一种光辐射器的制作方法

本发明涉及发光器件技术领域，更具体地说，涉及一种光辐射器。

背景技术：

光辐射器或光发射器，都是采用单个凸透镜对单颗发光芯片进行封装形成的，其主要应用于可见光及不可见光的数据传输、扫描、检测领域。

通常情况下，光辐射器的辐射强度越强越好、辐射角度越宽越好。但是，在特定驱动功率下，单颗发光芯片的辐射光通量是一个固定值，即光辐射器的辐射强度是一个固定值，在这种情况下，要想得到高的辐射强度其辐射角度就需要窄些，反之，要想得到宽的辐射角度其辐射强度就会低些，导致现有的光辐射器无法同时满足宽辐射角度和高辐射强度的应用需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种光辐射器，以使其射出的光满足高辐射强度和宽辐射角度的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光辐射器，包括：

基板以及设置在所述基板上的多个发光芯片；

设置在所述基板以及所述多个发光芯片顶部的凸透镜，所述凸透镜覆盖所述多个发光芯片，以使任一所述发光芯片发出的光线都穿透所述凸透镜后射出；其中，所述凸透镜的形状是预先设定的，任一所述发光芯片与所述凸透镜的主光轴的相对位置都是预先设定的；

与所述多个发光芯片分别相连的控制器，所述控制器用于按照预设驱动功率驱动所述发光芯片发光，并按照预设控制方式控制多个所述发光芯片同时发光或依序发光，以使所述多个发光芯片的辐射角度为预设的辐射角度、辐射强度为预设的辐射强度。

可选地，所述多个发光芯片沿所述凸透镜的主光轴对称设置。

可选地，所述多个发光芯片呈一字形排列或呈米字形排列。

可选地，所述多个发光芯片沿所述凸透镜的主光轴非对称设置。

可选地，所述凸透镜的材料为环氧树脂、硅胶或者玻璃。

可选地，所述多个发光芯片通过所述基板与所述控制器相连；

所述基板包括金属引线框架和pcb线路板。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的光辐射器，由于多个发光芯片发出的光线都穿透同一凸透镜射出，因此，通过预设凸透镜的形状以及发光芯片与凸透镜的主光轴的相对位置可以预设每个发光芯片的辐射角度，通过预设驱动功率驱动发光芯片发光可以预设每个发光芯片的辐射强度，通过按照预设控制方式控制多个发光芯片同时发光或依序发光可以控制多个发光芯片的整体辐射强度和辐射角度，以使多个发光芯片构成的光辐射器的辐射角度为预设的辐射角度、辐射强度为预设的辐射强度，使得光辐射器满足宽辐射角度和高辐射强度的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为单体单颗发光芯片10、11与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度光学模拟关系图；

图2为单体单颗发光芯片10与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度实际测试图；

图3为单体单颗发光芯片11与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度实际测试图；

图4所示为通过调整发光芯片10与凸透镜12主光轴o之间的相对位置改变光辐射器的辐射方向的光辐射模拟图形；

图5为通过调整发光芯片10与凸透镜12主光轴o之间的相对位置改变光辐射器的辐射方向的实际测试图形；

图6为本发明一个实施例的光辐射器的俯视结构示意图；

图7为本发明一个实施例的光辐射器的侧视图；

图8为图6中3个不同位置的发光芯片21公用一个凸透镜22的光辐射模拟图形；

图9为图6中3个不同位置的发光芯片21公用一个凸透镜22的光辐射实际测试图形；

图10为本发明另一个实施例的9个发光芯片21的排列结构示意图；

图11为图10所示9个发光芯片21的光辐射所形成光斑的模拟图形；

图12为图11中aa横截面的俯视图；

图13为图10所示9个发光芯片21的光辐射所形成光斑的实际测试图形；

图14为绘制出的两个同心圆r1和r2的示意图；

图15为绘制出的同心圆r1、r2和r3的示意图。

具体实施方式

正如背景技术，现有的光辐射器无法同时满足宽辐射角度和高辐射强度的应用需求。发明人研究发现，造成这种问题的原因主要是，单颗发光芯片10、11与凸透镜12组成的光辐射器，其发光芯片10或11的中心位置通常是在凸透镜12的主光轴o上，其峰值辐射强度也是在凸透镜12的主光轴o上，辐射的空间分布呈锥形s1、s2且其轴线与凸透镜12主光轴o重合，如图1所示为单体单颗发光芯片10、11与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度光学模拟关系图，图2为单体单颗发光芯片10与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度实际测试图，图3为单体单颗发光芯片11与凸透镜12配合发出光的辐射强度和辐射角度实际测试图。此时，若想得到高的辐射强度，辐射角度就需要变窄。

发明人进一步研究发现，当发光芯片10的中心位置不在凸透镜12的主光轴o上时，光辐射器的峰值辐射强度就会偏离凸透镜12的主光轴o，辐射角度的轴线也不再与凸透镜12主光轴o重合，此时，通过调整发光芯片10中心与凸透镜12主光轴o之间的相对位置就改变了光辐射器的辐射方向，如图4所示为通过调整发光芯片10中心与凸透镜12主光轴o之间的相对位置改变光辐射器的辐射方向的光辐射模拟图形，图5为通过调整发光芯片10中心与凸透镜12主光轴o之间的相对位置改变光辐射器的辐射方向的实际测试图形。

基于此，本发明提供了一种光辐射器，以克服现有技术存在的问题，包括：

基板；

设置在基板上的多个发光芯片和凸透镜，凸透镜覆盖并封装多个发光芯片，以使任一发光芯片发出的光线都穿透凸透镜后射出；其中，凸透镜的形状为预设形状，任一发光芯片与凸透镜的主光轴的相对位置都是预设位置；

与多个发光芯片分别相连的控制器，控制器用于按照预设驱动功率驱动发光芯片发光，并按照预设控制方式控制多个发光芯片同时发光或依序发光，以使多个发光芯片的辐射角度为预设的辐射角度、辐射强度为预设的辐射强度。

本发明提供的光辐射器，由于多个发光芯片发出的光线都穿透同一凸透镜射出，因此，通过预设凸透镜的形状以及发光芯片与凸透镜的主光轴的相对位置可以预设每个发光芯片的辐射角度，通过预设驱动功率驱动发光芯片发光可以预设每个发光芯片的辐射强度，通过按照预设控制方式控制多个发光芯片同时发光或依序发光可以控制多个发光芯片的整体辐射强度，以使多个发光芯片光辐射器的辐射角度为预设的辐射角度、辐射强度为预设的辐射强度，使得光辐射器满足宽辐射角度和高辐射强度的应用需求。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种光辐射器，如图6和图7所示，包括基板20、设置在基板20上的多个发光芯片21、设置在基板20以及多个发光芯片21顶部的凸透镜22、与多个发光芯片21分别相连的控制器(图中未示出)。

其中，凸透镜22覆盖多个发光芯片21，以使任一发光芯片21发出的光线都穿透凸透镜22后射出；其中，凸透镜22的形状为预先设定的，任一发光芯片21与凸透镜22的主光轴o的相对位置都是预先设定的。控制器按照预设驱动功率驱动发光芯片21发光，并按照预设控制方式控制多个发光芯片21同时发光或依序发光，以使多个发光芯片21的辐射角度为预设的辐射角度、辐射强度为预设的辐射强度。

需要说明的是，本发明实施例中的芯片可以是同一类型芯片也可以是不同类型芯片，可以是相同规格的芯片也可以是不同规格的芯片，可以是各自分离的、各自独立的芯片也可以是已经集成在一起但各自独立的芯片。

可选地，本发明实施例中凸透镜22的材料为环氧树脂、硅胶、玻璃或者其他透光材料。基板20包括金属引线框架和cob(chipsonboard，板上芯片封装)封装所使用的pcb线路板等。

本发明实施例中，由于多个发光芯片21发出的光线都穿透同一凸透镜射出，因此，可以根据所需的光辐射器的辐射强度预先设定凸透镜22的形状以及任一发光芯片21与凸透镜22的主光轴o的相对位置，根据所需的光辐射器的辐射强度预先设定每个发光芯片21的驱动功率以及所有的发光芯片21的控制方式，以使多个发光芯片21组合后形成的辐射角度为预设的所需的辐射角度、辐射强度为预设的所需的辐射强度。

需要说明的是，本发明实施例中，可以设定每个发光芯片21都满足高辐射强度窄辐射角度的要求，也可以根据实际情况对每个发光芯片21的辐射强度和辐射角度进行设定，本发明并不对此进行限定。

本发明实施例中，基板20、多个发光芯片21以及凸透镜22封装成了光辐射器，如图6和图7所示，控制器可以通过基板20上的金属引线框架的引脚23与发光芯片21电连接。

本发明实施例中，控制器可以控制所有的发光芯片21发光或者控制部分发光芯片21发光来改变光辐射器的辐射强度，也可以控制多个发光芯片21同时发光或依次发光，来控制光辐射器的辐射强度。需要说明的是，本发明实施例中的控制器可以为单片机等，在此不再赘述。

令凸透镜的材料为环氧树脂、折射系数为1.57，对光辐射器的光辐射进行模拟和测试，图8为图6中3个不同位置的发光芯片21公用一个凸透镜22的光辐射模拟图形，图9为图6中3个不同位置的发光芯片21公用一个凸透镜22的光辐射实际测试图形，由图8和图9可知，模拟仿真绘制及测算的结果与实际样品的测试结果相符，也就是说，通过本发明实施例提供的光辐射器可以实现辐射强度和辐射角度的预设，可以使得光辐射器满足高辐射强度和宽辐射角度的要求。

可选地，本发明实施例中的多个发光芯片21沿凸透镜22的主光轴o对称设置。如图6所示，多个发光芯片21呈一字形排列，且中间的发光芯片21位于凸透镜22的主光轴o上，两侧的发光芯片21关于凸透镜22的主光轴o对称设置。当然，本发明并不仅限于此，在另一实施例中，如图10所示，多个发光芯片21呈米字形排列，或者，在本发明的其他实施例中，多个发光芯片21也可以沿凸透镜22的主光轴o非对称设置，在此不再赘述。

如图10所示，在一个光辐射器内，9个发光芯片21呈米字型排列，以相同的驱动功率w分别驱动这9个发光芯片21，并且每个发光芯片21通过凸透镜22所形成的辐射均满足高辐射强度窄辐射角度的要求。这9个发光芯片21在距离单体h位置的弧形横截面上各自独立形成了辐射面积基本相同的9个光斑，图11为这9个光斑的光辐射模拟图形，图12为图11中aa横截面的俯视图，图13为这9个光斑的实际测试图形，由于9个发光芯片21的驱动功率相同且9个光斑之间辐射面积的差异很小，所以，9个光斑在h位置弧形横截面上的辐射强度基本是相同的，设其为e。

如图14所示，通过上述光斑可以绘制出2个同心圆r1和r2，其中以r1为半径的圆是主光轴o中心位置发光芯片21辐射所形成的圆形光斑，以r2为半径的圆是主光轴o中心位置发光芯片21及其周围8个发光芯片21辐射合成的无盲区圆形光斑。若继续增加周围发光芯片21的数量，如图15所示，便辐射合成了以r3为半径的无盲区极限圆形光斑。

上述三个圆形光斑的面积分别为：s1＝πr1²、s2＝πr2²、s3＝πr3²，其中，s2与s1在弧形横截面上的辐射面积之比为：s2/s1≥6、辐射角度之比为:θ2/θ1＝r2/r1≥2.5。同样，s3与s1在弧形横截面上的辐射面积之比为：s3/s1≥8.7、辐射角度之比为:θ3/θ1＝r3/r1≥3。需要说明的是，此数据是模拟仿真绘制及测试的结果，并且，实际样品的测试结构与该结果相同。

由此可知，将位于主光轴o的发光芯片21沿着主光轴o上移，在凸透镜22的作用下，随着辐射角度的增大其在h位置的辐射面积也逐渐增大，由于驱动功率不变，所以辐射光通量也不变，随着辐射面积的增大，其在h位置的辐射强度就逐渐降低，当其在h位置的辐射光斑与s2重合时，由于s2/s1≥6，所以，其在h位置的辐射强度就下降到原来的六分之一，即e/6，也就是说，将位于主光轴o的发光芯片21的辐射角度增大到θ2时，其辐射光斑与s2重合，在这种情况下，如果想让该发光芯片21在h位置维持原来的辐射强度e不变，那么，该发光芯片21的驱动功率就要提高到原来的6倍。

由于9个发光芯片21所形成的以r2为半径的无盲区辐射圆形光斑的面积是s2，其9个光斑对应的辐射强度都是e，所以，用9个发光芯片21的组合完全可以替代上述位于主光轴o的单一发光芯片21，来实现高辐射角度的要求。由于位于主光轴o的单一发光芯片21的辐射角度为θ2时其驱动功率是6w，而9个单一发光芯片21的驱动功率相同都是w，因此，在相同辐射强度(e)、相同辐射角度(θ2)、相同辐射面积(s2)的情况下，本发明实施例中单一发光芯片21的驱动功率是现有技术中单个发光芯片21驱动功率的六分之一。此外，若继续增加发光芯片21的数量，则光辐射器无盲区辐射合成光斑的面积会继续增大，如形成以r3为半径的更大的无盲区辐射合成圆形光斑，其单一发光芯片21的驱动功率为现有技术中单个发光芯片21驱动功率的的八点七分之一，由此可知，本发明实施例中的光辐射器的功耗比现有技术中的光辐射器的功耗低。

此外，本发明实施例提供的光辐射器，多个发光芯片21共用一个凸透镜22，与现有技术中将多个光辐射器组合来提高辐射强度和辐射角度的方案相比，本发明实施例中的光辐射器的制造成本较低、功耗较低、体积较小，更方便装配应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参阅即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。