全文摘要
本实用新型涉及一种矩阵光学系统、聚光系统和复眼透镜，矩阵光学系统包括：第一透镜与第二透镜；所述第一透镜包括多个第一透镜单元；所述多个第一透镜单元的焦距不同；所述第二透镜包括多个第二透镜单元；所述多个第二透镜单元的焦距不同；所述多个第一透镜单元的间距与所述多个第二透镜单元的间距不同；所述第一透镜与所述第二透镜平行间隔设置。还提供了一种包括该矩阵光学系统的聚光系统和复眼透镜。上述方案通过设置非同轴透镜单元的间距及焦距，使光线射入矩阵光学系统后能够实现聚光或散光的效果，增强了矩阵光学系统的出光强度，提高了系统的出光效率。
主设计要求
1.一种矩阵光学系统，其特征在于，包括：第一透镜与第二透镜；所述第一透镜包括多个第一透镜单元；所述多个第一透镜单元的焦距不同；所述第二透镜包括多个第二透镜单元；所述多个第二透镜单元的焦距不同；所述多个第一透镜单元的间距与所述多个第二透镜单元的间距不同；所述第一透镜与所述第二透镜平行间隔设置。
设计方案
1.一种矩阵光学系统，其特征在于，包括：
第一透镜与第二透镜；所述第一透镜包括多个第一透镜单元；所述多个第一透镜单元的焦距不同；所述第二透镜包括多个第二透镜单元；所述多个第二透镜单元的焦距不同；所述多个第一透镜单元的间距与所述多个第二透镜单元的间距不同；所述第一透镜与所述第二透镜平行间隔设置。
2.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，所述第一透镜的第一透镜单元是由N个透镜单元排列组成，所述第二透镜的第二透镜单元是由N个透镜单元排列组成，N≥2。
3.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元非同轴设置。
4.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，当所述第一透镜单元的间距大于所述第二透镜单元的间距时，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的焦距由所述矩阵光学系统的几何中心向外逐渐加长。
5.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，当所述第一透镜单元的间距小于所述第二透镜单元的间距时，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的焦距由所述矩阵光学系统的几何中心向外逐渐缩短。
6.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的曲面结构不同。
7.根据权利要求1所述的矩阵光学系统，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜是同向平行间隔设置。
8.一种聚光系统，其特征在于，包括矩阵光源、双凸透镜及如权利要求1-4、6-7任一项所述的矩阵光学系统；所述第一透镜与所述第二透镜设于所述矩阵光源与所述双凸透镜之间；所述矩阵光源射入所述第一透镜；所述第一透镜单元与所述第二透镜单元同向设置。
9.根据权利要求8所述的聚光系统，其特征在于，所述矩阵光源的间距为a，所述第一透镜单元的间距为b，所述的第二透镜单元间距为c，a≥b≥c。
10.一种复眼透镜，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的矩阵光学系统；所述第一透镜单元与所述第二透镜单元反向相对设置。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及光学领域，特别是涉及一种矩阵光学系统、聚光系统和复眼透镜。
背景技术
在光学领域中，为了满足不同场景对不同光源性质的需求，越来越多的光学结构及光学系统应运而生。矩阵光源是一种将多个点阵光源组合排列在一起的光源，具有发光强度高、热传导性好等特点，被广泛应用在各个应用领域。为了更好地利用这种矩阵光源的特性，越来越多的研究人员均力求设计一种能够增加光强、缩短光路、减小光器件尺寸以及降低成本的矩阵光学系统。
但是，传统的矩阵光学系统因其固有的设计理念，在实际应用中仍会出现出光强度低的问题。例如，全反射形透镜阵列，是一种在LED矩阵光源上按一定阵列形式，将单个的全反射形透镜与单元光一一对应的聚光透镜阵列，其全反射透镜单元的阵列排布与光源中心重合，当入射光经透镜阵列出射后，光斑呈阵列式分布，大大降低了光强。这样的设计不仅无法实现高强度的出光效果，甚至还存在着聚光效果差、光路长导致的系统体积大、成本高等问题。
因此，传统的矩阵光学系统存在着出光强度低的问题。
实用新型内容
基于此，有必要针对传统矩阵光学系统存在出光强度低的问题，提供一种矩阵光学系统、聚光系统和复眼透镜。
一种矩阵光学系统，包括：
第一透镜与第二透镜；所述第一透镜包括多个第一透镜单元；所述多个第一透镜单元的焦距不同；所述第二透镜包括多个第二透镜单元；所述多个第二透镜单元的焦距不同；所述多个第一透镜单元的间距与所述多个第二透镜单元的间距不同；所述第一透镜与所述第二透镜平行间隔设置。
本实用新型提供的矩阵光学系统，由于第一透镜的透镜单元间距与第二透镜的透镜单元间距不同，光线射入透镜后将发生偏折，若想改变光线的折射效果以实现对光线的汇聚或发散，可以在不增加其余影响光路透镜的情况下，通过设置不同透镜单元的间距来影响光程变化，使得光经过矩阵光学系统后，能够达到预期效果。但是，通过设置不同透镜单元的间距来实现光程的预期变化，还需按照预期可实现的光程变化效果，设置不同透镜单元的焦距，使光在射入矩阵光学系统后，能够产生预期的光路折射，即能够实现矩阵光学系统对光线的汇聚，和\/或发散。
在其中一个实施例中，所述第一透镜的第一透镜单元是由N个透镜单元排列组成，所述第二透镜的第二透镜单元是由N个透镜单元排列组成，N≥2。
在其中一个实施例中，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元非同轴设置。
在其中一个实施例中，当所述第一透镜单元的间距大于所述第二透镜单元的间距时，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的焦距由所述矩阵光学系统的几何中心向外逐渐加长。
在其中一个实施例中，当所述第一透镜单元的间距小于所述第二透镜单元的间距时，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的焦距由所述矩阵光学系统的几何中心向外逐渐缩短。
在其中一个实施例中，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元的曲面结构不同。
在其中一个实施例中，所述第一透镜与所述第二透镜是同向平行间隔设置。
在其中一个实施例中，提供了一种聚光系统，包括矩阵光源、双凸透镜及如上第一至第四任一项实施例所述的矩阵光学系统；所述第一透镜与所述第二透镜设于所述矩阵光源与所述双凸透镜之间；所述矩阵光源射入所述第一透镜；所述第一透镜单元与所述第二透镜单元同向设置。
在其中一个实施例中，所述矩阵光源的光源间距为a，所述矩阵光源的间距为a，所述第一透镜单元的间距为b，所述的第二透镜单元间距为c，a≥b≥c。
在其中一个实施例中，提供了一种复眼透镜，包括如上第一至第六任一项实施例所述的矩阵光学系统；所述第一透镜单元与所述第二透镜单元反向相对设置。
附图说明
图1为一个实施例中矩阵光学系统的结构示意图；
图2为一个实施例中矩阵光学系统的二维光路结构图；
图3为一个实施例中矩阵光学系统的简易光路图；
图4为另一个实施例中矩阵光学系统的简易光路图；
图5为一个实施例中聚光系统的结构示意图；
图6为一个实施例中聚光系统的矩阵光源结构示意图；
图7为一个实施例中聚光系统的第一透镜结构示意图；
图8为一个实施例中聚光系统的第二透镜结构示意图；
图9为一个实施例中聚光系统同轴和不同轴设置时的能量曲线图；
图10为一个实施例中复眼透镜的三维结构示意图；
图11为一个实施例中复眼透镜的二维结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1，图1是一个实施例中矩阵光学系统的结构示意图，在一个实施例中，提供一种矩阵光学系统100，包括：第一透镜110与第二透镜120。
第一透镜110包括有多个第一透镜单元111，第一透镜单元111的形状可以是球面透镜，也可以是非球面透镜，第一透镜单元111可以是点阵粘贴方式附着于第一透镜110基底上，也可以是与第一透镜110以一片式压模方式制成，第一透镜单元111可以呈多边形阵列矩阵排布，如正六边形，且多个第一透镜单元111可以按预期设置的光成像效果来设置不同焦距。
第二透镜120包括有多个第二透镜单元121，第二透镜单元121的形状可以是球面透镜，也可以是非球面透镜，第二透镜单元121同样可以是点阵粘贴方式附着于第二透镜120基底上，也可以是与第二透镜120以一片式压膜方式制成，第二透镜单元121可以呈多边形阵列矩阵排布，如正六边形，且多个第二透镜单元121可以按预期设置的光成像效果来设置不同焦距。
第一透镜110与第二透镜120平行间隔设置。
本实用新型提供的矩阵光学系统，由于第一透镜的透镜单元间距与第二透镜的透镜单元间距不同，透镜单元的非同轴设置使得光线射入透镜后将发生偏折，若想改变光线的折射效果以实现对光线的汇聚或发散，可以在不增加其余影响光路透镜的情况下，通过设置不同透镜单元的间距来影响光程变化，使得光经过矩阵光学系统后，能够达到预期效果。
但是，通过设置不同透镜单元的间距来实现光程的预期变化，还需按照预期可实现的光程变化效果，设置不同透镜单元的焦距，使光在射入矩阵光学系统后，能够产生预期的光路折射，即能够实现矩阵光学系统对光线的汇聚，和\/或发散。
在一个实施例中，参考图1，所述第一透镜的第一透镜单元是由N个透镜单元排列组成，所述第二透镜的第二透镜单元是由N个透镜单元排列组成，N≥2。
其中，由于本实用新型提出的矩阵光学系统100，是通过设置不同透镜单元的间距来改变光程，实现光路的预期光成像效果，即第一透镜110和第二透镜120上必须存在至少两个透镜单元，方可将第一透镜单元111的间距设置大于或小于第二透镜单元121的间距，第一透镜单元111的间距或第二透镜单元121的间距是指各透镜单元轴心之间的距离。因此，在另一个实施例中，可进一步推导出矩阵光学系统应存在至少两片透镜，即除第一透镜110和第二透镜120之外，还可增加更多的透镜在系统中，则本实用新型对矩阵光学系统100的透镜数，以及各透镜上透镜单元的数量不作具体限制。
参考图2，图2是一个实施例中矩阵光学系统的二维光路结构图，在一个实施例中，提供一种矩阵光学系统，下面将建立平面坐标系XY进行介绍，包括：第一透镜所在平面为∑B平面，第二透镜所在平面为∑S平面，两平面相互平行于X轴。第一透镜与第二透镜在Y轴方向上的间隔距离为d，第二透镜单元的间距(SSn<\/sub>，n≥1)小于第一透镜单元的间距(BBn<\/sub>，n≥1)，位于∑B平面下方的光源矩阵由n个点光源组成(n≥1)，将汇聚在焦点A，焦点A位于Y轴正方向上。
具体地，当第一透镜的第一透镜单元为两个时，第一透镜上中心透镜单元B的中心轴线与Y轴共线，此时可计算出穿过Y轴的中心透镜单元B焦距(AS+d)小于相邻透镜单元Bn<\/sub>的焦距ABn<\/sub>，相邻透镜单元Bn<\/sub>的焦距ABn<\/sub>可有以下公式计算：
其中，AB1<\/sub>是相邻透镜单元B1<\/sub>的焦距，BB1<\/sub>是第一透镜上第一透镜单元的间距值，(AS+d)是第一透镜上中心透镜单元B的焦距，d是第一透镜与第二透镜在Y轴方向上的间隔距离值，则第一透镜上所有相邻透镜单元Bn<\/sub>的焦距ABn<\/sub>可由以下公式表示：
其中，n为自然整数，n≥1，∠θn<\/sub>是针对第一透镜上中心透镜单元B与相邻第n个透镜单元Bn<\/sub>焦距的夹角，ABn<\/sub>是第一透镜上第n个透镜单元的焦距，当第一透镜上的第一透镜单元存在有n个时，n个第一透镜单元的焦距可由以下公式计算：
其中，n为自然整数，n≥1，BBn<\/sub>表示第一透镜上第n个透镜单元与中心透镜单元B的间距值，ABn<\/sub>是第一透镜上第n个透镜单元的焦距，AS是第二透镜上中心透镜单元S的焦距，d是第一透镜与第二透镜在Y轴方向上的间隔距离值。
进一步，当第二透镜的第二透镜单元同样为两个时，第二透镜上中心透镜单元S的中心轴线与Y轴共线，此时可计算出穿过Y轴的中心透镜单元S焦距AS小于相邻透镜单元Sn<\/sub>的焦距ASn<\/sub>，相邻透镜单元Sn<\/sub>的焦距ASn<\/sub>可有以下公式计算：
其中，AS1<\/sub>是相邻透镜单元S1<\/sub>的焦距，SS1<\/sub>是第二透镜上第二透镜单元的间距值，AS是第二透镜上中心透镜单元S的焦距，则第二透镜上所有相邻透镜单元Sn<\/sub>的焦距ASn<\/sub>可以由以下公式表示：
其中，n为自然整数，n≥1，∠设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920010795.2
申请日:2019-01-04
公开号:公开日:国家:HK
国家/省市:HK(香港)
授权编号:CN209198689U
授权时间:20190802
主分类号:G02B 3/00
专利分类号:G02B3/00;G02B19/00
范畴分类:30A;
申请人:多普光电科技有限公司
第一申请人:多普光电科技有限公司
申请人地址:中国香港旺角路33号光明大厦7楼04室
发明人:尹勇健
第一发明人:尹勇健
当前权利人:多普光电科技有限公司
代理人:冯右明
代理机构:44224
代理机构编号:广州华进联合专利商标代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：led透镜论文;