CN101169233B - Led照明系统的匀光装置 - Google Patents
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Abstract
LED照明系统的匀光装置，它涉及的是微显示及微投影显示的照明技术领域。它是为了解决现有LED照明系统应用在微显示及微投影显示系统中时，存在照明系统的体积庞大、光效率过低、结构复杂而难设计的问题。它的n个矩形反射聚光器(1)的光出射端口设置在同一个平面内并组合排列成正方形光输出端口；第一正方形复眼(2)、第二正方形复眼(3)、凸透镜(4)依次设置在上述n个矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列组成的正方形光输出端口处。本发明能将LED光源的光束直接整形为矩形，光能利用率大于60％，并具有照射面的光均度好、色彩鲜艳、发热量小、寿命长、结构简单容易设计制造的优点。在应用于彩色照明时，其三基色组成的色域较宽。
Description
技术领域
本发明涉及的是微显示及微投影显示的照明技术领域。
背景技术
近十年来，半导体发光技术及微电子技术的发展，使得LED技术得到了突飞猛进的进步与应用。LED以其高达10万小时的长寿命、驱动电压低、响应速度快、散热容易、色域宽、没有紫外辐射和红外辐射等优点，已在很多领域显示了较强的应用价值。如微显示及投影显示领域。关于微显示与投影显示的照明系统和光学引擎已有很多发明。主要分为两类：
第一类：采用二次型反射聚光器与光棒进行匀光；如专利号为CN1948823A，专利名称为“LED用复合反射面”的专利；专利号为CN1790153A，专利名称为“液晶投影仪光学引擎”的专利；专利号为CN2760613Y，专利名称为“基于反射型复眼的照明系统”的专利。
第二类：采用反射型复眼或透射型蝇眼进行匀光；如专利号为CN1916693A，专利名称为“反射式硅基液晶显示光学引擎”的专利；专利号为CN 1554983A，专利名称为“光学引擎照明系统的蝇眼透镜”的专利；专利号为CN 2891006Y，专利名称为“新型匀光器件及带该匀光器件的光学引擎照明系统”的专利；专利号为CN 2881677Y，专利名称为“硅基液晶光学引擎”的专利；专利号为CN 2896319Y，专利名称为“数字投影光学引擎”的专利。
以上两类技术方案用于LED照明系统中都会存在一定的缺陷：1、用于微显示或微投影显示技术中时，光源输出面转化成图像调制器形状或显示面板所需的矩形，使得大部分的光能损失，导致了光能利用率很低。2、因单管LED的发光功率较低，所以二次型反射聚光器不适合LED照明光源(LED照明将以牺牲照明系统的体积及效率为代价)，只适合卤素灯光源或超高压汞灯。3、光棒在长度足够长时匀光效果较好，但以牺牲光能利用率为代价而浪费能源。4、反射型复眼的每个复眼焦点都不同，设计较难，不易实现，同时输出面边缘均匀效果较差。
发明内容
为代价而浪费能源。4、反射型复眼的每个复眼焦点都不同，设计较难，不易实现，同时输出面边缘均匀效果较差。
本发明的目的是为了解决现有LED照明系统应用在微显示及微投影显示系统中时，存在照明系统的体积庞大、光效率过低、结构复杂而难设计的问题。进而提出了一种LED照明系统的匀光装置。
它包含n个矩形反射聚光器1，n为大于零的自然数，第一正方形复眼2、第二正方形复眼3、凸透镜4；
所述第一正方形复眼2由多个矩形透镜2-1和正方形透明基板2-2组成；每个矩形透镜2-1的焦距都相同，多个矩形透镜2-1排列粘接在正方形透明基板2-2的一个侧面上；
所述第二正方形复眼3由多个矩形透镜3-1和正方形透明基板3-2组成；每个矩形透镜3-1的焦距都相同，多个矩形透镜3-1排列粘接在正方形透明基板3-2的一个侧面上；
所述矩形反射聚光器1由矩形透明腔体和反光膜组成；矩形透明腔体的外表面或内表面镀有高反射率的反光膜，矩形透明腔体的四个曲面的成型规则为：
将抛物线沿平行于对称轴的直线分成两个部分；其中较小的部分沿着垂直于抛物线平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的两端都为直线段，然后拼接在一起，组成矩形透明腔体；
所述矩形反射聚光器1的焦距f与出射端口对角线长度的一半a、入射端口对角线长度的一半s、长度L、出射光线在出射面处的角度θi互相之间的关系为下式：
f＝s(1+sinθi) (1)
L＝(a+s)ctgθi (2)
a＝s/sinθi (3)
第一正方形复眼2、第二正方形复眼3、凸透镜4依次设置在上述n个矩形反射聚光器1的光出射端口排列组成的正方形光输出端口处；
上述n个矩形反射聚光器1的光出射端口排列组成正方形光输出端口的中心线、第一正方形复眼2的光轴中心线、第二正方形复眼3的光轴中心线与凸透镜4的光轴中心线相互重合；
第一正方形复眼2的后焦面与第二正方形复眼3的前焦面重合，第二正方形复眼3通过凸透镜4与微显示面板5之间形成物像关系。
本发明能将LED光源的光束直接整形为矩形，光能利用率大于60％，并具有照射面的光均度好、体积小、色彩鲜艳、发热量小、寿命长、结构简单容易设计制造的优点。在应用于彩色照明时，其三基色组成的色域较宽，能实现很好的色饱和度和很大的颜色范围。能对微显示及微投影显示系统中的DLP、LCD、LCOS微显示面板进行照明。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1中矩形反射聚光器1的右视图，图3是含有多个矩形反射聚光器1的匀光装置的结构示意图，图4是含有多个高亮度LED发光二极管6的匀光装置的结构示意图，图5是具体实施方式四中的一种结构的示意图，图6是具体实施方式四中的另一种结构的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方式由n个矩形反射聚光器1，n为大于零的自然数，第一正方形复眼2、第二正方形复眼3、凸透镜4组成；
所述第一正方形复眼2由多个矩形透镜2-1和正方形透明基板2-2组成；每个矩形透镜2-1的焦距都相同，多个矩形透镜2-1排列粘接在正方形透明基板2-2的一个侧面上；
所述第二正方形复眼3由多个矩形透镜3-1和正方形透明基板3-2组成；每个矩形透镜3-1的焦距都相同，多个矩形透镜3-1排列粘接在正方形透明基板3-2的一个侧面上；
所述矩形反射聚光器1由矩形透明腔体和反光膜组成；矩形透明腔体 的外表面或内表面镀有高反射率的反光膜，矩形透明腔体的四个曲面的成型规则为：
将抛物线沿对称轴或平行于对称轴的直线分成两个部分；其中较小的部分沿着垂直于抛物线平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的两端都为直线段，然后拼接在一起，组成矩形透明腔体；
所述矩形反射聚光器1的焦距f与出射端口对角线长度的一半a、入射端口对角线长度的一半s、长度L、出射光线在出射面处的角度θi互相之间的关系为下式：
f＝s(1+sinθi) (1)
L＝(a+s)ctgθi (2)
a＝s/sinθi (3)
所述n个矩形反射聚光器1的光出射端口设置在同一个平面内并组合排列成正方形光输出端口；
第一正方形复眼2、第二正方形复眼3、凸透镜4依次设置在上述n个矩形反射聚光器1的光出射端口排列组成的正方形光输出端口处；
上述n个矩形反射聚光器1的光出射端口排列组成正方形光输出端口的中心线、第一正方形复眼2的光轴中心线、第二正方形复眼3的光轴中心线与凸透镜4的光轴中心线相互重合；
第一正方形复眼2的后焦面与第二正方形复眼3的前焦面重合，第二正方形复眼3通过凸透镜4与微显示面板5之间形成物像关系。
所述矩形反射聚光器1的矩形透明腔体的材质为光学玻璃、光学树脂或光学塑料。
每个矩形反射聚光器1的入射端口中都设置有N个高亮度LED发光二极管6。
所述矩形透明腔体的四个曲面所引用的抛物线为相同时，矩形透明腔体的入射端口和出射端口都为正方形。
所述矩形透明腔体的两个相邻曲面所引用的抛物线为不同时，矩形透明腔体的入射端口和出射端口都为长方形，并使其边长比都为4∶3，不同 的两个曲面的焦点都在平行于入射端口面的同一个平面内。
矩形反射聚光器1的入射端口中可设置三个高亮度LED发光二极管6，其颜色分别为红、绿、蓝三基色。
本具体实施方式中的微显示面板5选用DLP。
具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于矩形反射聚光器1的数量为一个；其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于矩形反射聚光器1的数量为多个；其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图5、图6说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加有PBS偏振器7；PBS偏振器7设置在第二正方形复眼3与凸透镜4之间。本具体实施方式中的矩形反射聚光器1的数量为一个或为多个，本具体实施方式中的微显示面板5选用LCD、LCOS。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
Claims (7)
1.LED照明系统的匀光装置，它包含n个矩形反射聚光器(1)，n为大于零的自然数，第一正方形复眼(2)、第二正方形复眼(3)、凸透镜(4)；
其特征在于所述第一正方形复眼(2)由多个矩形透镜(2-1)和正方形透明基板(2-2)组成；每个矩形透镜(2-1)的焦距都相同，多个矩形透镜(2-1)排列粘接在正方形透明基板(2-2)的一个侧面上；
所述第二正方形复眼(3)由多个矩形透镜(3-1)和正方形透明基板(3-2)组成；每个矩形透镜(3-1)的焦距都相同，多个矩形透镜(3-1)排列粘接在正方形透明基板(3-2)的一个侧面上；
所述矩形反射聚光器(1)由矩形透明腔体和反光膜组成；矩形透明腔体的外表面或内表面镀有高反射率的反光膜，矩形透明腔体的四个曲面的成型规则为：
将抛物线沿平行于对称轴的直线分成两个部分；其中较小的部分沿着垂直于抛物线平面的方向拉伸，形成曲面；并且曲面的两端都为直线段，然后拼接在一起，组成矩形透明腔体；
所述矩形反射聚光器(1)的焦距f与出射端口对角线长度的一半a、入射端口对角线长度的一半s、长度L、出射光线在出射面处的角度θi互相之间的关系为下式：
f＝s(1+sinθi) (1)
L＝(a+s)ctgθi (2)
a＝s/sinθi (3)
所述n个矩形反射聚光器(1)的光出射端口设置在同一个平面内并组合排列成正方形光输出端口；
第一正方形复眼(2)、第二正方形复眼(3)、凸透镜(4)依次设置在上述n个矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列组成的正方形光输出端口处；
上述n个矩形反射聚光器(1)的光出射端口排列组成正方形光输出端口的中心线、第一正方形复眼(2)的光轴中心线、第二正方形复眼(3)的光轴中心线与凸透镜(4)的光轴中心线相互重合；
第一正方形复眼(2)的后焦面与第二正方形复眼(3)的前焦面重合，第二正方形复眼(3)通过凸透镜(4)与微显示面板(5)之间形成物像关系。
2.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于所述矩形透明腔体的四个曲面所引用的抛物线为相同时，矩形透明腔体的入射端口和出射端口都为正方形。
3.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于所述矩形透明腔体的两个相邻曲面所引用的抛物线为不同时，矩形透明腔体的入射端口和出射端口都为长方形，并使其边长比都为4∶3，不同的两个曲面的焦点都在平行于入射端口面的同一个平面内。
4.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于所述矩形反射聚光器(1)中矩形透明腔体的材质为光学玻璃、光学树脂或光学塑料。
5.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于所述矩形反射聚光器(1)的数量为一个。
6.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于所述矩形反射聚光器(1)的数量为多个。
7.根据权利要求1所述的LED照明系统的匀光装置，其特征在于它增加有PBS偏振器(7)；PBS偏振器(7)设置在第二正方形复眼(3)与凸透镜(4)之间。
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