CN109425974A - 变焦光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变焦光学***和自动照明装置。变焦光学***包括光源、补偿器透镜组、可变器透镜组和物镜组。光源照亮位于物体平面上的物体。补偿器透镜组光学地耦合到物体,具有第一正光功率,并且相对于物体平面移动。可变器透镜组光学地耦合到补偿器透镜组,具有负光功率,并且相对于物体平面和补偿器组移动。物镜组光学地耦合到可变器透镜组,具有第二正光功率,相对于物体平面保持在固定位置,并且投影物体的图像。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求由Jan Vilem等人于2017年9月1日提交的、名称为“变焦光学***”(律师案号ROBE 97)的、序列号为62/553,324的美国临时申请的优先权,其所再现的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开一般涉及一种自动照明装置,具体涉及用于自动照明装置的变焦光学***。
背景技术
具有自动和远程控制功能的照明装置在娱乐和建筑照明市场是众所周知的。此类产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、***以及其他场地。这种照明装置可以提供对照明装置正指向的方向的控制,从而控制光束在舞台或演播室中的位置。这种方向控制可以通过控制照明装置在两个正交旋转轴(通常称为平移和倾斜)中的方位来提供。一些产品提供了对其他参数的控制,诸如强度、颜色、焦距、波束尺寸、波束形状和波束图型。
发明内容
在第一实施例中,变焦光学***包括光源、补偿器透镜组、可变器透镜组和物镜组。所述光源照亮位于物体平面上的物体。所述补偿器透镜组光学地耦合到物体,具有第一正光功率,并且被配置为相对于物体平面移动。所述可变器透镜组光学地耦合到补偿器透镜组,具有负光功率,并且被配置为相对于物体平面和补偿器组移动。所述物镜组光学地耦合到可变器透镜组,具有第二正光功率,并且被配置为相对于物体平面保持在固定位置并且投影物体的图像。
在第二实施例中,自动照明装置包括光源、变焦光学***和控制器。所述光源被配置为发射第一光束并照亮位于物体平面上的物体。所述变焦光学***包括补偿器透镜组、可变器透镜组和物镜组。所述补偿器透镜组具有第一正光功率,被配置为接收被物体修正的第一光束,并且被配置为发射第二光束。所述可变器透镜组具有负光功率,被配置为接收第二光束,并且被配置为发射第三光束。所述物镜组具有第二正光功率,被配置为相对于物体平面保持在固定位置,以接收第三光束,并且投影物体的图像。所述控制器被配置为沿着变焦光学***的光轴独立地移动补偿器透镜组和可变器透镜组。
附图说明
为了更全面地理解本公开,现在参照以下结合附图的简要描述,其中相同的参考数字表示相同的特征。
图1示出了根据本公开的包括自动照明装置的***的框图;
图2示出了根据本公开的变焦光学***的元件的侧视图;
图3示出了图2的变焦光学***在第一配置中的等距视图;
图4示出了图2的变焦光学***在第二配置中的等距视图;
图5示出了根据本公开的自动照明装置的移动头的示意框图;以及
图6示出了根据本公开的控制***的框图。
具体实施方式
优选实施例在图中示出,相同的数字用于指代各种附图的类似和相应的部分。
本文公开了一种自动照明装置,其包括光源、控制器和变焦光学***,所述变焦光学***包括三个透镜组:最靠近光源的可移动的正功率补偿器透镜组、在中间的可移动的负功率可变器透镜组和离光源最远的固定的正功率物镜组。
图1示出了根据本公开的包括自动照明装置的***100的框图。根据本公开,照明***100包括多个多参数自动照明装置112。每个照明装置112包括光源、光调制设备、耦合到机械驱动***的电机和控制电子设备。除了直接或通过配电***连接到电源之外,每个照明装置112还通过数据链路114串联或并联连接到一个或多个控制台(或操纵台)115。照明***100被配置为由操作员使用控制台115来控制。虽然数据链路114被描述为有线通信链路,但是应当理解,在其他实施例中,数据链路114可以是无线通信链路。
单个自动照明装置112的控制通常由照明装置112内的机电设备和包括控制台115和/或照明装置112内的固件和软件的电子电路实现。照明装置112及其所包括的电子电路也可以统称为固定装置。在本文的许多附图中,为了简化附图,未示出诸如机电部件(包括电机和包括软件和固件以及一些硬件的电子电路)之类的元件。本领域技术人员将认识到这些部件已被省略的地方。
图2示出了根据本公开的变焦光学***200的元件的侧视图,所述变焦光学***200用于***100中的一个或多个照明装置112。变焦光学***200包括光源202和三组透镜:补偿器组、可变器组和物镜组。物镜组包括透镜210、212和214。可变器组包括透镜220、222和224。补偿器组包括透镜230、232、234、236、238和239。光源202和补偿器组、可变器组和物镜组同轴地位于变焦光学***200的光轴204上。
补偿器组透镜形成会聚(或正功率)组,可变器组透镜形成发散(或负功率)组,并且物镜组透镜形成会聚组。补偿器组的焦距为191.89毫米(mm),可变器组的焦距为-39.534毫米,物镜组的焦距为39.794毫米。为了本公开的目的,在所公开的焦距的10%内的组焦距被认为基本上等同于所公开的焦距。
参考图3和图4进行更详细地解释,补偿器组和可变器组被配置为相对于光源202、物镜组以及彼此沿着光轴204独立地移动。移动透镜组可以机械地耦合到手动操纵的手动控件上,或者可以耦合到电机、线性致动器或其他机电控制的用于移动的机构上。这种机电机构可以处于包括在照明设备中的微控制器或其他可编程处理***的控制下。在一些实施例中,可以通过包括在照明设备中的用户界面来局部控制处理***。在其他实施例中,处理***可以与位于远方的控制台进行有线或无线通信,操作员使用控制台指示变焦光学***的期望配置。
图2示出了根据本公开的变焦光学***的一个实施例。变焦光学***200包括物体平面240。待由变焦光学***200成像的一个或多个物***于或靠近物体平面240。待成像的物体的例子包括安装在遮光轮或其他遮光载体上的静态或旋转遮光件,以及可变光圈、孔径轮(aperture wheel)或用于产生选定尺寸的光束的其他机构。在变焦光学***200中包括不止一个这种待成像的物体的情况下,应理解这些物体可以位于与物体平面240相邻的各个平面中。如图2所示,变焦光学***200的右端可称为物体端,左端可称为图像端。
如图2所示,补偿器透镜组在没有中间透镜的情况下光学地耦合到物体平面240中的一个或多个物体,可变器透镜组在没有中间透镜的情况下耦合到补偿器透镜组,物镜组在没有中间透镜的情况下耦合到可变器透镜组,并且物镜组在没有另外的中间透镜的情况下投影物体平面240中的一个或多个物体的图像。
本实施例的透镜在表1中描述,通过图2的参考字符识别。“描述”列描述了每个透镜的形状,其中“D”是透镜的直径,“RI”是透镜在图像侧的曲率半径,“RO”是透镜在物体侧的曲率半径。所有直径和曲率半径测量值以毫米计。为了本公开的目的,在所公开的半径的10%内的曲率半径被认为基本上等同于所公开的曲率半径。
表1
所有透镜都是球面透镜。“肖特玻璃类型”和“CDGM玻璃类型”列标识用于每个透镜的玻璃材料的类型,由各自的制造商使用的类型指示符符号指定。肖特玻璃是由德国美因兹的肖特公司制造的。CDGM玻璃是由中国成都的CDGM玻璃有限公司生产的。包括字母“F”的玻璃类型的值标识由火石玻璃制成的透镜。包括字母“K”的玻璃类型的值标识由冕牌玻璃制成的玻璃。“ZF”和“SF”表示“重火石玻璃”,“ZK”和“SK”表示“重冕牌玻璃”,“BK”表示“硅酸硼冕牌玻璃”。一个或多个透镜包括应用于透镜的一个或两个表面上的防反射涂层。“功率(Power)”列表示透镜是否为正功率(Pos)透镜或负功率(Neg)透镜。
表2描述了透镜对在其相邻表面的中心点之间的间距。因为透镜对212-214和透镜对222-224彼此接触,所以它们可以称为双合透镜。补偿器组、可变器组和物镜组内的透镜对之间的间距保持不变。物镜组、可变器组和补偿器组的总长度分别为60.9毫米、26.5毫米和57.1毫米。这些长度不会随着补偿器组和可变器组沿着光轴204相对于彼此和物镜组的移动而改变。
表2
变焦光学***200的补偿器组、可变器组和物镜组分别具有六个、三个和三个透镜。本领域技术人员将认识到,在其它实施例中,正/负/正补偿器透镜组/可变器透镜组/物镜组可以包括多于或少于六/三/三个透镜的透镜组,每个透镜组包括仅具有单个透镜的透镜“组”。
由光源202发射的第一光束会聚并照亮位于物体平面240上的待成像物体,然后当它接近补偿器组时发散。补偿器组接收由放置在物体平面240的第一光束中的任何物体修正的第一光束,并发射第二光束。可变器组接收第二光束并发射第三光束。物镜组接收第三光束并发射第四光束,该第四光束是由变焦光学***200发射的光束。物镜组相对于光源202保持在固定位置,而可变器组和补偿器组都沿着光轴204独立地移动。因此,补偿器组、可变器组和物镜组中的每一个可以说是光学地耦合到变焦光学***200中的其前述的光学元件。
可变器组的移动主要控制发射出的光束的总焦距(光输出角或光束角)。补偿器组的移动主要控制物体平面240中的物体或邻近物体平面240的平面中的物体是否焦点对准。结合起来,补偿器组和可变器组的位置确定发射光束的光束角(变焦)和距物镜组的距离,物体平面的投影图像聚焦于此距离。因此,补偿器组、可变器组和物镜组也可以分别称为焦点组、变焦组和固定组。
图3示出了图2的变焦光学***200在第一配置中的等距视图。在第一配置中,变焦光学***发射具有最大光束角的光束。图4示出了图2的变焦光学***200在第二配置中的等距视图。在第二配置中,补偿器组和可变器组都向光源202移动,变焦光学***200发射具有最小光束角的光束。在第二配置中发射的光束与在第一配置中发射的光束之间的变焦倍率为14:1。
表3表示第一和第二配置中的组间测量值。所有测量值均以毫米计。
表3
图5示出了根据本公开的自动照明装置的移动头500的示意框图,移动头500被用于***100中的一个或多个照明装置112中。应理解,照明装置112的移动头将包括,为了解释清楚而从移动头500中省略的其他光学元件和机械***。
移动头500包括与变焦光学***200类似的变焦光学***550,并且包括附加元件。物镜组的透镜固定地耦合到移动头500。可变器组透镜通过由电机504驱动的驱动机构506机械地耦合到移动头500。补偿器组的透镜通过由电机508驱动的驱动机构510机械地耦合到移动头500。驱动机构506和510分别产生沿着变焦光学***550的光轴204的可变器组和补偿器组的线性移动。驱动机构506和电机504以及驱动机构510和电机508是由旋转电机驱动的丝杠机构,但是应当理解,在其他实施例中,可以使用凸轮、齿轮、滑块、线性致动器、连杆机构或其他合适的机构来提供补偿器组和/或可变器组的线性移动。
控制器502(通常位于自动照明装置的静态上部外壳中)经由控制链路554控制电机504,并且经由控制链路552控制电机508。控制链路552和554可以是电线或光信号导线。控制器502被配置为经由数据链路114(如参考图1所描述的)接收控制信号,并且响应于所接收的控制信号,操作电机504和508中的一个或两个,以相对于物体平面540分别将可变器组和补偿器组移动到期望位置。
在一个实施例中,控制器502响应于数据链路114的第一控制信道上的控制信号来操作电机504,并且响应于数据链路114的第二控制信道上的控制信号来操作电机508。控制器502还被配置为在操作电机504和508中的一个或两个时,防止可变器组和补偿器组彼此碰撞。
数据链路114使用DMX512(数字多路复用)协议,它是一种工业标准的单向通信协议。在其他实施例中,可以使用其他通信协议,包括Art-Net、ACN(控制网络体系结构)和流式ACN。
图6示出了根据本公开的控制***600的框图。控制***600适于用作参考图5描述的控制器502,以及参考图1描述的自动照明装置112中的控制器。控制***600包括电耦合到存储器604的处理器602。处理器602由硬件和软件实现。处理器602可以实现为一个或多个中央处理单元(CPU)芯片、核(例如,作为多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和数字信号处理器(DSP)。
处理器602进一步与通信接口606电耦合并与之通信。处理器602还经由控制接口608耦合到控制链路552和554,并且在其他实施例中,耦合到一个或多个其他传感器、电机、致动器、控件和/或其他设备。通信接口606耦合到数据链路114,并被配置为通过数据链路114进行通信。
控制***600适合于实现本文所公开的过程、变焦光学***控制和其他功能,这些功能可以被实现为存储在存储器604中并由处理器602执行的指令。存储器604包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和/或固态驱动器,并且可以用作溢流数据存储设备,用以在选择执行这些程序时存储程序,以及存储程序执行期间读取的指令和数据。存储器604可以是易失性和/或非易失性的,并且可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、三进制内容可寻址存储器(TCAM)和/或静态随机存取存储器(SRAM)。
虽然本公开已经对有限数量的实施例进行了描述,但是本领域技术人员在受益于本公开的情况下,将理解,可以设计不偏离本公开范围的其他实施例。虽然本公开已经进行了详细描述,但是应当理解,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以对其进行各种改变、替换和更改。
Claims (20)
1.一种变焦光学***,包括:
光源,其被配置为照亮位于物体平面上的物体;
补偿器透镜组,其光学地耦合到所述物体,具有第一正光功率,并且被配置为相对于所述物体平面移动;
可变器透镜组,其光学地耦合到所述补偿器透镜组,具有负光功率,并且被配置为相对于所述物体平面和所述补偿器组移动;和
物镜组,其光学地耦合到所述可变器透镜组,具有第二正光功率,并且被配置为相对于所述物体平面保持在固定位置并且投影所述物体的图像。
2.根据权利要求1所述的变焦光学***,其中,所述补偿器、可变器和物镜组的焦距分别基本等于191.89、-39.534和39.794。
3.根据权利要求1所述的变焦光学***,其中,所述补偿器组和可变器组还被配置为,由所述变焦光学***的操作员移动到选定的相对位置。
4.根据权利要求1所述的变焦光学***,其中,所述补偿器组和可变器组被配置为,由所述变焦光学***的位于远方的操作员移动到选定的相对位置。
5.根据权利要求1所述的变焦光学***,其中,所述补偿器透镜组包括六个透镜,所述可变器透镜组包括三个透镜,所述物镜组包括三个透镜。
6.根据权利要求5所述的变焦光学***,其中,所述可变器透镜组包括第一双合透镜,所述物镜组包括第二双合透镜。
7.根据权利要求5所述的变焦光学***,其中:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述补偿器透镜组的所述六个透镜,包括正、负、正、负、负和正功率透镜;
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述可变器透镜组的所述三个透镜,包括正、负和负功率透镜;以及
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述物镜组的所述三个透镜,包括负、正和正功率透镜。
8.根据权利要求5所述的变焦光学***,其中:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述补偿器透镜组的所述六个透镜,包括H-K9L、H-ZF7LA、H-K9L、H-K9L、H-ZF7LA和H-K9L类型的玻璃;
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述可变器透镜组的所述三个透镜,包括H-ZF7LA、H-ZK9A和H-ZK9A类型的玻璃;以及
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述物镜组的所述三个透镜,包括H-ZF7LA、H-K9L和H-K9L类型的玻璃。
9.根据权利要求5所述的变焦光学***,其中:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述补偿器透镜组的所述透镜,基本上具有以下曲率半径:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述可变器透镜组的所述透镜,基本上具有以下曲率半径:
以及
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述物镜组的所述透镜,基本上具有以下曲率半径:
其中RI是所述透镜图像侧的曲率半径,RO是所述透镜的物体侧的曲率半径,并且所有尺寸均以毫米计。
10.一种自动照明装置,包括:
光源,其被配置为发射第一光束并照亮位于物体平面上的物体;
变焦光学***,其光学地耦合到所述光源,所述变焦光学***包括:
具有第一正光功率的补偿器透镜组,其被配置为接收被所述物体修正的所述第一光束并发射第二光束;
具有负光功率的可变器透镜组,其被配置为接收所述第二光束并发射第三光束;以及
具有第二正光功率的物镜组,其被配置为相对于所述物体平面保持在固定位置,以接收第三光束,并且投影所述物体的图像;及
控制器,其耦合到所述补偿器透镜组和所述可变器透镜组,并且被配置为沿着所述变焦光学***的光轴独立地移动所述补偿器透镜组和所述可变器透镜组。
11.根据权利要求10所述的自动照明装置,其中:
所述控制器包括:
机械地耦合到所述补偿器透镜组的第一驱动机构;以及
机械地耦合到所述可变器透镜组的第二驱动机构;及
所述控制器被配置为致动所述第一和第二驱动机构中的一个或两个,以相对于所述物体平面将补偿器和/或可变器透镜组移动到期望位置。
12.根据权利要求11所述的自动照明装置,其中,所述第一和第二驱动机构中的一个或两个是由旋转电机驱动的丝杠机构。
13.根据权利要求11所述的自动照明装置,其中,所述控制器包括通信接口,并且被配置为,响应于经由所述通信接口接收的控制信号操作所述第一和第二驱动机构中的一个或两个。
14.根据权利要求13所述的自动照明装置,其中,所述控制器响应于在第一控制信道上接收的第一控制信号操作所述第一驱动机构,并响应于在第二控制信道上接收的第二控制信号操作所述第二驱动机构。
15.根据权利要求13所述的自动照明装置,其中,所述控制器被配置为,当操作所述第一和第二驱动机构中的一个或两个时,防止可变器组和补偿器组彼此碰撞。
16.根据权利要求13所述的自动照明装置,其中,所述通信接口包括DMX512(数字多路复用)协议。
17.根据权利要求10所述的自动照明装置,其中,所述补偿器透镜组包括六个透镜,所述可变器透镜组包括三个透镜,所述物镜组包括三个透镜。
18.根据权利要求17所述的自动照明装置,其中,所述可变器透镜组包括第一双合透镜,所述物镜组包括第二双合透镜。
19.根据权利要求17所述的自动照明装置,其中:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述补偿器透镜组的所述六个透镜,包括正、负、正、正、负和正功率透镜;
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述可变器透镜组的所述三个透镜,包括正、负和负功率透镜;及
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述物镜组的所述三个透镜,包括负、正和正功率透镜。
20.根据权利要求17所述的自动照明装置,其中:
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述补偿器透镜组的所述六个透镜,包括冕牌玻璃、火石玻璃、冕牌玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃和冕牌玻璃;
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述可变器透镜组的所述三个透镜,包括火石玻璃、冕牌玻璃和冕牌玻璃;及
从最接近所述物体平面的所述透镜开始依次列出的所述物镜组的所述三个透镜,包括火石玻璃、冕牌玻璃和冕牌玻璃。
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