CN112576944A - 一种照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及照明技术领域,提供一种照明系统,包括依次设置的光源、出光透镜、光阑;所述光阑包含通光孔;光束整形装置,沿所述通光孔外围设置;所述光源产生的光束依次通过所述出光透镜、光束整形装置、通光孔,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第一夹角入射到所述光束整形装置,再由所述光束整形装置反射后,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第二夹角通过所述通光孔。本发明通过光束整形装置将光束边缘的光线反射入光阑本体的通光孔内,从而提高光线的利用率。另外,本发明还进一步地对所述光束整形装置进行改进,所述光束整形装置根据光束截面的形状设置对应的反射面,从而增加整体光通量和提高光束的光照强度的均匀性。

Description

一种照明系统
技术领域
本发明涉及照明技术领域,更具体地,涉及一种照明系统。
背景技术
部分照明装置,如使用LED发光单元的照明装置,在使用时需要在光束束腰处增加一个光阑,以使得成像光斑呈边界锐利的圆形光斑,并且使得光斑均匀性较好。光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。其作用可分两方面,限制光束或限制视场,即成像范围大小。光学系统中限制光束最多的光阑,称为孔径光阑,限制视场大小最多的光阑,称为视场光阑。
但是现有技术中,如图1所示,照明装置的光源产生光束后,光束在通过光阑前,光阑会遮挡光束边缘部分光线,使得光束边缘部分光线无法被有效利用。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术光束边缘光线利用率较低的缺陷,提供一种照明系统,用于提高光线利用率,以使光束边缘的光线被有效利用。
本发明采取的技术方案是,提供一种照明系统,包括依次设置的光源、出光透镜、光阑;所述光阑包括光阑本体,具有光入射面、光出射面和连通所述光入射面和光出射面的通光孔;光束整形装置,设置于所述光入射面上,且沿所述通光孔外围设置;所述光源产生的光束依次通过所述出光透镜、光束整形装置、通光孔,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第一夹角入射到所述光束整形装置,再由所述光束整形装置反射后,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第二夹角通过所述通光孔。
相比现有技术,本方案中,所述光束整形装置通过设置于所述通光孔的外围,使所述光束边缘的光线与光束的光轴之间的形成的第一夹角经过所述光束整形装置反射后形成第二夹角,以将所述光束边缘的光线反射进入通光孔,从而避免所述光束边缘的光线被光阑所遮挡,从而提高光线利用率。
本方案通过反射的方式,能够使光线更完整地通过所述通光孔,减小光线传输过程中的损耗,从而最大程度地利用光线。
本方案在光束入射到光阑前即通过光束整形装置改变了所述光束边缘的光线的传播路径,将所述光束边缘的光线更完整地反射入所述通光孔,提高了光利用率。
优选地,所述光束整形装置内部设有通光腔,所述通光腔的内表面形成反射面,且反射面由通光孔朝光源方向向外倾斜一定角度。本方案通过在通光腔内表面设置反射面,利用反射面的倾斜角度使得所述光束边缘的光线入射到所述通光孔内。本方案仅仅利用倾斜的反射面进行反射,即可将所述光束边缘的光线入射到所述通光孔,简单方便。本方案利用通光腔的内表面形成反射面,避免了光外泄,造成光污染。
优选地,所述一定角度大于所述出光透镜最大发光半径的外端点和所述通光孔边缘的连线与所述光束的光轴之间的夹角。本方案如此设置,能够将光束容纳进所述通光腔内,大限度地利用光线,也不影响光束的正常出射,也能将光束边缘的光线入射到通光孔内,提高光线的利用率。
优选地,当光束的截面呈连续曲线时,所述反射面为连续的反射面。当光束的截面呈连续曲线时,所述截面边缘位置的光照强度的大致均匀。本方案如此设置,能够将截面为连续曲线的光束的边缘的光线均匀地反射出去,从而得到光照强度均匀且光线利用率较高的光斑。光束的截面呈连续曲线可以为圆形或近似圆形的状态。
优选地,当光束的截面呈多边形时,所述反射面为断续的反射面。当光束的截面呈多变形时,所述截面边缘位置的光照强度的不均匀。本方案如此设置,将断续的反射面对应光束光照强度较弱的位置布置,当光束边缘的光线经所述断续的反射面反射后,光源整体的光通量增加,光束光照强度较弱的位置光照强度增强,从而获得光照强度均匀且光线利用率较高的光斑。
优选地,所述照明系统还包括复眼透镜,所述复眼透镜包含若干个阵列排布的呈N边形的复眼单元,且所述复眼透镜位于所述光源与所述出光透镜之间;所述光源产生的光束经所述复眼透镜和所述出光透镜后,所述光束通过所述光阑处的截面大致呈N边形;所述反射面包括N个微反射面,所述微反射面与所述截面的边一一对应设置。
本方案中,由于部分照明装置使用了N边形单元的复眼透镜对进行匀光,经复眼透镜匀光后的光束在其束腰处,即光束在光阑本体处的截面呈N边形。由于光阑本体的通光孔是比该N边形较小的圆形,实际经过光阑之后的光束,在N边形的N个角的位置的光照强度比在N个边的位置的光照强度要稍强,因此,可以在光阑本体前增设N个微反射面,分别对应光束截面的光强较弱的位置即N条边的位置布置,将该位置的杂光以及部分光进行有效利用,使得经过镜头之后的光束N条边的位置的光照强度增加,从而增加整体光通量和提高光束的光照强度的均匀性。所述镜头设置于光阑本体的光出射面之后,作用是对光束进行收集并汇聚出射。
优选地,所述复眼单元呈六边形,所述微反射面设有六个,所述微反射面与所述截面的边一一对应布置,所述截面的角位于相邻的微反射面之间。本方案中,在截面的六个角的位置的光照强度比在六条边的位置的光照强度要稍强,因此,六个微反射面分别对应光束截面的六条边的位置一一布置,所述截面的六个角分别位于相邻的微反射面之间,如此设置,将光照强度较弱的位置,即六条边的位置的杂光以及部分光进行有效利用,使得经过镜头之后的光束六条边的位置的光照强度增加,从而增加整体光通量和提高光束的光照强度的均匀性。
优选地,所述反射面包括若干个微反射面,每个微反射面结构相同。本方案中,微反射面结构相同,能够均匀地将光束边缘的光线反射进所述通光孔,从而提高光斑光照强度的均匀性。另外,每个微反射面结构相同,有利于生产,提高生产的效率并节省成本。
优选地,所述第一夹角小于所述第二夹角。本方案中,经过反射面反射后,所述光束边缘的光线以更大的角度入射,充分将所述光束边缘的光线入射到所述通光孔,提高光线利用率。
优选地,所述反射面为反射曲面。本方案中,反射曲面可以更灵活地布置,以将所述光束边缘的光线入射到所述通光孔,避免所述光束边缘的光线反射后受到反射面的遮挡产生进一步的反射,从而减小光线损坏,并提高光线的利用率。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明采用了光源、出光透镜、光阑,对光阑的结构进行改进,通过光束整形装置将光束边缘的光线反射入光阑本体的通光孔内,从而提高光线的利用率。再者,本发明还进一步地对所述光束整形装置进行改进,所述光束整形装置根据光束截面的形状设置对应的反射面,从而增加整体光通量和提高光束的光照强度的均匀性。再者,本发明还将所述反射面设置成多个微反射面,以符合光束截面边缘的光照强度不均匀的情况,以获得光照强度均匀和光线利用率较高的光斑。
附图说明
图1为现有技术的结构图。
图2为本发明的带有光束的结构图。
图3为本发明的结构图。
图4为光阑1结构一图。
图5为所述夹角c的位置示意图。
图6为光阑1结构二图。
图7为复眼透镜4在光路中的排布示意图。
图8为复眼透镜4的结构示意图。
图9为光束边缘的光线反射路径图。
附图标记:光阑1、光阑本体11、通光孔111、光束整形装置12、通光腔121、微反射面122、出光透镜2、截面3、复眼透镜4、第一复眼透镜41、第二复眼透镜42、复眼单元43、光源5、准直透镜组6、第一夹角a、第二夹角b、夹角c、连线D、光轴F。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供一种照明系统,包括依次设置的光源、出光透镜2、光阑1。
为了便于理解本申请实施例所述的照明系统,首先对本申请实施例所述的照明系统进行阐述。所述光源产生的光束经过出光透镜2、光阑1出射。为了避免光束边缘的部分光线会受到光阑1的遮挡,导致部分光线无法被有效利用的情况,本申请实施例对现有技术进行了改进。本申请实施例所述的照明系统对光阑进行改进,其增加了光束整形装置12,从而提高了光线的利用率。
其中,所述光源可以为LED光源,且可以设置于光源底板上。所述LED光源可以为多个LED芯片组成的LED阵列光源,所述LED光源也可以为点光源。所述光源不限于为LED光源,也可以为激光光源或其他的光源,这可以根据实际的需求进行选择和布置。
其中,如图2和图3所示,所述出光透镜2为具有正焦距的透镜。本申请实施例中,出光透镜2入光面的曲率大于其出光面的曲率。出光透镜2可以为平凸透镜、双凸透镜。所述光源的光束以近平行光入射到出光透镜2,出光透镜2将光束出射。
其中,在光束的束腰处设置了光阑1。为了提高光线的利用率,对光阑1进行了改进。光阑1包括光阑本体11和光束整形装置12。光阑本体11和光束整形装置12可以一体成型,也可以可拆卸连接。
光阑本体11具有光入射面、光出射面和连通所述光入射面和光出射面的通光孔111。光阑本体11大致呈圆形,且其具有一定的厚度。通光孔111大致呈圆形。通光孔111位于光阑本体11的中央位置,且通光孔111的圆心和光阑本体11的圆心重合。
为了便于对所述光束边缘的光线进行反射,光束整形装置12设置于所述光入射面上,且沿所述通光孔111的外围设置。如图4所示,具体地,所述光束整形装置12大致呈圆柱状。所述光束整形装置12内部设有通光腔121,所述通光腔121的内表面形成反射面,且反射面由通光孔111朝光源方向向外倾斜一定角度。为了便于灵活布置反射面,本申请实施例中的反射面为反射曲面,通过采用反射曲面,可以根据实际需求进行对应的选择和设置。所述反射面上可以设有高反介质膜以反射光线。通光腔121大致呈圆台状。
呈圆台状的通光腔121包括入光口和出光口,且所述入光口和所述出光口均大致呈圆形。所述入光口的直径大于所述出光口的直径,所述出光口与所述通光孔111连通。所述出光口的大小大致与通光孔111的大小相同。所述入光口的圆心与通光孔111的圆心在同一直线上,即通光孔111的圆心位于通光腔121的轴线上。
来自所述出光透镜2的光束经所述入光口入射到出光口,再由所述出光口入射到通光孔111,并通过通光孔111出射,如此一来从整体上提高了光束的光通量,提高了光线的利用率。
如图5所示,为了更大限度地利用光束,所述一定角度大于所述出光透镜2最大发光半径的外端点和所述通光孔111边缘的连线D与所述光束的光轴F之间的夹角c。虚线F1为光轴F的平行线。
在一个申请实施例中,如图4所示,当光束的截面3呈连续曲线时,为了获得光照强度均匀和光线利用率较高的光斑,所述反射面为连续的反射面。
在一个申请实施例中,当光束在束腰处的截面3为圆形或近圆形时,所述反射面为连续反射面,以将光束边缘的光线均匀反射。
在另一个申请实施例中,如图6所示,当光束的截面3为多边形时,为了获得光照强度均匀和光线利用率较高的光斑,所述反射面为断续的反射面。由于多边形的截面的光照强度分布不均匀,在截面3的角所在位置的光照强度较强,在截面3的边所在位置的光照强度较弱,实际布置中,将光束整形装置12对应光照强度较弱的位置布置,光束边缘的光线经所述光束整形装置12反射后,截面3的边所在位置的光照强度增强,从而获得光照强度均匀且光线利用率较高的光斑。
所述断续的反射面包括若干个微反射面122,每个微反射面122结构相同。相邻的微反射面122之间具有一定距离,设置该距离以避免微反射面122对所述截面的角的光进行反射,使得光斑的光照强度不均匀。为了将使得所述微反射面122与微反射面122之间保持一定距离,所述光束整形装置12也呈断续状,且每部分的光束整形装置12与微反射面122一一对应。
具体地,如图7所示,所述照明系统还包括复眼透镜4。所述复眼透镜4可以为对置复眼透镜,对置复眼透镜包括第一复眼透镜41和第二复眼透镜42,第一复眼透镜41和第二复眼透镜42均为一面为光滑面,一面为复眼单元面。对置时,第一复眼透镜41面面向光源5,第二复眼透镜42面面向出光透镜2。所述复眼透镜位于所述光源与出光透镜2之间。在光源5和复眼透镜4之间,还可以设置准直透镜组6对光线进行准直。如图8所示,所述第一复眼透镜41和第二复眼透镜42均包含若干个阵列排布的呈N边形复眼单元43。所述光源产生的光束经所述复眼透镜匀光和所述出光透镜2出射后,所述光束在所述光阑处的截面3大致呈N边形。所述N边形优选为正N边形。为了获得光照强度均匀的光斑,所述反射面包括N个微反射面122,所述微反射面122与所述截面3的边一一对应设置。N为自然数。
在一个实施例中,如图6所示,所述复眼单元呈六边形,所述微反射面122设有六个,所述光束的截面呈六边形。所述微反射面122与所述截面3的边一一对应布置,所述截面的六个角分别位于相邻的微反射面122之间。所述微反射面122均匀分布于通光孔111的外围。
在一个实施例中,所述复眼单元呈四边形,所述微反射面122设有四个,所述微反射面122与所述截面3的边一一对应布置,所述截面的四个角分别位于相邻的微反射面122之间。所述微反射面122均匀分布于通光孔111的外围。
如图9所示,所述光源产生的光束依次通过所述复眼透镜、出光透镜2、光束整形装置12、通光孔111,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴F形成第一夹角a入射到所述光束整形装置12,再由所述光束整形装置12反射后,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴F形成第二夹角b通过所述通光孔111。所述第一夹角a小于所述第二夹角b。虚线F2和虚线F3为光轴F的平行线。光轴F大致与通光腔121的轴线重合。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例,而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种照明系统,其特征在于,包括依次设置的光源、出光透镜(2)、光阑(1);所述光阑(1)包括
光阑本体(11),具有光入射面、光出射面和连通所述光入射面和光出射面的通光孔(111);
光束整形装置(12),设置于所述光入射面上,且沿所述通光孔(111)外围设置;
所述光源产生的光束依次通过所述出光透镜(2)、光束整形装置(12)、通光孔(111),所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第一夹角入射到所述光束整形装置(12),再由所述光束整形装置(12)反射后,所述光束边缘的光线与所述光束的光轴形成第二夹角通过所述通光孔(111)。
2.根据权利要求1所述的一种照明系统,其特征在于,所述光束整形装置(12)内部设有通光腔,所述通光腔(121)的内表面形成反射面,且反射面由通光孔(111)朝光源方向向外倾斜一定角度。
3.根据权利要求2所述的一种照明系统,其特征在于,所述一定角度大于所述出光透镜(2)最大发光半径的外端点和所述通光孔(111)边缘的连线与所述光束的光轴之间的夹角。
4.根据权利要求2所述的一种照明系统,其特征在于,当光束的截面(3)呈连续曲线时,所述反射面为连续的反射面。
5.根据权利要求2所述的一种照明系统,其特征在于,当光束的截面(3)呈多边形时,所述反射面为断续的反射面。
6.根据权利要求5所述的一种照明系统,其特征在于,所述照明系统还包括复眼透镜,所述复眼透镜包含若干个阵列排布的呈N边形的复眼单元,且所述复眼透镜位于所述光源与所述出光透镜(2)之间;
所述光源产生的光束经所述复眼透镜和所述出光透镜(2)后,所述光束通过所述光阑(1)处的截面(3)大致呈N边形;
所述反射面包括N个微反射面(122),所述微反射面(122)与所述截面(3)的边一一对应设置。
7.根据权利要求6所述的一种照明系统,所述复眼单元呈六边形,所述微反射面(122)设有六个,所述微反射面(122)与所述截面(3)的边一一对应布置,所述截面(3)的角位于相邻的微反射面(122)之间。
8.根据权利要求5所述的一种照明系统,其特征在于,所述反射面包括若干个微反射面(122),每个微反射面(122)结构相同。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种照明系统,其特征在于,所述第一夹角小于所述第二夹角。
10.根据权利要求2所述的一种照明系统,其特征在于,所述反射面为反射曲面。
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