一種高效率偏光裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高效率偏光裝置，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透鏡、用于偏光或用于偏光及擴(kuò)光的偏光透鏡，用于調(diào)節(jié)出光方向及角度的調(diào)光透鏡，整形透鏡與偏光透鏡一體成型，整形透鏡具有一入射面及側(cè)反射面，或者整形透鏡為菲涅爾折反射透鏡，偏光透鏡具有使光線傾斜入射且偏轉(zhuǎn)射出或偏轉(zhuǎn)擴(kuò)展射出的出射面。本實(shí)用新型將整形透鏡和偏光透鏡一體成型，減少光學(xué)交界面，調(diào)高了光利用率，整形透鏡具有全反射的側(cè)反射面使入射光線能夠被全反射進(jìn)入偏光透鏡，避免大角度光線射出，進(jìn)一步提高了光利用率；通過(guò)偏光透鏡及調(diào)光透鏡的至少二次偏光使偏光角度更大。該裝置通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大偏折角及較高的光線利用率，且降低了成本。
【專利說(shuō)明】
一種高效率偏光裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效率偏光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在照明系統(tǒng)中，通常需要有偏光裝置，傳統(tǒng)的偏光裝置大多采用簡(jiǎn)單的棱鏡系統(tǒng)來(lái)對(duì)光線進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度較大時(shí)，一般會(huì)采用多片棱鏡進(jìn)行組合來(lái)達(dá)到目的，這種偏光裝置雖然能夠滿足偏折角度的要求，但是也存在效率偏低的缺陷，在偏折角較大的情況下，光線的利用率非常低，在成本方面也比較昂貴。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種高效率偏光裝置，在能夠?qū)崿F(xiàn)較大偏折角的同時(shí)具有較高的光線利用率。
[0004]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高效率偏光裝置，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透鏡、用于偏光或用于偏光及擴(kuò)光的偏光透鏡，以及用于調(diào)節(jié)出光方向及角度的調(diào)光透鏡，所述整形透鏡與所述偏光透鏡一體成型，所述整形透鏡具有一入射面以及與所述入射面成鈍角相交的滿足全反射條件的側(cè)反射面，或者所述整形透鏡為與所述入射面和側(cè)反射面對(duì)應(yīng)的菲涅爾折反射透鏡，所述偏光透鏡具有供光線傾斜入射且偏轉(zhuǎn)射出或偏轉(zhuǎn)擴(kuò)展射出的出射面。
[0005]優(yōu)選地:
[0006]所述整形透鏡為準(zhǔn)直透鏡或者為準(zhǔn)直偏光透鏡。
[0007]所述整形透鏡的入射面為平面或者為凹面，側(cè)反射面為環(huán)形弧面。
[0008]所述整形透鏡的入光側(cè)開(kāi)設(shè)有凹槽，所述凹槽具有一圓柱形側(cè)面和一凸形底面，所述圓柱形側(cè)面和所述凸形底面構(gòu)成所述整形透鏡的入射面，所述凸形底面的軸線與所述圓柱形側(cè)面的軸線不平行。
[0009]所述偏光透鏡的出射面為能夠使光線偏折出射的自由曲面。
[0010]所述出射面為可將光線進(jìn)行擴(kuò)展的自由曲面。
[0011]所述調(diào)光透鏡的入光面和出光面至少之一為自由曲面，且所述調(diào)光透鏡的整體呈楔形。
[0012]所述調(diào)光透鏡為可將光線沿原方向或者其他方向進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)并擴(kuò)展的透鏡。
[0013]所述整形透鏡的側(cè)反射面凸出于所述偏光透鏡，或者所述整形透鏡和偏光透鏡共用一側(cè)反射面。
[0014]所述整形透鏡、偏光透鏡和調(diào)光透鏡一體成型，所述調(diào)光透鏡和所述偏光透鏡的端部連接為一體，其他部分間隙設(shè)置。
[0015]本實(shí)用新型將整形透鏡和偏光透鏡一體成型，減少光線穿過(guò)折射界面的菲涅爾反射損耗，調(diào)高了光線的利用率，并且整形透鏡具有全反射的側(cè)反射面且與入射面成鈍角，使入射光線能夠被全反射進(jìn)入偏光透鏡，避免大角度光線射出裝置，進(jìn)一步提高了光利用率；進(jìn)一步地，可以通過(guò)偏光透鏡的一次偏光結(jié)合調(diào)光透鏡的再次偏光，或者進(jìn)一步結(jié)合整形透鏡的偏光，使偏光角度更大;通過(guò)偏光透鏡的一次擴(kuò)光及調(diào)光透鏡的再次擴(kuò)光實(shí)現(xiàn)大偏轉(zhuǎn)角度及大范圍出光。因此，該裝置通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大偏折角及較高的光線利用率，也不需采用昂貴的部件，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是圖3視圖的A-A向剖視圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的光路圖；
[0021 ]圖6是本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的光路圖；
[0022]圖7是本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8是本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖9是本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖10是本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖11是圖10視圖的B-B向剖視圖；
[0027]圖12是本實(shí)用新型第四實(shí)施例提供的高效率偏光裝置的整形透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0029]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者間接在該另一個(gè)元件上。當(dāng)一個(gè)元件被稱為“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或間接連接至該另一個(gè)元件。
[0030]請(qǐng)參閱附圖1?12，本實(shí)用新型提供一種高效率偏光裝置，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大角度的偏轉(zhuǎn)，而且具有較高的效率，即具有較高的光線利用率，較小的光損失。該裝置主要包括三部分，用于收光或用于收光及偏光的整形透鏡01、用于偏光或用于偏光及擴(kuò)光的偏光透鏡02，以及用于調(diào)節(jié)出光方向及角度的調(diào)光透鏡03，其中，整形透鏡01與偏光透鏡02—體成型，二者之間無(wú)分界面，而調(diào)光透鏡03和偏光透鏡02之間可以一體成型，也可以分離設(shè)置。上述的整形透鏡01具有一入射面011以及與入射面011成鈍角相交的滿足全反射條件的側(cè)反射面012，偏光透鏡02則具有使光線傾斜入射且偏轉(zhuǎn)射出或偏轉(zhuǎn)擴(kuò)展射出的出射面021。在該裝置中，整形透鏡01可以是僅具有收光功能，還可以在收光的同時(shí)進(jìn)行初步的偏光。偏光透鏡02可以僅具有光線偏轉(zhuǎn)功能，還可以在偏光的同時(shí)進(jìn)行初步的擴(kuò)光，該擴(kuò)光是指擴(kuò)大光的發(fā)散角度。調(diào)光透鏡03則可以使光線沿著原偏轉(zhuǎn)方向進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)，并將光線擴(kuò)展成所需的角度，也可以使光線沿著其他方向(例如與原偏轉(zhuǎn)方向相反的方向)偏轉(zhuǎn)，并將光線擴(kuò)展成所需的角度;或者將光線向多個(gè)不同方向偏轉(zhuǎn)并進(jìn)行擴(kuò)展。
[0031]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，整形透鏡01優(yōu)選為準(zhǔn)直透鏡，將光源發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄?，可以理解，該平行光指發(fā)散角為零或者略大于零的光束，其傳播方向可以近似與原光束的軸向平行;或者為準(zhǔn)直偏光透鏡，將光源發(fā)出的光變?yōu)槠叫泄獠⒏淖儌鬏敺较颍蛊叫泄獾姆较蛳鄬?duì)原光束的軸向傾斜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)初步的偏轉(zhuǎn)。
[0032]以下提供幾種具體的實(shí)施例:
[0033]實(shí)施例一:
[0034]如圖1?5所示，該高效率偏光裝置配置兩個(gè)光源，具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的整形透鏡01，當(dāng)然也可以配置一個(gè)光源，設(shè)置一個(gè)整形透鏡01，整形透鏡01較明顯的突出于偏光透鏡02，但二者為一體，該整形透鏡01的入射面011為平面，側(cè)反射面012為環(huán)狀弧面，在其他實(shí)施例中的入射面011也可以是凹面。光源位于入射面011的入光側(cè)，光源發(fā)出的光正入射入射面011，也即光源的光軸(光源的出射光的中心軸)與入射面011垂直。該整形透鏡01為準(zhǔn)直透鏡，入射光進(jìn)入整形透鏡01，部分大角度光線被側(cè)反射面012全反射，與未經(jīng)全反射的光一起被收攏后進(jìn)入偏光透鏡02，在本實(shí)施例中，該被收攏的光可以近似為沿著原光束軸向傳輸?shù)钠叫泄?。偏光透鏡02與整形透鏡01—體，其出射面021為能夠使光線偏折的自由曲面，該出射面021與光源的光軸不垂直，因此該平行光相對(duì)于出射面021傾斜入射，并偏轉(zhuǎn)射出。
[0035]該調(diào)光透鏡03整體呈楔形，其入光面031為自由曲面，出光面032為平面，或者入光面031為平面，出光面032為自由曲面，或者入光面031和出光面032均為自由曲面，這樣設(shè)計(jì)的目的在于實(shí)現(xiàn)光的進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)及擴(kuò)展，本實(shí)施例中的偏轉(zhuǎn)光線經(jīng)過(guò)調(diào)光透鏡03后沿著原偏轉(zhuǎn)方向二次偏轉(zhuǎn)，并且擴(kuò)大出射角度。
[0036]在其他實(shí)施例中，調(diào)光透鏡03也可以將光束向其他方向偏轉(zhuǎn)并進(jìn)行擴(kuò)展。進(jìn)一步地，調(diào)光透鏡03的入光面031或者出光面032也可以加工成多個(gè)平面成角度連接的復(fù)合面型，使光線分別向不同的方向偏轉(zhuǎn)進(jìn)而使出射光的方向更加多樣化。
[0037]在其他實(shí)施例中，還可以將偏光透鏡02的出射面021加工成擴(kuò)光結(jié)構(gòu)，例如能夠發(fā)散光線的其他曲面。使偏光透鏡02在實(shí)現(xiàn)偏光的同時(shí)還能夠進(jìn)行初步的擴(kuò)展，這樣，光線最終經(jīng)過(guò)調(diào)光透鏡03后則發(fā)生兩次擴(kuò)展，進(jìn)一步增大照明范圍。
[0038]實(shí)施例二:
[0039]如圖6，本實(shí)施例提供的高效率偏光裝置與實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于，整形透鏡01可以對(duì)入射光進(jìn)行收光及偏轉(zhuǎn)，其側(cè)反射面012具有特殊結(jié)構(gòu)使得入射光收攏后偏離原來(lái)的光軸傳輸，側(cè)反射面012優(yōu)選是個(gè)非旋轉(zhuǎn)體，其不是一個(gè)軸對(duì)稱的反射面，可以是左半部分和右半部分不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。光束經(jīng)過(guò)入射面011的折射以及側(cè)反射面012的全反射后被收攏并且改變?cè)瓊鬏敺较颍纬蓛A斜傳輸?shù)钠叫泄?，這樣的整形透鏡01具有收光及初步偏轉(zhuǎn)的功能。該偏轉(zhuǎn)光束經(jīng)過(guò)偏光透鏡02的出射面021進(jìn)行再次偏轉(zhuǎn)，并進(jìn)入調(diào)光透鏡03，經(jīng)過(guò)調(diào)光透鏡03進(jìn)一步沿著原偏轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)，在其他實(shí)施例中，也可以向其他方向如與原反向相反的方向偏轉(zhuǎn)，并且在偏轉(zhuǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。
[0040]本實(shí)施例的整形透鏡01兼具收攏以及偏光功能，經(jīng)過(guò)整形透鏡01、偏光透鏡02及調(diào)光透鏡03的調(diào)節(jié)后可實(shí)現(xiàn)兩次偏光以及一次擴(kuò)光。在其他實(shí)施例中，還可以對(duì)偏光透鏡02進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整以使其能夠擴(kuò)展光線，則可實(shí)現(xiàn)兩次偏光及兩次擴(kuò)展，在實(shí)現(xiàn)高效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較大偏光角度以及較寬的照明范圍。
[0041 ] 實(shí)施例三:
[0042]如圖7?11，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高效率偏光裝置同樣包含整形透鏡O1、偏光透鏡02以及調(diào)光透鏡03，其中整形透鏡01和偏光透鏡02—體成型，且整形透鏡01未明顯突出于偏光透鏡02，二者在外型上融為一體，整形透鏡01的側(cè)反射面012同時(shí)也作為偏光透鏡02的側(cè)面。另外與實(shí)施例一、二不同的是，整形透鏡01的入射面011并非平面，在其入光側(cè)開(kāi)設(shè)有凹槽，凹槽具有一圓柱形側(cè)面0111和一凸形底面0112，圓柱形側(cè)面0111和凸形底面0112構(gòu)成整形透鏡01的入射面011，并且，該凸形底面0112的軸線與圓柱形側(cè)面0111的軸線不平行，二者可成O?45°夾角，即凸形底面0112略有傾斜，光源的光軸與圓柱形側(cè)面0111平行，進(jìn)而斜入射該凸形底面0112。該凸形底面0112可以是球面形，也可以是非球面形。同時(shí)，整形透鏡01的側(cè)反射面012是一種非軸對(duì)稱的環(huán)形弧面，即它不是一種標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)面，而是左右不對(duì)稱的面型。該傾斜的凸形底面0112使經(jīng)其入射的光線收攏并偏轉(zhuǎn)，通過(guò)該圓柱形側(cè)面0111入射的光線可以經(jīng)過(guò)不對(duì)稱的側(cè)反射面012進(jìn)行全反射，實(shí)現(xiàn)光線的收攏并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，全部的偏轉(zhuǎn)光線經(jīng)過(guò)偏光透鏡02的出射面021后再次偏轉(zhuǎn)，并最終經(jīng)過(guò)調(diào)光透鏡03改變輸出方向和角度。調(diào)光透鏡03可以采用上述實(shí)施例中所述的調(diào)光透鏡03的結(jié)構(gòu)。
[0043]本實(shí)施例的高效率偏光裝置將整形透鏡01和偏光透鏡02在外形和功能上完全整合為一體，且整形透鏡01兼具收光和偏光功能，不僅實(shí)現(xiàn)較大偏光角度和大范圍出光，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
[0044]實(shí)施例四:
[0045]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高效率偏光裝置與實(shí)施例三所述的結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于整形透鏡01采用菲涅爾折反射透鏡01a，如圖12所示，該菲涅爾折反射透鏡是與實(shí)施例三中的整形透鏡01功能相似的透鏡，其具有上述整形透鏡01的入射面和側(cè)反射面所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)和功能，例如其入射面是多個(gè)環(huán)帶013由內(nèi)向外無(wú)間隙對(duì)接形成的，而不同環(huán)帶013所對(duì)應(yīng)的透鏡厚度也不盡相同，光線在該透鏡中可以進(jìn)行折射和反射，具體是在不同環(huán)帶013處發(fā)生折反射，它是上述整形透鏡01的薄型化變形，其同樣對(duì)入射光進(jìn)行收光和偏轉(zhuǎn)，其在結(jié)構(gòu)上較實(shí)施例三的整形透鏡01厚度更薄，適用于高度受限的偏光裝置，有利于整個(gè)裝置的小型化。
[0046]在上述各實(shí)施例中，均可以將調(diào)光透鏡03和整形透鏡01及偏光透鏡02—體成型，三者米用相同材料一次成型，具體地，調(diào)光透鏡03的一端和偏光透鏡02的一端一體連接，其他部分則間隙設(shè)置，即未連接的部分之間為空氣層，偏光透鏡02輸出的光線則通過(guò)該空氣層進(jìn)入調(diào)光透鏡03。在其他實(shí)施例中，調(diào)光透鏡03和偏光透鏡02之間也可以緊密接觸，即偏光透鏡02的表面和調(diào)光透鏡03的表面相貼合。
[0047]綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例的高效率偏光裝置將整形透鏡01和偏光透鏡02—體成型，或者將調(diào)光透鏡03與整形透鏡01和偏光透鏡02—體成型，光學(xué)交界面較少，光能損失小，光學(xué)效率高；整形透鏡01側(cè)反射面012或者菲涅爾折反射透鏡可限制大角度光線射出，進(jìn)一步提高光學(xué)效率;結(jié)構(gòu)緊湊，便于小型化。進(jìn)一步地，可以對(duì)整形透鏡01的入射面011、側(cè)反射面012進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，使整形透鏡OI在收光的同時(shí)進(jìn)行偏光，還可以對(duì)偏光透鏡02的出射面021進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，使之在偏光的同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，調(diào)光透鏡03在擴(kuò)展光線的同時(shí)可以向一個(gè)方向或者多個(gè)方向進(jìn)一步偏光，進(jìn)而增大偏光角度和照明范圍。
[0048]以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率偏光裝置，其特征在于，包括用于收光或用于收光及偏光的整形透鏡、用于偏光或用于偏光及擴(kuò)光的偏光透鏡，以及用于調(diào)節(jié)出光方向及角度的調(diào)光透鏡，所述整形透鏡與所述偏光透鏡一體成型，所述整形透鏡具有一入射面以及與所述入射面成鈍角相交的滿足全反射條件的側(cè)反射面，或者所述整形透鏡為與所述入射面和側(cè)反射面功能相應(yīng)的菲涅爾折反射透鏡，所述偏光透鏡具有供光線傾斜入射且偏轉(zhuǎn)射出或偏轉(zhuǎn)擴(kuò)展射出的出射面。2.如權(quán)利要求1所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述整形透鏡為準(zhǔn)直透鏡或者為準(zhǔn)直偏光透鏡。3.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述整形透鏡的入射面為平面或者為凹面，側(cè)反射面為環(huán)形弧面。4.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述整形透鏡的入光側(cè)開(kāi)設(shè)有凹槽，所述凹槽具有一圓柱形側(cè)面和一凸形底面，所述圓柱形側(cè)面和所述凸形底面構(gòu)成所述整形透鏡的入射面，所述凸形底面的軸線與所述圓柱形側(cè)面的軸線不平行。5.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述偏光透鏡的出射面為能夠使光線偏折射出的自由曲面。6.如權(quán)利要求5所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述出射面為可將光線進(jìn)行擴(kuò)展的自由曲面。7.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述調(diào)光透鏡的入光面和出光面至少之一為自由曲面，且所述調(diào)光透鏡的整體呈楔形。8.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述調(diào)光透鏡為可將光線沿原方向或者其他方向進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)并擴(kuò)展的透鏡。9.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述整形透鏡的側(cè)反射面凸出于所述偏光透鏡，或者所述整形透鏡和偏光透鏡共用一側(cè)反射面。10.如權(quán)利要求1或2所述的高效率偏光裝置，其特征在于，所述整形透鏡、偏光透鏡和調(diào)光透鏡一體成型，所述調(diào)光透鏡和所述偏光透鏡的端部連接為一體，其他部分間隙設(shè)置。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK205480803SQ201620302973
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】周良, 姜君城
【申請(qǐng)人】深圳市百康光電有限公司