CN108919470A - 一种光路转换镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光路转换镜头，所述镜头包括：第一光线接收面、第二光线接收面、第三光线接收面、第三反射面、第二反射面和第一反射面；其中，第一光线接收面与第一反射面关联设置，用于接收光源发出光线中的第一部分光线，以使第一部分光线在第一光线接收面发生折射，对应的折射光线通过第一反射面的反射后按照目标方向射出镜头；第二光线接收面与第二反射面关联设置，用于对光源发出光线中的第二部分光线进行光路转换；第三光线接收面与第三反射面关联设置，用于对光源发出光线中的第三部分光线进行光路转换，实现了根据具体需求对光路进行灵活控制，以及大角度光路的转换。

Description

一种光路转换镜头

技术领域

本发明实施例涉及照明显示技术领域，尤其涉及一种光路转换镜头。

背景技术

随着液晶电视的发展，对液晶电视的尺寸以及其显示效果的要求越来越高，为了满足较大尺寸液晶电视的显示效果，对液晶电视的背光光源提出了更高的要求。

目前，应用于液晶电视的背光模组以及其他显示领域的光路转换镜头的设计均为使光源发出的光朝着光发散的方向射出。但是现有的光路转换镜头存在如下不足，一方面，光源发出的光通过光路转换镜头后存在扩散不均匀的问题，另一方面，现有的光路转换镜头无法实现大角度光路的转换，导致对光源发出的光的转换角度达到极限，无法继续进行扩散。

因此，随着应用条件的要求越来越高，现有的光路转换镜头已经无法满足应用条件的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种光路转换镜头，通过所述镜头可以根据具体需求对光路进行灵活控制，可实现大角度光路的转换，并使得出射光线比较均匀、集中，提高了光线的利用率。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种光路转换镜头，所述镜头包括：

第一光线接收面、第二光线接收面、第三光线接收面、第三反射面、第二反射面和第一反射面；

其中，所述第一光线接收面、第二光线接收面、第三光线接收面、第三反射面、第二反射面和第一反射面依次相接；

所述第一光线接收面与所述第一反射面关联设置，所述第一光线接收面用于接收光源发出光线中的第一部分光线，以使所述第一部分光线在所述第一光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第一反射面，并通过所述第一反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

所述第二光线接收面与所述第二反射面关联设置，所述第二光线接收面用于接收光源发出光线中的第二部分光线，以使所述第二部分光线在所述第二光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第二反射面，并通过所述第二反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

所述第三光线接收面与所述第三反射面关联设置，所述第三光线接收面用于接收光源发出光线中的第三部分光线，以使所述第三部分光线在所述第三光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第三反射面，并通过所述第三反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

其中，所述第一部分光线、第二部分光线和第三部分光线构成所述光源发出的所有光线，所述镜头的相对折射率f>1。

进一步的，所述第三反射面包括第三凹形面和第三平面，通过所述第三光线接收面进入所述第三凹形面的折射光线在所述第三凹形面发生全反射，对应的出射光线通过所述第三平面再次发生全反射后，按照目标方向射出所述镜头。

进一步的，所述第三凹形面与所述第三光线接收面之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以使进入所述第三凹形面的折射光线在所述第三凹形面发生全反射；

其中，f表示所述镜头的相对折射率。

进一步的，所述第三凹形面为二次曲线面。

进一步的，所述第一反射面包括第一凹形面和第一平面，通过所述第一光线接收面进入所述第一凹形面的折射光线在所述第一凹形面发生全反射，对应的出射光线通过所述第一平面再次发生全反射后，按照目标方向射出所述镜头。

进一步的，所述第一凹形面与所述第一光线接收面之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以使进入所述第一凹形面的折射光线在所述第一凹形面发生全反射；

其中，f表示所述镜头的相对折射率。

进一步的，进入所述第二反射面的折射光线在所述第二反射面发生全反射，对应的出射光线按照目标方向射出所述镜头。

进一步的，所述第三平面、第二反射面以及所述第一平面之间为锯齿连接结构，每个锯齿的高度依次降低或者所有锯齿的高度相等。

进一步的，所述锯齿连接结构中锯齿的数量至少为3。

进一步的，所述第一光线接收面和所述第三光线接收面均为平面结构，所述第二光线接收面为凸面结构，所述镜头为透明材质。

本发明实施例提供的一种光路转换镜头，通过设置三个光线接收面(第一光线接收面、第二光线接收面和第三光线接收面)，以及与所述三个光线接收面关联设置的三个反射面(第三反射面、第二反射面和第一反射面)，实现了对光源所发出的不同方向的光(第一部分光线、第二部分光线以及第三部分光线)分别进行不同的光路控制，从而实现了可以根据具体需求对光路进行灵活控制，提高了光线的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种光路转换镜头的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种计算光线与第三凹形面b之间的夹角θ的极限值的示意图；

图3为本发明实施例一提供的另一种光路转换镜头的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的又一种光路转换镜头的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种光路转换镜头的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种光路转换镜头的剖面结构示意图。本实施例公开的光路转换镜头可适用于对光线进行大角度光路转换，例如90°或者更大角度，适用于电视、显示、照明等涉及光路转换的相关领域，具体参见图1所示，该光路转换镜头包括：

第一光线接收面f、第二光线接收面h、第三光线接收面a、第三反射面A、第二反射面d和第一反射面B；

其中，第一光线接收面f、第二光线接收面h、第三光线接收面a、第三反射面A、第二反射面d和第一反射面B依次相接；

第一光线接收面f与第一反射面B关联设置，第一光线接收面f用于接收光源led发出光线中的第一部分光线，以使所述第一部分光线在第一光线接收面f发生折射，对应的折射光线进入第一反射面B，并通过第一反射面B的反射后按照目标方向射出所述镜头；第一光线接收面f与第一反射面B关联设置的实质为：确保在第一光线接收面f发生折射的折射光线进入第一反射面B，并在第一反射面B发生反射，以实现对第一光线接收面f接收到的光源了led发出光线中的第一部分光线进行光路转换。所述第一部分光线可参见图1中所示的光线1。

第二光线接收面h与第二反射面d关联设置，第二光线接收面h用于接收光源led发出光线中的第二部分光线，以使所述第二部分光线在第二光线接收面h发生折射，对应的折射光线进入第二反射面d，并通过第二反射面d的反射后按照目标方向射出所述镜头；第二光线接收面h与第二反射面d关联设置的实质为：确保在第二光线接收面h发生折射的折射光线进入第二反射面d，并在第二反射面d发生反射，以实现对第二光线接收面h接收到的光源led发出光线中的第二部分光线进行光路转换，所述第二部分光线例如为图1中所示的光线2，为了减少光损失，提高光线的利用率，可根据发生全反射的条件，对第二反射面d的倾斜角度进行调整，以确保第二部分光线经第二光线接收面h折射进入第二反射面d时在第二反射面d发生全反射。

第三光线接收面a与第三反射面A关联设置，第三光线接收面a用于接收光源led发出光线中的第三部分光线，以使所述第三部分光线在第三光线接收面a发生折射，对应的折射光线进入第三反射面A，并通过第三反射面A的反射后按照目标方向射出所述镜头；第三光线接收面a与第三反射面A关联设置的实质为：确保在第三光线接收面a发生折射的折射光线进入第三反射面A，并在第三反射面A发生反射，以实现对第三光线接收面a接收到的光源led发出光线中的第三部分光线进行光路转换。所述第三部分光线可参见图1中所示的光线3。

其中，所述第一部分光线、第二部分光线和第三部分光线构成所述光源发出的所有光线，所述光源不限定是led，还可以是其他能发光的元件，所述镜头的相对折射率f>1，以保证光源发出的光线进入镜头时，其折射角小于入射角，实现对光线的汇聚作用。

进一步的，为了提高光线的利用率，减少光线损失，本实施例提供的光路转换镜头中的第三反射面A又包括第三凹形面b和第三平面c，第一反射面B又包括第一平面e和第一凹形面g。对应的，第一光线接收面f、第二光线接收面h、第三光线接收面a、第三凹形面b、第三平面c、第二反射面d、第一平面e和第一凹形面g依次相接。通过第三光线接收面a进入第三凹形面b的折射光线在第三凹形面b发生全反射，对应的出射光线通过第三平面c再次发生全反射后，按照目标方向射出所述镜头，不仅实现了对光路的大角度转换，同时还减少了光线损失，提高了光线利用率。

具体的，第三凹形面b与第三光线接收面a之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以确保进入第三凹形面b的折射光线在第三凹形面b发生全反射；其中，f表示所述镜头的相对折射率。可参见图2所示的一种计算光线与第三凹形面b之间的夹角θ的极限值的示意图，假设图2中所示的角γ为光源发出的光线有效的边缘发光角，所述边缘发光角为与光源的主光轴之间的最大角，随着角γ顺时针旋转，第三凹形面b始终满足全反射条件(入射角大于临界角)，即可实现改变光线的传播方向，使所有光线朝着相同的方向传播，减少因折射导致的光线损失。可选的，第三凹形面b为二次曲线面，或者根据从第三光线接收面a射向第三凹形面b的光线入射角θ>＝arcsin(1/f)确定第三凹形面b的曲线。

基于同样的原理，可通过调整第三平面c的弧度确保从第三凹形面b反射到第三平面c的光线继续在第三平面c发生全反射，实现对光路的又一次转换，最终使得第三部分光线3朝着近似水平的方向射出；实现了光路的大角度转换；以及通过调整第二反射面d的倾斜角度确保第二部分光线2经第二光线接收面h折射进入第二反射面d时在第二反射面d发生全反射，使得第二部分光线2也朝着近似水平的方向射出。

类似的，第一凹形面g与第一光线接收面f之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以使进入第一凹形面g的折射光线在第一凹形面g发生全反射；其中，f表示所述镜头的相对折射率。基于光的全反射原理，通过调整第一平面e与第一凹形面g之间的夹角，可实现光线在第一平面e的全反射。通过图1可知，第一部分光线1经过第一光线接收面f的折射，第一凹形面g以及第一平面e的全反射，最终也朝着近似水平的方向射出，使得出射光线比较集中，提高了光线利用率。

可选的，参见图1所示，第三平面c、第二反射面d以及第一平面e之间为锯齿连接结构，所有锯齿的高度相等。进一步的，参见图3所示的另一种光路转换镜头的剖面结构示意图，每个锯齿的高度依次降低，或者每相邻的两个锯齿的高度差依次降低，这样设置的好处是方便对光路进行控制，若离出光侧相对较近的锯齿高度高于离出光侧较远的锯齿高度，则高度较高的锯齿会对从离出光侧较远的锯齿出来的光线造成影响，甚至会使其光路方向偏离目标方向。

进一步的，所述锯齿连接结构中锯齿的数量至少为3，参见图4所示又一种光路转换镜头的剖面结构示意图，所述锯齿连接结构中锯齿的数量为4。通过设置多个锯齿结构，每个锯齿结构负责一定角度上的光路转换，从而可提高光路的控制精度，以及光路控制的自由度。

进一步的，第一光线接收面f和第三光线接收面a均为平面结构，第二光线接收面h为凸面结构，所述镜头为透明材质，将第二光线接收面h为凸面结构的好处是可将光源的第二部分光线汇聚成平行光，有利于光路的进一步控制，具体的，可参见图5所示的一种光路转换镜头的立体结构示意图。

参见图1所示，以所述光源为led发出的朗伯光源为例说明上述镜头对光路的转换过程：

led发出的朗伯光源中的第一部分光线1经过镜头的第一光线接收面f发生折射，第二部分光线2经过镜头的第二光线接收面h发生折射，第三部分光线3经过镜头的第三光线接收面a发生折射；

其中，第三部分光线3在镜头的第三光线接收面a发生折射后，对应的折射光线到达第三凹形面b，当光线从光密介质射向光疏介质时，当入射角超过临界角时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，即发生全反射，所述入射角可通过调整第三凹形面b与第三光线接收面a之间的夹角进行调整，以保证光线在第三凹形面b发生全反射，并可通过适当调整第三光线接收面a的斜率以及及第三凹形面b的弧度可实现对光路的转换控制，本实施例以从第三凹形面b反射出去的反射光线3为垂直光为例；然后此垂直光3再经过第三平面c面发生全反射，并通过调整第三平面c的角度，实现从第三平面c反射出去的反射光为水平光，并最终依次通过第二反射面d、第三平面e,从出光侧i以一定的水平小角度射出，即近似水平出射光，从而实现了对led发出的朗伯光源中的第三部分光线3的光路转换控制；

同样的，第二部分光线2在镜头的第二光线接收面h发生折射后，对应的折射光线2到达第二反射面d，在第二反射面d发生全反射后，经过第三平面e,从出光侧i以一定的水平小角度射出，从而实现了对led发出的朗伯光源中的第二部分光线2的光路转换控制；

同样的，第一部分光线1在镜头的第一光线接收面f发生折射后，对应的折射光线1到达第一凹形面g，在第一凹形面g发生全反射后，经过第一平面e的全反射,从出光侧i以一定的水平小角度射出，从而实现了对led发出的朗伯光源中的第一部分光线1的光路转换控制；

若对应的光线反射面越多，即图1中的锯齿状结构越多，则对光线光路的控制越精确，自由度也越高，可使光源发出的光线从到不同的方向射出，同时有利于提高出射光的分布均匀度；通过调整各光线反射面的角度，可实现对光线不同光路的控制，根据光源的光强分布，通过光路控制，灵活实现一定方向上的光强分布。

本实施例提供的一种光路转换镜头，基于光从光密介质到光疏介质满足一定条件时会发生全反射的原理，初步改变光的发射方向，再利用菲涅尔透镜设计理论，在两种介质面进一步进行光路的改变，从而达到对出射光使用的效果，实现了根据具体需求对光路进行灵活控制，以及大角度光路的转换，使得出射光线比较集中，提高了光线的利用率。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，存储介质，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光路转换镜头，其特征在于，所述镜头包括：第一光线接收面、第二光线接收面、第三光线接收面、第三反射面、第二反射面和第一反射面；

其中，所述第一光线接收面、第二光线接收面、第三光线接收面、第三反射面、第二反射面和第一反射面依次相接；

所述第一光线接收面与所述第一反射面关联设置，所述第一光线接收面用于接收光源发出光线中的第一部分光线，以使所述第一部分光线在所述第一光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第一反射面，并通过所述第一反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

所述第二光线接收面与所述第二反射面关联设置，所述第二光线接收面用于接收光源发出光线中的第二部分光线，以使所述第二部分光线在所述第二光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第二反射面，并通过所述第二反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

所述第三光线接收面与所述第三反射面关联设置，所述第三光线接收面用于接收光源发出光线中的第三部分光线，以使所述第三部分光线在所述第三光线接收面发生折射，对应的折射光线进入所述第三反射面，并通过所述第三反射面的反射后按照目标方向射出所述镜头；

其中，所述第一部分光线、第二部分光线和第三部分光线构成所述光源发出的所有光线，所述镜头的相对折射率f>1。

2.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第三反射面包括第三凹形面和第三平面，通过所述第三光线接收面进入所述第三凹形面的折射光线在所述第三凹形面发生全反射，对应的出射光线通过所述第三平面再次发生全反射后，按照目标方向射出所述镜头。

3.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第三凹形面与所述第三光线接收面之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以使进入所述第三凹形面的折射光线在所述第三凹形面发生全反射；

其中，f表示所述镜头的相对折射率。

4.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第三凹形面为二次曲线面。

5.根据权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述第一反射面包括第一凹形面和第一平面，通过所述第一光线接收面进入所述第一凹形面的折射光线在所述第一凹形面发生全反射，对应的出射光线通过所述第一平面再次发生全反射后，按照目标方向射出所述镜头。

6.根据权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第一凹形面与所述第一光线接收面之间的夹角θ>＝arcsin(1/f)，以使进入所述第一凹形面的折射光线在所述第一凹形面发生全反射；

其中，f表示所述镜头的相对折射率。

7.根据权利要求5所述的镜头，其特征在于，进入所述第二反射面的折射光线在所述第二反射面发生全反射，对应的出射光线按照目标方向射出所述镜头。

8.根据权利要求5所述的镜头，其特征在于，所述第三平面、第二反射面以及所述第一平面之间为锯齿连接结构，每个锯齿的高度依次降低或者所有锯齿的高度相等。

9.根据权利要求8所述的镜头，其特征在于，所述锯齿连接结构中锯齿的数量至少为3。

10.根据权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述第一光线接收面和所述第三光线接收面均为平面结构，所述第二光线接收面为凸面结构，所述镜头为透明材质。