一种远场匀光照明装置

本发明属于照明光学设计，特别是涉及一种远场匀光照明装置。

背景技术：

1、匀光照明装置被广泛应用于生产生活照明、光学加工、计算机视觉等领域，其配光结构的设计是照明光学领域的重点研究对象之一。

2、在照明光学领域，匀光照明系统包括了反射型、折射型和折反射组合型匀光照明系统。其中，折反射组合型匀光照明系统因具有能量利用率高、对光的控制能力强等特点而备受关注。如公开号为cn201902993u、名称为“一种新型led照明光学透镜”的中国专利公开了一种折反射组合型匀光照明系统。但是，该系统中所有光线都需经过折射部分，小倾角光线和大倾角光线在各自对应的照明区域内分别形成匀光照明，最终在照明目标面上拼接形成照度均匀的光斑，该系统存在结构复杂、色散明显和热效应显著等缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种远场匀光照明装置，用于解决现有折反射组合型匀光照明系统存在的结构复杂、色散明显和热效应显著的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种远场匀光照明装置，包括光源、反光杯和环形棱镜，所述环形棱镜安装于所述反光杯的内部，且与反光杯的杯底连接，所述环形棱镜包括中空部和折射面，所述光源设置于所述中空部，且位于环形棱镜的轴线上。

4、所述反光杯的内侧面为曲面反射面，所述光源辐射的所有光线中，一部分光线经所述折射面折射后入射至所述曲面反射面，再经所述曲面反射面反射后输出至照明目标面，另一部分光线经所述中空部的光线输出端口直接输出至照明目标面，且该两部分光线在照明目标面的照射范围重合。

5、在本方案中，光源发出的一部分光线与轴线的夹角较小，因此不经过环形棱镜，而是直接传输至照明目标面，这部分光线为小倾角光线。光源发出的其它光线与轴线夹角较大，为大倾角光线，经过环形棱镜折射后传输至曲面反射面，再由曲面反射面反射形成反射光线。反射光线与小倾角光线在照明目标面上的照射范围重合，形成的照度分布互补，从而在照明目标面上叠加形成匀光照明的效果。

6、由于小倾角光线没有经过折射，不会产生色散现象和热效应，因此能够降低装置整体的色散和发热。同时，环形棱镜和反光杯的轴线与光轴重合，反射光线与光轴同侧的小倾角光线叠加，入射在照射范围内每一处的反射光线和小倾角光线的方向接近，因此从该装置出射的光束可以实现长距离传输而保持能量分布均匀性的稳定。本申请通过一个环形棱镜与反光杯配合，可以达到远距离匀光照明的效果，具有结构简单便于加工的优点。

7、需要说明的是，照明目标面是指根据照明装置额定照射距离或额定照度设置的一个平面，所述照明目标面与光轴垂直。照明装置照射到照明目标面上的效果为照明装置的最佳照明效果。以本发明为例，匀光照明装置照射到照明目标面上形成的光斑最均匀，同时小倾角光线与反射光线的照射范围完全重合。

8、优选的，所述环形棱镜的光线输出端口直径小于与反光杯连接的连接端口的直径，所述折射面包括第一折射面和第二折射面，所述第一折射面为环形棱镜的内侧面，所述第二折射面为环形棱镜的外侧面，所述一部分光线先经所述第一折射面折射后入射至所述第二折射面，经所述第二折射面折射后再入射至所述曲面反射面。

9、在本方案中，环形棱镜提供两个折射面，将大倾角光线两次折射以偏折其方向，压缩其空间分布范围，从而可以减小曲面反射面的尺寸，继而实现装置的小型化。

10、优选的，所述第一折射面为圆柱形面。

11、在本方案中，第一折射面设置为圆柱形面，更便于计算大倾角光线的入射角度和折射路径，使后续的环形棱镜第二折射面和曲面反射面设计更为简单。同时，圆柱形面也更便于加工，降低加工成本。

12、优选的，所述环形棱镜与反光杯的杯底连接的端面为连接面，所述连接面与所述第一折射面相垂直。

13、在本方案中，第一折射面与连接面相垂直，大倾角光线从第一折射面进入环形棱镜后，不会传输至连接面，而是全部都可以从第二折射面折射出。所以，该装置能有效收集并利用光源辐射的所有光线，能量利用率高。

14、一种实施方式下，所述第二折射面为平面。

15、另一种更优的实施方式下，所述第二折射面为锯齿面，所述锯齿面包括间隔设置的至少两个折射部和至少一个过渡部，所述一部分光线先经所述第一折射面折射后入射至所述第二折射面的折射部，经所述第二折射面的折射部折射后再入射至所述曲面反射面。本方案中，通过将第二折射面设置为锯齿面，使得大倾角光线从第二折射面折射出时，出射的位置与曲面反射面的间距更短，也即在到达曲面反射面之前大倾角光线的行程尽可能短。这样，在照明范围相同的情况下，曲面反射面也即反光杯的尺寸可以更小，继而更便于实现整个照明装置的小型化和轻量化。

16、作为一种可实施方式，所述环形棱镜由至少两个折射单元拼叠形成中空的宝塔状结构，沿反光杯的照射方向，相邻折射单元的最大直径递减，所有折射单元的外侧面形成所述第二折射面。

17、在本方案中，折射单元的直径递减，可以避免折射单元出现在反射光线的路径上造成阻挡。若反射光线照射到折射单元上，则会被折射单元再次折射而改变行进方向，影响光照的均匀性，造成能量的浪费。

18、优选的，沿反光杯的照射方向，各个折射单元的轴向尺寸递减。

19、优选的，所述光源为led灯。

20、所述中空部贯穿环形棱镜的光线输出端口和与反光杯连接的连接端口，所述光源设置于所述反光杯的底部。

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明通过环形棱镜和反光杯提供的曲面反射面产生均匀照明效果。经过环形棱镜的折射，使得大倾角光线在被曲面反射面反射后可以与光轴同侧的小倾角光线在照射范围内互补叠加，实现匀光照明。并且入射在照射范围内每一处的由曲面反射面形成的反射光线和未经环形棱镜的小倾角光线之间的夹角相比现有技术中的更小，使得出射光束横截面内能量分布的均匀性在长距离传输中能够保持稳定。因此照明目标面的位置设置更加灵活，既可设置在极远处，也可设置在所述曲面反射面出光端面附近，从而能够满足多种照明需求。

技术特征：

1.一种远场匀光照明装置，其特征在于：包括光源(1)、反光杯(4)和环形棱镜(2)，所述环形棱镜(2)安装于所述反光杯(4)的内部，且与反光杯(4)的杯底连接，所述环形棱镜(2)包括中空部和折射面，所述光源(1)设置于所述中空部，且位于环形棱镜(2)的轴线上；

2.根据权利要求1所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述环形棱镜(2)的光线输出端口直径小于与反光杯(4)连接的连接端口的直径，所述折射面包括第一折射面(221)和第二折射面(22)，所述第一折射面(221)为环形棱镜(2)的内侧面，所述第二折射面(22)为环形棱镜(2)的外侧面，所述一部分光线先经所述第一折射面(221)折射后入射至所述第二折射面(22)，经所述第二折射面(22)折射后再入射至所述曲面反射面(5)。

3.根据权利要求2所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述第一折射面(221)为圆柱形面。

4.根据权利要求3所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述环形棱镜(2)与反光杯(4)的杯底连接的端面为连接面(20)，所述连接面(20)与所述第一折射面(221)相垂直。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述第二折射面(22)为平面。

6.根据权利要求2-4任一项所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述第二折射面(22)为锯齿面，所述锯齿面包括间隔设置的至少两个折射部和过渡部，所述一部分光线先经所述第一折射面(221)折射后入射至所述第二折射面(22)的折射部，经所述第二折射面(22)的折射部折射后再入射至所述曲面反射面(5)。

7.根据权利要求6所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述环形棱镜(2)由至少两个折射单元拼叠形成中空的宝塔状结构，沿反光杯(4)的照射方向，相邻折射单元的最大直径递减，每个折射单元的外侧面为所述折射部。

8.根据权利要求7所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：沿反光杯(4)的照射方向，各个折射单元的轴向尺寸递减。

9.根据权利要求1所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述光源为led灯。

10.根据权利要求1所述的一种远场匀光照明装置，其特征在于：所述中空部贯穿环形棱镜(2)的光线输出端口和与反光杯(4)连接的连接端口，所述光源(1)设置于所述反光杯(4)的底部。

技术总结本发明公开了一种远场匀光照明装置，包括光源(1)、反光杯(4)和环形棱镜(2)，所述环形棱镜(2)安装于所述反光杯(4)的内部，且与反光杯(4)的杯底连接，所述环形棱镜(2)包括中空部和折射面，所述光源(1)设置于所述中空部，且位于环形棱镜(2)的轴线上；所述反光杯(4)的内侧面为曲面反射面(5)，所述光源(1)辐射的所有光线中，一部分光线经所述折射面折射后入射至所述曲面反射面(5)，再经所述曲面反射面(5)反射后输出至照明目标面(7)，另一部分光线经所述中空部的光线输出端口直接输出至照明目标面(7)，且该两部分光线在照明目标面(7)的照射范围重合。本发明可以实现均匀照明且结构简单，能量利用率高，照明目标面的位置设置也更加灵活。技术研发人员：康学亮,车昕叡,王丽,张白受保护的技术使用者：北方民族大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27