小面化折疊型光學(xué)瞄準(zhǔn)儀的制作方法
【專利摘要】一種折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，包括第一光傳輸模式，其具有第一中心折射表面和第二中心折射表面，其中第一和第二中心折射表面中的一個(gè)具有至少一個(gè)被錘擊的特征；第二光傳輸模式，其具有第一折射表面、第一TIR表面、第二TIR表面和第二折射表面；第三光傳輸模式，其具有第一折射表面、第一TIR表面和第二折射表面，其中第一TIR表面具有至少一個(gè)錘擊特征，以及其中第二折射表面是圓錐形的；其中第二光傳輸模式的第一TIR表面和第二折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合，其中第三光傳輸模式的第二折射表面與第二光傳輸模式的第一TIR表面和第二折射表面重合。
【專利說(shuō)明】小面化折疊型光學(xué)瞄準(zhǔn)儀
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]該P(yáng)CT國(guó)際申請(qǐng)享受2011年6月9日提交的美國(guó)序列號(hào)61/495，094以及2011年6月21日提交的美國(guó)序列號(hào)61/499，250的權(quán)益及優(yōu)先權(quán)，藉此兩者均通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。
[0003]在整個(gè)本申請(qǐng)中，多篇參考文獻(xiàn)和專利被引用在其中。藉此,這些參考文獻(xiàn)和專利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全部并入本申請(qǐng)中。
【背景技術(shù)】
[0004]高效集光率受限的折疊型光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)問(wèn)世多年，例如美國(guó)專利序列號(hào)6，639，733,6, 896，381,7, 152，985,7, 181，378，上述所有與本申請(qǐng)具有幾個(gè)共同的發(fā)明人。然而，這樣的現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)最佳工作于狹窄的出射角，這在一些應(yīng)用中可能不令人滿意。此夕卜，當(dāng)用于具有色分離或不均勻亮度的光源(例如，幾乎所有的LED光源)時(shí)，這些光學(xué)系統(tǒng)可能產(chǎn)生模擬光源色分離的圖案或者產(chǎn)生一個(gè)芯片或多個(gè)芯片的形狀或布置的偽像。在一些需要均勻的色型或亮度分布的應(yīng)用中，這可能是一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明通過(guò)提供光學(xué)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法解決了傳統(tǒng)高效折疊型光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，其中產(chǎn)生的光學(xué)系統(tǒng)(與固態(tài)光源相結(jié)合)具有寬角度輸出圖案，并以這種方式混合光輸出:光源結(jié)構(gòu)不再影響輸出圖案的均勻性。
[0006]本發(fā)明通過(guò)給美國(guó)專利號(hào)6，896，381 (專利‘381)中的一個(gè)實(shí)施方式的光學(xué)表面添加特別設(shè)計(jì)的錘擊特征解決上述問(wèn)題。與原有光學(xué)系統(tǒng)相比，新的光學(xué)系統(tǒng)增加輸出角度并使所述輸出光混合，從而使得光源的結(jié)構(gòu)(機(jī)械或色彩)在輸出圖案中不再可見(jiàn)。錘擊過(guò)程由給專利’381的圖17所示的實(shí)施方式的表面中的兩個(gè)添加至少一個(gè)錘擊特征(例如，小“突出物”或者多個(gè)“突出物”(如下所討論，這種“突出物”可以具有與另一“突出物”相比相同或不同特征))組成。此外，對(duì)專利‘381的圖17的表面的幾何形狀進(jìn)行一些改變，以提高光混合。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，專利‘381的圖17中的表面323可以由圓錐形表面替代。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，專利‘381的凸表面322可以用平坦表面替代，并且內(nèi)表面329可以用被錘擊的平坦表面(圖7的特征701)替代。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，專利‘381的表面322保留凸面并且內(nèi)表面329用被錘擊的平坦表面替代。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)包括:第一光傳輸模式，其包括第一中心折射表面和第二中心折射表面，其中第一和第二折射表面中的一個(gè)具有至少一個(gè)被錘擊的特征；第二光傳輸模式，其具有第一折射表面、第一全內(nèi)反射(TIR)表面、第二 TIR表面和第二折射表面；第三光傳輸模式,其具有第一折射表面、第一 TIR表面和第二折射表面，其中第一 TIR表面具有至少一個(gè)錘擊特征，以及其中第二折射表面是圓錐形的；其中第二光傳輸模式的第一 TIR表面和第二折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合,其中第三光傳輸模式的第二折射表面與第二光轉(zhuǎn)移模式的第一 TIR表面和第二折射表面重合。[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面,一種折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)包括:第一光傳輸模式，其包括第一中心折射表面和第二中心折射表面，其中第一和第二中心折射表面中的一個(gè)具有至少一個(gè)被錘擊的特征；第二光傳輸模式，其具有第三折射表面、第一 TIR表面、第二TIR表面和第四折射表面，其中第一TIR表面和第四折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合；以及第三光傳輸模式，其具有第五折射表面、第二 TIR表面和第六折射表面，其中第二 TIR表面具有至少一個(gè)錘擊特征；以及其中第六折射表面與第一 TIR表面和第四折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合。
[0009]在另一方面，第六折射表面是圓錐形的。
[0010]在另一方面，第二 TIR表面是圓錐形的。
[0011]在另一方面，第一光傳輸模式的第一中心折射表面是平坦的，以及第一光傳輸模式的第二中心折射表面是彎曲的。
[0012]在另一方面，第一折射表面是平坦的，第二折射表面是彎曲的。
[0013]在另一方面，至少一個(gè)被錘擊的特征是一個(gè)突出物或多個(gè)突出物。
[0014]在另一方面，突出物使得傳播光束角范圍為從15度至60度。
[0015]在另一方面，多個(gè)突出物包括使得傳播光束角范圍為從15度至60度的至少一個(gè)突出物。
[0016]在另一方面，突出物的透鏡尺寸的直徑范圍是從20mm至50mm。
[0017]在另一方面，多個(gè)突出物包括透鏡尺寸的直徑范圍是從20mm至50mm的至少一個(gè)突出物。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種發(fā)光裝置包括本文的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖僅出于圖示目的，并不必要按照比例。但是，當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，可以通過(guò)參照后續(xù)的詳細(xì)說(shuō)明最佳地了解本發(fā)明本身，其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有光源的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)口拋物面反射器；
[0021]圖2A示出了圖1所示的相同反射器的2D段，其輪廓中具有示例性凸面錘擊特征；
[0022]圖2B示出了圖1所示的相同反射器的2D段,其輪廓上具有示例性凹面錘擊特征；
[0023]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的圖示凸面錘擊特征的相同反射器段上的2個(gè)輪廓的3D圖示；
[0024]圖3B示出了具有光線和其他附加信息的圖3A的另一視圖；
[0025]圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有至少一個(gè)被錘擊的特征的反射器的3D視圖；
[0026]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的反射表面上的示例性錘擊的特寫(xiě)視圖；
[0027]圖5示出了在瞄準(zhǔn)儀被錘擊之前的優(yōu)選瞄準(zhǔn)儀實(shí)施方式的截面圖；
[0028]圖6是圖5所示的同一瞄準(zhǔn)儀實(shí)施方式的透視3D視圖，具有其被錘擊的背部反射器；
[0029]圖7是示出兩個(gè)被錘擊的表面的圖6中的同一瞄準(zhǔn)儀實(shí)施方式的底部3D透視圖；以及[0030]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)的前部中心面上的具有錘擊特征的瞄準(zhǔn)儀實(shí)施方式的頂部3D透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]通過(guò)參照下面的本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明和附圖，將獲得本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，附圖列出了使用本發(fā)明原理的直觀的實(shí)施方式。
[0032]我們將首先以需要設(shè)計(jì)錘擊特征的背景信息開(kāi)始。
[0033]圖1不出了光源101,其光由反射表面102準(zhǔn)直。來(lái)自光源的光線103被垂直反射和發(fā)射。
[0034]圖2A示出了與圖1中的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)類似的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。來(lái)自光源的光線201和203由反射表面205向上反射成光線202和204。反射表面205是與例如圖1中的瞄準(zhǔn)儀光學(xué)系統(tǒng)類似的通用瞄準(zhǔn)儀光學(xué)系統(tǒng)。光線202和204實(shí)質(zhì)上平行并且光輸出被高度準(zhǔn)直。
[0035]可以通過(guò)用傳播輸出光的小“突出部”替代光滑表面205而獲得輸出圖案的傳播。在這個(gè)例子中，這些“突出部”中的一個(gè)是以215為圓心具有端點(diǎn)207和208的圓弧206(粗線)。光線201現(xiàn)在將由彎曲的反射面206在點(diǎn)207處沿著與光線204成角度2 a的方向210反射。此外，光線203現(xiàn)在在點(diǎn)208處沿著與光線202成角度2 a的方向211反射。平行于201和203的入射光線由206沿著包含在210和211方向之間的方向反射。然后，輸出圖案以總角度4a傳播?？梢詫⑾嗨频摹巴怀霾俊痹黾又帘砻?05，產(chǎn)生不規(guī)則表面?！巴怀霾俊币部梢跃哂性试S傳播光束角度范圍從15度至60度的形狀/尺寸和/或具有直徑范圍從20mm至50mm的透鏡尺寸。
[0036]通常，光線201和203并不平行，但是不管怎樣，點(diǎn)207處的入射和反射方向限定“突出部”在該點(diǎn)處的法線。此外，點(diǎn)208處的入射和反射方向限定“突出部”在該點(diǎn)處的法線。然后，可以在點(diǎn)207和208之間調(diào)節(jié)曲線，其匹配期望的法線。其他選擇包括具有在點(diǎn)207處開(kāi)始但不會(huì)精確地終結(jié)于點(diǎn)208處的“突出部”。圓曲線也可以由圓錐曲線或定制輪廓替代。
[0037]圖2B示出了與圖2A中情況相似的情況，只是現(xiàn)在透鏡光柵216是凹面的，而不是如圖2A中的206那樣的凸面。再次，可以通過(guò)用傳播輸出光的小“突出部”替代光滑表面205而獲得輸出圖案的傳播。在這個(gè)例子中，這些“突出部”中的一個(gè)是具有端點(diǎn)207和208的圓216。在這些點(diǎn)的每一個(gè)處，圓的法線與反射面205的法線212成角度a。光線201現(xiàn)在將由彎曲反射面216在點(diǎn)207處沿著與光線204成角度2 a的方向213反射。此外，光線203現(xiàn)在在點(diǎn)208處沿著與光線202成角度2 a的方向214反射。平行于201和203的入射光線由216沿著包含在213和214方向之間的方向反射。然后，輸出圖案以總角度4a傳播?？梢詫⑾嗨频摹巴怀霾俊痹黾又帘砻?05，產(chǎn)生不規(guī)則表面。
[0038]圖3A示出了繞軸線302圓對(duì)稱的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的反射輪廓301的3D視圖。反射表面上的“突出部”的子午面形狀由具有中心304的圓形空間曲線輪廓303 (但是，如上所述，其他形狀輪廓也是可能的)和空間曲線輪廓305限定。
[0039]輪廓303可以是凸面的或者凹面的(如圖2A和圖2B中)。對(duì)于輪廓305同樣如此?；谳喞?03和305，這對(duì)于透鏡光柵產(chǎn)生四個(gè)可能形狀。[0040]“突出部”在垂直于垂直平面(包括軸線302和曲線301)的方向上的形狀由另一圓形輪廓305限定，該另一圓形輪廓305具有位于垂直于輪廓301的線307上的中心306。如從弧線305的中心306所見(jiàn)，弧線305由其半徑及其孔徑張角限定。這兩個(gè)參數(shù)可以通過(guò)加派兩個(gè)條件調(diào)節(jié)。
[0041]圖3B再次示出了如圖3A中的相同“突出部”輪廓303和305。來(lái)自光源310的光線308碰到輪廓305的邊緣309并在與垂直線(平行于軸線302)成角度2 a的方向上出射。
[0042]此外，當(dāng)投影在水平平面上時(shí)，邊緣點(diǎn)309及其對(duì)稱邊緣點(diǎn)311對(duì)光源310成角度屮。角度(p由中=2兀/N給出，其中N是圓方向(圍繞軸線302)上的透鏡光柵的數(shù)量。以上條件限定弧線305的兩個(gè)參數(shù):其半徑及其孔徑張角，如從其中心306所見(jiàn)。
[0043]一旦在兩個(gè)方向上確定錘頂特征的期望角度擴(kuò)展和尺寸，就可以計(jì)算被錘擊的表面的曲率半徑。在W.Elmer的第二版書(shū)“The Optical Design of Reflectors”中，通過(guò)以下用于計(jì)算凸面錘頂?shù)那拾霃降牡仁? (27頁(yè))提出了有用的等式:
【權(quán)利要求】
1.一種折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其包括: 第一光傳輸模式，其具有第一中心折射表面和第二中心折射表面，其中第一和第二中心折射表面中的一個(gè)具有至少一個(gè)被錘擊的特征； 第二光傳輸模式，其具有第一折射表面、第一全內(nèi)反射(TIR)表面、第二 TIR表面和第二折射表面； 第三光傳輸模式，其具有第一折射表面、第一 TIR表面和第二折射表面,其中第一 TIR表面具有至少一個(gè)錘擊特征，以及其中第二折射表面是圓錐形的； 其中第二光傳輸模式的第一 TIR表面和第二折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合,其中第三光傳輸模式的第二折射表面與第二光傳輸模式的第一 TIR表面和第二折射表面重合。
2.一種折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其包括: 第一光傳輸模式，其包括第一中心折射表面和第二中心折射表面，其中第一和第二中心折射表面中的一個(gè)具有至少一個(gè)被錘擊的特征； 第二光傳輸模式，其具有第三折射表面、第一全內(nèi)反射(TIR)表面、第二 TIR表面和第四折射表面，其中第一 TIR表面和第四折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合；以及 第三光傳輸模式，其具有第五折射表面、第二 TIR表面和第六折射表面，其中第二 TIR表面具有至少一個(gè)錘擊特征；以及 其中第六折射表面與第一 TIR表面和第四折射表面在至少一個(gè)點(diǎn)重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中第六折射表面是圓錐形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中第二TIR表面是圓錐形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中第一光傳輸模式的第一中心折射表面是平坦的，并且第一光傳輸模式的第二中心折射表面是彎曲的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中第一折射表面是平坦的，并且第二折射表面是彎曲的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)被錘擊的特征是一個(gè)突出物或多個(gè)突出物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述突出物使得傳播光束角范圍為從15度至60度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)突出物包括使得傳播光束角范圍為從15度至60度的至少一個(gè)突出物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述突出物的透鏡尺寸的直徑范圍為從20mm至50mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)，其中多個(gè)突出物包括透鏡尺寸的直徑范圍從20mm至50mm的至少一個(gè)突出物。
12.一種發(fā)光裝置，其包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折疊型圓形對(duì)稱照明光學(xué)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G02B5/10GK103608702SQ201280028375
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月9日
【發(fā)明者】O·德羅斯, R·莫荷達(dá)諾, J·C·查維斯, F·穆諾茨, J·C·米尼亞諾, W·費(fèi)利克弗 申請(qǐng)人:元暉光電有限公司