專利名稱：Led光學(xué)系統(tǒng)及利用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)及混光、變焦的方法，特別是LED光學(xué)系統(tǒng)及利用LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法。
背景技術(shù)：
LED燈由于具有色彩豐富、壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在日常生活中及舞臺(tái)演繹中。由于LED芯片主要是紅色、藍(lán)色和綠色，因此，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中， 為了得到某一特定色彩的光，通常需要進(jìn)行混光?，F(xiàn)在采用的混光方法一般是物理混光， 即如圖1所示，在燈具中安裝不同顏色的LED芯片，由于LED芯片發(fā)出的光具有一定的發(fā)射角度，因此，LED芯片獨(dú)自發(fā)出的光會(huì)在前方與相鄰的LED芯片的光混合從而達(dá)到混光的目的，但是，如圖1所示，由于LED芯片的發(fā)射角度有限，因此，在LED燈具邊緣處只有一種顏色的光，無法實(shí)現(xiàn)混光的目的，另外，在中間位置，有些地方為兩種顏色的混色區(qū)，有些則為三種顏色的混色區(qū)，這樣，LED燈具打出的光斑形成了明顯的具有不同色彩的光斑，造成了色彩的不均勻性。另外，如圖2所示，如LED芯片的發(fā)射角度越小，則不同色塊的分布越明顯，色彩也就越不均勻。另外，現(xiàn)有的LED燈具中的變焦是針對(duì)實(shí)際的LED光源進(jìn)行的，即，LED光源發(fā)出的光直接進(jìn)入到變焦鏡中，通過調(diào)節(jié)變焦鏡與LED光源之間的距離達(dá)到變焦的目的。這種變焦方式的缺點(diǎn)是由于LED光源都為單色光源，經(jīng)變焦后還是單色光，其混光最終為物理混光，因此，造成了光斑的色彩不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種LED光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的光經(jīng)變焦鏡后色彩均勻性好，而且具有變焦的功能。本發(fā)明的第二目的提供一種利用LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法，該方法不僅能得到色彩均勻性好的光斑，而且能得到大小不同的光斑。為達(dá)到上述第一目的，一種LED光學(xué)系統(tǒng)，按光線方向依次包括LED、聚光透鏡及變焦透鏡；聚光透鏡出光面上有由二個(gè)以上的第一微透鏡組成的第一微透鏡組；所述的變焦鏡包括變焦鏡體和設(shè)在變焦鏡體上的第二微透鏡組，第二微透鏡組由第二微透鏡組成， 第二微透鏡與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等且位置相對(duì)應(yīng)。LED由一個(gè)以上的芯片組成，其中，LED中的芯片可以為同一顏色，也可以為不同顏色。在使用此光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，聚光透鏡將LED發(fā)散的光線聚集混色，并通過第一微透鏡組， 將光線聚焦在第一微透鏡后方，形成與第一微透鏡數(shù)量相等的微小光斑點(diǎn)，這些光斑點(diǎn)在與光軸垂直的平面上，每個(gè)第二微透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)微小光斑點(diǎn)，對(duì)于第二微透鏡來說，微小光斑點(diǎn)就是一個(gè)點(diǎn)光源；通過調(diào)整第二微透鏡在光軸方向的位置，改變出射光束角度，實(shí)現(xiàn)變焦。所述的第二微透鏡的數(shù)量和位置與第一微透鏡的數(shù)量和位置必須一一對(duì)應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)第一微透鏡射出的光進(jìn)行再一次聚焦，從而形成在實(shí)際中所需要的光斑。
作為改進(jìn)，第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透鏡曲率相等，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡曲率相等，第一微透鏡和第二微透鏡為正透鏡。每個(gè)第一微透鏡的曲率相等能保證經(jīng)每個(gè)第一微透鏡的光的聚焦點(diǎn)在同一平面內(nèi)，為第二微透鏡再一次變焦提供較好的基礎(chǔ)，再在曲率相等的第二微透鏡的配合下，使得從第二微透鏡射出的光斑大小相等，從而提高LED光學(xué)系統(tǒng)的照射光斑質(zhì)量。作為改進(jìn)，第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透都處于同一平面上，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡都處于同一平面上。每一個(gè)微透鏡處在同一平面上能保證第一微透鏡組所形成的虛擬光源在同一平面內(nèi)，為變焦和第二透鏡進(jìn)行再一次變焦提供好的基礎(chǔ)；每個(gè)第二微透鏡都處于同一平面上能提高出光光斑的質(zhì)量。作為改進(jìn)，變焦鏡的前方設(shè)有格柵，格柵上設(shè)有格柵孔，格柵孔的數(shù)量與第二微透鏡的數(shù)量相等，且格柵孔的位置與第二微透鏡的位置相對(duì)應(yīng)。所述的格柵用于遮擋從第二微透鏡發(fā)出光的雜光，以提高光斑的質(zhì)量。作為該改進(jìn)，格柵的前方設(shè)有燈筒。所述的燈筒用于遮擋從第二微透鏡發(fā)出光的雜光，以提高光斑的質(zhì)量。作為改進(jìn)，所述的聚光透鏡的側(cè)壁上設(shè)有定位柱。所述的定位柱用于對(duì)聚光透鏡定位，防止聚光透鏡安裝到LED混色燈中后發(fā)生旋轉(zhuǎn)而使第一微透鏡和第二微透鏡無法在位置上一一對(duì)應(yīng)，從而影響光斑的質(zhì)量。作為改進(jìn)，變焦鏡體的周邊向外延伸有凸緣，凸緣的上表面上設(shè)有定位凸起，格柵的外邊緣上設(shè)有與定位凸起相對(duì)應(yīng)的卡槽。設(shè)置凸緣便于安裝變焦鏡；所述的定位凸起用于定位設(shè)在變焦鏡上的格柵板，保證格柵孔與第二微透鏡在位置上一一對(duì)應(yīng)，提高光斑的質(zhì)量。作為改進(jìn)，所述的凸緣上設(shè)有上下貫通的一凹槽。所述的凹槽用于確定變焦鏡的安裝位置，防止出現(xiàn)安裝錯(cuò)位的現(xiàn)象，造成第一微透鏡和第二微透鏡在位置上無法一一對(duì)應(yīng)而影響變焦和LED光斑的質(zhì)量。為達(dá)到上述的第二目的，LED光學(xué)系統(tǒng)按光線方向依次包括LED、聚光透鏡及變焦透鏡；聚光透鏡出光面上有由二個(gè)以上的第一微透鏡組成的第一微透鏡組；所述的變焦鏡包括變焦鏡體和設(shè)在變焦鏡體上的第二微透鏡組，第二微透鏡組由第二微透鏡組成，第二微透鏡與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等且位置相對(duì)應(yīng).
利用上述LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法是
(1)聚光透鏡將LED發(fā)散的光線聚集混色，并通過第一微透鏡組，將光線聚焦在第一微透鏡后方，形成與第一微透鏡數(shù)量相等的微小光斑點(diǎn)，這些光斑點(diǎn)在與光軸垂直的平面上。(2)每個(gè)第二微透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)微小光斑點(diǎn)，對(duì)于第二微透鏡來說，微小光斑點(diǎn)就是一個(gè)點(diǎn)光源；通過調(diào)整第二微透鏡在光軸方向的位置，改變出射光束角度，實(shí)現(xiàn)變焦。此混光、變焦方法，由于是對(duì)第一微透鏡組后方形成的微小光斑點(diǎn)進(jìn)行變焦，因此，射出的光斑色彩均勻，而且，通過調(diào)節(jié)變焦鏡的位置能得到不同大小的光斑。作為改進(jìn)，變焦鏡的前方設(shè)有格柵，格柵上設(shè)有格柵孔，格柵孔的數(shù)量與第二微透鏡的數(shù)量相等，且格柵孔的位置與第二微透鏡的位置相對(duì)應(yīng)，去除從第二微透鏡射出光的雜光；格柵的前方設(shè)有燈筒，以去除雜光。這樣，能提高光斑的質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)LED芯片發(fā)射角較大時(shí)的光路圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)LED芯片發(fā)射角較小時(shí)的光路圖。圖3為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的分解圖。圖5為本發(fā)明的光路示意圖。圖6為聚光透鏡的立體圖。圖7為聚光透鏡的剖視圖。圖8為變焦鏡正面立體圖。圖9為變焦鏡背面立體圖。圖10為變焦鏡和格柵的分解圖。圖11為格柵的立體圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖3和圖4所示，LED光學(xué)系統(tǒng)按光線方向依次包括LED、聚光透鏡1、變焦鏡2、 格柵3及燈筒4。LED由一個(gè)以上的芯片組成，其中，LED中的芯片可以為同一顏色，也可以為不同顏色。如圖6和圖7所示，聚光透鏡11出光面112上設(shè)有由二個(gè)以上的第一微透鏡12 組成的第一微透鏡組，所述的聚光透鏡11具有一出光面112，在聚光透鏡上設(shè)有向內(nèi)凹陷的容置腔13，用于安放LED，第一微透鏡12在出光面上形成陣列，其中，第一微透鏡可以是蜂窩狀排列，也可以是正方形整列排列，也可以是同心圓排列；聚光透鏡11的側(cè)壁113上設(shè)有定位柱14，用于對(duì)聚光透鏡定位，防止聚光透鏡安裝到LED混色燈中后發(fā)生旋轉(zhuǎn)而使第一微透鏡和第二微透鏡在位置上無法一一對(duì)應(yīng)，從而影響光斑的質(zhì)量。如圖8至圖10所示，所述的變焦鏡2包括變焦鏡體21及設(shè)在變焦鏡體出光面上的與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等的位置相對(duì)應(yīng)的第二微透鏡22，第二微透鏡22構(gòu)成第二微透鏡組，當(dāng)然，第二微透鏡也可以安裝在與變焦鏡體出光面相對(duì)的一面上。變焦鏡體21的周邊向外延伸有凸緣23，以便于安裝變焦鏡，凸緣23的上表面上設(shè)有定位凸起24， 如圖10所示，格柵板3上設(shè)置有卡置槽31，在安裝格柵板3時(shí)，卡置槽31卡在定位凸起M 上，通過定位凸起M實(shí)現(xiàn)對(duì)格柵板3的定位；所述的凸緣23上設(shè)有上下貫通的一凹槽25， 用于確定變焦鏡的安裝位置，使得第一微透鏡和第二微透鏡的位置相互對(duì)應(yīng)，防止出現(xiàn)安裝錯(cuò)位的現(xiàn)象而影響變焦和LED光斑的質(zhì)量；凸緣23的下表面上設(shè)有突起部沈，且突起部 26與變焦鏡體相連接，以提高凸緣23與變焦鏡體21的連接強(qiáng)度。所述第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透鏡12曲率相等，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡22曲率相等，第一微透鏡12和第二微透鏡22為正透鏡。每個(gè)第一微透鏡12的曲率相等能保證經(jīng)每個(gè)第一微透鏡12的光的聚焦點(diǎn)在同一平面內(nèi)，為第二微透鏡22再一次變焦提供較好的基礎(chǔ)，再在曲率相等的第二微透鏡22的配合下，使得從第二微透鏡22射出的光斑大小相等，從而提高LED光學(xué)系統(tǒng)的照射光斑質(zhì)量。
第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透12都處于同一平面上，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡22都處于同一平面上。每一個(gè)微透鏡12處在同一平面上能保證第一微透鏡組所形成的虛擬光源在同一平面內(nèi)，為變焦和第二透鏡22進(jìn)行再一次變焦提供好的基礎(chǔ)；每個(gè)第二微透鏡22都處于同一平面上能提高出光光斑的質(zhì)量。如圖11所示，格柵3上設(shè)有格柵孔32，格柵孔32的數(shù)量與第二微透鏡的數(shù)量相等，且格柵孔32的位置與第二微透鏡的位置相對(duì)應(yīng)。格柵的邊緣上設(shè)有定位凹槽33，在安裝時(shí)，使定位凹槽33與凹槽25對(duì)齊，以保證格柵孔32與第二微透鏡的位置對(duì)正。所述的格柵3和燈筒4用于遮擋從第二微透鏡發(fā)出光的雜光，以提高光斑的質(zhì)量。如圖5所示，利用上述LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法是
(1)聚光透鏡11將LED發(fā)散的光線聚集混色，并通過第一微透鏡組，將光線聚焦在第一微透鏡12后方，形成與第一微透鏡數(shù)量相等的微小光斑點(diǎn)，這些光斑點(diǎn)在與光軸垂直的平面A上。經(jīng)聚光鏡11和第一微透鏡組后，所述的小光斑點(diǎn)色彩均勻，且為變焦鏡變焦提供光源。(2)每個(gè)第二微透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)微小光斑點(diǎn)，對(duì)于第二微透鏡來說，微小光斑點(diǎn)就是一個(gè)點(diǎn)光源；通過調(diào)整第二微透鏡在光軸方向的位置，改變出射光束角度，實(shí)現(xiàn)變焦。所述的第二微透鏡22的數(shù)量和位置與第一微透鏡12的數(shù)量和位置必須一一對(duì)應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)第一微透鏡射出的光進(jìn)行再一次聚焦，從而形成在實(shí)際中所需要的光斑。
權(quán)利要求
1.一種LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于按光線方向依次包括LED、聚光透鏡及變焦透鏡； 聚光透鏡出光面上有由二個(gè)以上的第一微透鏡組成的第一微透鏡組；所述的變焦鏡包括變焦鏡體和設(shè)在變焦鏡體上的第二微透鏡組，第二微透鏡組由第二微透鏡組成，第二微透鏡與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等且位置相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透鏡曲率相等，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡曲率相等，第一微透鏡和第二微透鏡為正透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于第一微透鏡組中的每個(gè)第一微透都處于同一平面上，第二微透鏡組中的每個(gè)第二微透鏡都處于同一平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于變焦鏡的前方設(shè)有格柵，格柵上設(shè)有格柵孔，格柵孔的數(shù)量與第二微透鏡的數(shù)量相等，且格柵孔的位置與第二微透鏡的位置相對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于格柵的前方設(shè)有燈筒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于聚光透鏡的側(cè)壁上設(shè)有定位柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于變焦鏡體的周邊向外延伸有凸緣，凸緣的上表面上設(shè)有定位凸起，格柵的外邊緣上設(shè)有與定位凸起相對(duì)應(yīng)的卡槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的凸緣上設(shè)有上下貫通的一凹槽。
9.一種利用LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法，其特征在于LED光學(xué)系統(tǒng)按光線方向依次包括LED、聚光透鏡及變焦透鏡；聚光透鏡出光面上有由二個(gè)以上的第一微透鏡組成的第一微透鏡組；所述的變焦鏡包括變焦鏡體和設(shè)在變焦鏡體上的第二微透鏡組，第二微透鏡組由第二微透鏡組成，第二微透鏡與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等且位置相對(duì)應(yīng)；利用上述LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法是(1)聚光透鏡將LED發(fā)散的光線聚集混色，并通過第一微透鏡組，將光線聚焦在第一微透鏡后方，形成與第一微透鏡數(shù)量相等的微小光斑點(diǎn)，這些光斑點(diǎn)在與光軸垂直的平面上；(2)每個(gè)第二微透鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)微小光斑點(diǎn)，對(duì)于第二微透鏡來說，微小光斑點(diǎn)就是一個(gè)點(diǎn)光源；通過調(diào)整第二微透鏡在光軸方向的位置，改變出射光束角度，實(shí)現(xiàn)變焦。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法，其特征在于變焦鏡的前方設(shè)有格柵，格柵上設(shè)有格柵孔，格柵孔的數(shù)量與第二微透鏡的數(shù)量相等，且格柵孔的位置與第二微透鏡的位置相對(duì)應(yīng)，去除從第二微透鏡射出光的雜光；格柵的前方設(shè)有燈筒，以去除雜光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED光學(xué)系統(tǒng)及利用LED光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行混光、變焦的方法，LED光學(xué)系統(tǒng)按光線方向依次包括LED、聚光透鏡及變焦透鏡；聚光透鏡出光面上有由二個(gè)以上的第一微透鏡組成的第一微透鏡組；所述的變焦鏡包括變焦鏡體和設(shè)在變焦鏡體上的第二微透鏡組，第二微透鏡組由第二微透鏡組成，第二微透鏡與聚光透鏡上的第一微透鏡數(shù)量相等且位置相對(duì)應(yīng)?；旃狻⒆兘沟姆椒ㄊ窍然旃?，然后形成色彩均勻的位于第一微透鏡組后面的小光斑點(diǎn)，最后，通過變焦鏡對(duì)小光斑點(diǎn)進(jìn)行變焦，從而得到一光斑。該光學(xué)系統(tǒng)和方法不僅能得到色彩均勻性好的光斑，而且能得到大小不同的光斑。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102287647SQ20111022110
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者李春榮 申請(qǐng)人:廣州市雅江光電設(shè)備有限公司