一种复合型聚光透镜的制作方法

本实用新型涉及一种复合型聚光透镜。

背景技术：

随着uv-led的不断发展，其已经广泛用于各类工业胶水、油墨固化、曝光等领域，但由于紫外led的功率所限，大多数只能用于近距离固化，一般在20mm以内。若固化距离超过30mm以上，特别是在距离100mm以上，光功率密度要能达到20w/cm2以上。为了实现以上目的，则必须将uv-led紫外能量聚集起来才行，所以现在亟需一种可以将uv-led紫外能量聚集起来又能远紫外传导的透镜。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种复合型聚光透镜，包括柱状平凸连体透镜组以及柱状菲涅尔透镜，两者组合成复合型聚光透镜；柱状平凸连体透镜组包括三个以上平行设置的柱状平凸透镜；所述菲涅尔透镜包括柱状平凸透镜以及两个分别位于柱状平凸透镜的两侧的齿条状折射透镜；所述每一齿条状折射透镜包括多个以上平行的条形齿状折射透镜，其中，柱状平凸连体透镜组与柱状菲涅尔透镜凸面相对设置，所述柱状平凸连体透镜组的柱状平凸连体透镜与菲涅尔透镜的柱状平凸透镜以及条形齿状折射透镜均为平行设置。

所述柱状平凸连体透镜组与菲涅尔透镜之间有间隔设置。

所述平凸透镜组与菲涅尔透镜之间有间隔大小范围为2-3mm。

所述柱状平凸连体透镜组与菲涅尔透镜的材料均为石英玻璃材料。

所示石英玻璃材料的型号为jgs1型远紫外材料。

所述柱状平凸连体透镜组以及菲涅尔透镜进行抛光处理。

抛光等级为80-50。

本实用新型的有益效果：

由于本实用新型的复合型聚光透镜的聚光能力强，在应用时具有以下优点：

1、可以非常精准地将n路光源光斑聚焦到一起，形成n路叠加在一起的光功率,应用在uv-led光源可对油墨固化远距离固化；

2、可以减少光传递过程的衰弱。

3、在油墨固化时，现有技术中需要采用16.5kw的汞灯的光源，而现在采用该透镜的led灯光源功率只要7.5kw，节能可达65％；

4、由于很多应用场合紫外光是发散的，会伤及到人或其他物质，采用同该透镜，可防止紫外线的发散，进而减少光污染、光腐蚀和光干扰。

附图说明

图1为本实用新型复合型聚光透镜结构图；

图2为本实用新型菲涅尔透镜设计原理图；

图3为本实用新型复合型透镜设计图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1，本实用新型提供一种复合型聚光透镜，包括柱状平凸连体透镜组100以及菲涅尔透镜200；柱状平凸连体透镜组100包括三个以上平行的柱状平凸透镜10；所述菲涅尔透镜200包括柱状平凸透镜10以及两个分别位于柱状平凸透镜10的两侧的齿条状折射透20，所述每一齿条状折射透镜20包括三个以上平行的条形齿状折射透镜21，其中，柱状平凸连体透镜组100与柱状菲涅尔透镜200凸面相对设置，所述柱状平凸连体透镜组100与菲涅尔透镜200之间有间隔设置，所述柱状平凸连体透镜组100的柱状平凸透镜10与菲涅尔透镜200的柱状平凸透镜10以及条形齿状透镜21均为平行设置。

进一步地，所述柱状平凸连体透镜组与菲涅尔透镜之间有间隔大小范围为2-3mm。

进一步地，所述柱状平凸连体透镜组100与菲涅尔透镜200的材料均为石英玻璃材料，具体地，采用jgs1型远紫外石英材料。

菲涅尔透镜设计方法包括分角度法和分厚度法，本实用新型中为了可以实现高功率光源透镜的要求，菲涅尔透镜采用分厚度法设计：

具体地，首先将原始透镜在厚度方向按相等距离划分成若干份，再采用上小节分角度法，形成厚度基本相同的透镜，见图2所示。

以上方法，不仅可以得到相同的锯齿深度的条形齿，进而可增加透镜的强度，可以满足高光功率光源使用，而且与分角度法相比，在相同齿数时，可减少透镜的厚度，或在相同厚度时，减少透镜锯齿数。进而减少透镜的杂散光，从而提高成像质量和光能利用效率。

由于本实用新型的复合型聚光透镜的聚光能力强，在应用时具有以下优点：

1、可以非常精准地将n路光源光斑聚焦到一起，形成n路叠加在一起的光功率,应用在uv-led光源可对油墨固化远距离固化；

2、可以减少光传递过程的衰弱。

3、在油墨固化时，现有技术中需要采用16.5kw的汞灯的光源，而现在采用该透镜的led灯光源功率只要7.5kw，节能可达65％；

4、由于很多应用场合紫外光是发散的，会伤及到人或其他物质，采用同该透镜，可防止紫外线的发散，进而减少光污染、光腐蚀和光干扰。

结合本实用新型专利的应用场景，本实用新型复合型聚光透镜设计要求需要考虑以下因素：

(1)透镜总宽度；透镜宽度包括柱状平凸透镜及透镜安装部分；

(2)平凸透镜；这是根据出光要求和透镜安装要求设计的；

(3)弧面半径；弧面半径通常为焦距的4-5倍；

(4)透镜中心厚度；这是根据出光角度和聚焦要求设计的，

(5)材料厚度；兼顾到耐高温和安装时不易碎裂；

(6)由于是透紫外光，所以双面抛光要求高，抛光等级要达到80-50等级；

(7)由于光源要求聚光，所以透镜中心偏移必须≦5mil；

(8)设计长度：由于透镜太长，其加工难度较大，加工过程中非常容易碎裂，所以根据光源的功能要求设定，一般不长度超过≤120mm，宽度不超过≤100mm。

以下列举一个实例来说明该复合型透镜具体的设计：

设计要求：光斑尺寸要求长度108mm，宽度25mm，照射距离120mm，光功率要求达到≧22w/cm2；根据要求，复合型透镜长定为108mm，宽定为94mm；

见图3，经过计算得到，柱状平凸连体透镜组，高度定为16mm，非球面半径定为11mm，平面厚度定为5mm；

其中，菲涅尔透镜，高度定为11mm，中心非球面半径定为13mm，平面厚度定为3mm，③号锯齿高为10mm；④号锯齿高为8mm；⑤号锯齿高为11mm；

采用光源对以上参数的复合透镜进行检测，所述光源采用3排12列四芯片灯珠，每颗灯珠功率为24w，整块灯板电功率为864w；

光功率：根据光斑设计要求(2.5cmx10.8cm)x25w/cm2＝675w；

光电转换效率为：675w/864w＝78％；

采用美国eit四通道光功率计实际测量：光功率26.2w/cm2；从中可了解到以上设计完全符合要求。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。