[发明专利]用于产生均匀准直光的紧凑光学系统和透镜

说明书

技术领域

本发明涉及用于一种产生严格准直照射的紧凑光源的光学系统和透镜，且具体地涉及一种具有窄纵横比的高度低的光学系统，出射面各处的照射被严格准直且是均匀的。

背景技术

许多光源应用具有空间和照射限制。尽管出于节约空间目的而可以使用比如发光二极管的小光源，这些装置需要附加光学系统来产生期望照射。例如，在一些应用中会期望提供一种光源，该光源具有在一区域上是基本上均匀的严格准直的光或照射。期望提供一种光学系统和透镜，其可以从均匀被照亮的表面区域产生严格准直的光，但是不需要大量的空间。

发明内容

依照本发明的一个实施例，一种光学系统包含柱形侧面发射透镜、反射器和柱形菲涅尔透镜，从而产生具有在正向上的严格准直光的基本上均匀受照射的出射面。该柱形侧面发射透镜将来自光源，比如安置在一条直线中的多个发光二极管的光重定向为沿着与出射面平行的光轴的侧面发射光。该反射器可以是包含多个反射器表面的阶梯状反射器，从而重定向来自柱形侧面发射透镜的光以照射出射面并且将沿着一条轴的光重定向到正向，所述多个反射器表面具有基于到光源的表面距离和高度的不同焦距。该柱形菲涅尔透镜用于将沿着正交轴的光准直到正向。

在本发明的另一实施例中，一种柱形侧面发射透镜包含：底表面，该底表面平行于光轴；以及腔体，一个或多个光源可以定位在该腔体内。该腔体的内表面由两个平面表面和一个大致球形表面组成。该透镜的外表面含有全内反射（TIR）反射表面和第一折射表面，该第一折射表面也是平面的且相对于透镜的中心轴倾斜成一角度，该中心轴与光轴正交。第二折射表面从底表面延伸到第一折射表面。从腔体进入透镜且直接入射在反射表面上的光被反射到第一折射表面并且被折射，从而在与该光轴基本上平行的方向上离开该透镜。而且，从腔体进入透镜且直接入射在第二折射表面上的光被折射，从而在也与该光轴基本上平行的方向上离开该透镜。该柱形侧面发射透镜具有在由中心轴和光轴限定的平面内的截面形状，并且在沿着与该光轴和中心轴正交的水平轴的每一点具有相同的截面形状。

在本发明的另一实施例中，一种阶梯状多焦距反射器使用多个反射器表面，所述多个反射器表面定位在距光源不同距离处且定位在相对于光轴的不同高度。最接近光源的反射器表面具有在光轴上的最低高度，且最远离光源的反射器表面具有在光轴上的最大高度。每个反射器表面具有基于反射器表面到光源的距离以及反射器表面在该光轴上的高度的不同焦距。每个反射器表面的焦距构造成将来自光源的光重定向到正向，以及构造在出射面上产生基本上均匀的照射并且基本上准直沿着该光轴的光。

附图说明

图1说明依照本发明的一个实施例可以与紧凑光源（例如发光二极管(LED)）一起使用的光学系统的透视图。

图2和3为图1的光学系统沿正交轴的侧视图。

图4说明柱形侧面发射透镜的一个实施例的透视图。

图5以透视图说明多个耦合在一起的图1的光学系统。

具体实施方式

图1说明依照本发明的一个实施例可以与紧凑光源一起使用的光学系统100的透视图，该紧凑光源为例如发光二极管（LED）102。可以看出，光学系统100具有窄的纵横比，例如为3:1，但是这可以根据需要改变。图2和3分别为光学系统100的沿着长轴101_long和短轴101_short的侧视图。长轴101_long和短轴101_short相互正交。光学系统100造成从光源发射的光被基本上均匀地分布遍及光学系统100的出射窗口106并且被严格准直，即，定向到基本上垂直于出射窗口106的平面的方向。本领域中广为理解的是，准直光不是理想准直的，而是可以具有某种程度的角度扩展。

如图3所说明，光学系统100可以与多个光源一起使用，例如，安置在同一平面内且安置在与光学系统100的短轴101_short平行的直线中的四个LED 102。任何传统LED 102或其它光源可以与本发明一起使用。在一个实施例中，LED 102产生大致朗伯辐射模式且可以是产生白色光或任何颜色光的磷光体转换蓝色LED。优选地，与光学系统100一起使用的光源产生沿着短轴101_short的基本上均匀的辐射。基本上均匀的照射可以例如足够均匀，使得肉眼无法观察到干扰的强烈的光变化。应理解，尽管会存在某些照射变化，但是该变化或者无法被肉眼察觉到或者并不是干扰的。