CN102313246B - 一种面光源准直装置及光束准直方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面光源准直装置及光束准直方法，该装置包括反射片与准直层，所述准直层包括若干微准直透镜，所述微准直透镜包括光束收敛部与设在光束收敛部上的中心准直部，所述中心准直部周边设有折射准直部；所述反射片包括依次设立的漫反射片与带小孔发射片；所述准直层设置在带小孔发射片上，且该中心准直部的中心对准所述小孔；所述光束收敛部外表面设有反射部，且所述反射部与折射准直部无缝隙连接。该装置及该方法优化了点光源的形成方式，充分利用发散面光源，提高光束的利用率，进而提高能量利用率；另外，优化了该装置的结构，进一步改善准直效果。

Description

一种面光源准直装置及光束准直方法

技术领域

本发明涉及光学准直技术领域，特别涉及一种面光源准直装置及光束准直方法。

背景技术

平面光源常用在照明、LCD显示背光源、灯箱等方面，为了广视角考量，普通平面光源发光角度很大。近年来，随着节能议题和3D显示的发展，高准直平面光源的研究成为了热点。

除了激光外，一般的光源通常为散射型光源，亦即发光角度大，不具有准直出光特性。要达到准直出光特性，必须要加上一些光学元件才能控制光线射出方向集中在小角度内。现在常用的面光源准直手段有3M棱镜膜，可以使光线一定程度的收敛，收敛角度为70度左右，起到一定的准直作用。但是对于准直要求比较高的光学系统，这种准直度是很难符合要求的。

也有用点光源加透镜方式实现准直面光源的方法，但是由于点光源发光角度过大，使得杂散和全反射现象过于严重，使得准直效果较差。为了解决这种问题，有一种方法是使用吸光罩将大角度光线吸收掉，只让小角度光线进入透镜，以改善出射光线准直效果，但是这种方法使得最后能量利用率太低，大部分光线都被吸光罩吸收掉了。

公开日为2011年6月15日、公开号为CN102095161A的专利文件描述了一种面光源准直装置，该装置包括反射片和依次设置在该反射片上方的准直层和校正层。该准直层的光束收敛部底部覆设有反射层和小孔，通过反射层和准直层之间的面光源汇集进入该小孔中而成为点光源。该准直层将进入该小孔的光线划分成若干区域并分别予以汇聚从而避免在准直层内发生全反射而造成光损。该装置具有较高的准直效果和能量利用率。

但，该装置中，发散面光源设置在漫反射片与准直层之间，发散面光源发射的光线：其一部分直接射向准直层；一部分射向漫反射片经由漫反射片反射后再射向准直层。在这个过程中，由于光源发出的光线是任意角度的，另经漫反射片反射的光线也可能任意发散出去，因而，会造成部分光线损失，影响了能量利用率。

另，光线未先形成点光源阵列而直接射向准直层，再在该准直层的光束收敛部形成点光源，故该准直层的光束收敛部需要设置的相对庞大；而该准直层的折射准直部和反射层之间有着结构上的间隙，会再次导致部分光线的损失，影响光束的利用率，也会影响准直效果。

综上所述，目前面光源准直装置的不足之处在于结构有漏洞，其一方面不能充分利用发散面光源而导致部分光线的损失进而影响了能量利用率；另一方面影响了准直效果。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种面光源准直装置及光束准直方法，该装置及该方法优化了点光源的形成方式，充分利用发散面光源，提高光束的利用率，进而提高能量利用率；另外，优化了该装置的结构，进一步改善准直效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种面光源准直装置，包括反射片与准直层，所述准直层包括若干微准直透镜，所述微准直透镜包括光束收敛部与设在光束收敛部上的中心准直部，所述中心准直部上设有折射准直部；所述反射片包括依次设立的漫反射片与带小孔反射片；所述准直层设置在带小孔反射片上，且该中心准直部的中心对准所述小孔；所述光束收敛部外表面设有反射部，

优选地，所述反射部与折射准直部无缝隙连接。

优选地，所述中心准直部为标准透镜。

优选地，所述中心准直部的最大直径不大于光束收敛部的光束输出端端部的直径。

优选地，所述折射准直部环绕中心准直部周边或延伸于中心准直部周边之外或环绕中心准直部周边且延伸于中心准直部周边之外。

优选地，所述折射准直部为倾斜旋转透镜。

一种根据权利要求1所述的面光源准直装置的光束准直方法，包括如下步骤；

1）点光源阵列：接收入射光束，所述一部分入射光束经由带小孔反射片的小孔出射，形成点光源阵列；另一部分经漫反射片进行发散后再经由带小孔反射片的小孔出射，形成点光源阵列；

2）光束收敛：所述点光源阵列射向准直层的光束收敛部形成收敛光束；

3）光束分割与准直：所述收敛光束被分割成若干部分；其中一部分经中心准直部直接准直成平行光束射出；其他部分射向反射部或折射准直部；

4）光束合成再准直：所述经反射部再次反射后的光束或射向折射准直部的光束都经折射准直部折射后与水平方向成小角度射出。

优选地，步骤2）中所述收敛光束的发散半角为a，其范围为0≦a≦42°。

优选地，步骤3）中所述经中心准直部直接准直的光束的发散半角为a1，其范围为0≦a1﹤20°；所述经折射准直部折射后与水平方向成小角度射出的光束的发散半角为a2，其范围为20°≦a2﹤29°；所述射向反射部被再次反射的光束发散半角为a3，其范围为29°﹤a3≦42°。

优选地，步骤3）中收敛光束被分割成两部分，其中，所述经中心准直部直接准直的光束的发散半角为a4，其范围为0≦a4﹤20°所述射向反射部被再次反射的光束发散半角为a5，其范围为20°﹤a5≦42°。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明面光源准直装置及光束准直方法，优化了该装置各元件的结构，也优化了该方法。通过该装置，发散面光源发出的光束经过多重反射片的反射被充分利用，提高了能量利用率。而被分割为若干部分，一部分经中心准直部直接准直成平行光束射出，一部分经折射准直部折射后与水平方向成小角度射出，另一部分射向反射部被再次反射后经折射准直部折射与水平方向成小角度射出。这样不仅充分扩大了可利用的光束范围，也获得更好地准直效果和更高的能量利用率。

附图说明

图1为本发明面光源准直装置的工作原理图；

图2为本实施例1的准直层的结构图；

图3为本实施例1的准直层的工作原理图；

图4为本实施例2的准直层的结构图；

图5为本实施例2的准直层的工作原理图；

图6为本实施例3的准直层的结构图；

图7为本实施例3的准直层的工作原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1和2所示，为本发明面光源准直装置的工作原理图。该面光源准直装置，包括反射片与准直层。该反射片包括依次设立的漫反射片21与带小孔23反射片22；漫反射片21与带小孔反射片22之间设置有发散面光源5。

由发散面光源5发出的光线经过带小孔反射片22之后，一部分光线由小孔23出射，形成点光源阵列；另外部分的光线经过带小孔反射片22反射回漫反射片21，经过漫反射之后，光线重新经过带小孔反射片22并由小孔2出射形成点光源，从而使得经过带小孔反射片22反射的光线经过漫反射之后重新被利用。综上所述，由发散面光源5发出的光线经过反复利用之后，最终大部分光线形成点光源阵列。而该点光源阵列射向准直层。

具体地，该准直层设置在带小孔反射片22上，且该准直层采用PC材料或PMMA材料。该准直层包括若干微准直透镜，该微准直透镜阵列叠放于发散面光源5之上，则所有光束经过准直阵列之后变成准直光出射，从而形成准直面光源。该微准直透镜1包括光束收敛部11与设在光束收敛部11上的中心准直部12。中心准直部12周边设有折射准直部14，且该中心准直部12的中心对准小孔23。光束收敛部11外表面设有反射部13，且反射部13与折射准直部14无缝隙连接。

另，该中心准直部12为标准透镜。该折射准直部14为倾斜旋转透镜。该中心准直部12的最大直径小于光束收敛部11的光束输出端端部的直径。且，该折射准直部14环绕中心准直部12周边。

该面光源准直装置的光束准直方法，包括如下步骤；

1）点光源阵列：接收入射光束，所述一部分入射光束经由带小孔23反射片22的小孔23出射，形成点光源阵列；另一部分经漫反射片21进行发散后再经由带小孔23反射片22出射，形成点光源阵列；

2）光束收敛：所述点光源阵列射向准直层的光束收敛部（11）形成收敛光束；该收敛光束的发散半角为a，其范围为0≦a≦42°；

3）光束分割与准直：所述收敛光束被分割成三部分；其中之一部分经中心准直部12直接准直成平行光束射出，经中心准直部12直接准直的光束的发散半角为a1，其范围为0≦a1﹤20°；第二部分射向折射准直部14，其发散半角为a2，其范围为20°≦a2﹤29°；第三部分射向反射部13被再次反射；其发散半角为a3，其范围为29°﹤a3≦42°；

4）光束合成再准直：所述被反射部13再次反射后的光束或射向折射准直部14的光束都经折射准直部14折射后与水平方向成小角度射出。

如图3所示，0到20度之间的光线经过中心准直部12会聚，准直出射；20到29度之间的光线经过折射准直部14折射，以与水平方向成小角度出射；29到42度之间的光线经过反射部13反射之后，再经过折射准直部14折射，以与水平方向成小角度出射。

实施例2

本实施例除如下特征外，其他均与实施例1相同：如图4和5所示，在该装置中，该中心准直部12的最大直径等于光束收敛部11的光束输出端端部的直径。且，该折射准直部14延伸于中心准直部12周边之外。

在该方法中，步骤3）中收敛光束被分割成两部分，其中一部分经中心准直部12直接准直的光束的发散半角为a4，其范围为0≦a4﹤20°；另一部分被反射部13再次反射的光束发散半角为a5，其范围为20°﹤a5≦42°。

实施例3

本实施例除如下特征外，其他均与实施例1相同：如图6和7所示，该中心准直部12的最大直径小于光束收敛部11的光束输出端端部的直径。且，该折射准直部14环绕中心准直部12周边且延伸于中心准直部12周边之外；故该折射准直部14分为两部分：其一，该折射准直部141环绕中心准直部12周边；其作用是将点光源直接发出的部分角度光线进行折射准直。其二，该折射准直部142延伸于中心准直部12周边之外，其作用是将点光源发出的大角度光束经过反射面反射之后再进行折射准直。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种面光源准直装置，包括反射片与准直层，所述准直层包括若干微准直透镜，所述微准直透镜包括光束收敛部（11）与设在光束收敛部（11）上的中心准直部（12），所述中心准直部（12）上设有折射准直部（14）；其特征在于：所述反射片包括依次设立的漫反射片（21）与带小孔（23）反射片（22）；所述准直层设置在带小孔反射片（22）上，且所述中心准直部（12）的中心对准所述小孔（23）；所述光束收敛部（11）外表面设有反射部（13）；

漫反射片（21）与带小孔（23）反射片（22）之间用于设置发散面光源。

2.根据权利要求1所述的面光源准直装置，其特征在于：所述反射部（13）与折射准直部（14）无缝隙连接。

3. 根据权利要求1所述的面光源准直装置，其特征在于：所述折射准直部（14）环绕中心准直部（12）周边或延伸于中心准直部（12）周边之外或环绕中心准直部（12）周边且延伸于中心准直部（12）周边之外。

4.根据权利要求3所述的面光源准直装置，其特征在于：所述中心准直部（12）的最大直径不大于光束收敛部（11）的光束输出端端部的直径。

5.根据权利要求1-4任一项所述的面光源准直装置，其特征在于：所述中心准直部（12）为标准透镜。

6.根据权利要求5所述的面光源准直装置，其特征在于：所述折射准直部（14）为倾斜旋转透镜。

7.一种根据权利要求1所述的面光源准直装置的光束准直方法，其特征在于包括如下步骤；

1）点光源阵列：接收入射光束，所述一部分入射光束经由带小孔（23）反射片（22）的小孔（23）出射，形成点光源阵列；另一部分经漫反射片（21）进行发散后再经由带小孔（23）反射片（22）出射，形成点光源阵列；

2）光束收敛：所述点光源阵列射向准直层的光束收敛部（11）形成收敛光束；

3）光束分割与准直：所述收敛光束被分割成若干部分；其中一部分经中心准直部（12）直接准直成平行光束射出；其他部分射向反射部（13）或折射准直部（14）；

4）光束合成再准直：所述经反射部（13）再次反射后的光束或射向折射准直部（14）的光束都经折射准直部（14）折射后与水平方向成小角度射出。

8.根据权利要求7所述的光束准直方法，其特征在于：步骤2）中所述收敛光束的发散半角为a，其范围为0≦a≦42°。

9.根据权利要求7所述的光束准直方法，其特征在于：步骤3）中收敛光束被分割成三部分，其中，经中心准直部（12）直接准直的光束的发散半角为a1，其范围为0≦a1﹤20°；所述经折射准直部（14）折射后与水平方向成小角度射出的光束的发散半角为a2，其范围为20°≦a2﹤29°；所述射向反射部（13）被再次反射的光束发散半角为a3，其范围为29°﹤a3≦42°。

10.根据权利要求7所述的光束准直方法，其特征在于：步骤3）中收敛光束被分割成两部分，其中，所述经中心准直部（12）直接准直的光束的发散半角为a4，其范围为0≦a4﹤20°所述射向反射部（13）被再次反射的光束发散半角为a5，其范围为20°﹤a5≦42°。

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