一种可改变光斑大小的透镜组件制造技术

本发明专利技术涉及一种可改变光斑大小的透镜组件，包括透镜A和透镜B，所述的透镜A一面为平面，一面为凸面，所述的透镜B为凹面，一面为平面，透镜A的凸面与透镜B的凹面具有相同的曲面。与现有技术相比，本发明专利技术透镜组件位置调节范围小；在任何大小光斑下面实现100％光线收集效率；不同光斑下面可以实现前后一致的光形。同时，由于这是薄片式的光学透镜设计不仅美观大方，还极大的减少透镜所使用的材料，成本更加低。

【技术实现步骤摘要】
一种可改变光斑大小的透镜组件
本专利技术涉及LED等光斑改变系统，尤其是涉及一种可改变光斑大小的透镜组件。
技术介绍
为满足照明应用的需要，通常都会使用二次光学对LED发出的各个角度的光学进行控制，以便实现均匀照明或方向照明的应用需要，在一些重点照明领域，由于需要被照射的物体有一定的尺寸大小，为了更好的突出被照射的物体，往往要求灯具出射的光线控制在一定的角度范围以内。市面上的灯具出射光的角度一般是固定角度，例如窄角配光，中角度配光，宽角度配光。但是在实际应用中，由于被照射的物体各种各样，尺寸差异比较大，同时受制于安装条件，灯具与被照物体的距离也完全一样。使用一种或几种固定角度的配光分布不能很好的满足这个多样化应用的需要。为解决这个业内难题，市面上推出一种使用单透镜的光学透镜，通过调节单透镜与发光LED之间的距离来改变光斑的大小，单透镜与LED的距离越靠近，光斑的变得越大；反之，单透镜与LED的距离越远，光斑就会变得越小。这种调节光斑大小的方式存在一些弊端：1.为得到明显的光斑变化，需要改变透镜与LED之间的距离范围比较大，其范围往往需要20mm以上。这不利于灯具的小型化设计。2.由于透镜的大小是固定的。透镜收集的由LED发出的光通量随着两者之间的距离越远距其收集效率变得越低，进而使系统光效变得低下。不利于节约能源，是LED为代表的绿色照明名不符实。3.利用改变单个透镜与LED的相对位置来达到改变灯具光斑的方法还存在，不同位置下面得到的光形差异非常大，使得照明质量不稳定，在实际使用中，造成单个店面的照明风格不统一，影响最终的照明所呈现的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可改变光斑大小的透镜组件，通过精确的光学设计，可以有效的解决上面提到的三个难题。不仅位置调节范围小；在任何大小光斑下面实现100％光线收集效率；不同光斑下面可以实现前后一致的光形。同时，由于这是薄片式的光学透镜设计不仅美观大方，还极大的减少透镜所使用的材料，成本更加低。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，包括透镜A和透镜B，所述的透镜A一面为平面，一面为凸面，所述的透镜B为凹面，一面为平面，透镜A的凸面与透镜B的凹面具有相同的曲面。所述的透镜A装配在灯具的出光面，透镜A的平面与灯具的出光面相贴合，透镜A的凸面与透镜B的凹面相贴合。通过调整透镜A与透镜B之间的间距实现对光斑大小的调节。当两个透镜完全贴合时改变的角度最小，光斑与原始灯具的光斑相当；随着两个透镜之间距离变大，灯具光斑也随着变大；当两个透镜之间的距离增大到设定距离，光斑不再变大，不再随着距离变大而变大。所述的设定距离为d，d的定义为：当光线经过透镜A进行汇聚后产生一个汇聚焦点，移动透镜B，使透镜B的凹面的有效外边缘和汇聚焦点相重合，此时透镜b的凹面顶点与透镜A凸面顶点的距离为两个透镜分开的最大距离。所述的设定距离d通过以下公式计算确定：d＝xmax/tan(θmax)+|zmax-z0|其中xmax为最外边沿光线对应的透镜宽度；θmax最外边沿光线对应的出射光角度；zmax为最外边沿光线对应透镜的z轴坐标；z0为透镜中心对应的z轴坐标z0。所述的透镜A和透镜B的曲面通过以下公式计算确定：θi＝a1x4+a2x3+a3x2+a4x1+b其中：θi为第i条光线经过透镜A后与水平线的夹角；a1，a2，a3，a4，b为系数；x为归一化的有效透镜宽度，有效透镜宽度指对光线起控制作用的宽度，其宽度是归一化，取值范围为(0，1)。所述的透镜A和透镜B的曲面取值范围为：以归一化x为坐标的横坐标，以出射光线的角度为纵坐标，下限C和上限D分别对应的曲线方程如下：取值下限C的各个系数(a1，a2，a3，a4，b)取值为：(-0.4229，-0.3895，-0.1696，-9.4054，-0.0003)，其各条光线出射光所对应的角度为：θCi＝-0.4229x4-0.3895x3-0.1696x2-9.4054x-0.0003；取值上限D的各个系数(a1，a2，a3，a4，b)取值为：(17.315，-78.684，132.56，-106.05，0.081)，其各条光线出射光所对应的角度为：θDi＝17.315x4-78.684x3+132.56x2-106.05x+0.081。所述的透镜组件为由至少一对透镜A和透镜B组成的组件，或者为由多个透镜A和透镜B排成整列组成阵列透镜平板。所述的阵列透镜平板是回旋体或拉伸体，同一阵列透镜中的多个透镜A有序或无序排布，各透镜A匹配对应的透镜B；同一阵列透镜中的多个透镜A的曲面单元相同或不同，各透镜A匹配对应的透镜B。所述的阵列透镜中的各透镜可根据需要进行排布，根据装配灯具的形状大小需求将阵列透镜进行裁切。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术透镜组仅仅需要改变几毫米的相对位置就可以实现配光角度大小的变化，有利于缩短灯具体积，节省材料，降低灯具成本。2.本专利技术的可改变光斑大小的透镜组在改变配光角度的过程中始终保持99％的光线收集效率，基本没有光线本浪费，节约能源。3.本专利技术的可改变光斑大小的透镜组在改变配光角度的过程中始终配光的光线始终保持一致。保证了在不同配光分布下光品质的一致性。4.本专利技术的可改变光斑大小的透镜组，不受限于灯具发光面积，灯具原始出光角度，结构定位等因素限制，都可以实现对其灯具的光斑大小的改变，可以应用在任何射灯里，有很好的通用性，并不需要为某款灯具进行定制。这不仅加快了灯具的开发时间，也节约了灯具开发的成本投入。5.此透镜组可以做成平板结构，这相比于市面上的透镜方案，可以做的更薄，更美观。6.本专利技术不仅可以实现圆形光斑的大小变化，也可以实现椭圆光斑的大小变化。7.通过简单的切割，本专利技术可以非常容易实现异形的外观结构。可以满足异形灯具设计的需求，满足个性化的灯具设计需求。8.透镜材料为透镜的光学塑料或玻璃。附图说明图1为光线经过透镜A的结构示意图；图2为光线经过透镜B的结构示意图；图3为透镜A和透镜B贴合在一起的结构示意图；图4为透镜A和透镜B改变光斑的结构示意图；图5为透镜A和透镜B处于最大间距处的结构示意图；图6为透镜A和透镜B最大间距计算原理图；图7为透镜A曲面设计的原理图；图8为根据曲线方程透镜A的曲面设计可选择范围的示意图；图9为实施例1中透镜A的曲线方程；图10为由多个透镜A阵列得到阵列透镜A的结构示意图；图11为图9中阵列透镜A的侧视图；图12为由多个透镜B阵列得到阵列透镜B的结构示意图；图13为图9中阵列透镜B的侧视图；图14为原始灯具及其配光角度原理图，其中a为原始灯具，b为配方角度原理图；图15为原始灯具与透镜阵列A和透镜阵列B组合且两者间距d＝0的结构示意图及其配光角度原理图，其中a为原始灯具与透镜阵列组合结构示意图，b为配方角度原理图；图16为原始灯具与透镜阵列A和透镜阵列B组合且两者间距d＝0.5的结构示意图及其配光角度原理图，其中a为原始灯具与透镜阵列组合结构示意图，b为配方角度原理图；图17为原始灯具与透镜阵列A和透镜阵列B组合且两者间距d＝1.9的结构示意图及其配光角度原理图，其中a为原始灯具与透镜阵列组合结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，包括透镜A和透镜B，所述的透镜A一面为平面，一面为凸面，所述的透镜B为凹面，一面为平面，透镜A的凸面与透镜B的凹面具有相同的曲面。

【技术特征摘要】
1.一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，包括透镜A和透镜B，所述的透镜A一面为平面，一面为凸面，所述的透镜B为凹面，一面为平面，透镜A的凸面与透镜B的凹面具有相同的曲面。2.根据权利要求1所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，所述的透镜A装配在灯具的出光面，透镜A的平面与灯具的出光面相贴合，透镜A的凸面与透镜B的凹面相贴合。3.根据权利要求1或2所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，通过调整透镜A与透镜B之间的间距实现对光斑大小的调节。4.根据权利要求3所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，当两个透镜完全贴合时改变的角度最小，光斑与原始灯具的光斑相当；随着两个透镜之间距离变大，灯具光斑也随着变大；当两个透镜之间的距离增大到设定距离，光斑不再变大，不再随着距离变大而变大。5.根据权利要求4所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，所述的设定距离为d，d的定义为：当光线经过透镜A进行汇聚后产生一个汇聚焦点，移动透镜B，使透镜B的凹面的有效外边缘和汇聚焦点相重合，此时透镜b的凹面顶点与透镜A凸面顶点的距离为两个透镜分开的最大距离。6.根据权利要求5所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，所述的设定距离d通过以下公式计算确定：d＝xmax/tan(θmax)+|zmax-z0|其中xmax为最外边沿光线对应的透镜宽度；θmax最外边沿光线对应的出射光角度；zmax为最外边沿光线对应透镜的z轴坐标；z0为透镜中心对应的z轴坐标z0。7.根据权利要求1所述的一种可改变光斑大小的透镜组件，其特征在于，所述的透镜A和透镜B的曲面通过以下公式计算确定：θi＝a1x4+a2x3+a3x2+a4x1+b其中：θi为第i条光线经过透镜A后与水平线的夹角；a1，a2，a3，a4，b为系数；x为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐日民，孙利强，
申请(专利权)人：上海彩丞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31