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一种多颗led合光成像光学系统 Download PDF

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Abstract

一种多颗LED合光成像光学系统，包括合光部分和成像部分，所述合光部分包括三颗以上的LED灯珠，每颗LED灯珠前方对应设有一个把LED灯珠光通量聚集在5~15度内的聚光装置，所有所述聚光装置组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜；所述合光部分与成像部分之间设有通光孔，所述成像部分为成像透镜，所述成像透镜距离通光孔的距离为d，成像透镜的焦距为f，成像透镜的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜成像，由于成像透镜与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。

Description

一种多颗LED合光成像光学系统
技术领域
本实用新型涉及LED照明领域，尤其是多颗LED合光成像系统。
背景技术
目前光学成像系统一般包括合光部分和成像部分，而光的聚焦主要需要两部分，第一是光源，第二是聚焦装置。现有多颗LED的合光聚光方法一般是通过改变LED光源的每个LED灯珠的发光角度来达到目的的，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；并且该聚光方法所用镜头组较大，合光距离长，合光不均匀，造成成本过高。
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，光源为平面光源、其加工和安装方便，成本低；调焦容易，实现短距离合光，且合光均匀，适合成像。
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合光成像光学系统，包括合光部分和成像部分，所述合光部分包括三颗以上的LED灯珠，每颗LED灯珠前方对应设有一个把LED灯珠光通量聚集在5~15度内的聚光装置，所有所述聚光装置组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜；所述合光部分与成像部分之间设有通光孔，所述成像部分为成像透镜，所述成像透镜距离通光孔的距离为d，成像透镜的焦距为f，成像透镜的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜成像，由于成像透镜与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
作为改进，所述LED灯珠的发光面积在102mm以内。
作为改进，所述LED灯珠安装在平面基板上。
作为改进，所述聚光装置为5度、10度或15度聚光透镜。
作为改进，所述聚光装置由球面镜和非球面镜组合而成，或反光杯，或有机玻璃。
作为改进，所述通光孔位于合光透镜焦点处，所述合光透镜的焦距为100~250mm。
本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：
聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜成像，由于成像透镜与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
附图说明
图1为本实用新型光路图。
图2为实施例1LED灯珠分布示意图。
图3为实施例2LED灯珠分布示意图。
图4为实施例3LED灯珠分布示意图。
图5为实施例4LED灯珠分布示意图。
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
如图1所示，一种多颗LED灯珠合光成像系统，包括合光部分和成像部分。
合光部分包括三颗以上的LED灯珠2，如图2所示，本实施例在平面基板1上设有三颗LED灯珠2，呈正三角形分布，所述LED灯珠2发光面积在102mm以内。每颗LED灯珠2前方对应设有一个把LED灯珠2光通量聚集在5~15度内的聚光装置3，本实施例中，所述聚光装置3为5度聚光透镜，聚光透镜的直径为20mm；单颗LED灯珠2加5度聚光透镜时，最高照度可以达到3000Lx1米距离处，50%光束角为5度。所有所述聚光装置3组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜4；所述合光部分与成像部分之间设有屏板5，所述屏板5上设有通光孔6，所述合光透镜4焦点在所述通光孔6处，所述合光透镜4的焦距为100~250mm，合光透镜4将聚光装置群组收集的光线聚焦到其焦点附近，屏板5平面上的光通量60%以上集中在通光孔6孔径之内。
所述成像部分为成像透镜7，所述成像透镜7距离通光孔6的距离为d，成像透镜7的焦距为f，成像透镜7的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。本实施例中，f=170mm，170mm＜d＜340mm，Φ=120mm。
聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜7成像，由于成像透镜7与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
实施例2
如图1所示，一种多颗LED灯珠合光成像系统，包括合光部分和成像部分。
合光部分包括三颗以上的LED灯珠2，如图3所示，本实施例在平面基板1上设有四颗LED灯珠2，呈正四边形分布，所述LED灯珠2发光面积在102mm以内。每颗LED灯珠2前方对应设有一个把LED灯珠2光通量聚集在5~15度内的聚光装置3，本实施例中，所述聚光装置3为5度聚光透镜，聚光透镜的直径为30mm；单颗LED灯珠2加5度聚光透镜时，最高照度可以达到5500Lx1米距离处，50%光束角为5度。所有所述聚光装置3组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜4；所述合光部分与成像部分之间设有屏板5，所述屏板5上设有通光孔6，所述合光透镜4焦点在所述通光孔6处，所述合光透镜4的焦距为100~250mm，合光透镜4将聚光装置群组收集的光线聚焦到其焦点附近，屏板5平面上的光通量60%以上集中在通光孔6孔径之内。
所述成像部分为成像透镜7，所述成像透镜7距离通光孔6的距离为d，成像透镜7的焦距为f，成像透镜7的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。本实施例中，f=250mm，250mm＜d＜500mm，Φ=180mm。
聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜7成像，由于成像透镜7与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
实施例3
如图1所示，一种多颗LED灯珠合光成像系统，包括合光部分和成像部分。
合光部分包括三颗以上的LED灯珠2，如图4所示，本实施例在平面基板1上设有六颗LED灯珠2，呈正六边形分布，所述LED灯珠2发光面积在102mm以内。每颗LED灯珠2前方对应设有一个把LED灯珠2光通量聚集在5~15度内的聚光装置3，本实施例中，所述聚光装置3为10度聚光透镜，聚光透镜的直径为20mm；单颗LED灯珠2加10度聚光透镜时，最高照度可以达到1800Lx1米距离处，50%光束角为10度。所有所述聚光装置3组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜4；所述合光部分与成像部分之间设有屏板5，所述屏板5上设有通光孔6，所述合光透镜4焦点在所述通光孔6处，所述合光透镜4的焦距为100~250mm，合光透镜4将聚光装置群组收集的光线聚焦到其焦点附近，屏板5平面上的光通量60%以上集中在通光孔6孔径之内。
所述成像部分为成像透镜7，所述成像透镜7距离通光孔6的距离为d，成像透镜7的焦距为f，成像透镜7的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。本实施例中，f=100mm，100mm＜d＜200mm，Φ=90mm。
聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜7成像，由于成像透镜7与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
实施例4
如图1所示，一种多颗LED灯珠合光成像系统，包括合光部分和成像部分。
合光部分包括三颗以上的LED灯珠2，如图5所示，本实施例在平面基板1上设有九颗LED灯珠2，呈3×3矩阵分布，所述LED灯珠2发光面积在102mm以内。每颗LED灯珠2前方对应设有一个把LED灯珠2光通量聚集在5~15度内的聚光装置3，本实施例中，所述聚光装置3为15度聚光透镜，聚光透镜的直径为20mm；单颗LED灯珠2加15度聚光透镜时，最高照度可以达到1300Lx1米距离处，50%光束角为15度。所有所述聚光装置3组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜4；所述合光部分与成像部分之间设有屏板5，所述屏板5上设有通光孔6，所述合光透镜4焦点在所述通光孔6处，所述合光透镜4的焦距为100~250mm，合光透镜4将聚光装置群组收集的光线聚焦到其焦点附近，屏板5平面上的光通量60%以上集中在通光孔6孔径之内。
所述成像部分为成像透镜7，所述成像透镜7距离通光孔6的距离为d，成像透镜7的焦距为f，成像透镜7的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。
聚光装置能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，然后再由合光透镜将多束近平行光聚焦到合光透镜的焦点附近，进而实现多颗灯珠的光束合成；通光孔位置的光通量60%以上集中在30mm的孔径之内；本实用新型的聚光合光系统结构简单，安装维修方便，成本价格低；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。光源的光线经过合光部分的聚合后供成像透镜7成像，由于成像透镜7与通光孔之间的位置关系，使得整个光学系统成像清晰。
综合上述实施例1~4，需要指出的是，本领域技术人员利用常规手段能够制造出5~15度聚光装置3，除了上述指出的聚光透镜外，聚光装置3还可以是球面镜和非球面镜的组合、反光杯、有机玻璃等，说明书中涉及的5~15度聚光装置3为现有技术，不再详细说明。

Claims (6)

1.一种多颗LED合光成像光学系统，包括合光部分和成像部分，所述合光部分包括三颗以上的LED灯珠，每颗LED灯珠前方对应设有一个把LED灯珠光通量聚集在5~15度内的聚光装置，所有所述聚光装置组成聚光装置群组，所述聚光装置群组前方设有一个合光透镜；所述合光部分与成像部分之间设有通光孔，所述成像部分为成像透镜，所述成像透镜距离通光孔的距离为d，成像透镜的焦距为f，成像透镜的直径为Φ，其中f＜d＜2f，Φ=2*d*sinθ，10°≤θ≤25°。
2.根据权利要求1所述的一种多颗LED合光成像光学系统，其特征在于：所述LED灯珠的发光面积在102mm以内。
3.根据权利要求1所述的一种多颗LED合光成像光学系统，其特征在于：所述LED灯珠安装在平面基板上。
4.根据权利要求1所述的一种多颗LED合光成像光学系统，其特征在于：所述聚光装置为5度、10度或15度聚光透镜。
5.根据权利要求1所述的一种多颗LED合光成像光学系统，其特征在于：所述聚光装置由球面镜和非球面镜组合而成，或反光杯，或有机玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种多颗LED合光成像光学系统，其特征在于：所述通光孔位于合光透镜焦点处，所述合光透镜的焦距为100~250mm。
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