CN105258003A - 一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组，其包括有镜头基板，所述镜头基板上设有多个单元透镜，多个单元透镜呈阵列式分布，每一单元透镜的入光侧对应设置有LED芯片，所述单元透镜的尺寸与LED芯片产生的光斑尺寸相同。本发明的有益效果在于，光源与自重合透镜相紧密配合，保证了光能不耗散，出光提高50-80％。由于光斑自重合，在作业面照度上，可用增加单个自重合透镜模组无限实现，比增大光源尺寸与功率，须同时增大光学透镜更易低成本实现客户需求。此外，本发明可用于小角度远距离照射作业，可轻松解决地形复杂不能近距离照射的难题。

Description

一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组及生产方法

技术领域

本发明涉及光学模组，尤其涉及一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组及生产方法。

背景技术

LED芯片的小光源特性比较容易实现准确的配光合光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分分配到所需要照明的地方，防止光污染和眩光。光学设计决定了LED的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。LED光学技术不同于其他学科，是一门涵盖非成像光学和三维曲面建模的交叉学科，可以有效解决LED的出光效率、均匀性、配光角度、眩光及安全性等问题，有较好的显色指数可以根据需要调节不同的色温使其可以满足的不同的环境。

现有的LED光学设计已与LED光源特点相违背：即LED芯片是小尺寸与小型化，而光学设计需一定尺寸相矛盾。LED光源集成时，光效下降，热处理困难，LED小尺寸光学设计又遇到光斑不重合，出现多组影像，易造成幻影，极易造成操作失误。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组及生产方法，以令光源与透镜相紧密配合，保证了光能不耗散，减少能量损耗。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组，其包括有镜头基板，所述镜头基板上设有多个单元透镜，多个单元透镜呈阵列式分布，每一单元透镜的入光侧对应设置有LED芯片，所述单元透镜的尺寸与LED芯片产生的光斑尺寸相同。

优选地，每相邻两个单元透镜的间距相同，每一单元透镜的中心线的倾斜角度＜15°。

一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组的生产方法，其包括如下步骤：S1，基于菲涅尔方程及折射反射定律，利用Solidworks软件进行建模，要求符合预设的尺寸大小；S2，将所选用的LED模型导入Tracepro软件中，设置单元透镜的参数和追迹的条件以进行光线追迹，对追迹的结果进行分析并修正单元透镜；S3，当所得的单元透镜的光效大小和光斑形状满足各项要求，则根据需要排布成预设阵列而进行生产。

本发明公开的可实现多单元光斑精确重合的光学模组，在平面上安装，每一自重合透镜模组严格执行XY轴方向统一，在垂直方向，每一自重合透镜模组严格执行倾斜不超15度角，这样就能保证多组合自重合透镜模组光斑相重合，基于上述特点，光源与自重合透镜相紧密配合，保证了光能不耗散，出光提高50-80％。由于光斑自重合，在作业面照度上，可用增加单个自重合透镜模组无限实现，比增大光源尺寸与功率，须同时增大光学透镜更易低成本实现客户需求。此外，本发明可用于小角度远距离照射作业，可轻松解决地形复杂不能近距离照射的难题。

附图说明

图1为本发明第一实施例中光学模组的立体图一。

图2为本发明第一实施例中光学模组的立体图二。

图3为本发明第二实施例中光学模组的立体图。

图4为本发明第三实施例中光学模组的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明实施例1公开了一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组，结合图1和图2所示，其包括有镜头基板1，所述镜头基板1上设有多个单元透镜2，多个单元透镜2呈阵列式分布，每一单元透镜2的入光侧对应设置有LED芯片，所述单元透镜2的尺寸与LED芯片产生的光斑尺寸相同。

上述光学模组，在平面上安装，每一自重合透镜模组严格执行XY轴方向统一，在垂直方向，每一自重合透镜模组严格执行倾斜不超15度角，这样就能保证多组合自重合透镜模组光斑相重合，基于上述特点，光源与自重合透镜相紧密配合，保证了光能不耗散，出光提高50-80％。由于光斑自重合，在作业面照度上，可用增加单个自重合透镜模组无限实现，比增大光源尺寸与功率，须同时增大光学透镜更易低成本实现客户需求。此外，本发明可用于小角度远距离照射作业，可轻松解决地形复杂不能近距离照射的难题。

进一步地，每相邻两个单元透镜2的间距相同，每一单元透镜2的中心线的倾斜角度＜15°。

实际应用中，以LED10W射灯为例：传统实际在30cm处照度约为1500lx，而本发明的光学模组，LED功率2W，在30cm处照度约为3000lx以上。

在本发明的实施例1中，镜头基板1可以是长条形，但是在本发明的实施例2和实施例3中，请参照图3和图4，镜头基板1可以是圆形，镜头基板1上可以根据实际需要而设置预设数量的单元透镜2。由此可见，本发明不受镜头基板形状和单元透镜数量的限制，因此，在实际应用所做的形状、数量改变，均应当在本发明的保护范围之内。

本发明还公开一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组的生产方法，该方法包括如下步骤：

S1，基于菲涅尔方程及折射反射定律，利用Solidworks软件进行建模，要求符合预设的尺寸大小；

S2，将所选用的LED模型导入Tracepro软件中，设置单元透镜的参数和追迹的条件以进行光线追迹，对追迹的结果进行分析并修正单元透镜；

S3，当所得的单元透镜的光效大小和光斑形状满足各项要求，则根据需要排布成预设阵列而进行生产。

其中，照度随被照点离开光斑中心距离而变化的函数为常数，此时可得到照度沿半径方向均匀分布的光斑，照度随被照点离开光斑中心距离而变化的函数为高斯型、直线型、抛物线型或洛仑兹型，所述透镜采用折射率为一之间的透明材料。

此外，在建模方面，对于一个确定的空间物体，其在空间的位置由θ，r三个参数唯一确定，而对于我们所需要的自由曲面，当角度θ，确定后，则r也唯一确定。设r为θ，的参数，记为θ为空间矢量在xy平面中的投影与ox轴正向的夹角，而为矢量与oz轴的正向夹角，r为坐标原点到空间点的距离，来表示。

其中：

整理可得：

即：

由此可见，在一个固定高度的接受面上即z为常数，如果x和y可用θ,表示，以上方程组将演变成ρ关于θ,的一阶偏微分方程组，x，y和θ,的关系由能量守恒定律和自由曲面光线入射光到接受面入射光的能量拓扑关系确定。

本发明公开的可实现多单元光斑精确重合的光学模组及生产方法，可调高LED效率，得到较满意的光斑，该方法得到的LED透镜能够在一定范围内进行组合而保持光斑重合，组合为圆形、矩形组合，透镜的指向保持一致，底面处于同一平面上。该组合可以实现不同功率不同照度的要求，光斑的走向保持一致，保持了光斑的重叠，减少了传统式配光带来的能量损失。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种可实现多单元光斑精确重合的光学模组，其特征在于，包括有镜头基板，所述镜头基板上设有多个单元透镜，多个单元透镜呈阵列式分布，每一单元透镜的入光侧对应设置有LED芯片，所述单元透镜的尺寸与LED芯片产生的光斑尺寸相同。

2.如权利要求1所述的可实现多单元光斑精确重合的光学模组，其特征在于，每相邻两个单元透镜的间距相同，每一单元透镜的中心线的倾斜角度＜15°。

3.一种如权利要求1或2所述的可实现多单元光斑精确重合的光学模组的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，基于菲涅尔方程及折射反射定律，利用Solidworks软件进行建模，要求符合预设的尺寸大小；

S2，将所选用的LED模型导入Tracepro软件中，设置单元透镜的参数和追迹的条件以进行光线追迹，对追迹的结果进行分析并修正单元透镜；

S3，当所得的单元透镜的光效大小和光斑形状满足各项要求，则根据需要排布成预设阵列而进行生产。