專利名稱：一種光束角可調的混光透鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種混光透鏡，尤其涉及一種用于多芯片LED、光束角可調的混光透鏡，屬于光學技術領域。
背景技術：
傳統的混光透鏡多數為結構簡單的平凸或雙凸的聚光透鏡，沒有全反射的設計。這種透鏡只能用于調整單芯片LED的出光角，使之在某些位置照射出均勻的光斑。當該混光透鏡用于多芯片LED時，由于凸透鏡的成像效應，光斑會呈現出多個規則排列的方格影子，而當用于由紅、綠、藍芯片組成的三基色LED時，則會投射出含有不種顏色色塊的光斑，非常不美觀。為此，需要通過一種光束角可調的混光透鏡來完成光束角的調整，使多芯片LED可以照射出均勻的光斑。 現有技術中也有一些可調焦的混光透鏡使用了全反射的結構，如公告號為CN201637870U的中國實用新型中公開的一種光束角可調的全反射透鏡，包括中間聚光的凸透鏡、側面全反射的棱鏡、以及位于透鏡上邊緣的法蘭。其中，凸透鏡的上表面為非球面表面，下表面為環紋的菲涅爾面，棱鏡內凹的入射面為圓錐面，棱鏡外側面為曲面，棱鏡的上表面為二次曲面。該光束角可調的全反射透鏡通過中間聚光的凸透鏡和側面全反射棱鏡的的特殊形狀，使得光束角連續可調。但是，在此類混光透鏡中，中間的聚光部分及外緣的全反射部分都是由光滑的曲面組成。當用于多色LED芯片時，由于凸透鏡的成像效應，依然會折射出多個方格影子或者不同顏色的色塊，無法達到均勻光斑的理想效果。此外，由于凸透鏡的像差，該類混光透鏡用于白光LED時，投射出來的光斑會有中間色溫高、邊緣色溫低的情況，在光斑邊緣存在黃圈。因此，此類混光透鏡仍然無法使多芯片LED的出射光斑達到均勻的效果，需要繼續改進。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種可以使多芯片LED照射出均勻光斑的混光透鏡。為實現上述的目的，本實用新型采用下述的技術方案一種光束角可調的混光透鏡，包括位于透鏡中心區域的聚光部分和位于所述聚光部分外緣的全反射部分，其特征在于所述聚光部分的上表面是由多顆微透鏡組成的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列以光軸為中心依次向外逐層排列，同一層排列的多顆微透鏡等角度排列成圓形；所述全反射部分的外側反射面是由多個多面體鱗片組成的鱗片面，所述鱗片面是由多個多面體鱗片沿著所述全反射部分的外表面從上到下逐層排列而成，同一層鱗片中的多個多面體鱗片等角度排列。其中較優地，所述微透鏡具有相同的發散角，所述多面體鱗片具有相同的發散角；而且，所述微透鏡的發散角與所述多面體鱗片的發散角相同。本實用新型提供了一種光束角可調的混光透鏡。該混光透鏡可以在改變光束角的同時，使得多芯片LED照射出圓形的、色溫比較均勻的光斑。此外，該混光透鏡中，聚光部分和全反射部分具有相同焦點和焦距，使得在改變光束角的過程中調焦一致，由聚光部分和全反射部分產生的光斑大小相同，在任何可調節的光束角范圍內，都疊加成均勻的光斑。

圖I為本實用新型所提供的混光透鏡的剖面示意圖；圖2為圖I所示光束角可調的混光透鏡的正視圖； 圖3為圖I所示光束角可調的混光透鏡的俯視圖；圖4為混光透鏡中全反射部分的混光原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術內容進行詳細說明。如圖I至圖3所示，一種光束角可調的混光透鏡，包括位于透鏡中心區域的聚光部分I和圍設于聚光部分I外緣的全反射部分2。其中，當多芯片LED的發光面中心O點位于混光透鏡的焦點位置時，從多芯片LED的發光面中心O點發出的光，其與光軸OZ的夾角較小的光線，被中間的聚光部分I所收集，并進行會聚以及在發散角Θ的范圍內進行混光；其與光軸OZ的夾角較大的光線，被外緣的全反射部分2收集，也進行會聚以及在發散角土 Λ Θ的范圍內進行混光。其中，聚光部分I呈圓形,包括上表面3和下表面10 (見圖I)。聚光部分I的上表面3呈球面或圓弧形，聚光部分I的下表面10為球面、圓弧形或者環形的菲涅爾面。全反射部分2包括內側入光面9、外側反射面4和上側出光面8 (見圖I)，全反射部分2的內側入光面9為圓錐面或者柱面，外側反射面4為圓弧形的全反射面，上側出光面8為圓弧狀的出光面。從而，在該混光透鏡的底部形成一個由聚光部分I的下表面10和全反射部分2的內側入光面9組成的統一入光面，在該混光透鏡的頂部形成一個由聚光部分I的上表面3和全反射部分2的上側出光面8組成的統一出光面。結合圖2可知，全反射部分2的外側反射面4是由多個多面體鱗片5組成的鱗片面。其中，多個多面體鱗片5的發散角土 Λ θ I相同，每個多面體鱗片5可以在土 Λ Θ1的范圍內混光，即多面體鱗片5可以在全角為2Λ Θ I的范圍內混光。將多個多面體鱗片5依次排列，可以使得所有經過全反射部分2全反射的光線分別在2Λ Θ I的范圍內發生混光。在該混光透鏡中，鱗片面由多個多面體鱗片5沿著全反射部分2的外表面從上到下逐層排列而成，同一層鱗片中的多個多面體鱗片5等角度排列。該多面體鱗片5的形狀可以為菱形、六邊形、八邊形等，其中優選為鉆石紋形。較優地，Δ Θ可以在3° 5°之間取值，其中優選為Λ Θ = 4°。全反射部分2的外側反射面4由10X36份的多面體鱗片5組成，多面體鱗片5為鉆石紋形狀的小平面。如圖3所示，聚光部分I的上表面3是由多顆微透鏡組成的微透鏡陣列，多顆微透鏡具有相同的發散角土 Δ Θ 2,該發散角土 Δ Θ 2與多面體鱗片5的發散角土 Δ Θ I相同，該微透鏡陣列可以使得所有經過聚光部分I折射的光線分別在2 Λ Θ 2的范圍內發生混光。微透鏡陣列的排列方式如下在聚光部分I的上表面3的光軸位置排列一顆中心微透鏡7，剩余微透鏡以光軸OZ為中心依次向外逐層排列，同一層排列的多顆微透鏡等角度排列成圓形。在該實施例中，每層排列的透鏡數N與從中心往外的排列層數η之間滿足下列公式N = 6η，其中N、η均為正整數。具體來說，其以光軸OZ為中心，按照圓形陣列進行排列，其中心處有一顆微透鏡7，從位于光軸位置的中心微透鏡7開始，微透鏡向外依次每層以6的倍數排列。中心處有一顆中心微透鏡7 ;從中心往外第一圈為6顆微透鏡，微透鏡按照相同的角度60°進行等間隔陣列；第二圈為12顆微透鏡，微透鏡按照相同的角度30°進行等間隔陣列；第三圈為18顆微透鏡，微透鏡按照相同的角度20°進行等間隔陣列；第η圈分別為6η顆微透鏡，微透鏡按照相同的角度(360/6η)°進 行陣列；依次類推。在該混光透鏡中，通過多面體鱗片面和微透鏡陣列將光斑整形為圓形，并通過多面體鱗片面和微透鏡陣列對多芯片LED的小角度混光作用，獲得了均勻的光斑。同時，聚光部分I和全反射部分2采用相同的材質一體成型，該混光透鏡具有相同的折射率。聚光部分I和全反射部分2具有相同的焦點，并具有相同的焦距。當多芯片LED 6在光軸OZ上移動時，聚光部分I和全反射部分2對多芯片LED 6有相同的會聚作用，形成同樣大小的光斑，可以保證在任何可調節的光束角范圍內，疊加成均勻的光斑，不會形成明顯的亮環和暗環。如圖I所示，多芯片LED 6安裝于該混光透鏡的下方，多芯片LED6的基座底部a可以在混光透鏡底部b至底部b下方H處之間調節，H的高度等于混光透鏡的焦距F和多芯片LED 6的基座厚度之和。當多芯片LED 6的基座a離開混光透鏡的底部b為H高度時，其輸出光束有最小的光束角，其光斑大小最小；當該混光透鏡往LED方向移動(或LED往混光透鏡的方向移動)的過程中，光斑大小由小到大逐漸變化；直至混光透鏡的底部b與多芯片LED 6的基座底部a處于同一平面時，其輸出光束有最大的光束角。在多芯片LED 6與混光透鏡的相對移動過程中，光束角發生變化，光斑的大小得到調整。通過聚光部分I上表面3的微透鏡陣列和全反射部分2的外側反射面4的多面體鱗片面，該混光透鏡可以對多芯片LED 6進行混光。下文將結合圖4對該混光透鏡的混光原理進行說明。圖4所示為混光透鏡中全反射部分2的混光原理。當多芯片LED 6位于全反射部分2的焦點位置時，假設有一根光線O S從多芯片LED 6的發光中心O點發出，入射到全反射部分2的內側入光面9上，經過全反射部分2折射后入射到外側反射面4的多面體鱗片5上的鱗片Tl一T一T2的中心T點位置，T點位置反射的光線經過上側出光面8折射后，其出射光線UV以平行于光軸OZ的方向射出。而入射到鱗片Tl一T一T2邊緣位置的光線SlTl及S2T2，其反射光線TlUl及T2U2經過上側出光面8折射后，其出射光線UlVl及U2V2與中心出射光線UV分別成Λ Θ的發散角，從而該鱗片使得光線在2 Λ Θ的范圍內發生了混光。將外側反射面4按照相同的2 Λ Θ的角度分成許多鱗片5，許許多多發散角為土 Λ Θ的微小鱗片的出射光束疊加后，會形成在土 Λ Θ (即全角為2Λ Θ )范圍內的比較均勻的光分布和色彩分布。聚光部分I和全反射部分2的發散角均為土 Λ θ，其中Λ Θ可以在3° 5°之間取值，優選為Λ Θ =4°。由于聚光部分I和全反射部分2的發散角相同，混光透鏡的位于透鏡中心區域的聚光部分以及邊緣全反射部分，具有相同范圍的混光，因此這兩部分的輸出光束疊加后，也會在土 Λ Θ (即全角為2 Λ θ )范圍內形成比較均勻的混光。在本實用新型所提供的混光透鏡中，聚光部分I和全反射部分2具有相同的焦點和焦距，因此當多芯片LED 6的基座底部a從遠離二次光學底部b的位置向混光透鏡的底部b移動時，其輸出光束的光束角可以從小到大變化，而其光斑一直都可以保持均勻。綜上所述，本實用新型提供了一種光束角可調的混光透鏡，由位于透鏡中心區域的聚光部分和位于聚光部分外緣的全反射部分組成。該聚光部分包括上表面和下表面，該全反射部分包括內側入光面、外側反射面和上側出光面，其中，聚光部分的上表面是由多顆微透鏡組成的微透鏡陣列，全反射部分的外側反射面是由多個多面體鱗片組成的鱗片面。該光束角可調的混光透鏡，通過聚光部分上表面的微透鏡陣列和全反射部分外側反射面的多面體鱗片面，可以將多芯片LED發出的光斑整形為均勻的圓形光斑，同時通過微透鏡陣列和多面體鱗片面對多芯片LED發出的光線的小角度混光作用，可以消除光斑中由多芯片LED造成的方格影子和多色色塊，即獲得色溫均勻的光斑。此外，由于采用具有相同焦點和焦距的聚光部分和全反射部分，該光束角可調的混光透鏡在改變光束角的過程中調焦一致，保證了由聚光部分和全反射部分產生的光斑在任何可調節的光束角范圍內大小相同，都可以疊加成均勻的光斑，消除了光斑中間及光斑邊緣的色溫差異，不會產生不均勻的亮環和暗環。 上面對本實用新型所提供的光束角可調的混光透鏡進行了詳細的說明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本實用新型專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1.一種光束角可調的混光透鏡，包括位于透鏡中心區域的聚光部分和位于所述聚光部分外緣的全反射部分，其特征在于 所述聚光部分的上表面是由多顆微透鏡組成的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列以光軸為中心依次向外逐層排列，同一層排列的多顆微透鏡等角度排列成圓形； 所述全反射部分的外側反射面是由多個多面體鱗片組成的鱗片面，所述鱗片面是由多個多面體鱗片沿著所述全反射部分的外表面從上到下逐層排列而成，同一層鱗片中的多個多面體鱗片等角度排列。
2.如權利要求I所述的混光透鏡，其特征在于 每層排列的微透鏡數目N與從中心往外的排列層數η之間滿足下列公式N = 6η，其中N、η為正整數。
3.如權利要求I所述的混光透鏡，其特征在于 所述微透鏡具有相同的發散角，所述多面體鱗片具有相同的發散角；而且，所述微透鏡的發散角與所述多面體鱗片的發散角相同。
4.如權利要求3所述的混光透鏡，其特征在于 所述發散角為土 Λ Θ，其中Λ Θ在3° 5°之間取值。
5.如權利要求I所述的混光透鏡，其特征在于 所述多面體鱗片的形狀為鉆石紋形。
6.如權利要求I所述的混光透鏡，其特征在于 所述聚光部分和所述全反射部分具有相同的焦點和焦距。
專利摘要本實用新型公開了一種光束角可調的混光透鏡，包括位于透鏡中心區域的聚光部分和位于聚光部分外緣的全反射部分。其中，聚光部分是由多顆微透鏡組成的微透鏡陣列，微透鏡陣列以光軸為中心依次向外逐層排列，同一層排列的多顆微透鏡等角度排列成圓形；全反射部分的外側反射面是由多個多面體鱗片組成的鱗片面，鱗片面是由多個多面體鱗片沿著全反射部分的外表面從上到下逐層排列而成，同一層鱗片中的多個多面體鱗片等角度排列。該混光透鏡可以在改變光束角的同時，使得多芯片LED照射出圓形的、色溫比較均勻的光斑。
文檔編號F21Y101/02GK202769543SQ201220465400
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者甄何平, 蔣金波 申請人:北京星光影視設備科技股份有限公司