[发明专利]用于对光线进行均质化的方法、光学系统和照明装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光学组件的领域。更确切地，其涉及一种用于对光线束进行均质化的方法、光学系统和照明装置。

背景技术

各种工业领域中的许多系统都需要提供在诸如照度和/或颜色的属性方面跨光束的跨度均质(均匀)的光束。例如，在诸如激光治疗、激光生理刺激和光学动态治疗的许多医疗应用中，非常期望光束在其输出特性曲线方面具有均质照度。然而，由于大多数光源发射非均质的光线，所以已经提出了光线过滤和/或光线校正的设备已获得所追求的光线均质化。

在光线从多个光源(例如，具有不同颜色的LED)生成的情况下，可能以呈现均质光线为目标而执行光线的混合。可以通过将来自多个光源的光线引导通过光导来执行光线的混合。光导的实施例是固态混光棒(例如，玻璃/塑料纤维、棒、管等)，其在朝向周围介质的界面处利用全内反射(TIR)(前后反射)，而使得在混光棒内反射的光线在离开混光棒时已经被混合。

混光棒的结构对于获得光线的优选混合而言是重要的，并且为此已经提出了混光棒的各种几何形状。从实际来看，已知具有方形横截面的混光棒优于圆形的，但是对于获得均匀光线的目的而言，具有六边形横截面的混光棒甚至更好。虽然六边形混光棒如今被广泛使用，但是这种几何形状并未在混光棒的离开面提供充分的照度均质化。更具体地，由于混光并未充分改变光线的角度，所以光线并在混光棒的远场中未进行充分混合。

此外，混光棒混合光线的能力取决于来自多个光源的光线如何被引入混光棒中。更具体地，虽然混光效率和光线入射点之间的确切关系并没有被完全探索并且应用于实践，但是将光线引入混光棒取决于混光棒的几何形状。

鉴于此，希望提供一种有所改进的光线混合。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于对光线束进行均质化的方法、光学系统和照明装置。该目标和其它目标通过具有在独立权利要求中所给出的特征的方法、光学系统和照明装置来实现。优选实施例在从属权利要求中进行限定。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于利用被配置用于对光线进行均质化的细长光学元件来对光线束进行均质化的方法。该方法包括将光线束引入具有圆柱体形状的光学元件的横向进入面的步骤。进入面包括至少两条零曲率的边线，以及至少两条边线的任意两个相邻端点之间的角顶(vertex)，其中角顶中的至少一个角顶是具有正曲率的段。此外，该方法包括将光线束引入以下几何区域中的至少一个的步骤：(a)进入面的周界的邻近区域(neighbourhood)；(b)从进入面的中心延伸到角顶的中点的第一线段的至少一部分的邻近区域；(c)从进入面的中心延伸到边线的中点的第二线段的至少一部分的邻近区域。该方法进一步包括从光学元件的离开面提取光线束的步骤。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于对光线束进行均质化的光学系统。该光学系统包括具有圆柱体形状、被配置用于混合光线的细长光学元件。该光学元件包括横向进入面和横向离开面。进入面具有包括至少两条零曲率的边线的周界，以及至少两条边线的任意两个相邻端点之间的角顶，其中角顶中的至少一个角顶是具有正曲率的段。该光学系统进一步包括布置在该进入面的至少一个光源，其中光源被配置为将光线束引入进入面。该光学系统还包括两个或更多光源，例如发射期望被混合到一个均质光束中的具有不同属性的光线的光源。光线束被引入上述几何区域(a)、(b)和(c)中的至少一个之中。

根据本发明的第三方面，提供了一种照明装置，其包括至少一个适于发射光线束的光源。该一个或多个光源沿以下几何形状中的至少一个进行布置：多边形的周界；从多边形的中心延伸至角顶的第一线段的至少一部分；和从多边形的中心延伸至边线的中点的第二线段的至少一部分。该多边形总体上与光学元件的进入面的形状相符，该光学元件被配置为对至少一个光源所发射的光线束进行均质化。该光学元件具有圆柱体形状，并且包括横向进入面和横向离开面。进入面具有包括至少两条零曲率的边线以及至少两条边线的任意两个相邻端点之间的角顶的周界，并且其中角顶中的至少一个是具有正曲率的段。至少一个光源将光线束引入光学元件的几何区域(a)、(b)和(c)中的至少一个之中。