CN111237711A - 光源***及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光源***及照明装置，所述光源***包括：发光单元；光循环单元，包括光反射面和光出射面，发出的光经光反射面在光循环单元内反射传导，从光出射面射出，光反射面还将来自光出射面的光反射回光出射面；光分布控制单元，包括至少两个具有不同光透过率的透射区域，经光反射面反射传导的光通过光分布控制单元以不均匀的光分布射出；成像单元，将不均匀的光成像形成照明光。通过上述方式，实现单一光源的不同照度分布。

Description

光源***及照明装置
技术领域
本发明涉及照明技术领域，特别是涉及一种光源***及照明装置。
背景技术
在照明应用中，如车灯应用，通常对于照度分布具有特定要求，如中心亮度高、边缘亮度低等。尽管采用离焦、散焦等方案可以实现一定程度的光分布调整，但调整范围有限。而随着车灯技术的发展，成像技术在车灯实现照度功能的同时还可以提供信息交互功能，并成为未来车灯以及其他照明应用的重要发展方向，因此对车灯实现照明分布的能力提出了更高的要求。
在车灯应用中，为了实现照明亮度的区域增亮或减暗，通常以中心采用高亮度激光光源、边缘采用低亮度光源的方式；或者，采用多个光学***分别实现不同照度分布，并进行叠加或整合以满足最后的亮度分布需求。上述方法均需采用多个光源及配套的光学***实现，而且需要根据对不同的光源功率提供不同的电源管理，成本高且结构复杂。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种结构简单、低成本的光源***及照明装置，以实现单一光源的不同照度分布。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
提供一种光源***，包括：发光单元，发射光；光循环单元，包括光反射面和光出射面，所述发光单元发出的光经所述光反射面在所述光循环单元内反射传导，并从所述光出射面射出，所述光反射面将至少部分来自所述光出射面的光反射回所述光出射面；光分布控制单元，位于所述光循环单元的光出射面，包括至少两个具有不同光透过率的透射区域，经所述光反射面反射传导的光通过所述光分布控制单元后以不均匀的光分布射出；及成像单元，将所述不均匀的光成像形成照明光。
提供一种照明装置，包括上述光源***。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明光源***中的光分布控制单元包括至少两个具有不同光透过率的透射区域，由所述发光单元发出的经所述光反射面在所述光循环单元内发射传导，并从所述光出射面射出，所述光反射面将至少部分来自所述光出射面的光反射回所述光出射面，通过所述光分布控制单元上所述至少两个具有不同光透过率的透射区域后以不均匀光分布射出，再通过成像单元将所述不均匀光成像形成照明光，从而以简单的光学结构设计替代了复杂的光源、电源***设计，实现了单一光源的不同照度分布。
附图说明
图1是本发明光源***第一实施例的结构示意图；
图2是本发明光源***第二实施例的结构示意图；
图3是本发明光源***第三实施例的结构示意图；
图4是本发明光源***第四实施例的结构示意图；
图5是本发明照明装置的结构示意图；
图6a是本发明光循环单元的光出射面结构示意图；
图6b是本发明光循环单元的光出射面上不同光透过率区域分布示意图；
图7是本发明光源***光出射面上光通量仿真示意图；
图8是本发明光源***光出射面上照度仿真示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
请参阅图1，是本发明光源***第一实施例的结构示意图。光源***100包括：发光单元10，光循环单元20，光分布控制单元30以及成像单元40。发光单元10用于发射光；光循环单元20包括光反射面23和光出射面22，发光单元10发出的光经光反射面23在光循环单元20内反射传导，并从光出射面22射出，光反射面23将至少部分来自光出射面22的光反射回光出射面22。其中，光反射面23环绕光出射面22设置。光分布控制单元30位于光循环单元20的光出射面22，包括至少两个具有不同光透过率的透射区域，经光反射面23反射传导的光通过光分布控制单元30后以不均匀的光分布射出。成像单元40将不均匀的光成像形成照明光。
本实施例中，光分布控制单元30包括两个具有不同光透过率的透射区域，中心区域31以及围绕中心区域31的边缘区域32，中心区域31的光透过率大于边缘区域32的光透过率。其他实施例中，光分布控制单元30可包括多个不同光透过率的透射区域，并可根据需求设置各透射区域的光透过率大小。
其中，光反射面23设置有高反射率的镀膜，以增大反射，减少光损耗。光反射面23也可直接采用高反射率材料制成。光反射面23在使进入光循环单元20的光经光反射面23反射传导的同时，将至少部分来自光出射面22的光反射回光出射面22，提高光利用率。高反射率的镀膜具体为反射率90％以上的镀膜，可以为金属镀膜，如银反射膜、铝反射膜，也可以为介质层镀膜，如多个折射率不同的膜层的复合镀膜。
其中，光循环单元20为实心光波导或空心光学器件。本实施例中光循环单元20为实心锥棒。
本实施例中，光分布控制单元30为选择性光透过膜，位于光循环单元20的光出射面22，与光循环单元20形成一整体。其他实施例中，光分布控制单元30还可以其他单独的形式设置于光循环单元20的光出射面22，在此不做具体限制。
本实施例中，发光单元10为激光发光单元，发射激光。发光单元10位于光循环单元20的外部，光循环单元20靠近发光单元10的位置处设有波长选择性透过区域24，与发光单元10位置对应；以及光循环单元20内的光反射面23设有波长转换单元25，波长转换单元25将激光转化为荧光射出。
如图1中所示，发光单元10包括两个激光器(第一激光器11和第二激光器12)即激光发光单元。第一激光器11发出第一激光111，第二激光器12发出第二激光121，波长选择性透过区域24包括第一区域241和第二区域242。第一激光111通过第一区域241(第一区域241使第一激光111透过，反射其他光)进入光循环单元20中，第二激光121通过第二区域242(第二区域242使第二激光121透过，反射其他光)进入光循环单元20中。第一激光111和第二激光121经光反射面23反射传导后反射至波长转换单元25，波长转换单元25将第一激光111转化为第一荧光112，第一荧光112入射到光出射面22上的光分布控制单元30的边缘区域32(低透过率区域)形成较少第一荧光透过光束1121和较多第一荧光反射光束1122；所波长转换单元25将第二激光121转化为第二荧光122，第二荧光通过光出射面22上的光分布控制单元30的中间区域31(高光透过率区域)形成较多第二荧光透过光束1221和较少第二荧光反射光束1222。第一荧光反射光束1122和第二荧光反射光束1222在光循环单元20内再次通过光反射面23反射循环，入射通过中间区域31和边缘区域32，多次反射循环后，光反射面23将进入光循环单元20内的光尽可能射出，以提高出光效率。最终，从光出射面22的中间区域31(高光透过率区域)射出的所有透光光束为高亮度光B，从光出射面22的边缘区域32(低光透过率区域)射出的所有透光光束为低亮度光A。高亮度光B和低亮度A光经由成像单元40成像射出形成与光出射面22上出光状态相同的中间亮度高，边缘亮度低的不均匀亮度分布的照明光，进而使光源***100应用的照明装置实现不均匀照度分布。
第一激光器11和第二激光器12可以发出相同颜色的单色激光，也可以是不同颜色的单色激光。
在其他实施例中，发光单元10还可以包括多个激光发光单元。
请参阅图2，是本发明光源***第二实施例的结构示意图。与图1的不同之处在于，光循环单元20还包括光入射面21，发光单元10发出的光通过光入射面21进入光循环单元20，经光反射面23反射传导后通过光出射面22射出。
本实施例中，发光单元10发出的光与照明光的颜色相同。在此，将发出与照明光颜色相同的发光单元10称为照明光发光单元10’。本申请所述的“颜色相同”指光谱大致相同，峰值波长落入同样的色彩范围。发光单元10位于光循环单元20的外部，与光循环单元20的光入射面21对应；以及光循环单元20的光入射面21镀有减反膜26，照明光发光单元10’与光循环单元20之间具有空隙15。空隙15与镀有减反膜26的光入射面21存在折射率差异，以满足减反膜26减少入射照明光的反射损耗，提高入光效率。
如图2中所示，照明光发光单元10’发射照明光光线(包括第一光线11’和第二光线12’)。第一光线11’和第二光线12’经过光循环单元20的光入射面21而进入光循环单元20，光入射面21镀有减反膜26，使得第一光线11’和第二光线12’在进入光循环单元20时减少反射损耗，以提高入光效率。第一光线11’在光循环单元20设有高反射率镀膜的光反射面23上反射传导，入射到光出射面22上的光分布控制单元30的中间区域31(高光透过率区域)形成较多第一光线透过光束111’和较少第一光线反射光束112’；第二光线12’在光循环单元20设有高反射率镀膜的光反射面23上反射传导，入射到光出射面22上的光分布控制单元30的边缘区域32(低光透过率区域)形成较少第二光线透过光束121’和较多第二光线反射光束122’。第一光线反射光束112’和第二光线反射光束122’在光循环单元20内再次通过光反射面23反射循环，入射通过中间区域31和边缘区域32，多次反射循环后，光反射面23将进入光循环单元20内的光尽可能射出，以提高出光效率。最终，从光出射面22的中间区域31(高光透过率区域)射出的所有透光光束为高亮度光b，从光出射面22的边缘区域32(低光透过率区域)射出的所有透光光束为低亮度光a。高亮度光b和低亮度光a经成像单元40射出成像形成与光出射面22上出光状态相同的中间亮度高，边缘亮度低的不均匀亮度分布的照明光，进而使光源***100应用的照明装置实现不均匀照度分布。
照明光发光单元10’发出的照明光可以是单色的LED光也可以是复合光源(如多种颜色光源的合光)。
请参阅图3，是本发明光源***第三实施例的结构示意图。与图2的不同之处在于，发光单元10位于光循环单元20内部且位于光出射面22的相对面上。本实施例中，发光单元10即位于光入射面21上。
发光单元10发出的光可直接入射至光循环单元20的光反射面23上，减少了光进入光循环单元20时的反射损耗。
形成不均匀亮度分布的光线以使应用光源***100的照明装置实现不均匀照度分布的过程与第二实施例中相同，在此不再赘述。
请参阅图4，是本发明光源***第四实施例的结构示意图。与图3的不同之处在于，发光单元10位于光循环单元20内部且位于光出射面22的相邻面上。本实施例中，发光单元10即位于光反射面23上。
发光单元10发出的光可直接入射至光循环单元20的光反射面23上，使得光可以在到达光出射面22之前得到充分的均匀化，有利于形成预期的出射光分布，避免光束未经均匀化直接到达光出射面22导致的出射光分布偏差。
形成不均匀亮度分布的光线以使应用光源***100的照明装置实现不均匀照度分布的过程与第二实施例中相同，在此不再赘述。
请参阅图5，是本发明照明装置的结构示意图，照明装置200包括上述光源***100。
通过上述光源***100形成不均匀亮度分布的光线，进而使应用光源***100的照明装置200通过单一光源实现不均匀照度分布。该照明装置可以应用到车灯图案化照明、舞台灯光、建筑照明等领域。
图6a为本发明光出射面22上的不同透射区域的分布示意图。其中，以设置有光分布控制单元30的光出射面22的中点O为原点，建立坐标系，光出射面22的长为x，宽为y。图6b为以镀膜(选择性光透过膜)形式设置于光出射面22上的光分布控制单元30的透射区域的位置分布示意图，A1～A5区域光透过率依次为100％、80％、50％、20％、5％。结合图7和图8，其中A1～A5与B1～B5和C1～C5位置对应，可知，光通量分布随着光透过率的增大而增大，于此同时照度也随之增大，即实现了本发明光源***100通过在光出射面22设置具有不同光透过率的透射区域，以控制形成不均匀亮度分布的光线，进而使得使用光源***100的照明装置200实现不均匀的照度分布。
本发明通过在光循环单元的光出射面设置两种具有不同光透过率的透射区域的镀膜，使得进入光循环单元的光通过光出射面上不同透射区域射出后形成不均匀亮度分布的光，再经过成像单元将不均匀亮度分布的光成像形成照明光，以简单的光学结构设计替代了复杂的光源、电源***设计，实现单一光源的不同照度分布。同时通过光循环单元的光反射面的高反射率镀膜，使得进入的光进行多次循环反射尽可能的反射出去，光反射面还将至少部分来自光出射面的光反射回光出射面，以提高出光效率。外设发光单元与光入射面对应，进行照明光发射，在光入射面设置减反膜，以减少入光反射，提高入光效率；外设发光单元与光反射面上波长选择性透过性区域对应，进行激光发射，入射至波长转换单元上使得激光转化为荧光，再通过不同光透过率的透射区域射出，形成不均匀亮度分布的荧光光线。将上述光源***应用于照明装置，以使照明装置利用单一光源实现不同照度分布并且结构简单、成本低。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源***，其特征在于，包括：
发光单元，发射光；
光循环单元，包括光反射面和光出射面，所述发光单元发出的光经所述光反射面在所述光循环单元内反射传导，并从所述光出射面射出，所述光反射面将至少部分来自所述光出射面的光反射回所述光出射面；
光分布控制单元，位于所述光循环单元的光出射面，包括至少两个具有不同光透过率的透射区域，经所述光反射面反射传导的光通过所述光分布控制单元后以不均匀的光分布射出；及
成像单元，将所述不均匀的光成像形成照明光。
2.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述透射区域包括中心区域以及围绕所述中心区域的边缘区域，所述中心区域的光透过率大于所述边缘区域的光透过率。
3.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述光反射面设置有高反射率的镀膜。
4.根据权利要求3所述的光源***，其特征在于，所述光分布控制单元为选择性光透过膜，位于所述光循环单元的光出射面。
5.根据权利要求3所述的光源***，其特征在于，所述发光单元发出的光与所述照明光的颜色相同；
所述光循环单元还包括光入射面，所述发光单元位于所述光循环单元的外部，所述发光单元发出的光通过所述光入射面进入所述光循环单元；以及
所述光循环单元的光入射面设置有减反膜，所述照明光发光单元与所述光循环单元之间具有空隙。
6.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述发光单元为激光发光单元，发射激光；
所述发光单元位于所述光循环单元的外部，所述光循环单元靠近所述发光单元的位置处设有波长选择性透过区域，与所述发光单元位置对应；以及
所述光循环单元内的光反射面设有波长转换单元，所述激光进入所述光循环单元，所述波长转换单元将所述激光转化为荧光射出。
7.根据权利要求3所述的光源***，其特征在于，所述发光单元位于所述光循环单元内部且位于所述光出射面的相对面。
8.根据权利要求3所述的光源***，其特征在于，所述发光单元位于所述光循环单元内部且位于所述光出射面的相邻面。
9.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述发光单元发出的光为单色激光或单色LED光或复合光；所述光循环单元为实心光波导或空心光学器件。
10.一种照明装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光源***。
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