用于自動(dòng)照明設(shè)備的變焦光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述的是采用改進(jìn)的輸出透鏡系統(tǒng)(30)和載體(32)的自動(dòng)照明設(shè)備(12)和照明系統(tǒng)(10)。輸出透鏡(30)可以沿著光學(xué)軸伸出到照明設(shè)備底架的前部界限以外，以提供光學(xué)系統(tǒng)改善的窄角性能。
【專利說明】用于自動(dòng)照明設(shè)備的變焦光學(xué)系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)是發(fā)明申請(qǐng)，要求以申請(qǐng)日為2012年3月18日、序列號(hào)為N0.61/612，371并采用相同標(biāo)題的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體涉及自動(dòng)照明設(shè)備，尤其涉及一種用在自動(dòng)照明設(shè)備里的光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]在娛樂照明和建筑照明市場(chǎng)，帶有自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制功能的自動(dòng)照明設(shè)備是眾所周知的。此類產(chǎn)品常用于劇院、電視演播室、音樂會(huì)、主題公園、夜總會(huì)及其他場(chǎng)所。典型的產(chǎn)品通常會(huì)提供照明設(shè)備的平移和傾斜功能允許操作員控制照明設(shè)備的方向指向，因此光束的位置在舞臺(tái)上或演播室。典型地該位置控制是通過控制照明設(shè)備時(shí)，通常被稱為平移和傾斜的兩個(gè)正交旋轉(zhuǎn)軸來實(shí)現(xiàn)的。許多產(chǎn)品對(duì)其他參數(shù)，如強(qiáng)度、色彩、，焦距、光束大小、光束形狀和光束圖案提供控制。光束圖案通常通過模版或稱之為透鏡擋光板的幻燈片來提供，其可能是鋼、招或蝕刻玻璃的圖案。由Robe Show Lighting生產(chǎn)的產(chǎn)品，如ColorSpot700E,是典型的技術(shù)。
[0005]設(shè)計(jì)這樣的能使發(fā)射光束的輸出角度在一定范圍值內(nèi)從非常窄光束到寬光束調(diào)整的自動(dòng)照明設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)是眾所周知的。這個(gè)光束角尺寸，或變焦，范圍允許照明設(shè)計(jì)者完全控制投影影像的尺寸，圖案或光線區(qū)。在照明設(shè)備中對(duì)變焦角度范圍的一個(gè)限制可能是照明設(shè)備的長(zhǎng)度。對(duì)于非常窄的變焦角，典型地需要最終的輸出透鏡和被投影物的像平面之間具有很大的間距。反過來寬角度是當(dāng)輸出透鏡接近被投射物時(shí)得到的。然而，安裝、存儲(chǔ)和運(yùn)輸為了獲得窄角度而能足夠長(zhǎng)以容納所需的寬透鏡間距的照明設(shè)備主體是不切實(shí)際的。使用這樣具有大重量玻璃透鏡的大間距作為布置，使得照明設(shè)備巨大而笨重并且自動(dòng)平移和傾斜移動(dòng)困難，這些也是有問題的。通常這些問題的解決辦法是限制最小可實(shí)現(xiàn)光束角，并使用更小更輕的透鏡。如果作為一個(gè)傳統(tǒng)的玻璃平凸透鏡構(gòu)成的短焦距透鏡需要非常厚重，這也會(huì)導(dǎo)致照明設(shè)備的重心問題，特別是如果該透鏡是通過馬達(dá)提供沿著光學(xué)軸移動(dòng)的自動(dòng)聚焦功能。由于沉重的透鏡移動(dòng)，照明設(shè)備的重心是不斷變化的，導(dǎo)致自動(dòng)平移和傾斜系統(tǒng)出現(xiàn)問題，所述系統(tǒng)針對(duì)平衡機(jī)械負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化。現(xiàn)有技術(shù)的制造商試圖通過以下兩種方式之一補(bǔ)救這個(gè)問題。第一種方式，保持沉重的前透鏡靜止，而前后移動(dòng)鏡頭擋光板、虹膜和快門組件。盡管這些組件也沉重，但他們更接近照明設(shè)備的重心，因此移動(dòng)他們對(duì)綜合平衡的影響更小。另一種方式是厚重的平凸透鏡被菲涅爾透鏡替換，其中通過使用帶有多重圓周面的更輕的模壓玻璃鏡片來獲得相同的焦距。菲涅爾透鏡是現(xiàn)有技術(shù)中公知的能為一個(gè)等效的平凸透鏡的焦距提供一個(gè)好的匹配，然而通過這種透鏡投射的影像通常是柔化邊緣且模糊的，而且不是所期望的清晰的圖像。這種柔軟性可能是在模制玻璃菲涅爾透鏡的表面導(dǎo)致的，有相對(duì)較少的面，每個(gè)面具有一個(gè)在模制過程中替代大曲率半徑而被成型工藝和熔融玻璃的表面張力所約束的并非銳利的邊緣。這個(gè)在每個(gè)圓周面前端的半徑趨于擴(kuò)散光束并產(chǎn)生一個(gè)柔化的影像。
[0006]圖1示出了多參數(shù)自動(dòng)照明設(shè)備系統(tǒng)10。這些系統(tǒng)通常包括多個(gè)多參數(shù)自動(dòng)照明設(shè)備12，每個(gè)自動(dòng)照明設(shè)備包含板上的光源、光調(diào)制器、連接到機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置和控制電路上的電動(dòng)馬達(dá)(未示出)。除了被直接或通過配電系統(tǒng)(未示出)連接到主電源上，每個(gè)照明設(shè)備與數(shù)據(jù)鏈路14串聯(lián)或并聯(lián)地連接至一個(gè)或多個(gè)控制臺(tái)15。
[0007]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)照明設(shè)備11。燈21包括一個(gè)能發(fā)射光的光源22。光被反射器20反射和控制通過光學(xué)裝置26，所述光學(xué)裝置可以包括二色的彩色濾光片、效果玻璃(effects glass)和其他現(xiàn)有技術(shù)中公知的光學(xué)裝置,再通過一個(gè)光圈或成像門24。光學(xué)組件25是成像組件,可以包括鏡頭擋光板、旋轉(zhuǎn)擋光板、虹膜和快門。光束在被輸出透鏡31傳送之前可以進(jìn)一步穿過透鏡26和28。透鏡26和28可以沿著光學(xué)軸19移動(dòng)以改變所發(fā)射的光束的光束角和焦點(diǎn)。透鏡26和28通常被稱為聚焦和變焦透鏡，然而這些常用的名稱是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)閮蓚€(gè)透鏡都會(huì)影響功能。透鏡31可以是玻璃透鏡或等同于在此描述過的菲涅爾透鏡，透鏡31被照明設(shè)備本體16的外徑尺寸約束，不能移動(dòng)至離開成像元件更遠(yuǎn)。
[0008]有必要改進(jìn)自動(dòng)照明設(shè)備的變焦透鏡系統(tǒng)，以提供用戶獲得大范圍的變焦角度的能力，同時(shí)還為安裝，存儲(chǔ)和運(yùn)輸提供了緊湊的單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合附圖參考如下描述，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的特征。
[0010]圖1示出了典型的自動(dòng)照明系統(tǒng)；
[0011]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的自動(dòng)照明設(shè)備；
[0012]圖3示出了一種自動(dòng)照明設(shè)備改善的變焦系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0013]圖4示出了一種輸出透鏡伸出的自動(dòng)照明設(shè)備改善的變焦系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0014]圖5示出一種帶有LED光源且輸出透鏡伸出的自動(dòng)照明設(shè)備改善的變焦系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0015]圖6示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等距視圖；
[0016]圖7示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在寬角配置中輸出透鏡縮回的所選組件的視圖；
[0017]圖8示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在窄角配置中輸出透鏡伸出的所選組件的視圖；
[0018]圖9示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在寬角配置中輸出透鏡縮回的剖開立體圖；
[0019]圖10示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在窄角配置中輸出透鏡伸出的剖開立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的較佳實(shí)施例示于附圖中，不同的附圖中相同的或相應(yīng)的部件使用相同的標(biāo)號(hào)。
[0021]本發(fā)明大體涉及自動(dòng)照明設(shè)備，尤其涉及一種這樣的照明設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)的配置，以提供一種獲得寬變焦角度范圍的能力，同時(shí)還提供了一種緊湊的單元用于安裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
[0022]圖3示出了改善的自動(dòng)照明設(shè)備中的變焦系統(tǒng)的實(shí)施例。自動(dòng)照明設(shè)備12可以包括燈21和反射器20，燈和反射器可以彼此相對(duì)移動(dòng)以控制光束熱點(diǎn)，彩色調(diào)制部件23可以包括，但不僅限于，混色標(biāo)志或輪，色輪或其他二向分色色彩調(diào)制部件，尺寸固定或可調(diào)節(jié)的光圈24，成像光學(xué)組件25，所述成像光學(xué)組件包括但不限于擋光板、旋轉(zhuǎn)擋光板、取景快門、光束整形器、可變霜過濾器、棱鏡和/或虹膜。從這些圖像中出來的光束被第一透鏡26，第二透鏡28和菲涅爾輸出透鏡30聚焦。第一透鏡26和第二透鏡28每一個(gè)均包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，它們當(dāng)中的全部或一些可沿著照明設(shè)備12的光學(xué)軸19前后移動(dòng)，以將光引導(dǎo)到朝向輸出透鏡30。第一透鏡26和第二透鏡28可進(jìn)一步均勻化并約束光束,確保光束能完全填滿輸出透鏡30。
[0023]第一透鏡26和第二透鏡28可進(jìn)一步均勻化并約束光束。另外，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)前置輸出透鏡26和28為某種關(guān)于聚焦透鏡26，28和30的操作范圍的點(diǎn)模式操作，以最大化地填充輸出透鏡30的面積。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，透鏡26，28和30的移動(dòng)能自動(dòng)協(xié)調(diào)以獲得輸出透鏡的最大填充面積。
[0024]在一些實(shí)施例中，擴(kuò)散過濾器27也可以選擇性地被插入到光學(xué)路徑中，以改善均勻化并進(jìn)一步提高最大輸出角。輸出透鏡30可以是傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡、具有小圓周面的數(shù)量比標(biāo)準(zhǔn)菲涅爾透鏡數(shù)量增加的改進(jìn)型菲涅爾透鏡，或者是標(biāo)準(zhǔn)的球面或非球面透鏡。第一透鏡26，第二透鏡28和輸出透鏡30可以由玻璃、合適的透明聚合物如丙烯酸或聚碳酸酯，或其他合適的材料制成。透鏡30可以沿著照明設(shè)備12的光學(xué)軸19前后移動(dòng)，為光學(xué)元件25的投影圖像提供聚焦調(diào)整。第一透鏡26、第二透鏡28和輸出透鏡30的組合提供了輸出光束，通過沿著光學(xué)軸19前后移動(dòng)第一透鏡26、第二透鏡28和輸出透鏡30中的任一個(gè)或全部，輸出光束的光束角和焦點(diǎn)都是可調(diào)的。輸出透鏡30連接在載體32上，載體32支撐輸出透鏡30并提供沿光學(xué)軸的移動(dòng)。載體32可通過載體32的一端支撐輸出透鏡30，這使得載體32沿著光學(xué)軸移動(dòng)，使輸出透鏡30從照明設(shè)備底架16伸出，如圖4所示。圖3示出了系統(tǒng)的寬角度配置，其中輸出透鏡30被定位在照明設(shè)備底架16的內(nèi)部，第一和第二透鏡26和28移動(dòng)以提供變焦和聚焦。
[0025]圖4示出了具有伸出的輸出透鏡的自動(dòng)照明設(shè)備中的改善變焦系統(tǒng)的實(shí)施例。該系統(tǒng)與圖3示出的系統(tǒng)相同，然而輸出透鏡30通過載體32移動(dòng)到伸出照明設(shè)備底架16前部外側(cè)的位置。圖4示出了窄角度配置的系統(tǒng)，其中輸出透鏡30被定位在照明設(shè)備底架16的外側(cè)，且第一和第二透鏡26和28移動(dòng)以提供變焦和聚焦。擴(kuò)散過濾器27可選擇性地插入到光學(xué)路徑中，以改善均勻化并進(jìn)一步增加最大輸出角。
[0026]通過由載體32和輸出透鏡30提供的系統(tǒng)，照明設(shè)備能夠提供一個(gè)很寬范圍的輸出光束角，在一個(gè)實(shí)施例描述的系統(tǒng)中提供了一個(gè)連續(xù)變焦角度范圍，從窄角5.5°到寬角60°。在這個(gè)特定的實(shí)施例中，擴(kuò)散過濾器27的增加改變了連續(xù)變焦范圍，從窄角20°到寬角75°。
[0027]圖5示出了具有伸出的輸出透鏡的自動(dòng)照明設(shè)備中的改善變焦系統(tǒng)的實(shí)施例。本實(shí)施例中，光源是LED,固態(tài),光源18可具有集成的光學(xué)器件17。LED光源18可以是單色光源，包括例如，白色LED，或可以包括多種顏色的LED組成，如由紅，綠和藍(lán)組成(RGB)，或由紅，綠，藍(lán)和白組成(RGBW)或其他彩色的LED組合，其輸出可獨(dú)立的變化或組合，以提供想要的顏色。光源的光學(xué)器件系統(tǒng)17優(yōu)選地提供單個(gè)顏色的均勻化，以使輸出光束為單色，具有最小的彩色模式和彩色陰影。RGB系統(tǒng)可以完全依靠RGB LED添加的色彩調(diào)制，而不是通過彩色調(diào)制系統(tǒng)23的調(diào)制。然而，LED源系統(tǒng)的其他實(shí)施例也可以包括減色調(diào)制系統(tǒng)23。
[0028]圖5示出了窄角配置的系統(tǒng)，其中輸出透鏡30被定位在照明設(shè)備底架16的外側(cè)，第一和第二透鏡26和28移動(dòng)以提供變焦和聚焦。擴(kuò)散過濾器27可以選擇性地被插入到光學(xué)路徑中，以改善均勻化并進(jìn)一步提高最大輸出角。
[0029]輸出透鏡30可以是傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡，或者是增加了較大數(shù)量的圓周面的菲涅爾透鏡。輸出透鏡30可以由平坦的后表面提供，或分散、或點(diǎn)刻模式模制成后表面。如果使用的菲涅爾透鏡具有平坦的后表面，那么在此公開的光學(xué)系統(tǒng)可提供成像組件25清晰的聚焦影像，而帶有點(diǎn)刻背面的透鏡則會(huì)提供軟化的，擴(kuò)散的影像。
[0030]圖6示出了本發(fā)明的一個(gè)將蓋移除后的等距視圖。自動(dòng)照明設(shè)備12包括燈源18、尺寸可以固定或可調(diào)的光圈24、成像光學(xué)組件25，成像光學(xué)組件包括但不僅限于擋光板、旋轉(zhuǎn)擋光板、取景快門、光束整形器、可變霜過濾器、棱鏡和虹膜。從這些圖像中出來的光束被第一透鏡26、第二透鏡28和輸出透鏡30聚焦。輸出透鏡30安裝在載體32上，載體32可以相對(duì)照明設(shè)備底架16的前部界限沿軌道34前后移動(dòng)。這種移動(dòng)可由步進(jìn)電機(jī)、線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)或其他合適控制裝置來提供。擴(kuò)散過濾器27可以安裝在臂或其他關(guān)節(jié)裝置上，以便它可以如用戶期望的一樣從光學(xué)路徑插入或移除，以改善均勻化或提高最大輸出角。這里示出的是從光學(xué)路徑中移除。
[0031]圖7示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在寬角配置中，輸出透鏡30縮進(jìn)照明設(shè)備底架16前部界限內(nèi)的所選組件的視圖。輸出透鏡30所處的位置照明設(shè)備呈現(xiàn)出緊湊的結(jié)構(gòu)。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)照明設(shè)備關(guān)閉時(shí)，它會(huì)很容易地自動(dòng)縮回到這個(gè)位置，以便更安全地裝配/拆解(安裝/拆卸)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。為了最大的寬角，第二透鏡28可以接近輸出透鏡30安裝，第一透鏡26可以調(diào)整以提供聚焦控制。為進(jìn)一步增加光束角，擴(kuò)散過濾器27可以插入到光學(xué)路徑中。
[0032]圖8示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在窄角配置中，輸出透鏡30伸出照明設(shè)備底架16前部界限外的所選組件的視圖。輸出透鏡30所處的位置照明設(shè)備呈現(xiàn)出最佳窄角的延伸結(jié)構(gòu)，而不是為了安裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。為了最小的窄角，第二透鏡28可以遠(yuǎn)離輸出透鏡30安裝，第一透鏡26可以調(diào)整以提供聚焦控制。
[0033]圖9示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在寬角配置下輸出透鏡30和載體32縮進(jìn)照明設(shè)備底架16前部界限內(nèi)的剖開立體圖。輸出透鏡30在所處的位置照明設(shè)備呈現(xiàn)出緊湊的結(jié)構(gòu)，并且可以容易地、最佳地安裝，儲(chǔ)存和運(yùn)輸。為了最大寬角，第二透鏡28可以被安裝到接近輸出透鏡30的位置，第一透鏡26可以調(diào)整以提供聚焦控制。
[0034]圖10示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在窄角配置下輸出透鏡30和載體32伸出照明設(shè)備底架16前部界限外的剖開立體圖。在輸出透鏡30所處的位置照明設(shè)備呈現(xiàn)出最佳窄角的延伸的結(jié)構(gòu)，而不是為了安裝，儲(chǔ)存和運(yùn)輸。為了最小的窄角，第二透鏡28可以遠(yuǎn)離輸出透鏡30安裝，第一透鏡26可以通過調(diào)整提供聚焦控制。
[0035]以上公開的本發(fā)明提供了能大范圍變焦的光學(xué)系統(tǒng)，而仍能呈現(xiàn)緊湊的照明設(shè)備以容易安裝，儲(chǔ)存和運(yùn)輸。在緊湊的配置中，輸出透鏡30被保護(hù)在底架16中，照明設(shè)備可以在運(yùn)輸時(shí)被放置在航空箱或桁架中。安裝后，透鏡載體32和輸出透鏡30可以伸出到照明設(shè)備底架16的外部，以提供一個(gè)改善的窄光束角。第一透鏡26，第二透鏡28和輸出透鏡30中的任一或全部組合可以沿著光學(xué)軸移動(dòng)，提供光束角和聚焦的最佳和連續(xù)控制。
[0036]雖然本發(fā)明公開描述了一定數(shù)量的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員，得益于上述公開的內(nèi)容，將認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明公開范圍可以修改以得到其他的實(shí)施例。本發(fā)明已經(jīng)作出了詳細(xì)的描述，當(dāng)應(yīng)當(dāng)理解的是，各種改變，替換和變更均不脫離本發(fā)明精神的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有輸出透鏡的自動(dòng)照明設(shè)備，所述輸出透鏡在操作時(shí)能夠關(guān)節(jié)連接地伸出到照明設(shè)備的前部界限以外，在不操作時(shí)回縮進(jìn)照明設(shè)備的所述界限以內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)照明設(shè)備，其特征在于，回縮作為關(guān)閉過程的一部分自動(dòng)發(fā)生。
【文檔編號(hào)】F21V17/00GK104302967SQ201380025134
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月18日
【發(fā)明者】P·尤里克, J·瓦爾哈日 申請(qǐng)人:羅布照明有限公司