光束整形装置和使用光束整形装置的聚光灯制造方法及图纸

提供了一种允许在更紧凑的装置中使用扩展光源的光学装置。该光学装置可以被配置为沿着光学方向准直光源(270)的光。光学装置(200)可以包括源表面(215)、前表面(210)、透镜本体(250)和外围元件(240)。源表面被布置成接收光，并且可以包括中心部分(220)和菲涅尔部分(230)。菲涅尔部分包括用于使光偏转的至少一个齿(233n)。前表面布置成沿着光学方向至少将偏转光输出为准直光。源表面和前表面限定了透镜本体。外围元件可以被布置成将在前表面处以全内反射方式在内部反射的光朝向光学方向反射，从而对准直光具有贡献。

A beam shaping device and a spotlight using a beam shaping device

An optical device that allows the use of an extended light source in a more compact device is provided. The optical device can be configured as light along an optical direction collimating light source (270). The optical device (200) can include a source surface (215), a front surface (210), a lens body (250) and a peripheral element (240). The source surface is arranged to receive light, and can include a central part (220) and a Finel portion (230). The Finel section includes at least one of the teeth (233n) used to deflect the light. The front surface is arranged along the optical direction to the deflected light output to the collimation light. The lens body is limited by the source surface and the front surface. The peripheral elements can be arranged to reflect the reflected light inside the front surface to the optical direction in the total internal reflection mode, so that it can contribute to direct light.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光束整形装置和使用光束整形装置的聚光灯
本说明书总体涉及菲涅尔透镜领域，特别公开了一种利用扩展光源的光学装置。
技术介绍
通常，全内反射菲涅尔(TIRF)透镜是紧凑而高效的准直器。为了提供具有更高强度和/或更坚固结构的照明装置，理想的是与这种TIRF透镜相组合地使用扩展光源。然而，标准的TIRF镜头被优化用于点状光源。当使用扩展光源时，正常设计不能控制所有的光。这导致了漏光，继而导致效率和光束强度的降低。因此，需要改进TIRF透镜以用于引导来自扩展光源的光。US2011/0061721描述了一种具有菲涅尔型结构、即具有给定角度分布的三角形的结构的非成像透镜。US2004/0141323描述了一种包括光源和具有结构化内表面的同轴环状反射器的指示灯。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学装置，其允许使用至少部分地克服了一些上述问题的扩展光源。特别地，本专利技术的目的是提供一种适用于更广泛的应用的更紧凑的光学装置。对这个问题的传统解决方案导致了厚得多的透镜，从而降低了这些解决方案的有用性。上述目的通过根据独立权利要求的本专利技术来实现。在从属权利要求中阐述了优选实施例。例如，在一个实施例中，该光学装置被配置为沿着光学方向对光源的光进行准直。光学装置可以包括源表面、前表面、透镜本体和外围元件。源表面被布置成接收光，并且可以包括中心部分和菲涅尔部分。菲涅尔部分包括用于使光偏转的至少一个齿。前表面被布置成沿着光学方向至少将偏转光输出为准直光。源表面和前表面限定了透镜本体。外围元件可以被布置成将在前表面处通过全内反射在内部反射的光朝向光学方向反射，从而对准直光具有贡献。在上述实施例中，已经认识到，通过提供外围元件，全内反射菲涅尔(TIRF)透镜可以更高效、对光源的位置或尺寸的依赖性更小，该外围元件将在透镜本体内内部反射的光朝向光学装置的光学方向反射回，否则所述光将丢失。因此，可以从光学装置输出更多的光。换句话说，光学装置提供更高强度的准直输出光束。应当理解，TIRF透镜的菲涅尔部分可以由几个同心的环状段构成，其中通常这些环状段具有两个部分，即指向透镜的中心的第一部分以及指向透镜的边缘的第二部分。在TIRF透镜中，与第二部分相比，第一部分被布置成与透镜的光轴更平行。当看向沿着这种菲涅尔部分的径向方向的横截面时，这些环状段将具有锯齿形的外观，其中多个齿从透镜延伸。因此，术语“齿”可以看作是同心环状段的横截面。从中心光源向TIRF透镜的菲涅尔部分发射的光将首先到达齿的第一部分。在齿的第一部分的表面处(即，齿与透镜本体外的介质(通常是环境空气)之间的界面)，光将被折射到透镜中并且(在透镜本体内)被引向齿的第二部分。在齿的第二部分的表面处，光将通过全内反射而(在透镜本体内)被反射并被引向前表面。在前表面处，光将作为输出光束(即从光学装置输出的光束)的一部分发射。从非中心光源朝向TIRF透镜的菲涅尔部分发射的光的一部分将首先到达齿的第一部分。在齿的第一部分的表面处，光将被折射到透镜本体中并被引向前表面，因此不会穿过第二部分。在前表面(即，前表面与透镜本体外的介质(通常是环境空气)之间的界面)处，光将以全内反射方式被反射并被引向外围元件。在外围元件处，光被反射以使其沿着光学方向被引导，以便作为输出光束的一部分而被添加到在齿处反射的光中。使用现有技术的TIRF透镜和非中心光源或扩展光源(因为扩展光源的一部分然后将不与TIRF透镜的中心对准)，一部分光(即，不通过第二部分的光)将丢失。因此，外围元件增加了对准直光束有贡献的光量，并且可以实现更高效的光学装置。根据上述实施例的光学装置是有利的，因为其在输出来自光源、特别是扩展光源(在其不是点状光源的意义上而言)或不与TIRIF透镜的中心对准的光源的准直光方面更高效，同时仍然提供更紧凑的装置。在该光学装置中，一部分光由外围元件引导。在一个实施例中，中心部分可以被布置成通过折射和反射中的至少一者沿着光学方向准直光源的光。在另一个实施例中，中心部分可以是平坦表面或类似特征，因此被布置成使得光通过该装置而不被准直。应当理解，中心部分可以包括至少一个菲涅尔齿。在一个实施例中，中心部分可以是菲涅尔部分或可以用作菲涅尔部分。在一个实施例中，外围元件可以被布置成将在前表面处被内部反射的光以全内反射方式反射到透镜本体内。在该设计中可以使用更少的部件，同时通过利用外围元件处的全内反射来准直装置中的光，仍然提供了改进的装置。该设计还可以带来装置的更高效的制造。为此，在一个实施例中，外围元件可以被配置为反射已经在菲涅尔部分处没有全内反射地偏转并在前表面处被反射的光。本公开中的术语“TIR”是指当传播光以相对于边界面的法线的临界角更大的角度撞击介质边界时而发生的全内反射。本公开中的术语“输出光束”是指在其预期的使用期间从光学装置输出的光。本公开中的术语“光学方向”是指光学装置、光学元件或光学部分被布置用于工作的方向，即光被引导的方向。在一些实施例中，但并非总是如此，光学方向可以与透镜本体延伸的轴向方向重合。换句话说，光学方向可以是与光学装置、光学元件或光学部分的对称轴线重合或平行的方向。本公开中的术语“前表面”是指背向光源、布置成(例如朝向目标或场景)输出光的(光学装置的)表面。本公开中的术语“源表面”是指面向源例如光源的表面。本公开中的术语“透镜本体”是指具有折射特性的本体(具有一定体积)。如上所述，透镜本体可以由一侧的前表面和相反侧的源表面限定。因此，源表面和前表面之间的距离可以限定透镜本体的厚度(该厚度可以根据前表面和源表面的形状而沿径向方向变化)。在一些实施例中，光学装置因此也可以被限定为包括在一侧具有前表面而在相反侧具有源表面的透镜本体。本公开中的术语“齿”是指在限定齿的尖端的点处会合或相交的两个斜壁或倾斜壁。齿可以从表面延伸出，或者延伸到表面中。因此，菲涅尔部分可以被看作是一系列相交的斜(或倾斜)壁，其限定一定数量的尖端，即一定数量的齿。在一个实施例中，菲涅尔部分可以相对于光学方向径向地定位在中心部分与外围元件之间。在特定实施例中，中心部分可以朝向装置的中心定位，外围元件可以朝向装置的边缘定位，并且菲涅尔部分可以位于中心部分与外围元件之间。在这些实施例中，中心部分可以是用于以合适的方式聚焦来自小光源和扩展光源两者的光的常规折射光学装置。在常规透镜可能太厚或因为某种其他方式而不适合的地方可以使用菲涅尔部分。然后，外围元件可以至少部分地校正由菲涅尔部分而引入的一些缺陷。在一个实施例中，外围元件还可以包括被配置为沿着光学方向反射光的金属化表面，这导致装置的效率提高。此外，金属化表面的反射特性不依赖于入射角。因此，本专利技术的实施例提供了更稳健的设计。金属化表面可以由任何反射金属制成。作为非限制性示例，用于表面金属化的金属可以是铝、铜、黄铜、银或铬。金属层可以通过气相沉积、溅射或用于沉积金属的任何其他合适的方法获得。在一个实施例中，外围元件可以是透镜本体整体的一部分。该设计产生了具有较少部件的装置，这也简化了制造过程。为了实现这一点，透镜本体可以相对于光学方向径向地延伸以包含(即包围或封装)外围元件。因此，从透镜本体的内部沿大致径向方向到达外围元件的光将继续在装置内传播，直到其沿光学方向从前表面输出。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置(200、300、400、500、600)，所述光学装置被配置为沿着光学方向(280、380、480、580)对光源(270、271、571)的光进行准直，所述光源被定位在中心位置或非中心位置或者是扩展光源，所述光学装置包括：源表面(215、315、415、515、615)，所述源表面被布置成接收光，其中所述源表面包括中心部分(220、320、420、520、620)和菲涅尔部分(230、330、430、530、630)，所述菲涅尔部分包括用于使光偏转的至少一个齿(233n、333n、433n、533n)；前表面(210、310、410、510)，所述前表面被布置成沿着所述光学方向至少将来自所述菲涅尔部分的偏转光输出为准直光；透镜本体(250、350、450、550、650)，所述透镜本体由所述源表面和所述前表面限定；以及外围元件(240、340、440、540、640)，所述外围元件被布置成将源自非中心位置、在所述前表面处以全内反射方式在内部反射的光朝向所述光学方向反射，以对所述准直光具有贡献。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.02 EP 15162327.91.一种光学装置(200、300、400、500、600)，所述光学装置被配置为沿着光学方向(280、380、480、580)对光源(270、271、571)的光进行准直，所述光源被定位在中心位置或非中心位置或者是扩展光源，所述光学装置包括：源表面(215、315、415、515、615)，所述源表面被布置成接收光，其中所述源表面包括中心部分(220、320、420、520、620)和菲涅尔部分(230、330、430、530、630)，所述菲涅尔部分包括用于使光偏转的至少一个齿(233n、333n、433n、533n)；前表面(210、310、410、510)，所述前表面被布置成沿着所述光学方向至少将来自所述菲涅尔部分的偏转光输出为准直光；透镜本体(250、350、450、550、650)，所述透镜本体由所述源表面和所述前表面限定；以及外围元件(240、340、440、540、640)，所述外围元件被布置成将源自非中心位置、在所述前表面处以全内反射方式在内部反射的光朝向所述光学方向反射，以对所述准直光具有贡献。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述外围元件被配置为反射已经在所述菲涅尔部分处没有全内反射地偏转并在所述前表面处被反射的光。3.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中，所述菲涅尔部分相对于所述光学方向径向地定位在所述中心部分与所述外围元件之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中，所述中心部分朝向...

【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