CN109556083A - 一种超小角度透镜配光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超小角度透镜配光系统，所述超小角度透镜配光系统包括位于光源出射端并对所述光源汇聚成像的第一透镜单元及位于所述成像的出射端并使所述成像投射的光束准直射出的第二透镜单元，经所述第一透镜单元形成的像的尺寸小于所述光源的尺。本发明具有光通量大，光利用率高，结构简单，成本低的特点。

Description

一种超小角度透镜配光系统
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种超小角度透镜配光系统。
背景技术
在探照灯、手电筒、聚光灯等照明领域，为了实现对光束的调节，一般会在光源出射端放置透镜，以对光线进行配光调节。
但传统的全内反射TIR透镜以及简单的单透镜均难以实现超小角度配光，最终光源形成的出射角均比较大，中心光强小，难以满足探照灯、聚光灯等对光照效果的要求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种利用透镜组成像原理，能使出射光线的出射角准直射出且结构简单的超小角度透镜配光系统。
为了实现上述目的，本发明保护的技术方案为，一种超小角度透镜配光系统，其特征在于：所述超小角度透镜配光系统包括，
位于光源出射端并对所述光源汇聚成像的第一透镜单元，经所述第一透镜单元形成的像的尺寸小于所述光源的尺寸；
位于所述成像的出射端并使所述成像投射的光束准直射出的第二透镜单元。
优选的，所述成像形成在所述第一透镜单元远离所述光源的焦点上。
优选的，所述光源位于所述第一透镜单元靠近所述光源的焦点上。
优选的，所述第一透镜单元包括第一透镜组和位于所述第一透镜组出射端的第二透镜组；
所述光源的光束先经所述第一透镜组一次汇聚，再经第二透镜组二次汇聚成像。
优选的，所述光源的光束经所述第一透镜组一次汇聚后出射角准直。
优选的，所述第一透镜组包括沿所述第二透镜单元方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述第二透镜单元方向。
优选的，所述多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元方向尺寸逐渐变大。
优选的，所述第二透镜组包括沿所述第二透镜单元方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向。
优选的，所述多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元方向尺寸逐渐变小。
优选的，所述第二透镜组包括沿所述第二透镜单元方向依次排列且轴心位于同一直线上的双凸透镜和平凸透镜；
所述双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于朝向第二透镜单元方向的凸面的最大曲率半径，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向。
优选的，所述双凸透镜与平凸透镜之间存在，尺寸沿着所述第二透镜单元方向尺寸逐渐变小。
优选的，所述第二透镜单元包括双凸透镜，所述双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于远离光源方向的凸面的最大曲率半径。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用多个透镜组合的方式，并巧妙利用透镜组成像原理，使光源先被汇聚准直射出，再被聚焦成像成尺寸小于原光源的像，使得成像足够清晰明亮，再将该成像经透镜准直射出，既利用了透镜与透镜间的配合，对光线出射角进行了按需调节，同时设计简单，结构合理。
附图说明
图1为本申请一种超小角度透镜配光系统结构示意图。
图2为本申请一种超小角度透镜配光系统的光路效果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
用于介绍性的解释，图1-2示出了本申请一种超小角度透镜配光系统的一种实施例。该超小角度透镜配光系统包括位于光源出射端并对所述光源汇聚成像的第一透镜单元1以及位于所述成像的出射端并使所述成像投射的光束准直射出的第二透镜单元2，所述成像的尺寸小于所述光源的尺寸。
光源可以各种各样，如可以是单个LED灯，也可以是多个LED灯聚集成型，显然，单个LED灯的尺寸小于多个LED灯聚集成型的尺寸。利用光学成像原理，将光源先通过第一透镜单元1成像为尺寸小于光源的像体，这样能首先实现对光源光线进行汇聚，提高光源的光利用率，然后再通过第二透镜单元2对所成的像的光束进行角度调节使出射角准直时，相较于以往采用传统全内反射透镜或单一简单透镜直接对光源光线角度进行配光调节而言，能充分利用所成的像的光束简洁干净，亮度明亮的特点，以进一步保障光通量，提高有效光照效率。
为了充分实现对光源的利用率，在本实施例中，所述成像形成在所述第一透镜单元1远离所述光源的焦点上。众所周知，透镜焦点处的光照强度最强，此处光线利用率最高，对成型于焦点处的成像进行配光调节时，则能充分保障最终准直的光通量。更一步的，所述光源也位于所述第一透镜单元1靠近所述光源的焦点上，具体如图2所示。
所述第一透镜单元1包括第一透镜组11和位于所述第一透镜组11出射端的第二透镜组12，该光源的光束先经第一透镜组11一次汇聚后，再经第二透镜组12二次汇聚成像，具体参照方向请见图2由左至右。
具体而言，所述第一透镜组11包括沿所述第二透镜单元2方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述第二透镜单元2方向。平凸透镜具体有几个，这根据实际需要确定，但不论个数如何，均须配合第二透镜组12使得成像尺寸小于光源尺寸。作为一种可能，光源的光束经第一透镜组11汇聚后准直射出，在本实施例中即是如此，具体可参见图2的光路效果图。
该多个平凸透镜可以等大，但为了能尽可能的提高光源光利用率，同时兼顾节约成本的目的，所述多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元2方向尺寸逐渐变大，而非沿着第二透镜单元2方向尺寸逐渐减小，因为当最靠近光源的透镜尺寸大于其他透镜尺寸时，可能存在的缺陷就是，该最大尺寸透镜与最靠近该最大尺寸透镜的透镜间存在尺寸差，由该尺寸差射出的光线无法被最靠近该最大尺寸透镜的透镜接收，从而导致真正可利用的光束少，光源利用率不高，也因存在尺寸浪费，导致白白耗费过多的生产成本。
但仍需注意的是，平凸透镜尺寸由左至右逐渐增大时，也需满足根据实际需要实现光线汇聚的目的，在本实施例中即是满足使光源光线被一次汇聚后能准直射出。
所述第二透镜组12包括沿所述第二透镜单元2方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向。同样，该多个平凸透镜可以等大，但为了兼顾成本和光利用率，该处的多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元2方向尺寸逐渐变小，以使二次汇聚成像后的尺寸小于光源尺寸，本申请中光源经二次成像后形成点光源。
当然，所述第二透镜组12还可以是，如本实施例图1所示，包括沿所述第二透镜单元2方向依次排列且轴心位于同一直线上的双凸透镜和平凸透镜，该双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于朝向第二透镜单元2方向的凸面的最大曲率半径，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向，以便于对一次汇聚的光线再次汇聚。同样为了兼顾光利用率和成本问题，所诉双凸透镜与平凸透镜之间存在，尺寸沿着所述第二透镜单元2方向尺寸逐渐变小。
所述第二透镜单元2包括双凸透镜，所述双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于远离光源方向的凸面的最大曲率半径。如此，远离光源方向的凸面相较于朝向光源方向的凸面而言就具有发射功能，这样当原本汇聚的光线经该双凸透镜投射后就能在曲率变化合适的情况下实现出射角准直，从而达到配光目的。
很显然，该第二透镜单元2可以包括多个轴心处于同一直线上的双凸透镜，但需提及的是，透镜越多，光在传播过程中损耗越多，则会导致光通量降低，同时也增加了加工成本，故而，综合考虑，在本实施例中，采用一个双凸透镜。而且，所述第二透镜单元2也可以由多个平凸透镜组合或月牙形透镜组合构成，只要能通过透镜与透镜间的配合，对光线出射角进行按需调节，如实现出射角准直，同时结构简单，成本低即可。
除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本发明的改进范围内，此处就不再赘述。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形。

Claims (12)

1.一种超小角度透镜配光系统，其特征在于：所述超小角度透镜配光系统包括，
位于光源出射端并对所述光源汇聚成像的第一透镜单元(1)，经所述第一透镜单元(1)形成的像的尺寸小于所述光源的尺寸；
位于所述成像的出射端并使所述成像投射的光束准直射出的第二透镜单元(2)。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于：
所述成像形成在所述第一透镜单元(1)远离所述光源的焦点上。
3.根据权利要求1或2所述系统，其特征在于：
所述光源位于所述第一透镜单元(1)靠近所述光源的焦点上。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于：
所述第一透镜单元(1)包括第一透镜组(11)和位于所述第一透镜组(11)出射端的第二透镜组(12)；
所述光源的光束先经所述第一透镜组(11)一次汇聚，再经第二透镜组(12)二次汇聚成像。
5.根据权利要求4所述系统，其特征在于：
所述光源的光束经所述第一透镜组(1)一次汇聚后出射角准直。
6.根据权利要求4所述系统，其特征在于：
所述第一透镜组(11)包括沿所述第二透镜单元2方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述第二透镜单元(2)方向。
7.根据权利要求6所述系统，其特征在于：
所述多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元(2)方向尺寸逐渐变大。
8.根据权利要求4所述系统，其特征在于：
所述第二透镜组(12)包括沿所述第二透镜单元(2)方向依次排列且轴心位于同一直线上的多个平凸透镜，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向。
9.根据权利要求8所述系统，其特征在于：
所述多个平凸透镜沿着所述第二透镜单元(2)方向尺寸逐渐变小。
10.根据权利要求4所述系统，其特征在于：
所述第二透镜组(12)包括沿所述第二透镜单元(2)方向依次排列且轴心位于同一直线上的双凸透镜和平凸透镜；
所述双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于朝向第二透镜单元(2)方向的凸面的最大曲率半径，所述平凸透镜的凸面朝向所述光源方向。
11.根据权利要求10所述系统，其特征在于：
所述双凸透镜与平凸透镜之间存在，尺寸沿着所述第二透镜单元(2)方向尺寸逐渐变小。
12.根据权利要求1所述系统，其特征在于：
所述第二透镜单元(2)包括双凸透镜，所述双凸透镜朝向光源方向的凸面的最大曲率半径小于远离光源方向的凸面的最大曲率半径。
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