CN105737099A - 一种高效率偏光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效率偏光装置，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透镜、用于偏光或用于偏光及扩光的偏光透镜，用于调节出光方向及角度的调光透镜，整形透镜与偏光透镜一体成型，整形透镜具有一入射面及侧反射面，或者整形透镜为菲涅尔折反射透镜，偏光透镜具有使光线倾斜入射且偏转射出或偏转扩展射出的出射面。本发明将整形透镜和偏光透镜一体成型，减少光学交界面，调高了光利用率，整形透镜具有全反射的侧反射面使入射光线能够被全反射进入偏光透镜，避免大角度光线射出，进一步提高了光利用率；通过偏光透镜及调光透镜的至少二次偏光使偏光角度更大。该装置通过结构改进同时实现较大偏折角及较高的光线利用率，且降低了成本。

Description

一种高效率偏光装置

技术领域

本发明属于照明技术领域，特别涉及一种高效率偏光装置。

背景技术

在照明系统中，通常需要有偏光装置，传统的偏光装置大多采用简单的棱镜系统来对光线进行偏转，当偏转角度较大时，一般会采用多片棱镜进行组合来达到目的，这种偏光装置虽然能够满足偏折角度的要求，但是也存在效率偏低的缺陷，在偏折角较大的情况下，光线的利用率非常低，在成本方面也比较昂贵。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高效率偏光装置，在能够实现较大偏折角的同时具有较高的光线利用率。

本发明是这样实现的，一种高效率偏光装置，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透镜、用于偏光或用于偏光及扩光的偏光透镜，以及用于调节出光方向及角度的调光透镜，所述整形透镜与所述偏光透镜一体成型，所述整形透镜具有一入射面以及与所述入射面成钝角相交的满足全反射条件的侧反射面，或者所述整形透镜为与所述入射面和侧反射面对应的菲涅尔折反射透镜，所述偏光透镜具有供光线倾斜入射且偏转射出或偏转扩展射出的出射面。

本发明将整形透镜和偏光透镜一体成型，减少光线穿过折射界面的菲涅尔反射损耗，调高了光线的利用率，并且整形透镜具有全反射的侧反射面且与入射面成钝角，使入射光线能够被全反射进入偏光透镜，避免大角度光线射出装置，进一步提高了光利用率；进一步地，可以通过偏光透镜的一次偏光结合调光透镜的再次偏光，或者进一步结合整形透镜的偏光，使偏光角度更大；通过偏光透镜的一次扩光及调光透镜的再次扩光实现大偏转角度及大范围出光。因此，该装置通过结构改进同时实现较大偏折角及较高的光线利用率，也不需采用昂贵的部件，降低了成本。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的高效率偏光装置的立体结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的高效率偏光装置的俯视结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的高效率偏光装置的侧视结构示意图；

图4是图3视图的A-A向剖视图；

图5是本发明第一实施例提供的高效率偏光装置的光路图；

图6是本发明第二实施例提供的高效率偏光装置的光路图；

图7是本发明第三实施例提供的高效率偏光装置的立体结构示意图；

图8是本发明第三实施例提供的高效率偏光装置的俯视结构示意图；

图9是本发明第三实施例提供的高效率偏光装置的正视结构示意图；

图10是本发明第三实施例提供的高效率偏光装置的侧视结构示意图；

图11是图10视图的B-B向剖视图；

图12是本发明第四实施例提供的高效率偏光装置的整形透镜结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件。

请参阅附图1～12，本发明提供一种高效率偏光装置，其不仅能够实现大角度的偏转，而且具有较高的效率，即具有较高的光线利用率，较小的光损失。该装置主要包括三部分，用于收光或用于收光及偏光的整形透镜01、用于偏光或用于偏光及扩光的偏光透镜02，以及用于调节出光方向及角度的调光透镜03，其中，整形透镜01与偏光透镜02一体成型，二者之间无分界面，而调光透镜03和偏光透镜02之间可以一体成型，也可以分离设置。上述的整形透镜01具有一入射面011以及与入射面011成钝角相交的满足全反射条件的侧反射面012，偏光透镜02则具有使光线倾斜入射且偏转射出或偏转扩展射出的出射面021。在该装置中，整形透镜01可以是仅具有收光功能，还可以在收光的同时进行初步的偏光。偏光透镜02可以仅具有光线偏转功能，还可以在偏光的同时进行初步的扩光，该扩光是指扩大光的发散角度。调光透镜03则可以使光线沿着原偏转方向进一步偏转，并将光线扩展成所需的角度，也可以使光线沿着其他方向(例如与原偏转方向相反的方向)偏转，并将光线扩展成所需的角度；或者将光线向多个不同方向偏转并进行扩展。

在本发明实施例中，整形透镜01优选为准直透镜，将光源发出的光变为平行光，可以理解，该平行光指发散角为零或者略大于零的光束，其传播方向可以近似与原光束的轴向平行；或者为准直偏光透镜，将光源发出的光变为平行光并改变传输方向，使平行光的方向相对原光束的轴向倾斜，进而实现初步的偏转。

以下提供几种具体的实施例：

实施例一：

如图1～5所示，该高效率偏光装置配置两个光源，具有两个结构相同的整形透镜01，当然也可以配置一个光源，设置一个整形透镜01，整形透镜01较明显的突出于偏光透镜02，但二者为一体，该整形透镜01的入射面011为平面，侧反射面012为环状弧面，在其他实施例中的入射面011也可以是凹面。光源位于入射面011的入光侧，光源发出的光正入射入射面011，也即光源的光轴(光源的出射光的中心轴)与入射面011垂直。该整形透镜01为准直透镜，入射光进入整形透镜01，部分大角度光线被侧反射面012全反射，与未经全反射的光一起被收拢后进入偏光透镜02，在本实施例中，该被收拢的光可以近似为沿着原光束轴向传输的平行光。偏光透镜02与整形透镜01一体，其出射面021为能够使光线偏折的自由曲面，该出射面021与光源的光轴不垂直，因此该平行光相对于出射面021倾斜入射，并偏转射出。

该调光透镜03整体呈楔形，其入光面031为自由曲面，出光面032为平面，或者入光面031为平面，出光面032为自由曲面，或者入光面031和出光面032均为自由曲面，这样设计的目的在于实现光的进一步偏转及扩展，本实施例中的偏转光线经过调光透镜03后沿着原偏转方向二次偏转，并且扩大出射角度。

在其他实施例中，调光透镜03也可以将光束向其他方向偏转并进行扩展。进一步地，调光透镜03的入光面031或者出光面032也可以加工成多个平面成角度连接的复合面型，使光线分别向不同的方向偏转进而使出射光的方向更加多样化。

在其他实施例中，还可以将偏光透镜02的出射面021加工成扩光结构，例如能够发散光线的其他曲面。使偏光透镜02在实现偏光的同时还能够进行初步的扩展，这样，光线最终经过调光透镜03后则发生两次扩展，进一步增大照明范围。

实施例二：

如图6，本实施例提供的高效率偏光装置与实施例一的结构类似，区别在于，整形透镜01可以对入射光进行收光及偏转，其侧反射面012具有特殊结构使得入射光收拢后偏离原来的光轴传输，侧反射面012优选是个非旋转体，其不是一个轴对称的反射面，可以是左半部分和右半部分不对称的结构。光束经过入射面011的折射以及侧反射面012的全反射后被收拢并且改变原传输方向，形成倾斜传输的平行光，这样的整形透镜01具有收光及初步偏转的功能。该偏转光束经过偏光透镜02的出射面021进行再次偏转，并进入调光透镜03，经过调光透镜03进一步沿着原偏转方向偏转，在其他实施例中，也可以向其他方向如与原反向相反的方向偏转，并且在偏转的同时实现扩展。

本实施例的整形透镜01兼具收拢以及偏光功能，经过整形透镜01、偏光透镜02及调光透镜03的调节后可实现两次偏光以及一次扩光。在其他实施例中，还可以对偏光透镜02进行结构调整以使其能够扩展光线，则可实现两次偏光及两次扩展，在实现高效率的同时实现较大偏光角度以及较宽的照明范围。

实施例三：

如图7～11，本发明实施例提供的高效率偏光装置同样包含整形透镜01、偏光透镜02以及调光透镜03，其中整形透镜01和偏光透镜02一体成型，且整形透镜01未明显突出于偏光透镜02，二者在外型上融为一体，整形透镜01的侧反射面012同时也作为偏光透镜02的侧面。另外与实施例一、二不同的是，整形透镜01的入射面011并非平面，在其入光侧开设有凹槽，凹槽具有一圆柱形侧面0111和一凸形底面0112，圆柱形侧面0111和凸形底面0112构成整形透镜01的入射面011，并且，该凸形底面0112的轴线与圆柱形侧面0111的轴线不平行，二者可成0～45°夹角，即凸形底面0112略有倾斜，光源的光轴与圆柱形侧面0111平行，进而斜入射该凸形底面0112。该凸形底面0112可以是球面形，也可以是非球面形。同时，整形透镜01的侧反射面012是一种非轴对称的环形弧面，即它不是一种标准的旋转面，而是左右不对称的面型。该倾斜的凸形底面0112使经其入射的光线收拢并偏转，通过该圆柱形侧面0111入射的光线可以经过不对称的侧反射面012进行全反射，实现光线的收拢并发生偏转，全部的偏转光线经过偏光透镜02的出射面021后再次偏转，并最终经过调光透镜03改变输出方向和角度。调光透镜03可以采用上述实施例中所述的调光透镜03的结构。

本实施例的高效率偏光装置将整形透镜01和偏光透镜02在外形和功能上完全整合为一体，且整形透镜01兼具收光和偏光功能，不仅实现较大偏光角度和大范围出光，而且结构紧凑，体积小。

实施例四：

本发明实施例提供的高效率偏光装置与实施例三所述的结构类似，区别在于整形透镜01采用菲涅尔折反射透镜01a，如图12所示，该菲涅尔折反射透镜是与实施例三中的整形透镜01功能相似的透镜，其具有上述整形透镜01的入射面和侧反射面所对应的结构和功能，例如其入射面是多个环带013由内向外无间隙对接形成的，而不同环带013所对应的透镜厚度也不尽相同，光线在该透镜中可以进行折射和反射，具体是在不同环带013处发生折反射，它是上述整形透镜01的薄型化变形，其同样对入射光进行收光和偏转，其在结构上较实施例三的整形透镜01厚度更薄，适用于高度受限的偏光装置，有利于整个装置的小型化。

在上述各实施例中，均可以将调光透镜03和整形透镜01及偏光透镜02一体成型，三者采用相同材料一次成型，具体地，调光透镜03的一端和偏光透镜02的一端一体连接，其他部分则间隙设置，即未连接的部分之间为空气层，偏光透镜02输出的光线则通过该空气层进入调光透镜03。在其他实施例中，调光透镜03和偏光透镜02之间也可以紧密接触，即偏光透镜02的表面和调光透镜03的表面相贴合。

综上所述，本发明实施例的高效率偏光装置将整形透镜01和偏光透镜02一体成型，或者将调光透镜03与整形透镜01和偏光透镜02一体成型，光学交界面较少，光能损失小，光学效率高；整形透镜01侧反射面012或者菲涅尔折反射透镜可限制大角度光线射出，进一步提高光学效率；结构紧凑，便于小型化。进一步地，可以对整形透镜01的入射面011、侧反射面012进行结构调整，使整形透镜01在收光的同时进行偏光，还可以对偏光透镜02的出射面021进行结构调整，使之在偏光的同时实现扩展，调光透镜03在扩展光线的同时可以向一个方向或者多个方向进一步偏光，进而增大偏光角度和照明范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效率偏光装置，其特征在于，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透镜、用于偏光或用于偏光及扩光的偏光透镜，以及用于调节出光方向及角度的调光透镜，所述整形透镜与所述偏光透镜一体成型，所述整形透镜具有一入射面以及与所述入射面成钝角相交的满足全反射条件的侧反射面，或者所述整形透镜为与所述入射面和侧反射面功能相应的菲涅尔折反射透镜，所述偏光透镜具有供光线倾斜入射且偏转射出或偏转扩展射出的出射面。

2.如权利要求1所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述整形透镜为准直透镜或者为准直偏光透镜。

3.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述整形透镜的入射面为平面或者为凹面，侧反射面为环形弧面。

4.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述整形透镜的入光侧开设有凹槽，所述凹槽具有一圆柱形侧面和一凸形底面，所述圆柱形侧面和所述凸形底面构成所述整形透镜的入射面，所述凸形底面的轴线与所述圆柱形侧面的轴线不平行。

5.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述偏光透镜的出射面为能够使光线偏折射出的自由曲面。

6.如权利要求5所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述出射面为可将光线进行扩展的自由曲面。

7.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述调光透镜的入光面和出光面至少之一为自由曲面，且所述调光透镜的整体呈楔形。

8.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述调光透镜为可将光线沿原方向或者其他方向进一步偏转并扩展的透镜。

9.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述整形透镜的侧反射面凸出于所述偏光透镜，或者所述整形透镜和偏光透镜共用一侧反射面。

10.如权利要求1或2所述的高效率偏光装置，其特征在于，所述整形透镜、偏光透镜和调光透镜一体成型，所述调光透镜和所述偏光透镜的端部连接为一体，其他部分间隙设置。