用于LED光源的光束角调整透镜组

摘要

本发明涉及LED舞台照明灯的光束角调整技术，公开了一种用于LED光源的光束角调整透镜组，包括第一聚光透镜和第二聚光透镜，其特征在于：第一聚光透镜、第二聚光透镜的曲面都是二次曲面的组合。本发明使得第二聚光透镜移动最小的距离，实现最大的光束角变化，使得光束角（50%）在140°～180°的LED光源尽量多的光能量通过第一聚光透镜，并从第二聚光透镜出射，提高了出光效率和光能利用率，减少了光在灯具中的聚集，减小了灯具由于光能利用率低所造成的温度升高。

权利要求

1.用于LED光源的光束角调整透镜组，包括第一聚光透镜和第二聚光透镜，第一聚光透镜、第二聚光透镜的曲面都是二次曲面的组合，其特征在于：第一聚光透镜包括依次相连接的第一入光面，底面，第一外侧面以及第一出光面，底面为一圆环，且与光轴垂直，第一外侧面（5）为圆锥面，与底面夹角为100～138°；第一入光面由三个二次曲面

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组合而成，中心区是双曲面，满足方程式：x+y+60z-3z=0，外围是抛物面，满足方程式：

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x+y+65z=0，中心区与外围之间由椭球面连接，该椭球面满足方程式：x+y+56z-1.8z=0；

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第一出光面由三个二次曲面组合而成，中心区是球面，满足方程式：x+y+14z-z=0，外

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围是抛物面，满足方程式：x+y+15z=0，中心区与外围之间由椭球面连接，该椭球面满

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足方程式：x+y+20z-1.8z=0；第二聚光透镜包括依次相连接的第二入光面，第二外侧面以及第二出光面，第二外侧面是与光轴夹角大于42°的圆锥面，第二入光面由三个

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二次曲面组合而成，中心区是双曲面，满足方程式：x+y+200z-3z=0，外围是抛物面，

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满足方程式：x+y+225z=0，中心区与外围之间由椭球面连接，该椭球面满足方程式：

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x+y+180z-1.8z=0；第二出光面由三个二次曲面组合而成，中心区是球面，满足方程式：

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x+y+25z-z=0，外围是抛物面，满足方程式，x+y+18z=0，中心区与外围之间由椭球面连

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接，该椭球面满足方程式：x+y+20z-1.8z=0。

2.根据权利要求1所述的光束角调整透镜组，其特征在于：第一聚光透镜与第二聚光透镜共光轴，第一聚光透镜的有效通光直径为8～20mm，与第二聚光透镜的距离为0～

14mm可调；第二聚光透镜为出光透镜，有效通光直径为20～30mm。

3.根据权利要求2所述的光束角调整透镜组，其特征在于：第一入光面、第一出光面、第二入光面以及第二出光面镀增透膜，透过率大于98%，底面、第一外侧面以及第二外侧面镀全反射膜，反射率大于98%。

说明书

用于LED光源的光束角调整透镜组

技术领域

[0001] 本发明涉及LED面光源及阵列LED舞台照明灯的光束角调整技术，具体是一种用于LED光源的光束角调整透镜组。

背景技术

[0002] 在制作大功率LED舞台灯时，需要将灯光聚焦到一个演员身上或者使灯光照亮整个舞台，此时就需要调整LED面光源或阵列LED光源的出光光束角。

[0003] 授权号为CN201502956U的中国实用新型专利，公开了一种电脑摇头灯的光学系统。该系统包括灯珠、第一聚光透镜、第二聚光透镜、图案片、色片、成像透镜、三棱镜、调焦透镜。在该光学系统中，只对成像轮廓清晰进行了改进，对于光源出光的光束角的调整并没有提及。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种用于LED光源的光束角调整透镜组，从而当使用的LED光束角（50%）在140°～180°时，LED舞台灯仍然能够实现光束角的方便调整。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 用于LED光源的光束角调整透镜组，包括第一聚光透镜和第二聚光透镜，第一聚光透镜、第二聚光透镜的曲面都是二次曲面的组合。二次曲面包括球面、椭球面、抛物面、双曲面等。组合方式包括：

[0007] 1）曲面中心是一种二次曲面，曲面边缘是另一种二次曲面，两种二次曲面在距曲面中心1/4～3/4处光滑衔接。2）曲面中心是一种二次曲面，在1/4～1/2处光滑衔接第二种二次曲面，第二种二次曲面在1/2～3/4处光滑衔接第三种二次曲面。

[0008] 第一聚光透镜位于LED灯与第二聚光透镜之间，有效通光直径为8～20mm，与LED灯的距离为0～4mm，与第二聚光透镜的距离为0～14mm。

[0009] 第二聚光透镜为出光透镜，有效通光直径为20～30mm。在光束角的变化过程中，第二聚光透镜的移动距离为0～14mm，光束角的变化范围（50%）为6°～48°。

[0010] 进一步的，第一聚光透镜、第二聚光透镜的二次曲面组合方式，视所使用LED的光束角不同而不同。

[0011] 进一步的，第一聚光透镜包括依次相连接的第一入光面，底面，第一外侧面以及第一出光面，底面为一圆环，且与光轴垂直，第一外侧面5为圆锥面，与底面夹角为100～138°；第一入光面由三个二次曲面组合而成，中心区是双曲面，满足方程式：2 2 2 2 2
x+y+60Z-3z=0，外围是抛物面，满足方程式：x+y+65Z=0，中心区与外围之间由椭球面
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连接，该椭球面满足方程式：x+y+56Z-1.8z=0；第一出光面由三个二次曲面组合而成，
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中心区是球面，满足方程式：x+y+14Z-z=0，外围是抛物面，满足方程式：x+y+15Z=0，中
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心区与外围之间由椭球面连接，该椭球面满足方程式：x+y+20Z-1.8z=0；第二聚光透镜包括依次相连接的第二入光面，第二外侧面以及第二出光面，第二外侧面是与光轴夹角大于42°的圆锥面，第二入光面由三个二次曲面组合而成，中心区是双曲面，满足方程式：
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x+y+200Z-3z=0，外围是抛物面，满足方程式：x+y+225Z=0，中心区与外围之间由椭球面
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连接，该椭球面满足方程式：x+y+180Z-1.8z=0；第二出光面由三个二次曲面组合而成，中
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心区是球面，满足方程式：x+y+25Z-z=0，外围是抛物面，满足方程式，x+y+18Z=0，中心区
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与外围之间由椭球面连接，该椭球面满足方程式：x+y+20Z-1.8z=0。

[0012] 进一步的，第一入光面、第一出光面、第二入光面以及第二出光面镀增透膜，透过率大于98%，底面、第一外侧面以及第二外侧面镀全反射膜，反射率大于98%。

[0013] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

[0014] （1）对于光束角（50%）在140°～180°(2×光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向的夹角)的LED面光源和阵列LED光源来说，本发明使得第二聚光透镜移动最小的距离，实现最大的光束角变化；

[0015] （2）本发明使得光束角（50%）在140°～180°的LED面光源和阵列LED光源尽量多的光能量通过第一聚光透镜，并从第二聚光透镜出射，提高了出光效率和光能利用率，减少了光在灯具中的聚集，减小了灯具由于光能利用率低所造成的温度升高；

[0016] （3）现有LED舞台灯所使用的LED发散角多数小于140度，LED的外形尺寸也小于6mm×6mm、或直径小于8.5mm。实际上，大功率的LED发散角大于140°，因为功率大，因此外形尺寸也大于6mm×6mm、或直径大于8.5mm。本发明主要针对这种大功率的LED。

附图说明

[0017] 图1为实现本发明的第一聚光透镜和第二聚光透镜的示意图。

[0018] 图中，1：LED；2：第一聚光透镜；3：第二聚光透镜；4：第一聚光透镜底面；5：第一聚光透镜外侧面；6：第一聚光透镜入光面；7：第一聚光透镜出光面；8：第二聚光透镜入光面；9：第二聚光透镜出光面；10：第二聚光透镜外侧面。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例

[0020] 如图1所示，一种基于二次曲面的用于LED面光源及阵列LED光源的舞台灯光束角调整透镜，LED 1的外形尺寸大于6mm×6mm、小于10 mm×10mm，或直径大于8.5mm、小于14mm，LED1发光的光束角为140°～180°。

[0021] 第一聚光透镜2有效通光直径为8mm～20mm。第一聚光透镜2的第一聚光透镜入光面6与LED出光表面的距离为0mm-4mm。

[0022] 第一聚光透镜底面4位于LED焊接固定的电路板上。保证LED1发出的光能够全部进入第一聚光透镜入光面6。第一聚光透镜底面4内径为8mm～14mm。

[0023] 第一聚光透镜外侧面5是与第一聚光透镜底面4夹角小于48°（锐角）的圆锥面。

[0024] 第一聚光透镜入光面6与第一聚光透镜底面4夹角小于等于28°（锐角）。第一2 2 2 2 2
聚光透镜入光面6的中心区是双曲面（x+y+60Z-3z=0）,其外围是抛物面（x+y+65Z=0），
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中心区与外围之间由椭球面（x+y+56Z-1.8z=0）连接。第一聚光透镜出光面7的中心
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区是球面（x+y+14Z-z=0），其外围是抛物面（x+y+15Z=0），中心区与外围之间由椭球面
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（x+y+20Z-1.8z=0）连接。

[0025] 光线从LED发出，进入第一聚光透镜入光面6，经过第一聚光透镜入光面6的折射、第一聚光透镜外侧面5反射（光束角小于120°的光线，直接射向第一聚光透镜出光面7），从第一聚光透镜出光面7的折射出射。LED发出的90%光线的经过第一聚光透镜2的折射后光束角小于60°。

[0026] 第一聚光透镜入光面6和第一聚光透镜出光面7镀增透膜，透过率大于98%。第一聚光透镜底面4和第一聚光透镜外侧面5镀全反射膜，反射率大于98%。

[0027] 第二聚光透镜3有效通光直径为20mm～30mm。第二聚光透镜3的第二聚光透镜入光面8与第一聚光透镜出光面7的距离为0mm-14mm。

[0028] 第二聚光透镜3可移动0mm-14mm。当第二聚光透镜入光面8与第一聚光透镜出光面7的距离为0mm时，舞台灯光束角（50%）为48°；当第二聚光透镜入光面8与第一聚光透镜出光面7的距离为14mm时，舞台灯光束角（50%）为6°。当当第二聚光透镜入光面8与第一聚光透镜出光面7的距离在0mm-14mm之间连续变化时，舞台灯光束角（50%）在6°-48°之间连续变化。

[0029] 第二聚光透镜外侧面10是与第二聚光透镜光轴夹角大于42°的圆锥面。

[0030] 第二聚光透镜入光面8的中心区是双曲面（x2+y2+200Z-3z2=0），其外围是抛物面2 2 2 2 2
（x+y+225Z=0），中心区与外围之间由椭球面（x+y+180Z-1.8z=0）连接；第二聚光透镜出
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光面9的中心区是球面（x+y+25Z-z=0），其外围是抛物面（x+y+18Z=0），中心区与外围之
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间由椭球面（x+y+20Z-1.8z=0）连接。

[0031] 光线从第一聚光透镜出光面7出射进入第二聚光透镜3。60%---90%光线的经过第二聚光透镜3的折射后光束角在6°-48°之间。

[0032] 第二聚光透镜入光面8和第二聚光透镜出光面9镀增透膜，透过率大于98%。第二聚光透镜外侧面10镀全反射膜，反射率大于98%。

[0033] 对于阵列LED灯，第一聚光透镜和第二聚光透镜要排成与LED灯相同的阵列。对于外形尺寸大于10 mm×10mm、或直径大于14mm的LED，第一聚光透镜2和第二聚光透镜3的尺寸得要相应加大。

[0034] 第一聚光透镜、第二聚光透镜的入光面和出光面方程，修改后亦可以达到改变LED发光的光束角的目的。这里不再一一列举。