[发明专利]LED光学系统及利用光学系统进行混光、变焦的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及光学系统及混光、变焦的方法，特别是LED光学系统及利用LED光学系统进行混光、变焦的方法。

背景技术

 LED灯由于具有色彩丰富、寿命长、发光效率高、节能环保等优点而被广泛应用在日常生活中及舞台演绎中。由于LED芯片主要是红色、蓝色和绿色，因此，在实际应用当中，为了得到某一特定色彩的光，通常需要进行混光。现在采用的混光方法一般是物理混光，即：如图1所示，在灯具中安装不同颜色的LED芯片,由于LED芯片发出的光具有一定的发射角度，因此，LED芯片独自发出的光会在前方与相邻的LED芯片的光混合从而达到混光的目的，但是，如图1所示，由于LED芯片的发射角度有限，因此，在LED灯具边缘处只有一种颜色的光，无法实现混光的目的，另外，在中间位置，有些地方为两种颜色的混色区，有些则为三种颜色的混色区，这样，LED灯具打出的光斑形成了明显的具有不同色彩的光斑，造成了色彩的不均匀性。另外，如图2所示，如LED芯片的发射角度越小，则不同色块的分布越明显，色彩也就越不均匀。

另外，现有的LED灯具中的变焦是针对实际的LED光源进行的，即，LED光源发出的光直接进入到变焦镜中，通过调节变焦镜与LED光源之间的距离达到变焦的目的。这种变焦方式的缺点是：由于LED光源都为单色光源，经变焦后还是单色光，其混光最终为物理混光，因此，造成了光斑的色彩不均匀。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种LED光学系统，该光学系统发出的光经变焦镜后色彩均匀性好，而且具有变焦的功能。

本发明的第二目的提供一种利用LED光学系统进行混光、变焦的方法，该方法不仅能得到色彩均匀性好的光斑，而且能得到大小不同的光斑。

为达到上述第一目的，一种LED光学系统，按光线方向依次包括LED、聚光透镜及变焦透镜；聚光透镜出光面上有由二个以上的第一微透镜组成的第一微透镜组；所述的变焦镜包括变焦镜体和设在变焦镜体上的第二微透镜组，第二微透镜组由第二微透镜组成，第二微透镜与聚光透镜上的第一微透镜数量相等且位置相对应。

LED由一个以上的芯片组成，其中，LED中的芯片可以为同一颜色，也可以为不同颜色。在使用此光学系统时，聚光透镜将LED发散的光线聚集混色，并通过第一微透镜组，将光线聚焦在第一微透镜后方，形成与第一微透镜数量相等的微小光斑点，这些光斑点在与光轴垂直的平面上，每个第二微透镜对应一个微小光斑点，对于第二微透镜来说，微小光斑点就是一个点光源 ；通过调整第二微透镜在光轴方向的位置，改变出射光束角度，实现变焦。所述的第二微透镜的数量和位置与第一微透镜的数量和位置必须一一对应，以实现对每个第一微透镜射出的光进行再一次聚焦，从而形成在实际中所需要的光斑。

作为改进，第一微透镜组中的每个第一微透镜曲率相等，第二微透镜组中的每个第二微透镜曲率相等，第一微透镜和第二微透镜为正透镜。每个第一微透镜的曲率相等能保证经每个第一微透镜的光的聚焦点在同一平面内，为第二微透镜再一次变焦提供较好的基础，再在曲率相等的第二微透镜的配合下，使得从第二微透镜射出的光斑大小相等，从而提高LED光学系统的照射光斑质量。

作为改进，第一微透镜组中的每个第一微透都处于同一平面上，第二微透镜组中的每个第二微透镜都处于同一平面上。每一个微透镜处在同一平面上能保证第一微透镜组所形成的虚拟光源在同一平面内，为变焦和第二透镜进行再一次变焦提供好的基础；每个第二微透镜都处于同一平面上能提高出光光斑的质量。

作为改进，变焦镜的前方设有格栅，格栅上设有格栅孔，格栅孔的数量与第二微透镜的数量相等，且格栅孔的位置与第二微透镜的位置相对应。所述的格栅用于遮挡从第二微透镜发出光的杂光，以提高光斑的质量。

作为该改进，格栅的前方设有灯筒。所述的灯筒用于遮挡从第二微透镜发出光的杂光，以提高光斑的质量。

作为改进，所述的聚光透镜的侧壁上设有定位柱。所述的定位柱用于对聚光透镜定位，防止聚光透镜安装到LED混色灯中后发生旋转而使第一微透镜和第二微透镜无法在位置上一一对应，从而影响光斑的质量。

作为改进，变焦镜体的周边向外延伸有凸缘，凸缘的上表面上设有定位凸起，格栅的外边缘上设有与定位凸起相对应的卡槽。设置凸缘便于安装变焦镜；所述的定位凸起用于定位设在变焦镜上的格栅板，保证格栅孔与第二微透镜在位置上一一对应，提高光斑的质量。