CN117377894A - 集光单元、发光装置和发光系统 - Google Patents

Abstract

一种集光单元、发光装置和发光系统，集光单元包括反射件(1)和准直透镜(3)，反射件(1)具有入光口和出光口，反射件(1)的反射面为旋转抛物面，部分入射光经反射面反射后向第一方向出射，部分入射光经准直透镜(3)后向第一方向出射，旋转抛物面的对称轴与准直透镜(3)的光轴重合。通过准直透镜(3)和反射面共同作用将光源发出的光聚集并反射至预定位置，提高了集光单元的集光效率。

Description

集光单元、发光装置和发光系统 技术领域

本申请属于集光器件技术领域，具体地，涉及一种集光单元、发光装置和发光系统。

背景技术

在日常生活中，用于发光的人造光源都可以看成点光源，比如白炽灯或者发光二极管等。上述点光源发出的光是发散的，不能直接发出聚集的光线，因此一般点光源均需要配合聚集光线的部件一起使用，以期通过聚集光线的部件将点光源发出的发散的光集中并反射至一预定位置，提高发散光的利用率。但是现有用于聚集光线的部件的集光效率仍不高，造成光源浪费。比如光源发出的发散光会从聚集光线的部件中逸散，而逸散的光未被反射至预定位置，造成光源损失。

发明内容

本申请旨在提供一种集光单元、发光装置和发光系统，解决现有集光单元集光效率不高的问题。

为实现本公开的目的，本公开提供了如下的技术方案：

第一方面，本申请提供了一种集光单元，包括：

反射件，所述反射件具有入光口和出光口，所述反射件的反射面为旋转抛 物面，部分入射光经所述反射面反射后向第一方向出射；

准直透镜，部分入射光经所述准直透镜后向第一方向出射；

所述旋转抛物面的对称轴与所述准直透镜的光轴重合。

可选地，所述反射面的焦点与所述入光口的连线与所述对称轴的夹角为小于等于90度。

可选地，所述入光口的直径小于所述出光口的直径。

可选地，所述反射件与准直透镜之间设置有连接件，所述连接件为透光材质。

可选地，所述连接件为球形壁的一部分，所述球形壁的球心与所述反射面的焦点重合。

可选地，所述反射件、所述连接件和所述准直透镜为一体成型的实心结构，所述反射件的外表面为所述反射面。

可选地，所述准直透镜具有最大透光外轮廓，所述旋转抛物面的焦点与所述最大透光外轮廓上任一点的连线的延长线均指向所述反射面。

第二方面，本申请提供了一种发光装置，包括光源和以上所述的集光单元，所述光源位于所述反射面的焦点上。

第三方面，本申请提供了一种发光系统，包括多个以上所述的发光装置，所有所述发光装置阵列排布。

可选地，还包括基底，所述基底为透光材质，所述基底的第一表面具有多个阵列排布的第一凸透镜，所述基底的第二表面具有多个阵列排布的第二凸透镜，所述基底的第一表面与所述基底的第二表面相背离，所述发光装置的出光口与所述第一凸透镜相对设置。

可选地，所述第一凸透镜的焦点位于所述第二凸透镜上，所述第二凸透镜 的焦点位于所述第一凸透镜上。

申请的一个技术效果在于，能够通过准直透镜和反射面共同作用将光源发出的光聚集并反射至预定位置，提高了集光单元的集光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种集光单元的第一实施例结构图；

图2是本申请提供的一种集光单元的光路示意图；

图3是本申请提供的一种集光单元的第二实施例结构图；

图4是本申请提供的集光单元阵列排布的结构示意图；

图5是基底结构示意图；

图6是发光系统结构示意图。

附图标记说明：

1、反射件；2、焦点；3、准直透镜；4、球形壁；5、基底；6、第一凸透镜；7、第二凸透镜。

具体实施方式

下面将结合本公开实施方式中的附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。

第一方面，如图1和图3所示，本申请提供了一种集光单元，包括反射件1和准直透镜3。所述反射件1用于反射点光源的非中心部位发出的光，能够使点光源非中心部位发出的光被反射至一预定位置，比如分散的光线从所述反射件1的入光口进入，经过反射件1反射后，形成相对聚集的光线从所述反射件1的出光口射出并射出至预定位置。其中预定位置指的是某一限定的区域内。例如，在发射件的出光端前方距离发射件出光端特定距离处的区域为预定位置，反射件1将光源向四周发出的部分光反射至该预定位置。其中，所述反射面一端的端口为所述反射件1的入光口，所述反射面另一端的端口为所述反射件1的出光口。

所述反射件1具有反射面，所述反射面的形状为旋转抛物面，部分入射光经所述反射面反射后向第一方向出射。比如所述反射件1第一侧的端面上可以开设有槽，该槽的整体内壁形成抛物面结构，在该槽的内壁上涂覆有反光材料或者设置反射膜，所述反光材料或者反射膜将光线向第一方向反射，以便于将光先反射至预定位置。上述的槽靠近所述第一侧端面部分的直径大于上述的槽远离所述第一侧端面部分的直径。光源可以设置在上述槽的直径较小的空间内，以将光源向其周围发出的光反射至预定位置。其中，所述反射件1也可以为整体形成抛物面结构的壳状结构。

进一步地，由于所述反射面为旋转抛物面，因此所述反射面具有一焦点2，当光源设置在所述反射面的焦点2上，光源向周围发出的光被呈抛物面的反射面反射，进而形成平行光。因此，反射件1能够避免光源向其周围发出的发散光线照射在预定位置外，达到进一步聚集光线的效果。举例来说，同一光源发 出射向不同方向的两条光线，上述两条光线经过反射面反射后，如果两条光线不平行，会出现只有一条光线照射到预定位置内，或者两条光线均没有照射到预定位置的情况，造成光源的浪费。而将光源设置在反射面的焦点2上使反射面反射光线，反射的光线都会形成准直平行光射出至预定位置，能够起到避免光源浪费的作用。并且这种设置形式对光源的要求不高，适用性强。

本申请的集光单元还包括准直透镜3，部分入射光经所述准直透镜3后向第一方向出射，并出射至预定位置。具体可以为，光源向其所述集光单元发出的光会射向准直透镜3，并经过准直透镜3由所述反射件1的出光口平行射出。其中，所述准直透镜3能够将光源向发出的光线转化成平行光线，以避免光线照射在预定位置外，提高光线聚集的程度。比如，在不设置准直透镜3的情况下，光源发出两条不互相平行的光线，可能有一条光线没有照射到预定位置，甚至两条光线都没有照射到预定位置，避免光源发出的光线没有照射到预定位置，造成光源的浪费。进一步地，在准直透镜3外表面上可以设置增透膜，避免光线在准直透镜的表面被反射，以提高所述准直透镜3的透光率，有利于使更多的光线透过所述准直透镜3，保证本申请具有较高的集光效率。

其中，所述旋转抛物面的对称轴与所述准直透镜3的光轴重合，能够使所述反射件1和所述准直透镜3合理分配所述光源发出的光线，即所述准直透镜3折射光源发出的中部的光线，所述反射件1反射光源向周围发出的光线，能够使集光单元发出的光线分布更加均匀。同时，上述特征使本申请的集光单元为对称式结构，便于制造。其中，所述光轴指光束的中心线，或光学系统的对称轴。

如图2所示的光路图，本申请能够通过准直透镜33和反射面共同作用，将光源向其周围发出的光线和光源向其前方发出的光线聚集，使本申请提高了 集光效率。并且，在光源位于所述反射面的焦点2上时，本申请的集光单元能够使聚集的光线平行照射至预定位置，防止光源发出的不互相平行的光线照射至预定位置外，避免了光源的浪费，进一步提高了集光单元的集光效率。

可选地，所述反射面的焦点2与所述入光口的连线与所述对称轴的夹角为小于等于90度。该实施方式限定了反射面的焦点2的位置。当所述反射面的焦点2与所述入光口的连线与所述对称轴的夹角等于90度时，所述焦点2位于所述反射件1入光口所在的平面上。当光源位于焦点2上，也就是说，当光源位于所述反射件1入光口所在的平面上时，本申请的集光单元能够收集光源发出的180度的光线，而超出光源发出的180度范围的光线是不能被收集的，因此本实施方式能够最大效率地收集光源发出的光线。

当所述反射面的焦点2与所述入光口的连线与所述对称轴的夹角为小于90度时，所述焦点2的位置位于所述反射件1入光口所在平面的远离所述集光单元一侧。当光源位于焦点2上时，也就是说，当光源位于所述反射件1入光口所在平面的远离所述集光单元一侧时，本申请的集光单元能够收集光源发出的小于180度的光线，此时虽然不能最大效率地收集光源发出的光线，但是，该种情况下能够使光源与反射件1的入光口所在平面具有一定的距离，不必使反射件1的入光口延伸到光源，避免了反射面靠近光源处的弧度较小的问题，便于反射件1的加工与制造。

可选地，所述入光口的直径小于所述出光口的直径。理想条件下，反射件1的入光口收集的是点光源发出的光，也就是说，反射件1入光口的直径不必做大，便可达到收集点光源发出的光线的目的。而出光口是为了将所述反射件1聚集的所述点光源发出的光射出，以达到均匀照明等目的，因此，反射件1出光口的直径相对大，能够提高的照明面积。

可选地，所述反射件1与准直透镜3之间设置有连接件，所述连接件为透光材质。也就是说，所述准直透镜3通过连接件固定设置在所述反射件1上，使本申请的集光单元单独形成与光源分离的部件，在光源损坏或者集光单元损坏需要进行维修或者更换时，能够直接更换损坏的光源或者损坏的集光单元，便于部件的维修与更换。

可选地，所述连接件为球形壁4的一部分，所述球形壁4的球心与所述反射面的焦点2重合。也就是说，所述反射面的焦点2位于所述连接件凹陷的一侧，所述所述准直透镜3位于所述球形壁4上。在光源位于焦点2上，也即球形壁4的球心时，光源发出的光能够透过所述球形壁4，而不改变的光的传输方向，也即光线不在通过所述球形壁4时发生折射。使在反射面的焦点2处的光源发出的光通过反射面后，能够通过反射件1的出光口平行射出。有利于提高光线的聚集程度。进一步地，所述准直透镜3和所述球形壁4上均可以设置有增透膜，以提高透光率，保证本申请具有较高的集光效率。

可选地，所述反射件1、所述连接件和所述准直透镜3为一体成型的实心结构，所述反射件1的外表面为所述反射面。也就是说，本申请的整个集光单元整体为一体结构且，整个集光单元的材质为透光材质。此时，光源发出的光能够进入透光材质的反射件1内，并在反射件1内形成全反射或全内反射，使进入反射件1内的光线在抛物面状的所述反射件1外表面处反射，从而在反射件1内形成平行光并射出所述反射件1。避免了在抛物面上设置反光材料或者设置反射膜，简化了反射件1的制造过程。

进一步地，所述反射件1的出光口处为一出射平面，且所述出射平面与光轴垂直。也就是说，所述反射件1的出光口的整个端面为一出射平面，且该出射平面与所述光轴相垂直。在平行光从反射件1内射出时，能够使射出的光线 不发生折射，保证从反射件1内射出的光线也为与光轴平行的平行光。进一步地，所述反射件1的出光口处的出射平面上设置有增透膜，以提高透光率，保证本申请具有较高的集光效率。其中，实心结构的所述反射件1的外表面上也可以设置有反射膜，能够对所述反射件1的全反射具有辅助作用，进一步增大反射件1的反射效率，同时，所述反射件1的外表面上的反射膜能够起到保护反射件1的作用。

进一步地，在所述反射光射出端面可以具有凹槽，该凹槽的内径与所述准直透镜3的外径相同，该凹槽的槽底为所述准直透镜3，该种结构能够节省材料，减少成本。

可选地，所述准直透镜3具有最大透光外轮廓，所述旋转抛物面的焦点2与所述最大透光外轮廓上任一点的连线的延长线均指向所述反射面。光源向其前方发出的光会经过准直透镜3形成平行光，光源向其周围发出的光经过反射件1的反射面反射形成平行光，而光源向其前方发出的光和光源向其周围发出的光之间，可能会有部分光源发出的光没有经过准直透镜3也没有照射到反射件1的反射面上，这部分光源不会被转化成平行光从反射件1的出光口射出，而是会与光轴成一角度地从反射件1的出光口射出，造成光源浪费。而满足焦点2至所述最大透光外轮廓上任一点的连线的延长线指向所述反射面，能够使上述的部分光源完全射向反射面，进而转化成平行光从反射件1的出光口射出，避免了的光源的浪费，提高了集光效率。

换句话说，所述反射面的焦点2至所述最大透光外轮廓上任一点的连线的延长线指向所述反射面这一特征，决定了所述反射面远离所述焦点2的一端距离焦点2的距离，也即确保了抛物面向远离焦点2的方向延伸的长度，使光源向其前方发出的光和光源向其周围发出的光之间的光线能够射向反射面而转 化成平行光，避免了光源的浪费。

需要说明的是，所述准直透镜3的最大透光外轮廓是相对于反射面的焦点2而言，具体地，过反射面的焦点2向反射面上做直线，使该条直线以所述反射面的焦点2为转动中心转动，在直线触碰到所述准直透镜3时，直线与准直透镜3形成一交点，以准直透镜3的中心为圆心，以所述圆心至所述交点的长度为半径，在所述准直透镜3上形成的轮廓为最大透光外轮廓。通常情况下所述准直透镜3的最大透光外轮廓为所述准直透镜3最大边框。

第二方面，本申请提供了一种发光装置，包括光源和以上所述的集光单元，所述光源位于所述反射面的焦点2上。本申请的发光装置能够将发散的光源聚集而发出相互平行的光线，提高了光线的聚集程度。

第三方面，本申请提供了一种发光系统，如图4所示，包括多个以上所述的发光装置，所有所述发光装置阵列排布。本申请的发光系统能够提供足够数量的平行光线。其中，所述发光装置形成的阵列可以排布成不同的形状，比如圆形或者多边形等。

可选地，如图5和图6所示，还包括基底5，所述基底5为透光材质，所述基底5的第一表面具有多个阵列排布的第一凸透镜6，所述基底5的第二表面具有多个阵列排布的第二凸透镜7，所述基底5的第一表面与所述基底5的第二表面相背离，所述发光装置的出光口与所述第一凸透镜6相对设置。第一透镜和第二透镜相互作用，能够使本申请的发光系统发出的光更加均匀。进一步地，所述第一凸透镜6的焦点2位于所述第二凸透镜7上，所述第二凸透镜7的焦点2位于所述第一凸透镜6上，能够使本申请的发光系统发出的光更加均匀。其中，所述第一凸透镜6的曲率半径与所述第二凸透镜7的曲率半径可以相同。

进一步地，所述第一凸透镜6、所述第二凸透镜7与所述基底5可以一体成型。其中，所述基底5可设置成各种需要的形状，比如，圆形、三角形或者自定义的其他形状。

以上所揭露的仅为本公开一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本公开之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本公开权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (11)

1. 一种集光单元，其特征在于，包括：

   反射件，所述反射件具有入光口和出光口，所述反射件的反射面为旋转抛物面，部分入射光经所述反射面反射后向第一方向出射；

   准直透镜，部分入射光经所述准直透镜后向第一方向出射；

   所述旋转抛物面的对称轴与所述准直透镜的光轴重合。
2. 根据权利要求1所述的集光单元，其特征在于，所述反射面的焦点与所述入光口的连线与所述对称轴的夹角为小于等于90度。
3. 根据权利要求1所述的集光单元，其特征在于，所述入光口的直径小于所述出光口的直径。
4. 根据权利要求1所述的集光单元，其特征在于，所述反射件与准直透镜之间设置有连接件，所述连接件为透光材质。
5. 根据权利要求4所述的集光单元，其特征在于，所述连接件为球形壁的一部分，所述球形壁的球心与所述反射面的焦点重合。
6. 根据权利要求5所述的集光单元，其特征在于，所述反射件、所述连接件和所述准直透镜为一体成型的实心结构，所述反射件的外表面为所述反射面。
7. 根据权利要求1所述的集光单元，其特征在于，所述准直透镜具有最大透光外轮廓，所述旋转抛物面的焦点与所述最大透光外轮廓上任一点的连线的延长线均指向所述反射面。
8. 一种发光装置，其特征在于，包括光源和权利要求1-7任一项所述的集光单元，所述光源位于所述反射面的焦点上。
9. 一种发光系统，其特征在于，包括多个权利要求8中所述的发光装置，所有所述发光装置阵列排布。
10. 根据权利要求9所述的发光系统，其特征在于，还包括基底，所述基底为透光材质，所述基底的第一表面具有多个阵列排布的第一凸透镜，所述基底的第二表面具有多个阵列排布的第二凸透镜，所述基底的第一表面与所述基底的第二表面相背离，所述发光装置的出光口与所述第一凸透镜相对设置。
11. 根据权利要求10所述的发光系统，其特征在于，所述第一凸透镜的焦点位于所述第二凸透镜上，所述第二凸透镜的焦点位于所述第一凸透镜上。