一种紫外LED面固化的光学系统及其制作方法与流程

技术特征：

1.一种紫外LED面固化的光学系统，其特征在于，包括：近朗伯光型LED透镜、LED芯片和基板，所述近朗伯光型LED透镜为旋转对称结构，近朗伯光型LED透镜内表面和外表面分别为内轮廓线和外轮廓线绕X轴旋转而得，建模时，在内表面和外表面之间用实体填充得到近朗伯光型LED透镜的模型，所述近朗伯光型LED透镜和LED芯片均安装在基板上。

2.根据权利要求1所述的紫外LED面固化的光学系统，其特征在于，所述近朗伯光型LED透镜的实体填充材料采用耐紫外高透光性聚碳酸酯Pc。

3.根据权利要求1所述的紫外LED面固化的光学系统，其特征在于，所述近朗伯光型LED透镜和LED芯片均采用导热胶安装基板上。

4.一种应用于权利要求1所述的紫外LED面固化的光学系统的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：以坐标原点O(0,0)建立平面坐标系，包括X轴和Y轴，以坐标原点O为紫外LED光源，以下为近朗伯光型LED透镜内轮廓线和外轮廓线离散点坐标迭代关系的推导；所述近朗伯光型LED透镜轮廓线的制作；

从LED芯片发出光线经过透镜内表面P点和外表面Q点，发生两次折射，根据光学理论，当光线两次偏离角度相等时，透镜的相差最小，得到：

$\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2},---\left(1\right)$

式中，θ表示入射光线在透镜内表面处的折射光线l_PQ与Y轴正方向的夹角，光线出射角α表示光源出射光线与Y轴正方向的夹角，β表示出射光线与Y轴正方向的夹角，光线在P点和Q点发生折射，由菲涅尔定律得到：

sin(α-δ_l)＝n*sin(θ-δ_l)， (2)

sin(δ_o-β)＝n*sin(δ_o-θ)， (3)

式中，n表示透镜折射率，近朗伯型光型LED透镜由耐紫外高透光性聚碳酸酯Pc材料制备而成，δ_l和δ_o分别表示P点切线和Q点切线与X轴负方向的夹角，由式(2)和(3)式得到：

${\mathrm{tan\δ}}_l=\frac{sin\mathrm{\α}-n*sin\mathrm{\β}}{cos\mathrm{\α}-n*cos\mathrm{\θ}},---\left(4\right)$

${\mathrm{tan\δ}}_o=\frac{sin\mathrm{\β}-n*sin\mathrm{\θ}}{cos\mathrm{\β}-n*cos\mathrm{\θ}},---\left(5\right)$

β定义为：

β＝k*α， (6)

(6)式中，k为常数，0.1<k≤1，根据式(1)、式(4)、式(5)和式(6)，给定P点和Q点初始点、k值和α值，0＜α≤π/2，设置一定的步长Δα，以内轮廓线初始点处的切线与下一根入射光线的交点作为内轮廓线的第二个离散点，以内轮廓线第二个离散点处的折射光线与外轮廓线第一个离散点处的切线交点作为外轮廓线第二个离散点坐标，迭代出内外轮廓线的离散点坐标，导入建模软件CAD中生产两条曲线，构造成面后绕Y轴旋转360°生成近朗伯光型LED透镜；光线出射角为α-Δα时所对应得入射光线；

步骤二：近朗伯型光型LED透镜半值角的确定；

将近朗伯型光型LED透镜导入TRACEPRO软件中，采用1mm×1mm×0.25mm的LED芯片，光学追迹后，根据矩形光强分布曲线得到LED芯片与近朗伯型光型LED透镜组合光源的半值角θ_0.5，θ_0.5表示LED发光强度值为轴向强度值一半时的发光方向与发光轴向的夹角；轴向即法线；

步骤三：近朗伯型光型LED透镜阵列最佳间距的计算；

当总照度斜率最小时，计算得到光源最佳间距d与工作距离z的关系为：

$d=\sqrt{\frac{4}{m+2}}z,---\left(7\right)$

式中，z表示目标平面与LED芯片之间的垂直间距，m表示为：

$m=\frac{-In2}{In\left({\mathrm{cos\&theta;}}_{0.5}\right)},---\left(8\right)$

式中，参数m由厂家提供，θ_0.5由步骤二得到；

步骤四：给步骤一中的参数k、α、Δα、P点和Q点的初始点赋初值，得到近朗伯光型LED透镜模型；由步骤二得到LED芯片与近朗伯型光型LED透镜组合光源的半值角θ_0.5；给步骤三中断参数z赋初值，得到光源最佳间距d；近朗伯光型LED透镜和LED芯片的组合光源通过导热胶安装基板上。

5.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于，在步骤一中，所述近朗伯型光型LED透镜由耐紫外高透光性聚碳酸酯Pc材料制备而成。

6.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于，在步骤一中，所述近朗伯型光型LED透镜采用注塑成型工艺生产。

7.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于，在步骤一中，所述k值取值范围为[0.1,1]。

8.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于，在步骤四中，所述m的值是由步骤2中的光强分布曲线确定。

9.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于，在步骤四中，所述朗伯光型LED透镜和LED芯片组合光源是通过导热胶安装在基板上。