CN107477424A - 一种基于led光源的变焦光学系统 - Google Patents

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张云翠
苑成林
曹鑫
谢蓄芬
于晶杰
李德胜
贺晓阳
邹念育
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Abstract

本发明公开了一种基于LED光源的变焦光学系统，包括LED发光源(1)，所述LED发光源(1)背部的光学全反射面(3)、所述LED发光源(1)前部的凹形或凸形的出射面(4)，所述出射面(4)前部设置有调焦透镜(5)；所述调焦透镜(5)固定于一个用于调节所述调焦透镜(5)和所述出射面(4)之间间距的支架(6)上。本发明基于LED光源的变焦系统，包含固定组和变焦组两个部分，以亮LED作为发光光源，能产生较好的准直光线，具有光学效率高、灵活性大，可适应多种出光要求等优点。

Description

一种基于LED光源的变焦光学系统
技术领域
本发明属于非成像光学技术领域，具体涉及一种基于LED光源的变焦光学系统。
背景技术
如今，LED由于其寿命长，低能耗等众多优势在各个领域得到了广泛的应用，如道路照明、LED投影机以及室内照明等等。LED用于家庭、室内照明也已经有相当长的一段时间，其技术已经相当成熟，同时将LED用于家庭照明也在不断的推广之中。近年来，科技的不断进步，光学系统的发展以及光学设计当中对LED光源的需求也推动了LED技术更加的完善和成熟。
在许多应用当中，被照明的目标面与光源的距离以及光束的视场角都不是固定不变的，如应用于夜间监控系统的红外照明设备，要求能够根据红外摄像机的变焦范围改变自身的视场角以及能量密度分布,使其照射范围覆盖整个监控区域，若红外灯的视场角过大，会造成光能浪费，反之则会产生手电筒效应，影响照明效果。因此，需要进行LED变焦系统的设计。
传统的二次配光设计，大多只具有单一的透镜结构、可调节性不高。比如目前大部分的LED室内照明灯具，只有单一的照明功能，一旦安装后不能根据日后的使用而调节，不利于光能的有效利用；而变焦的照明技术和产品一般只应用在非常专业的舞台和户外的照明产品中，在实际生产生活领域中非常缺乏。因此，需要设计一种操作方便、结构简单紧凑的LED变焦系统。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，旨在尽可能的提高LED的光能利用率，改变LED照明灯具功能的单一性。本发明提供一种操作方便、结构简单紧凑的基于LED新型的变焦光学系统。系统采用自由曲面透镜作为固定组，菲涅耳透镜作为变倍组，通过改变两组的距离来实现变焦。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于LED光源的变焦光学系统，包括LED发光源，所述LED发光源背部的光学全反射面、所述LED发光源前部的凹形或凸形的出射面。其中，所述出射面前部设置有调焦透镜；所述调焦透镜固定于一个用于调节所述调焦透镜和所述出射面之间间距的支架上。
优选方式下，所述LED发光源、所述光学全反射面以及所述出射面三者的相对位置固定。所述透镜的材质为PC、PMMA或玻璃。所述LED光源为单颗LED、集成芯片LED或LED光源阵列形式。所述出射面为凸透镜、凹透镜或菲涅尔透镜，调焦透镜(5)为菲涅尔透镜、凹透镜或凸透镜。
本发明基于LED光源的变焦系统，包含固定组和变焦组两个部分，以亮LED作为发光光源，能产生较好的准直光线，具有光学效率高、灵活性大，可适应多种出光要求等优点。
附图说明
图1是本发明一种实施例完整结构和光路示意图。
图2是本发明另一种实施例完整结构和功能部分示意图。
具体实施方式
附图中给出了两种完整的变焦透镜结构，下面结合附图进行说明，以使本发明的优点和特征更容易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更清楚的界定。
图1和图2所示，本发明LED变焦光学系统包含LED发光源1、光学折射面2、光学全反射面3、凸形或凹形出射面4、调焦透镜(菲涅尔或其他)5、相应的机械结构，滑轨6，底部结构7，共七个结构构成。
LED光源位于自由曲面透镜底部的中心位置，光由LED光源发出，经过自由曲面透镜准直后会聚或发散，再经由变焦部分通过改变调焦透镜的位置来实现变焦。
具体说，图1和图2中，光线从LED光源1发出，经过折射透镜2和全反射面3的折反射，使得光线能够平行出射。自由曲面透镜是由光学折射面2与光学全反射面3及一个出射面组成，它的作用是将光线准直，后让光线经由出射面4，调焦透镜5进行变焦处理。而光线经过出射面4会发散(或会聚)，光线经过调焦透镜5会聚(或发散)，通过菲涅尔透镜5在滑轨6上的移动，实现整个系统的连续变焦。
其中，图1的出射面由凹透镜构成，调焦透镜为菲涅尔透镜。图2的出射面由凸透镜构成，调焦透镜为菲涅尔透镜。
在结构上，本发明LED变焦光学系统，可以分为固定组和变倍组，通过外部机械结构连接。附图2中包含LED发光源I、固定组II、变倍组III以及支撑结构IV，共四个功能部分组成。也就是说，系统通过两个光学部分来实现：
第一个部分为固定组准直后会聚或发散，它由光学折射面、光学全反射面和一个出射面构成，基于折反射的原理形成准直光后会聚或发散出去。
第二个部分为变焦组，它是通过改变调焦透镜与固定组自由曲面透镜出射面的间距来实现变焦。
出射面4可以为凹透镜、菲涅尔透镜或其他透镜，调焦透镜5可以为菲涅尔透镜或其他透镜。
机械结构可选用螺旋变焦、滑动变焦等方式。图1和图2中支架由两侧的滑轨6，以及整个系统的支架7构成。连接方式也。
本发明系统包括，LED光源1，光学折射面2、一个光学全反射面3以及一个凹形或凸形的出射面4形成的自由曲面透镜(出光部分)，和上层一个调焦透镜5的结构。LED光源1包括单颗LED，集成芯片LED，LED光源阵列等形式。出射面4可以为凹透镜、菲涅尔透镜或其他，调焦透镜5可以为菲涅尔透镜或其他透镜。
透镜结构分为固定组和变倍组两部分，通过外部机械结构连接，包括一个调焦透镜和一个自由曲面透镜组成，其中自由曲面透镜中又包含有光学折射面和反射面，最终通过反射折射的基本原理实现准直和发散。
图中自由曲面透镜理论上也是由两部分组成，第一部分为光线准直部分，第二部分是发散(或会聚)的出射面。
菲涅尔透镜具有体积小，经济适用、明亮和亮度均匀等特点，且聚乙烯材料会使得透镜加工更加方便，因此菲涅尔透镜用PC、PMMA或玻璃、硅胶材料等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于LED光源的变焦光学系统，包括LED发光源(1)，所述LED发光源(1)背部的光学全反射面(3)、所述LED发光源(1)前部的凹形或凸形的出射面(4)，其特征在于，
所述出射面(4)前部设置有调焦透镜(5)；所述调焦透镜(5)固定于一个用于调节所述调焦透镜(5)和所述出射面(4)之间间距的支架(6)上。
2.根据权利要求1所述基于LED光源的变焦光学系统，其特征在于，所述LED发光源(1)、所述光学全反射面(3)以及所述出射面(4)三者的相对位置固定。
3.根据权利要求1所述基于LED光源的变焦光学系统，其特征在于，所述透镜的材质为PC、PMMA或玻璃。
4.根据权利要求1所述基于LED光源的变焦光学系统，其特征在于，所述LED光源(1)为单颗LED、集成芯片LED或LED光源阵列形式。
5.根据权利要求1～4任一所述基于LED光源的变焦光学系统，其特征在于，所述出射面(4)为凸透镜、凹透镜或菲涅尔透镜，调焦透镜(5)为菲涅尔透镜、凹透镜或凸透镜。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111536456A (zh) * 2020-04-29 2020-08-14 江苏复芯云物联科技有限公司 一种实现极窄光束的模组透镜
CN116046715A (zh) * 2023-02-09 2023-05-02 上海石兆通讯科技有限公司 一种用于野外地表可燃物含水率测量的多波长近红外光源

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539267A (zh) * 2008-03-20 2009-09-23 香港理工大学 自由曲面透镜配光的大功率led灯头
CN101990614A (zh) * 2008-12-16 2011-03-23 香港应用科技研究院有限公司 Led光整形装置和照明系统
CN201779520U (zh) * 2010-09-09 2011-03-30 易世值 一种led可伸缩调焦照明装置
CN102022647A (zh) * 2010-11-24 2011-04-20 晶亮电工股份有限公司 一种可调整发光角度的led灯具
CN102809098A (zh) * 2012-07-11 2012-12-05 江苏好的节能光电科技有限公司 一种自动调焦的led搜索灯
CN202993060U (zh) * 2012-12-26 2013-06-12 山东华泰光源有限公司 一种用于机动车远光照明的led透镜
CN203052525U (zh) * 2012-12-26 2013-07-10 山东华泰光源有限公司 一种应用于led光源的多表面自由曲面光学透镜
CN203413542U (zh) * 2013-08-26 2014-01-29 上海亚明照明有限公司 用于led灯具的变焦透镜组
CN103644487A (zh) * 2013-12-30 2014-03-19 北京理工大学 一种基于自由曲面透镜的led跑道中线灯光学系统
CN103912844A (zh) * 2014-03-31 2014-07-09 中国人民解放军海军工程大学 Led均匀准直的光学系统
CN105114878A (zh) * 2015-08-12 2015-12-02 北京莱斯达电子科技有限公司 一种照明效果可调的led聚光灯

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539267A (zh) * 2008-03-20 2009-09-23 香港理工大学 自由曲面透镜配光的大功率led灯头
CN101990614A (zh) * 2008-12-16 2011-03-23 香港应用科技研究院有限公司 Led光整形装置和照明系统
CN201779520U (zh) * 2010-09-09 2011-03-30 易世值 一种led可伸缩调焦照明装置
CN102022647A (zh) * 2010-11-24 2011-04-20 晶亮电工股份有限公司 一种可调整发光角度的led灯具
CN102809098A (zh) * 2012-07-11 2012-12-05 江苏好的节能光电科技有限公司 一种自动调焦的led搜索灯
CN202993060U (zh) * 2012-12-26 2013-06-12 山东华泰光源有限公司 一种用于机动车远光照明的led透镜
CN203052525U (zh) * 2012-12-26 2013-07-10 山东华泰光源有限公司 一种应用于led光源的多表面自由曲面光学透镜
CN203413542U (zh) * 2013-08-26 2014-01-29 上海亚明照明有限公司 用于led灯具的变焦透镜组
CN103644487A (zh) * 2013-12-30 2014-03-19 北京理工大学 一种基于自由曲面透镜的led跑道中线灯光学系统
CN103912844A (zh) * 2014-03-31 2014-07-09 中国人民解放军海军工程大学 Led均匀准直的光学系统
CN105114878A (zh) * 2015-08-12 2015-12-02 北京莱斯达电子科技有限公司 一种照明效果可调的led聚光灯

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111536456A (zh) * 2020-04-29 2020-08-14 江苏复芯云物联科技有限公司 一种实现极窄光束的模组透镜
CN116046715A (zh) * 2023-02-09 2023-05-02 上海石兆通讯科技有限公司 一种用于野外地表可燃物含水率测量的多波长近红外光源

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