[發明專利]一種紫外LED固化光學系統的制作方法

有效

• 申請號: 201610013283.2
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105653810B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 文尚勝;向昌明;陳志濤;張志清
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

本發明涉及一種紫外LED固化光學系統的制作方法，所述紫外LED固化光學系統包括外透鏡和內透鏡，該制作方法包括以下步驟：1、以坐標原點O建立平面坐標系，以平面坐標系的坐標原點作為紫外LED的光源O，制作外透鏡自由曲線和內透鏡自由曲線；2、將迭代關系編好程后賦予初值，并通過MATLAB計算出內透鏡自由曲線和外透鏡自由曲線的離散點；3、將離散點坐標先后導入CAD建模軟件，構建外透鏡和內透鏡；所述內透鏡沿旋轉方向準直光線，外透鏡控制準直光線分布，通過組合得到紫外LED固化線光源光學透鏡模型，把線光源透鏡模型集成排列得到紫外LED固化面光源光學系統。具有可獲得不同形狀透鏡等優點。

技術領域

本發明涉及紫外LED固化技術領域，特別是涉及一種紫外LED固化光學系統的制作方法。

背景技術

紫外LED是隨LED而興起的新型技術，主要應用于固化領域，如印刷、油墨固化、UV膠等行業，相比傳統的固化源高壓汞燈、金屬鹵素燈等，紫外LED具有節能、環保、壽命長、隨時開啟或關閉等優點。隨著紫外LED技術日益成熟，將很快替代傳統固化光源。

由于紫外LED光源發出的光近似朗伯型，即光強呈余弦分布，不能直接用于固化,需二次配光。

目前市場上出現的大多數紫外LED設備采用的是LED矩形陣列排布，各個燈珠直接照射在被固化物體表面，這樣導致一個問題：燈珠形成的光斑與周圍燈珠形成的光斑重合，出現中間固化區域高光強，邊緣區域低光強。能量利用率低，均勻性差，工作距離稍微偏離固定工作距離后，均勻性下降嚴重。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種紫外LED固化光學系統的制作方法，該方法一方面可以大幅度提高輻射光斑均和光能利用率；另一方面大大節省時間，并能使光線進行精確控制，而且通過不同的初始值，獲得不同形狀的透鏡，滿足不同的應用場合。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種紫外LED固化光學系統的制作方法，包括以下步驟：

步驟一：以坐標原點O(0,0)建立平面坐標系，包括X軸和Y軸，以坐標原點O為紫外LED光源，以下兩自由曲線離散點坐標迭代關系的推導；

a)外透鏡自由曲面輪廓線的制作；

如圖1所示，光源O點發出的光線與Y軸的夾角為θ，出射光線和外透鏡自由曲線交點處的法線與出射光線的夾角為ε1，當θ為θ_i時，從光源O點發出的光線經過外透鏡自由曲線上第i個點p_i(x_i，y_i)折射后到達接受屏幕上，θ_i和θ_i+1分別表示第i根和i+1根入射光線所對應的θ值，根據能量守恒定律得到第i根折射光線與接收面交點的橫坐標r_i為：

式中，R為接受屏幕上光斑的半長；

光線在p點發生折射，由菲涅爾定律得到：

n×sinβ＝sinε1， (2)

式中，β和ε1分別為入射光線與外透鏡自由曲線交點處的入射角和折射角，n為透鏡的折射率，空氣折射率為1；

由幾何關系可得：

β-θ＝ε1-ε2， (3)

式中，ε2表示出射光線與Y軸的夾角；

由(2)式和(3)式得到：

ε2_i＝tan^-1((r_i-x_i)/(H-y_i))， (4)