[发明专利]用于产生均匀照明的光学系统

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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1)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US 2013/0058103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。

发明内容

本发明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，根据本发明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”(integration zone)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。