CN117518336B - 一种超短匀光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超短匀光系统，包括沿光轴依次设置的匀光元件组A和实心匀光元件B，所述匀光元件组A包括沿径向排列的若干个实心小匀光棒；光源产生光线进入所述匀光元件组A中的小匀光棒内，被多次全反射后，到达匀光元件组A输出面，光线在匀光元件组A的输出面形成较为均匀的光分布；之后，光线经所述匀光元件B均匀化；其中，所述匀光元件组A的横截面包络面完全覆盖光源横截面，所述匀光元件B横截面完全覆盖匀光元件组A的横截面；所述匀光元件组A和匀光元件B之间为贴合连接或间隙连接。该匀光系统实现了不改变光棒的匀光能力的前提下缩短了匀光棒的长度。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，特别是一种超短匀光系统。
背景技术
匀光棒是一种匀光元件，可分为实心光棒和空心光棒，其原理是将光线经过多次全反射后再出射，直到到达输出面，光线在输出面上均匀混合。如图1所示，每条反射光线都可以看作是由一个镜像的虚拟点源产生的。通过A点进入杆的射线在B点反射，然后到达C点，射线BC可以看作是由虚拟点源A1产生的。以此类推，射线CD可以看作是由虚拟点源A2生成的。反射次数越多，虚拟点源越多。根据叠加原理，匀光棒输出辐照度的均匀性取决于混合棒中的反射次数。因此，匀光棒的长度是决定输出面辐照度均匀性的关键因素，文献和经验指出，当匀光棒的长度与横截面边长的比值大于3时才能达到满意的匀光效果，如图2和图3所示。然而，在实际应用中，往往没有足够的空间放置如此长度的匀光棒。因此，有必要对现有的匀光棒进行改进。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种超短匀光系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种超短匀光系统，所述匀光系统包括沿光轴依次设置的匀光元件组A和实心匀光元件B，所述匀光元件组A包括阵列排布的若干个实心小匀光棒；光源产生光线进入所述匀光元件组A中的小匀光棒内，被多次全反射后，到达匀光元件组A输出面，光线在匀光元件组A的输出面形成均匀的光分布；之后，光线经所述匀光元件B进行进一步均匀化；其中，所述匀光元件组A的横截面包络面完全覆盖光源的横截面，所述匀光元件B的横截面完全覆盖匀光元件组A的横截面；所述匀光元件组A和匀光元件B之间为贴合连接或间隙连接。
进一步地，所述匀光元件组A的输出面设有第一收光结构。
进一步地，所述匀光元件B的输入面设有第二收光结构。
进一步地，所述间隙连接时，间隙的长度小于匀光元件组A的长度。
进一步地，所述匀光元件B的长度不小于匀光元件组A长度的1/10。
进一步地，所述匀光元件组A和匀光元件B的总长度不小于光源的边长或直径。
进一步地，所述若干个实心小匀光棒为连续排列或间隔排列。
进一步地，所述实心小匀光棒的横截面为方形结构时，若所述若干个实心小匀光棒为连续排列，则每个实心小匀光棒的侧面均涂覆反射层。
进一步地，所述匀光元件组A中的小匀光棒的个数至少为：
式中，为小匀光棒的个数。
进一步地，所述实心小匀光棒长度大于其横截面的边长或直径。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
（1）本发明匀光系统在实现不改变匀光棒的匀光能力的前提下缩短了匀光棒的长度，且保证了匀光系统输出辐照度的均匀性。
（2）本发明匀光系统结构简洁明了，无需复杂的组装过程，降低了安装难度，也节省了时间。
（3）本发明安装方便，无严格的中心对准要求，无需专业的安装技能，即可以轻松完成安装工作。
（4）本发明在许多应用场景中都具有显著的优势，无论是固定安装还是移动部署，都能轻松变化，适应性强。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为现有技术中匀光棒中反射的光线示意图。
图2为现有技术中要求的长度/横截面边长为3的一种匀光棒示意图。
图3为图2所示匀光棒的匀光效果图即检测面上的光功率分布云图。
图4为本发明超短匀光系统中反射的光线示意图。
图5为一种匀光元件组A与匀光元件B连接的示意图。
图6为通过打盲孔方式加工的超短匀光系统示意图。
图7为一个实施例提供的一种超短匀光系统示意图。
图8为图7所示超短匀光系统的匀光效果图。
图9为一个实施例提供的另一种超短匀光系统示意图。
图10为图9所示超短匀光系统的匀光效果图。
图11为一个实施例提供的另一种超短匀光系统示意图。
图12为图11所示超短匀光系统的匀光效果图。
图13为一个实施例提供的另一种超短匀光系统示意图。
图14为图13所示超短匀光系统的匀光效果图。
实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本发明提供了一种超短匀光系统，所述匀光系统包括沿光轴依次设置的匀光元件组A和实心匀光元件B，所述匀光元件组A包括阵列排布的若干个实心小匀光棒；光源产生光线进入所述匀光元件组A中的小匀光棒内，被多次全反射后，到达匀光元件组A输出面，光线在匀光元件组A的输出面形成均匀的光分布；之后，光线经所述匀光元件B进行进一步均匀化；其中，所述匀光元件组A的横截面包络面完全覆盖光源的横截面，所述匀光元件B的横截面完全覆盖匀光元件组A的横截面；所述匀光元件组A和匀光元件B之间为贴合连接或间隙连接。
这里，因为光线已经被匀光元件组A增大了光线的发散角，因此很容易被匀光元件B均匀化。
这里，实心小匀光棒的横截面为但不限于方形、圆形、多边形等。
这里，所述匀光元件组A的输出面或者所述匀光元件B的输入端设有收光结构。
这里，所述收光结构可以通过机械方式实现（例如三角锥形结构、四面体锥形结构、圆形锥形结构等等），也可以通过嵌入光学器件实现，在此不作特殊限定。
这里，对贴合连接、间隙连接的方式不作特殊限定，包括但不限于：匀光元件组A中的小匀光棒输出面的一端为“凸形”结构，嵌入所述匀光元件B中；所述匀光元件组A中的小匀光棒输出面的一端为“凹形”结构，被所述匀光元件B包裹，如图6所示。
这里，“凸形”结构、“凹形”结构可以为实心小匀光棒的一部分，也可以为独立于实心小匀光棒之外的部分。
这里需要说明的是，不限于上述“凸形”结构、“凹形”结构。
进一步优选地，所述间隙连接时，间隙的长度小于匀光元件组A的长度。
进一步优选地，所述匀光元件B的长度不小于匀光元件组A长度的1/10。
进一步优选地，所述匀光元件组A和匀光元件B的总长度不小于光源的边长（对应横截面是方形）或直径（对应横截面是圆形）。
进一步优选地，所述若干个实心小匀光棒连续排列或间隔排列。
这里，当匀光元件组A中的小匀光棒间隔排布，会自动形成空腔，则有一些光线由光源进入空腔，因为匀光棒的折射率比空气大，因此，这些光线将被匀光元件B进行匀光。根据叠加原理，结合A和B的匀光效果，在缩短匀光系统长度的同时，保证了匀光系统输出辐照度的均匀性。
这里特殊地，若干个实心小匀光棒连续排列时，若实心小匀光棒的横截面为方形结构，则每个实心小匀光棒的侧面均涂覆反射层。
进一步优选地，所述匀光元件组A中的小匀光棒的个数至少为：
式中，为小匀光棒的个数。
进一步优选地，所述超短匀光系统通过打盲孔的方式加工成型，如图6所示。
进一步优选地，所述实心小匀光棒长度大于其横截面边长或直径。
进一步优选地，所述实心小匀光棒采用但不限于玻璃或塑料制成。
本发明在保持同等匀光性能的同时，体积更小，重量更轻，更便于携带和部署。
下面结合说明书附图、实施例作进一步详细描述。
实施例一：结合图7，提供一种长方体超短匀光系统，其横截面为方形，边长为5mm，匀光元件组A长度为2.5mm，匀光元件B长度为2.5mm，匀光元件组A共包含65个小匀光棒，其横截面为方形，边长为0.5mm。所述匀光棒由亚克力制成，折射率为1.49。本实施例使用一颗4mm×4mm的方形LED作为光源，设置其功率为1W，设置其发散半角为60°，通过TracePro对光线传输进行模拟，在匀光系统出口5mm处设置一6mm×6mm的探测面，探测结果如图8所示。相同条件下使用现有技术匀光棒的探测结果如图3所示。与使用现有匀光棒相比，本实施例的匀光系统达到了很好的匀光效果。
实施例二：结合图9，提供一种长方体超短匀光系统，其横截面为方形，边长为5mm，匀光元件组A长度为2.5mm，匀光元件B长度为2.5mm，匀光元件组A共包含57个小匀光棒，其中长方体小匀光棒有32个，其横截面为方形，边长为0.5mm，圆柱形小匀光棒有25个，直径为0.5mm。所述匀光棒由亚克力制成，折射率为1.49。本实施例使用一颗4mm×4mm的方形LED作为光源，设置其功率为1W，设置其发散半角为60°，通过TracePro对光线传输进行模拟，在匀光棒出口5mm处设置一6mm×6mm的探测面，探测结果如图10所示。与使用现有匀光棒以及实施例一相比，本实施例的匀光棒达到了很好的匀光效果。
实施例三：结合图11，提供了一种圆柱形超短匀光系统，其横截面为圆形，直径为10mm，匀光元件组A长度为2.5mm，匀光元件B长度为2.5mm，匀光元件组A共包含62个小匀光棒，其横截面为方形，边长为0.5mm。所述匀光棒由亚克力制成，折射率为1.49。本实施例使用一颗4mm×4mm的方形LED作为光源，设置其功率为1W，设置其发散半角为60°，通过TracePro对光线传输进行模拟，在匀光棒出口5mm处设置一6mm×6mm的探测面，探测结果如图12所示。与使用现有匀光棒和实施例一相比，本实施例的匀光棒达到了很好的匀光效果。
实施例四：结合图13，提供一种圆形超短匀光棒，其横截面为圆形，直径为10mm，匀光元件组A长度为2.5mm，匀光元件B长度为2.5mm，匀光元件组A共包含62个小匀光棒，其横截面为圆形，直径为0.5mm。所述匀光棒由亚克力制成，折射率为1.49。本实施例使用一颗4mm×4mm的方形LED作为光源，设置其功率为1W，设置其发散半角为60°，通过TracePro对光线传输进行模拟，在匀光棒出口5mm处设置一6mm×6mm的探测面，探测结果如图14所示。与使用现有匀光棒和实施例一相比，本实施例的匀光棒达到了很好的匀光效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超短匀光系统，其特征在于，所述匀光系统包括沿光轴依次设置的匀光元件组A和实心匀光元件B，所述匀光元件组A包括阵列排布的若干个实心小匀光棒；光源产生光线进入所述匀光元件组A中的小匀光棒内，被多次全反射后，到达匀光元件组A输出面，光线在匀光元件组A的输出面形成均匀的光分布；之后，光线经所述匀光元件B进行进一步均匀化；其中，所述匀光元件组A的横截面包络面完全覆盖光源的横截面，所述匀光元件B的横截面完全覆盖匀光元件组A的横截面；所述匀光元件组A和匀光元件B之间为贴合连接或间隙连接；
所述匀光元件组A中的小匀光棒的个数至少为：
式中，为小匀光棒的个数。
2.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述匀光元件组A的输出面设有第一收光结构。
3.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述匀光元件B的输入面设有第二收光结构。
4.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述间隙连接时，间隙的长度小于匀光元件组A的长度。
5.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述匀光元件B的长度不小于匀光元件组A长度的1/10。
6.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述匀光元件组A和匀光元件B的总长度不小于光源的边长或直径。
7.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述若干个实心小匀光棒为连续排列或间隔排列。
8.根据权利要求5所述的超短匀光系统，其特征在于，所述实心小匀光棒的横截面为方形结构时，若所述若干个实心小匀光棒为连续排列，则每个实心小匀光棒的侧面均涂覆反射层。
9.根据权利要求1所述的超短匀光系统，其特征在于，所述实心小匀光棒长度大于其横截面的边长或直径。
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