一种球面光学镜头的制作方法

1.本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种球面光学镜头。


背景技术：

2.成像灯又称成型灯，主要功能是将目标面光斑投射成圆形、矩形、三角形等多种形状或者投射出各种所需的图案形状和花纹，配合led光源营造特定多样的舞台效果和氛围在舞台演艺布景、摄影棚及演播室等场合得到广泛应用。
3.而对于现有成像灯来说，光学镜头对其成像起了重要作用，目前市场上大功率led成像灯使用的镜头一般分为两类：一类光源采用的是led集成式cob光源，该类光源因为集中度高，热量处理困难，一般功率做不大。另一类光源采用的是分布式led光源，该类光源芯片之间的有较大的距离，热量处理简单，因此可用于做大功率的led成像灯方案。
4.然而对于市场上大功率led成像灯大多采用的是由国外公司生产的非球面镜头设计方案，因该方案对镜片非球面的加工精度依赖较高，造成生产成本高昂或者因加工精度不够导致镜头成像效果较差。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种球面光学镜头，利用本实用新型的结构，成像灯的光学镜头组成简单，成本低廉，出射角度小，光学透镜厚度薄。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：包括设置在成像灯通光孔一侧的镜头组，镜头组包括沿通光孔中心轴线依次间隔设置的后组透镜、中组透镜和前组透镜；后组透镜和中组透镜之间的距离为50mm~68mm，中组透镜和前组透镜之间的距离为20mm~30mm；
7.后组透镜靠近通光孔的一侧为后组平面，后组透镜在远离通光孔的一侧为后组凸面；
8.中组透镜包括相邻设置的第一中透镜和第二中透镜，第一中透镜设置在第二中透镜靠近通光孔的一侧；
9.第一中透镜为双面凹透镜，第一中透镜包括靠近通光孔一侧的第一入光面和远离通光孔一侧的第一出光面；第二中透镜靠近通光孔的一侧为凹面，第二中透镜远离通光孔的一侧为凸面；第二中透镜包括靠近通光孔一侧的第二入光面和远离通光孔一侧的第二出光面；第一入光面的曲率半径小于第一出光面曲率半径，第二入光面的曲率半径大于第二出光面的曲率半径，第二入光面的曲率半径小于第一出光面曲率半径，第一出光面曲率半径大于第二出光面曲率半径，
10.前组透镜靠近通光孔的一侧为前组凹面，前组透镜远离通光孔的一侧为前组凸面；
11.前组凹面的曲率半径大于第二入光面曲率半径，前组凸面的曲率半径大于第二出光面曲率半径；
12.后组凸面的曲率半径大于第二出光面的曲率半径；
13.前组透镜的口径大于中组透镜的口径，前组透镜的口径小于后组透镜的口径。
14.进一步地，后组为平凸球面透镜，后组凸面的曲率半径为90mm~100mm。使用球面透镜，加工简单。
15.进一步地，前组透镜为凹凸球面透镜，前组凹面的曲率半径为450mm~500mm，前组凸面的曲率半径为70mm~80mm。使用球面透镜，加工简单。
16.进一步地，第一入光面的曲率半径为45mm~50mm；第一出光面的曲率半径为350mm~370mm，第二入光面的曲率半径为150mm~160mm；第二出光面的曲率半径为50mm-60mm。
17.进一步地，所述后组透镜的口径为80mm~100mm。
18.进一步地，所述前组透镜的口径为110mm~130mm。
19.进一步地，所述第一中透镜的口径为70mm~80mm；第二中透镜的口径为70mm~80mm。
20.本实用新型的有益效果：
21.1、通过多镜头组合；校正了出射光的成像效果；经过通光孔发射出的光线，依次经过后组的平面、后组的凸面、第一中透镜的两个凹面、第二中透镜的凹面、第二中透镜的凸面、前组凹面和前组凸面；光线经过后组透镜后发生第一次会聚并进入第一中透镜，随后光线经过第一中透镜的第一入光面发生第一次扩散，经过第一出光面时发生第二次扩散；随后光线进入第二中透镜，发生第二次会聚；光线进入前组透镜的前组凹面发生第三次扩散，最后经前组透镜的前组凸面射出发生第三次会聚；由于第一中透镜为双面凹透镜，且第一入光面的曲率半径小于第一出光面的曲率半径，光线经过第一中透镜时发生第一次扩散和第二次扩散，且曲率半径越大弯曲程度越大，从而折射角度越大，光路成像迅速放大并进入第二中透镜；光线经过第二入光面时发生第三次扩散，最后经过前组凸面射出时发生第三次会聚，使得光线会聚，同时由于前组透镜的口径是三者中最大的，从而使得中组透镜的光线能更多地进入到后组透镜中，这样，先进行通过第一中透镜将光线扩散，然后再通过第二中透镜和后组透镜对光线进行两次聚拢，所以最后的出光角度更小，另外由于前组透镜与中组透镜之间距离以及中组透镜与后组透镜之间的距离都比较小，进而可以将镜头组的厚度设置得更薄。光束经过镜头组四次扩散进行放大，光束的照射范围大；同时光束经过多次聚拢，使得光斑成像清晰，色差小；该镜头组组成简单，成本低廉。
附图说明
22.图1为本实用新型的示意图。
23.图2为使用本实用新型的光路的示意图。
24.图3为使用本实用新型的第二视场的光路示意图。
25.图4为使用本实用新型的第三视场的光路示意图。
26.图5为使用本实用新型的弥散圆半径图。
27.附图标记：1、通光孔；2、前组透镜；21、前组凹面；22、前组凸面；3、后组透镜；4、中组透镜；41、第一中透镜；411、第一入光面；412、第一出光面；42、第二中透镜；421、第二入光面；422、第二出光面。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
29.如图1-5所示，一种球面光学镜头，包括设置在成像灯通光孔1一侧的镜头组，镜头组包括沿通光孔1中心轴线依次间隔设置的后组透镜3、中组透镜和前组透镜；后组透镜3靠近通光孔1的一侧为后组平面，后组透镜3在远离通光孔1的一侧为后组凸面；中组透镜4包括相邻设置的第一中透镜41和第二中透镜42，第一中透镜41设置在第二中透镜42靠近通光孔1的一侧；第一中透镜41为双面凹透镜，第一中透镜41包括靠近通光孔1一侧的第一入光面411和远离通光孔1一侧的第一出光面；第二中透镜42靠近通光孔1的一侧为凹面，第二中透镜42远离通光孔1的一侧为凸面；第二中透镜42包括靠近通光孔1一侧的第二入光面和远离通光孔1一侧的第二出光面422。
30.第一入光面411的曲率半径小于第一出光面412曲率半径，第二入光面的曲率半径大于第二出光面422的曲率半径，第二入光面的曲率半径小于第一出光面412曲率半径，第一出光面412曲率半径大于第二出光面422曲率半径，
31.前组透镜2靠近通光孔1的一侧为前组凹面21，前组透镜2远离通光孔1的一侧为前组凸面22；
32.前组凹面21的曲率半径大于第二入光面421曲率半径，前组凸面22的曲率半径大于第二出光面422曲率半径；
33.后组凸面32的曲率半径大于第二出光面421的曲率半径；
34.前组透镜2的口径大于中组透镜4的口径，前组透镜2的口径小于后组透镜3的口径。
35.本实用新型适用led光源的功率较优的范围为300w-1000w；通光孔直径为70mm~80mm。
36.其中，后组透镜和前组透镜的较优的材料选择为h-k9l（nd=1.517，vd=64.2)；第一中透镜较优的材料选择为h-f4（nd=1.62，vd=35.355)；第二中透镜较优的材料选择为h-k9l（nd=1.517，vd=64.2)。
37.实施例1。
38.在本实施例中，第一入光面411的曲率半径为45mm；第一出光面的曲率半径为350mm，第二入光面的曲率半径为150mm；第二出光面的曲率半径为50mm；前组透镜2靠近通光孔1的一侧为前组凹面21，前组透镜2远离通光孔1的一侧为前组凸面22。
39.后组为平凸球面透镜，后组凸面的曲率半径为90mm，后组透镜的口径为80mm。
40.前组透镜2为凹凸球面透镜，前组凹面21的曲率半径为450mm，前组凸面22的曲率半径为70mm，前组透镜的口径为110mm。
41.后组透镜3和中组透镜4之间的距离为50mm，中组透镜4和前组透镜2之间的距离为20mm。所述第一中透镜的口径为70mm；第二中透镜的口径为70mm。
42.实施例2。
43.在本实施例中，第一入光面411的曲率半径为50mm；第一出光面的曲率半径为370mm，第二入光面的曲率半径为160mm；第二出光面的曲率半径为60mm；前组透镜2靠近通光孔1的一侧为前组凹面21，前组透镜2远离通光孔1的一侧为前组凸面22。
44.后组为平凸球面透镜，后组凸面的曲率半径为100mm；后组透镜的口径为100mm。
45.前组透镜2为凹凸球面透镜，前组凹面21的曲率半径为500mm，前组凸面22的曲率半径为80mm；所述前组透镜的口径为130mm。
46.后组透镜3和中组透镜4之间的距离为68mm，中组透镜4和前组透镜2之间的距离为30mm。所述第一中透镜的口径为80mm；第二中透镜的口径为80mm。
47.本实用新型能够校正出射光的成像效果；使用球面透镜，加工简单；通过多镜头组合；校正了出射光的成像效果；经过通光孔1的发射出的光线，依次经过后组的平面、后组的凸面、第一中透镜41的两个凹面、第二中透镜42的凹面、第二中透镜42的凸面、前组凹面21和前组凸面22；光线经过后组透镜3后发生第一次会聚并进入第一中透镜41，随后光线经过第一中透镜41的第一入光面411发生第一次扩散，经过第一出光面时发生第二次扩散；随后光线进入第二中透镜42，发生第二次会聚；光线进入前组透镜2的前组凹面21发生第三次扩散，最后经前组透镜2的前组凸面22射出发生第三次会聚；由于第一中透镜41为双面凹透镜，且第一入光面411的曲率半径小于第一出光面的曲率半径，光线经过第一中透镜41时发生第一次扩散和第二次扩散，且曲率半径越大弯曲程度越大，从而折射角度越大，光路成像迅速放大并进入第二中透镜42；光线经过第二入光面时发生第三次扩散，最后经过前组凸面22射出时发生第三次会聚，使得光线会聚，这样，先进行通过第一中透镜41将光线扩散，然后再通过第二中透镜42和后组透镜3对光线进行两次聚拢，所以最后的出光角度更小，从而可以前组透镜2与后组透镜3之间的距离小，进而可以将镜头组的厚度设置得更薄。光束经过镜头组四次扩散进行放大，光束的照射范围大；同时光束经过多次聚拢，使得光斑成像清晰，色差小；该镜头组组成简单，成本低廉。通过本实用新型的镜头组射出的光线的出射角度范围为16
°
~20
°
。
48.参考图2-图5所示，第一弥散圆a1为第一视场a的投影；第二弥散圆b1为第二视场b的投影；第三弥散圆c1为第三视场c的投影；所述第一弥散圆a1、第二弥散圆b1、第三弥散圆c1都由蓝光、红光和绿光组成。
49.在本实施例中，第一视场a的光的中轴与光轴重合；第二视场b位于第一视场a的上方，第二视场b的光的中轴与光轴之间的角度为4.76
°
，第二视场b的光的中轴与光轴之间的距离为19.883mm。
50.在本实施中，第三视场c位于第二视场b的上方，第三视场c的光的中轴与光轴之间的角度为9.5
°
，第三视场c的光的中轴与光轴之间的距离为39.054mm。
51.第一弥散圆a1、第二弥散圆b1和第三弥散圆c1中；这三组弥散圆的半径能做到足够小，从而成像效果最好。