CN104614789A - 具有至少一个物侧和至少一个像侧折射表面的透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有至少一个物侧和至少一个像侧折射表面(17，18)的透镜(1)。为了在无需用于将光耦合出去的附加部件的情况下确定通过透镜(1)传播的有效光通量(16)的光强度，依照本发明，透镜(1)包括布置在物侧与像侧折射表面(17，18)之间且与光轴(2)倾斜地调整的反射表面(5)。

Description

具有至少一个物侧和至少一个像侧折射表面的透镜

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个物侧和至少一个像侧折射表面的透镜。

背景技术

前述类型的透镜是公知的，并且广泛用于成像。然而，来自穿过透镜的光通量的部分光量在成像期间经常需要耦合出去，例如以便测量成像设备中的光通量的光强度。直到现在，部分透明的镜用于该目的，其沿着光通量布置在透镜之前或者之后。然而，半透明镜的使用需要附加的空间，该空间尤其对于紧凑成像设备而言是有限的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种透镜，利用该透镜，可以以简单且节省空间的方式测量光强度。

这个目的对于前述透镜而言被解决，因为该透镜具有与透镜光轴倾斜地调整的反射表面，其中该反射表面布置在物侧与像侧表面之间。

来自入射到透镜中的光通量的光在反射表面处通过反射耦合出去，使得该光通量只能部分地通过透镜的像侧表面传播，作为有效光通量。反射表面处反射的光因此在无需诸如部分透明的镜之类的附加光学部件的情况下被反射或者从光通量提取。因此，依照本发明的透镜允许实现成像设备的紧凑设计。此外，不存在用于将光耦合出光通量的附加光学部件的成本。另外，该透镜以微不足道的小的公差易感性将光通量耦合出去，因为反射表面是透镜的部分并且在组装成像设备时无需对齐。

依照本发明的该解决方案可以通过各个不同的单独有利的实施例而进一步改进，这些实施例可以以任意数量的方式组合。这些实施例及其关联优点将在下文中加以讨论。

例如，反射表面可以被形成为朝透镜的边缘区域部分地反射在物侧入射到透镜中的光通量的光。透镜的边缘区域可以被配置成使得反射表面处反射的部分光通量可以容易地穿过透镜的边缘区域。

为了测量光强度，可以向具有所述透镜的成像设备提供光强度测量设备，其中从反射表面看，该光强度测量设备布置在边缘区域之后。穿过透镜的光通量的散射光或部分不干扰耦合出去的部分光通量的强度测量。入射光通量和有效光通量的光强度可以根据所述部分光通量的光强度导出。代替光强度测量的是或者除了该测量之外，可以测量所述部分光通量的诸如颜色或色温之类的其他参数，并且代替光强度测量设备的是或者除了光强度测量设备之外，可以提供适当的测量设备。

优选地，边缘区域设有或者包括去耦表面。去耦表面被形成并且例如被涂敷，使得所述部分光通量可以穿过去耦表面并且在没有去耦表面处的可观反射的情况下到达测量设备。去耦表面也可以被设计成折射表面。

特别地，反射表面可以被设计成朝透镜的边缘区域反射与光轴平行的入射到透镜中的光。透镜的边缘区域可以被调整为使得平行于光轴入射到透镜中的光在反射表面处反射之后垂直于边缘区域取向。反射的部分光通量因此可以在具有微不足道的损耗的情况下透射通过边缘区域，其中所述部分光通量的光不显著地被折射或反射。

优选地，反射表面为平面，使得平行于光轴入射到透镜中的光以具有基本上恒定的宽度的部分光通量的形式反射。这简化了测量设备上部分光通量的调整。

反射表面可以是设置在透镜中并且例如利用透镜模制的反射元件，例如镜板。然而，在一个特别简单设计的优选实施例中，反射表面可以由透镜表面形成。于是，不再需要将设有反射表面的反射元件附接到透镜上或透镜中。透镜的表面通常不能容易地相对于透镜的其他部分移位或旋转，使得反射表面相对于透镜光轴的取向基本上不变，从而反射出光通量的光的比例以及所述部分光通量的调整可以保持恒定。

反射表面可以被设计成反射的并且例如设有反射层，该反射层可以包括铝。然而，优选地，反射表面与透镜光轴之间的角度大于全反射临界角。该角度尤其大于用于在物侧平行于光轴进入透镜的光的全内反射的临界角。因此，以所述光通量进入透镜且入射到反射表面上的光可以作为部分光通量通过反射表面基本上完全地耦合出去，而不允许光穿过反射表面照射不希望的区域。反射层无需被附接。

反射表面优选地布置在延伸到透镜中的开口的基部。开口可以作为盲孔或者凹槽延伸到透镜中。该布置避免了需要附加的空间用于从反射表面伸出且支撑反射表面的元件，该元件可能在组装透镜期间产生问题。依照本发明的透镜因此可以容易安装，无需附加的空间。此外，反射表面可以通过开口或者在引入开口时容易地形成。

开口可以背离物侧表面开放，使得通过物侧表面进入透镜的光通过透镜的材料撞击到反射表面上，在那里，它然后可以像在棱镜中那样通过全内反射以低损耗耦合出去。

开口优选地在光轴横向上具有恒定的截面，使得例如在形成透镜时，可以容易地向透镜提供开口和反射表面。开口可以通过注射成型或者压制形成，并且可以具有圆形、椭圆形或者多边形(例如矩形)截面。

开口可以这样形成，以便在光轴横向上封闭，即完全被透镜材料包围。

开口优选地平行于光轴延伸，以便与在透镜使用期间不撞击到反射表面上的入射光通量的部分最少地相互作用。

在另一个有利的实施例中，透镜可以具有布置在物侧表面与像侧表面之间的第二反射表面。所述两个反射表面可以在光轴横向上隔开布置，使得光通量的不同区域或部分撞击到所述两个反射表面上。结果，例如，然后可以测量入射到透镜上的光通量的不同部分的光强度。因此，两个部分光通量可以通过使用所述两个反射表面耦合出所述光通量。

所述两个反射表面可以沿着光轴设置于透镜的不同深度处，并且可以例如彼此平行地延伸，使得部分光通量在没有任何或者不完全重叠的情况下传播到相同的边缘区域。然而，优选地，这些反射表面在不同的和例如相反的方向上相对于透镜光轴倾斜，使得部分光通量传播到不同的边缘区域，并且例如彼此远离地且从各反射表面延伸到最近的边缘区域。这防止了这些部分光通量中的一个的光强度影响这些部分光通量中的另一个。

特别地，透镜可以包括布置在物侧折射表面与像侧折射表面之间的多个反射表面。例如，透镜具有三个、四个或者甚至更多反射表面。这些反射表面可以在不同的方向上将光耦合出入射光通量或者例如耦合到不同边缘区域。可替换地，所述至少两个反射表面可以被调整为例如在透镜的边缘区域或者外部使去耦的部分光通量至少部分地或者完全重叠。

多个小反射表面比单独的反射表面或者甚至单个大反射表面更小地降低有效光通量的均质性。此外，有效光通量的均质性可以通过多个小反射表面的适当布置而改进。当所述部分光通量重叠时，可以减少所需的测量仪器的数量。

所述透镜例如为聚光透镜，尤其是用于光通量均质化的蜂巢式聚光透镜。蜂巢式聚光透镜具有若干物侧和若干像侧折射表面，其中这些折射表面可以例如形成在光轴横向布置的并列微透镜。

成像设备的有效光通量可以通过使用本发明的蜂巢式聚光透镜而均质化，使得在离设定点值的特定时间有效光通量的光强度的变化尽可能小。此外，也可以利用成像设备在长的时间段上基于所述至少一个部分光通量的光强度测量有效光通量的光强度，并且可以基于测量结果控制有效光通量的光强度，以便保持有效光通量的光强度随着时间基本上不变。所述至少一个反射表面仅仅通过蜂巢式聚光透镜微不足道地影响均质化(如果有的话)。可能的影响可以通过对蜂巢式聚光透镜的调节进行补偿。

光轴横向的所述至少一个反射表面的尺寸可以与蜂巢式聚光透镜的部分透镜的尺寸或者部分透镜的尺寸的倍数相应。平行于光轴，所述至少一个反射表面可以布置在蜂巢式聚光透镜的部分透镜中的至少一个之后，并且可以甚至与部分透镜或者连续的部分透镜组对齐。现在，将参照示例性实施例且参照附图解释本发明。如已经针对各实施例所描述的，这些实施例的不同特征可以独立地组合。

附图说明

附图在各图中示出：

图1依照本发明的透镜的第一示例性实施例在截面图中的示意表示；

图2依照本发明的透镜的另一个示例性实施例在截面图中的示意表示；以及

图3依照本发明的透镜的另一示例性实施例在透视图中的示意表示。

具体实施方式

首先，将参照图1的实施例描述依照本发明的透镜的结构和功能。

图1在截面图中示意性地示出了透镜1。透镜1的光轴2在截面图的截平面中延伸。

透镜1具有物侧侧面3和像侧侧面4，这些侧面平行于光轴2相继布置。这两个侧面3、4中的每一个可以具有或者包括至少一个折射表面。

透镜1设有设置在物侧侧面3与像侧侧面4之间的反射表面5，其中反射表面5与光轴2倾斜地取向。光轴2与反射表面5之间的角度6优选地大于进入透镜1，例如平行于光轴2通过物侧侧面3的光的全反射的临界角。

反射表面5布置在延伸到透镜1中的开口8的基部7，其中开口8背离透镜1的物侧侧面3开放。由开口8形成的贯通开口9因此布置在像侧侧面4中。开口8的侧壁10、11优选地基本上平行于光轴2延伸。例如平行于光轴2的入射到透镜1中的光一点都不或者仅仅微不足道地入射到侧壁10、11上，并且因此一点都不或者仅仅微不足道地被侧壁10、11反射或折射。

为了说明透镜1的功能，在图1中通过多个箭头表示光通量12，其中光通量12通过物侧侧面3入射到透镜1中。入射光通量12在方向R上通过透镜1传播，并且至少部分地在透镜1的像侧侧面4离开。方向R平行于光轴2。

沿着其在方向R上通过透镜1的路径，入射光通量12的部分撞击到反射表面5上，其中该部分然后耦合出入射光通量12，作为部分光通量13并且由反射表面5相对于光轴2倾斜地或者横向地反射。特别地，部分光通量13在光轴2横向延伸，并且沿着其路径入射到透镜1的边缘区域14上。部分光通量13沿着去耦方向A通过边缘区域14传播，其中去耦方向A优选地垂直于边缘区域14取向。如在去耦方向A上从反射表面5看，例如用于测量部分光通量13的光强度的成像设备的测量设备15可以布置在边缘区域14之后。关于入射光通量12的结论可以根据入射到测量设备15上的部分光通量13得出。特别地，关于入射光通量12的光强度的结论可以根据部分光通量13的光强度得出。

有效光通量16通过像侧侧面5进入，其基本上相应于入射光通量12减去部分光通量13。因此，关于有效光通量16的光强度的结论可以基于部分光通量13的光强度得出。

图1中的透镜1被示为示例性蜂巢式聚光透镜，其中物侧侧面3具有至少一个且特别地多个物侧折射表面17，并且像侧侧面4具有至少一个且特别地多个像侧折射表面18。蜂巢式聚光透镜用于均质化光通量。由于蜂巢式聚光透镜的性质的原因，有效光通量16的均质性不通过提供反射表面5或者开口8而受到显著影响。因此，入射光通量12以及因而有效光通量16的光强度可以容易地利用依照本发明的透镜1确定，而不显著地降低有效光通量16的均质性。

图2在截面图中示意性地示出了依照本发明的透镜1的另一个示例性实施例。相同的附图标记用于功能上和/或结构上与图1的示例性实施例的元素相应的元素。为了简洁起见，下面将仅仅描述和图1的实施例的差异。

图2的示例性实施例的透镜1像图1的示例性实施例的透镜1那样被图示为具有反射表面5，该反射表面布置在例如开口8的基部7。另外，透镜1包括另一个反射表面5’，该反射表面在光轴2横向上，例如在去耦方向A上与另一个反射表面5隔开。所述另一个反射表面5’可以布置在另一个开口8’的基部7’，其中两个开口8、8’在方向R上开放并且可以具有与方向R向反的相同最大深度。反射表面5、5’因此可以具有离物侧侧面3的相同间距。特别地，开口8、8’可以在光轴2横向上彼此对齐，使得其投影在光轴2横向上完全重叠。

反射表面5与光轴2之间的角度6的幅值基本上与反射表面5到光轴2的角度6’相应。然而，反射表面5’优选地在与反射表面5不同的方向上并且特别地在光轴2的相反方向上相对于光轴2倾斜。通过反射表面5耦合出去的部分光通量因此朝边缘区域14传播。通过另一个反射表面5’耦合出去的部分光通量13’朝另一个边缘区域14定向，该另一个边缘区域与边缘区域14相对地定位。部分光通量13’因此在另一去耦方向上A’从另一个反射表面5’延伸到另一个边缘区域14’，其中两个耦合方向A、A’可以在相反的方向上取向。

图2的透镜1优选地也是一种蜂巢式聚光透镜，使得部分光通量13、13’从入射光通量12去耦并不显著地减小有效光通量16的均质性。

图3在透视图中示意性地示出了依照本发明的透镜1的另一个示例性实施例。相同的附图标记用于功能上和/或结构上与前面的示例性实施例的元素相应的元素。为了简洁起见，下面将仅仅描述和前面的实施例的差异。

图3的透镜1被形成为具有若干物侧和像侧光折射表面17、18的蜂巢式聚光透镜。平行于光轴2布置的相对折射表面17、18形成蜂巢式聚光透镜的部分透镜。

与图2的示例性实施例形成对照的是，图3的示例性实施例的透镜1具有超过两个且特别地四个反射表面5a、5b、5c、5d。反射表面5a、5b、5c、5d中的每一个在该实例中布置在开口8a、8b、8c、8d的基部7a、7b、7c、7d。开口8a、8b、8c、8d中的每一个可以平行于光轴2延伸，并且可以背离透镜1的物侧侧面3开放。

这些反射表面中的两个(例如反射表面5a、5b)布置在光轴2与边缘区域14之间。从这两个反射表面5a、5b耦合出去的部分光通量13a、13b至少在要在边缘区域14上或者之后提供的测量设备15的区域中彼此重叠，使得两个部分光通量13a、13b的强度变化可以通过使用单个测量设备15确定。

可选地提供的另外两个反射表面5c、5d被示为布置在光轴2与另一个边缘区域14’之间。这些反射表面5c、5d被调整为使得耦合出去的部分光通量13’a、13’b在要在附加边缘区域14’上或者之后提供的附加测量设备15’的区域中重叠。

如果测量设备15、15’邻接边缘区域14、14’，那么部分光通量13a、13b或者13’a、13’b可以在边缘区域14、14’的区域中重叠。特别地，所述部分光通量可以完全重叠以便确保各测量设备15、15’接收相等比例的部分光通量13a、13b或者13’a、13’b。

作为图3实施例的替代方案，反射表面5a、5b、5c、5d可以被调整为使得部分光通量13a、13b、13’a、13’b不重叠，并且例如部分光通量13a、13b、13’a、13’b中的每一个被定向到透镜1的相应边缘区域。

Claims (10)

1.具有至少一个物侧和至少一个像侧折射表面(17，18)的透镜(1)，特征在于，透镜(1)包括与透镜(1)的光轴(2)倾斜取向的反射表面(5)，其中反射表面(5)布置在物侧与像侧表面(17，18)之间。

2.依照权利要求1的透镜(1)，特征在于，反射表面(5)被配置成朝透镜(1)的边缘区域(14)部分地反射入射到透镜(1)的物侧的光通量(12)。

3.依照权利要求1或2的透镜(1)，特征在于，反射表面(5)为平面。

4.依照权利要求1-3之一的透镜(1)，特征在于，反射表面(5)由透镜(1)表面形成。

5.依照权利要求1-4之一的透镜(1)，特征在于，反射表面(5)与透镜(1)的光轴(2)之间的角度(6)大于用于在物侧平行于光轴(2)进入透镜(1)的光的全反射的临界角。

6.依照权利要求1-5之一的透镜(1)，特征在于，反射表面(5)布置在延伸到透镜(1)中的开口(8)的基部。

7.依照权利要求6的透镜(1)，特征在于，开口(8)背离物侧折射表面(17)开放。

8.依照权利要求1-7之一的透镜(1)，特征在于，透镜(1)包括布置在物侧与像侧折射表面(17，18)之间的多个反射表面(5’)。

9.依照权利要求8的透镜(1)，特征在于，反射表面(5，5’)在不同的方向上相对于透镜(1)的光轴(2)倾斜。

10.依照权利要求1-9之一的透镜(1)，特征在于，透镜(1)为具有多个物侧和多个像侧折射表面(17)、(18)的蜂巢式聚光透镜。