CN112782860A - 一种光源系统 - Google Patents

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黄成�
李秀斌
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Abstract

本发明涉及一种光源系统。所述光源系统包括发光模组和棱镜组，所述棱镜组置于发光模组的光束出射口前，所述棱镜组包含若干个棱镜，所述棱镜组中光束入射棱镜的面为入射面，所述棱镜组中光束与棱镜表面接触后发生全反射的面为反射面，所述棱镜组中光束射出棱镜的面为出射面，入射光束垂直于入射面，所述光束在反射面上的入射角大于临界角，所述光束与棱镜组中两个或多个反射面发生全反射直至出射，出射光束垂直于棱镜出射面，通过棱镜组后的总出射光束在特定方向上尺寸压缩。本发明所述的光源系统尺寸缩小；通过棱镜组后光束汇聚，强度增大；调整反射面角度可改变最终的出射光束的位置，操作灵活多变，具有非常强的实用性。

Description

一种光源系统
技术领域
本发明涉及光源技术领域，更具体地，涉及一种光源系统。
背景技术
激光和LED光源具有稳定性高的优势，激光器和LED芯片是较为理想的光源发生器，但是单颗发光器功率有限，目前商用的半导体激光器只能做到毫瓦级别，而LED光源的集中性较弱，若想获取更大功率的光束输出，只能用若干个激光管或LED准直后的光束进行耦合。受限于单颗发光器的封装尺寸，激光管或发光二极管无法密集地拼装成一体，会导致各光束互相分离。因此需要使用光源的拘束系统对光束进行整体压缩。部分发光模组整体光束纵横比不等于1，则需使用柱镜拘束系统对光束进行单方向的压缩。如附图1所示，柱镜拘束系统包含一个正光焦度的柱透镜和一个负光焦度的柱透镜，其焦距重合，使得通过该系统后的光束仍互相平行，光束之间的间隔减小。但该拘束系统柱镜的间隔较大，光路较长，光源系统尺寸较大，大大降低了其实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，所述棱镜组置于发光模组的光束出射口前，所述棱镜组包含若干个棱镜，所述棱镜组中光束入射棱镜的面为入射面，所述棱镜组中光束与棱镜表面接触后发生全反射的面为反射面，所述棱镜组中光束射出棱镜的面为出射面，入射光束垂直于入射面，所述光束在反射面上的入射角大于临界角，所述光束与棱镜组中两个或多个反射面发生全反射直至出射，出射光束垂直于棱镜出射面，通过棱镜组后的总出射光束在特定方向上尺寸压缩。临界角大小根据棱镜材质决定，入射角大于等于临界角时入射光线发生全反射。光束垂直穿过入射面后光路不发生改变，避免出现折射或产生杂光干扰光路。
所述发光模组由多个发光器组组成，所述发光模组包括激光光源模组和/或LED光源模组，所述激光光源模组包含多个激光器，所述LED光源模组包含多个LED芯片。
所述棱镜组的棱镜在发光模组前呈上下和/或左右和/或旋转对称放置。发光模组上下和/或左右和/或旋转对称两端的光束都可以经过棱镜组的反射作用而朝中心方向偏移。
所述棱镜组的棱镜中用于反射同一光束的两个反射面互相平行；所述棱镜组的棱镜中入射面与出射面互相平行。光束穿过入射面前后光路不发生改变，光束穿过出射面前后光路也不发生改变。
所述光束在棱镜组内传播不与除反射面外的其他棱镜表面相接触，光线在内部穿梭的时候不与棱镜表面接触，避免发生光线折射。
所述发光模组的各发光器组发射的相互平行的光束射入多个相匹配的入射面上，最终的出射光束间相互平行。
所述棱镜与发光模组之间在一定范围内移动或转动角度时，通过反射面角度和位置的改变调整最终光束的出射位置，进而调节出射光束间隔或纵横比。反射面大小可根据实际需求进行设计，反射面与光束相匹配放置，通过反射面角度和位置的改变灵活调整最终光束的出射位置。
所述发光模组的发光器组个数为奇数，位于正中间的一个或一组光束不经过棱镜组，直接出射，位于周围的发光器组的出射光束通过棱镜后出射。周围的出射光束经反射作用后均往中心靠拢，压缩了出射光束的光源尺寸范围。
所述发光模组的发光器组个数为偶数，发光模组的所有出射光束均通过棱镜后出射，或位于正中间的光束只穿过棱镜的入射面和出射面出射，位于周围的发光器组的出射光束通过棱镜后出射。根据出射光束尺寸的要求，可灵活选择出射方式。
本发明的进一步方案是在所述发光模组所在平面前，先使用一组入射面与发光模组所在平面相平行的棱镜组对光源进行压缩，其第一次经反射面反射后的光束所在平面至少有一个与发光模组所在平面相平行，后再放置一垂直棱镜组，该棱镜组入射面与发光模组所在平面相平行同时第一次经反射面反射后的光束与前一棱镜组第一次经反射面反射后的光束相互垂直，且其第一次经反射面反射后的光束所在平面至少有一个与发光模组所在平面相平行，所述垂直棱镜组对光束进行另一方向的压缩，以从整体上压缩出射光束的尺寸，达到所需的出射光纵横比。即所述发光模组为阵列排列时，利用棱镜组在发光模组平行平面的横轴上压缩后，利用垂直棱镜组在纵轴上进行压缩，使光束从棱镜出射时边长均匀，而非长条形。同一发光模组横纵轴方向的压缩距离比例通常与横纵轴方向发光器组排布数量比例成正比。
特别地，本发明的其中一种优选方案是所述棱镜组用于压缩发光模组的光束时，光束在反射面上的入射角是45°，所述棱镜组的棱镜在光路纵截面上为平行四边形或由多个平行四边形拼接形成的多边形。更优选地，所述平行四边形为菱形。发光模组的各发光器组发射的相互平行的光束射入反射面上，反射后的所有光束进入另一反射面上，反射角为45°，最终的出射光束间相互平行，光束间距减小。横截面是指与光束本身垂直的平面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所述的光源系统，取消了折射透镜组，改用反射棱镜组，光路尺寸缩短，整体光源系统的尺寸得到缩小；
本发明所述的光源系统，周围的出射光束经棱镜组的反射作用后均往中心靠拢，光束得到汇聚，出射光束的强度增大；
本发明所述的光源系统，反射面与光束相匹配放置，可通过改变反射面角度，从而调整最终出射的光束的位置，操作灵活多变，具有非常强的实用性。
附图说明
图1为现有技术的光路拘束系统结构示意图。
图2为本发明光源系统实施例1的纵截面结构示意图。
图3为本发明光源系统实施例1的立体结构示意图。
图4为本发明光源系统实施例2的纵截面结构示意图。
图5为本发明光源系统实施例3的立体结构示意图。
图6为本发明光源系统实施例4的纵截面结构示意图。
图7为本发明光源系统实施例5的纵截面结构示意图。
图8为本发明光源系统实施例6的纵截面结构示意图。
图9为本发明光源系统实施例6的立体结构示意图。
图10为本发明光源系统实施例7的纵截面结构示意图。
图11为本发明光源系统实施例8的纵截面结构示意图
图12为本发明光源系统实施例9的立体结构示意图。
图中包括发光模组1、棱镜组2、垂直棱镜组3、发光器组1-1、发光器组1-2、发光器组1-3、发光器组1-4、发光器组1-5、发光器组1-6、发光器组1-7、反射面2-1-1、反射面2-1-2、反射面2-1-3、反射面2-1-4、反射面2-2-1、反射面2-2-2、反射面2-2-3、反射面2-2-4、出射面2-1-5、出射面2-2-5、入射面2-1-6、入射面2-1-7、入射面2-1-8、入射面2-2-6、入射面2-2-7、入射面2-2-8。
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。
本发明所述的发光器组内包含至少一个发光器。
实施例1
如图2所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为奇数。发光模组由3个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-2-1、面2-2-2是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-2-6是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6射入反射面2-1-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束直接出射。发光器组1-3发射的光束穿过入射面2-2-6射入反射面2-2-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小。图3为此实施例1的光源系统的立体结构示意图。
实施例2
如图4所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为偶数。发光模组由4个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-1-7、面2-2-6、面2-2-7是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-7，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束穿过入射面2-2-7，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-4发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-2和发光器组1-3中间。
实施例3
如图5所示，一种光源系统，包括发光模组1和棱镜组2，当发光模组1由4个发光器组并列拼装组成时，棱镜组2由2个对称放置的棱镜组成，位于正中间的四个光束穿过棱镜的入射面和出射面直接出射，位于周围的发光器组的出射光束与棱镜中的反射面接触后发生两次全反射后出射。
实施例4
如图6所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为奇数。发光模组由5个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-1-4、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3、面2-2-4是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-1-7、面2-2-6、面2-2-7是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生钝角偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过钝角偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-7，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生锐角偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过锐角偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束直接出射。发光器组1-4发射的光束穿过入射面2-2-7，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生锐角偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过锐角偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-5发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生钝角偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过钝角偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-2和发光器组1-4中间。
实施例5
如图7所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为奇数。发光模组由5个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-1-4、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3、面2-2-4是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-2-6是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生锐角偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过锐角偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生钝角偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过钝角偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束直接出射。发光器组1-4发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生钝角偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过钝角偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-5发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生锐角偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过锐角偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-2和发光器组1-4中间。
实施例6
如图8所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为奇数。发光模组由5个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-1-7、面2-2-6、面2-2-7是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-7，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束直接出射。发光器组1-4发射的光束穿过入射面2-2-7，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-5发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-2和发光器组1-4中间。图9为此实施例6的光源系统的立体结构示意图。
实施例7
如图10所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为偶数。发光模组由6个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-1-4、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3、面2-2-4是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-1-7、面2-1-8、面2-2-6、面2-2-7、面2-2-8是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-7，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束穿过入射面2-1-8，射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-4发射的光束穿过入射面2-2-8，射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-5发射的光束穿过入射面2-2-7，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-6发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-3和发光器组1-4中间。
实施例8
如图11所示，一种光源系统，包括发光模组和棱镜组，此时发光器组的个数为奇数。发光模组由7个发光器组并列拼装组成，棱镜组由2个对称放置的棱镜组成，其中面2-1-1、面2-1-2、面2-1-3、面2-1-4、面2-2-1、面2-2-2、面2-2-3、面2-2-4是反射面，面2-1-5、面2-2-5是出射面，面2-1-6、面2-1-7、面2-1-8、面2-2-6、面2-2-7、面2-2-8是入射面。发光器组1-1发射的光束穿过入射面2-1-6，射入棱镜2-1的反射面2-1-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-2发射的光束穿过入射面2-1-7，射入棱镜2-1的反射面2-1-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-3发射的光束穿过入射面2-1-8，射入棱镜2-1的反射面2-1-3上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-1的反射面2-1-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-1-5出射。发光器组1-4发射的光束直接出射。发光器组1-5发射的光束穿过入射面2-2-8，射入棱镜2-2的反射面2-2-3上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-6发射的光束穿过入射面2-2-7，射入棱镜2-2的反射面2-2-2上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。发光器组1-7发射的光束穿过入射面2-2-6，射入棱镜2-2的反射面2-2-1上，光束发生90°偏转后射入棱镜2-2的反射面2-2-4上，光束再经过90°偏转后穿过出射面2-2-5出射。出射后的光束相互平行，相比入射光，出射的光束间的间隔缩小且集中在发光器组1-3和发光器组1-5中间。
实施例9
如图12所示，一种光源系统，包括发光模组1和棱镜组2和垂直棱镜组3。棱镜组2对发光模组1发射的光束进行横向压缩后，在棱镜组2前放置一对垂直棱镜组3，利用垂直棱镜组3的上下两个反射面对棱镜组2中出射的光束进行纵向压缩，出射后的总光束纵横比得到改变。
上述这些实施例中，所述棱镜与发光模组之间还可以在一定范围内移动或转动角度，通过反射面角度和位置的改变来调整最终光束的出射位置，进而调节出射光束间隔或纵横比。
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 (11)

1.一种光源系统，其特征在于：包括发光模组和棱镜组，所述棱镜组置于发光模组的光束出射口前，所述棱镜组包含若干个棱镜，所述棱镜组中光束入射棱镜的面为入射面，所述棱镜组中光束与棱镜表面接触后发生全反射的面为反射面，所述棱镜组中光束射出棱镜的面为出射面，入射光束垂直于入射面，所述光束在反射面上的入射角大于临界角，所述光束与棱镜组中两个或多个反射面发生全反射直至出射，出射光束垂直于棱镜出射面，通过棱镜组后的总出射光束在特定方向上尺寸压缩。
2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述发光模组由多个发光器组组成，所述发光模组包括激光光源模组和/或LED光源模组，所述激光光源模组包含多个激光器，所述LED光源模组包含多个LED芯片。
3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述棱镜组的棱镜在发光模组前呈上下和/或左右和/或旋转对称放置。
4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述棱镜组的棱镜中用于反射同一光束的两个反射面互相平行；所述棱镜组的棱镜中入射面与出射面互相平行。
5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述光束在棱镜组内传播不与除反射面外的其他棱镜表面相接触。
6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述发光模组的各发光器组发射的相互平行的光束射入多个相匹配的入射面上，最终的出射光束间相互平行。
7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述棱镜与发光模组之间在一定范围内移动或转动角度时，通过反射面角度和位置的改变调整最终光束的出射位置，进而调节出射光束间隔或纵横比。
8.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于：所述发光模组的发光器组个数为奇数，位于正中间的一个或一组光束不经过棱镜组，直接出射，位于周围的发光器组的出射光束通过棱镜后出射。
9.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于：所述发光模组的发光器组个数为偶数，发光模组的所有出射光束均通过棱镜后出射，或位于正中间的光束只穿过棱镜的入射面和出射面出射，位于周围的发光器组的出射光束通过棱镜后出射。
10.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：在所述发光模组所在平面前，先使用一组入射面与发光模组所在平面相平行的棱镜组对光源进行压缩，其第一次经反射面反射后的光束所在平面至少有一个与发光模组所在平面相平行，后再放置一垂直棱镜组，该棱镜组入射面与发光模组所在平面相平行同时第一次经反射面反射后的光束与前一棱镜组第一次经反射面反射后的光束相互垂直，且其第一次经反射面反射后的光束所在平面至少有一个与发光模组所在平面相平行，所述垂直棱镜组对光束进行另一方向的压缩，以从整体上压缩出射光束的尺寸，达到所需的出射光纵横比。
11.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于：所述棱镜组用于压缩发光模组的光束时，光束在反射面上的入射角是45°，所述棱镜组的棱镜在光路纵截面上为平行四边形或由多个平行四边形拼接形成的多边形，发光模组的各发光器组发射的相互平行的光束射入反射面上，反射后的所有光束进入另一反射面上，反射角为45°，最终的出射光束间相互平行，光束间距减小。
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