專利名稱：用于led光源的光束角調整透鏡組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED面光源及陣列LED舞臺照明燈的光束角調整技術，具體是一種用于LED光源的光束角調整透鏡組。
背景技術：
在制作大功率LED舞臺燈時，需要將燈光聚焦到一個演員身上或者使燈光照亮整個舞臺，此時就需要調整LED面光源或陣列LED光源的出光光束角。授權號為CN201502956U的中國實用新型專利，公開了一種電腦搖頭燈的光學系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括燈珠、第一聚光透鏡、第二聚光透鏡、圖案片、色片、成像透鏡、三棱鏡、調焦透鏡。在該光學系統(tǒng)中，只對成像輪廓清晰進行了改進，對于光源出光的光束角的調整并沒有提及。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于LED光源的光束角調整透鏡組， 從而當使用的LED光束角(50%)在140° 180°時，LED舞臺燈仍然能夠實現(xiàn)光束角的方
便調整。本實用新型的技術方案是用于LED光源的光束角調整透鏡組，包括第一聚光透鏡和第二聚光透鏡，第一聚光透鏡、第二聚光透鏡的曲面都是二次曲面的組合。二次曲面包括球面、橢球面、拋物面、雙曲面等。組合方式包括1)曲面中心是一種二次曲面，曲面邊緣是另一種二次曲面，兩種二次曲面在距曲面中心1/4 3/4處光滑銜接。2)曲面中心是一種二次曲面，在1/4 1/2處光滑銜接第二種二次曲面，第二種二次曲面在1/2 3/4處光滑銜接第三種二次曲面。第一聚光透鏡位于LED燈與第二聚光透鏡之間，有效通光直徑為8 20mm，與LED 燈的距離為0 4mm，與第二聚光透鏡的距離為0 14mm。第二聚光透鏡為出光透鏡，有效通光直徑為20 30mm。在光束角的變化過程中， 第二聚光透鏡的移動距離為0 14mm，光束角的變化范圍(50%)為6° 48°。進一步的，第一聚光透鏡、第二聚光透鏡的二次曲面組合方式，視所使用LED的光束角不同而不同。進一步的，第一聚光透鏡包括依次相連接的第一入光面，底面，第一外側面以及第一出光面，底面為一圓環(huán)，且與光軸垂直，第一外側面5為圓錐面，與底面夾角為100 138° ；第一入光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是雙曲面，滿足方程式 x2+y2+60Z-3z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式x2+y2+65Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+56Z-l. Sz2=O ；第一出光面由三個二次曲面組合而成， 中心區(qū)是球面，滿足方程式x2+y2+14Z-z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式x2+y2+lM=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+20Z-l. Sz2=O ；第二聚光透鏡包括依次相連接的第二入光面，第二外側面以及第二出光面，第二外側面是與光軸夾角大于42°的圓錐面，第二入光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是雙曲面，滿足方程式 x2+y2+200Z-3z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式x2+y2+225Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+180Z-l. ^2=O ；第二出光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是球面，滿足方程式x2+y2+2H-z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式，x2+y2+18Z=0,中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+20Z-l. Sz2=O0進一步的，第一入光面、第一出光面、第二入光面以及第二出光面鍍增透膜，透過率大于98%，底面、第一外側面以及第二外側面鍍?nèi)瓷淠ぃ瓷渎蚀笥?8%。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果(1)對于光束角(50%)在140° 180° QX光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向的夾角)的LED面光源和陣列LED光源來說，本實用新型使得第二聚光透鏡移動最小的距離，實現(xiàn)最大的光束角變化；(2)本實用新型使得光束角(50%)在140° 180°的LED面光源和陣列LED光源盡量多的光能量通過第一聚光透鏡，并從第二聚光透鏡出射，提高了出光效率和光能利用率，減少了光在燈具中的聚集，減小了燈具由于光能利用率低所造成的溫度升高；(3)現(xiàn)有LED舞臺燈所使用的LED發(fā)散角多數(shù)小于140度，LED的外形尺寸也小于 6mmX6mm、或直徑小于8. 5mm。實際上，大功率的LED發(fā)散角大于140°，因為功率大，因此外形尺寸也大于6mmX6mm、或直徑大于8. 5mm。本實用新型主要針對這種大功率的LED。

圖1為實現(xiàn)本實用新型的第一聚光透鏡和第二聚光透鏡的示意圖。圖中，1 =LED ；2 第一聚光透鏡；3 第二聚光透鏡；4 第一聚光透鏡底面；5 第一聚光透鏡外側面；6 第一聚光透鏡入光面；7 第一聚光透鏡出光面；8 第二聚光透鏡入光面；9 第二聚光透鏡出光面；10 第二聚光透鏡外側面。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
實施例如圖1所示，一種基于二次曲面的用于LED面光源及陣列LED光源的舞臺燈光束角調整透鏡，LED 1的外形尺寸大于6mmX 6mm、小于10 mmX 10mm，或直徑大于8. 5mm、小于 14mm, LEDl發(fā)光的光束角為140° 180°。 第一聚光透鏡2有效通光直徑為8mm 20mm。第一聚光透鏡2的第一聚光透鏡入光面6與LED出光表面的距離為0mm-4mm。第一聚光透鏡底面4位于LED焊接固定的電路板上。保證LEDl發(fā)出的光能夠全部進入第一聚光透鏡入光面6。第一聚光透鏡底面4內(nèi)徑為8mm 14mm。第一聚光透鏡外側面5是與第一聚光透鏡底面4夾角小于48° (銳角)的圓錐面。第一聚光透鏡入光面6與第一聚光透鏡底面4夾角小于等于(銳角)。第一
4聚光透鏡入光面6的中心區(qū)是雙曲面(x2+y2+60Z-3z2=0)，其外圍是拋物面(x2+y2+6M=0)， 中心區(qū)與外圍之間由橢球面(x2+y2+56Z-l. Sz2=O)連接。第一聚光透鏡出光面7的中心區(qū)是球面(x2+y2+14Z-z2=0)，其外圍是拋物面(x2+y2+lM=0)，中心區(qū)與外圍之間由橢球面 (x2+y2+20Z-Uz2=0)連接。光線從LED發(fā)出，進入第一聚光透鏡入光面6，經(jīng)過第一聚光透鏡入光面6的折射、 第一聚光透鏡外側面5反射(光束角小于120°的光線，直接射向第一聚光透鏡出光面7)， 從第一聚光透鏡出光面7的折射出射。LED發(fā)出的90%光線的經(jīng)過第一聚光透鏡2的折射后光束角小于60°。第一聚光透鏡入光面6和第一聚光透鏡出光面7鍍增透膜，透過率大于98%。第一聚光透鏡底面4和第一聚光透鏡外側面5鍍?nèi)瓷淠ぃ瓷渎蚀笥?8%。第二聚光透鏡3有效通光直徑為20mm 30mm。第二聚光透鏡3的第二聚光透鏡入光面8與第一聚光透鏡出光面7的距離為0mm-14mm。第二聚光透鏡3可移動0mm-14mm。當?shù)诙酃馔哥R入光面8與第一聚光透鏡出光面7的距離為Omm時，舞臺燈光束角(50%)為48° ；當?shù)诙酃馔哥R入光面8與第一聚光透鏡出光面7的距離為14mm時，舞臺燈光束角(50%)為6°。當當?shù)诙酃馔哥R入光面8與第一聚光透鏡出光面7的距離在Omm-Hmm之間連續(xù)變化時，舞臺燈光束角(50%)在6° -48° 之間連續(xù)變化。第二聚光透鏡外側面10是與第二聚光透鏡光軸夾角大于42°的圓錐面。第二聚光透鏡入光面8的中心區(qū)是雙曲面(x2+y2+200Z-3z2=0)，其外圍是拋物面 (x2+y2+225Z=0),中心區(qū)與外圍之間由橢球面(x2+y2+180Z-l. Sz2=O)連接；第二聚光透鏡出光面9的中心區(qū)是球面(x2+y2+25Z-z2=0)，其外圍是拋物面(x2+y2+18Z=0)，中心區(qū)與外圍之間由橢球面(x2+y2+20Z-l. 8z2=0)連接。光線從第一聚光透鏡出光面7出射進入第二聚光透鏡3。60%—90%光線的經(jīng)過第二聚光透鏡3的折射后光束角在6° -48°之間。第二聚光透鏡入光面8和第二聚光透鏡出光面9鍍增透膜，透過率大于98%。第二聚光透鏡外側面10鍍?nèi)瓷淠?，反射率大?8%。對于陣列LED燈，第一聚光透鏡和第二聚光透鏡要排成與LED燈相同的陣列。對于外形尺寸大于10 mmX 10mm、或直徑大于14mm的LED，第一聚光透鏡2和第二聚光透鏡3 的尺寸得要相應加大。第一聚光透鏡、第二聚光透鏡的入光面和出光面方程，修改后亦可以達到改變LED 發(fā)光的光束角的目的。這里不再一一列舉。
權利要求1.用于LED光源的光束角調整透鏡組，包括第一聚光透鏡和第二聚光透鏡，其特征在于第一聚光透鏡、第二聚光透鏡的曲面都是二次曲面的組合。
2.根據(jù)權利要求1所述的光束角調整透鏡組，其特征在于所述二次曲面包括球面、橢球面、拋物面以及雙曲面。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的光束角調整透鏡組，其特征在于二次曲面的組合的方式為曲面中心是一種二次曲面，曲面邊緣是另一種二次曲面，兩種二次曲面在距曲面中心 1/4 3/4處光滑銜接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的光束角調整透鏡組，其特征在于二次曲面的組合的方式為曲面中心是一種二次曲面，在1/4 1/2處光滑銜接第二種二次曲面，第二種二次曲面在1/2 3/4處光滑銜接第三種二次曲面。
5.根據(jù)權利要求1所述的光束角調整透鏡組，其特征在于第一聚光透鏡與第二聚光透鏡共光軸，第一聚光透鏡的有效通光直徑為8 20mm，與第二聚光透鏡的距離為0 14mm可調；第二聚光透鏡為出光透鏡，有效通光直徑為20 30mm。
6.根據(jù)權利要求5所述的光束角調整透鏡組，其特征在于第一聚光透鏡包括依次相連接的第一入光面，底面，第一外側面以及第一出光面，底面為一圓環(huán)，且與光軸垂直，第一外側面5為圓錐面，與底面夾角為100 138° ；第一入光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是雙曲面，滿足方程式x2+y2+60Z-3z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式 x2+y2+65Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+56Z-l. Sz2=O ； 第一出光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是球面，滿足方程式x2+y2+14Z-z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式x2+y2+15Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式X2+y2+20Z-1.8z2=0 ；第二聚光透鏡包括依次相連接的第二入光面，第二外側面以及第二出光面，第二外側面是與光軸夾角大于42°的圓錐面，第二入光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是雙曲面，滿足方程式x2+y2+200Z-3z2=0，外圍是拋物面， 滿足方程式x2+y2+225Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式 x2+y2+180Z-l. Sz2=O ；第二出光面由三個二次曲面組合而成，中心區(qū)是球面，滿足方程式 x2+y2+2M-z2=0，外圍是拋物面，滿足方程式，x2+y2+18Z=0，中心區(qū)與外圍之間由橢球面連接，該橢球面滿足方程式x2+y2+20Z-l. Sz2=O0
7.根據(jù)權利要求6所述的光束角調整透鏡組，其特征在于第一入光面、第一出光面、 第二入光面以及第二出光面鍍增透膜，透過率大于98%，底面、第一外側面以及第二外側面鍍?nèi)瓷淠?，反射率大?8%。
專利摘要本實用新型涉及LED舞臺照明燈的光束角調整技術，公開了一種用于LED光源的光束角調整透鏡組，包括第一聚光透鏡和第二聚光透鏡，其特征在于第一聚光透鏡、第二聚光透鏡的曲面都是二次曲面的組合。本實用新型使得第二聚光透鏡移動最小的距離，實現(xiàn)最大的光束角變化，使得光束角(50%)在140°～180°的LED光源盡量多的光能量通過第一聚光透鏡，并從第二聚光透鏡出射，提高了出光效率和光能利用率，減少了光在燈具中的聚集，減小了燈具由于光能利用率低所造成的溫度升高。
文檔編號F21Y101/02GK202012853SQ20112011138
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者余健輝, 唐潔媛, 張軍, 王紅印, 陳哲 申請人:暨南大學