WO2020211411A1 - 一种带场镜的舞台led光源的光学系统 - Google Patents

一种带场镜的舞台led光源的光学系统 Download PDF

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WO2020211411A1
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light source
field lens
lens
light
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陈国平
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广州光联电子科技有限公司
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of stage lights, and more specifically, to an optical system of a stage LED light source with a field lens.
  • HID lamps high-power discharge bubble lamps
  • the advantages of this type of light source are high power and small luminous body (that is, bulb arc), but it has disadvantages. It is high energy consumption, short life span, low safety factor (the bulb is filled with high-pressure gas), harsh working conditions and other unfavorable factors.
  • semiconductor lighting technology has become more and more mature, and the luminous density of LEDs has also continued to increase, so LEDs have become more and more widely used in various fields.
  • high-power LED light sources used in the field of stage lights can be widely used to promote the rapid development of the entire industry and upgrade of the energy structure, making modern lighting technology safer, more energy-saving, and more environmentally friendly.
  • [0003] 5 See the principle of a high-power LED light source system applied to the field of stage lights as shown in Figure 1.
  • Several LED light emitting devices that emit white light are arranged in an LED array (1) according to a certain rule, and each LED unit Set one-to-one correspondence with the collimating lens groups; multiple collimating lens groups form a collimating lens array (2), which is used to collimate the light emitted from the LED array (1) into nearly parallel light; the LED passes through the collimating lens array ( 2) The emitted light enters the condenser (3), and the condenser (3) focuses the light on a specific focal plane (6) to form a specific illumination area.
  • the angle of light emitted by the light source system is between 52°-60° between.
  • the customer in order to realize the variability of the lamp color, the customer usually adds a CMY filter (4) between the focal plane (6) and the condenser (3) of the light source system to change the color of the lamp, so as to achieve the color of the lamp. Diversified effects.
  • the CMY filter (4) When the CMY filter (4) is arranged between the condenser (3) and the focal plane (6), the CMY filter (4) will not only transmit part of the light to the focal plane (6), but also reflect A part of the light, the light reflected back to the condenser (3) of the light source system, through the condenser (3) to refocus the reflected light on the central area of the optical axis of the PCB board where the LED array (1) is installed, causing this area
  • the increase in temperature will cause serious damage to the optical components and LED arrays (1) near the central area of the optical axis of the entire light source, such as cracking of optical components, especially the LEDs near the central area of the optical axis.
  • the junction temperature is too high, reducing the LED life.
  • the present invention aims to overcome the above-mentioned defects of the prior art, and provides an optical system of a stage LED light source with a field lens, which can solve the product defects caused by the light reflected back by the CMY filter, so that the optical axis of the light source is centered
  • the thermal performance of the optical components and LEDs near the area is more stable, thereby ensuring the life span.
  • the technical solution adopted by the present invention is to provide an optical system of a stage LED light source with a field lens, including an LED light source module, a condenser and a CMY filter arranged in sequence, and the condenser is used to focus from The light emitted by the LED light source module reaches the focal plane, and the CMY filter is used to filter the light emitted from the condenser; there is a field lens between the focal plane where the light is focused and the CMY filter to reduce the emission from the condenser
  • the incident angle of light entering the CMY filter increases the area of the area where the exiting light enters the CMY filter;
  • the focal plane is the plane where the combined focus of the condenser lens and the field lens is located.
  • the refractive angle of the original condenser is shared by the field lens, so that the refractive angle of the condenser is reduced, so that the incident angle of the light entering the CMY filter after passing through the condenser is reduced, and the light is filtered by the CMY filter.
  • the area irradiated on the light sheet is increased, so that the light density on the CMY filter becomes lower.
  • the light reflected back is also reduced due to the smaller incident angle so that the light is concentrated and reflected to the central area of the optical axis.
  • the reflected light is evenly distributed to a larger illuminated area, thereby reducing the energy intensity of the reflected light near the central area of the optical axis of the light source, thereby reducing the temperature, and improving the thermal performance of the optical components and LEDs near the central area of the optical axis. Stable and more secure life span.
  • the LED light source module includes an LED array and a collimating lens array arranged in sequence; the LED array includes a plurality of LED units, the collimating lens array includes a plurality of collimating lens groups, and each LED unit is connected to a collimating lens group.
  • the straight lens groups are arranged in one-to-one correspondence, the collimating lens array is used to collimate the light emitted by the LED array, and the condenser lens is used to focus the light emitted from the collimating lens array to the focal plane.
  • the collimating lens array is a collimating lens array composed of two lens arrays seamlessly spliced with each other.
  • the distance between the field lens and the condenser lens in the optical axis direction is 30-40 mm [0011] Further preferably, the distance between the CMY filter and the condenser lens in the optical axis direction is 5-35 mm.
  • the focal length of the field lens is smaller than the focal length of the condenser lens.
  • the incident angle of the light entering the CMY filter from the condenser is less than 10°.
  • the included angle of the light beam generated by the field lens is 50°-60°.
  • the field lens is a plano-convex lens or a biconvex lens.
  • the present invention has the following beneficial effects: share the refractive angle of the original condenser through the field lens, so that the refractive angle of the condenser becomes smaller, so that the light enters the CMY filter after passing through the condenser.
  • the angle will become smaller, and the area of the light irradiated on the CMY filter will increase, so that the density of the light on the CMY filter will become lower, and the light reflected back will also be smaller due to the smaller incident angle.
  • the light is concentrated and reflected to the central area of the optical axis, and the reflected light is evenly distributed to a larger illuminated area, thereby reducing the energy intensity of the reflected light near the central area of the optical axis of the light source, thereby reducing the temperature and making the central area of the optical axis
  • the thermal performance of nearby optical components and LEDs is more stable, and the life span is more guaranteed.
  • FIG. 1 is an optical schematic diagram of an LED light source system in the prior art, in which the dotted line represents the light reflected back to the central area of the optical axis.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an optical system of a stage LED light source with a field lens in this embodiment, wherein the dotted line represents the light reflected back to the central area of the optical axis.
  • Figure identification 1LH) array; 2 collimating lens array; 3 condenser lens; 4 CMY filter; 5 field lens; 6 focal point surface.
  • this embodiment provides an optical system for a stage LED light source with a field lens, which includes an LED light source module, a condenser 3 and a CMY filter 4 arranged in sequence, and the condenser 3 is used for focusing From the light emitted from the LED light source module to the focal plane 6, the CMY filter 4 is used to filter the light emitted from the condenser 3; there is a field lens 5 between the focal plane 6 where the light is focused and the CMY filter 4, a field lens 5 is used to reduce the angle of incidence of light emitted from the condenser 3 into the CMY filter 4 and increase the area of the area where the emitted light enters the CMY filter 4; the focal plane 6 is the combined focus of the condenser 3 and the field lens 5 surface.
  • the field lens 5 shares the refractive angle of the original condenser 3, so that the refractive angle of the condenser 3 becomes smaller, so that the incident angle of the light entering the CMY filter 4 after passing through the condenser 3 becomes smaller, and the light is in the CMY
  • the area irradiated on the filter 4 is increased, so that the light density on the CMY filter 4 is reduced, and the reflected light is also reduced due to the angle of incidence, so that the light is not concentrated and reflected to the center of the optical axis Area, the reflected light is evenly distributed to a larger illuminated area, thereby reducing the energy intensity of the light reflected back near the central area of the optical axis of the light source, thereby reducing the temperature, and making the optical components and LEDs near the central area of the optical axis less effective.
  • the thermal performance is more stable and the life span is more guaranteed.
  • the LED light source module includes an LED array 1 and a collimating lens array 2 arranged in sequence;
  • the LED array 1 includes a plurality of LED units
  • the collimating lens array 2 includes a plurality of collimating lens groups, each LED unit is arranged in a one-to-one correspondence with the collimating lens group, and the collimating lens array 2 is used to collimate the output from the LED array 1.
  • the condenser lens 3 is used to focus the light emitted from the collimating lens array 2 to the focal plane 6.
  • the collimating lens array 2 is a collimating lens array composed of two lens arrays seamlessly spliced with each other.
  • the distance between the field lens 5 and the condenser lens 3 in the optical axis direction is 30-40 mm.
  • the distance between the CMY filter 4 and the condenser 3 in the optical axis direction is 5-35 mm.
  • the focal length of the field lens 5 is smaller than the focal length of the condenser lens 3.
  • the incident angle of the light exiting the condenser 3 and entering the CMY filter 4 is less than 10°.
  • the angle of the light beam generated by the field lens 5 is 50°-60°.
  • the field lens 5 is a plano-convex lens or a biconvex lens.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

一种带场镜的舞台LED光源的光学系统，包括依次设置的LED光源模组、聚光镜（3）和CMY滤光片（4），聚光镜（3）用于聚焦从LED光源模组发出的光线至焦平面（6），CMY滤光片（4）用于过滤从聚光镜（3）出射的光线；光线聚焦的焦平面（6）和CMY滤光片（4）之间设有场镜（5），场镜（5）用于减小从聚光镜（3）出射光线进入CMY滤光片（4）的入射角度并增大出射光线入射CMY滤光片（4）的区域面积；所述焦平面（6）为聚光镜（3）与场镜（5）的组合焦点所在面。通过场镜（5）分担原有聚光镜（3）的折光角度，使从聚光镜（3）出射光线照射在CMY滤光片（4）上的光线密度变低，同时被CMY滤光片（4）反射回去的光线也不至于被集中反射至光轴中心区域面积，以解决被CMY滤光片（4）反射回去光线导致的产品缺陷，保障光源光轴中心区域附近的光学元器件及LED寿命。

Description

发明名称:一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统 技术领域
[0001] 本发明涉及舞台灯技术领域， 更具体地， 涉及一种带场镜的舞台 LED光源的光 学系统。
背景技术
[0002] 在舞台灯照明行业， 传统使用的是大功率的放电气泡灯 （俗称 HID灯） 作为舞 台灯的光源， 该类光源的优势是功率大， 发光体小 （即灯泡电弧） ， 但缺陷是 能耗高， 寿命不长， 且安全系数不高 （灯泡内充有高压气体） ， 对工作条件要 求苛刻等不利因素。 随着科学技术的发展， 半导体照明技术也越来越成熟， LED 的发光密度也不断提高， 所以 LED在各种领域中的应用也越来越广泛。 如应用于 舞台灯领域的大功率 LED光源得以广泛推广使用， 推动整个产业快速发展及能源 结构升级， 使现代照明技术更加安全， 更加节能， 更加环保。
[0003] 5见有应用于舞台灯领域的大功率 LED光源系统的原理如图 1所示， 若干辐射出 白光的 LED发光器件， 按一定规则排布成 LED阵列 （1） ， 每个 LED单元与准直 透镜组一一对应设置； 多个准直透镜组构成准直透镜阵列 （2） ， 用于准直 LED 阵列 （1） 发出的光线成近平行光出射； LED经准直透镜阵列 （2） 出射的光线进 入聚光镜 （3） ， 聚光镜 （3） 把光线聚焦于特定的焦平面 （6） 上形成特定的照 明区域， 光源系统出射的光线夹角 （全角） 在 52°-60°之间。 而在应用端， 客户 为实现灯具颜色的多变性， 通常会在光源系统的焦平面 （6） 和聚光镜 （3） 中 间增加 CMY滤光片 （4） 来改变灯具的颜色， 以此实现灯具颜色的多样化效果。
[0004] 当在聚光镜 （3） 和焦平面 （6） 中间设置 CMY滤光片 （4） 时， 由于 CMY滤光 片 （4） 不但会透射一部分光线至焦平面 （6） ， 而且也会反射一部分光线， 被 反射回来的光线至光源系统的聚光镜 （3） 上， 通过聚光镜 （3） 把反射回来的 光线给再次聚焦于安装 LED阵列 （1） 的 PCB板光轴中心区域上， 导致该区域温 度升高， 对整个光源光轴中心区域附近的光学元器件及 LED阵列 （1） 造成较严 重的损伤， 如光学元器件破裂等不良现象， 尤其是导致光轴中心区域附近的 LED 结温过高， 降低 LED寿命。
发明概述
技术问题
[0005] 本发明旨在克服上述现有技术的缺陷， 提供一种带场镜的舞台 LED光源的光学 系统， 能解决被 CMY滤光片反射回去的光线导致的产品缺陷， 使得光源光轴中 心区域附近的光学元器件及 LED的热学性能更稳定， 进而保障寿命。
问题的解决方案
技术解决方案
[0006] 为达到上述目的， 本发明采取的技术方案是： 提供一种带场镜的舞台 LED光源 的光学系统， 包括依次设置 LED光源模组、 聚光镜和 CMY滤光片， 聚光镜用于 聚焦从 LED光源模组发出的光线至焦平面， CMY滤光片用于过滤从聚光镜出射 的光线； 光线聚焦的焦平面和 CMY滤光片之间设有场镜， 场镜用于减小从聚光 镜出射光线进入 CMY滤光片的入射角度并增大出射光线入射 CMY滤光片的区域 面积； 所述焦平面为聚光镜与场镜的组合焦点所在面。
[0007] 上述方案中， 通过场镜分担原有聚光镜的折光角度， 使聚光镜折光的角度变小 ， 这样光线在经过聚光镜后进入 CMY滤光片光线的入射角度会变小， 并且光线 在 CMY滤光片上照射的区域面积增大， 这样使在 CMY滤光片上的光线密度变低 ， 同时被反射回去的光线也因入射角度变小而不至于光线被集中反射至光轴中 心区域面积， 反射的光线被均匀分布到更大的照射面积上， 进而降低光源光轴 中心区域附近反射回来的光线能量密集度， 从而降低温度， 使光轴中心区域附 近的光学元器件及 LED的热学性能更加稳定， 寿命更加有保障。
[0008] 优选地， 所述 LED光源模组包括依次设置的 LED阵列和准直透镜阵列； LED阵 列包括多个 LED单元， 准直透镜阵列包括多个准直透镜组， 每个 LED单元与准直 透镜组一一对应设置， 准直透镜阵列用于准直 LED阵列发出的光线， 聚光镜用于 聚焦从准直透镜阵列发出的光线至焦平面。
[0009] 进一步优选地， 准直透镜阵列为两片透镜阵列相互无缝拼接组成的准直透镜阵 列。
[0010] 优选地， 在光轴方向上场镜和聚光镜之间的距离为 30-40mm [0011] 进一步优选地， 在光轴方向上 CMY滤光片和聚光镜之间的距离为 5-35mm。
[0012] 优选地， 场镜的焦距小于聚光镜的焦距。
[0013] 优选地， 从聚光镜出射进入 CMY滤光片的光线的入射角小于 10°。
[0014] 优选地， 由场镜出射后产生光束的光线夹角为 50°-60°。
[0015] 优选地， 场镜为平凸镜或双凸镜。
发明的有益效果
有益效果
[0016] 与现有技术相比， 本发明的有益效果为： 通过场镜分担原有聚光镜的折光角度 ， 使聚光镜折光的角度变小， 这样光线在经过聚光镜后进入 CMY滤光片光线的 入射角度会变小， 并且光线在 CMY滤光片上照射的区域面积增大， 这样使在 CM Y滤光片上的光线密度变低， 同时被反射回去的光线也因入射角度变小而不至于 光线被集中反射至光轴中心区域面积， 反射的光线被均匀分布到更大的照射面 积上， 进而降低光源光轴中心区域附近反射回来的光线能量密集度， 从而降低 温度， 使光轴中心区域附近的光学元器件及 LED的热学性能更加稳定， 寿命更加 有保障。
对附图的简要说明
附图说明
[0017] 图 1为现有技术中的 LED光源系统的光学示意图， 其中虚线表示反射回光轴中 心区域的光线。
[0018] 图 2为本实施例一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统的示意图， 其中虚线表 示反射回光轴中心区域的光线。
[0019] 附图标识： 1LH）阵列； 2准直透镜阵列； 3聚光镜； 4CMY滤光片； 5场镜； 6焦 点面。
发明实施例
本发明的实施方式
[0020] 本发明附图仅用于示例性说明， 不能理解为对本发明的限制。 为了更好说明以 下实施例， 附图某些部件会有省略、 放大或缩小， 并不代表实际产品的尺寸； 对于本领域技术人员来说， 附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解 的
实施例
[0021] 如图 2所示， 本实施例提供了一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 包括依 次设置的 LED光源模组、 聚光镜 3和 CMY滤光片 4， 聚光镜 3用于聚焦从 LED光源 模组发出的光线至焦平面 6 , CMY滤光片 4用于过滤从聚光镜 3出射的光线； 光线 聚焦的焦平面 6和 CMY滤光片 4之间设有场镜 5 , 场镜 5用于减小从聚光镜 3出射光 线进入 CMY滤光片 4的入射角度并增大出射光线入射 CMY滤光片 4的区域面积； 所述焦平面 6为聚光镜 3与场镜 5的组合焦点所在面。
[0022] 通过场镜 5分担原有聚光镜 3的折光角度， 使聚光镜 3折光的角度变小， 这样光 线在经过聚光镜 3后进入 CMY滤光片 4光线的入射角度会变小， 并且光线在 CMY 滤光片 4上照射的区域面积增大， 这样使在 CMY滤光片 4上的光线密度变低， 同 时被反射回去的光线也因入射角度变小而不至于光线被集中反射至光轴中心区 域面积， 反射的光线被均匀分布到更大的照射面积上， 进而降低光源光轴中心 区域附近反射回来的光线能量密集度， 从而降低温度， 使光轴中心区域附近的 光学元器件及 LED的热学性能更加稳定， 寿命更加有保障。
[0023] 本实施例中， 所述 LED光源模组包括依次设置的 LED阵列 1和准直透镜阵列 2;
LED阵列 1包括多个 LED单元， 准直透镜阵列 2包括多个准直透镜组， 每个 LED单 元与准直透镜组一一对应设置， 准直透镜阵列 2用于准直 LED阵列 1发出的光线， 聚光镜 3用于聚焦从准直透镜阵列 2发出的光线至焦平面 6。
[0024] 其中， 准直透镜阵列 2为两片透镜阵列相互无缝拼接组成的准直透镜阵列。
[0025] 另外， 在光轴方向上场镜 5和聚光镜 3之间的距离为 30-40mm。
[0026] 其中， 在光轴方向上 CMY滤光片 4和聚光镜 3之间的距离为 5-35mm。
[0027] 另外， 场镜 5的焦距小于聚光镜 3的焦距。
[0028] 其中， 从聚光镜 3出射进入 CMY滤光片 4的光线的入射角小于 10°。
[0029] 另外， 由场镜 5出射后产生光束的光线夹角为 50°-60°。
[0030] 其中， 场镜 5为平凸镜或双凸镜。
[0031] 显然， 本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例， 而并非是对本发明的具体实施方式的限定。 凡在本发明权利要求书的精神和原 则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明权利要求的保 护范围之内。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特征在于， 包括依次设置 的 LED光源模组、 聚光镜 （3） 和 CMY滤光片 （4） ， 聚光镜 （3） 用 于聚焦从 LED光源模组发出的光线至焦平面 （6） ， CMY滤光片 （4 ） 用于过滤从聚光镜 （3） 出射的光线； 光线聚焦的焦平面 （6） 和 C MY滤光片 （4） 之间设有场镜 （5） ， 场镜 （5） 用于减小从聚光镜 （3） 出射光线进入 CMY滤光片 （4） 的入射角度并增大出射光线入 射 CMY滤光片 （4） 的区域面积； 所述焦平面 （6） 为聚光镜 （3） 与 场镜 （5） 的组合的透镜系统焦点所在面。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 所述 LED光源模组包括依次设置的 LED阵列 （1） 和准直透 镜阵列 （2） ; LED阵列 （1） 包括多个 LED单元， 准直透镜阵列 （2 ） 包括多个准直透镜组， 每个 LED单元与准直透镜组一一对应设置， 准直透镜阵列 （2） 用于准直 LED阵列 （1） 发出的光线， 聚光镜 （3 ） 用于聚焦从准直透镜阵列 （2） 发出的光线至焦平面 （6） 。
[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 准直透镜阵列 （2） 为两片透镜阵列相互无缝拼接组成的准 直透镜阵列。
[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 在光轴方向上场镜 （5） 和聚光镜 （3） 之间的距离为 30-40 mm。
[权利要求 5] 根据权利要求 4所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 在光轴方向上 CMY滤光片 （4） 和聚光镜 （3） 之间的距离 为 5-35mm。
[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 场镜 （5） 的焦距小于聚光镜 （3） 的焦距。
[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 从聚光镜 （3） 出射进入 CMY滤光片 （4） 的光线的入射角 小于 10°。
[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 由场镜 （5） 出射后产生光束的光线夹角为 50°-60°。
[权利要求 9] 根据权利要求 1所述的一种带场镜的舞台 LED光源的光学系统， 其特 征在于， 场镜 （5） 为平凸镜或双凸镜。
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