[0120] yy=solve(f);
[0121] y=double (yy);
[0122] z=kl(i)*(y-Y0)+Z0;
[0123] Y0=y;
[0124] Z0=z;
[0125] Py(i)=Y0;
[0126] Pz(i)=Z0;
[0127] end
[0128] %The Forth Step多项式拟合非球面系数
[0129] cftool
[0130] %注意，拟合时设置x=Py y=Pz.
[0131] 如图11所示，曲线10延伸长度的临界点14由光路12和曲线10确定，光路12是 光线从侧壁最底部入射产生的光线路径，其满足折射关系式：
[0132] sin 0 l=nX sin 0 2, n是透镜的折射率，0 1、0 2分别是光线的入射角和折射角。 为了满足从侧壁入射的光线都能到达侧表面，曲线10向上延伸的终点不应低于临界点14。 同样临界点14也限定了边缘表面的尺寸。
[0133] 采用同样的方法，也可以分析中央表面和底部的配合关系。此时需要分析光线从 底部远离中心轴线的最边缘入射的光路，使中央表面的延伸宽度足以覆盖该光路中的折射 光，即可满足位于中心轴线的点光源发出的入射光由底部射入透镜，则相应的出射光只从 中央表面射出。
[0134] 基于本发明的透镜形状不限于上述实施例所示出的结构。如图12示出了另一种 可采用的透镜形状，此时底部502弧面的凸起方向远离中央表面201。又如图13所示的另 一种可采用的透镜形状，此时底部502是平面。
[0135] 同样需要指出的是，侧壁501的形状也可以任意变化，在计算时考虑侧壁线段的 曲线方程，通过上述的计算方法，同样可以计算得出与之相配合的侧表面曲面。
[0136] 上述的各种透镜尤其适合与LED光源（或类似LED的光源）配合组成透镜系统，在 实现变焦准直等技术效果的同时还能获得更高的光强利用率。当设置LED光源在中心轴线 6上，且可移动的范围在腔5内时(包括与腔5的距离是0)，LED光源所发出的光线可以完 全被侧壁501和底部502所接收。同时通过调节LED光源在腔5内的位置，即可实现对出 射光斑大小的调节。
[0137] 在一个更具体的实施例中，透镜采用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯，折射率是1. 49， 设计实现当光源的移动范围是深入腔5内0-10_时，透镜1的中央表面201射出的出射光 的最大夹角的变化范围是8-90度。
[0138] 上述透镜系统可用于具有可调焦功能的手电筒，作为手电筒的光源和光学元件。 如图14和图15所示，是一种采用本发明的透镜系统的手电筒，其中手电筒15包括手柄17 和镜筒18,两者采用伸缩结构，从而可以在限位间拉伸和缩进。透镜1和LED光源16分别 被固定在镜筒18和手柄17上，通过镜筒18和手柄17间的伸缩进行相对移动，从而实现调 焦功能。图14和图15分别示出了 LED光源16处于透镜1的腔口和腔内。手柄17和镜筒 18的相对移动不限于上述的方式，两者也可以采用螺纹结构实现伸缩。任何使透镜1和LED 光源16产生相对移动的连接方式都可以实现手电筒的调焦功能。
[0139] 上述透镜系统还可以应用到其他需要调节光斑大小（或聚焦、散光交互变化的场 合)，比如照相机的闪光系统、舞台照明系统等。
[0140] 另外需要指出的是，受透镜加工和手电筒装配精度、LED光源尺寸大小的影响，在 实际使用中，准直光中会有部分光线无法准直出射，这就会在LED光源的移动时，光斑中会 出现大小随之变化的亮环，这完全取决于实际的加工和装配精度以及对于LED光源的尺寸 的选用。
[0141] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术 方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种透镜，其特征在于，所述透镜包括前表面、后表面、以及在所述前表面和所述后 表面之间延伸的侧表面；所述后表面限定了面向后部的腔；所述前表面包括中央表面、以 及环绕连接所述中央表面的边缘表面，所述边缘表面在所述中央表面和所述侧表面之间延 伸；所述透镜限定了中心轴线；所述腔包括侧壁和底部，所述侧壁和所述底部限定了腔体 空间，所述中心轴线穿过所述中央表面和所述底部；所述边缘表面在所述中心横截面上对 应的线段，即边缘线段，由平行于所述中心轴线的线段和垂直于所述中心轴线的线段交替 连接组成。2. 如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜通过所述中心轴线的任意横截面， 即中心横截面，图形都相同。3. 如权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述中央表面在所述中心横截面上对应的 线段，即中央线段，呈弧线。4. 如权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述中央线段的弧形凸起方向远离所述底 部。5. 如权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述边缘线段平行于所述中心轴线的延伸 方向与所述中央线段的弧形凸起方向相同，所述边缘线段在垂直于所述中心轴线方向上远 离所述中央线段延伸。6. 如权利要求1-5任一所述的透镜，其特征在于，所述侧壁在所述中心横截面上对应 的线段，即侧壁线段，呈直线或弧线。7. 如权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述侧壁线段平行于所述中心轴线。8. 如权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述底部是弧面或平面。9. 如权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述侧壁与所述侧表面相配合以满足：位于 所述中心轴线的点光源发出的入射光由所述侧壁射入所述透镜后经所述侧表面反射的反 射光平行于所述中心轴线。10. 如权利要求9所述的透镜，其特征在于，所述边缘表面的尺寸满足：经所述侧表面 反射的反射光都直接从所述边缘表面射出。11. 如权利要求10所述的透镜，其特征在于，所述侧表面的形状满足：所述侧表面全反 射由所述侧壁进入的入射光。12. 如权利要求11所述的透镜，其特征在于，所述中央表面与所述底部相配合以满足： 位于所述中心轴线的点光源发出的入射光由所述底部射入所述透镜，则相应的出射光只从 所述中央表面射出。13. 如权利要求12所述的透镜，其特征在于，所述边缘表面的形状满足：从所述中央表 面射出的出射光不会被所述边缘表面阻挡。14. 如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述侧表面镀有全反射膜。15. 如权利要求13所述的透镜，其特征在于，所述全反射膜是银。16. 如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜的材料是聚甲基丙烯酸甲酯。17. -种采用如权利要求9-16所述的任一透镜的透镜系统，其特征在于，包括所述透 镜、光源，所述光源提供所述透镜的入射光。18. 如权利要求17所述的透镜系统，其特征在于，所述光源在所述透镜的中心轴线上。19. 如权利要求18所述的透镜系统，其特征在于，所述光源可沿所述中心轴线移动。20. 如权利要求19所述的透镜系统，其特征在于，所述光源的移动范围是在所述透镜 的腔的内部。21. 如权利要求20所述的透镜系统，其特征在于，所述光源的移动范围是距离所述腔 Omm至深入所述腔内10_。22. 如权利要求21所述的透镜系统，其特征在于，当所述光源在距离所述腔Omm至深入 所述腔内IOmm过程中移动时，从所述透镜的中央表面射出的出射光的最大夹角是8-90度。23. 如权利要求18-22所述的透镜系统，其特征在于，所述光源是LED光源。24. 如权利要求23所述的任一透镜系统的用途，其特征在于，所述透镜系统用于具有 可调焦功能的手电筒。
【专利摘要】本发明公开了一种透镜和透镜系统及其用途，透镜包括前表面、后表面、以及在前表面和后表面之间延伸的侧表面；后表面限定了面向后部的腔；前表面包括中央表面、以及环绕连接中央表面的边缘表面，边缘表面在中央表面和侧表面之间延伸；透镜是一个轴对称体，其限定了中心轴线；透镜配合放置于中心轴线且可在腔内移动的LED光源或与其类似的光源组成透镜系统，实现对于光源出射光的高利用率，以及对入射光的准直和调焦功能。该透镜系统可用于具有可调焦功能的手电筒。
【IPC分类】F21V5/04, F21V7/22, F21L4/00, F21Y101/02
【公开号】CN105090886
【申请号】CN201410152967
【发明人】余闻天
【申请人】杭州巨星工具有限公司, 杭州巨星科技股份有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年4月16日