[发明专利]光导调焦设备和方法

权利要求书

1.一种光导向设备，配置为以期望的角分布向前引导光，所述光导向设备包括至少一个锥形光导和至少一个前折射器，其中，

所述锥形光导包括前出耦合表面、后出耦合表面和在所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点对向楔形角β的入耦合入口；

所述折射器包括后入耦合表面和向前面对的出耦合表面，所述折射器被定位使得折射器的后入耦合表面与光导的前出耦合表面相邻，其间具有中间间隙；以及

所述楔形角β被选择使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述光导的前出耦合表面退出的光入射到折射器的后入耦合表面，并且这些光通过所述折射器的前向面对的出耦合表面以所述期望的角分布发射出。

2.根据权利要求1所述的光导向设备，所述锥形光导通过所述入耦合入口围绕外部轴具有选择对称性。

3.根据权利要求1所述的光导向设备，其中楔形角β的值随着围绕中心轴的角ψ而变化，使得期望的角分布不是对称的。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的光导向设备，还包括至少一个后反射器，配置所述至少一个后反射器使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述后耦合表面退出的光向前反射具有所述期望的角分布。

5.根据权利要求4所述的光导向设备，所述后反射器包括与所述光导的后出耦合表面相邻的光学元件，所述光学元件被配置为通过完全内部反射引导退出光导的后出耦合表面的光处于所述期望的角分布内。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的光导向设备，其中，中心轴和从入耦合入口到所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角近似等于通过光导的前出耦合表面限制的完全内部反射的临界角。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的光导向设备，其中，中心轴和从入耦合入口到所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角位于(sin^-1(1/n)-β)到(sin^-1(1/n)+β)的范围内，其中n是光导的折射率并且β是楔形角。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的光导向设备，其中，所述光导具有圆形水平横截面，其中所述前出耦合表面通常具有由第一圆锥角表征的凹圆锥形。

9.根据权利要求8所述的光导向设备，其中所述后出耦合表面具有由第二圆锥角表征的通常截短的凸圆锥形。

10.根据权利要求9所述的光导向设备，其中所述第一圆锥角大于所述第二圆锥角。

11.根据权利要求9或10所述的光导向设备，其中选择所述第一圆锥角和所述第二圆锥角，使得入射所述光导的所述入耦合入口的光被分布为具有期望的角分布。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的光导向设备，还包括至少一个光源。

13.一种以期望的角分布使用向前引导光的方法，包括：

提供光源，

提供至少一个锥形光导，所述锥形光导包括前出耦合表面、后出耦合表面和在所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点对向楔形角的入耦合入口；

定位至少一个折射器，所述折射器包括后入耦合表面和向前面对的出耦合表面，使得折射器的后入耦合表面与光导的前出耦合表面相邻，其间具有中间间隙；以及

选择所述楔形角使得入射到所述光导的所述入耦合入口并且从所述光导的前出耦合表面退出的光入射到折射器的后入耦合表面，并且通过所述折射器的前向面对的出耦合表面发射所述光具有所述需要的角分布。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

选择中心轴和从光导的入耦合入口到所述前出耦合表面和所述后出耦合表面的顶点延伸的中心线之间的半隙角，使其近似等于通过光导的前出耦合表面限制完全内部反射的临界角。

15.根据权利要求14所述的方法，其中选择半隙角的步骤包括：

在(sin^-1(1/n)-β)到(sin^-1(1/n)+β)的范围内选择角，其中n是光导的折射率并且β是楔形角。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：

提供后反射器，使得退出光导的所述后出耦合表面的光向前反射具有所述期望的角分布。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，提供后反射器的步骤包括：

将光学元件定位为与光导的后出耦合表面相邻并具有中间间隙。