CN108302334B - 一种定向汇聚的光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向汇聚的光学系统，包括第一光学部和第二光学部，其中，所述第一光学部包括透镜主体，余光收集部和导光部；所述第二光学部包括出光部、安装部和导光侧壁；所述第二光学部通过所述安装部安装在所述第一光学部的导光部上；所述透镜主体为凸透镜，所述余光收集部设置在所述透镜主体的四周边沿处，余光收集部包括依次内外设置的第二入光面和全反射面；出光部表面均匀排列有多个出光单元。本发明通过余光收集部将LED光源边缘的余光进行收集并发生全反射通过透镜主体和导光部的第二出光面射出，有效地阻挡余光，散光，减少眩光；所述出光部设置有设有俯视面为矩形的出光单元，可以有效将LED光源配光成矩形光斑。

Description

一种定向汇聚的光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学领域，特别是一种定向汇聚的光学系统。

背景技术

随着科技的发展，LED的普及，越来越多的场合需要使用到LED灯，现有的LED灯技术已经越来越先进，基本可以满足消费者的各种需求，但是在某些特定场合，需要利用光学系统对LED光源做二次配光或者需要LED光可以照到某一个形状的特定区域内并且不会产生光晕和眩光，基于以上需求，对于目前的LED光学系统还需要进行进一步地改进。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术的不足，设计一种定向汇聚的光学系统。

为实现本发明目的所采用的技术方案为：一种定向汇聚的光学系统，包括第一光学部和第二光学部，其中，所述第一光学部包括透镜主体，余光收集部和导光部；所述第二光学部包括出光部、安装部和导光侧壁；

所述第一光学部的透镜主体为凸透镜，所述余光收集部设置在所述透镜主体下表面的四周边沿处，余光收集部包括依次内外设置的第二入光面和全反射面；导光部设于余光收集部的上侧；

所述第二光学部的导光侧壁设于出光部的周侧，导光侧壁的下端形成为所述安装部；出光部表面均匀排列有多个出光单元；所述出光单元具有弧形表面，且出光单元俯视方向为大小一致的矩形；

所述第二光学部通过所述安装部安装在所述第一光学部的导光部上。

优选地，所述透镜主体的下表面为第一入光面，上表面为第一出光面，所述第一出光面的凸起弧度大于第一入光面的凸起弧度。

具体地，所述第二入光面设置在所述第一入光面的四周边缘。

优选地，所述导光部环绕在所述第一出光面边缘，所述导光部与所述第一出光面之间具有缓冲出光平面，所述导光部与所述余光收集部成一体连接，其上表面为第二出光面。

具体地，所述安装部的下表面为第三入光面，用于接收导光部的出射光。

优选地，所述出光部的下表面为第四入光面，上表面为第四出光面，所述第四入光面和/或第四出光面上设置所述出光单元。

具体地，所述出光单元的规格为长1.5±0.05mm，宽0.4±0.05mm。

优选地，所述出光单元弧形表面的形状，与通过矩形框截取球面或椭球面所获得的曲面形状一致。

优选地，包括出光光源，所述出光光源安装位置低于所述余光收集部的底部。

有益效果：本发明的光学系统通过余光收集部将LED光源边缘的余光进行收集并发生全反射通过透镜主体和导光部的第二出光面射出，有效地收集、利用、阻挡余光、散光，提供光照效果、减少眩光；所述出光部设置有设有俯视面为矩形，上表面为凸起的均匀、紧密、矩阵排列的出光单元，可以有效将LED光源配光成矩形光斑。

附图说明

图1为第一光学部的立体示意图

图2为第一光学部的剖视图

图3为第一光学部的侧视图

图4为第一光学部的俯视图

图5为第一光学部的底面视图

图6为第二光学部的立体视图

图7为第二光学部的剖视图

图8为第二光学部的侧视图

图9为第二光学部的俯视图

图10为第二光学部的仰视图

图11为本发明光学系统的剖视图

图12为本发明光学系统的侧视图

图13为图6中R部的放大图

图14为第一光学部的配光曲线图

图15为第一光学部的角度参数视图

图16为本发明光学系统的配光效果图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

具体参考附图1-13，数字标号分别代表：透镜主体-1，第一入光面11，第一出光面12，余光收集部-2，第二入光面-21，全反射面-22，导光部-3，导光侧面-31，第二出光面-32，安装部-4，第三入光面41，导光侧壁-5，出光部-6，出光单元-60，第四入光面-61，第四出光面-62。

一种定向汇聚的光学系统，包括第一光学部和第二光学部，其中，所述第一光学部包括透镜主体1，余光收集部2和导光部3；所述第二光学部包括出光部6、安装部4和导光侧壁5；所述第一光学部和第二光学部均为一体成型；所述第二光学部通过所述安装部4安装在所述第一光学部的导光部3上，具体地，所述安装部4下端面的第三入光面41抵在导光部3上端的第二出光面32上，外周直径匹配一致；所述透镜主体1为凸透镜，所述余光收集部2设置在所述透镜主体1的四周边沿处，所述包余光收集部2包括依次内外设置的第二入光面21和全反射面22，所述第二入光面21相对所述透镜主体1为垂直面，所述全反射面22相对所述透镜主体1为斜面；所述出光部6上设有均匀、紧密、矩阵排列的出光单元60；发光源发出的发散光线一部分通过所述透镜主体1后成平行光线从所述出光部6射出，另一部分从所述入光面21射入到所述全反射面22进行全反射最后以平行光线透过所述透镜主体1从所述出光部6射出。

所述透镜主体1的下表面为第一入光面11，上表面为第一出光面12，所述第一出光面12的凸起弧度大于第一入光面11的凸起弧度。而所述余光收集部2的第二入光面21设置在所述第一入光面11的四周边缘。所述导光部3为环绕在所述第一出光面12边缘的导光侧面31，所述导光侧面31与所述第一出光面12之间具有缓冲出光平面，所述导光部3下部与所述余光收集部2成一体连接，其上表面为第二出光面32。

在所述第二光学部成罩形，其中所述安装部4的下表面为第三入光面41，用于接收导光部的出射光。所述出光部6设置在所述安装部4的上端，所述出光部6的下表面为第四入光面61，上表面为第四出光面62。所述导光侧壁5具有导光作用。所述第四入光面61和/或第四出光面62上设有均匀、紧密，矩阵排列的出光单元60，具体地，所述出光单元俯视方向为大小一致的矩形，所述出光单元60具有弧形表面，所述出光单元60弧形表面的形状，与通过矩形框截取球面或椭球面所获得的曲面形状一致,其形成方式可以是利用矩形框截取球面或椭球面所得。

第二入光面21环绕第一入光面11，余光从第二入光面21入射，经全反射面22反射从透镜的上方出射。余光从收集部2收集后，部分从出光面32向上出射，部分从缓冲的间隙出射。

本发明的光学系统，LED光源的光主要从透镜主体1经所述出光部6出射，余光从收集部2收集后，部分从经第二出光面31、第三入光面41、导光侧壁5导光出射至出光部6的出光面第四出光面62。

如图14和15所示，优选地，所述矩形出光单元60，长1.5mm±0.05，宽0.4mm±0.05，这个数值特别适合某些特定领域的应用。以下以该发明应用于牙医灯领域进行说明：

应用于牙医灯领域时，其中所述第一光学部透镜为准直透镜，第二光学部透镜为复眼透镜。经准直透镜的准直光线通过复眼透镜形成牙医灯所需要的长方形光斑，复眼透镜放置于准直透镜上端1-10mm范围内。复眼是半径R＝10的球体用1.5*0.4的矩形所截的曲面。

光源中心部分的光线经所述透镜主体1折射后形成准直光线。所述余光收集部2采用TIR透镜，其将光源较边缘部分的光线经该透镜折射形成准直光线，所述透镜主体1最底端距离光源出光面7.18mm，光源出光角0～50.19度区域的光线由透镜主体1完成准直，光源出光50.9～60度区域的光线由余光收集部2部分完成准直，光源60度以外光线一般存在较为严重的色散且所占光通比一般很小，这里不再利用，如图中所示，第二光学部的复杂曲面中心位于光源出光面25mm处，其厚度为1.5mm。

还包括出光光源(图中未画出)，所述出光光源安装的位置在余光收集部2的底部以下，其目的在于过滤LED大角度出射的光线使其进步不了光学系统。这部分光线大多由于荧光粉散射机制的原因，色温空间分布偏黄，这种设计有助于降低光斑的边缘黄圈。

如图16所示，接收屏第二光学部表面730mm处的照度图，形成一个宽度不大于70mm的矩形光斑。

本发明的余光利用，解决了汇聚光斑周边光线较弱的缺点。且完全利用了余光、散光，解决了眩光、光照不足等问题。其中矩阵排列的出光单元60，规则排列于圆形的出光面上，最终却形成的矩形的光斑，且光斑边界清晰。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种定向汇聚的光学系统，其特征在于：包括第一光学部和第二光学部，其中，所述第一光学部包括透镜主体，余光收集部和导光部；所述第二光学部包括出光部、安装部和导光侧壁；

所述第一光学部的透镜主体为凸透镜，所述余光收集部设置在所述透镜主体下表面的四周边沿处，余光收集部包括依次内外设置的第二入光面和全反射面；导光部设于余光收集部的上侧；

所述第二光学部的导光侧壁设于出光部的周侧，导光侧壁的下端形成为所述安装部；出光部表面均匀排列有多个出光单元；所述出光单元具有弧形表面，且出光单元俯视方向为大小一致的矩形；

所述第二光学部通过所述安装部安装在所述第一光学部的导光部上。

2.如权利要求1所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述透镜主体的下表面为第一入光面，上表面为第一出光面，所述第一出光面的凸起弧度大于第一入光面的凸起弧度。

3.如权利要求2所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述第二入光面设置在所述第一入光面的四周边缘。

4.如权利要求2所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述导光部环绕在所述第一出光面边缘，导光部与所述第一出光面之间具有缓冲出光平面；所述导光部与所述余光收集部成一体连接，其上表面为第二出光面。

5.如权利要求1或4所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述安装部的下表面为第三入光面，用于接收导光部的出射光。

6.如权利要求1所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述出光部的下表面为第四入光面，上表面为第四出光面，所述第四入光面和/或第四出光面上设置所述出光单元。

7.如权利要求1所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述出光单元的规格为长1.5±0.05mm，宽0.4±0.05mm。

8.如权利要求1所述的一种定向汇聚的光学系统，其特征在于，所述出光单元弧形表面的形状，与通过矩形框截取球面或椭球面所获得的曲面形状一致。

9.如权利要求1所述的定向汇聚的光学系统，其特征在于，包括出光光源，所述出光光源安装位置低于所述余光收集部的底部。