专利名称：一种光束角可调的混光透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种混光透镜，尤其涉及一种用于多芯片LED、光束角可调的混光透镜，属于光学技术领域。
背景技术：
传统的混光透镜多数为结构简单的平凸或双凸的聚光透镜，没有全反射的设计。这种透镜只能用于调整单芯片LED的出光角，使之在某些位置照射出均匀的光斑。当该混光透镜用于多芯片LED时，由于凸透镜的成像效应，光斑会呈现出多个规则排列的方格影子，而当用于由红、绿、蓝芯片组成的三基色LED时，则会投射出含有不种颜色色块的光斑，非常不美观。为此，需要通过一种光束角可调的混光透镜来完成光束角的调整，使多芯片LED可以照射出均匀的光斑。 现有技术中也有一些可调焦的混光透镜使用了全反射的结构，如公告号为CN201637870U的中国实用新型中公开的一种光束角可调的全反射透镜，包括中间聚光的凸透镜、侧面全反射的棱镜、以及位于透镜上边缘的法兰。其中，凸透镜的上表面为非球面表面，下表面为环纹的菲涅尔面，棱镜内凹的入射面为圆锥面，棱镜外侧面为曲面，棱镜的上表面为二次曲面。该光束角可调的全反射透镜通过中间聚光的凸透镜和侧面全反射棱镜的的特殊形状，使得光束角连续可调。但是，在此类混光透镜中，中间的聚光部分及外缘的全反射部分都是由光滑的曲面组成。当用于多色LED芯片时，由于凸透镜的成像效应，依然会折射出多个方格影子或者不同颜色的色块，无法达到均匀光斑的理想效果。此外，由于凸透镜的像差，该类混光透镜用于白光LED时，投射出来的光斑会有中间色温高、边缘色温低的情况，在光斑边缘存在黄圈。因此，此类混光透镜仍然无法使多芯片LED的出射光斑达到均匀的效果，需要继续改进。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以使多芯片LED照射出均匀光斑的混光透镜。为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案一种光束角可调的混光透镜，包括位于透镜中心区域的聚光部分和位于所述聚光部分外缘的全反射部分，其特征在于所述聚光部分的上表面是由多颗微透镜组成的微透镜阵列，所述微透镜阵列以光轴为中心依次向外逐层排列，同一层排列的多颗微透镜等角度排列成圆形；所述全反射部分的外侧反射面是由多个多面体鳞片组成的鳞片面，所述鳞片面是由多个多面体鳞片沿着所述全反射部分的外表面从上到下逐层排列而成，同一层鳞片中的多个多面体鳞片等角度排列。其中较优地，所述微透镜具有相同的发散角，所述多面体鳞片具有相同的发散角；而且，所述微透镜的发散角与所述多面体鳞片的发散角相同。本实用新型提供了一种光束角可调的混光透镜。该混光透镜可以在改变光束角的同时，使得多芯片LED照射出圆形的、色温比较均匀的光斑。此外，该混光透镜中，聚光部分和全反射部分具有相同焦点和焦距，使得在改变光束角的过程中调焦一致，由聚光部分和全反射部分产生的光斑大小相同，在任何可调节的光束角范围内，都叠加成均匀的光斑。
图I为本实用新型所提供的混光透镜的剖面示意图；图2为图I所示光束角可调的混光透镜的正视图； 图3为图I所示光束角可调的混光透镜的俯视图；图4为混光透镜中全反射部分的混光原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容进行详细说明。如图I至图3所示，一种光束角可调的混光透镜，包括位于透镜中心区域的聚光部分I和围设于聚光部分I外缘的全反射部分2。其中，当多芯片LED的发光面中心O点位于混光透镜的焦点位置时，从多芯片LED的发光面中心O点发出的光，其与光轴OZ的夹角较小的光线，被中间的聚光部分I所收集，并进行会聚以及在发散角Θ的范围内进行混光；其与光轴OZ的夹角较大的光线，被外缘的全反射部分2收集，也进行会聚以及在发散角土 Λ Θ的范围内进行混光。其中，聚光部分I呈圆形,包括上表面3和下表面10 (见图I)。聚光部分I的上表面3呈球面或圆弧形，聚光部分I的下表面10为球面、圆弧形或者环形的菲涅尔面。全反射部分2包括内侧入光面9、外侧反射面4和上侧出光面8 (见图I)，全反射部分2的内侧入光面9为圆锥面或者柱面，外侧反射面4为圆弧形的全反射面，上侧出光面8为圆弧状的出光面。从而，在该混光透镜的底部形成一个由聚光部分I的下表面10和全反射部分2的内侧入光面9组成的统一入光面，在该混光透镜的顶部形成一个由聚光部分I的上表面3和全反射部分2的上侧出光面8组成的统一出光面。结合图2可知，全反射部分2的外侧反射面4是由多个多面体鳞片5组成的鳞片面。其中，多个多面体鳞片5的发散角土 Λ θ I相同，每个多面体鳞片5可以在土 Λ Θ1的范围内混光，即多面体鳞片5可以在全角为2Λ Θ I的范围内混光。将多个多面体鳞片5依次排列，可以使得所有经过全反射部分2全反射的光线分别在2Λ Θ I的范围内发生混光。在该混光透镜中，鳞片面由多个多面体鳞片5沿着全反射部分2的外表面从上到下逐层排列而成，同一层鳞片中的多个多面体鳞片5等角度排列。该多面体鳞片5的形状可以为菱形、六边形、八边形等，其中优选为钻石纹形。较优地，Δ Θ可以在3° 5°之间取值，其中优选为Λ Θ = 4°。全反射部分2的外侧反射面4由10X36份的多面体鳞片5组成，多面体鳞片5为钻石纹形状的小平面。如图3所示，聚光部分I的上表面3是由多颗微透镜组成的微透镜阵列，多颗微透镜具有相同的发散角土 Δ Θ 2,该发散角土 Δ Θ 2与多面体鳞片5的发散角土 Δ Θ I相同，该微透镜阵列可以使得所有经过聚光部分I折射的光线分别在2 Λ Θ 2的范围内发生混光。微透镜阵列的排列方式如下在聚光部分I的上表面3的光轴位置排列一颗中心微透镜7，剩余微透镜以光轴OZ为中心依次向外逐层排列，同一层排列的多颗微透镜等角度排列成圆形。在该实施例中，每层排列的透镜数N与从中心往外的排列层数η之间满足下列公式N = 6η，其中N、η均为正整数。具体来说，其以光轴OZ为中心，按照圆形阵列进行排列，其中心处有一颗微透镜7，从位于光轴位置的中心微透镜7开始，微透镜向外依次每层以6的倍数排列。中心处有一颗中心微透镜7 ;从中心往外第一圈为6颗微透镜，微透镜按照相同的角度60°进行等间隔阵列；第二圈为12颗微透镜，微透镜按照相同的角度30°进行等间隔阵列；第三圈为18颗微透镜，微透镜按照相同的角度20°进行等间隔阵列；第η圈分别为6η颗微透镜，微透镜按照相同的角度(360/6η)°进 行阵列；依次类推。在该混光透镜中，通过多面体鳞片面和微透镜阵列将光斑整形为圆形，并通过多面体鳞片面和微透镜阵列对多芯片LED的小角度混光作用，获得了均匀的光斑。同时，聚光部分I和全反射部分2采用相同的材质一体成型，该混光透镜具有相同的折射率。聚光部分I和全反射部分2具有相同的焦点，并具有相同的焦距。当多芯片LED 6在光轴OZ上移动时，聚光部分I和全反射部分2对多芯片LED 6有相同的会聚作用，形成同样大小的光斑，可以保证在任何可调节的光束角范围内，叠加成均匀的光斑，不会形成明显的亮环和暗环。如图I所示，多芯片LED 6安装于该混光透镜的下方，多芯片LED6的基座底部a可以在混光透镜底部b至底部b下方H处之间调节，H的高度等于混光透镜的焦距F和多芯片LED 6的基座厚度之和。当多芯片LED 6的基座a离开混光透镜的底部b为H高度时，其输出光束有最小的光束角，其光斑大小最小；当该混光透镜往LED方向移动(或LED往混光透镜的方向移动)的过程中，光斑大小由小到大逐渐变化；直至混光透镜的底部b与多芯片LED 6的基座底部a处于同一平面时，其输出光束有最大的光束角。在多芯片LED 6与混光透镜的相对移动过程中，光束角发生变化，光斑的大小得到调整。通过聚光部分I上表面3的微透镜阵列和全反射部分2的外侧反射面4的多面体鳞片面，该混光透镜可以对多芯片LED 6进行混光。下文将结合图4对该混光透镜的混光原理进行说明。图4所示为混光透镜中全反射部分2的混光原理。当多芯片LED 6位于全反射部分2的焦点位置时，假设有一根光线O S从多芯片LED 6的发光中心O点发出，入射到全反射部分2的内侧入光面9上，经过全反射部分2折射后入射到外侧反射面4的多面体鳞片5上的鳞片Tl一T一T2的中心T点位置，T点位置反射的光线经过上侧出光面8折射后，其出射光线UV以平行于光轴OZ的方向射出。而入射到鳞片Tl一T一T2边缘位置的光线SlTl及S2T2，其反射光线TlUl及T2U2经过上侧出光面8折射后，其出射光线UlVl及U2V2与中心出射光线UV分别成Λ Θ的发散角，从而该鳞片使得光线在2 Λ Θ的范围内发生了混光。将外侧反射面4按照相同的2 Λ Θ的角度分成许多鳞片5，许许多多发散角为土 Λ Θ的微小鳞片的出射光束叠加后，会形成在土 Λ Θ (即全角为2Λ Θ )范围内的比较均匀的光分布和色彩分布。聚光部分I和全反射部分2的发散角均为土 Λ θ，其中Λ Θ可以在3° 5°之间取值，优选为Λ Θ =4°。由于聚光部分I和全反射部分2的发散角相同，混光透镜的位于透镜中心区域的聚光部分以及边缘全反射部分，具有相同范围的混光，因此这两部分的输出光束叠加后，也会在土 Λ Θ (即全角为2 Λ θ )范围内形成比较均匀的混光。在本实用新型所提供的混光透镜中，聚光部分I和全反射部分2具有相同的焦点和焦距，因此当多芯片LED 6的基座底部a从远离二次光学底部b的位置向混光透镜的底部b移动时，其输出光束的光束角可以从小到大变化，而其光斑一直都可以保持均匀。综上所述，本实用新型提供了一种光束角可调的混光透镜，由位于透镜中心区域的聚光部分和位于聚光部分外缘的全反射部分组成。该聚光部分包括上表面和下表面，该全反射部分包括内侧入光面、外侧反射面和上侧出光面，其中，聚光部分的上表面是由多颗微透镜组成的微透镜阵列，全反射部分的外侧反射面是由多个多面体鳞片组成的鳞片面。该光束角可调的混光透镜，通过聚光部分上表面的微透镜阵列和全反射部分外侧反射面的多面体鳞片面，可以将多芯片LED发出的光斑整形为均匀的圆形光斑，同时通过微透镜阵列和多面体鳞片面对多芯片LED发出的光线的小角度混光作用，可以消除光斑中由多芯片LED造成的方格影子和多色色块，即获得色温均匀的光斑。此外，由于采用具有相同焦点和焦距的聚光部分和全反射部分，该光束角可调的混光透镜在改变光束角的过程中调焦一致，保证了由聚光部分和全反射部分产生的光斑在任何可调节的光束角范围内大小相同，都可以叠加成均匀的光斑，消除了光斑中间及光斑边缘的色温差异，不会产生不均匀的亮环和暗环。 上面对本实用新型所提供的光束角可调的混光透镜进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求1.一种光束角可调的混光透镜，包括位于透镜中心区域的聚光部分和位于所述聚光部分外缘的全反射部分，其特征在于 所述聚光部分的上表面是由多颗微透镜组成的微透镜阵列，所述微透镜阵列以光轴为中心依次向外逐层排列，同一层排列的多颗微透镜等角度排列成圆形； 所述全反射部分的外侧反射面是由多个多面体鳞片组成的鳞片面，所述鳞片面是由多个多面体鳞片沿着所述全反射部分的外表面从上到下逐层排列而成，同一层鳞片中的多个多面体鳞片等角度排列。
2.如权利要求I所述的混光透镜，其特征在于 每层排列的微透镜数目N与从中心往外的排列层数η之间满足下列公式N = 6η，其中N、η为正整数。
3.如权利要求I所述的混光透镜，其特征在于 所述微透镜具有相同的发散角，所述多面体鳞片具有相同的发散角；而且，所述微透镜的发散角与所述多面体鳞片的发散角相同。
4.如权利要求3所述的混光透镜，其特征在于 所述发散角为土 Λ Θ，其中Λ Θ在3° 5°之间取值。
5.如权利要求I所述的混光透镜，其特征在于 所述多面体鳞片的形状为钻石纹形。
6.如权利要求I所述的混光透镜，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点和焦距。
专利摘要本实用新型公开了一种光束角可调的混光透镜，包括位于透镜中心区域的聚光部分和位于聚光部分外缘的全反射部分。其中，聚光部分是由多颗微透镜组成的微透镜阵列，微透镜阵列以光轴为中心依次向外逐层排列，同一层排列的多颗微透镜等角度排列成圆形；全反射部分的外侧反射面是由多个多面体鳞片组成的鳞片面，鳞片面是由多个多面体鳞片沿着全反射部分的外表面从上到下逐层排列而成，同一层鳞片中的多个多面体鳞片等角度排列。该混光透镜可以在改变光束角的同时，使得多芯片LED照射出圆形的、色温比较均匀的光斑。
文档编号F21Y101/02GK202769543SQ201220465400
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者甄何平, 蒋金波 申请人:北京星光影视设备科技股份有限公司