一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法

《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》涉及LED的聚光，尤其是平面多顆LED燈珠的合光聚光方法，適合成像燈具的利用。

光的聚焦主要需要兩部分，第一是光源，第二是聚焦裝置。截至2011年1月24日有多顆LED的合光聚光方法一般是通過改變LED光源的每個LED燈珠的發(fā)光角度來達到目的的，如中國專利公開號為201575340U的一種LED聚焦裝置，包括底座、兩個以上的LED燈；LED燈包括LED光源、配裝透鏡、透鏡架及散熱柱，LED光源安裝在散熱柱的一端，配裝透鏡安裝在LED光源的前方并包裹LED光源，配裝透鏡通過透鏡架安裝在散熱柱上；LED燈通過散熱柱安裝在底座上，底座為弧形曲片，LED燈安裝在弧形曲片上。上述成像裝置中，LED光源是安裝在弧形曲片上的，依靠弧形曲片的角度將LED燈發(fā)出來的光進行聚合，從而達到聚光的作用。該種成像裝置存在以下缺點：作為光源一部分的弧形曲片加工難度大，進度要求高；安裝精度要求高；曲片弧面一旦加工成型，LED光源位置無法改變，無法通過光源進行調(diào)焦，只能通過像鏡組進行調(diào)焦，校對成像鏡組中的多個透鏡工作量大，耗時長；并且該聚光方法所用鏡頭組較大，合光距離長，合光不均勻，造成成本過高。

圖1為《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》聚光系統(tǒng)的俯視圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

2018年12月20日，《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》獲得第二十屆中國專利優(yōu)秀獎。

• 實施例1

如圖1、2所示，一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，由平面的光源進行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均勻分布有多顆LED燈珠5，該實施例中一共設(shè)有四顆LED燈珠5，處于同一平面的四顆LED燈珠5形成平面光源。每顆LED燈珠5前方均對應(yīng)設(shè)有一個第一聚光鏡11，所述第一聚光鏡11為非球面鏡，圓錐系數(shù)為-0.85，曲率半徑為4.5毫米，直徑為10毫米，邊厚為1毫米，四個第一聚光鏡11處于同一平面上并組成第一聚光鏡組1，對LED發(fā)出來的光線進行第一次聚光。每個第一聚光鏡11前方均對應(yīng)設(shè)有一個第二聚光鏡21，所述第二聚光鏡21為普通球面鏡，其左曲率半徑為20毫米，右曲率半徑為8毫米，直徑為10毫米，邊厚為1毫米，四個第二聚光鏡21處于同一平面上并組成第二聚光鏡組2，對LED發(fā)出來的光線進行第二次聚光。每個第二聚光鏡21前方均對應(yīng)設(shè)有一個第三聚光鏡31，所述第三聚光鏡31為簡單平凸鏡，其凸面曲率半徑為40毫米，直徑為20毫米，邊厚為1毫米，四個第三聚光鏡31處于同一平面上并組成第三聚光鏡組3，對LED發(fā)出來的光線進行第三次聚光。第三聚光鏡組3前方設(shè)有一個第四聚光鏡4，所述第四聚光鏡4為非涅爾透鏡，所述第四聚光鏡的焦距為80毫米，直徑為65毫米，邊厚為1毫米。由第一聚光鏡11、第二聚光鏡21、第三聚光鏡31組合起來的聚光系統(tǒng)，所述第一聚光鏡與第二聚光鏡之間的距離為0毫米，所述第二聚光鏡與第三聚光鏡之間的距離為8毫米，所述第三聚光鏡與第四聚光鏡之間的距離為2毫米，能做到用直徑較小的鏡頭組合將單顆燈珠的發(fā)散光線80%的光通量聚集為發(fā)散度較小的近平行光線，然后再由第四聚光鏡4將多束近平行光聚焦到第四聚光鏡4的焦點附近，進而實現(xiàn)多顆燈珠的光束合成。三次均勻遞減地聚光，從LED燈珠發(fā)出120度的光束角通過第一聚光鏡組1第一次聚到70-80度，通過第二聚光鏡組2第二次聚到30-40度，通過第三聚光鏡組3第三次聚到20度以內(nèi)，最后在第四聚光鏡4焦點附近，60%以上的光線集中在20毫米-60毫米直徑范圍以內(nèi)，且60%以上的光線發(fā)散角在40度以內(nèi)，適合放置成像物。

• 實施例2

如圖1、2所示，一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，由平面的光源進行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均勻分布有多顆LED燈珠5，該實施例中一共設(shè)有四顆LED燈珠5，處于同一平面的四顆LED燈珠5形成平面光源。每顆LED燈珠5前方均對應(yīng)設(shè)有一個第一聚光鏡11，所述第一聚光鏡11為非球面鏡，圓錐系數(shù)為-0.7，曲率半徑為7.0毫米，直徑為15毫米，邊厚為3毫米，四個第一聚光鏡11處于同一平面上并組成第一聚光鏡組1，對LED發(fā)出來的光線進行第一次聚光。每個第一聚光鏡11前方均對應(yīng)設(shè)有一個第二聚光鏡21，所述第二聚光鏡21為普通球面鏡，其左曲率半徑為40毫米，右曲率半徑為14毫米，直徑為15毫米，邊厚為3毫米，四個第二聚光鏡21處于同一平面上并組成第二聚光鏡組2，對LED發(fā)出來的光線進行第二次聚光。每個第二聚光鏡21前方均對應(yīng)設(shè)有一個第三聚光鏡31，所述第三聚光鏡31為簡單平凸鏡，其凸面曲率半徑為60毫米，直徑為25毫米，邊厚為3毫米，四個第三聚光鏡31處于同一平面上并組成第三聚光鏡組3，對LED發(fā)出來的光線進行第三次聚光。第三聚光鏡組3前方設(shè)有一個第四聚光鏡4，所述第四聚光鏡4為非涅爾透鏡，所述第四聚光鏡的焦距為100毫米，直徑為70毫米，邊厚為3毫米。由第一聚光鏡11、第二聚光鏡21、第三聚光鏡31組合起來的聚光系統(tǒng)，所述第一聚光鏡與第二聚光鏡之間的距離為1.5毫米，所述第二聚光鏡與第三聚光鏡之間的距離為12毫米，所述第三聚光鏡與第四聚光鏡之間的距離為25毫米，能做到用直徑較小的鏡頭組合將單顆燈珠的發(fā)散光線80%的光通量聚集為發(fā)散度較小的近平行光線，然后再由第四聚光鏡4將多束近平行光聚焦到第四聚光鏡4的焦點附近，進而實現(xiàn)多顆燈珠的光束合成。三次均勻遞減地聚光，從LED燈珠發(fā)出120度的光束角通過第一聚光鏡組1第一次聚到70-80度，通過第二聚光鏡組2第二次聚到30-40度，通過第三聚光鏡組3第三次聚到20度以內(nèi)，最后在第四聚光鏡4焦點附近，60%以上的光線集中在20毫米-60毫米直徑范圍以內(nèi)，且60%以上的光線發(fā)散角在40度以內(nèi)，適合放置成像物。

• 實施例3

如圖1、2所示，一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，由平面的光源進行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均勻分布有多顆LED燈珠5，該實施例中一共設(shè)有四顆LED燈珠5，處于同一平面的四顆LED燈珠5形成平面光源。每顆LED燈珠5前方均對應(yīng)設(shè)有一個第一聚光鏡11，所述第一聚光鏡11為非球面鏡，圓錐系數(shù)為-0.6，曲率半徑為10毫米，直徑為20毫米，邊厚為5毫米，四個第一聚光鏡11處于同一平面上并組成第一聚光鏡組1，對LED發(fā)出來的光線進行第一次聚光。每個第一聚光鏡11前方均對應(yīng)設(shè)有一個第二聚光鏡21，所述第二聚光鏡21為普通球面鏡，其左曲率半徑為60毫米，右曲率半徑為20毫米，直徑為20毫米，邊厚為5毫米，四個第二聚光鏡21處于同一平面上并組成第二聚光鏡組2，對LED發(fā)出來的光線進行第二次聚光。每個第二聚光鏡21前方均對應(yīng)設(shè)有一個第三聚光鏡31，所述第三聚光鏡31為簡單平凸鏡，其凸面曲率半徑為80毫米，直徑為30毫米，邊厚為5毫米，四個第三聚光鏡31處于同一平面上并組成第三聚光鏡組3，對LED發(fā)出來的光線進行第三次聚光。第三聚光鏡組3前方設(shè)有一個第四聚光鏡4，所述第四聚光鏡4為非涅爾透鏡，所述第四聚光鏡的焦距為120毫米，直徑為75毫米，邊厚為5毫米。由第一聚光鏡11、第二聚光鏡21、第三聚光鏡31組合起來的聚光系統(tǒng)，所述第一聚光鏡與第二聚光鏡之間的距離為3毫米，所述第二聚光鏡與第三聚光鏡之間的距離為15毫米，所述第三聚光鏡與第四聚光鏡之間的距離為50毫米，能做到用直徑較小的鏡頭組合將單顆燈珠的發(fā)散光線80%的光通量聚集為發(fā)散度較小的近平行光線，然后再由第四聚光鏡4將多束近平行光聚焦到第四聚光鏡4的焦點附近，進而實現(xiàn)多顆燈珠的光束合成。三次均勻遞減地聚光，從LED燈珠發(fā)出120度的光束角通過第一聚光鏡組1第一次聚到70-80度，通過第二聚光鏡組2第二次聚到30-40度，通過第三聚光鏡組3第三次聚到20度以內(nèi)，最后在第四聚光鏡4焦點附近，60%以上的光線集中在20毫米-60毫米直徑范圍以內(nèi)，且60%以上的光線發(fā)散角在40度以內(nèi)，適合放置成像物。

綜上所述，平面LED燈光源加工更方便，加工以及安裝所要求的精度不高；可通過第四聚光鏡4進行調(diào)焦，調(diào)焦更方便快捷；平面LED光源散熱容易處理，成本低廉；光學(xué)效率提高80%；短距離實現(xiàn)合光，且合光均勻。以四顆60瓦的led燈珠為例，聚焦合成后可用于變焦成像系統(tǒng)，出射光束角由12度變焦到40度，1米光斑的平均照度可達4500勒克斯，而傳統(tǒng)HID光源的同類燈具，575瓦的1米光斑平均照度6500勒克斯左右。

一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法專利目的

《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》所要解決的技術(shù)問題提供一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，光源的加工、安裝方便，成本低；調(diào)焦容易，實現(xiàn)短距離合光，且合光均勻。

一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法技術(shù)方案

《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》的技術(shù)方案是：一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，所述聚光方法中，多顆LED燈珠均處于同一平面，每顆LED燈珠前方均對應(yīng)設(shè)有一個第一聚光鏡，所有第一聚光鏡組成第一聚光鏡組；每個第一聚光鏡前方均對應(yīng)設(shè)有一個第二聚光鏡，所有第二聚光鏡組成第二聚光鏡組；每個第二聚光鏡前方均對應(yīng)設(shè)有一個第三聚光鏡，所有第三聚光鏡組成第三聚光鏡組；所述第三聚光鏡組前方設(shè)有一個第四聚光鏡；每顆LED燈珠發(fā)出來的光線經(jīng)過其對應(yīng)的第一聚光鏡、第二聚光鏡、第三聚光鏡進行聚光后，光線的發(fā)散角變得較小，形成一束近平行光，多束近平行光同時經(jīng)過第四聚光鏡進行光的聚焦和混合，聚焦混合后，在第四聚光鏡焦點附近，60%以上的光線集中在20毫米-60毫米直徑范圍以內(nèi)，且60%以上的光線發(fā)散角在40度以內(nèi)。能做到用直徑較小的鏡頭組合將單顆燈珠的發(fā)散光線80%的光通量聚集為發(fā)散度較小的近平行光線，然后再由第四聚光鏡將多束近平行光聚焦到第四聚光鏡的焦點附近，進而實現(xiàn)多顆燈珠的光束合成。燈珠在同一平面，安裝方便，工藝簡單，散熱容易處理，成本低廉；光學(xué)效率提高80%；短距離實現(xiàn)合光，且合光均勻。

作為改進，所述多顆LED燈珠設(shè)于同一平面基板上，平面基板加工方便，節(jié)約成本；LED燈珠在平面上的安裝精度要求相對較低。

作為改進，所述第一聚光鏡為非球面鏡，圓錐系數(shù)為-0.85~-0.6，曲率半徑為4.5~10毫米，直徑為10~20毫米，邊厚為1~5毫米；所有第一聚光鏡處于同一平面上，第一聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第一次聚光。

作為改進，所述第二聚光鏡為球面鏡，其左側(cè)凸面曲率半徑為20~60毫米，右側(cè)凸面曲率半徑為8~20毫米，直徑為10~20毫米，邊厚為1~5毫米；所有第二聚光鏡處于同一平面上，第二聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第二次聚光。

作為改進，所述第三聚光鏡為球面鏡，其凸面曲率半徑為40~80毫米，直徑為20~30毫米，邊厚為1~5毫米；所有第三聚光鏡處于同一平面上，第三聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第三次聚光。

作為改進，所述第四聚光鏡為正透鏡，可以使非涅爾透鏡或普通球面聚光鏡，所述第四聚光鏡的焦距為80~120毫米，直徑為65~75毫米，邊厚為1~5毫米；第四聚光鏡將經(jīng)過三次聚光的多束近平行光聚焦到第四聚光鏡的焦點。第一聚光鏡與第二聚光鏡之間的距離為0~3毫米，第二聚光鏡與第三聚光鏡之間的距離為8~15毫米，第三聚光鏡與第四聚光鏡之間的距離為2~50毫米。

作為改進，所述LED燈珠呈均勻分布，形成多點的發(fā)光的平面光源。

一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法改善效果

《一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法》所帶來的有益效果是：

1、平面LED燈組加工更方便，加工以及安裝所要求的精度不高；

2、可通過第四聚光鏡進行調(diào)焦，調(diào)焦更方便快捷；

3、平面LED光源散熱容易處理，成本低廉；

4、光學(xué)效率提高80%；

5、短距離實現(xiàn)合光，且合光均勻

1.一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述聚光方法中，多顆LED燈珠均處于同一平面，每顆LED燈珠前方均對應(yīng)設(shè)有一個第一聚光鏡，所有第一聚光鏡組成第一聚光鏡組；每個第一聚光鏡前方均對應(yīng)設(shè)有一個第二聚光鏡，所有第二聚光鏡組成第二聚光鏡組；每個第二聚光鏡前方均對應(yīng)設(shè)有一個第三聚光鏡，所有第三聚光鏡組成第三聚光鏡組；所述第三聚光鏡組前方設(shè)有一個第四聚光鏡；每顆LED燈珠發(fā)出來的光線經(jīng)過其對應(yīng)的第一聚光鏡、第二聚光鏡、第三聚光鏡進行聚光后，光線的發(fā)散角變得較小，形成一束近平行光，多束近平行光同時經(jīng)過第四聚光鏡進行光的聚焦和混合，聚焦混合后，在第四聚光鏡焦點附近，60%以上的光線集中在20毫米-60毫米直徑范圍以內(nèi)，且60%以上的光線發(fā)散角在40度以內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述多顆LED燈珠設(shè)于同一平面基板上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述第一聚光鏡為非球面鏡，所有第一聚光鏡處于同一平面上，第一聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第一次聚光。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述第二聚光鏡為球面鏡，所有第二聚光鏡處于同一平面上，第二聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第二次聚光。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述第三聚光鏡為球面鏡，所有第三聚光鏡處于同一平面上，第三聚光鏡組對LED發(fā)出來的光線進行第三次聚光。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述第四聚光鏡為正透鏡，第四聚光鏡將經(jīng)過三次聚光的多束近平行光聚焦到第四聚光鏡的焦點。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于能夠成像的燈具的多顆LED燈珠合光聚光方法，其特征在于：所述LED燈珠呈均勻分布，形成多點的發(fā)光的平面光源。

線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)的一次反射鏡．也稱主反射鏡，由一系列可繞水平軸旋轉(zhuǎn)的條形平面反射鏡組成，跟蹤太陽并匯聚太陽光于主鏡場上方的集熱器，經(jīng)過二次反射鏡后冉次聚光于集熱管二二次反射鏡的鏡面形狀可優(yōu)化設(shè)計成一個二維復(fù)合拋物面。

如圖1所示，是一種理想的非成像聚光器，聚光性能可達最優(yōu)。

聚光集熱器由聚光器和接收器組成。聚光器是匯聚陽光的光學(xué)部件。接收器是吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)換成別種能量的部件，接收器可能包括吸收器，蓋層和絕熱構(gòu)造。

聚光器有成像的和非成像的兩種類型。所謂非成像聚光器就是在吸收器上不產(chǎn)生太陽像，來自太陽的輻射分布在吸收器的各部分。成像聚光器則是在吸收器上要形成太陽像。成像聚光器通常要求跟蹤太陽，而且聚光器的制造精度和跟蹤精度都要求比較高。