專利名稱：透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)能將位于希望距離處的光源發(fā)出的光聚焦于適當(dāng)?shù)姆秶?，更特別地，涉及一種透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)具有簡單的結(jié)構(gòu)和小型的透鏡鏡筒，且能無損失地保持光源發(fā)出光的高強度。
背景技術(shù)：
醫(yī)用頭燈等特殊照燈的光源需要通過小透鏡系統(tǒng)發(fā)出大量的光。
然而，傳統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)被構(gòu)造為使用至少三個透鏡。例如，可使用至少三個聚光透鏡或聚焦透鏡，或者可使用菲涅耳(Fresnel)透鏡。但是，當(dāng)使用多個透鏡時，所述透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，并且很難減小其尺寸。
此外，將光源發(fā)出的光所通過的所述聚焦透鏡的部件直徑機械減小，以減小所述聚焦透鏡發(fā)出的聚焦光所形成的圖像尺寸。例如，可將機械部件，比如用于改變所述直徑的光閘設(shè)置到所述聚焦透鏡的后面。
然而，當(dāng)選擇用于減小所述直徑的部件時，可產(chǎn)生相當(dāng)大的光強損失。當(dāng)為了細致觀察特定區(qū)域而應(yīng)減小圖像時，這樣的光強損失可使此任務(wù)變得困難。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明的目的之一是提供一種透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)能將透鏡數(shù)量最少化以簡化結(jié)構(gòu)并減少所述透鏡系統(tǒng)的尺寸，并能保持從光源發(fā)出的光的高光強。
技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種透鏡系統(tǒng)，所述透鏡系統(tǒng)包括用于將光源發(fā)出的光聚集的聚光透鏡，以及聚焦透鏡，所述聚焦透鏡用于將所述聚光透鏡發(fā)出的光聚焦于預(yù)定范圍，其中，所述聚光透鏡設(shè)置于一第一透鏡鏡筒中，所述聚焦透鏡設(shè)置于一第二透鏡鏡筒中，所述第一透鏡鏡筒和所述第二透鏡鏡筒繞一調(diào)節(jié)槽軸向轉(zhuǎn)動以改變所述聚焦透鏡和聚焦透鏡物方部分之間的間距，從而調(diào)節(jié)形成于所述聚焦透鏡外部的光學(xué)圖像的尺寸。
當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡時，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為Ra， 遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為&，而所述光源的發(fā)光部分的長度為H時，可滿足下述關(guān)系
HxO. 8 < Ra < Hxl. 5 且 | Α|χΟ· 6 < Rb < Ra | χ0. 9
此外，當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡時，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為Ι Α，遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為&，而所述聚焦透鏡的物方部分的孔徑尺寸為AP時，可滿足下述關(guān)系
0. 5 < Ra I /AP < 1. 5 且 0. 5 < Rb | /AP < 1. 5
更優(yōu)選地，當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡時，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為&時，RAl與IRBI可在2.5至7.5毫米的范圍內(nèi)。
此外，當(dāng)所述聚焦透鏡的物方部分的孔徑尺寸為AP且所述聚焦透鏡的焦距為FL 時，可滿足下述關(guān)系
4 < FL/AP < 7
更優(yōu)選地，所述聚焦透鏡可為雙凸透鏡，且所述聚焦透鏡兩側(cè)的曲率半徑可在 25士8毫米的范圍內(nèi)。
有益效果
根據(jù)本發(fā)明，按照本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)具有簡單的結(jié)構(gòu)和僅使用兩個透鏡的小透鏡鏡筒，且可無損失地保持光源發(fā)出的光的高強度。


圖1是按照本發(fā)明一實施例的透鏡系統(tǒng)的剖面圖2是用于解釋按照本發(fā)明一實施例的透鏡系統(tǒng)發(fā)出的光的光路視圖3至5是按照本發(fā)明一實施例的聚光透鏡的側(cè)視圖和正視圖6和7是按照本發(fā)明一實施例的聚焦透鏡的側(cè)視圖和正視圖；以及
圖8和9是用于解釋利用按照本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)的第一透鏡鏡筒和第二透鏡鏡筒的調(diào)節(jié)槽使聚光透鏡和聚焦透鏡間的距離改變的視圖具體實施方式
在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的一實施例。
<實施例>
現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明的一實施例
圖1是按照本發(fā)明一實施例的透鏡系統(tǒng)的剖面圖。參見圖1，所述透鏡系統(tǒng)包括光源100、聚光透鏡101、第一透鏡鏡筒103、調(diào)節(jié)槽104、第二透鏡鏡筒105以及聚焦透鏡106。
所述光源100可為發(fā)光二極管(LED)。
所述聚光透鏡101設(shè)置于所述光源100之后，以最大程度地聚集所述光源發(fā)出的光。所述聚焦透鏡106將位于希望距離處的所述聚光透鏡101發(fā)出的光聚焦于適當(dāng)?shù)姆秶?br> 所述聚光透鏡101設(shè)置于所述第一透鏡鏡筒103內(nèi)，而所述聚焦透鏡106設(shè)置于所述第二透鏡鏡筒105內(nèi)。所述第一透鏡鏡筒103和所述第二透鏡鏡筒105繞所述調(diào)節(jié)槽 104轉(zhuǎn)動，以容易地改變所述聚焦透鏡106和所述聚焦透鏡的物方部分102之間的間距。也就是說，當(dāng)情況需要調(diào)節(jié)形成于所述聚焦透鏡外的光學(xué)圖像的尺寸時，利用所述調(diào)節(jié)槽104 沒有任何光強損失地調(diào)節(jié)所述光學(xué)圖像的尺寸是可能的。
圖2是用于解釋按照本發(fā)明一實施例的透鏡系統(tǒng)發(fā)出的光的光路視圖。
參見圖2(a)，當(dāng)所述聚焦透鏡106與圖像表面之間具有預(yù)定距離時，從所述聚焦透鏡發(fā)出的光到達所述希望的圖像表面以形成圖像。圖2(b)是圖2(a)中透鏡系統(tǒng)的放大視圖，示出從所述光源100發(fā)出的光通過所述聚光透鏡101并向所述聚焦透鏡106傳輸。
在下文中，將參照附圖描述按照本發(fā)明一實施例的所述聚光透鏡和所述聚焦透鏡的結(jié)構(gòu)。
圖3至5是按照本發(fā)明一實施例的聚光透鏡的側(cè)視圖和正視圖。在該實施例中，為了利用單獨的聚光透鏡使光強最大化，優(yōu)選最大程度地減少所述光源和所述聚光透鏡之間的間距。這不僅有助于減小所述透鏡系統(tǒng)的尺寸，還允許所述光源發(fā)出的光更有效地聚集。
參照圖3和圖4，所述聚光透鏡可為雙凸透鏡，且所述聚光透鏡的球面的曲率半徑必須具有以下特征。即當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為Ra，遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為&，而所述光源的發(fā)光部分的長度為H時，可滿足下述關(guān)系
[公式1]
HxO. 8 < |Ra| < Hxl. 5
[公式2]
I Ra I χ0· 6 < I Rb I < I Ra | χ0· 9
公式1涉及與所述光源相鄰的球面曲率半徑的形狀，且為了最大程度聚集所述光源發(fā)出的光，所述聚光透鏡可在特定的范圍內(nèi)。公式2涉及遠離所述光源的球面曲率半徑的形狀，且用于以更大的折射力聚集從所述光源輸入的光。
不僅所述聚光透鏡與所述光源之間具有關(guān)聯(lián)，所述聚光透鏡與圖1所示的所述聚焦透鏡的物方部分孔的孔徑尺寸AP也有關(guān)聯(lián)。即優(yōu)選地滿足下面的公式3和4
[公式3]
0. 5 < I Ra I/AP < 1. 5
[公式4]
0. 5 < I Rb I/AP < 1. 5
其中，在公式1和3中，當(dāng)所述聚光透鏡的曲率半徑&小于最低界限時，所述聚光透鏡的曲率迅速改變，以致于過多的光不能進入所述透鏡系統(tǒng)。另一方面，當(dāng)所述聚光透鏡的曲率半徑&等于或大于最高界限時，所述曲率過小，以致無法合適地聚光。
此外，在公式2和4中，當(dāng)所述聚光透鏡的曲率半徑&等于或小于最低界限時，所述透鏡的曲率迅速改變，以致于光被完全反射而無法被傳送，因而失去了光強。另外，當(dāng)所述曲率過小時，所述透鏡的外部直徑也被減小，從而造成光強的損失。此外，當(dāng)所述曲率過小時，應(yīng)增加所述透鏡的厚度，這使減小所述透鏡系統(tǒng)整體尺寸的任務(wù)困難。另一方面，當(dāng)所述聚光透鏡的曲率半徑&等于或大于最高界限時，光不能被充分聚集。
因此，在本發(fā)明的一實施例中，所述聚光透鏡具有在2. 5至7. 5毫米范圍內(nèi)的| Ra | 和IRbU最優(yōu)選地，如圖4和5所示，|Ra|為5.5毫米，而|Rb|為4. ι毫米。其中，與所述光源相鄰的所述聚光透鏡的直徑φ為6. 4毫米，遠離所述光源的所述聚光透鏡的直徑φ 為5. 7毫米。優(yōu)選地，所述透鏡的厚度為3毫米，所述聚光透鏡材料在用D線(波長587. 56 納米)作光源時的折射率為1. 5168，而所述聚光透鏡材料的發(fā)散值ν為64. 2。
圖6和7是按照本發(fā)明一實施例的聚焦透鏡的側(cè)視圖和正視圖。
雖然按照本發(fā)明的所述聚光透鏡應(yīng)具有小尺寸，但必須將其構(gòu)造為在一定距離L 形成適當(dāng)尺寸的圖像。因此，如圖1所示，當(dāng)所述聚焦透鏡在其上形成圖像的所述物方部分 102的孔徑尺寸為AP且所述聚焦透鏡的焦距為FL時，所述聚焦透鏡可滿足下面的公式5。
[公式5]
4 < FL/AP < 7
其中，當(dāng)所述焦距FL與所述聚焦透鏡的孔徑尺寸AP的比率大于公式5的上限時， 所述聚焦透鏡變得過大，且當(dāng)其小于下限時，形成清晰圖像的邊界并提供清晰的圖像是困難的。
因此，按照本發(fā)明的一實施例，所述聚焦透鏡的曲率半徑R為25士8毫米。最優(yōu)選地，如圖6和7所示，R為27. 2毫米。其中，所述聚焦透鏡的直徑Φ為19毫米，所述透鏡的厚度為6毫米，所述聚光透鏡材料在用D線(波長587. 56納米)作光源時的折射率為 1. 5168，而所述聚焦透鏡材料的發(fā)散值ν為64. 2。
在下文中，將描述一種改變聚焦透鏡與所述聚焦透鏡的物方部分102間的間距以調(diào)節(jié)聚焦圖像尺寸的方法。
參照圖1，利用所述調(diào)節(jié)槽104，所述透鏡系統(tǒng)的所述第一透鏡鏡筒103和所述第二透鏡鏡筒105可改變所述聚光透鏡101和所述聚焦透鏡106之間的距離。這樣的例子如圖8禾口 9所示。
參照圖8，在圖3到7示出的透鏡系統(tǒng)的情況中，當(dāng)所述聚焦透鏡與所述聚焦透鏡的物方部分間的間距L為21毫米時，所述聚焦圖像的尺寸為70毫米。然而，如圖9所示， 當(dāng)所述聚焦透鏡與所述聚焦透鏡的物方部分102間的間距L為觀.5毫米時，所述聚焦圖像的尺寸為40毫米。
通過所述聚焦透鏡實現(xiàn)光成像意味著光以希望的尺寸聚焦于希望的距離。其中， 所述聚焦光的圖像邊界應(yīng)是清晰的。即按照本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)不同，當(dāng)需要聚焦圖像的尺寸減小時，改變所述聚焦透鏡與所述聚焦透鏡的物方部分102間的間距，以便無光強損失地減小所述圖像的尺寸。由于當(dāng)同樣數(shù)量的光無光強損失地聚焦為小圖像時光可以更有效地聚集，實現(xiàn)光強的高水平是可能的。因此，當(dāng)將按照本發(fā)明的所述透鏡系統(tǒng)用于醫(yī)院中的醫(yī)療時，用其觀察特殊區(qū)域是非常高效的。
雖然參照其實施例已對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明屬于的本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解的是，可進行對所描述實施例的各種改變而不脫離所附的權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種透鏡系統(tǒng)，包括用于將光源發(fā)出的光聚集的聚光透鏡，以及聚焦透鏡，所述聚焦透鏡用于將所述聚光透鏡發(fā)出的光聚焦于預(yù)定范圍，其特征在于所述聚光透鏡設(shè)置于一第一透鏡鏡筒中，所述聚焦透鏡設(shè)置于一第二透鏡鏡筒中，所述第一透鏡鏡筒和所述第二透鏡鏡筒繞一調(diào)節(jié)槽軸向轉(zhuǎn)動以改變所述聚焦透鏡和聚焦透鏡物方部分之間的間距，從而調(diào)節(jié)形成于所述聚焦透鏡外部的光學(xué)圖像的尺寸；當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡時，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為 &，而所述聚焦透鏡的物方部分的孔徑尺寸為AP時，滿足下述關(guān)系[公式8]0. 5 < Ra I /AP < 1. 5[公式9]0. 5 < Rb I /AP < 1. 5。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述聚光透鏡為雙凸透鏡時，接近所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為遠離所述光源的所述聚光透鏡的曲率半徑為& 時，IraI與IRbI在2.5至7.5毫米的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡為雙凸透鏡，所述聚焦透鏡兩側(cè)的曲率半徑在25士8毫米的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透鏡系統(tǒng)，包括用于將光源發(fā)出的光聚集的聚光透鏡，以及聚焦透鏡，所述聚焦透鏡用于將所述聚光透鏡發(fā)出的光聚焦于預(yù)定范圍，其中，所述聚光透鏡設(shè)置于一第一透鏡鏡筒中，所述聚焦透鏡設(shè)置于一第二透鏡鏡筒中，所述第一透鏡鏡筒和所述第二透鏡鏡筒繞一調(diào)節(jié)槽軸向轉(zhuǎn)動以改變所述聚焦透鏡和聚焦透鏡物方部分之間的間距，從而調(diào)節(jié)形成于所述聚焦透鏡外部的光學(xué)圖像的尺寸。因此，簡化結(jié)構(gòu)、通過僅使用兩個透鏡使透鏡鏡筒小型化并無損失地保持光源發(fā)出的光的高強度是可能的。
文檔編號G02B7/04GK102520498SQ201210005088
公開日2012年6月27日 申請日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者姜珍禧, 樸珉圭, 李圭源, 趙佑濟, 金在彥, 金紋炫 申請人:尤米蒂科有限公司