6.根据权利要求1所述的多颗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、双凸镜、第二平凸镜的边厚均为1~5mm。