一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法

《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》涉及LED的聚光，尤其是平面多颗LED灯珠的合光聚光方法，适合成像灯具的利用。

光的聚焦主要需要两部分，第一是光源，第二是聚焦装置。截至2011年1月24日有多颗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。

图1为《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》聚光系统的俯视图。

图2为图1的A-A剖视图。

2018年12月20日，《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》获得第二十届中国专利优秀奖。

• 实施例1

如图1、2所示，一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，由平面的光源进行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5，该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4.5毫米，直径为10毫米，边厚为1毫米，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20毫米，右曲率半径为8毫米，直径为10毫米，边厚为1毫米，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40毫米，直径为20毫米，边厚为1毫米，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80毫米，直径为65毫米，边厚为1毫米。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0毫米，所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8毫米，所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2毫米，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20毫米-60毫米直径范围以内，且60%以上的光线发散角在40度以内，适合放置成像物。

• 实施例2

如图1、2所示，一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，由平面的光源进行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5，该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7.0毫米，直径为15毫米，边厚为3毫米，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40毫米，右曲率半径为14毫米，直径为15毫米，边厚为3毫米，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60毫米，直径为25毫米，边厚为3毫米，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100毫米，直径为70毫米，边厚为3毫米。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1.5毫米，所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为12毫米，所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为25毫米，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20毫米-60毫米直径范围以内，且60%以上的光线发散角在40度以内，适合放置成像物。

• 实施例3

如图1、2所示，一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，由平面的光源进行合光聚光，平面的光源包括平面基板，所述平面基板上均匀分布有多颗LED灯珠5，该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10毫米，直径为20毫米，边厚为5毫米，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60毫米，右曲率半径为20毫米，直径为20毫米，边厚为5毫米，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80毫米，直径为30毫米，边厚为5毫米，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120毫米，直径为75毫米，边厚为5毫米。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3毫米，所述第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为15毫米，所述第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为50毫米，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20毫米-60毫米直径范围以内，且60%以上的光线发散角在40度以内，适合放置成像物。

综上所述，平面LED灯光源加工更方便，加工以及安装所要求的精度不高；可通过第四聚光镜4进行调焦，调焦更方便快捷；平面LED光源散热容易处理，成本低廉；光学效率提高80%；短距离实现合光，且合光均匀。以四颗60瓦的led灯珠为例，聚焦合成后可用于变焦成像系统，出射光束角由12度变焦到40度，1米光斑的平均照度可达4500勒克斯，而传统HID光源的同类灯具，575瓦的1米光斑平均照度6500勒克斯左右。

一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法专利目的

《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》所要解决的技术问题提供一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，光源的加工、安装方便，成本低；调焦容易，实现短距离合光，且合光均匀。

一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法技术方案

《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》的技术方案是：一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，所述聚光方法中，多颗LED灯珠均处于同一平面，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；每颗LED灯珠发出来的光线经过其对应的第一聚光镜、第二聚光镜、第三聚光镜进行聚光后，光线的发散角变得较小，形成一束近平行光，多束近平行光同时经过第四聚光镜进行光的聚焦和混合，聚焦混合后，在第四聚光镜焦点附近，60%以上的光线集中在20毫米-60毫米直径范围以内，且60%以上的光线发散角在40度以内。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。

作为改进，所述多颗LED灯珠设于同一平面基板上，平面基板加工方便，节约成本；LED灯珠在平面上的安装精度要求相对较低。

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4.5~10毫米，直径为10~20毫米，边厚为1~5毫米；所有第一聚光镜处于同一平面上，第一聚光镜组对LED发出来的光线进行第一次聚光。

作为改进，所述第二聚光镜为球面镜，其左侧凸面曲率半径为20~60毫米，右侧凸面曲率半径为8~20毫米，直径为10~20毫米，边厚为1~5毫米；所有第二聚光镜处于同一平面上，第二聚光镜组对LED发出来的光线进行第二次聚光。

作为改进，所述第三聚光镜为球面镜，其凸面曲率半径为40~80毫米，直径为20~30毫米，边厚为1~5毫米；所有第三聚光镜处于同一平面上，第三聚光镜组对LED发出来的光线进行第三次聚光。

作为改进，所述第四聚光镜为正透镜，可以使非涅尔透镜或普通球面聚光镜，所述第四聚光镜的焦距为80~120毫米，直径为65~75毫米，边厚为1~5毫米；第四聚光镜将经过三次聚光的多束近平行光聚焦到第四聚光镜的焦点。第一聚光镜与第二聚光镜之间的距离为0~3毫米，第二聚光镜与第三聚光镜之间的距离为8~15毫米，第三聚光镜与第四聚光镜之间的距离为2~50毫米。

作为改进，所述LED灯珠呈均匀分布，形成多点的发光的平面光源。

一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法改善效果

《一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法》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

1.一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述聚光方法中，多颗LED灯珠均处于同一平面，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；每颗LED灯珠发出来的光线经过其对应的第一聚光镜、第二聚光镜、第三聚光镜进行聚光后，光线的发散角变得较小，形成一束近平行光，多束近平行光同时经过第四聚光镜进行光的聚焦和混合，聚焦混合后，在第四聚光镜焦点附近，60%以上的光线集中在20毫米-60毫米直径范围以内，且60%以上的光线发散角在40度以内。

2.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述多颗LED灯珠设于同一平面基板上。

3.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述第一聚光镜为非球面镜，所有第一聚光镜处于同一平面上，第一聚光镜组对LED发出来的光线进行第一次聚光。

4.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述第二聚光镜为球面镜，所有第二聚光镜处于同一平面上，第二聚光镜组对LED发出来的光线进行第二次聚光。

5.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述第三聚光镜为球面镜，所有第三聚光镜处于同一平面上，第三聚光镜组对LED发出来的光线进行第三次聚光。

6.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述第四聚光镜为正透镜，第四聚光镜将经过三次聚光的多束近平行光聚焦到第四聚光镜的焦点。

7.根据权利要求1所述的一种用于能够成像的灯具的多颗LED灯珠合光聚光方法，其特征在于：所述LED灯珠呈均匀分布，形成多点的发光的平面光源。

线性菲涅尔式聚光系统的一次反射镜．也称主反射镜，由一系列可绕水平轴旋转的条形平面反射镜组成，跟踪太阳并汇聚太阳光于主镜场上方的集热器，经过二次反射镜后冉次聚光于集热管二二次反射镜的镜面形状可优化设计成一个二维复合抛物面。

如图1所示，是一种理想的非成像聚光器，聚光性能可达最优。

聚光集热器由聚光器和接收器组成。聚光器是汇聚阳光的光学部件。接收器是吸收太阳辐射并转换成别种能量的部件，接收器可能包括吸收器，盖层和绝热构造。

聚光器有成像的和非成像的两种类型。所谓非成像聚光器就是在吸收器上不产生太阳像，来自太阳的辐射分布在吸收器的各部分。成像聚光器则是在吸收器上要形成太阳像。成像聚光器通常要求跟踪太阳，而且聚光器的制造精度和跟踪精度都要求比较高。