CN1360169A - 装有负透镜的可聚焦聚光灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚光灯,它有一弯曲的反射器(1,1′)和一布置在由反射器(1,1′)构成的空腔内的灯泡(2,2′)。灯泡(2,2′)和反射器(1,1′)可以在聚光灯光学主轴的方向上可相互相对移动。它还有沿照射方向在反射器(1,1′)前布置的一聚光透镜(5)。在反射器(1,1′)和聚光透镜(5)之间有一散射透镜(6)。

Description

装有负透镜的可聚焦聚光灯
发明领域
本发明涉及权利要求1前序部分所述的聚光灯。
背景技术
这种现有技术中公知的依据分类的聚光灯虽然能提供良好的光利用率，但是不能聚焦。灯泡在反射器中的可移动性在这些聚光灯中往往非常有限，而且所说的灯泡的可移动性也始终仅用于找到实现光尽可能均匀分布的灯泡的最佳位置。如果灯泡处于这种最佳位置的外面，那么这类聚光灯提供的是带有数个环状的最大和最小光强度分布的非常不均匀的光分布。只要是采用光滑的深反射器设计，手电筒就会产生与此同样的效果。
根据现有技术，人们试图通过一种网纹的，磨平的反射器来补偿所说的这些聚光灯上光分布的不均匀性。但是通过这样的措施失去了反射器的定向特性。为了改正或改变此类聚光灯的反射特性，也使用附加的聚光透镜作为前透镜，然而却意味着提高材料和加工费用，这是因为必须根据灯泡的实际位置准备、选择和使用相应合适的前透镜。
此外，从现有技术中虽然也公开了可聚焦的聚光灯，但是这些聚光灯始终采用平面反射器工作，由此-特别是在反射角(定位位置)较小情况下-产生非常差的光利用率。
发明内容
本发明的任务是从这类聚光灯出发，提供一种高光利用率并能同时聚焦的聚光灯。
依据本发明，这一任务通过权利要求1所述的聚光灯得以解决。
在本发明的聚光灯中，最重要的是散射透镜布置在反射器和聚光透镜之间。只有这种散射透镜才能在与可在反射器中移动的灯泡的共同作用下实现所追求的可聚焦性，而深反射器无法保证高效的光输出。虽然在本发明的聚光灯聚焦时光分布不是特别均匀，但是按照现有技术在采用可补偿光输出的聚光灯上聚焦是根本不可能的。
本发明的聚光灯的优点和优选的实施例是权利要求2至19的主题。
在按权利要求2至4和17至19的优选实施例中，根据所给出的扩展的相对运动能力，聚光灯的可聚焦性还会进一步得到改善。特别是这些实施例因此非常有益，因为在它们之中，通过聚光灯光学元件简单的机械移动就可改变散射角。为了改变散射角而费时地变换聚焦透镜因此而完全取消。在按照权利要求17，18和19特别优选的实施例中还增加了根据反射器，灯泡和散射透镜移动的协调的非线性，在高效光输出时为每个聚光灯位置达到非常均匀的光分布。
在按照权利要求5依据本发明聚光灯同样优选的实施例中的反射器结构，考虑到在任何反射角下对所要照明的表面的均匀照明，保证极好的射束控制。
在按照权利要求12和13优选的实施例中聚光透镜和/或者散射透镜的特殊结构，可以使依据本发明的聚光灯具有非常小的质量。这样轻的依据本发明的聚光灯特别适合于在视频摄像机上使用，因为在这里质量对整个视频摄像设备的操作具有关键作用。
在按照权利要求14优选的实施例中散射透镜的特殊结构确保在任何反射角下所要照明的表面得到特别均匀的照明。在按照 16依据本发明的聚光灯的同样优选的实施例中，聚光透镜的特殊结构也用于同样目的。
在按照权利要求15同样特别优选的实施例中，在那里构成非球面透镜的散射透镜利用其中心部件产生不同于其边缘范围的功能。这样例如可以保证，在光学***的所有位置上前透镜(聚光透镜)的整个直径都得到照明。如果需要产生柔和的阴影边缘，也就是依据本发明的聚光灯用作一种类型的柔和光，这一点是特别有益的。
附图说明
下面参照附图对本发明的聚光灯的实施例加以说明。附图中：
图1：依据本发明的带单侧***管座灯泡的聚光灯一实施例基本结构示意图，
图2：依据本发明的带双侧***管座灯泡的聚光灯一实施例基本结构示意图；
图3：图1实施例中反射器结构示意图；
图4：对图3补充的数学结构细部；以及
图5a至5c：依据本发明聚光灯在从聚光位置(图5a)向定位位置(图5c)移动时另一实施例的示意图。
实施例说明
图1所示的本发明聚光灯的实施例有一弯曲的反射器1和一布置在由反射器1构成的空腔内的灯泡2。灯泡布置在由反射器构成的空腔内的反射器也称为“深反射器”。灯泡2在所示实施例中为一灯丝灯泡，但是在该灯丝灯泡的位置上也可以使用气体放电灯或者其他类型的灯泡。
灯泡2单侧***一插座-和移动装置3中。反射器壁在其反向中心有一插座-和移动装置3的开口4。通过插座-和移动装置3，灯泡2与电源连接。此外，插座-和移动装置3的作用还在于使位于由反射器1构成的空腔内的灯泡2在依据本发明聚光灯的光学主轴方向上相对于反射器1来回移动。
在反射器-灯泡-组合1，2的反射方向上布置有一聚光透镜5。在反射器-灯泡-组合1，2和聚光透镜5之间的反射方向上有一双凹的散射透镜6。散射透镜6面向灯泡2的表面做了特殊的表面处理并因此具有微透镜结构。
聚光透镜5为塑料制的菲涅耳(Fresnel)透镜。
在本发明聚光灯的图示实施例中，聚光透镜5安装在聚光灯外壳7上的固定位置上。反射器1和散射透镜6安装在滑块8的固定位置上，滑块可在聚光灯光轴方向上来回移动。按照这种方式，在依据本发明聚光灯的图实施例中，反射器1和散射透镜6一方面保持其相互距离，另一方面聚光透镜5在聚光灯的光轴方向上可相对它们移动。每当滑块8在其由聚光灯结构规定的尽可能近的位置上处于聚光透镜5附近时，便产生聚光灯的聚光位置。当滑块8在由聚光灯结构规定的尽可能远地离开聚光透镜5便得到定位位置。
图2所示的依据本发明的实施例基本上与图1的实施例相似。区别在于，在图2的实施例中，反射器1′的反向中心封闭，而且灯泡2′双侧***。反射器壁有两个用于接受和移动导向双侧灯座的导向开口。即使在该实施例中，处于由反射器1′构成的空腔内的灯泡2也能在聚光灯光轴方向上相对向反射器1′移动。
图3所示为图1的依据本发明聚光灯实施例中反射器1的结构示意图。反射器1为一旋转体，其形状通过曲线截面P围绕聚光灯的光学主轴旋转完成。聚光灯的光学主轴在图3的坐标系中由x-轴体现。曲线截面P为一通过多项函数表示的平滑曲线C的曲线截面。该曲线C在图4中表示。对于C成立：
              x＝0.046y2-y其中yεR。
P等同于区间[y1，y2]中的C。如图4所见，曲线C的顶点没有处在聚光灯的光学主轴上。
鉴于本发明聚光灯的光学元件之间的机械移动性，会产生许多其他的实施例。例如有一个依据本发明聚光灯的实施例，它的构形使得在与一光源(灯泡)和反射器之间同时相对运动以及灯泡，反射器和散射透镜按比例向聚光透镜同时进行第三种运动相协调的情况下，散射透镜完成向反射器的相对运动。
在图5a至图5c中所示的依据本发明聚光灯的实施例中，灯泡2也是单侧***插座-和移动装置3中。反射器壁在其反向中心有插座-和移动装置3的开口4。图5a至5c中所示的依据本发明聚光灯的实施例因此从这一角度考虑基本上相当于图1的实施例，但灯泡2和插座-和移动装置3的具体实施，正如示意图中已经看到的那样，在其设计结构上存在差异。当然，图5a至5c实施例中反射器2的数学结构相当于图1实施例中的反射器2的结构，正如上面根据图3和4已经介绍过的那样。
在图5a至图5c中所示的依据本发明聚光灯的实施例中，无论聚光透镜5(前透镜)还是散射透镜6均由菲涅耳透镜构成。反射器1可在聚光灯的光学主轴方向上移动。灯泡2也可在聚光灯光学主轴方向上移动。同样，散射透镜6也可在聚光灯光学主轴方向上移动。当聚光灯从聚光位置向定位位置移动时，散射透镜6从聚光透镜5移开，反射器1从散射透镜6移开，灯泡2移进反射器1中。当聚光灯从定位位置向聚光位置移动时，这一移动过程按相反顺序进行。这一移动过程的三个位置在图5a至图5c中表示，其中图5a所示为聚光位置，图5c为定位位置，图5b为聚光灯处于聚光位置和定位位置之间的位置。
在图5a至图5c中所示的依据本发明聚光灯的实施例中的特点在于，聚光灯在设计上使反射器1，灯泡2和散射透镜6借助于一整体的移动机构，以预先规定的协调的方式实施所说的移动，观察聚光灯聚光位置和定位位置之间的全部移动过程，在将这一全部移动过程分成数个移动段情况下，反射器1，灯泡2和散射透镜6的各自移动长度之间不存在线性关系。借助下表可以说明这一点，表中概括了灯泡2与反射器1(距离A1)，散射透镜6与反射器1(距离A2)和前透镜5与散射透镜6(距离A3)各自的距离。关于距离A1，A2和A3的确定请参阅图5b。
     A1灯泡和反射器之间的距离(mm)     A2散射透镜与反射器之间的距离(mm)          A3前透镜与散射透镜之间的距离(mm)
    19.5     45          24
    19     47          26
    18     48          35
    17     50          40
    16     53          46
    15     57          50
    14     60          56
    13     62          59
    12     63          61
    11     64          62
    10     65          63
    9     66          64
    8     67          65
    7     68          66
    6.25     69          67
正如从上表中所看到的那样，最后介绍的依据本发明聚光灯的实施例在设计上使从聚光位置向定位位置移动时，大致在移动的中间段上，散射透镜6和聚光透镜5之间的距离比反射器1和散射透镜6之间的距离更强地增长，而在直接的定位位置前的移动段中，散射透镜6和聚光透镜5之间的距离以及反射器1和散射透镜6之间的距离以大致相同的方式增长。类似情况是利用反射器1和散射透镜6之间的距离并且灯泡2移进反射器1(距离A1)中。在从聚光位置向定位位置移动情况下，大致在移动的中间段上，反射器1和散射透镜6(距离A2)之间的距离比灯泡2移进反射器1(距离A1)更强地增长。
整体移动机构的可能的机械实施方式，可以使反射器1，灯泡2和散射透镜6以所示的预先规定的协调方式完成移动，为本领域普通技术人员所熟悉，而且制造这种整体的移动机构也属于其熟练掌握的领域。因此，在这里没有必要详细介绍相应的移动机构。

Claims (19)

1.一种聚光灯，它包括：
一弯曲的反射器(1，1′)和
一布置在由反射器(1，1′)构成的空腔内的灯泡(2，2′)，其中灯泡(2，2′)和反射器(1，1′)可以在聚光灯光学主轴的方向上相互相对移动，以及
沿照射方向布置在反射器(6，1′)前的聚光透镜(5)，
其特征在于，
在反射器(1，1′)和聚光透镜(5)之间布置有一散射透镜(6)。
2.按权利要求1所述的聚光灯，其特征在于，反射器1(1，1′)连同灯泡(2，2′)可在聚光灯光学主轴的方向上移动。
3.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，散射透镜(6)可在聚光灯光学主轴的方向上移动。
4.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，反射器(1，1′)和散射透镜(6)可在聚光灯光学主轴上相对移动。
5.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，反射器(1，1′)为一旋转体，其形式，最多除了一反向中心部件外，通过曲线截面(P)围绕聚光灯光学主轴旋转完成，其中曲线截面P为一可通过多项函数表示的光滑的曲线(C)的曲线截面，而且如果曲线(C)只有唯一一个顶点，则该顶点处于聚光灯光学主轴之外。
6.按权利要求5所述的聚光灯，其特征在于，平滑曲线(C)满足以下函数关系：
               x＝ay2-y，
其中a，yεR。
7.按权利要求6所述的聚光灯，其特征在于，a的值为0.046。
8.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，反射器壁在其反向中心有一开口(4)。
9.按权利要求8所述的聚光灯，其特征在于，灯泡可穿过所述开口(4)移动。
10.按权利要求8或9所述的聚光灯，其特征在于，灯泡(2)通过开口(4)达到插座-和移动装置(3)。
11.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，
反射器(1′)的反向中心封闭，
灯泡(2′)双侧***以及
反射器壁有两个用于接受和对双侧灯泡插座的移动进行导向的导向滑块。
12.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，聚光透镜(5)和/或者散射透镜(6)为菲涅耳透镜。
13.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，聚光透镜(5)和/或者散射透镜(6)为塑料透镜。
14.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，至少处于光程中的散射透镜(6)的一个表面具有微透镜结构。
15.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，散射透镜(6)为一非球面透镜。
16.按前述权利要求之一所述的聚光灯，其特征在于，至少聚光透镜(5)的一部分表面具有微透镜结构。
17.按权利要求1所述的聚光灯，其特征在于，
反射器(1)可在聚光灯光学主轴的方向上移动，
灯泡(2)可在聚光灯光学主轴的方向上移动，
散射透镜(6)可在聚光灯光学主轴的方向上移动以及
当聚光灯从聚光位置向定位位置移动时，散射透镜(6)从聚光透镜(5)移开，反射器(1)从散射透镜(6)移开以及灯泡(2)移入反射器(1)中，
其中聚光灯在设计上使反射器(1)、灯泡(2)和散射透镜(6)借助于一整体的移动机构，以预先规定的协调的方式实施所说的移动，观察聚光灯聚光位置和定位位置之间的全部移动过程，在将这一全部移动过程分成数个移动段情况下，反射器(1)、灯泡(2)和散射透镜(6)各自的移动长度之间不存在线性关系。
18.按权利要求17所述的聚光灯，其特征在于，聚光灯在设计上使从聚光位置向定位位置移动时，至少在一移动段上，散射透镜(6)和聚光透镜(5)之间的距离比反射器(1)和散射透镜(6)之间的距离更强地增长。
19.按权利要求17或18所述的聚光灯，其特征在于，聚光灯在设计上使从聚光位置向定位位置移动情况下，至少在一移动段上，反射器(1)和散射透镜(6)之间的距离比灯泡(2)移进反射器(1)更强地增长。
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