发光装置、便携照明装置和车用前照灯的制作方法

1.本发明涉及照明领域，特别是涉及高光强的发光装置和使用该发光装置的便携照明装置和车用前照灯。


背景技术：

2.照明领域中，高光强照明属于特种照明。与通用照明不同的是，高光强照明要求光线尽量平行的射出，也就是在发散角尽量的小，这样才能在传播一段距离之后仍保持中心较高的照明强度。
3.根据光学扩展量守恒定律，高光强照明必须使用高亮度的光源，光源的亮度决定了照明灯具的光强的上限。而为了实现这个上限，还必须使用相匹配的经过专门设计的透镜。如图1所示，光源101发出的多条发散的光线121经过透镜102的折射后形成平行光束122出射。透镜122一般是专门设计的非球面透镜，使得从发光点发出的每个角度的入射光都能够经过透镜两个表面先后折射后向同一个方向出射。
4.图1所示的照明装置，虽然可以实现高度准直的光束，可以实现中心高光强的输出，但是在实际应用中也存在照明范围过小的问题。因为光线都集中在中心的一个很小的角度以内，导致在照明装置的一定距离以内，光束都是一个很小的光斑，这个光斑以内的照明非常亮，而这个光斑以外的物体完全照不到。对于便携照明装置(例如手电)，在近处照明一个大范围，也是需要的。因此图1所示的照明装置在实际应用中会由于照射范围过小而受限。


技术实现要素：

5.为解决以上提到的照明范围过小的问题，同时还要保持中心高光强的输出，本发明提出一种发光装置，包括光源和整形透镜，该整形透镜包括位于其中心区域的第一区和围绕在第一区周围的第二区，第二区与第一区的至少部分交界处是连续且平滑的，光源发出的光包括第一部分光和第二部分光，第一部分光入射于整形透镜的第一区，第二部分光入射于整形透镜的第二区；其中，第一区能够对从其焦点发出的光进行准直，第一区的焦点与光源的发光点重合，第一部分光入射于第一区并被第一区折射并准直后形成准直光出射；第二部分光入射于第二区并被第二区折射并形成发散光出射。
6.在上述的发光装置中，整形透镜还包括围绕在第二区外围的第三区，光源发出的光还包括第三部分光，第三区能够对从其焦点发出的光进行准直，第三区的焦点与光源的发光点重合，第三部分光入射于第三区并被第三区折射并准直后形成准直光出射。
7.在上述的发光装置中，第二区与第三区的至少部分交界处是连续且平滑的。
8.本发明还提出一种发光装置，包括光源和整形透镜，该整形透镜包括位于其中心区域的第一区和围绕在第一区周围的第二区，还包括围绕在第二区外围的第三区，所述第二区与第三区的至少部分交界处是连续且平滑的；光源发出的光包括第一部分光、第二部分光和第三部分光，第一部分光入射于整形透镜的第一区，第二部分光入射于整形透镜的
第二区，第三部分光入射于整形透镜的第三区；其中，第一区能够对从其焦点发出的光进行准直，第一区的焦点与光源的发光点重合，第一部分光入射于第一区并被第一区折射并准直后形成准直光出射；第二部分光入射于第二区并被第二区折射并形成发散光出射；第三区能够对从其焦点发出的光进行准直，第三区的焦点与光源的发光点重合，第三部分光入射于第三区并被第三区折射并准直后形成准直光出射。
9.在上述的发光装置中，第二区的曲面上包括向整形透镜内的凹陷。
10.在上述的发光装置中，第二区的至少部分表面是粗糙表面，或者所述第二区的至少部分表面包括纹理或微结构，用于对光进行散射。
11.在上述的发光装置中，还包括位于光源与整形透镜光路之间的光收集透镜，用于将光源发出的光收集并投射到整形透镜。
12.在上述的发光装置中，光源包括激光发生器和波长转换装置，该激光发生器发出激光，该激光入射并激发波长转换装置并使其受激发射荧光，该荧光入射于所述整形透镜。
13.本发明还提出一种便携照明装置，包括上述的发光装置，还包括结构件和电池，发光装置中的光源和透镜系统都固定于结构件内，电池为发光装置中的光源供电。
14.本发明还提出一种车灯，包括上述的发光装置，还包括结构件，发光装置中的光源和透镜系统都固定于结构件内。
15.在本发明中，光源发出的第一部分光入射于整形透镜的第一区并被第一区准直出射，形成准值的高亮度出射光，实现了远距离照明的需求。同时，光源发出的第二部分光入射于整形透镜的第二区，由于第二区与第一区至少有部分交界处是连续且平滑的，这样可以使得第二部分光经过整形透镜后的中心有光，这样第二部分光所形成的发散出射光的中心不存在暗区，可以与高亮的准直光衔接而不存在暗区，这样就解决了传统方案中远射照明和近距离照明两者不能兼顾的问题。由于第一区位于整形透镜的中部，因此色差比较小，光斑的均匀性较好。
附图说明
16.图1表示了现有技术中高光强的发光装置的光路示意图；
17.图2a表示本发明第一实施例的光路示意图；
18.图2b表示图2a实施例的整形透镜的俯视图；
19.图2c表示图2a所示实施例的远场光斑示意图；
20.图3表示本发明另一个实施例的光路示意图；
21.图4表示本发明另一个实施例的光路示意图；
22.图5表示本发明另一个实施例的光路示意图；
23.图6表示本发明另一个实施例的光路示意图。
具体实施方式
24.本发明提出一种发光装置，其结构示意图2a所示。该发光装置包括光源201和整形透镜202，该整形透镜202包括位于其中心区域的第一区202a和围绕在第一区周围的第二区202b。图2b表示了整形透镜202的俯视图，其中第一区202a和第二区202b的分界线以虚线表示，这是因为在本实施例中，第二区202b与第一区202a的交界处是连续且平滑的，也就是说
两者的分界线是看不出来的，因此在图2b中用虚线表示。光源201发出的光包括第一部分光221和第二部分光223和225，第一部分光221入射于整形透镜的第一区202a，第二部分光入射于整形透镜的第二区202b。其中，第一区202a能够对从其焦点发出的光进行准直，第一区202a的焦点与光源201的发光点重合，因此，第一部分光221入射于第一区202a并被第一区折射并准直后形成准直光222出射。第二部分光223和225则入射于第二区220b并被第二区折射并形成发散光224和226出射。
25.在本实施例中，由于第一区202a能够对第一部分光221进行折射和准直，又由于第二区202b与第一区202a的交界处是连续的，因此可以理解的是，刚好入射于第一区202a和第二区202b的交界线上的光，它同时属于第一区也属于第二区，因此也是满足第一区的属性的，也就是会被整形透镜202折射并准直出射。而又由于第二区202b与第一区202a的交界处是平滑的，因此其法线的斜率也是平滑过渡的，而光线的入射方向也是平滑过渡的，因此光线入射于第一区202a和第二区202b的交界处附近时其被折射后的出射角必然也是平滑过渡的。因此，入射于第二区202b的靠近两个区(第一区202a和第二区202b)交界线的光线，例如图2a中的光线223，被第二区202b折射后的出射方向一定是接近准直的；而入射位置越是靠近两个区的交界线，被第二区202b折射后的出射方向就越接近准直；当光线的入射位置无限接近两个区的交界线时，这个光线的出射方向就无限接近准直出射。
26.在远场，出射光形成的光分布如图2c所示。其中，准直出射光222因为光束的平行出射的，传播到远场也很少发散，因此准直出射光222就在远场形成中心的高亮度光斑282。第二部分光中入射于靠近两个区(第一区202a和第二区202b)交界线位置的光线(如图2a中的光线223)就会形成与准直出射角度连续变化的出射光224，因此该接近准直出射的光224在远场就会入射于靠近高亮度光斑282的位置，形成光分布284。同时，第二部分光中的其它光225就会经过第二区202b的折射后形成发散光226，发散光226在远场就形成了更大的发散光斑286。综上所述，本实施例利用了第一区202a对光线的准直作用而在远场中心形成高亮度光斑，利用第二区202b对光线的发散作用在远场形成了发散光斑286，同时利用了第二区202b与第一区202a的交界处是连续且平滑的特点，使得高亮度光斑282与发散光斑286之间是存在连续过渡的光284，这样整个光分布同时满足了远射照明和大范围照明的需求，同时光分布中不存在暗区，更符合人们的使用习惯。
27.在本实施例中，第一区202a位于整形透镜的中部，这样入射于第一区的第一部分光就是光源发出的小角度光，这样的好处在于对第一区对小角度光的偏转角度比较小，引起的光斑色差也比较小，即中心高亮度光斑的光斑颜色比较均匀。第二区围绕在第一区周围，入射于第二区的第二部分光本身的出射角就比较大，而第二区是用来形成大角度光的，因此第二区的设计也更容易。
28.在本实施例中，第一区202a和第二区202b的交界处是连续且平滑的，而实际上，只要两个区的至少部分交界处是连续且平滑的，就可以实现本发明的有益效果。
29.在本实施例中，第二部分光入射于第二区202b后被折射，出射角度虽然不是准直的，但是也不是很大，这样其在远场形成的光斑的照射范围就不是很大。而在实际应用中，存在对更大照射范围的需求。为了解决这个问题，本发明还提出了另一个实施例，其光路示意图如图3所示。与第一实施例不同的是，在本实施例中，整形透镜302的第二区302b的曲面上包括向整形透镜内的凹陷302x。光源301发出的第一部分光321入射于整形透镜的第一区
302a后被折射并形成准直光322出射。第二部分光中的光线323入射于第一区与第二区的交界处附近，因此其被第二区302b折射后形成的出射光324具有接近准直的出射角度。第二部分光中的光线325和327的出射角更大，而第二区302b曲面上的向整形透镜内的凹陷302x，相当于凹透镜的作用，会对光线325和327进行更大角度的发散折射，分别形成大角度的发散光326和328。因此，利用整形透镜302的第二区302b的曲面上包括的向整形透镜内的凹陷302x，就可以扩大泛光照明的范围，适应更多照明需求。
30.在以上实施例中，整形透镜的第二区都位于整形透镜的最靠外围的位置，这样存在以下的问题。由于整形透镜需要固定，因此其外围需要固定该整形透镜用的结构件或法兰。该结构件或法兰会有一个高出该整形透镜边缘的厚度。而且在实际应用中，还可能用结构件把整形透镜的外围包起来，该结构件需要高出整形透镜的最高点以此来保护整形透镜不被外界磕碰的磨损。因此在实际中，整形透镜外围可能是有结构件的，例如图3中的结构件391，该结构件就高出整形透镜302的中心最高点，用于保护透镜本身，但此时发散光线329就会被该结构件391挡住。也就是说，透镜外围的结构件会限制第二区302b出射的发散光的角度。为了解决这个问题，本发明提出另一个实施例。
31.本发明的另一个实施例的光路示意图如图4所示，与图3所示的实施例不同的是，在本实施例中，整形透镜402除了包括位于其中心区域的第一区402a和围绕在第一区402a周围的第二区402b，还包括围绕在第二区402b外围的第三区402c，光源401发出的光除了包括入射于第一区的第一部分光421和入射于第二区的第二部分光423，还包括第三部分光425，第三区402c能够对从其焦点发出的光进行准直，第三区402c的焦点与光源401的发光点重合，第三部分光425入射于第三区402c并被第三区402c折射并准直后形成准直光出射。
32.在本实施例中，第一部分光421被第一区402a折射并形成准直出射光422，第二部分光423被第二区402b折射并形成发散光424出射，第三部分光425被第三区402c折射并形成准直出射光426。由于整形透镜最外围的第三区出射的是准直光，因此可以避开用于固定透镜的结构件，而由于第二区并不在整形透镜的边缘，第二区402b所出射的发散光424不会被整形透镜以外的结构件遮挡和限制角度。
33.在本实施例中，第二区402b的部分表面是粗糙表面402b1，光线入射于该粗糙表面时会发生散射，可以理解，这可以增大发散的出射光424的出射角度，也可以增大远场的发散光斑的照明范围，同时还可以利用散射原理使远场的发散光斑更加均匀。当然，第二区402b的至少部分表面还可以包括纹理402b1或微结构402b1，表面纹理或微结构同样可以用于对光进行散射已达到同样的有益效果。这里的散射可以是无规则的散射，也包括由表面微结构产生的有规律的散射(例如微曲面产生有规律的光的发散)，只要能对局部光线有分散作用，就属于本发明的保护范围。在本实施例中，这部分粗糙的或纹理的或微结构的表面402b1位于第二区402b的远离光源的表面上，实际上当然也可以位于面对光源的表面上，也可以覆盖整个第二区402b的表面，这都属于本发明的保护范围。
34.在本实施例中，第二区402b和第三区402c的交界处是不连续的，当然也不是平滑的。这样的透镜容易设计，厚度也比较薄，但是会造成透镜外形不佳，也会在交界处的不连续点造成光损失。为了解决这个问题，本发明提出另一个实施例。
35.本发明提出的另一个实施例的光路示意图如图5所示。与图4所示的实施例不同的是，在本实施例中，第二区502b与第三区502c的至少部分交界处是连续且平滑的。由于光源
501发出的第三部分光527入射于第三区502c后被折射并形成准直光528出射，同时由于第二区502b与第三区502c的至少部分交界处是连续且平滑的，因此同样道理，入射于第二区和第三区交界处附近的光线的出射角度会是连续变化的，也就是从准直出射连续变化到发散出射，例如光线525入射于交界处(第二区与第三区)附近的第二区的位置，其被第二区折射后的出射光526的出射角度就接近于准直。其它的第二部分光523入射于第二区并被折射并形成发散出射光524。第一部分光521入射于第一区502a被折射并形成准直光522出射。可以理解，第二部分光中入射于第二区边缘的(包括第二区与第一区的交界处的边缘，和第二区与第三区交界处的边缘)光都是接近准直出射的，入射到第二区的光线被折射后的出射角度也是从边缘的接近准直出射的连续变化到大角度出射的。因此，这样形成的远场光斑就更加连续和均匀。
36.在本实施例中，还包括位于光源501与整形透镜502光路之间的光收集透镜505，用于将光源501发出的光收集并投射到整形透镜502。光收集透镜505可以提高光源发出的光的利用效率，尽量多的光源发出的光投射到整形透镜502。
37.在本实施例中，第二区502b分别与第一区502a和第三区502c的交界处都是连续且平滑的，这样第二区中入射于这两个边界的光都是接近于准直出射的，并且光出射方向是从准直方向连续变化的。参考图4所示的实施例可知，由于第一区和第三区都是可以形成准直光出射的，因此第二区只要和其中一个的交界处是连续且平滑的，就可以达到与中心高亮光斑连续过渡的目的。因此，本发明提出另一个实施例，该实施例的光路示意图如图6所示。
38.在本实施例的发光装置中，包括光源和整形透镜602，该整形透镜602包括位于其中心区域的第一区602a和围绕在第一区周围的第二区602b，还包括围绕在第二区外围的第三区602c，第二区与第三区的至少部分交界处是连续且平滑的。光源发出的光包括第一部分光、第二部分光和第三部分光，第一部分光入射于整形透镜的第一区，第二部分光入射于整形透镜的第二区，第三部分光入射于整形透镜的第三区。其中，第一区能够对从其焦点发出的光进行准直，第一区的焦点与光源的发光点重合，第一部分光入射于第一区并被第一区折射并准直后形成准直光出射；第二部分光入射于第二区并被第二区折射并形成发散光出射；第三区能够对从其焦点发出的光进行准直，第三区的焦点与光源的发光点重合，第三部分光入射于第三区并被第三区折射并准直后形成准直光出射。
39.与图5所示的实施例不同的是，在本实施例中，第一区602a和第二区602b的交界处不是连续的，也不是平滑的，但是由于第二区602b与第三区602c之间的交界处是连续且平滑的，因此第一区602a和第二区602b的交界处不连续并不影响第二区中有接近准直出射的光(即从第二区与第三区交界处附近出射的光)，因此第二区出射的发散光斑与中心高亮光斑之间也不存在暗区。
40.在上述实施例中，并没有描述光源的原理，这是因为本发明的发光装置并不限制光源的种类，例如led光源就可以作为本发明中的光源。更加优选的，光源包括激光发生器和波长转换装置，该激光发生器发出激光，该激光入射并激发波长转换装置并使其受激发射荧光，该荧光入射于透镜系统。激光发生器可以产生很小的光斑，该光斑经过波长转换装置的转换后可以形成高亮度的发光光斑，这对于形成高亮度的中心光斑是很有帮助的。
41.进一步的，本发明还提出一种便携照明装置，包括上述的发光装置，还包括结构件
和电池，发光装置中的光源和透镜系统都固定于结构件内，电池为发光装置中的光源供电。例如手电、手持式搜索灯和探照灯，都属于便携照明装置。
42.本发明还提出一种车用前照灯，包括上述的发光装置，还包括结构件，发光装置中的光源和透镜系统都固定于结构件内。车用前照灯包括汽车用的前照灯，也包括工程车、摩托车用的前照灯等等。
43.以上所述仅为本发明的实施例，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。