一种光斑均匀的变焦光束透镜组的制作方法

本实用新型涉及一种变焦光束透镜组,属于透镜技术领域。

背景技术：

目前用于舞台灯光行业上的变焦透镜都是单一曲面的透镜或者多个单一曲面透镜组成的透镜组，为了得到更大的变焦倍数，通常变焦透镜或透镜组的厚度及移动距离会很长，不利于我们把整台灯具设计的更小。

目前市面上的准直透镜都是基于光源的发光面的中心与准直透镜透镜的旋转中心对齐的情况下设计的，没有针对光源发光面的中心不与准直透镜透镜的旋转中心对齐的情况设计，但是特别是舞台灯光行业中RGB三合一、RGBW四合一、RGBWA五合一等等光源很常见，这些光源的每个发光面都不在准直透镜透镜中心，都处于偏心状态，若以传统方式去设计旋转对称透镜，最终各种单色光经过准直透镜透镜后都不在光斑面的中心，所以就会出现RGB合成白光会很不均匀，光斑效果很差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光斑均匀的变焦光束透镜组，它使得RGB合成白光均匀，光斑效果均匀，并且可微距变焦。

为了实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案。

一种光斑均匀的变焦光束透镜组，包括准直透镜、正透镜、负透镜，准直透镜的出射端安装正透镜，沿光线传播方向，正透镜之后设置负透镜；

所述正透镜的光线出射面是由微曲面拼接而成的，所述负透镜的其中一个表面也是由微曲面拼接而成的，所述正透镜的微曲面与所述负透镜的微曲面贴合；

所述准直透镜一端为出射端，另一端为入射端，出射端和入射端之间的外壁由全反射面ⅠA和全反射面ⅠB组成；

所述入射端包括准直透镜底座面和位于准直透镜底座面中间的入射面Ⅰ、次入射面、入射面Ⅱ、全反射面Ⅱ，所述入射面Ⅰ、次入射面、入射面Ⅱ、全反射面Ⅱ均为凸曲面，所述入射面Ⅱ和全反射面Ⅱ位于中心并且向远离中心线的方向凸起，所述入射面Ⅰ位于入射面Ⅱ外侧，次入射面位于全反射面Ⅱ外侧，所述入射面Ⅰ和次入射面向中心线方向凸起；

所述出射端的出射面由出射面ⅠA、出射面ⅠB、出射面ⅡA、出射面ⅡB组成，所述出射面ⅡA、出射面ⅡB位于中心，而所述出射面ⅠA、出射面ⅠB位于外侧，并且所述出射面ⅡA、出射面ⅡB相对于所述出射面ⅠA、出射面ⅠB下凹，所述出射面ⅡA、出射面ⅡB向远离中心线的方向凸起，所述出射面ⅡA、出射面ⅡB交汇于中心线上。

进一步优选，所述出射面ⅠB与出射面ⅠA对称，所述出射面ⅠB与所述出射面ⅡB之间通过拔模面B衔接，所述出射面ⅠA与所述出射面ⅡA通过拔模面A衔接。

进一步优选，所述准直透镜底座面由准直透镜底座面A和准直透镜底座面B构成；全反射面ⅠB是全反射面ⅠA的对称面，全反射面ⅠB上端与出射面ⅠB交汇，全反射面ⅠB下端与准直透镜底座面B交汇，全反射面ⅠA上端与出射面ⅠA交汇，全反射面ⅠA下端与准直透镜底座面A交汇。

进一步优选，所述入射面Ⅰ的上端与入射面Ⅱ上端交汇，所述入射面Ⅰ的下端与准直透镜底座面A交汇，所述次入射面的上端与全反射面Ⅱ上端交汇，所述次入射面的下端与准直透镜底座面B交汇，所述入射面Ⅱ下端与全反射面Ⅱ下端交汇且交汇点位于中心线上。

进一步优选，出射面ⅠA是与准直透镜中心线成一定角度的平面，或者是由有限个细小的曲面链接成的曲面。

进一步优选，所述入射面Ⅰ各节点的曲率满足使入射光线经过后到达全反射面ⅠA的时候都满足全反射的条件。

进一步优选，所述入射面Ⅱ的曲率满足：使入射光线经过后发生大角度折射，到达全反射面Ⅱ的时候都满足全反射的条件。并分配经光路A和光路B出射的能量比例，使最终光斑能量分布均匀；还能阻挡经入射面Ⅰ后极少量的反射杂光，使之不能从准直透镜正方向出射，以免造成中心光斑边缘出现杂光晕。

进一步优选，所述全反射面Ⅱ的曲率满足：使经过入射面Ⅱ到达全反射面Ⅱ的光线发生全反射，并使大部分光线都能集中在出射面ⅡA上。

进一步优选，所述出射面ⅡA的曲率满足，使大部分光线出射后与准直透镜中心线平行或者偏差微小的角度。

进一步优选，所述正透的光线入射面为平面；负透镜的另一个表面是平面。

本实用新型的一路光线从准直透镜的入射面Ⅰ进入，经过全反射面ⅠA反射后，从出射面ⅠA平行射出，另一路光线从准直透镜的入射面Ⅱ进入，经过全反射面Ⅱ反射后从出射面ⅡA平行射出，从而使得整体光线出来后始终是偏离透镜中心线。本实用新型RGB合成白光均匀，光斑效果均匀，然后光斑经过带微曲面的正透镜和负透镜微距变焦，灯光投射效果好，特别适用于舞台灯具。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

图2是本实用新型的光路示意图。

图3是准直透镜示意图。

图4是准直透镜光路示意图。

图5是正透镜的示意图。

图6是负透镜的示意图。

图中： 1——全反射面ⅠA、10——全反射面ⅠB、2——出射面ⅠA、20——出射面ⅠB、3——拔模面A、30——拔模面B、4——出射面ⅡA、40——出射面ⅡB、5——入射面Ⅰ、50——次入射面、6——入射面Ⅱ、60——全反全反射面Ⅱ、7——准直透镜底座面A、70——准直透镜底座面B 100——准直透镜 200——正透镜 2001——正透镜的微曲面 300——负透镜 3001——负透镜的微曲面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，一种光斑均匀的变焦光束透镜组，包括准直透镜100、正透镜200、负透镜300，准直透镜100的出射端安装正透镜200，沿光线传播方向，正透镜200之后设置负透镜300；

如图5所示，所述正透镜200的光线出射面是由微曲面拼接而成的，所述正透镜200的光线入射面为平面；如图6所示，所述负透镜300的其中一个表面也是由微曲面拼接而成的，负透镜的另一个面是平面，所述正透镜的微曲面2001与所述负透镜的微曲面3001贴合。

所述准直透镜如图3所示，一端为出射端，另一端为入射端，出射端和入射端之间的外壁由全反射面ⅠA1和全反射面ⅠB10组成。所述入射端包括准直透镜底座面和位于准直透镜底座面中间的入射面Ⅰ5、次入射面50、入射面Ⅱ6、全反射面Ⅱ60，所述准直透镜底座面由准直透镜底座面A7和准直透镜底座面B70构成，所述入射面Ⅰ5、次入射面50、入射面Ⅱ6、全反射面Ⅱ60均为凸曲面，所述入射面Ⅱ6和全反射面Ⅱ60位于中心并且向远离中心线的方向凸起，所述入射面Ⅰ5位于入射面Ⅱ6外侧，次入射面50位于全反射面Ⅱ60外侧，所述入射面Ⅰ5和次入射面50向中心线方向凸起。所述出射端的出射面由出射面ⅠA2、出射面ⅠB20、出射面ⅡA4、出射面ⅡB40组成，所述出射面ⅡA4、出射面ⅡB40位于中心，而所述出射面ⅠA2、出射面ⅠB20位于外侧，并且所述出射面ⅡA4、出射面ⅡB40相对于所述出射面ⅠA2、出射面ⅠB20下凹，这样才能更方便的对接其他准直透镜。所述出射面ⅡA4、出射面ⅡB40向远离中心线的方向凸起，所述出射面ⅡA4、出射面ⅡB40交汇于中心线上。

更具体的是，所述出射面ⅠB20与出射面ⅠA2对称，所述出射面ⅠB20与所述出射面ⅡB40之间通过拔模面B30衔接，所述出射面ⅠA2与所述出射面ⅡA4通过拔模面A3衔接。全反射面ⅠB10是全反射面ⅠA1的对称面，全反射面ⅠB10上端与出射面ⅠB20交汇，全反射面ⅠB10下端与准直透镜底座面B70交汇，全反射面ⅠA1上端与出射面ⅠA2交汇，全反射面ⅠA1下端与准直透镜底座面A7交汇。

更具体的是，所述入射面Ⅰ5的上端与入射面Ⅱ6上端交汇，所述入射面Ⅰ5的下端与准直透镜底座面A7交汇，所述次入射面50的上端与全反射面Ⅱ60上端交汇，所述次入射面50的下端与准直透镜底座面B70交汇，所述入射面Ⅱ6下端与全反射面Ⅱ60下端交汇且交汇点位于中心线上。

结合图3和图4，说明光路和各面的曲率或形状控制。

光路A：空气→入射面Ⅰ5→全反射面ⅠA1→出射面ⅠA2

入射面Ⅰ5：轮廓为样条曲线，通过各节点的曲率来控制入射光线经过后到达全反射面ⅠA1的时候都满足全反射的条件。

全反射面ⅠA1：轮廓为样条曲线，通过各节点的曲率来控制出射光线的主要方向。

出射面ⅠA2：与准直透镜中心线成一定角度的平面，用来微调从全反射面ⅠA1反射的光线，使之光线整体发生倾斜一定角度。

光路B：空气→入射面Ⅱ6→全反射面Ⅱ60→出射面ⅡA4

入射面Ⅱ6：轮廓为样条曲线，通过各节点的曲率来控制入射光线经过后发生大角度折射，到达全反射面Ⅱ60的时候都满足全反射的条件。分配经光路A和光路B出射的能量比例，使最终光斑能量分布均匀；还能阻挡经入射面Ⅰ5后极少量的反射杂光，使之不能从准直透镜正方向出射，以免造成中心光斑边缘出现杂光晕。

全反射面Ⅱ60：轮廓为样条曲线，通过各节点的曲率来控制发生全反射的光线出射方向，使大部分光线都能集中在出射面ⅡA4上。

出射面ⅡA4：轮廓为样条曲线，通过各节点的曲率来控制出射光线的主要方向，使大部分光线出射后尽量与准直透镜中心线平行或者偏差微小的角度。

其它少量能量的光路所涉及的曲面解释：

拔模面A3与拔模面B30：锥状曲面，主要是考虑加工时所需要的拔模斜度，有利于准直透镜成型；另外可以在面上镀膜或者采取其它方式，使之少量的杂散光入射到曲面时尽量吸收掉，以避免产生杂光晕。

准直透镜底座面A7和准直透镜底座面B70：准直透镜底座面A7和准直透镜底座面B70为平面，准直透镜底座，也可以在其上面加定位柱，方便准直透镜与光源基板的定位安装；另外也可以在其面上镀膜或者采取其它方式，使之少量的杂散光入射到曲面时尽量吸收掉，以避免产生杂光晕。最好地，准直透镜底座面A7和准直透镜底座面B70对称。

全反射面ⅠB10与出射面ⅠB20：分别是全反射面ⅠA1与出射面ⅠA2的对称面，由于只有少量的光经过这两个面，其面的曲率分别由全反射面ⅠA1和出射面ⅠA2控制，不会对光斑产生大的影响。

如图4所示，偏心光源光线经过准直透镜的两条主光路分别是:1、一部分光线经过入射面Ⅰ5产生折射后，到达全反射面ⅠA1后，由于折射原理，光线会产生全反射，经过全反射面的光线会到达出射面ⅠA2后，进入空气中；

另一部分光线会经过入射面Ⅱ6后折射到全反射面Ⅱ60，反射的光线再经过出射面ⅡA4后进入空气。只有少量的光线会经过次入射面50后到达全反射面ⅠB10反射经过出射面ⅠB20出射到空气中，此部分的能量相对较少，不会对整体的光斑能量分布产生决定性的影响。

本实用新型所述光斑均匀的变焦光束透镜组的光路效果如图2所示，可得到均匀的光斑，而且可微距变焦。