[发明专利]一种紫外LED固化光学系统的制作方法

摘要

本发明涉及一种紫外LED固化光学系统的制作方法，所述紫外LED固化光学系统包括外透镜和内透镜，该制作方法包括以下步骤：1、以坐标原点O建立平面坐标系，以平面坐标系的坐标原点作为紫外LED的光源O，制作外透镜自由曲线和内透镜自由曲线；2、将迭代关系编好程后赋予初值，并通过MATLAB计算出内透镜自由曲线和外透镜自由曲线的离散点；3、将离散点坐标先后导入CAD建模软件，构建外透镜和内透镜；所述内透镜沿旋转方向准直光线，外透镜控制准直光线分布，通过组合得到紫外LED固化线光源光学透镜模型，把线光源透镜模型集成排列得到紫外LED固化面光源光学系统。具有可获得不同形状透镜等优点。

主权项

1.一种紫外LED固化光学系统的制作方法，其特征在于，所述紫外LED固化光学系统具有外透镜和内透镜，所述制作方法包括以下步骤：步骤一、以坐标原点O(0,0)建立平面坐标系，所述平面坐标系包括X轴和Y轴，以平面坐标系的坐标原点作为紫外LED的光源O，外自由曲面和内自由曲面的离散点坐标迭代关系的推导如下；a)制作外透镜自由曲面轮廓线；光源O点发出的光线与Y轴的夹角为θ，与外透镜自由曲线的交点处法线与出射光线的夹角为ε1，当θ为θi时，从光源O点发出的光线经过外透镜自由曲线上第i个点pi(xi，yi)折射后到达接受屏幕上，θi和θi+1分别表示第i根和i+1根入射光线所对应的θ值，根据能量守恒定律得到第i根折射光线与接收面交点的横坐标ri为：式中，R为接受屏幕上光斑的半长；光线在p点发生折射，由菲涅尔定律得到：n×sinβ＝sinε1，    (2)式中，β和ε1分别为入射光线与外透镜自由曲线交点处的入射角和折射角，n为透镜的折射率，空气折射率为1；由几何关系可得：β‑θ＝ε1‑ε2，    (3)式中，ε2表示出射光线与Y轴的夹角；由(2)式和(3)式得到：ε2i＝tan‑1((ri‑xi)/(H‑yi))，    (4)αi＝tan‑1(sin(θi‑ε2i)/(n‑cos(θi‑ε2i))‑θi，    (5)式中，α表示交点p处切线与X轴夹角，ε2i和αi分别表示第i根光线所对应的ε2和α值，H为接受屏幕与LED芯片的工作距离；根据第i根入射光线与外透镜自由曲线交点的切线与第i+1根入射光线相交得到离散点的迭代关系式：xi+1＝(yi‑ki×xi)/(tan(θi+1)‑ki)，    (6)yi+1＝tan(θi+1)×xi+1，    (7)式中ki＝tanαi，ki表示第i根入射光线与外透镜自由曲线交点p处的切线斜率，通过对R、H及外透镜自由曲线初始点p1(x1，y1)赋初值可以得到外透镜自由曲线各离散点；步骤二：制作内透镜自由曲面轮廓线；入射光线与X轴的夹角为θ；当θ为θi时，从光源O点发出的光线经过内透镜自由曲线上第i个点qi(xi，yi)折射后平行于X轴射出,θi和θi+1分别表示第i根和i+1根入射光线所对应的θ值，由菲涅尔定律可得：sinθ＝n×sinα，    (8)n×sin(β‑α)＝sinβ,    (9)式中θ和α分别为入射点m处的入射角和折射角，β为出射点q处的法线方向与X轴的夹角，n为透镜的折射率，空气折射率为1；由(8)式和(9)式可得：αi＝sin‑1(sinθi/n)，    (10)ki＝(1‑n×cosαi)/(n×sinαi)，    (11)kmpi＝tanαi，    (12)式中，αi表示第i根光线所对应的α值，ki表示第i根出射光线与自由曲面交点处的切线斜率，kmpi表示第i根光线入射点与出射点连线mp的斜率；根据第i根入射光线和自由曲面交点的切线与第i+1根入射光线相交可得到离散点的迭代关系为：xi＝(xi‑1×ki‑1+d×tan(θi+1)‑yi‑1‑d×kmpi)/(ki‑kmpi)，    (13)yi＝yi‑1+kmpi×(xi‑xi‑1)，    (14)式中d表示内透镜内表面距芯片距离，kmpi表示i根光线入射点与出射点连线mp的斜率；通过对d和内透镜自由曲线初始点q1(x1，y1)赋初值便可以得到内透镜自由曲线各离散点的坐标；步骤二、将步骤一中的迭代关系编好程后赋予初值，并通过MATLAB计算出内透镜自由曲线(1)和外透镜自由曲线(2)的离散点；步骤三、将步骤二中所求的离散点坐标先后导入CAD建模软件，通过样条曲线拟合成内透镜自由曲线(1)和外透镜自由曲线(2)；再分别构建成内透镜和外透镜；所述内透镜沿旋转方向准直光线，外透镜均匀控制准直光线分布，通过内外透镜组合得到紫外LED固化线光源光学透镜模型，把线光源透镜模型集成排列得到矩形光斑的紫外LED固化面光源光学系统。