CN104913268A - 具有光均化器的光组件 - Google Patents

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CN104913268A CN201510055768.3A CN201510055768A CN104913268A CN 104913268 A CN104913268 A CN 104913268A CN 201510055768 A CN201510055768 A CN 201510055768A CN 104913268 A CN104913268 A CN 104913268A
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Abstract

本发明提供一种具有光均化器的光组件。一种光组件被配置成在目标上提供均匀光图案，并且可以包括：壳体；光源，所述光源保持在所述壳体内，其中所述光源被配置成生成一生成光束；以及光均化器，所述光均化器保持在所述壳体内并在所述光源下游布置在光路内。所述光均化器包括具有输入端和输出端的主体，并且被配置成在所述输入端接收所述生成光。所述光均化器被配置成均化所述生成光并且在所述输出端输出均化光。聚焦透镜可以以可移动的方式保持在所述壳体内并在所述光均化器下游布置在所述光路中。所述聚焦透镜被配置成将所述均化光聚焦在所述目标上。

Description

具有光均化器的光组件
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及诸如探照灯、手电筒以及车辆前灯等的光组件，更具体地，涉及包括光均化器的光组件。
背景技术
大功率探照灯用在各种环境中以将光能聚焦在具体目标上。通常的探照灯包括弧光灯，所述弧光灯输出经锥面反射镜反射的光。然而，通常的探照灯通常提供在目标上具有不均匀强度分布图的光。例如，当将光聚焦在具体目标上时，小的圆环形黑斑出现在目标上。当调整所述探照灯以提供更宽光束时，黑斑通常变得更大。因此，通常的探照灯可能不能够满意地照亮目标区域的整个表面。
一种已知的探照灯使用生成光中的一少部分来投射相对均匀的光束。另一种已知的探照灯包括空间过滤器，所述空间过滤器用来过滤所述生成光中的一部分以在目标平面上提供改善的光分布图。然而，由于使用生成光中的仅一部分和/或对光进行了过滤，所以浪费了总生成光中的一部分。此外，这些已知的探照灯通常包括数量增加的光学器件，由此增加了制造过程的时间和成本，并且通常没有完全消除光分布图中的黑斑。
发明内容
本公开内容的一些实施方式提供一种诸如探照灯的光组件，所述光组件被配置成在目标上提供均匀光图案。所述光组件可以包括：壳体；光源，所述光源保持在所述壳体内，其中所述光源被配置成生成一生成光束；以及光均化器，所述光均化器保持在所述壳体内并在所述光源下游布置在光路内。所述光均化器可以包括具有输入端和输出端的主体。所述光均化器被配置成在所述输入端接收所述生成光束，并且均化所述生成光束以及在所述输出端输出均化光。聚焦透镜可以以可移动的方式保持在所述壳体内并在所述光均化器下游布置在所述光路内。所述聚焦透镜被配置成将所述均化光聚焦在所述目标上。
在至少一个实施方式中，所述光均化器被形成为具有抛光表面的光学透明棒。所述光均化器可以通过全内反射形成所述均化光。所述光均化器可以由玻璃或透明塑料形成。
在至少一个实施方式中，所述光均化器包括围住端部敞开的光通道的一个或多个反射镜。所述反射镜包括朝向所述光均化器的纵向轴线的一个或多个内部反射表面。
所述光均化器可以为平行光均化器。在至少一个实施方式中，所述光均化器具有圆形的轴向截面。替代地，所述光均化器具有成形为三角形、正方形、五边形、六边形、七边形或八边形的轴向截面。
所述光源可以包括弧光灯。所述光源通过一个或多个锥面反射镜将所述生成光束引导进所述光均化器的所述输入端中。
本公开内容的一些实施方式提供一种在目标上提供均匀光图案的方法。所述方法可以包括：用保持在壳体内的光源生成光束；将所述光束引导进保持在所述壳体内的光均化器的输入端中；用所述光均化器均化所述光束；将均化光作为均化光束从所述光均化器的输出端输出；以及用以可移动的方式保持在所述壳体内的聚焦透镜将所述均化光束聚焦在所述目标上。
附图说明
图1示出根据本公开内容的一实施方式的光组件的示意图。
图2示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图3示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图4示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图5示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图6示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图7示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图8示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图9示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器的侧视立体图。
图10示出根据本公开内容的一实施方式的光组件的前视图。
图11示出根据本公开内容的一实施方式的光组件的侧视图。
图12示出根据本公开内容的一实施方式在目标上提供均匀一致的光的方法的流程图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，将更好地理解上面的发明内容部分以及下面对一些实施方式的具体描述。如文中使用的，以单数形式记载的并且前面有词语“一”或“一个”的一个元件或步骤应被理解为不排除复数个元件或步骤，除非明确表述了这种排除。另外，对“一个实施方式”的提及不意在解释为排除了同样包含所表述的特征的其他实施方式的存在。此外，除非有明确的相反表述，“包括”或“具有”一个或多个具有具体特性的元件的实施方式可以包括不具有该特性的额外元件。
图1示出根据本公开内容的一实施方式的光组件10的示意图。光组件10包括牢固地保持光源14的壳体12、反射器16、光均化器18、聚焦透镜20以及透明出口22。
光源14可以为弧光灯或包括弧光灯，所述弧光灯被配置成例如生成白光。反射器16可以为锥面或抛物面反射镜，所述反射镜被配置成将从弧光灯发出的光引导进光均化器18的输入端24中。另外，光组件10可以还包括风扇26，所述风扇被配置成将空气流循环通过光组件10以散去由光源14生成的热。壳体12可以还包括一个或多个通气孔，所述通气孔允许空气进出所述壳体。替代地，光组件10可以不包括风扇26。例如，代替风扇26，光组件10可以包括通气孔，所述通气孔被配置成允许空气穿过所述通气孔以冷却光组件10的内部部件。
替代地，光源14可以为除弧光灯之外的各种其他类型的光源。例如，所述光源可以为白炽灯泡、荧光灯泡、一个或多个发光二极管(LED)或其他光源。
光均化器18用来消除或以其他方式减少原本会出现在目标28(例如，待照亮的目标区域)上的可能黑斑。光均化器18从光源14接收由反射器16聚焦进输入端24中的光。光均化器18将光合拢或以其他方式反射到所述光均化器自身上，以使从光均化器18的输出端30出来的光是均匀一致的。因此，从输出端30出来的光可以不存在黑斑，诸如由已知的探照灯以及手电筒等等产生的圆环形黑斑。
如图所示，光均化器18可以布置在光源14和聚焦透镜20或其他这类聚焦光学元件之间的光路39内。光均化器18被配置成输出强度重新分配的均匀光束，所述均匀光束可以由聚焦透镜20准直。因此，可以在目标28上提供均匀的照明图案。
聚焦透镜20可以用来将光聚焦在具体目标上，诸如目标28。聚焦透镜20可以在壳体12内在箭头32的方向上移动，以调整输出光束34在目标28上的宽度。例如，如果聚焦透镜20朝光均化器18移动，输出光束34可以变宽。相反，如果聚焦透镜20远离光均化器18移动，输出光束34可以变窄。
在操作中，光源14生成一生成光束36，所述生成光束由反射器16以角度θ聚焦进光均化器18的输入端24中。光均化器18可以包括平行的反射表面38，所述反射表面确保光以相同的角度θ穿过出口端30。光作为均化光40从光均化器18出来，所述均化光可以然后通过聚焦透镜20聚焦在目标28上。
当生成光束36穿过所述光均化器时，所述生成光束被合拢或以其他方式反射在所述光均化器上，由此所述光均化器对光进行了均化。从光均化器18出来的均化光40呈现可以不存在黑斑的、一致均匀的强度分布图。
光均化器18可以由一块实心的光学透明材料形成，所述光学透明材料诸如为玻璃或透明塑料等。所述光学透明材料可以由一点都不吸收要从光组件10输出的光的材料形成。在此实施方式中，所述光学透明材料的外表面可以被抛光且无涂层。所述外表面可以通过各种已知方法被抛光，以消除、最小化或不同程度地减少隆起、凹陷、凸起或其他这类瑕疵。因此，当生成光束36进入光均化器18的输入端24时，光不能穿过反射表面38传播并且通过全内反射现象反射回到所述反射表面自身上。当光穿过光均化器18并照到反射表面38上时，光不能穿过反射表面38，这是因为反射表面38的外表面上的折射率比内表面上的要低。因此，光被完全反射在光均化器18内。
替代地，除了由一块实心的光学透明材料形成之外，光均化器18可以包括位于末端开口的光通道(诸如空隙或空间等)四周的多个反射器。所述光通道的两端都是开口的，以使光可以进入所述光通道、穿过所述光通道、以及从所述光通道出来。所述反射器可以包括相互面对的或面朝光均化器18的纵向轴线的反射表面。所述反射器可以相互平行，并且当光穿过光均化器18时将光反射回到所述反射器自身上。所述反射器可以连接在一起并且限定光穿过的光通道。
虽然图1中示出光组件10具有多个部件，但是应理解可以使用更多或更少的部件。例如，光组件10可以不包括聚焦透镜20、风扇26、或反射器16。代替地，壳体12可以包括将生成光聚焦进光均化器18的输入端24中的光源14，所述光均化器然后用来将均化光40从壳体12输出到目标28上。
聚焦透镜20可以用作准直仪。可选地，光组件10可以除了聚焦透镜20之外还包括准直仪，或者还包括准直仪来代替聚焦透镜20。所述准直仪被配置成例如产生平行光线束。
图2示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器50的侧视立体图。光均化器50为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器50可以由光学透明材料(诸如为玻璃或透明塑料等)形成，并且包括在输入端52和输出端54之间由平行反射表面构成的主体51。如图所示，光均化器50可以为具有圆形轴向截面的透明圆柱形管。主体51的外表面可以被抛光成光滑一致的抛光面，所述抛光面不存在隆起、划伤、凹陷、凸起、凹痕或其他这类瑕疵。因此，光均化器50可以被配置成通过全内反射将光均化。
主体51的抛光外表面被配置成当光束沿光均化器50的纵向轴线53传播时将光束连续反射回到所述抛光外表面自身上。例如，所述抛光外表面可以提供反射镜涂层。
图3示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器60的侧视立体图。光均化器60为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器60可以形成为具有圆柱形壁62的中空圆柱形管，所述圆柱形壁围住限定光通道64的内部空气空间、间隙或空穴。圆柱形壁62可以包括内部反射表面66，该内部反射表面可以包括一个或多个反射镜。圆柱形壁62可以包括内部反射表面66，所述内部反射表面可以包括从输入端68延伸到输出端70的多个平行反射镜。替代地，单个柔性反射镜可以卷绕成圆筒，如图所示。由一个或多个反射镜形成的反射表面66包裹在光通道64整个四周，以使光不能穿过贯穿圆柱形壁64形成的任何间隙。即，圆柱形壁64可以在内部反射表面66内不存在任何间隙。内部反射表面66被配置成将光反射回到所述内部反射表面自身上，以使光作为均化光从输出端70出来。
图4示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器80的侧视立体图。光均化器80为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器80可以由光学透明材料(诸如为玻璃或透明塑料等等)形成，并且包括在输入端82和输出端84之间的由平行反射表面构成的主体81。如图所示，光均化器80可以为具有正方形轴向截面的透明矩形棒。主体81的外表面可以被抛光成光滑一致的抛光面，所述抛光面不存在隆起、划伤、凹陷、凸起、凹痕或其他这类瑕疵。因此，光均化器80可以被配置成通过全内反射将光均化。
图5示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器90的侧视立体图。光均化器90为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器90可以形成为中空矩形构件，所述中空矩形构件具有通过侧壁96一体地连接至底壁94的顶壁92。如图所示，壁92、94以及96在交线97处相互连接，这些交线可以相互平行。壁92、94以及96可以从输入端98到输出端100相互平行。壁92、94以及96围绕限定光通道102的内部空气空间、间隙或空穴。每个壁92、94以及96都可以包括内部反射表面104，诸如反射镜。例如，每个壁92、94以及96的内部反射表面104都可以包括从输入端98延伸到输出端100的反射镜。由反射镜形成的反射表面104组合起来在光通道102整个四周延伸，以使光不能穿过贯穿壁92、94以及96形成的任何间隙。即，光均化器90可以在内部反射表面104内不存在任何间隙。内部反射表面104被配置成将光反射回到所述内部反射表面自身上，以使光作为均化光从输出端100出来。
图6示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器110的侧视立体图。光均化器110为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器110类似于图4中示出的光均化器80，只是光均化器110的轴向截面为三角形。
图7示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器120的侧视立体图。光均化器120为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器120类似于图5中示出的光均化器90，只是由光均化器120的壁122限定的形状的轴向截面为三角形。
图8示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器130的侧视立体图。光均化器130为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器130类似于图4中示出的光均化器80，只是光均化器130的轴向截面为六边形。可以使用各种其他多边形形状。例如，光均化器130可以形成为五边形、七边形、八边形等等的光学透明材料棒。
图9示出根据本公开内容的一实施方式的光均化器140的侧视立体图。光均化器140为图1中示出的光均化器18的一个实施例。光均化器140类似于图5中示出的光均化器90，只是由光均化器140的壁142限定的形状的轴向截面为六边形。可以使用各种其他多边形形状。例如，由光均化器140的壁142限定的形状的轴向截面可以为五边形、七边形、八边形等等。
参照图1至图9，光均化器可以为平行光均化器。例如，光均化器的反射表面可以相互平行并平行于光均化器的纵向轴线。替代地，光组件可以包括渐缩形光均化器。例如，可以使用圆锥形光均化器，所述圆锥形光均化器所具有的输入端的直径比输出端的直径大。
应理解，本申请中公开的光均化器可以包括任意数目的侧面。图2至图9仅提供光均化器的一些实施例。
图10示出根据本公开内容的一实施方式的光组件150的前视图。光组件150可以包括图1中示出的光组件10，并且可以包括被配置成供人抓握的手柄152。光组件150可以包括例如安装在杆154上的壳体12。壳体12可以被配置成围绕杆154的竖直轴线155旋转。另外，壳体12可以被配置成围绕水平轴线156旋转。如图所示，光组件150可以为探照灯。
图11示出根据本公开内容的一实施方式的光组件160的侧视图。光组件160可以包括连接至图1中示出的光组件10的可抓握手柄。所述光组件可以为手电筒。
图12示出根据本公开内容的一实施方式的在目标上提供均匀一致的光的方法的流程图。在步骤200处，用光源(诸如弧光灯)生成光。接下来，在步骤202处，将生成光聚焦在光均化器的输入端中。例如，生成光可以通过围住所述光源的锥面或抛物面反射器聚焦在所述输入端中。接下来，在步骤204处，所述光均化器诸如通过在光穿过所述光均化器时将光合拢或以其他方式反射回到所述光均化器自身上来均化所述生成光。例如，所述光均化器可以通过全内反射均化所述光。在已均化所述光之后，均化光作为均匀一致的光穿过所述光均化器的输出端朝目标输出，所述均匀一致的光可能不存在任何黑斑或暗区。
本公开内容的实施方式还可以与除了示出的光组件之外的各种类型的光组件一起使用。例如，本公开内容的实施方式可以与车辆前灯、航空器着陆灯、被配置成与建筑的房间一起使用的室内照明装置等等一起使用。
本公开内容的实施方式提供一种光组件，所述光组件包括光均化器，所述光均化器输出具有均匀强度分布图且可能不存在黑斑的光。本公开内容的实施方式消除、最小化或不同程度减少由光组件发射的光内的黑斑。因此，本公开内容的实施方式能够均匀地照亮目标区域。
本公开内容的实施方式提供一种在光学系统内的光均化器。所述光均化器提供可以输出至目标平面的均匀光束分布图。
本公开内容的一些实施方式提供一种用于增强探照灯的照明的方法，所述方法可包括在所述探照灯中在光源和聚焦光学元件之间的光路中包含光均化器。所述方法可以还包括输出强度重新分配的均匀光束，所述光束可以由聚焦光学元件进行准直。因此，可以在目标上提供均匀照明图案。
本公开内容的一些实施方式提供一种光均化器，所述光均化器可以包括具有相互平行的交线的三个或更多个反射镜。本公开内容的一些实施方式提供一种光均化器，所述光均化器包括抛光外表面，所述抛光外表面被配置成在光束沿所述光均化器的纵向轴线传播时将所述光束连续地反射回到所述抛光外表面自身上。所述抛光外表面可以提供反射镜涂层。
虽然各种空间和方向术语(诸如顶、底、下、中、侧、水平、竖直、前等等)可以用来描述本公开内容的实施方式，但是应理解这些术语仅相对于图中示出的方位来使用。方位可以倒转、旋转或以其他方式变化，以使上部成为下部以及下部成为上部，水平变成竖直等等。
应理解，上述描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述的实施方式(和/或所述实施方式的多个方面)可以相互结合使用。另外，可以进行许多改进以使具体情况或材料适应本公开内容的各个实施方式的教导，而不偏离本公开内容的范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开内容的各个实施方式的参数，但是所述实施方式绝不是限制性的，而是示例性实施方式。在阅读上述描述时，本领域技术人员会明了许多其他实施方式。因此，本公开内容的各个实施方式的范围应参照所附的权利要求以及连同这些权利要求具有的等同方案的整个范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”(including)以及“其中”(in which)用作各个术语“包括”(comprising)以及“其中”(wherein)的通俗英文的同义词。此外，术语“第一”、“第二”以及“第三”等等仅用作标号，不旨在对它们的对象强加数量限制。另外，以下权利要求的特征没有以装置加功能的形式撰写并且不旨在基于美国法典第35篇第112(f)条进行解释，除非这类权利要求特征在词语“…的装置”前面明确使用了功能性表述，而不存在进一步的结构。
该书面描述使用实施例来公开了本公开内容的各个实施方式(包括最佳实施方式)并且还使得本领域技术人员能够实施本公开内容的各个实施方式，所述实施包括制造和使用装置或系统以及执行任何所包含的方法。本公开内容的各个实施方式的可专利范围由权利要求限定，并可以包括本领域技术人员容易想到的其他实施例。这类其他实施例意在位于权利要求的范围内，如果这些实施例具有与权利要求的文字语言相同的结构元件，或者如果这些实施例包括与权利要求的文字语言不具有实质区别的等同结构元件。

Claims (15)

1.一种光组件，所述光组件被配置成在目标上提供均匀光图案，所述光组件包括：
壳体；
光源，所述光源保持在所述壳体内，其中所述光源被配置成生成一生成光束；
光均化器，所述光均化器保持在所述壳体内并在所述光源下游布置在光路内，其中所述光均化器包括具有输入端和输出端的主体，其中所述光均化器被配置成在所述输入端接收所述生成光束，并且其中所述光均化器被配置成均化所述生成光束并且在所述输出端输出均化光；以及
聚焦透镜，所述聚焦透镜以可移动的方式保持在所述壳体内并在所述光均化器下游布置在所述光路内，其中所述聚焦透镜被配置成将所述均化光聚焦在所述目标上。
2.根据权利要求1所述的光组件，其中，所述光均化器被形成为具有抛光表面的光学透明棒，所述光学透明棒包括围住端部敞开的光通道的一个或多个反射镜，其中所述光均化器通过全内反射形成所述均化光。
3.根据权利要求2所述的光组件，其中所述一个或多个反射镜包括朝向所述光均化器的纵向轴线的一个或多个内部反射表面。
4.根据权利要求1所述的光组件，其中所述光均化器为平行光均化器。
5.根据权利要求1所述的光组件，其中所述光均化器具有圆形的轴向截面。
6.根据权利要求1所述的光组件，其中所述光均化器具有成形为三角形、正方形、五边形、六边形、七边形或八边形的轴向截面。
7.根据权利要求1所述的光组件，其中所述光源包括弧光灯，以及其中所述光源通过一个或多个锥面反射镜将所述生成光束引导进所述光均化器的所述输入端中。
8.一种在目标上提供均匀光图案的方法，所述方法包括：
用保持在壳体内的光源生成光束；
将所述光束引导进保持在所述壳体内的光均化器的输入端中；
用所述光均化器均化所述光束；
将均化光作为均化光束从所述光均化器的输出端输出；以及
用以可移动的方式保持在所述壳体内的聚焦透镜将所述均化光束聚焦在所述目标上。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
将所述光均化器形成为光学透明棒；并且
抛光所述光学透明棒的外表面；
其中所述用所述光均化器均化所述光束的操作包括通过全内反射形成所述均化光。
10.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括用围住端部敞开的光通道的一个或多个反射镜形成所述光均化器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个反射镜包括朝向所述光均化器的纵向轴线的一个或多个内部反射表面。
12.根据权利要求8述的方法，所述方法还包括将所述光均化器形成为平行光均化器。
13.根据权利要求8述的方法，所述方法还包括将所述光均化器形成为具有圆形的轴向截面。
14.根据权利要求8述的方法，所述方法还包括将所述光均化器形成为具有成形为三角形、正方形、五边形、六边形、七边形或八边形的轴向截面。
15.根据权利要求8述的方法，其中所述用保持在壳体内的光源生成光束的操作包括将所述生成光束通过一个或多个锥面反射镜引导进所述光均化器的所述输入端中。
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