專利名稱：一種光束角可調(diào)的全反射透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及全反射透鏡技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種光束角可調(diào)的全反射透
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背景技術(shù)：
目前幾乎所有的LED全反射透鏡，其光束角都是只有一個固定度值。如手電筒用 的LED全反射透鏡，只是單一的把LED發(fā)出的光盡可能的準(zhǔn)直，光斑聚得竟可能的小，其光 束角大約在10°以內(nèi)，而室內(nèi)用于泛光照明的LED筒燈，其全反射透鏡的光束角在30°以 上。對于一些警用作業(yè)的場景，譬如交警在夜晚處理交通事故的時候，要求作業(yè)燈具的光束 角可隨目標(biāo)的遠(yuǎn)近作調(diào)節(jié)；當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)的時候，要求作業(yè)燈的光束角很小，以便有足夠 的亮度可以照明和識別目標(biāo)；當(dāng)目標(biāo)距離較近的時候，又要求作業(yè)燈的光束角很大，以便可 以同時照亮整個目標(biāo)，但是現(xiàn)有技術(shù)中沒有一種光束角可調(diào)的全反射透鏡。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種光束角可調(diào)的全反射透鏡，其光束角 連續(xù)可調(diào)。為解決本實用新型的技術(shù)問題，本實用新型公開一種光束角可調(diào)的全反射透鏡， 包括中間聚光的凸透鏡、側(cè)面全反射的棱鏡、以及透鏡上面邊緣的法蘭，所述凸透鏡的上表 面為非球面表面，下表面為環(huán)紋的菲涅爾面；棱鏡的內(nèi)凹的入射面為圓錐面，棱鏡的外側(cè)為 曲面，棱鏡的上表面為二次曲面。優(yōu)選地，所述棱鏡內(nèi)凹的入射面的母線與光軸的夾角為7°。優(yōu)選地，所述棱鏡的外側(cè)全反射面為B樣條曲面的全反射面。優(yōu)選地，所述法蘭的上\下表面為平面，法蘭的外側(cè)面為圓柱面。優(yōu)選地，所述凸透鏡的上表面的曲率半徑為8. 991401mm ；所述凸透鏡的下表面的 曲率半徑為-50. 70318mm。優(yōu)選地，所述棱鏡的上表面的曲率半徑為-16. 81945mm。優(yōu)選地，所述透鏡的有效出光面的尺寸為26mm。優(yōu)選地，所述法蘭的直徑為28mm，法蘭的厚度為2mm。優(yōu)選地，所述棱鏡的外側(cè)外側(cè)反射面的高度為11.95472mm。優(yōu)選地，所述棱鏡的內(nèi)凹的入射面的圓錐的底部入口直徑為14.6mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果本實用新型通過中間聚光的凸 透鏡和側(cè)面全反射的棱鏡的反射面及入射面的特殊形狀，從而使光束角連接可調(diào)。

圖1是本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡剖面圖；圖2是本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡的等軸側(cè)視圖；[0017]圖3是本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡的俯視圖；圖4是本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡的正視圖；圖5是本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡的底視圖；圖6是本實用新型的全反射透鏡的剖面尺寸圖；圖7是本實用新型的透鏡的光學(xué)設(shè)計原理圖；圖8是本實用新型的透鏡的菲涅爾面與LED的頂部距離為7. 3mm時，透鏡與LED 的相對位置圖；圖9是本實用新型的透鏡的菲涅爾面與LED的頂部距離為0. 3mm時，透鏡與LED 的相對位置圖；圖10是本實用新型的透鏡底部與LED的頂部距離為7. 3mm時，全反射透鏡的光線 追跡圖；圖11中本實用新型的透鏡底部與LED的頂部距離為0. 3mm時，全反射透鏡的光線 追跡圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型的光束角可調(diào)的全反射透鏡包括位于中 間，用于聚光的凸透鏡1、位于側(cè)面的全反射棱鏡2、以及位于透鏡上面邊緣用于裝配的法 蘭3。其中，所述凸透鏡1的上表面11為非球面表面，下表面12為環(huán)紋的菲涅爾面，如圖5 所示。棱鏡2的內(nèi)凹的入射面為圓錐面，棱鏡2的外側(cè)全反射面22為回轉(zhuǎn)的弧面，該回轉(zhuǎn) 的弧面為B樣條曲面，滿足光線的全反射條件，棱鏡2的上表面23為二次曲面。棱鏡2的 外側(cè)全反射面22為。另外，所述法蘭3的上\下表面為平面，法蘭3的外側(cè)面為圓柱面。如圖6所示，在本實施例中，優(yōu)選地，所述棱鏡2內(nèi)凹的入射面21的母線與光軸的 夾角為7°。所述凸透鏡1的上表面11的曲率半徑為8. 991401mm，下表面12的曲率半徑 為-50. 70318mm,凸透鏡1的有效出光面的尺寸為26mm。優(yōu)選地，所述棱鏡2的上表面23的曲率半徑為-16. 81945mm,外側(cè)全反射面22的 高度為11. 95472mm,內(nèi)凹的圓錐入射面21的底部入口直徑為14. 6mm。優(yōu)選地，所述法蘭的直徑為28mm，法蘭的厚度為2mm。如圖7所示，為本實用新型的透鏡的光學(xué)設(shè)計原理圖。透鏡放置于高功率白光LED 4的上方，從芯片中心0點發(fā)出的光，其與光軸5的夾角在士30°以內(nèi)的光線，直接被中間 部分用來聚光的凸透鏡1進(jìn)行準(zhǔn)值。剩下從芯片中心0點發(fā)出的與光軸5的夾角在士30° 以外的光線，會透過棱鏡2的內(nèi)凹的錐面入射面21，再經(jīng)過外側(cè)的全反射面22進(jìn)行全反射， 然后會聚于焦點F。芯片中心0和焦點F相對于全反射面22互為共軛點，即F和0點互為 物像關(guān)系。凸透鏡1的上表面11為非球面，非球面的公式如以下式子來表達(dá) 其中，ζ為矢高、c為曲率，其為曲率半徑R的倒數(shù)、r為透鏡口徑的極坐標(biāo)位置、 al a8為各項非球面系數(shù)，k為錐度系數(shù)，在本實用新型中，優(yōu)選非球面的各項系數(shù)分別 為[0034] k =-1.031156B1 = 0a2 = 6. 5800441e-005a3 = 2. 1734322e-008a4 = -1. 33741e-009a5 = 0a6 = 0a7 = 0a8 = 0另外，棱鏡2上表面23為以F點為虛焦點的二次曲面，會聚于F點的光線經(jīng)過上 表面23后，準(zhǔn)直射出。二次曲面的表達(dá)式如以下式子 其中，ζ為矢高、c為曲率，其為曲率半徑R的倒數(shù)、r為透鏡口徑的極坐標(biāo)位置、k 為錐度系數(shù)，在本實用新型中，優(yōu)選二次曲面23的曲率及錐度系數(shù)為 k = -0. 4493705由此可見，從芯片中心0點發(fā)出的光，經(jīng)過透鏡的凸透鏡1和棱鏡2的反射作用， 可形成準(zhǔn)直的光束。在本實施例中，高功率白光LED 4優(yōu)選為光束角大于90°的LED，或者是郎伯型的 LED。如圖8和圖9所示，當(dāng)中間凸透鏡1底部的菲涅爾面12與LED的頂部距離為7. 3mm 時，LED位于二次透鏡的等效焦點位置，這時透鏡出光基本上準(zhǔn)值，其光束角大約為8°。當(dāng) 中間凸透鏡1底部的菲涅爾面12與LED的頂部距離為0. 3mm時，透鏡出光的光束角變?yōu)?45°。即透鏡可以連續(xù)調(diào)解的距離為7mm，從而實現(xiàn)了光束角可調(diào)的全反射透鏡。透鏡與LED的相對位置分別為7. 3mm和0. 3mm時的光線追跡圖分別如圖10和圖 11所示，從圖中可以看出，菲涅爾面12與LED的頂部距離為7. 3mm時，透鏡出光基本上準(zhǔn) 值，菲涅爾面12與LED的頂部距離為0. 3mm時，大部分的光通過中間的凸透鏡1來配光。形 成光束角大約為45°的光斑。
權(quán)利要求一種光束角可調(diào)的全反射透鏡，包括中間聚光的凸透鏡、側(cè)面全反射的棱鏡、以及透鏡上面邊緣的法蘭，其特征在于，所述凸透鏡的上表面為非球面表面，下表面為環(huán)紋的菲涅爾面；棱鏡的內(nèi)凹的入射面為圓錐面，棱鏡的外側(cè)為曲面，棱鏡的上表面為二次曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述棱鏡內(nèi)凹的入射 面的母線與光軸的夾角為7°。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述棱鏡的外側(cè)全 反射面為B樣條曲面的全反射面。
4.如權(quán)利要求1或2所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述法蘭的上\下 表面為平面，法蘭的外側(cè)面為圓柱面。
5.如權(quán)利要求1或2所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述凸透鏡的上表 面的曲率半徑為8. 991401mm ；所述凸透鏡的下表面的曲率半徑為_50. 70318mm。
6.如權(quán)利要求1或2所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述棱鏡的上表面 的曲率半徑為-16. 81945mm。
7.如權(quán)利要求1或2所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述透鏡的有效出 光面的尺寸為26mm。
8.如權(quán)利要求4所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述法蘭的直徑為 28mm，法蘭的厚度為2mm。
9.如權(quán)利要求8所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述棱鏡的外側(cè)外側(cè) 反射面的高度為11.95472mm。
10.如權(quán)利要求9所述的光束角可調(diào)的全反射透鏡，其特征在于，所述棱鏡的內(nèi)凹的入 射面的圓錐的底部入口直徑為14. 6mm。
專利摘要本實用新型公開一種光束角可調(diào)的全反射透鏡，包括中間聚光的凸透鏡、側(cè)面全反射的棱鏡、以及透鏡上面邊緣的法蘭，所述凸透鏡的上表面為非球面表面，下表面為環(huán)紋的菲涅爾面；棱鏡的內(nèi)凹的入射面為圓錐面，棱鏡的外側(cè)為曲面，棱鏡的上表面為二次曲面。本實用新型通過中間聚光的凸透鏡和側(cè)面全反射的棱鏡的反射面及入射面的特殊形狀，從而使光束角連接可調(diào)。
文檔編號G02B3/08GK201637870SQ20092026145
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者張志輝, 易世值, 李榮彬, 杜雪, 蔣金波 申請人:易世值;蔣金波;杜雪