CN212675213U - 全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统，所述全反射锥面镜包括：镜体，所述镜体的一端具有光学入射表面，与所述光学入射表面相对的，所述镜体的另一端具有倒锥形中空部，所述倒锥形中空部的侧面构成全反射面；和安装部，内部为中空状，所述镜体在所述光学入射表面一侧与所述安装部连接。通过本实用新型的实施例，不仅能产生点状光束，而且能够产生360度的水平光束，且光源可固定在所述全反射锥面镜上，使所述全反射锥面镜的应用更加广泛。

Description

全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术应用领域，尤其涉及一种全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统。

背景技术

棱镜是由两两相交平面围成的透明物体，因其可以分光或使光束发生色散的作用而广泛应用于数码设备、科学技术、医学仪器等领域，常见的有等边三棱镜、直角棱镜等。棱镜可用于以特定角度转折光线，其不仅可以使光线偏移，还可以用来调整图像方向。柱镜是一种圆弧面的透镜，其结构大都是柱形，一般由玻璃制成，可以用来发散或汇聚光束，通常用于医疗仪器或光学仪器等领域。

柱镜一般都只能用于产生点状或线状的光束，不能产生360度的光束。而能够产生360度光束的锥形棱镜，一般由金属或塑料制成，其锥形部分的内表面上镀有反光膜，通过所述反光膜将从其顶面方向入射的光束反射，从而产生360度水平线光束。所述锥形棱镜存在如下的缺点：该光学零件裸露在空气中其表面容易脏和损伤，产生脏点、麻点和划痕，由塑料制成的光学零件表面不容易擦拭干净且容易擦伤，擦伤后需更换新零件，工作量较大且增加了成本；锥面由于镀反光膜使工序增加，成本提高。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型提供一种全反射锥面镜，包括：

镜体，所述镜体的一端具有光学入射表面，与所述光学入射表面相对的，所述镜体的另一端具有倒锥形中空部，所述倒锥形中空部的侧面构成全反射面；

安装部，内部为中空状，所述镜体在所述光学入射表面一侧与所述安装部连接。

根据本实用新型的一个方面，所述镜体与所述安装部为一体成型。

根据本实用新型的一个方面，所述倒锥形中空部具有圆锥形状，所述镜体具有圆柱形状，所述安装部具有与所述镜体对应的中空圆柱形状。

根据本实用新型的一个方面，所述倒锥形中空部具有棱锥形状，所述镜体具有与所述棱锥形状相对应的棱柱形状，所述安装部具有与所述镜体对应的中空棱柱形状。

根据本实用新型的一个方面，所述倒锥形中空部具有尖端顶点，所述全反射锥面镜还包括位于所述倒锥形中空部的侧面上的反射膜，所述全反射锥面镜由玻璃或光学树脂制成。

根据本实用新型的一个方面，所述倒锥形中空部的侧面相对于所述光学入射表面成45度角。

根据本实用新型的一个方面，所述光学入射表面为具有光焦度的球面、非球面或自由曲面，用于对入射到所述光学入射表面上的光束进行准直。

本实用新型还涉及一种大角度投射光学系统，所述大角度投射光学系统包括：

光源；

如上任一项所述的全反射锥面镜，所述光源固定在所述安装部中，并且所述全反射锥面镜的光学入射表面与所述光源垂直相对，以接收所述光源发出的光束，所述光束经所述全反射锥面镜的倒锥形中空部的侧面全反射，并通过所述全反射锥面镜的侧部出射。

根据本实用新型的一个方面，所述大角度投射光学系统还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述光源与所述全反射锥面镜的光学入射表面之间，以将所述光源发出的光束准直后入射到所述光学入射表面。

根据本实用新型的一个方面，所述光源为激光器，所述激光器的发光方向对准所述倒锥形中空部的顶点。

通过本实用新型的实施例，能够产生360度的光束，且结构简单，维护成本低，应用更加广泛。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的全反射锥面镜的示意图；

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的全反射锥面镜的示意图；

图3示出了图2所示的全反射锥面镜在有光束反射时的俯视图；和

图4示出了根据本实用新型一个实施例的大角度投射光学系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的全反射锥面镜的示意图。如图所示，所述全反射锥面镜10包括：镜体1和安装部2，其中所述镜体1的一端具有光学入射表面3，与所述光学入射表面3相对的，所述镜体1的另一端(图1中的上端)具有倒锥形中空部4，所述倒锥形中空部4的侧面构成全反射面。所述安装部2的内部为中空状，所述镜体1在所述光学入射表面3一侧与所述安装部2连接。根据本实用新型的一个实施例，所述全反射锥面镜10的倒锥形中空部4具有尖端顶点5。光束通过所述光学入射表面3入射至所述倒锥形中空部4的全反射面上，经所述全反射面反射，从镜体1的侧面向外射出。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述镜体1与所述安装部2为一体成型。如图1所示的，所述安装部2为所述镜体1从所述光学入射表面3开始向远离所述光学入射表面3的方向延伸，内部为中空，用于安装光源。具体地，所述镜体1与所述安装部2通过一体注塑成型的方法制成。本领域技术人员能够理解，所述镜体1与所述安装部2的结构也可以不是一体成型，即也可以是分别独立的两个部件，通过装配成为一体，这些都在本实用新型的保护范围之内。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述全反射锥面镜10的所述倒锥形中空部4具有圆锥形状，所述镜体1具有圆柱形状，所述安装部2具有与所述镜体1对应的中空圆柱形状，如图1所示。当光束通过所述光学入射表面3入射至所述倒锥形中空部4的全反射面上时，由于全反射面为圆锥面，入射光束经全反射面反射后可以产生360度的出射光束，从镜体1的侧面向外射出。

根据本实用新型的一个实施例，所述全反射锥面镜10的所述倒锥形中空部4具有棱锥形状，所述镜体1具有与所述棱锥形状相对应的棱柱形状，所述安装部2具有与所述镜体1对应的中空棱柱形状。本领域的技术人员可以理解，所述安装部2的中空形状并不局限于和所述镜体1的形状对应，例如，当所述镜体1为圆柱形状时，所述安装部2具有中空棱柱形状；所述镜体1为棱柱形状时，所述安装部2具有中空圆柱形状。所述安装部2的中空形状需满足可以安装光源，并且便于生产加工，以上这些都落入本实用新型的保护范围之内。下面将结合图2和图3对所述全反射锥面镜10作进一步说明。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的全反射锥面镜的示意图。如图所示，所述全反射锥面镜10的倒锥形中空部4例如具有四棱锥形状，所述镜体1具有与所述四棱锥形状相对应的四棱柱形状，所述安装部2则具有与所述镜体1对应的中空四棱柱形状。

图3示出了图2所示的全反射锥面镜在有光束反射时的俯视图。如图所示，图2中的全反射锥面镜10在光束从所述光学入射表面3入射后，通过具有四棱锥形状的倒锥形中空部4的四个全反射面，分别从所述四个全反射面上射出经过反射的光束6。所述反射光束6不再是360度出射，而是被分散开在四棱锥的四个全反射面上分别出射。本领域技术人员能够理解，所述倒锥形中空部4的形状并不局限于此，还可以为三棱锥、五棱锥、六棱锥等等，所述镜体1与此对应的，分别为三棱柱、五棱柱、六棱柱等等。又例如，在所述倒锥形中空部4的形状为五棱锥、所述镜体1为五棱柱的情况下，光束从所述光学入射表面3入射后，通过具有五棱锥形状的倒锥形中空部4的五个全反射面，分别从所述五个全反射面上射出经过反射的光束6。所述反射光束6不再是360度出射，而是被分散开在五棱锥的五个全反射面上分别出射。三棱锥与三棱柱组合的全反射锥面镜、六棱锥与六棱柱组合的全反射锥面镜等等的光束反射原理与所述全反射锥面镜10类似，在此不再赘述。

根据本实用新型的一个实施例，为了增强反射能力，所述全反射锥面镜10还包括位于所述倒锥形中空部4的侧面上的反射膜。除此以外，所述全反射锥面镜10的镜体1和安装部2均由玻璃或光学树脂制成。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述倒锥形中空部4的侧面相对于所述光学入射表面3成45度角，此时可以获得水平的反射光束6。本领域技术人员能够理解，所述倒锥形中空部4的侧面与所述光学入射表面3所成的角度不局限于此，也可以根据实际的光学需要设置成各种不同的角度，此时，经全反射镜面出射的反射光束不在同一平面上。这些都落入本实用新型的保护范围内。

根据本实用新型的一个实施例，其中所述光学入射表面3为具有光焦度的球面、非球面或自由曲面，用于对入射到所述光学入射表面3上的光束进行准直。本领域技术人员可以根据光源所发出的入射光束的特征，例如发散角大小、光斑形状等，通过几何光学原理将光学入射表面3设计成相应的球面、非球面或自由曲面，以实现入射光束的准直。

本实用新型还涉及一种大角度投射光学系统，如图4示出的根据本实用新型一个实施例的大角度投射光学系统的示意图。如图所示，所述大角度投射光学系统100包括：所述全反射锥面镜10和光源20。其中所述光源20固定在所述安装部2中，设置在所述全反射锥面镜10的光路上游，并且所述全反射锥面镜10的光学入射表面3与所述光源20垂直相对，以接收所述光源20发出的光束7，所述光束7经所述全反射锥面镜10的倒锥形中空部4的侧面全反射，通过所述全反射锥面镜10的反射光束6从所述全反射锥面镜10的侧部出射。

根据本实用新型的一个实施例，所述大角度投射光学系统100还包括准直透镜30(图4所示)，所述准直透镜30设置在所述光源20与全反射锥面镜10的光学入射表面3之间，以将所述光源20发出的光束7经准直后的光束8入射到所述光学入射表面3。另外，所述准直透镜30可以与所述光学入射表面3集成在一起，从而可以减少零部件的数目。例如通过将光学入射表面3形成为具有光焦度的球面、非球面或自由曲面，就可以对光源20发出的光束7进行准直。

根据本实用新型的一个优选实施例，其中所述光源20为激光器，所述激光器的发光方向对准所述倒锥形中空部4的顶点5，以使经过所述倒锥形中空部4的侧面全反射后的反射光束呈360度从所述全反射锥面镜10的侧部出射。

通过图4的实施例，可以将光源20、全反射锥面镜10以及可选的准直透镜30集成为一个整体的组件，有助于后续的装配使用。

本实用新型提出了一种全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统，克服了一般柱镜只能产生点状或线状光束的缺点，能够产生360度的光束，且光源可以安装在所述全反射锥面镜内使其使用更便捷，所述全反射锥面镜及包括其的大角度投射光学系统结构简单、维护成本低，应用更加广泛。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全反射锥面镜，其特征在于，所述全反射锥面镜包括：

镜体，所述镜体的一端具有光学入射表面，与所述光学入射表面相对的，所述镜体的另一端具有倒锥形中空部，所述倒锥形中空部的侧面构成全反射面；和

安装部，内部为中空状，所述镜体在所述光学入射表面一侧与所述安装部连接。

2.如权利要求1所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述镜体与所述安装部为一体成型。

3.如权利要求1所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述倒锥形中空部具有圆锥形状，所述镜体具有圆柱形状，所述安装部具有与所述镜体对应的中空圆柱形状。

4.如权利要求1所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述倒锥形中空部具有棱锥形状，所述镜体具有与所述棱锥形状相对应的棱柱形状，所述安装部具有与所述镜体对应的中空棱柱形状。

5.如权利要求1-4中任一项所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述倒锥形中空部具有尖端顶点，所述全反射锥面镜还包括位于所述倒锥形中空部的侧面上的反射膜，所述全反射锥面镜由玻璃或光学树脂制成。

6.如权利要求1-4中任一项所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述倒锥形中空部的侧面相对于所述光学入射表面成45度角。

7.如权利要求1-4中任一项所述的全反射锥面镜，其特征在于，所述光学入射表面为具有光焦度的球面、非球面或自由曲面，用于对入射到所述光学入射表面上的光束进行准直。

8.一种大角度投射光学系统，其特征在于，所述大角度投射光学系统包括：

光源；

如权利要求1-7中任一项所述的全反射锥面镜，所述光源固定在所述安装部中，并且所述全反射锥面镜的光学入射表面与所述光源垂直相对，以接收所述光源发出的光束，所述光束经所述全反射锥面镜的倒锥形中空部的侧面全反射，并通过所述全反射锥面镜的侧部出射。

9.如权利要求8所述的大角度投射光学系统，其特征在于，所述大角度投射光学系统还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述光源与所述全反射锥面镜的光学入射表面之间，以将所述光源发出的光束准直后入射到所述光学入射表面。

10.如权利要求8或9所述的大角度投射光学系统，其特征在于，所述光源为激光器，所述激光器的发光方向对准所述倒锥形中空部的顶点。

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