一种用于对目标产生均匀照明的光学系统，包括透镜主体(204)，形成在所述透镜主体(204)的底部侧上的其中心区域处的凹部(202)，用以容纳布置在积分区(206)中的光源，该凹部(202)具有侧进入表面(208)和中心进入表面(210)，提供在所述透镜主体(204)的侧表面处的全内反射表面(212)，其中所述全内反射表面(212)包括多个第一小透镜(216)；并且在所述透镜主体(204)的顶部侧提供出射表面(214)，所述出射表面(214)包括多个第二小透镜(218)，其中所述第一小透镜(216)中的每一个与所述第二小透镜(218)中的每一个形成配对(220)，其中所述配对(220)中的第一小透镜(216)将来自所述积分区(206)的光聚焦在所述配对(220)中的第二小透镜(218)上，并且其中所述配对(220)中的第二小透镜(218)将目标聚焦在所述配对(220)中的所述第一小透镜(216)上，使得所述透镜(200)对目标产生了均匀的照明。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学系统并且特别地涉及一种用于在对目标产生均匀照明的光学透镜。
技术介绍
为了提供有效的照明，控制光的聚焦和分布的能力很关键。许多光学系统采用一个或多个光学元件来达到希望的光分布和/或希望的照明均匀度。取决于情形和要求，采用了各种光源，包括白炽灯、荧光灯和基于固态的光源。光学系统的设计典型地依赖于所使用的光源而变化。然而，在针对所使用的光源的强度和/或颜色的空间和/或强度变化进行补偿时存在问题，当产生均匀照明时这是很关键的。当例如使用形式为标准全内反射(TIR)准直器的光学系统时所遇到的典型的问题有I)光源颜色随角度的变化，导致了在远场中不同离轴角度上的颜色;2)光源颜色随位置的变化，其同样导致了颜色假像；以及3)当使用在其间具有黑暗区域(即，不产生光的区域)的光源的阵列时在准直器强度上的强烈的不均匀度。消减这些问题的一个方法是利用在全内反射(TIR)准直器的出射表面上使用了漫射元件或切面(facet)的用以分散并且再分布或者混合光的技术。例如US 2013/0058103公开了一种准直器(或者如在US 2013/0058103中被称为透镜)，其包括:透镜体;提供在透镜体的外侧上的全反射表面，该反射表面的形式为鳞片状的多面体;形成在透镜体的底部侧上的其中心区域处的用于容纳LED的凹部，该凹部具有侧表面以及中心表面;在凹部的中心表面处形成的微透镜阵列；以及提供在透镜体的顶部侧处的发光表面;其中由透镜形成了基本上均匀的圆形光斑。然而，采用US2013/0058103的准直镜来缓解上面所提及的所有问题是具有挑战的，尤其是当光源在亮度随位置变化强烈时。切面和漫射元件必须相应地被凸显出来以对光进行混合从而使得与光源的不匀质性有关的效应得以被抹掉。结果是可以提供一种均匀的照明，但是同时离开光学系统的光的光束角度增加，其阻碍了光的准直并且降低了光分布的控制。因此存在对于寻找到提供更佳的照明均匀度和光分布控制的光学系统的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决或至少部分减少上面所讨论的问题。特别地，根据本专利技术的第一方面提供一种用于对目标产生均匀照明的光学系统，所述光学系统包括主体，形成在主体的底部侧上的其中心区域处的凹部，用以容纳布置在积分区中的光源，该凹部具有侧进入表面和中心进入表面，提供在主体的侧表面处的全内反射表面，其中全内反射表面包括多个第一小透镜，并且在主体的顶部侧提供出射表面，该出射表面包括多个第二小透镜，其中第一小透镜中的每一个与第二小透镜中的每一个形成配对，其中配对中的第一小透镜将来自积分区的光聚焦在配对中的第二小透镜上，并且其中配对中的第二小透镜将目标聚焦在配对中的第一小透镜上，因此光学系统对目标产生了均匀的照明。用语“积分区”(integrat1nzone)应当被解释为一个区域或者容积，其相对于光学系统而布置，这样来自于积分区内部的基本上每个点的光照亮整个目标。应当注意到如果积分区比光源大，光源可以在积分区内部移动而基本上不会影响到系统的性能，其将有助于缓解光学组件的放置容差。“小透镜”在本申请中应当被理解为具有典型地为光学系统的主体直径的1/100到1/5的直径的小光学透镜并且可以为透镜阵列的部分。每个小透镜可以具有相同或者不同的焦距。小透镜可以进一步布置在平坦的、弯曲的或者自由形状的表面上，如下面将描述的。本专利技术基于这样一种洞见，即如果光学系统的积分区中的光源或者光源影像的每个点对整个目标进行照明，则在积分区内的辐照度变化对针对目标的照明的均匀度仅具有有限的影响。然而，这不能使用单一的元件来实现，这种单一的元件例如为透镜或者反射镜，用以对由光源产生的光收集为可以在照明中看见的光谱或强度变化。根据本专利技术的主题，提供小透镜阵列来代替使用聚焦在彼此之上的单一透镜配对。在全反射表面上使用多个第一小透镜以及在出射表面处使用多个第二小透镜获得了所希望的效果。因此本专利技术的优势在于即使在积分区内的光源为非均匀，也能提供均匀的光。因此，用于产生均匀照明的光源例如由一个或多个具有不同颜色的光源构成，或者由具有产生较少或没有光发射的区域的光源阵列构成，只要在积分区内发光。传统的光源基本上在所有方向上发射光，其导致了固有损失以及降低的照明性能。大部分的固态光源，例如发光二极管其本质上是仅发射光进入一个半球内的朗伯(Lambertian)光源。在大多数情况下，LED光束角度在没有引入一些次级光学元件从而将发射角度引入可接受数值的情况下对于用于照明目的来说过于宽泛。因此，根据本专利技术提供了一种光学系统，针对其在主体的侧表面处布置了全反射表面使得照明的效率得到改善。用语“全反射表面”应当被解释为在该处可以发生全反射(TIR)的表面。TIR是当光射线以相对于边界表面的法线的大于临界角度的角度到达第一介质和第二介质之间的边界处时发生的光学效应。为了发生TIR，即为了光射线在边界处全部反射从而没有光穿越边界而进行传播并且基本上所有的光在边界处被反射，需要第一介质的折射率大于第二介质的折射率。在业已设计的光学系统的表面上添加小透镜可以进一步改善光学系统性能，而保持其初始功能。另一个优势在于没有附加的光学元件被添加。因此从透镜输出的光可以就其强度和光束准直性而言变得更为有效并且进一步较少依赖于光源的特性。利用TIR的光学系统可以因此被视为所形成的准直器从而使得光学系统对来自积分区的光进行准直并且将光束发送出光学系统。典型的基于TIR的光学系统具有基本上为锥形的形式，其具有其中可以放置光源的空腔或者凹部，正如底下将描述的。通过进一步形成小透镜配对从而使得第一小透镜的每一个与第二小透镜的每一个形成配对，小透镜可以被布置为使得配对的第一小透镜将来自积分区的光聚焦在配对的第二小透镜上，并且其中配对的第二小透镜将目标聚焦在配对的第一小透镜上。换句话说，在小透镜的每个配对中的小透镜形成为使得每个第一小透镜将光源成像在第二小透镜上，而同时第二小透镜将第一小透镜成像在目标上。由于光源像，即光源没有投射在目标上，照明不匀质性和光源在积分区内的错位将不会影响目标照明。因此这种布置可以提供改善的照明均匀性并且由于没有如在现有技术解决方案中所通常使用地使用遮蔽或漫射器，可以同时获得高照明效率和紧凑性。根据本专利技术的实施例，全内反射表面由非球旋转表面构成。其具有优势指出在于其提供了在光学系统内的旋转对称，这导致了最大旋转对称照明。出射表面可以从包括平坦表面、倾斜表面和非球旋转表面的几何形状群组中选择，这允许了目标照明区域的几何形状的设计，其中光学设计可以被调整为改善紧凑性或者影响基本准直特性。光学系统可以进一步包括中心透镜，其包括布置在凹部的中心进入表面处的中心透镜进入表面，其中中心透镜进入表面包括多个第三小透镜，并且中心透镜出射表面呈中心地布置在透镜的出射表面上，其中中心透镜出射表面包括多个第四小透镜，其中第三小透镜的每一个与第四小透镜的每一个形成配对，其中配对中的第三小透镜将来自积分区的光聚焦在配对中的第四小透镜上，并且其中配对中的第四小透镜将目标聚焦在配对中的第三小透镜上，因此透镜产生对目标的均匀照明。进入光学系统的中心区域的光可以由此被有效地利用于提供对目标照明的增加的均匀性。根据本专利技术的实施例，多个第三小透镜中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对目标产生均匀照明的光学系统，所述光学系统包括：主体(204)；形成在所述主体(204)的底部侧上在所述底部侧的中心区域处的凹部(202)，用以容纳布置在积分区(206)中的光源，所述凹部(202)具有侧进入表面(208)和中心进入表面(210)；提供在所述主体(204)的侧表面处的全内反射表面(212)，其中所述全内反射表面(212)包括多个第一小透镜(216)；以及提供在所述主体(204)的顶部侧处的出射表面(214)，所述出射表面(214)包括多个第二小透镜(218)，其中所述第一小透镜(216)中的每一个与所述第二小透镜(218)中的每一个形成配对(220)，其中所述配对(220)中的所述第一小透镜(216)将来自所述积分区(206)的光聚焦在所述配对(220)中的所述第二小透镜(218)上，并且其中所述配对(220)中的所述第二小透镜(218)将所述目标聚焦在所述配对(220)中的所述第一小透镜(216)上，使得所述光学系统(200)对所述目标产生均匀照明。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·德洛斯，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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