CN207455490U - 一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，包括前透镜和后透镜，所述后透镜的其中一个表面是由微曲面拼接而成的，所述前透镜由准直透镜与正透镜结合做成一个整体，所述前透镜的出射面是由微曲面拼接而成的，所述前透镜的入射端包括前透镜底座面和位于前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。本实用新型产生的光斑均匀，并且无需正透镜，光的损失少，可微距变焦。

Description

一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组

技术领域

本实用新型涉及一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，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（一个为正透镜，一个为负透镜），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。

实用新型内容

为了获得均匀的，微距变焦的，高效的光斑，本实用新型提供了一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，准直透镜与正透镜结合做成一个整体透镜，这样有利于减少光的损失，因为少了原有准直透镜与正透镜之间的空气层，光的利用效率更高。

本实用新型采用了下述技术方案。一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，包括前透镜和后透镜，所述后透镜的其中一个表面是由微曲面拼接而成的，

所述前透镜一端为出射端，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；

所述入射端包括前透镜底座面和位于前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；

所述出射端由出射面A、出射面B构成，出射面A与出射面B对称并连接成一个整体出射面，所述整体出射面是由大量的微曲面拼接而成的，整体出射面的微曲面与后透镜的微曲面贴合，所述前透镜的内部设有内出射面A、内出射面B、内入射面A和内入射面B，所述内出射面A、内出射面B位于中心，所述内出射面A、内出射面B向远离中心线的方向凸起，所述内出射面A、内出射面B交汇于中心线上，所述内入射面A和内入射面B是垂直于中心线的平面，所述内入射面A位于内出射面A和出射面A之间，内入射面B位于内出射面B和出射面B之间。

进一步优选，所述前透镜底座面由前透镜底座面A和前透镜底座面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B交汇，全反射面ⅠB下端与前透镜底座面B交汇，全反射面ⅠA上端与出射面A交汇，全反射面ⅠA下端与前透镜底座面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的下端与前透镜底座面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前透镜底座面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，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。

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内出射面A上。

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

进一步优选，后透镜的另一个表面是平面或曲面。

本实用新型的技术效果：一路光线从前透镜的入射面Ⅰ进入，经过全反射面ⅠA反射后，从出射面A射出，另一路光线从前透镜的入射面Ⅱ进入，经过全反射面Ⅱ反射后从内出射面A平行射出，然后经内入射面A，再从出射面A的射出。本实用新型通过前透镜的出射面A的微曲面和后透镜的微曲面微距变焦。本实用新型将准直透镜与正透镜结合做成一个整体前透镜，这样有利于减少光的损失，因为少了原有准直透镜与正透镜之间的空气层，光的利用效率更高。

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是前透镜示意图。

图4是前透镜光路示意图。

图5是后透镜的示意图。

图中： 1——全反射面ⅠA、10——全反射面ⅠB、2——出射面A、20——出射面B、3——拔模面A、30——拔模面B、4——内出射面A、40——内出射面B、5——入射面Ⅰ、50——次入射面、6——入射面Ⅱ、60——全反全反射面Ⅱ、7——前透镜底座面A、70——前透镜底座面B8——内入射面A 80——内入射面B 100——前透镜 200——后透镜 2001——后透镜的微曲面。

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，一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，包括前透镜100和后透镜200，如图5所示，所述后透镜200的其中一个表面是由微曲面2001拼接而成的（入射面为微曲面），后透镜的另一个表面是平面或曲面（出射面）；

所述前透镜100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。所述入射端包括前透镜底座面和位于前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，所述前透镜底座面由前透镜底座面A7和前透镜底座面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。所述出射端由出射面A2、出射面B20构成，出射面A2与出射面B20对称并连接成一个整体出射面，所述整体出射面是由大量的微曲面拼接而成的，整体出射面的微曲面与后透镜200的微曲面贴合，所述前透镜100的内部设有内出射面A4、内出射面B40、内入射面A8和内入射面B80，所述内出射面A4、内出射面B40位于中心，所述内出射面A4、内出射面B40向远离中心线的方向凸起，所述内出射面A4、内出射面B40交汇于中心线上，所述内入射面A8和内入射面B80是垂直于中心线的平面，所述内入射面A8位于内出射面A4和出射面A2之间，内入射面B80位于内出射面B40和出射面B20之间。

更具体的是，所述出射面B20与出射面A2对称，出射面B20和出射面A2实际可以是由大量的微曲面拼接而成的一个面。所述内入射面A8和内入射面B80可以是一个平面，这里只是为了区分两条入射光路，以中心线为轴线把内入射面分成A和B两部分。同理全反射面ⅠA1和全反射面ⅠB10也是如此，内出射面A4和内出射面B40也是如此，前透镜底座面A7和前透镜底座面B70也是如此，它们均可以是中心线旋转对称的。本实用新型的前透镜200实质是一个旋转体，入射面Ⅰ5和次入射面50、入射面Ⅱ6和全反全反射面Ⅱ60，它们因入射光线的位置不同，相应的作用也就不同，完成相互之间的切换，本实用新型这样区分是为了表述清楚本实用新型的结构特点和原理，使本领域技术人员能清楚理解本技术方案。

进一步的，所述内入射面B80与内出射面B40之间通过拔模面B30衔接，所述内入射面A8与内出射面A4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B20交汇，全反射面ⅠB10下端与前透镜底座面B70交汇，全反射面ⅠA1上端与出射面A2交汇，全反射面ⅠA1下端与前透镜底座面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的下端与前透镜底座面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的下端与前透镜底座面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A2

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A2：由大量的微曲面拼接而成。与后透镜200组合使用，完成微距变焦。

光路B：空气 入射面Ⅱ6 全反射面Ⅱ60 内出射面A4 内入射面A8

出射面A2

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，使之不能从前透镜正方向出射，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内出射面A4上。

内出射面A4：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前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，有利于前透镜成型；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。

前透镜底座面A7和前透镜底座面B70：前透镜底座面A7和前透镜底座面B70为平面，前透镜底座，也可以在其上面加定位柱，方便前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，前透镜底座面A7和前透镜底座面B70对称。

全反射面ⅠB10与出射面B20：分别是全反射面ⅠA1与出射面A2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A2控制，不会对光斑产生大的影响。

如图4和图2所示，偏心光源光线经过前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A2后，进入后透镜200；

另一部分光线会经过入射面Ⅱ6后折射到全反射面Ⅱ60，反射的光线再经过内出射面A4后进入空气（也可以是其他折射率的介质），然后平行光进入内入射面A8，然后到达出射面A2后，进入后透镜200；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B20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。

本实用新型通过调节前透镜和后透镜的距离，即可微距变焦，准直透镜与正透镜结合做成一个整体前透镜，这样有利于减少光的损失，因为少了原有准直透镜与正透镜之间的空气层，光的利用效率更高。

Claims (8)

1.一种高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，包括前透镜和后透镜，其特征是：

所述后透镜的其中一个表面是由微曲面拼接而成的；

所述前透镜一端为出射端，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；

所述入射端包括前透镜底座面和位于前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；

所述出射端由出射面A、出射面B构成，出射面A与出射面B对称并连接成一个整体出射面，所述整体出射面是由大量的微曲面拼接而成的，整体出射面的微曲面与后透镜的微曲面贴合，所述前透镜的内部设有内出射面A、内出射面B、内入射面A和内入射面B，所述内出射面A、内出射面B位于中心，所述内出射面A、内出射面B向远离中心线的方向凸起，所述内出射面A、内出射面B交汇于中心线上，所述内入射面A和内入射面B是垂直于中心线的平面，所述内入射面A位于内出射面A和出射面A之间，内入射面B位于内出射面B和出射面B之间。

2.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：所述前透镜底座面由前透镜底座面A和前透镜底座面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B交汇，全反射面ⅠB下端与前透镜底座面B交汇，全反射面ⅠA上端与出射面A交汇，全反射面ⅠA下端与前透镜底座面A交汇。

3.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：所述入射面Ⅰ的上端与入射面Ⅱ上端交汇，所述入射面Ⅰ的下端与前透镜底座面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前透镜底座面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。

4.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：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。

5.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：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。

6.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：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，并使光线都能集中在内出射面A上。

7.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：所述内出射面A的曲率满足，使大部分光线出射后与前透镜中心线平行或者偏差微小的角度。

8.根据权利要求1所述的高效率光斑均匀的变焦光束透镜组，其特征是：后透镜的另一个表面是平面或曲面。