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， 0 =2*d*sin 9， 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 10 ² mm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 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 10 ² mm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 3000Lx@ l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� �， 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， 0 =2*d*sin θ， 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 10 ² mm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 5500Lx@ l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� �， 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， 0 =2*d*sin θ， 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 10 ² mm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 1800Lx@l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� �， 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， 0 =2*d*sin θ， 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 X 3矩阵分布， 所述 LED灯珠 2发光 面积在 10 ² mm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 1300Lx@ l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� �， 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， 0 =2*d*sin θ， 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。