CN102520520A - 光学积分棒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于传导光束的光学积分棒，包括该光束入射光学积分棒的入口，以及截面呈多边形或圆形的锥形部，所述锥形部任意位置处折射率相同且垂直截面的任何一个过截面中心的切面都呈梯形或三角形；其中，所述光学积分棒还包括与锥形部的端部紧密相连的被夹持部，所述被夹持部任意位置处折射率相同；在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离所述入口的一部件的截面完全覆盖较靠近所述入口的另一部件的截面；所述被夹持部在垂直截面的至少一个方向上的切面宽度处处相等。如上设置，可使光学积分棒被牢固夹持。

Description

光学积分棒

技术领域

本发明涉及照明与显示用的光源技术领域，特别是涉及一种对光斑进行匀光或整形用的光学积分棒。

背景技术

光学积分棒用于照明系统中可实现均匀化照明，用于投影系统中可用于调整光斑形状及得到均匀化亮度的光斑。

光学积分棒具有多边形或圆形截面，且在垂直于截面方向有一定长度。所述光学积分棒在长度方向有两个末端，一末端为入射光线的入口，另一末端是用于入射光线在积分棒内部传播后出射的出口。

请参考图1和图2，常见光学积分棒按形状分自所述入口101至所述出口102等截面面积分布的条形光学积分棒和自所述入口101至所述出口102截面面积连续变化的锥形光学积分棒，所述锥形光学积分棒上垂直截面的任何一个过截面中心的切面都是梯形或三角形。图1所示为条形积分棒100的主视图，图2所示是锥形积分棒200的主视图。

现有光学积分棒按制作方法分实心光学积分棒和空心光学积分棒。所述实心光学积分棒是使用一整块透明材料直接加工而成的，在实心积分棒的任意位置处折射率不变。空心光学积分棒是使用多块反光镜拼装成光学积分棒的反射壁围墙，利用这些反射镜使光线在其中传播；各块反光镜的接缝处使用胶水固定。

采用夹持机构夹持图2所示的锥形积分棒200时，夹持机构在上下两个方向对锥形积分棒进行夹持，请参照图3。设夹持机构在上下方向上对锥形积分棒的夹持力均为F，则根据力的分解原理，夹持机构对锥形方棒上随之产生水平方向的分力F’。夹持锥形积分棒所需的夹持力F越大，则夹持力F在水平方向上的分力F’越大。分力F’可能促使锥形积分棒脱离夹持机构固定，夹持力F越大则锥形积分棒自夹持机构上脱离的可能性越大。为了解决上述问题，在利用夹持机构夹持锥形积分棒时，在夹持机构和锥形积分棒之间进行点胶固定。对实心的锥形积分棒来说，在点胶的区域，胶水会使此处原有的玻璃-空气界面变成玻璃-胶水界面。因玻璃和胶水的折射率比较接近且均远大于空气的折射率，所以，当光线入射至实心锥形积分棒的点胶区域时，会出现部分光线折射进入胶水而破坏此处原有的全反射，造成光能量的损耗。而对利用的是镜面反射原理的空心的锥形积分棒来说，在空心锥形积分棒和夹持机构之间点胶固定则不会发生因光泄漏而导致的光能量损耗问题。

鉴于此，实有必要提供一种光学积分棒以解决实心锥形积分棒的夹持问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种具有截面面积连续变化的锥形部的光学积分棒，该光学积分棒能够被稳定夹持且不会产生漏光。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于传导光束的光学积分棒，包括该光束入射光学积分棒的入口，以及截面呈多边形或圆形的锥形部，所述锥形部任意位置处折射率相同且垂直截面的任何一个过截面中心的切面都呈梯形或三角形；其中，所述光学积分棒还包括与锥形部的端部紧密相连的被夹持部，所述被夹持部任意位置处折射率相同；在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离所述入口的一部件的截面完全覆盖较靠近入口的另一部件的截面；所述被夹持部在垂直截面的至少一个方向上的切面宽度处处相等。

与现有技术相比，本发明光学积分棒通过设置具有在垂直截面的至少一个方向上的宽度处处相等的切面的被夹持部，使光学积分棒通过在该被夹持部的宽度处处相等的切面外部使用夹持装置即可被稳定夹持而不需在被夹持部处对被夹持部和夹持装置之间进行粘胶加固从而破坏粘胶处的全反射界面发生漏光现象；另外，本发明还通过在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离入射光束的一部件的截面完全覆盖较靠近入射光束的另一部件的截面，确保不会在两部件相连接的位置处出现漏光。

附图说明

图1是一种现有光学积分棒的主视图。

图2是另一种现有光学积分棒的主视图。

图3是图2所示光学积分棒被夹持装置夹持时受力示意图。

图4是本发明光学积分棒第一实施例的主视图。

图5是本发明光学积分棒第二实施例的主视图。

图6是本发明光学积分棒第三实施例的主视图。

图7是本发明光学积分棒的被夹持部的截面形状图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

图4是本发明光学积分棒的第一实施例。光学积分棒300用于传导光束33，光学积分棒300包括光束33进入光学积分棒300的入口301和光束33在光学积分棒300内部传播后出射的出口302。

光束33自入口301进入光学积分棒300后，部分小角度入射光直接穿过光学积分棒300内部从出口302出射；其他大角度的入射光在光学积分棒内部经一次或多次反射后自出口302出射。光束33的自光学积分棒出射时的光斑形状与光学积分棒300出口302处的截面形状相同。如无特殊说明，本实施例中以及其他实施例中涉及的截面均与光学积分棒的光轴垂直。

光学积分棒300沿光束33传播的长度方向设有锥形部31和被夹持部32，被夹持部32相对锥形部31距离入口301较远。

锥形部31的截面呈多边形或圆形，该多边形截面包括三角形、正方形、长方形、梯形、五边形或者六边形截面等。锥形部31的截面面积自一端部至另一端部连续不断变化，包括不断变大或不断变小两种；且锥形部31上垂直截面的任何一个切面都呈梯形或三角形。

优选地，本实施例的锥形部包括一组相似但不全等的截面；通过该锥形部能取得均匀的出射光斑。

被夹持部32与锥形部31的一端部紧密相连。在锥形部31与被夹持部32交界的位置处，较远离光束入口的被夹持部32的截面完全覆盖较靠近光束入口的锥形部31的截面；即前者的截面面积大于等于后者的截面面积，用于防止入射光束33在该交界位置处发生漏光。优选地，交界位置处的被夹持部32的截面面积等于锥形部31的截面面积，该两截面完全重叠，可有效控制光束自光学积分棒中出射时的光斑尺寸。

被夹持部32的截面呈多边形或圆形；请参见图7所示的截面形状。其中，多边形截面包括三角形、正方形、长方形、梯形、五边形或者六边形截面等。前述列举并不是对多边形截面的穷尽性限制。本发明的保护范围不应局限在前述列举和图7为代表的图示范围内。

所述被夹持部的形状包括以下两种情况：一、被夹持部32在长度方向上可以等截面设置，即被夹持部整体呈柱状，如圆柱、棱柱等，由于等截面设置，因此被夹持部在垂直截面的各方向上的切面的宽度均处处相等，夹持装置施加在等宽切面外侧的力不会在光学积分棒的水平方向上产生分力；二、被夹持部32包括一对相互平行的侧面且截面面积均不全等，夹持装置施加在相互平行的侧面的力不会在光学积分棒的水平方向上产生分力。

组装光学积分棒300至夹持装置时，夹持装置夹持垂直截面的方向上的等宽切面外侧，该夹持装置施加在等宽切面外侧的力不会在光学积分棒的水平方向上产生分力，光学积分棒不会从夹持装置上脱离；因此仅通过夹持装置对被夹持部的等宽切面外侧进行夹持便可牢固地将光学积分棒固定。

本实施例中，被夹持部32和锥形部31可以是一体成型；也可以是将被夹持部32通过透明胶水粘接于锥形部31的端部。其中，对被夹持部32粘接至锥形部31的情形来说，优选地，被夹持部32和锥形部31选用相同材料，透明胶水选择与被夹持部32和锥形部31的折射率相匹配的胶水；为了减小入射光束在光学积分棒中传输至锥形部和夹持部交界位置处二者的截面时的反射损耗，分别对该两截面镀覆增透膜。

本实施例光学积分棒通过设置具有在垂直截面的至少一个方向上的宽度处处相等的切面的被夹持部，使光学积分棒通过在该被夹持部的宽度处处相等的切面外部使用夹持装置即可被稳定夹持，而不需在被夹持部处对被夹持部和夹持装置进行粘胶加固，从而可避免因破坏粘胶处的全反射界面而造成的漏光现象；另外，通过在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离入口的被夹持部的截面完全覆盖较靠近入口的锥形部的截面，确保不会在两部件相连接的位置处出现漏光。

图5为本发明光学积分棒第二实施例的主视图。与第一实施例不同，在本实施例光学积分棒400的被夹持部42和锥形部41中，被夹持部42较靠近光束43入口，而锥形部41较远离光束43入口。

在锥形部41与被夹持部42交界的位置处，较远离光束入口的锥形部31的截面完全覆盖较靠近光束入口的被夹持部32的截面；即在交界位置处，前者的截面面积大于等于后者的截面面积，用于防止光束43在该交界位置处发生漏光。本实施例中，锥形部41和被夹持部42在交界位置处的二者的截面面积相等。

图6为本发明光学积分棒第三实施例的主视图。与第一、二实施例不同，本实施例光学积分棒500包括锥形部51和位于锥形部51两端并与锥形部51的两端部紧密相连的被夹持部52。

在锥形部51与被夹持部52两部件交界的位置处，远离光束入口的一部件的截面完全覆盖靠近光束入口的另一部件的截面；即在交界位置处，较远离光束入口的一部件的截面面积大于等于较靠近光束入口的另一部件的截面面积，用于防止入射光束53在该交界位置处发生漏光。本实施例中，锥形部51和被夹持部52在交界位置处的二者的截面面积相等。

除前述实施例外，实际应用中，本发明光学积分棒还可以设置为其他的结构，例如，光学积分部包括两个间隔放置的锥形部和位于两锥形部之间并与两锥形部的端部分别紧密相连的被夹持部。

制作本发明的光学积分棒时，可以使用一整块透明材料，例如玻璃，直接加工得到，即锥形部和被夹持部是一体成型的。这种情况下，光学积分棒在锥形部和被夹持部的任意位置处折射率相同。

制作本发明光学积分棒时，还可以先分别加工出锥形部和被夹持部，然后使用透明胶水将被夹持部粘结至锥形部的端部。粘结时，胶水可以灌封于两侧连接部件即锥形部和被夹持部的连接界面之间；也可以通过点胶的方式将两侧连接部件(锥形部和被夹持部)相连。分别加工的锥形部和被夹持部可采用不同折射率的材料，优选地，二者选用折射率相同的材料(例如同种材料)加工得到。透明胶水的折射率与两侧连接部件的折射率越接近越好，优选地，被夹持部和锥形部是同种材料，胶水与两侧连接部件的折射率匹配。锥形部、被夹持部以及透明胶水三者的折射率越接近，在连接位置处产生的反射损耗越少。加工锥形部和被夹持部时，可分别在二者在彼此交界位置处的截面上镀覆增透膜，有利于减少入射光束在光学积分棒中传输至锥形部和夹持部交界位置处二者的截面时的反射损耗。

由于在光学积分棒的光束入口和出口都存在空气-玻璃界面，加工光学积分棒时，优选地，在光学积分棒的入口和出口都镀覆增透膜，用来减小光束在光学积分棒上入射时和出射时的反射损耗。

与现有技术相比，本发明光学积分棒通过设置具有在垂直截面的至少一个方向上的宽度处处相等的切面的被夹持部，使光学积分棒通过在该被夹持部的宽度处处相等的切面外部使用夹持装置即可被稳定夹持而不需在被夹持部处对被夹持部和夹持装置进行粘胶加固从而破坏粘胶处的全反射界面发生漏光现象；另外，本发明还通过在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离入射光束的一部件的截面完全覆盖较靠近入射光束的另一部件的截面，确保不会在两部件相连接的位置处出现漏光。

以上所述仅为本发明的实施方式，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。

Claims (11)

1.一种用于传导光束的光学积分棒，包括该光束入射光学积分棒的入口，以及截面呈多边形或圆形的锥形部，所述锥形部任意位置处折射率相同且垂直截面的任何一个切面都呈梯形或三角形；其特征在于：所述光学积分棒还包括与锥形部的端部紧密相连的被夹持部，所述被夹持部任意位置处折射率相同；在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，较远离所述入口的一部件的截面完全覆盖较靠近所述入口的另一部件的截面；所述被夹持部呈柱状，或被夹持部包括至少一对相互平行的侧面且截面面积均不全等。

2.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：在锥形部与被夹持部两部件交界的位置处，所述锥形部的截面与被夹持部的截面完全重叠。

3.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述被夹持部的截面为多边形，被夹持部包括至少一对相互平行的侧面。

4.根据权利要求3所述的光学积分棒，其特征在于：所述被夹持部是棱柱。

5.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述被夹持部是圆柱。

6.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述锥形部和被夹持部一体成型。

7.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述被夹持部通过透明胶水粘接于所述锥形部的端部。

8.根据权利要求7所述的光学积分棒，其特征在于：锥形部和被夹持部是相同材料，所述透明胶水的折射率与锥形部和被夹持部的折射率匹配。

9.根据权利要求7所述的光学积分棒，其特征在于：所述锥形部和被夹持部两者在彼此交界位置处的截面分别镀覆增透膜。

10.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述锥形部的两端部分别紧密相连一所述被夹持部。

11.根据权利要求1所述的光学积分棒，其特征在于：所述锥形部包括一组相似但不全等的截面。

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