透镜及光学系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种透镜及具有该透镜的光学系统，该透镜包括安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面，安装面用于安装透镜，安装面的中心开设有光源腔，光源腔用于容置光源，光源腔的内表面为入光面，第一出光面的一端连接安装面，第一出光面的另一端连接第二出光面，反射面用于将从入光面射向反射面的光线反射至第一出光面或第二出光面出射。本实用新型专利技术通过合理设置透镜的安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面的位置和结构，使得光线能够实现大角度投射并且在大角度边缘处的投射光线的能量充足，能够满足大角度的工业应用对大视场角的光学性能需求。

Lens and optical system

【技术实现步骤摘要】
透镜及光学系统
本技术属于光学领域，尤其涉及一种透镜及具有该透镜的光学系统。
技术介绍
现今工业越来越发达，对于光学系统的要求也越来越高。光学系统的一类为广角光学系统，能够发射大角度的光线。广角光学系统中需用到匀光片，用于使得光线均匀出射。现在广角匀光片一般采用衍射光学组件DOE(DiffractiveOpticalElements，衍射光学器件)或者折射光学组件ROE(RefractiveOpticalElements，折射光学器件)作为设计方案。DOE方案是基于光波的衍射理论，利用计算机软件设计，并通过半导体芯片制造工艺，在基片上刻蚀产生台阶型或连续浮雕结构，通过微结构表面对透射光束进行相位调制，来控制出光强度分布调制。ROE方案通过注塑或纳米压印在基片上构建随机或周期性的微透镜阵列，遵循几何光学的折射原理，利用非球面调整出射光的空间角度，从而得到预期照度分布的匀光器件。不管是DOE还是ROE，其光线在大角度的能量均比较薄弱，不满足光学系统对于大视场角时的光学性能要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种能够解决上述问题的透镜以及包括该透镜的光学系统。本技术提供了如下的技术方案：第一方面，本技术提供了一种透镜，包括安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面；所述安装面设置于所述透镜靠近光源的一侧，用于安装所述透镜；所述透镜在所述安装面的中心开设有光源腔，所述光源腔用于容置所述光源；所述光源腔的内表面为所述入光面；所述第一出光面和所述第二出光面为设置于所述透镜远离所述光源的曲面；在第一方向上，所述第一出光面的一端连接所述安装面，所述第一出光面的另一端连接所述第二出光面，所述第一出光面和所述第二出光面相交形成第一交线，所述第一交线为直线，所述第一交线沿第二方向延伸，所述第二出光面与所述第一出光面相对于经过所述第一交线并垂直于所述安装面的平面镜像对称，所述第一方向和所述第二方向垂直；在所述第二方向上，所述反射面为所述透镜相对的两侧分别向内凹陷形成，所述反射面用于将从所述入光面射向所述反射面的光线反射至所述第一出光面或所述第二出光面出射；光源发出的光线经所述入光面进入到所述透镜内，所述透镜内的光线经所述第一出光面或所述第二出光面射出，或者，所述透镜内的光线经所述反射面反射后由所述第一出光面或所述第二出光面射出。合理设置透镜的安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面的位置和结构，光源发出的光线通过所述入光面以及所述反射面折射或反射至所述第一出光面和所述第二出光面出射，第一方向上，出射的光线具有更大的角度，第二方向上，出射的光线被汇聚准直，光线在各个位置汇聚的数量更多，使得光线在大角度的能量充足，能够满足大角度的工业应用的需求。其中，所述透镜还包括在所述第二方向上的两个侧面，所述侧面的一端连接所述安装面，另一端连接所述第一出光面或所述第二出光面，所述反射面与所述侧面、所述安装面相接。通过合理设置侧面的位置，所述透镜的第一出光面、第二出光面、反射面和安装面能够更为稳定地协作，同时侧面能够保护反射面，保证反射面能够准确的反射光线。其中，所述第一出光面包括依次连接的第一面、第二面和第三面，所述第一面与所述第二出光面连接，所述第三面与所述安装面连接，所述第二面为曲面，所述第一面上任意一点相对所述安装面的距离为第一距离，所述第一交线上任意一点与所述安装面的距离为第二距离，所述第一距离不小于所述第二距离，以使所述第一出光面和所述第二出光面相交的位置为平面或形成凹陷。通过设置第一出光面和第二出光面相交位置为平面或者凹陷，使得光线在第一面处折射而往更大的角度出射，使得大角度的光线充足。其中，在所述第二方向的任一横截面上，以所述光源腔中的所述光源沿所述第二方向投影的位置为圆心，所述第一面远离所述第一交线的端点与所述圆心的连线为第一直线，所述第一交线的点与所述圆心的连线为第二直线，所述第一直线与所述第二直线的夹角为第一夹角，所述第一夹角小于等于5°。设置上述第一夹角大小，从而调节第一出光面和第二出光面相交的位置处的平面或者凹陷的区域的范围，使得中心的光线与边缘的光线分配更为均匀，增强大角度方向的光线强度。其中，所述第二面为圆柱面，所述第二面上任意一点的第一切线与所述圆心至所述任意一点的连线垂直。通过设置第二面为圆柱面，使得光线在第二面处折射而能向更大的角度出射，从而使得出射的光线分布更为充足。其中，在所述第二方向的任一横截面上，所述第二面上远离第一面的端点与所述圆心的连线为第三直线，所述第三直线和所述第二直线的夹角为第二夹角，所述第二夹角的范围为40°至75°。通过合理设置第二夹角的角度，在保证大角度光线充足的前提下，限制了光线在大角度方向的范围，避免大角度的光线过于分散，影响大角度光线的强度其中，所述反射面为曲面，所述反射面包括相对于过所述安装面的中心且垂直于所述第一交线的平面对称设置的第一反射面和第二反射面，在所述第一方向且经过所述第一交线的横截面上，所述第一反射面、所述第二反射面、所述安装面和所述第一交线形成梯形形状，且所述第一反射面和所述第二反射面与所述侧面相接的端点与所述第一交线两端的端点重合，所述第一反射面和所述第二反射面与所述安装面相接的两个端点的连线为第四直线，所述第一交线的长度大于所述第四直线的长度。通过合理设置第一反射面、第二反射面、安装面和侧面的位置关系，有利于将光线汇聚第一出光面和第二出光面出射，提高了光线的利用效率。其中，在所述第一方向且经过所述第一交线的横截面上，所述第一反射面的轮廓线为直线或曲线，所述轮廓线通过沿着转轴扫描而形成所述第一反射面。通过设置扫描形成的反射面，使得反射面汇聚光线的范围更大，有利于光线的充分利用，避免散射导致能量损失。其中，在所述第二方向上，所述反射面满足条件：θ2＝(90°+θ1)/2±5°；其中θ2为在所述反射面某一点S点处的第二切线与所述安装面的夹角；θ1为第一连线与所述安装面的夹角，所述第一连线为所述S点与光源中心的连线；θ1在以所述光源中心为原点、经过所述光源中心且平行于所述第一交线的直线为x轴、垂直于x轴的直线为y轴的二维坐标系上满足条件：θ1＝tan-1(H01/W01)，其中，所述S点的坐标为S(H01，W01)。通过设置上述条件式，调整反射面的结构，使得反射面能够准确的将由入光面射过来的光线反射至第一出光面或第二出光面，避免光线无法反射至第一出光面或第二出光面而损失，提高能量利用率。其中，所述入光面包括第一入光面、第二入光面和第三入光面，所述第一入光面与过所述安装面的表面相对，所述第二入光面和所述第三入光面相对设置，且分别连接在所述第一入光面和所述安装面之间，在所述第二方向的横截面上，所述第一入光面的轮廓线为半圆形，且在第一方向上，所述第一入光面的两端分别与所述安装面相接。通过第一入光面、第二入光面和第三入光面的协作，将光线折射至反射面、第一出光面和第二出光面，以便反射面进行汇聚光线以及第一出光面和第二出光面进行扩大角度出射光线。其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透镜，其特征在于，包括安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面；/n所述安装面设置于所述透镜靠近光源的一侧，用于安装所述透镜；/n所述透镜在所述安装面的中心开设有光源腔，所述光源腔用于容置所述光源；/n所述光源腔的内表面为所述入光面；/n所述第一出光面和所述第二出光面为设置于所述透镜远离所述光源的曲面；在第一方向上，所述第一出光面的一端连接所述安装面，所述第一出光面的另一端连接所述第二出光面，所述第一出光面和所述第二出光面相交形成第一交线，所述第一交线为直线，所述第一交线沿第二方向延伸，所述第二出光面与所述第一出光面相对于经过所述第一交线并垂直于所述安装面的平面镜像对称，所述第一方向和所述第二方向垂直；/n在所述第二方向上，所述反射面为所述透镜相对的两侧分别向内凹陷形成，所述反射面用于将从所述入光面射向所述反射面的光线反射至所述第一出光面或所述第二出光面出射；/n光源发出的光线经所述入光面进入到所述透镜内，所述透镜内的光线经所述第一出光面或所述第二出光面射出，或者，所述透镜内的光线经所述反射面反射后由所述第一出光面或所述第二出光面射出。/n

【技术特征摘要】
1.一种透镜，其特征在于，包括安装面、入光面、第一出光面、第二出光面和反射面；
所述安装面设置于所述透镜靠近光源的一侧，用于安装所述透镜；
所述透镜在所述安装面的中心开设有光源腔，所述光源腔用于容置所述光源；
所述光源腔的内表面为所述入光面；
所述第一出光面和所述第二出光面为设置于所述透镜远离所述光源的曲面；在第一方向上，所述第一出光面的一端连接所述安装面，所述第一出光面的另一端连接所述第二出光面，所述第一出光面和所述第二出光面相交形成第一交线，所述第一交线为直线，所述第一交线沿第二方向延伸，所述第二出光面与所述第一出光面相对于经过所述第一交线并垂直于所述安装面的平面镜像对称，所述第一方向和所述第二方向垂直；
在所述第二方向上，所述反射面为所述透镜相对的两侧分别向内凹陷形成，所述反射面用于将从所述入光面射向所述反射面的光线反射至所述第一出光面或所述第二出光面出射；
光源发出的光线经所述入光面进入到所述透镜内，所述透镜内的光线经所述第一出光面或所述第二出光面射出，或者，所述透镜内的光线经所述反射面反射后由所述第一出光面或所述第二出光面射出。


2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜还包括在所述第二方向上的两个侧面，所述侧面的一端连接所述安装面，另一端连接所述第一出光面或所述第二出光面，所述反射面与所述侧面、所述安装面相接。


3.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述第一出光面包括依次连接的第一面、第二面和第三面，所述第一面与所述第二出光面连接，所述第三面与所述安装面连接，所述第二面为曲面，所述第一面上任意一点相对所述安装面的距离为第一距离，所述第一交线上任意一点与所述安装面的距离为第二距离，所述第一距离不小于所述第二距离，以使所述第一出光面和所述第二出光面相交的位置为平面或形成凹陷。


4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，在所述第二方向的任一横截面上，以所述光源腔中的所述光源沿所述第二方向投影的位置为圆心，所述第一面远离所述第一交线的端点与所述圆心的连线为第一直线，所述第一交线的点与所述圆心的连线为第二直线，所述第一直线与所述第二直线的夹角为第一夹角，所述第一夹角小于等于5°。


5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述第二面为圆柱面，所述第二面上任意一点的第一切线与所述圆心至所述任意一点的连线垂直。


6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，在所述第二方向的任一横截面上，所述第二面上远离第一面的端点与所述圆心的连线为第三直线，所述第三直线和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠宏，李宗政，周祥禾，林君翰，
申请(专利权)人：南昌欧菲生物识别技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江西;36