光导调焦设备和方法技术

用于引导光从非导向的光源进入前向方向并具有需要的角分布的设备和方法。该设备包括锥形光导、前折射器和后反射器。选择光导的楔形角使得光进入光导的入口并退出光导，并且通过前折射器或后反射器导向进入期望的角分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光调焦设备。在此描述的特定实施例涉及被配置为弓I导光在期望的角分布内的光导。
技术介绍
用于操作光的产品的开发已经导致了滤光、分光、衰减光、切換光、合并光和监控光的广泛技木。控制光源的角分布是服务于エ业、医疗和科学社団的广泛应用中的重要方面。该例子需要包括公共演出、音乐厅、剧院等的聚光灯、舞台照明，其中通过指引的光控制照明。其他例子包括小的区域的照明，例如可能在牙医和手术过程中需要的照明。车头灯是特定应用，其中照明的区域由双重需要指示为驾驶员提供好的道路视觉以及防止对迎面而来的车流产生强光。此外，车头灯通常被设置为符合不同的国家标准。 最近，例如发光二极管(LED)照明的技术可以应用于车流照明，其中使用LED照明元件的车头灯现在是可能的。持续地研发例如引导来自车头灯的光的有效方式。传统的光导向方法包括反射元件，例如位于光源之后的弯曲的镜子，以及折射元件，例如位于光源前面的透镜。这些方法以及与其相关的问题在本领域是公知的。例如，很难在单个焦点定位多个光源，例如双细丝灯泡LED阵列等。由此对于控制光源的角分布来说需要有效的、节约成本的解决方案。这里公开的设备致カ于该需要。
技术实现思路
这里公开的光导向设备配置为向前引导光具有期望的角分布，所述光导向设备包括至少ー个锥形光导和至少ー个前折射器。所述锥形光导包括前出耦合表面、后出耦合表面和在所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点对向楔形角3的入耦合入口。所述折射器包括后入耦合表面和向前面对的出耦合表面，所述折射器被定位使得折射器的后入耦合表面与光导的前出耦合表面相邻，其间具有中间间隙。所述楔形角P被选择使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述光导的前出耦合表面退出的光入射到折射器的后入耦合表面，并且通过所述折射器的前向面对的出耦合表面发射所述光具有所述需要的角分布。可选地，所述锥形光导通过所述入耦合入ロ围绕外部轴具有选择对称性。当恰当时，楔形角0的值随着围绕中心轴的角V而变化,使得需要的角分布不是对称的。光导向设备可以还包括至少ー个后反射器，配置所述至少ー个后反射器使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述后耦合表面退出的光向前反射具有所述期望的角分布。可选地，包括光学兀件的后反射器被定位为与所述光导的后出稱合表面相邻，所述光学元件被配置为通过完全内部反射引导退出光导的后出耦合表面的光处于所需的角分布内。在所选的实施例中，中心轴和从入I禹合入口到所述如出I禹合表面和所述后出I禹合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角近似等于通过光导的前出耦合表面限制完全内部反射的临界角。可选地，中心轴和从入耦合入口到所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角位于(SirT1(IAi)-P)到(sirT1 (l/n) + P )的范围内，其中n是光导的折射率并且P是楔形角。光导可以具有圆形水平横截面，其中所述前出耦合表面通常具有由第一圆锥角表征的凹圆锥形。可选地，后出耦合表面具有由第二圆锥角表征的通常截短的凸圆锥形。所述第一圆锥角可以大于所述第二圆锥角。有利地，选择所述第一圆锥角和所述第二圆锥角，使得入射所述光导的所述入耦合入口的光被分布为具有期望的角分布。可选地,光导向设备还包括至少一个光源。本专利技术的另ー个方面教导了一种向前引导光具有期望的角分布使用的方法。该方法可以包括提供光源；提供至少ー个锥形光导，所述锥形光导包括前出耦合表面、后出耦合表面和在所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点对向楔形角的入耦合入口 ；定位至少ー个折射器，所述折射器包括后入耦合表面和向前面对的出耦合表面，使得折射器的 后入耦合表面与光导的前出耦合表面相邻，其间具有中间间隙；以及选择所述楔形角使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述光导的前出耦合表面退出的光入射到折射器的后入耦合表面，并且通过所述折射器的前向面对的出耦合表面发射所述光具有所述需要的角分布。该方法还包括选择中心轴和从光导的入耦合入口到所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角，使其近似等于通过光导的前出耦合表面限制完全内部反射的临界角。可选地，选择半隙角的步骤包括在(SirT1(IAi)-W到(sinll/n) + P)的范围内选择角，其中n是光导的折射率并且P是楔形角。该方法还包括提供后反射器，使得退出光导的所述后出耦合表面的光向前反射具有所述期望的角分布。可选地，提供后反射器的步骤包括将光学元件定位为与光导的后出耦合表面相邻并具有中间间隙。附图说明为了更好地理解本专利技术以及显示本专利技术如何实现，现在纯粹通过示例的方式參考附图。现在详细地对于附图进行特定參考，在此强调所示的细节通过实例的方式并且仅为了示例性地描述本专利技术的优选实施例，并且基于提供最有用以及最好理解本专利技术的宗旨和概念方面的描述的原因进行表述。在这个方面，不以超出本专利技术的基本理解所需的细节来示出本专利技术的结构细节。根据參考附图进行的描述，对于本领域普通技术人员显而易见如何具体实施本专利技术的若干形式。在附图中图I表示包括在此所述的示例光导向设备的照明系统的示意性截面图；图2a表在光导向设备中使用的锥形光导的意性片截面图；图2b表不具有圆形结构的维形光的不意性顶视图；图3表示与光导向设备一起使用的可能的后反射器的示意性截面图；图4表示与光导向设备一起使用的可能的前折射器的示意性截面图；图5示出图I的照明系统的光线追踪图，示出了光如何通过波导传播并且通过要求的角分布退出；以及图6示出由照明系统提供的用于照明的可能需要的角分布300 ；图7是如这里所述将光引导进入需要的角分布的方法的流程图；图8a是示出在距模型照明系统ー米的距离处在一平方米上照明的仿真变化的图形；以及图Sb是示出对于模型照明系统光强如何随着从中心轴的角度变化的图形。具体实施例方式下面參考图I示出了包括如这里所述的光导向设备100的照明系统200。照明系统200被配置为产生围绕中心轴X具有特定角分布的照射光束。照明系统200包括通常不导向的光源220和光导向设备100。照射光束发射通过的照明系统200的一侧这里已知为 前202,并且相反侧已知为后204。光导向设备100可以可选地f禹合至不同光源220,使得光通过光导向设备并且从前面202出来而被导向。应该知道，除了别的以外，这样的光源220包括发光二极管(LED)、白炽灯丝例如钨光源、气体放电喷燃期例如高浓度放电或氙源等。光导向设备100包括锥形光导120、前折射器140和后反射器160。应该注意到锥形光导120夹在前折射器140和后反射器160之间，在它们的面间表面之间具有中间气隙130、150。现在參考图2a和2b，分别以横截面和顶视图示出了锥形光导120的例子。特别參考图2a，横截片示出了耦合至光源220的示例锥形光导120。在恰当时，光源220可以嵌入到光导120中以改善光耦合的效率。锥形光导120具有前出耦合表面122、后出耦合表面124、入耦合入口 126以及在前出耦合表面122和后入耦合表面124的交叉处的尖端123。示例光导120的横截面具有两个叉齿128a、128b，与光源220形成了 V形，光源220位于V的顶点129。通过每个叉齿128a、128b的中心从光源220延伸到尖端1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：梅厄·本利维，
申请(专利权)人：魔术照明光学有限公司，
类型：发明
国别省市：