CN204422792U - 复眼透镜及包括该复眼透镜的光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复眼透镜，包括基底以及排布于该基底相对两面的多个透镜单元，该透镜单元相对基底呈倾斜布置；还公开了另一种复眼透镜，包括基底以及排布于基底一面的多个透镜单元，该透镜单元相对基底呈倾斜布置。另外还公开了两种分别包括上述两种复眼透镜的光学系统。本实用新型相比于现有技术，其可以有效地提高光照的均匀度和强度，同时还可以适用于一些需要光线呈现渐变效果的场合。

Description

复眼透镜及包括该复眼透镜的光学系统

技术领域

本实用新型涉及一种照明领域的光照装置，具体涉及一种复眼透镜及包括它的复眼透镜光学系统。

背景技术

复眼透镜又称蝇眼透镜，是由一系列完全相同的微透镜拼合而成，能将光强分布不均匀的入射圆光斑转化为均匀的矩形光斑。在实现大面积均匀照明的领域，如投影仪、太阳光模拟器等，复眼透镜及其光学系统都有着广泛的应用。

目前所使用的复眼透镜中，主要包括了双面的复眼透镜和单面的复眼透镜两种。双面的复眼透镜相较单面的复眼透镜的区别是两组微透镜整列整合于同一透明基底上，因此在实际应用中可靠性和稳定性更高，而单面双排复眼透镜在安装上可以有较大灵活性，使用中通过改变两组复眼透镜的间距、夹角等，即能改变光斑的尺寸及其内部光能的分布。

不论是双面的复眼透镜还是单面的复眼透镜，其微透镜(即透镜单元)都是水平设置于复眼透镜的基底上的。这种结构的复眼透镜在应用于一些特殊的场合时，其对光照的均匀度较一般使用场合都要高出很多，其在一些情况下需要使用到两个光源并结合两套复眼透镜来进行，图1-3便给出了传统的复眼透镜的光照示意图，可以再照明面得到均匀光照明，如果需要两套甚至更多套敷衍透镜光学系统一起使用，以增加靶面光照强度，则每套复眼透镜系统均需倾斜设置，示意图为两套光学系统一起使用的情况，其中对于每套光源系统，在光束重叠区域的不同位置光线的光程差不同，导致光照强度不同，而每套光源系统的光照强度额不均匀性没有经过特殊设计，从而导致重叠区域光照强度的不均匀性，因此传统的复眼透镜在这种情况下，光照均匀度便出现了问题，其均匀度显然不能满足这种场合的要求，并且也使得光照强度受到影响。。

另外，对于一些特殊的照明场所，例如舞台等，其需要光照能够呈现渐变的效果，而传统的复眼透镜的光照都是呈现整体光照的，若要达到渐变的效果，便只能依靠改变光源结构或者光源的设置位置来达到，从而造成成本较高。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可以提高照明均匀度、光照强度且可以达到光照渐变效果的复眼透镜，同时还提供了一种包括这种复眼透镜的光学系统。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

复眼透镜，包括基底以及排布于该基底相对两面的多个透镜单元，该透镜单元相对基底呈倾斜布置。

该复眼透镜为本实用新型提供的第一种复眼透镜，其为双面复眼透镜，该复眼透镜通过将透镜单元从水平设置改进为倾斜设置，在将其应用于医疗中的黄疸光照治疗等场合中需要两个或者更多个光照系统的情况下，其可以将各个光照区域完全地集中到一块区域中(即斜线覆盖的地方)，其光照重叠于这块区域中，从而有效地避免了光照部分重叠而带来的光强差异问题，从而提高光照的均匀度，并且光照的有效集中也有效地提高了光照的强度。另外，在应用于舞台等光照场合中，倾斜的布置可以加长光照的入射距离，从而可以使得光线呈现由强变弱的过程，举个例子，手电筒直射时，其呈现一个较强的光束，当时将手电筒斜向照射时，其光照点就会变弱，利用这个原理，倾斜布置的透镜单元便可以形成将光线由强变弱的过程，呈现渐变效果。

因此，本实用新型相比于现有技术，其可以有效地提高光照的均匀度和强度，同时还可以适用于一些需要光线呈现渐变效果的场合。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以作如下改进：

作为优选的方案，上述的透镜单元相对于基底的倾斜角度为0.1-10度。

采用上述优选的方案，通过该范围的倾斜角度的设置，经试验测试之后，相对于水平设置的透镜单元，可以有效地提升复眼透镜的光照均匀度和强度。

作为优选的方案，相对两面的透镜单元为错开设置。

采用上述优选的方案，配合上述倾斜设置的透镜单元，可以进一步地将光照区域完全地集中到一块区域，从而进一步地提高光照的均匀度和光强；同时，错开设置的上下两面的透镜单元，也可以进一步地形成倾斜的光线，从而可以进一步地形成光线的渐变效果。

作为优选的方案，相对的两个透镜单元的错开距离为不大于单个透镜单元的直径。

采用上述优选的方案，可以形成上下两个透镜单元的斜向对位，加大光线的出射效率。

复眼透镜光学系统，包括光源和第一准直透镜，其还包括如上所述的复眼透镜。

该复眼透镜光学系统为本实用新型提供的第一种复眼透镜光学系统，由于其采用了本实用新型的第一种复眼透镜，因此其同样提高了光照的均匀度和强度，并实现了光照的渐变效果。

作为优选的方案，上述的复眼透镜光学系统还包括第二准直透镜，所述复眼透镜设置于该第一准直透镜和第二准直透镜之间。

采用上述优选的方案，可以扩大本复眼透镜光学系统的使用范围。

复眼透镜，包括基底以及排布于基底一面的多个透镜单元，该透镜单元相对基底呈倾斜布置。

该复眼透镜为本实用新型提供的第二种复眼透镜，其为单面复眼透镜，其同样是因为将透镜单元设置为倾斜，因此根据第一种复眼透镜的原理分析，其同样提高了光照的均匀度和强度。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以作如下改进：

作为优选的方案，上述的透镜单元相对于基底的倾斜角度为0.1-10度。

采用上述优选的方案，通过该范围的倾斜角度的设置，经试验测试之后，相对于水平设置的透镜单元，可以有效地提升复眼透镜的光照均匀度和强度。

复眼透镜光学系统，包括光源、第一准直透镜和第二准直透镜，其还包括两片如上所述的复眼透镜。

该复眼透镜光学系统为本实用新型提供的第二种复眼透镜光学系统，由于其采用了本实用新型的第二种复眼透镜，因此其同样提高了光照的均匀度和强度。

作为优选的方案，上述的复眼透镜光学系统还包括第二准直透镜，所述复眼透镜设置于第一准直透镜和第二准直透镜之间，两片复眼透镜的透镜单元分别对着第一准直透镜和第二准直透镜。

采用上述优选的方案，可以扩大本复眼透镜光学系统的使用范围。

附图说明

图1为传统的复眼透镜(双面)的光照示意图。

图2为两个传统复眼透镜(双面)一起使用示意图

图3为传统复眼透镜(双面)与本实用新型复眼透镜的在相同工作距离条件下不同光照面积的示意图

图4为本实用新型的复眼透镜(双面)的结构示意图。

图5为本实用新型的复眼透镜(单面)的结构示意图。

图6为本实用新型的复眼透镜(双面)的光照示意图。

图7为本实用新型的复眼透镜光学系统(单面)的结构示意图。

图8为本实用新型的复眼透镜光学系统(双面)的结构示意图。

图9为本实用新型的复眼透镜光学系统立体角度下的光照示意图。

图10为本实用新型的复眼透镜(双面)在一种具体实施方式下的光照示意图。

图11A、11B为图8中的复眼透镜在TracePro下的总仿真效果图。

其中，1.基底2.透镜单元31.第一准直透镜32.第二准直透镜4.光源S1’、S2’.光源5.复眼透镜。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

为了达到本实用新型的目的，如图3、4和6所示，在本实用新型的复眼透镜的其中一些实施方式中，其包括基底1以及排布于该基底1相对两面的多个透镜单元2，该透镜单元2相对基底呈倾斜布置。其中，该复眼透镜的制作材料和工艺等和现有技术相比无异，本实用新型只是结构上的改变，制作材料和工艺不属于本实用新型的改进之处，因此其具体所采用的制作材料和工艺等可根据现有技术，在此不再详细列举出。

结合图3、4和6所示，该复眼透镜为双面复眼透镜，其通过将透镜单元从水平设置改进为倾斜设置(虚线之间即为相对基底的倾斜角度)，在将其应用于医疗中的黄疸光照治疗等场合中需要两个或者更多个光照系统的情况下，其可以将各个光照区域完全地集中到一块区域中(即斜线覆盖的地方)，其光照重叠于这块区域中，从而有效地避免了光照部分重叠而带来的光强差异问题，从而提高光照的均匀度，并且光照的有效集中也有效地提高了光照的强度。另外，在应用于舞台等光照场合中，倾斜的布置可以加长光照的入射距离，从而可以使得光线呈现由强变弱的过程，举个例子，手电筒直射时，其呈现一个较强的光束，当时将手电筒斜向照射时，其光照点就会变弱，利用这个原理，倾斜布置的透镜单元便可以形成将光线由强变弱的过程，呈现渐变效果。因此，该复眼透镜相比于现有技术，其可以有效地提高光照的均匀度和强度，同时还可以适用于一些需要光线呈现渐变效果的场合。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在本实用新型的复眼透镜(双面)的另一些实施方式中，在上述内容的基础上，上述的透镜单元相对于基底的倾斜角度为0.1-10度。

采用该实施方式的方案，通过该范围的倾斜角度的设置，经试验测试之后，相对于水平设置的透镜单元，可以有效地提升复眼透镜的光照均匀度和强度。

其中，在上述的实施方式中，试验测试在倾斜角度为0.1-10度内展开，其包括以下表中所示的实施例1-6以及对比例。

针对光源距离照射靶面600mm的高度，2001m光通量的光源，采用本实用新型两个复眼透镜的应用例，测试靶面的光照面积(图9所示)和光照强度，实验数据如下：

说明：对比例(现有技术)只能采用一个光源，而本实用新型采用两个光源，也可以实现均匀照明，所以现有技术的光照面积和光照强度均很小。

由上表可以看到，本实施方式中的四个实施例相对于现有技术，都明显地提升了复眼透镜的光照均匀度和强度。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，如图3、4和6所示，

在

本实用新型的复眼透镜(双面)的另一些实施方式中，在上述内容的基础上，相对两面的透镜单元2为错开设置。采用该实施方式的方案，配合上述倾斜设置的透镜单元，可以进一步地将光照区域完全地集中到一块区域，从而进一步地提高光照的均匀度和光强；同时，错开设置的上下两面的透镜单元，也可以进一步地形成倾斜的光线，从而可以进一步地形成光线的渐变效果。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，如图3、4和6所示，

在

本实用新型的复眼透镜(双面)的另一些实施方式中，在上述内容的基础上，相对的两个透镜单元2的错开距离为不大于单个透镜单元2的直径。即两个透镜单元2之间的间隙是要位于其对面的透镜单元2的直径范围内。采用该实施方式的方案，可以形成上下两个透镜单元的斜向对位，加大光线的出射效率。

为了达到本实用新型的目的，如图8-9所示，在本实用新型的复眼透镜光学系统的其中一些实施方式中，包括光源4、第一准直透镜31和第二准直透镜32，其还包括如上所述的双面复眼透镜，其设置于该第一准直透镜31和第二准直透镜32之间。该复眼透镜光学系统采用了上述的双面复眼透镜，因此其同样提高了光照的均匀度和强度，并实现了光照的渐变效果。

作为上述实施方式的替代方案，第二准直透镜32可以省略，仅留下一个第一准直透镜31。

下面以黄疸光照治疗为例对本实用新型的双面复眼透镜及其光学系统进行说明。

由于光束发散角和光疗仪尺寸的限制，仅使用一组复眼透镜系统来满足黄疸光疗仪对光斑尺寸和均匀度的要求是不足够的。若将光源的数量增加为两个，可通过光斑叠加的方法使之在床面形成矩形均匀光斑，如图9所示。

根据复眼透镜光学特性，当复眼透镜前后凸面存在倾角时，在靶面得到的光斑形状不变，但会改变光斑内部光强分布，光能会向倾斜的一方聚集。倾角越大，偏移越明显。如图10所示，复眼透镜后凸面关于X轴存在一定倾角时，得到的光斑内光能在X方向任然是均匀分布的，而在Y方向则是从一端向另一端由强逐渐减弱。此外，当复眼透镜前凸面焦点与后凸面中心重合时，双面复眼透镜的匀光效果最好。增大或减小透镜厚度对会使均匀度下降，而光斑面积随透镜厚度的增大而减小。

利用复眼透镜上述特性，通过两组复眼透镜分别在床面打出Y方向光强渐变而X方向光强均布的光斑。光斑相互叠加后床面范围内光强互补，最终得到均匀的矩形光斑。在TracePro中，对图10中前后凸面存在30°倾角的不规则复眼透镜进行建模，微透镜尺寸为5mm×2mm，透镜厚度10mm。以口径20mm平行光垂直投射于其前凸面，在600mm外的矩形探测面内得到尺寸为500mm×200mm左右的光斑，其内部光能分布如图11A。按图9所示的方式叠加后得到光斑如图11B，光斑内均匀度达到0.9以上，满足黄疸光疗仪对于均匀度的需求。

为了达到本实用新型的目的，如图5所示，在本实用新型的复眼透镜的其中一些实施方式中，其包括基底1以及排布于基底1一面的多个透镜单元2，该透镜单元2相对基底1呈倾斜布置。该复眼透镜为单面复眼透镜，其同样是因为将透镜单元设置为倾斜，因此根据双面复眼透镜的原理分析，其同样提高了光照的均匀度和强度。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在本实用新型的复眼透镜(单面)的另一些实施方式中，在上述内容的基础上，上述的透镜单元2相对于基底1的倾斜角度为0.1-10度。采用该实施方式的方案，通过该范围的倾斜角度的设置，经试验测试之后，相对于水平设置的透镜单元，可以有效地提升复眼透镜的光照均匀度和强度。其中，实验测试为根据上述的双面复眼透镜得到。

为了达到本实用新型的目的，如图7所示，在本实用新型的复眼透镜光学系统的其中一些实施方式中，其包括光源4、第一准直透镜31和第二准直透镜32，其还包括两片如上所述的单面复眼透镜，其设置于第一准直透镜31和第二准直透镜32之间，两片单面复眼透镜的透镜单元2分别对着第一准直透镜31和第二准直透镜32。该复眼透镜光学系统由于其采用了本实用新型的单面复眼透镜，因此其同样提高了光照的均匀度和强度。

作为上述实施方式的替代方案，第二准直透镜32可以省略，仅留下一个第一准直透镜31。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.复眼透镜，包括基底以及排布于所述基底相对两面的多个透镜单元，其特征在于，所述透镜单元相对所述基底呈倾斜布置。

2.根据权利要求1所述的复眼透镜，其特征在于，所述透镜单元相对于所述基底的倾斜角度为0.1-10度。

3.根据权利要求1或2所述的复眼透镜，其特征在于，相对两面的所述透镜单元为错开设置。

4.根据权利要求3所述的复眼透镜，其特征在于，相对的两个透镜单元的错开距离为不大于单个透镜单元的直径。

5.复眼透镜光学系统，包括光源和第一准直透镜，其特征在于，还包括如权利要求1-4所述的复眼透镜。

6.根据权利要求5所述的复眼透镜光学系统，其特征在于，还包括第二准直透镜，所述复眼透镜设置于所述第一准直透镜和第二准直透镜之间。

7.复眼透镜，包括基底以及排布于所述基底一面的多个透镜单元，其特征在于，所述透镜单元相对所述基底呈倾斜布置。

8.根据权利要求7所述的复眼透镜，其特征在于，所述透镜单元相对于所述基底的倾斜角度为0.1-10度。

9.复眼透镜光学系统，包括光源和第一准直透镜，其特征在于，还包括两片如权利要求7或8所述的复眼透镜，

10.根据权利要求9所述的复眼透镜光学系统，其特征在于，还包括第二准直透镜，所述复眼透镜设置于所述第一准直透镜和第二准直透镜之间，所述两片复眼透镜的透镜单元分别对着所述第一准直透镜和第二准直透镜。