獲得任意幾何形狀均勻電磁射束的方法和實(shí)施該方法的機(jī)械光學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】一種利用透鏡光學(xué)系統(tǒng)獲得具有任意幾何形狀的均勻電磁射束的方法，其特征在于：發(fā)射光的人造光光源（2）與電源網(wǎng)絡(luò)相連，并且電磁光線（20）由該光源發(fā)射；然后，根據(jù)所需光投影形狀（23－27）和（34－36）均勻電磁射束被指引到適當(dāng)?shù)妮斎胪哥R（3）上，所述輸入透鏡優(yōu)選具有固定或可調(diào)焦距“A”的柱面平凸透鏡，并且離開所述輸入透鏡的光線（21）被指引到關(guān)于輸入透鏡（3）具有固定或可調(diào)位置即傾斜0°至75°的角度“α”的輸出透鏡組或透鏡（4）的輸出面板組，在穿過所述輸出透鏡或透鏡的所述面板組（4）之后，光線被指引到期望表面上，從而形成具有期望形狀和清晰輪廓側(cè)邊的光投影（23－27）和（34－36）。
【專利說明】獲得任意幾何形狀均勻電磁射束的方法和實(shí)施該方法的機(jī)械光學(xué)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于獲得具有任意幾何形狀均勻電磁射束的方法和用于實(shí)施該方法的機(jī)械光學(xué)裝置，該機(jī)械光學(xué)裝置根據(jù)所需光形狀和強(qiáng)度用于照亮公路和人行道、橋梁和高架橋、平交道口和彎道以及停車場和類似對象，特別是公共場所使用的那些。
【背景技術(shù)】
[0002]波蘭專利N0.PL78483的說明書披露了一種用于改變光線束的強(qiáng)度并產(chǎn)生光線束的聚光器，該聚光器包括具有共用光軸的球頂錐體形式的兩個凹鏡，這兩個凹鏡以焦點(diǎn)重合的方式設(shè)置成彼此相對，其中，這些會聚鏡中一個具有直徑等于光束的直徑的中心開口，該直徑被采用為由第二鏡反射的輸出光束的直徑。在所述聚光器中，在不改變該光束的特性即保持輸入和輸出處光線平行的情況下發(fā)生光線束的強(qiáng)度的改變，同時可以進(jìn)一步擴(kuò)展該系統(tǒng)來形成產(chǎn)生具有非常大強(qiáng)度的光束的級聯(lián)系統(tǒng)。
[0003]波蘭專利N0.PL186117的說明書也披露了一種光學(xué)輻射集中器，該光學(xué)輻射集中器設(shè)計(jì)成在對應(yīng)于可見光輻射電磁波波譜一部分中產(chǎn)生具有高輻射強(qiáng)度的光線的相干光束。該聚光器包括改變該輻射的強(qiáng)度的共軸并置鏡，該共軸并置鏡包括呈外錐形側(cè)面的形式的凸鏡和呈內(nèi)錐形側(cè)面的形式的凹鏡。利用聚光器，可以實(shí)現(xiàn)以相干光線束的形式落到其中一個鏡上的光流的強(qiáng)度的改變，并且如果用作泛光照明的附件，該聚光器能夠?qū)⑤椛鋸?qiáng)度增加到允許向所選表面區(qū)域提供耀眼照明的值。
[0004]經(jīng)常用來形成高強(qiáng)度的相干光束的光學(xué)裝置也是能夠產(chǎn)生可見電磁光波的全光譜內(nèi)的相干光束的反射器。典型反射器的技術(shù)方案特征在于其包括旋轉(zhuǎn)球面形式的反射元件，點(diǎn)狀光源設(shè)置在反射元件的焦點(diǎn)中。從光源全方向發(fā)射的光線在從也已知為鏡子的所述反射元件的表面反射之后形成具有高強(qiáng)度光流的平行光線的相干光束。另一方面，已發(fā)射但未從反射元件反射的光線形成消散輻射，其被轉(zhuǎn)變成由光源位置和反射元件邊緣限定的立體角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種允許獲得由人造光的光源發(fā)射的均勻電磁射束的光學(xué)系統(tǒng)，射束在落到指定表面或?qū)ο笊现髮a(chǎn)生具有所需幾何形狀和銳邊的投影，并允許增加或減小所選面積中的光束的強(qiáng)度。本發(fā)明的另一個目的在于提出允許利用上述方法來滿足用戶不同需要的機(jī)械光學(xué)裝置的簡單設(shè)計(jì)。
[0006]利用根據(jù)本發(fā)明的基于透鏡的光學(xué)系統(tǒng)獲得具有任意幾何形狀的均勻電磁射束的方法的核心思想在于:人造光的光發(fā)射源與電源網(wǎng)絡(luò)相連，根據(jù)所需光投影形狀由所述光發(fā)射源發(fā)射的電磁光線以均勻電磁射束的形式被指引到適當(dāng)?shù)妮斎胪哥R上，所述輸入透鏡優(yōu)選具有固定或可調(diào)焦距的會聚型柱面平凸透鏡，并且離開所述輸入透鏡的光線被指引到關(guān)于輸入透鏡具有固定或可調(diào)方位即傾斜0°至75°的角度“α ”的輸出透鏡組或透鏡的輸出面板組，在穿過所述輸出透鏡或透鏡的所述面板組之后，光線被指引到指定表面上，從而形成具有期望形狀和清晰輪廓側(cè)邊的光投影。
[0007]優(yōu)選的是，雙凸透鏡或凹凸透鏡或反射器或反射器的系統(tǒng)用作輸入透鏡。
[0008]還優(yōu)選的是，直徑沿長度恒定的一組平柱面透鏡或者直徑沿長度恒定但是彼此交錯地不同的一組平柱面透鏡或者作為選擇直徑在整個長度上改變的一組平柱面透鏡用作輸出透鏡組。
[0009]還優(yōu)選的是，在柱面輸出透鏡組中，優(yōu)選通過鋒利邊緣施加在彼此上的最小壓力，使透鏡的接觸面變鈍，在接觸面上施加金屬涂層或者在接觸面之間引入隔離元件，相鄰?fù)哥R被彼此分開。
[0010]還優(yōu)選的是，發(fā)射可見光波長范圍400-800nm、紫外線波長范圍100_400nm或紅外線波長范圍800-15000nm內(nèi)的光的電磁輻射源用作光源，或者電磁輻射的探測器優(yōu)選光電二極管或光電晶體管用作光源。
[0011]優(yōu)選的是，離開光學(xué)系統(tǒng)的具有可變焦距的輸入透鏡的光流優(yōu)選地在一 30°至+30°的范圍內(nèi)是平行的、發(fā)散的或會聚的。
[0012]還優(yōu)選的是，當(dāng)使用柱面透鏡的面板時，柱面透鏡的單個透鏡防止反射光從一個柱面透鏡直接或間接躍遷到另一相鄰柱面透鏡。
[0013]另一方面，根據(jù)本發(fā)明的用于獲得任意幾何形狀的均勻電磁射束的裝置的主要思想在于:所述裝置的光學(xué)系統(tǒng)包括人造光光源、設(shè)置成與所述光源相對的會聚型輸入透鏡、由所述光源發(fā)射的電磁射線、以及接收所述射線并由一組優(yōu)選為平柱面透鏡的多個輸出透鏡構(gòu)成的輸出透鏡或輸出透鏡面板，同時光源安裝在設(shè)置有側(cè)引導(dǎo)件的外殼中，臂經(jīng)由心軸可滑動地安裝在所述引導(dǎo)件上，并且所述臂的下端與會聚型輸入透鏡剛性連接，同時外殼與行星系統(tǒng)的本體可拆卸地連接，本體也與可更換段可拆卸地連接，可更換段的下端配備有輸出透鏡或輸出透鏡面板，從而可更換段與輸出透鏡或輸出透鏡面板能夠一起關(guān)于所述裝置的外殼旋轉(zhuǎn)地移動。
[0014]還優(yōu)選的是，當(dāng)輸出透鏡或輸出透鏡面板關(guān)于會聚型輸入透鏡的平面成α =0° -70°的角度地安裝在可更換段中時，本體設(shè)置有允許改變其方位角的行星系統(tǒng)，并且外殼經(jīng)由外部遮蔽元件與本體剛性地連接。
[0015]優(yōu)選的是，所述裝置包括含有光學(xué)系統(tǒng)的單一 LED部分或這種LED部分的組，該光學(xué)系統(tǒng)在0°至360°的角度范圍內(nèi)沿所選的縱向或橫向或者在0°至360°的角度范圍內(nèi)同時沿縱向和橫向進(jìn)行獨(dú)立的或彼此相關(guān)聯(lián)的協(xié)調(diào)的擺動移動，并且所述裝置設(shè)置有優(yōu)選蝸輪和/或繩索傳動的傳動系統(tǒng)，其具有適合于LED部分的數(shù)目和目的用于調(diào)整輸入透鏡的方向、角位置和焦距的參數(shù)。
[0016]選擇柱面透鏡的適當(dāng)曲率和/或半徑以及透鏡的適當(dāng)光學(xué)參數(shù)允許以可控的方式例如就關(guān)心發(fā)光表面的形狀而言來伸展電磁射束和確定光的方向，并且由于相鄰?fù)哥R適當(dāng)分開和透鏡的曲面之間的接觸面積減小，獲得呈具有所需幾何形狀和尺寸的光投影形式的高度均勻的適當(dāng)定向的電磁射束。透鏡的分開防止穿過這些透鏡組的輻射出現(xiàn)不期望的變形、防止輻射的不期望變形出現(xiàn)在透鏡之間的接觸點(diǎn)并防止從這每個點(diǎn)(也起到具有不同反射面參數(shù)的透鏡的作用)產(chǎn)生輻射的反射，同時所有這些變形的共有特征是將使許多早期裝置的有效操作變得不可能的不均勻的輻射流。[0017]在本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)中，能列入的一個優(yōu)點(diǎn)是在可見光波長范圍以及在紫外線、近紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū)使用本發(fā)明的可能性。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法通過獲得幾何形狀的所需光投影和照明強(qiáng)度的可能性形成精確地照亮諸如公路、人行道、橋梁和高架橋、平交道口、彎道和拐彎、以及停車場等公共場所的對象的可能性。當(dāng)光可以僅僅被指引到上述列舉的對象上時，這繼而將允許明顯減小電力消耗，在某些情況下甚至達(dá)到80%。此外，本發(fā)明允許減少與構(gòu)建照亮大空間所需的基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)的成本，例如，通過顯著減少能夠分布在比通常使用的距離大的距離處的燈柱的數(shù)目，并且安裝在燈柱上的光源的功率可以減少到甚至60%。還可以將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于建筑物，當(dāng)考慮在光束和非照亮區(qū)域之間獲得非常明顯定界的可能性時，可以照射建筑物的正面而不照亮居民住宅的窗戶。
[0018]此外，提供瞬間、平滑和自動地調(diào)整電磁射束的長度和寬度的能力使得將根據(jù)本發(fā)明的方法也用在車輛的前燈和運(yùn)動探測器以及靜止物體成為可能。本發(fā)明提供的方案的可能應(yīng)用的另一領(lǐng)域是由紫外線輻射光源構(gòu)成的專用燈，并且用來消毒醫(yī)院的過道、溫室、中心空調(diào)站、凈化廠和許多其它工具。通過利用紅外輻射源替換光學(xué)系統(tǒng)中由光源構(gòu)成的燈泡，光學(xué)系統(tǒng)將能夠分配熱量，而避免能量傳遞至不需要能量的區(qū)域，該特征可以用在諸如利用紅外(IR)線加熱工業(yè)車間等應(yīng)用中。此外，由于利用例如較寬展開的扇形的輪廓獲得非常長和窄的電磁射束的可能性，根據(jù)本發(fā)明的方案可以用來形成角度范圍甚至到達(dá)360°的基于狹窄運(yùn)動探測器的保護(hù)門簾，從而消除了利用多光束輻射的必要性。此外，通過利用探測器更換光學(xué)系統(tǒng)中的典型人造光源，可以將本發(fā)明應(yīng)用在掃描器型裝置中或者應(yīng)用在有必要獲得非常小面積的圖像的其它光學(xué)裝置中。將光源關(guān)于輸入柱面透鏡的角度設(shè)置成使得離開光學(xué)系統(tǒng)的輸出透鏡組的輸出光束具有弧形、半圓形、圓形或環(huán)形將允許非常有效地照亮例如公路彎道、道路交叉處的環(huán)形路和建筑立面的一部分等。
[0019]據(jù)此提出的用于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的機(jī)械光學(xué)裝置的另一優(yōu)點(diǎn)是可以在通常的工廠條件下實(shí)現(xiàn)的該裝置簡單且緊湊的設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在多個附圖中以實(shí)施例的實(shí)例的形式提出了本發(fā)明的目的，其中，
[0021]圖1示出了機(jī)械光學(xué)裝置的示意圖，其輸入透鏡的焦距和輸出透鏡的方向角的調(diào)整允許獲得在軸向剖面上的投影為矩形形狀的均勻電磁射束；
[0022]圖2是允許獲得投影為環(huán)形段的形狀的均勻電磁射束的相同裝置的示意圖；
[0023]圖3是允許獲得投影為環(huán)形的均勻電磁射束的相同裝置的示意圖；
[0024]圖4是在電磁輻射源、輸入透鏡和輸出透鏡關(guān)于彼此的相對位置使得輻射光的投影具有明顯變寬和變長直線的形狀的狀態(tài)下該裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0025]圖5是在輸出透鏡關(guān)于輸入透鏡的相對位置使得輻射光的投影具有環(huán)形段的形狀的狀態(tài)下相同光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0026]圖6是在電磁輻射源、輸入透鏡和輸出透鏡關(guān)于彼此的相對位置使得輻射光的投影具有橢圓環(huán)的形狀的狀態(tài)下相同光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖7是在電磁輻射源、輸入透鏡和輸出透鏡關(guān)于彼此的相對位置使得輻射光的投影具有方形的形狀的狀態(tài)下相同光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0028]圖8是在電磁輻射源、輸入透鏡和輸出透鏡關(guān)于彼此的相對位置使得輻射光的投影具有長為寬的五倍的矩形形狀的狀態(tài)下相同光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖9是在輸出透鏡關(guān)于輸入透鏡的相對位置使得輻射光的投影具有長為寬的十倍的矩形形狀的狀態(tài)下相同光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0030]圖10是光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，該光學(xué)系統(tǒng)包括每5個系統(tǒng)成一組彼此相連的15個與圖4所示光學(xué)系統(tǒng)類似的光學(xué)系統(tǒng)以及控制15個光學(xué)系統(tǒng)并允許獲得為根據(jù)用戶的需要而具有不同長度的三個矩形形式的電磁輻射投影的光學(xué)系統(tǒng)；
[0031]圖11是允許借助于蝸輪和繩索調(diào)整電磁射束的形狀的系統(tǒng)的示意圖；
[0032]圖12以透視圖示出由平柱面輸出透鏡構(gòu)成的面板，該輸出透鏡由整個長度上具有相同直徑的幾個平柱面透鏡組成。
[0033]圖13以透視圖示出由平柱面輸出透鏡構(gòu)成的面板的變型，該輸出透鏡由豎直剖面呈上側(cè)倒圓的相同矩形形式并且彼此分開的單獨(dú)元件制成。
[0034]圖14是相同面板的局部放大圖“T” ；
[0035]圖15以透視圖示出構(gòu)成平柱面輸出透鏡的面板的另一變型，該輸出透鏡由彼此處于線性接觸并安裝在由透鏡材料制成的矩形板上的幾個柱面透鏡制成；
[0036]圖16以透視圖示出平面板的變型，該平面板由鄰近彼此設(shè)置且在具有最大直徑的中央透鏡的兩側(cè)直徑減小的平柱面透鏡組成；
[0037]圖17以透視圖示出平面板的變型，該平面板由直徑沿著長度改變的柱面透鏡組成；
[0038]圖18以透視圖示出由柱面透鏡制成的具有環(huán)形段形式的輪廓的球形面板；
[0039]圖19示出由位于圓柱的側(cè)面上的柱面透鏡制成的球形面板；
[0040]圖20以透視圖示出由柱面透鏡制成的具有環(huán)形段形式的輪廓的非球形面板；以及
[0041]圖21至28示出關(guān)于豎直和水平軸線對稱和不對稱的不同輸入透鏡的形式，其中，圖21以透視圖示出在兩個平面都對稱的平柱面透鏡；圖22以俯視圖和軸向剖視圖示出在兩個平面都對稱的菲涅耳透鏡；圖23以透視圖示出具有可變凸度并且僅關(guān)于豎直平面對稱的的雙凸透鏡；圖24以透視圖示出也關(guān)于豎直平面對稱的凹凸透鏡；圖25以透視圖示出在兩個平面都對稱的雙凹透鏡；圖26以透視圖示出僅關(guān)于豎直平面對稱的平凹透鏡；圖27以透視圖示出具有豎直對稱的平凸透鏡；圖28以透視圖示出具有在水平和豎直均不對稱的凸面的雙凹透鏡。
[0042]為了清楚起見，下面給出了描述本發(fā)明時使用的一些術(shù)語的解釋。
[0043]——光源指發(fā)射波長在200_15000nm范圍內(nèi)的電磁輻射的物體，諸如:半導(dǎo)體二極管、氣體放電管、石英燈、鹵素?zé)?、鈉燈、汞燈、燈泡、熒光燈、發(fā)光二極管、紅外線輻射器、發(fā)射紫外線的二極管、或發(fā)光體；
[0044]—光學(xué)系統(tǒng)指以透鏡形式的一組兩個或更多個光學(xué)元件，這些透鏡關(guān)于彼此適當(dāng)?shù)卦O(shè)置并且參與在光學(xué)裝置中或指定平面上形成光學(xué)圖像；
[0045]—輸入透鏡指關(guān)于其豎直或水平軸線對稱或不對稱并將光線會聚的透鏡；
[0046]——輸出透鏡指柱面透鏡或者鄰近彼此設(shè)置、彼此線性地接觸或彼此隔離(分離)的一組柱面透鏡；
[0047]—柱面透鏡指其單一對稱平面或球面透鏡橫截面具有半橢圓柱形元件或者其中一個面為平面且直徑沿其長度為常量或變量的部分，或者一組這種透鏡構(gòu)成具有共用基座的整塊；
[0048]——對稱透鏡指在豎直和水平平面都對稱的透鏡，例如，柱面平凸透鏡、雙凹透鏡和雙凸透鏡，或者僅在豎直平面對稱的透鏡，例如，具有可變凸度的雙凸透鏡、凹凸透鏡或平凸透鏡，或者僅在水平平面對稱的透鏡，例如，兩個凸面都可變的平凸透鏡；
[0049]——反射元件指用來改變電磁輻射流的方向或給予電磁輻射流一形式的簡化反射器。
【具體實(shí)施方式】
[0050]實(shí)例I
[0051]圖1的示例性實(shí)施例中所示的根據(jù)本發(fā)明的用于獲得具有任意幾何形狀的均勻電磁射束的機(jī)械光學(xué)裝置構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)(1)，光學(xué)系統(tǒng)(I)包括:發(fā)射400_800nm的波長范圍內(nèi)的可見光的LED形式的光源(2)、對稱的平凸透鏡形式的可更換的輸入透鏡(3)、和由平凸柱面透鏡(5)組成的面板形式的可更換的輸出透鏡(4)，平凸柱面透鏡(5)設(shè)置成鄰近彼此且線性地接觸透明板元件(6)和位于透明板元件(6)上，同時光源(2)與設(shè)置有冷卻散熱器(8)和兩個引導(dǎo)件(9)的外殼(7)相連，臂(11)經(jīng)由心軸(10)可滑動地安裝在所述引導(dǎo)件上；所述臂的下端與焦距“ X ”可以改變的輸入透鏡(3)剛性連接，并且所述臂的下端通過銷(12)與行星系統(tǒng)(14)的本體(13)連接用來改變所述臂的角位置，可更換段(15)擰在本體(13)下端并且設(shè)置有輸出透鏡(4)和外部冷卻散熱器(16)，同時本體(13)經(jīng)由遮蔽元件(17)與外殼(7)相連，并且輸出透鏡(4)設(shè)置成平行于輸入透鏡(3)的平面(18)。
[0052]實(shí)例2
[0053]可更換段(15)擰到圖1所示機(jī)械光學(xué)裝置的本體(13)上，可更換段(15)的可更換輸出透鏡(4)關(guān)于該裝置的輸入透鏡(3)的平面(18)成α〈45°的角度，如圖2所示。
[0054]實(shí)例3
[0055]可更換段(15)擰到圖1所示機(jī)械光學(xué)裝置的本體(13)上，可更換段(15)的可更換輸出透鏡(4)關(guān)于該裝置的輸入透鏡(3)的平面(18)成α>45°的角度，如圖3所示。
[0056]本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例涉及根據(jù)構(gòu)成用在圖1-3所示的實(shí)例裝置中的光學(xué)系統(tǒng)(I)的輸入透鏡(3)、輸出透鏡(4)和光源(2)的類型和相對位置獲得光投影的不同形狀和均勻電磁射束的方法。
[0057]實(shí)例4
[0058]在用于實(shí)例I所述的裝置中的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，柱面輸出透鏡(4)的平面(19)定位成平行于會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)，同時由發(fā)射100-400nm的波長范圍內(nèi)的紫外線光的光源(2)產(chǎn)生的電磁射線(2)被指引到輸入透鏡(3)上，并且離開輸入透鏡(3)之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線(22)允許實(shí)現(xiàn)具有連續(xù)加寬線(23)形式的投影的均勻電磁光束，如圖(4)所示。
[0059]實(shí)例5
[0060]在實(shí)例I和4所述的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，柱面輸出透鏡(4)的下表面(19)定位成關(guān)于會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)成α =35°的角度，同時由發(fā)射800_15000nm的波長范圍內(nèi)的紅外線光的光源(2)產(chǎn)生的電磁射線(20)被指引到輸入透鏡(3)上，并且離開輸入透鏡(3)之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線
(22)產(chǎn)生具有環(huán)形段(24)的形狀的呈均勻電磁射束形式的光投影，如圖5所示。
[0061]實(shí)例6
[0062]在實(shí)例I至5所述的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，柱面輸出透鏡(4)的下表面(19)定位成關(guān)于會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)成α =65°的角度，同時由光源(2)產(chǎn)生的電磁射線(20 )被指弓I到輸入透鏡(3 )上，并且離開輸入透鏡(3 )之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線(22)產(chǎn)生具有橢圓環(huán)(24)的形狀的呈均勻電磁射束形式的光投影，如圖6所示。
[0063]實(shí)例7
[0064]在實(shí)例I至6所述的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，輸出透鏡(4)的下表面(19)定位成與位于距光源(2)固定距離“X”處的會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)平行，然后，由光源產(chǎn)生的電磁射線(20)被指引到輸入透鏡(3)上，并且離開輸入透鏡(3)之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線(22)形成均勻電磁射束，具有呈側(cè)邊的長和寬均等于“a”的矩形(25)形式的投影，如圖7所示。
[0065]實(shí)例8
[0066]在實(shí)例I至7所述的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，透鏡(4)的下表面(19)定位成與會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)平行，其中，關(guān)于圖4所示的距離，平面(18)位于離光源(2)增大的距離處，即，位于距離“x+y”處，然后，由光源產(chǎn)生的電磁射線(20)被指引到輸入透鏡(3)上，并且離開輸入透鏡(3)之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線(22)形成均勻電磁射束，具有呈長“a”寬“5Xa”的矩形(26)形式的投影，如圖8所示。
[0067]實(shí)例9
[0068]在實(shí)例I至8所述的光學(xué)系統(tǒng)(I)中，透鏡(4)的下表面(19)定位成與會聚型平凸輸入透鏡(3)的平面(18)平行，其中，關(guān)于圖8所示的距離，平面(18)位于離光源(2)增大的距離處，即，位于距離“x+2y”處，然后，由光源產(chǎn)生的電磁射線(20)被指引到輸入透鏡
(3)上，并且離開輸入透鏡(3)之后，射線(21)被指引到輸出透鏡(4)上，為此，離開輸出透鏡(4)的射線(22)形成均勻電磁射束，具有呈長“a”寬“10Xa”的矩形(27)形式的投影，如圖9所示。
[0069]實(shí)例10
[0070]在實(shí)例4中進(jìn)行了描述并且構(gòu)成LED組(28)的所述的15個光學(xué)系統(tǒng)(1)，被分成每部分五個系統(tǒng)的三個相同的LED部分(29，30和31)，經(jīng)由繩索(32)平行地互連并利用一個共用光學(xué)系統(tǒng)(33)進(jìn)行控制，其中，在關(guān)于彼此相同取向且位于一個平面中的五個光學(xué)系統(tǒng)(I)構(gòu)成的組(29)中，獲得具有矩形(34)形式的光投影的均勻電磁射束。此外，在關(guān)于彼此位于不同角度處的五個光學(xué)系統(tǒng)(I)構(gòu)成的組(30)中，獲得具有關(guān)于矩形(34)加長大約50%的矩形(35)形式的光投影的均勻電磁射束，并且在位于環(huán)形段平面內(nèi)的弧上的五個光學(xué)系統(tǒng)(I)構(gòu)成的組(31)中，獲得具有關(guān)于矩形(34)加長大約100 %的矩形(36 )形式的光投影的均勻電磁射束，如圖10所示，光學(xué)系統(tǒng)(I)的組(29，30和31)經(jīng)由帶蝸桿傳動(37)的繩索(32)的系統(tǒng)彼此連接，其中，蝸桿傳動(37)允許經(jīng)由其旋轉(zhuǎn)來改變光學(xué)系統(tǒng)的位置,如圖10和圖11所示。[0071]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，提出了輸出透鏡的不同的可能形式，從而允許實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的預(yù)訂目的。
[0072]實(shí)例11
[0073]輸出透鏡(4)由一組三個對稱的平柱面透鏡(38)構(gòu)成，平柱面透鏡(38)在正視圖中具有半橢圓柱形元件的形式并且沿著縱向邊緣(39)彼此接觸，如圖12所示。
[0074]實(shí)例12
[0075]輸出透鏡(4)由一組橢圓形元件(40)構(gòu)成，橢圓形元件(40)在正視圖中具有帶有圓形上表面(42)的矩形(41)的形式，并且經(jīng)由將橢圓形元件(40)彼此隔離(分離)的元件
(44)沿著側(cè)壁(43)彼此接觸，如圖13和圖14所示。
[0076]實(shí)例13
[0077]輸出透鏡(4)構(gòu)成如下面板，該面板由幾個對稱的平柱面透鏡(45)組成，平柱面透鏡(45)結(jié)合到透明板(46)上并且沿著其縱向邊緣(47)彼此接觸，如圖15所示。
[0078]實(shí)例14
[0079]輸出透鏡(4)構(gòu)成如下面板，該面板由沿著離直徑最大的中央透鏡(49)距離增大的兩個方向直徑減小的七個對稱的平柱面透鏡(48)組成，如圖16所示。
[0080]實(shí)例I5
[0081]輸出透鏡(4)構(gòu)成如下面板，該面板由沿著側(cè)邊緣(51)彼此線性地接觸的幾個平柱面透鏡(50)組成，該平柱面透鏡的直徑以彼此交錯的方式減小，如圖17所示。
[0082]實(shí)例I6
[0083]輸出透鏡(4)構(gòu)成具有環(huán)形段形式的輪廓的球形面板，該環(huán)形段由利用邊緣(54)彼此接觸的幾個柱面凸凹透鏡(53 )制成，如圖18所示。
[0084]實(shí)例17
[0085]輸出透鏡(4)構(gòu)成具有環(huán)形段形式的輪廓的球形面板，沿著縱向邊緣(56)彼此線性地接觸的具有相同外部尺寸的凹凸透鏡(55)設(shè)置在該環(huán)形段的表面上，如圖19所示。
[0086]實(shí)例I8
[0087]輸出透鏡(4)構(gòu)成具有環(huán)形式的輪廓的非球形面板，該環(huán)由利用邊緣(58)彼此接觸的柱面凸凹透鏡(57)制成，如圖20所示。
[0088]實(shí)例19
[0089]在具有圖1所示光學(xué)系統(tǒng)的裝置中，由4瓦LED構(gòu)成的光源(2)設(shè)置在離輸入透鏡(3) 3cm的距離處，在輸入透鏡(3)之后，由直徑為4mm的一組平凸柱面透鏡構(gòu)成的輸出透鏡(4)的面板設(shè)置在平行于輸入透鏡(3)的2cm的距離處。由于光源(2)、輸入透鏡(3)和該組輸出透鏡(4)的這種相對位置，在離光源3m的距離處獲得光束，光束的投影具有尺寸為5mX0.35m的細(xì)長矩形的形狀。
[0090]在圖21至28所示的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)(I)的實(shí)施例的實(shí)施例的其它實(shí)例中，提出了可以根據(jù)用戶的需要用于制作適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)(I)的具有不同對稱平面的各種形狀的單一對稱和非對稱透鏡，包括:平凸柱面透鏡(59);菲涅耳透鏡(60);對稱的雙凸透鏡(61);凹凸透鏡(62);雙凹透鏡(63);平凹透鏡(64);非對稱平凸透鏡(65);以及非對稱雙凹透鏡(66)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用透鏡光學(xué)系統(tǒng)獲得任意幾何形狀的均勻電磁射束的方法，其特征在于: 人造光的光發(fā)射源(2)與電源網(wǎng)絡(luò)相連，根據(jù)所需光投影形狀(23 - 27)和(34 — 36)由所述光發(fā)射源發(fā)射的電磁光線(20)以均勻電磁射束的形式被指引到適當(dāng)?shù)妮斎胪哥R(3)上，所述輸入透鏡優(yōu)選為具有固定或可調(diào)焦距“X”的會聚型柱面平凸透鏡，并且離開所述輸入透鏡的光線(21)被指引到關(guān)于輸入透鏡(3)具有固定或可調(diào)位置即傾斜0°至75°的角度“ α ”的輸出透鏡或透鏡的輸出面板組(4)，在穿過所述輸出透鏡或透鏡的所述面板組(4)之后，光線被指引到指定表面上，從而形成具有期望形狀和清晰輪廓側(cè)邊的光投影(23 — 27)和(34 — 36)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 雙凸透鏡(61)用作輸入透鏡(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 凹凸透鏡(62 )用作輸入透鏡(3 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 反射器或反射器的系統(tǒng)用作輸入透鏡(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 一組平柱面透鏡(38)和(45)用作輸出透鏡組(4)，這些平柱面透鏡的直徑沿長度恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 一組平柱面透鏡(48)用作輸出透鏡組(4)，這些平柱面透鏡的直徑沿長度恒定但彼此不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 一組平柱面透鏡(50)用作輸出透鏡組(4)，這些平柱面透鏡的直徑在整個長度上改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6或7所述的方法，其特征在于: 使用如下柱面輸出透鏡組(4)，其中，使透鏡的接觸面變鈍，優(yōu)選通過鋒利邊緣(39、42、47、51、54、56和58)施加在彼此上的最小壓力實(shí)現(xiàn)變鈍，在接觸面上施加金屬涂層或者在接觸面之間引入隔離元件(44)，相鄰?fù)哥R(38、40、45、48、50、53、55和57)被彼此分開。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 發(fā)射可見光波長范圍400-800nm、紫外線波長范圍100_400nm或紅外線波長范圍800-15000nm內(nèi)的光的電磁輻射源用作光源(2 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 電磁輻射的探測器，優(yōu)選光電二極管或光電晶體管，用來代替光源(2)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 離開光學(xué)系統(tǒng)(I)的具有可變焦距的輸入透鏡(2)的光流(20)是平行的、發(fā)散的或會聚的，優(yōu)選在一 30°至+30°的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 使用柱面透鏡(4)的面板，柱面透鏡(4)的單獨(dú)透鏡防止反射光從一個柱面透鏡(38、40、45、48或50)直接或間接躍遷到另一相鄰柱面透鏡(38、40、45、48或50)。
13.一種設(shè)置有光學(xué)系統(tǒng)的用于獲得任意幾何形狀的均勻電磁射束的裝置，其特征在于: 所述裝置的光學(xué)系統(tǒng)(I)包括人造光光源(2)、設(shè)置成與所述光源相對的會聚型輸入透鏡(3)、由所述光源發(fā)射的電磁射線(20)、以及接收所述射線并由一組優(yōu)選為平柱面透鏡的多個輸出透鏡(45、48或52)構(gòu)成的輸出透鏡或輸出透鏡面板(4)，同時光源(2)安裝在設(shè)置有側(cè)引導(dǎo)件(9)的外殼(7)中，臂(11)經(jīng)由心軸(10)可滑動地安裝在所述引導(dǎo)件上，并且所述臂的下端與會聚型輸入透鏡(3)剛性連接，同時外殼(7)與行星系統(tǒng)(14)的本體(13)可拆卸地連接，本體(13)也與可更換段(15)可拆卸地連接，可更換段(15)的下端配備有輸出透鏡或輸出透鏡面板(4)，從而可更換段(15)與輸出透鏡或輸出透鏡面板(4)能夠一起關(guān)于所述裝置的外殼(7)旋轉(zhuǎn)地移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于: 輸出透鏡或輸出透鏡面板(4)關(guān)于會聚型輸入透鏡(3)的平面(18)傾斜α =0-70°的角度地安裝在可更換段(15)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于: 本體(13)設(shè)置有允許改變其角位置的行星系統(tǒng)(14)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于: 外殼(7)經(jīng)由外部遮蔽元件(17)與本體(13)剛性地連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于: 所述裝置構(gòu)成含有光學(xué)系統(tǒng)(I)的單一 LED部分(29 - 31)或這種LED部分的組(39)，光學(xué)系統(tǒng)(I)能夠在0°至360°的角度范圍內(nèi)沿所選的縱向或橫向或者在0°至360°的角度范圍內(nèi)同時沿縱向和橫向進(jìn)行獨(dú)立的或相關(guān)聯(lián)的協(xié)調(diào)的擺動移動。
18.根據(jù)權(quán)利要求13或16所述的裝置，其特征在于: 所述裝置設(shè)置有傳動系統(tǒng)，其優(yōu)選為蝸輪(37)和/或繩索傳動(32)，具有適合于LED部分(29 - 31)的數(shù)目和目的的參數(shù)，用于調(diào)整輸入透鏡(3)的方向、角位置和焦距。
【文檔編號】F21V14/06GK103649632SQ201280034557
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月13日
【發(fā)明者】W·多羅什, W·斯采帕尼克 申請人:多羅什特奧多拉D.A.玻璃公司