專利名稱：用于光通信信號的均勻化的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使來自分立光源的光輻射均勻化的光學(xué)裝置及方法。特別是，本發(fā)明涉及一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的光學(xué)裝置和方法。
本發(fā)明，至少在其優(yōu)選形式中，提供用于使自由空間的輻射均勻化和受控準(zhǔn)直，所述自由空間的輻射源自一個或多個嵌入的分立光輻射源(例如，發(fā)光二極管(LED)或激光器)。
本發(fā)明，結(jié)合分立LED或激光器元件，可以應(yīng)用于通信系統(tǒng)的發(fā)射器，所述通信系統(tǒng)使用在自由空間光輻射上承載的信號。然而，本發(fā)明并不局限于可見光區(qū)域，而是本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于從硬紫外(從大約50nm)以上的任意波長。實際上，可能使用的最長波長在mm-波RF帶(100GHz以上)。應(yīng)當(dāng)理解，在本文的其他地方，將本發(fā)明設(shè)計的傳輸或收集的電磁輻射稱作“光”或“光學(xué)的”。
背景技術(shù)：
當(dāng)將光學(xué)介質(zhì)用于商業(yè)無線通信目的時1.應(yīng)當(dāng)將光源產(chǎn)生的信號光盡可能多地通過發(fā)射器按照明確限定的輻射圖形傳送到自由空間。相反，在光從發(fā)射器出射之前，發(fā)射器系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)吸收盡可能少量的光源產(chǎn)生的光。
2.為了確保能夠支持高速據(jù)傳輸率，應(yīng)當(dāng)使設(shè)備中的光學(xué)時間色散最小化。
3.為了以高速率傳輸數(shù)據(jù)，必須非?？斓貙庠催M(jìn)行調(diào)制(實際上在皮秒(ps)的10’s至納秒(ns)的10’s的量級)。如果所述光源或每個光源在物理上較小(確保低的裝置電容，并由此具有快速的響應(yīng)時間)，這更容易實現(xiàn)。如此小的光源可能不具有所需要的角度輻射或通信系統(tǒng)所要求的物理尺寸特性。
4.希望的是能夠利用所選擇的光源，而與其固有的輻射圖形無關(guān)。
5.光源和相關(guān)光學(xué)器件應(yīng)當(dāng)盡可能簡單、便宜和空間緊湊。
6.應(yīng)當(dāng)避免在傳輸圖形中的“盲點(diǎn)”以及由此產(chǎn)生的對接收器定位的問題。
7.發(fā)射器輻射圖形應(yīng)當(dāng)被明確限定并且容易控制。
8.在高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用中，希望的是使從電子元件到光源的信號路徑長度最小化。因此，優(yōu)選將光源非?？拷娮釉匕惭b在印刷電路板(PCB)上，并避免在光源和PCB之間使用信號線。
實際上，為了滿足所有這些要求，需要將用于產(chǎn)生通信信號的光學(xué)裝置設(shè)計為1.將各個分立光源的功率合成。
2.以明確限定的均勻功率密度角度圖形發(fā)射基本100％的可用功率。
3.對于所有出射光線包含盡可能短的光線路徑長度(即，最小量的反射)。
4.盡可能簡單、緊湊和便宜地制造。
現(xiàn)有技術(shù)為了各種目的將來自多個分立光源的光合成、使光準(zhǔn)直(即，控制或改變出射輻射的角度分布圖形)和均勻化所述光(在空間區(qū)域上提供均勻的或各向同性的照明)的裝置是已知的。
然而，已知的裝置存在多個顯著的缺點(diǎn)，并且通常不能同時提供兩個或更多個上述特征。特別是，現(xiàn)有技術(shù)的裝置傾向于存在下面一個或更多個缺點(diǎn)1.角度輻射圖形的有限控制/方向性。非常常見的，實際的光源具有比在理想發(fā)射器中所需要的更小的角度圖形。
2.缺乏效率。功率常常在準(zhǔn)直中損耗。
3.由于分立光源的使用而造成各向異性(不均勻)。希望的是在通信應(yīng)用中確保在給定區(qū)域上所發(fā)射的輻射盡可能均勻，因為這避免了對接收器定位的問題。
4.由于多次反射引起的不良時間色散。為了避免高數(shù)據(jù)傳輸速率信號的失真，希望的是具有盡可能少的內(nèi)反射。
5.高成本/復(fù)雜性。
例如，如圖1a-d所示，考慮下面簡單的常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)及其在通信領(lǐng)域中的使用。
漫射器漫射器是從一個或多個分立光源10實現(xiàn)均勻照明的典型方式。這通過使從光源10發(fā)射的光穿過濾光屏12，例如，毛玻璃片，來實現(xiàn)，所述濾光屏12使輻射同時散射到許多不同的方向。這在圖1a中示出，其中示出了安裝在PCB 10a上的單個光源10。然而，難以控制功率發(fā)射效率和角度輻射圖形的限定。
準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器使用一個或多個不透明屏14，其每一個具有明確限定形狀的孔徑16，將屏14設(shè)置為使得孔徑16的中心共線。這些孔徑16使來自某一方向范圍的光線出射，而所有其他光線被屏14吸收，如圖1b所示。這削減了角度范圍而不影響均勻性。
準(zhǔn)直器14通常用于與漫射器12結(jié)合以限定從濾光屏12出射的光的角度圖形。所述設(shè)置的主要問題仍然在于效率光源10產(chǎn)生的大量出射輻射可能被屏材料吸收。
透鏡適當(dāng)放置的透鏡18(可能僅僅是單個會聚或發(fā)散透鏡)的系統(tǒng)可以改變從光源10出射的光的角度特性而不存在與準(zhǔn)直器孔徑相關(guān)的浪費(fèi)。這在圖1c中示出。然而，這種設(shè)置對均勻化沒有幫助。如果將多個光源設(shè)置在會聚透鏡的焦平面上，那么所述“像”(即，輸出輻射圖形)構(gòu)成多個不均勻的點(diǎn)-除非所述光源在物理上接近并且在其直徑上具有均勻的特性，這實際上是不可能的，或者是難以設(shè)置的。
成形反射鏡可以利用特定幾何形狀的反射鏡反射從光源10傳輸?shù)墓?。公知用于聚焦和將一個或多個光源10的功率合成的簡單反射鏡幾何形狀是拋物線反射器20，如圖1d所示。然而，這種設(shè)置具有各種缺點(diǎn)。首先，在不將光源10從安裝它(們)的PCB 10a上拆下的情況下難以使用這種反射鏡。由此，需要用導(dǎo)線22連接光源10和PCB 10a。另一種考慮是由于溫度改變而尺寸不穩(wěn)定。由此光的出射圖形是依賴溫度的。由于這些原因，對于高速通信的應(yīng)用，特定幾何形狀的反射鏡是不希望的。
將來自多個分離的光源的光合成的其他應(yīng)用用于可見發(fā)光工業(yè)中。這些應(yīng)用主要與從多個低密度分立光源產(chǎn)生高可見度的光束或信號燈相關(guān)。例如，WO02052190描述了一種配置，其包括安裝在柱形(或更復(fù)雜的形狀)反射腔內(nèi)的大量發(fā)光二極管(LED)光源，以由大量弱光源形成高功率的方向光源。類似的配置在JP9265807中披露。
然而，對角度照明的控制及其范圍是有限的，并且在這些現(xiàn)有技術(shù)的裝置中照明的面積也小。另外，對于這些配置不可能提供大面積的均勻照明。
應(yīng)當(dāng)指出，近來對于可見發(fā)光目的的LED技術(shù)已經(jīng)獲得了進(jìn)步(主要是汽車工業(yè))。然而，由于上面給出的原因，這些進(jìn)步并不能應(yīng)用于本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)高速通信。
由此，對于常規(guī)系統(tǒng)同時實現(xiàn)合乎光學(xué)通信系統(tǒng)需要的所有特征(包括在足夠的照明區(qū)域上的準(zhǔn)直和均勻性)是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
基于本發(fā)明的一個方面，提供一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的光學(xué)裝置，包括至少一個分立光源，為來自所述至少一個光源的光限定內(nèi)反射體的殼體，所述殼體具有用于來自所述至少一個光源的光的光出射孔徑，其中所述反射體適于在延伸的像表面中產(chǎn)生所述至少一個光源的多個反射的像，并且其中將所述光出射孔徑設(shè)置為使來自所述多個反射的像的光射出，以及在所述光出射孔徑的前面的輸出透鏡，用于控制從所述至少一個光源和多個反射的像經(jīng)過所述光出射孔徑發(fā)射的光的角度分布。
基于本發(fā)明的另一方面，提供一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的方法，包括提供至少一個分立光源，為來自所述至少一個光源的光形成內(nèi)反射體，以在延伸的像表面中產(chǎn)生所述至少一個光源的多個反射的像，將來自所述多個反射的像的光通過光出射孔徑導(dǎo)引到所述內(nèi)反射體之外，以及利用在所述光出射孔徑前面的輸出透鏡，控制從所述至少一個光源和所述多個反射的像經(jīng)過所述光出射孔徑發(fā)射的光的角度分布。
在下面描述的優(yōu)選形式中本發(fā)明是適用于高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的光學(xué)裝置/方法，包括三個主要元件1)一個或多個分立光源，2)至少一個圍繞所述光源的反射鏡腔，以及3)投影透鏡系統(tǒng)。
反射鏡腔的使用使來自光源的光輻射的有效地合成并且有效地均勻化，并能夠在大范圍內(nèi)同時沿輻射方向和垂直于輻射的方向產(chǎn)生基本均勻的輸出輻射圖形。這在光學(xué)通信系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)是，避免了對接收器定位的問題。提供投影透鏡系統(tǒng)確保了所述輸出輻射圖形能夠靈活地限定。
由此，本發(fā)明，至少在其優(yōu)選形式中，具有大量優(yōu)點(diǎn)，即1.光源和相關(guān)光學(xué)元件可以簡單而便宜，并且空間上非常緊湊。這些光源可以具有任何角度輻射特性。
2.所述裝置可以非常靠近相關(guān)電子元件地安裝在PCB上，避免需要導(dǎo)線來從PCB提取信號。
3.光源產(chǎn)生的幾乎所有信號光都能夠通過所述裝置以明確限定的圖形的形式傳入自由空間，并具有非常低的光學(xué)時間色散。
另外，基于本發(fā)明的裝置/方法使用了簡單的反射鏡幾何形狀，并因此在其操作中對溫度或壓力并不特別敏感，并由此能夠在多種極端環(huán)境下工作。
如下面所述本發(fā)明在與已知的現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的光學(xué)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域具有幾個顯著的優(yōu)點(diǎn)，即1.使用了能夠以皮秒水平的10’s至10000’s調(diào)制的多個光源，并且使時間色散(由過多的反射/路徑長度改變引起)最小化。
2.可以基本100％地有效地合成光功率。
3.照明的出射圖形的精確和可變控制是可能的。
4.在通信應(yīng)用中照明區(qū)域的均勻性是重要的，因為百分之幾的照度差可能意味著所接收的信號正確或完全錯誤之間的不同，而本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的均勻性。


參考附圖，通過示例進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中圖1a至1d是示出各種現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)裝置的工作的示意圖，其中圖1a示出了光學(xué)漫射器，圖1b示出了光學(xué)準(zhǔn)直器，圖1c示出了透鏡系統(tǒng)，而圖1d示出了拋物線反射器；圖2示出了光源的無窮陣列；圖3a和3b是示出本發(fā)明的俯視圖和側(cè)視圖；圖4是示出圖3所示的反射鏡盒和光源陣列結(jié)合會聚透鏡的側(cè)視圖；圖5是示出由在圖4所示的反射鏡盒附近的觀察者看到的多個反射的像的俯視圖；圖6a和6b是示出本發(fā)明的另一實施例的俯視圖和側(cè)視圖；
圖7示出用于圖3或6的反射鏡盒內(nèi)的獨(dú)立光源的可選覆蓋透鏡；以及圖8是示出對圖3或6的反射鏡盒的修改的影響的側(cè)視圖。
具體實施例方式
背景理論首先參考圖2描述本發(fā)明的背景。
為了利用其各個照明圖形與所需要的照明圖形基本不同的分立光源Po在目標(biāo)平面PT上實現(xiàn)均勻照明，需要使用若干個光源，例如多個分立光源，如圖2所示的那樣間隔地設(shè)置在光源平面PS上。不考慮相位，下面的表達(dá)式給出了在距光源平面PS垂直距離L處的目標(biāo)平面PT上的點(diǎn)(x，y)處的功率密度，在所述光源平面PS上存在(2N+1)×(2M+1)個位于任意點(diǎn)(Xij，Yij)處的相同的功率為Po的光源Σi=-MMΣj=-NNPoLΔφ[(x-Xij)2+(y-Yij)2+L2]3/2]]>通過觀察可以看出，如果光源Po的數(shù)量非常大(N和M＞＞1，嚴(yán)格地，為無窮)并且將光源位置按照規(guī)則陣列排列，那么無論觀察者24位于目標(biāo)平面的什么位置，功率密度都具有相同的值。由此觀察者24應(yīng)當(dāng)看到非常多的光源Po或相同數(shù)量的光源Po，無論它們的位置怎樣。
提供無窮量或非常多的光源Po是不現(xiàn)實的。然而，通過利用彼此平行且垂直于光源和目標(biāo)平面PS和PT設(shè)置的大量平面反射鏡，有限數(shù)目(即一個或多個)的源Po理論上可以產(chǎn)生無窮組反射的像(或虛像)光源，所述像光源完全等效于位于其各個像位置處的真實光源。為了使觀察者24能夠看到由此形成的“反射鏡腔”內(nèi)部，可以將透鏡系統(tǒng)設(shè)置為產(chǎn)生腔的開口面的像。以這種方式，觀察者在目標(biāo)平面PT上不依賴于其位置地看見了大量像光源。
應(yīng)當(dāng)注意，來自具有垂直和平行反射鏡的反射鏡腔的光沿平行于光源的輻射的方向從所述腔射出。
優(yōu)選實施例下面描述實際中本發(fā)明如何實現(xiàn)。參考圖3至5描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
將多個分立光源30，優(yōu)選快速LED或激光器或激光二極管或其組合，安裝在有效構(gòu)成光源平面PS的平坦表面32上。光源以規(guī)則間隔設(shè)置為，例如，如圖3a示的那樣的線性陣列34或矩陣陣列，并且垂直于表面32的平面安裝。為了提高緊湊性，用于圖3a的光源的陣列34對應(yīng)于六邊形緊密堆積的陣列的一部分，并且在光源30之間具有非常小的間距。但是，顯然，許多其他構(gòu)造也是可以的。表面32優(yōu)選由反射材料形成，或者用反射材料涂覆。
有限范圍的多個附加反射表面從表面32延伸，并相對于所述表面為直角。這些反射表面的準(zhǔn)確數(shù)量和布局控制輸出照明的形狀。在本實例中，為了實現(xiàn)矩形照明區(qū)域，提供兩對垂直壁36形成容納光源30的盒38。通過用反射材料形成壁36或用反射材料涂覆壁36，將面向盒38內(nèi)側(cè)的壁36的內(nèi)表面40設(shè)置為是反射性的。這些表面40將被稱作“反射鏡平面”。每對反射鏡平面40由設(shè)置在光源陣列34相對側(cè)的兩個有限平行平面構(gòu)成，并且兩對反射鏡平面成直角相交。這四個平面40和表面32一起形成圍繞光源30的菱面體反射體或腔42。盒38剩下的側(cè)面形成構(gòu)成所述體或腔42的矩形光出射孔徑46的開口面44，其產(chǎn)生來自所述光體或腔42的矩形照明區(qū)域。
這種反射體或反射鏡腔42可以以多種方式簡單地制造1)將適當(dāng)確定尺寸的反射材料的薄片沿盒38的邊緣接合。
2)研磨以合適的固體材料(例如，黃銅塊)構(gòu)成的菱面體腔42，然后，或者利用材料的自反射特性，或例如通過鍍銀的方式將高反射層涂覆在腔42的內(nèi)側(cè)表面。
3)將透明材料(例如，塑料，丙烯酸材料)的固體塊模制為體42的形狀，然后在與面44相分離的外表面上覆蓋反射材料，并在光源平面表面32內(nèi)鉆孔以安裝分立光源30。
如圖4所示，沿垂直于光源平面表面32的方向在距腔42的出射孔徑46一定距離處還設(shè)置透鏡或透鏡系統(tǒng)48。由于下述原因，所述距離對應(yīng)于透鏡48的有效焦距，使得在出射孔徑46處的光源30的像位于透鏡48的焦平面內(nèi)。換句話說，透鏡48的焦平面與出射孔徑46共面。透鏡48可以被光學(xué)涂覆，以避免反射并提高輸出效率。為了簡便起見，在本實例中，透鏡48包括單個會聚透鏡，諸如菲涅耳透鏡。
如果每個光源30向前朝向腔42的出射孔徑46照射2π球面度，那么在腔42的孔徑46處的觀察者不僅直接看到光源30，而且原理上，在平行于孔徑46的二維平面內(nèi)還看到光源陣列34的無窮組像或反射50，這些反射由于反射鏡平面40而產(chǎn)生。這示于圖5中。由此，由于孔徑46位于透鏡48的焦平面內(nèi)，因此所述無窮組反射是透鏡48投影到空間中的像，并且最終投影到目標(biāo)平面PT上。
參考圖3a和3b，使開口面44或反射鏡腔42的出射孔徑46的高度和寬度(表示垂直和水平尺寸)分別為h和w。使反射鏡平面沿垂直于光源平面表面32的方向的長度為l。將透鏡48設(shè)置在沿垂直于光源平面PS的方向距腔42的出射孔徑46距離f處，如所表示的那樣距離f為透鏡48的有效焦距。
如果光源30不是所上述輻射2π球面度，而是輻射最大半角θ，那么光源30的所述多組反射的可見范圍的視在半徑(即像的水平線)如圖5所示給出為(1)在垂直和水平平面內(nèi)分別為Rvert＜ltan(θ)+h/2，Rhoriz＜ltan(θ)+w/2。
可以看出，當(dāng)θ→π/2，則Rx→∞，如所期望的那樣。
如果使目標(biāo)平面位于距透鏡系統(tǒng)焦平面的距離為L，那么所述照明圖形將具有如下給出的高度H和寬度W(2)H＝h(L/f)，和W＝w(L/f)。
由此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇h、w和f，可以不依賴于光源陣列34的尺寸精確地控制照明面積或角度。
如果每個光源具有功率輸出Po，并且存在N個光源，那么目標(biāo)平面上的功率密度為(3)Pt＝NPof2/hwL2由于不存在準(zhǔn)直吸收，原理上，在所照明的區(qū)域內(nèi)，100％的出射功率到達(dá)目標(biāo)平面PT上。
在照明區(qū)域內(nèi)，觀察者24或接收器能夠看到真實數(shù)量的光源30及其反射，而不依賴于觀察者/接收器的位置。這產(chǎn)生了對目標(biāo)平面PT的均勻照明。
注意，如果反射鏡平面嚴(yán)格平行和垂直，那么來自反射鏡腔42的孔徑46的出射光將具有與每個光源的出射光相同的角度分布。如果透鏡直徑為2a，那么，為了使光不從透鏡逸出，那么出射角度(horiz和vert)、透鏡半徑和孔徑尺寸通過下面的限制條件相聯(lián)系(4)tan(horiz)＝(a-w/2)/f，以及(5)tan(vert)＝(a-h/2)/f。
在水平和垂直平面內(nèi)的反射的大致數(shù)量，如圖3a所表示的，在所述幾何形狀情況下給出為(6)n～ltan(θ)/h如果希望保持所述數(shù)量n較小(如，小于10)，則由于時間色散的原因，有(7)ltan(θ)/h＜10，其對于典型的θ～30度的光源，將反射鏡盒長度對高度的比率的上限給出為(8)l/h＜17.3可以看出，通過簡單地選擇反射鏡盒38的長度和高度的比，可以控制系統(tǒng)的時間色散。應(yīng)當(dāng)注意，在方程(1)中給出的光源像水平線的表達(dá)式可以寫作(9)Rvert＜h(n+)(類似，Rhoriz＜w(n+))由此，允許反射數(shù)越大，像水平線(R)越大。在所述實例中，如果n～10，那么Rvert～10.5h，如果h＝15.0mm，那么R～157.5mm，并且對于水平平面也類似。
在光源平面上，光源空間密度為N/hw。像的面積為πRhorizRvert＝hw(n+)2，使得可見的(實的和虛的)光源的總數(shù)(M)為(10)M～N/hw×πhw(n+)2＝Nπ(n+)2。
由此，視在光源的數(shù)量隨著反射數(shù)量的平方而增加，意味著可以由少量反射建立大量視在光源-滿足上面兩個嚴(yán)格要求。
其它實施例和修改圖3至5的實施例設(shè)計了矩形反射鏡腔42和固定尺寸的光出射孔徑46。然而，這不是必須的。如果幾何形狀傾向于可變，即，需要可變的輸出照明區(qū)域，那么可以將至少一個反射鏡平面設(shè)置為可通過諸如人工調(diào)節(jié)或伺服電機(jī)機(jī)構(gòu)的裝置移動。
另一種可選方案是使用圓形，或者更通常的是橢圓形，截面的反射鏡腔62和光出射孔徑66，如圖6a和6b所示。為了實現(xiàn)這一構(gòu)造，可使用一個或多個彎曲反射鏡表面，并且在圖6的設(shè)置中，使用圓柱形反射鏡盒68以及光源30的六邊形陣列64。這產(chǎn)生了圓柱對稱的像圖形，并且由少量真實光源產(chǎn)生大量虛擬光源。
另一種可選的改變?nèi)鐖D7所示。在圖3至5的實施例中，光源30是暴露的。然而，在實踐中，可能需要改變每個光源30發(fā)射的輻射。
例如，如果每個獨(dú)立光源30具有“自然狀態(tài)的”輻射發(fā)射，所述輻射發(fā)射具有大輻射角度2θ，那么可以通過在一個或多個光源30上設(shè)置會聚透鏡蓋70來減小由光源30發(fā)射的輻射的角度2θ?？蛇x的是，如果輻射角度2θ為零或接近于零，例如在激光光源中，那么通過用在距光源30的合適距離處設(shè)置的透明、發(fā)散透鏡72覆蓋光源可以擴(kuò)寬輻射角度2θ。
以這種方式，實質(zhì)上可以提供任意光源輻射角度。
在已經(jīng)描述的實施例中，將獨(dú)立的光源30提供在反射鏡腔42、62內(nèi)并使其直接發(fā)光。另一修改可以是，將光源30設(shè)置在反射鏡腔42、62的外面并通過一個或多個合適的光導(dǎo)，如光纖光導(dǎo)或光導(dǎo)管，將來自光源30的光提供到反射鏡腔。
在另一修改中，如圖8所示，在一個或兩個相對的這種平面對內(nèi)的反射鏡平面40可以相對于彼此稍稍有一角度，例如，沿出射孔徑46的方向彼此遠(yuǎn)離，使得光源平面的虛像表現(xiàn)為是彎曲的。如果兩對反射鏡平面如此形成角度，那么虛像平面表現(xiàn)為球面的，而如果僅有一對形成角度，那么所述虛像平面表現(xiàn)為柱形的。則曲率使得觀察者如同在所述球體或柱體的內(nèi)部。
這將改變從出射孔徑46出射的輸出光，使得根據(jù)一對或者兩對反射鏡平面40相對于平行方向形成的角度，在一個或兩個正交方向上的角度發(fā)散增大。然而，仍然應(yīng)用上面的分析，用(θ-α)取代光源半角(θ)，其中α是前面的平行反射鏡腔側(cè)面的半傾斜角。
應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)化的傾斜角(α)依賴于所使用的光源和對于基于本發(fā)明的光學(xué)裝置所要求的輸出結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的光學(xué)裝置，包括至少一個分立光源，殼體，其限定用于來自所述至少一個光源的光的內(nèi)反射體，所述殼體具有用于來自所述至少一個光源的光的光出射孔徑，其中所述反射體適于在延伸的像表面內(nèi)產(chǎn)生所述至少一個光源的多個反射的像，并且其中所述光出射孔徑被設(shè)置為發(fā)出來自所述多個反射的像的光，以及在所述光出射孔徑的前面的輸出透鏡，用于控制從所述至少一個光源和多個反射的像經(jīng)過所述光出射孔徑發(fā)射的光的角度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，包括所述分立光源的陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述光源被設(shè)置為六邊形陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的裝置，其中所述內(nèi)反射體通過在具有一個或多個反射壁表面的殼體內(nèi)的腔來提供。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的裝置，其中所述反射體通過具有涂覆有涂層的一個或多個壁表面的透明塊來提供，所述透明塊的內(nèi)表面是反射性的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中所述內(nèi)反射體被形成在兩對相對的壁之間，所述壁被設(shè)置為使得所述反射體具有矩形截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中每對相對的壁是平行的，并且所述反射體具有恒定截面，并且其中所述延伸的像表面是像平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中每對相對的壁被設(shè)置為沿所述光出射孔徑的方向分離，并且所述反射體的截面朝向所述光出射孔徑增加，并且其中所述延伸的像表面為曲線像表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的裝置，其中所述反射體由限定橢圓截面的彎曲壁表面界定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述壁表面是圓柱形的，并且所述反射體的截面是恒定的，并且其中所述延伸的像表面包含像平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述彎曲壁表面是截頭圓錐體的，并且所述反射體的截面朝向光出射孔徑增加，并且其中所述延伸的像表面是曲線像表面。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中所述透鏡的焦平面與所述光出射孔徑重合。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中所述輸出透鏡是會聚透鏡。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的裝置，其中所述至少一個光源位于所述內(nèi)反射體內(nèi)，所述內(nèi)反射體圍繞所述至少一個光源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括至少一個光源透鏡，其被設(shè)置在所述內(nèi)反射體內(nèi)的所述至少一個光源上，用于控制所述至少一個光源發(fā)射的光的角度范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述至少一個光源透鏡是會聚透鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述至少一個光源透鏡是發(fā)散透鏡。
18.一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的方法，包括提供至少一個分立光源，形成用于來自所述至少一個光源的光的內(nèi)反射體，以在延伸的像表面內(nèi)產(chǎn)生所述至少一個光源的多個反射的像，將來自所述多個反射的像的光通過光出射孔徑導(dǎo)引到所述內(nèi)反射體之外，以及利用在所述光出射孔徑前面的輸出透鏡，控制從所述至少一個光源和所述多個反射的像經(jīng)過所述光出射孔徑發(fā)射的光的角度分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于從光發(fā)射器提供均勻輸出的方法和設(shè)備。本發(fā)明包括至少一個分立光源(30)，以及限定用于來自所述至少一個光源的光的內(nèi)反射體(42)的殼體(38)，所述殼體具有用于來自所述至少一個光源的光的光出射孔徑(46)。所述反射體適于在延伸的像表面內(nèi)產(chǎn)生所述至少一個光源的多個反射的像(50)，并且將所述光出射孔徑設(shè)置為發(fā)出來自所述多個反射的像的光。在所述光出射孔徑的前面使用輸出透鏡(48)用于控制從所述至少一個光源和多個反射的像經(jīng)過所述光出射孔徑發(fā)射的光的角度分布。
文檔編號G02B27/09GK101061412SQ200580035598
公開日2007年10月24日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月23日
發(fā)明者P·T·休斯 申請人:萊德威弗技術(shù)有限公司