CN104090314A - 光学主动扩散片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高LED等发光灯具光均匀性的光学主动扩散片的设计思路与制备方法。该光学主动扩散片包括四种类型：单侧光学主动扩散片、双侧光学主动扩散片、内置光学主动扩散片和薄膜光学主动扩散片。光学主动扩散片的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等有机材料，也可以为玻璃，石英等无机材料。该光学主动扩散片针对不同强度的光进行不同的处理。其中，对于光强大的地方增大其扩散强度，对于光强小的地方降低其扩散强度，从而将光源阵列所发出的光进行深层次的分解。

Description

光学主动扩散片

技术领域

本发明用于提高LED等发光灯具的光均匀性。

背景技术

在机器视觉照明领域，目前均采用传统LED芯片作为光源。光学主动扩散片就是为此而发明。在机器视觉光学的产品中，通常需要较大面积的LED灯具，因此就需要将很多LED芯片做成一个阵列。而每个LED是独立发光的，必然由于每个LED自身的差异以及LED的空隙的两个原因造成整体发光面的不均匀性，就需要引入光学扩散片让每个LED的点发光变成面发光。然而，传统的光学扩散片是一个表面均匀涂抹了扩散剂的透明材料。光照上去之后形成漫反射，进而提高均匀性。但是，即使是90％雾度的光学扩散板，也不可能将一个LED高强度点光源完全扩散到其他地方。另外，由于扩散剂的涂抹是均匀的，两个点光源之间的暗部分其实也做了无效的扩散，这和本意的“削峰填谷”的设计初衷也是相悖的。主动扩散片解决了以上传统扩散片的问题，针对每个LED的光强分布进行分散光强，起到了提高光均匀性的效果。换句话说，光学主动扩散片针对光源的不同位置不同强度进行不同的处理。对于强光的地方增加扩散程度，对于弱光地方降低扩散强度，从将光源阵列所发出的光进行深层次的分散。图1很好的展示了主动扩散片的原理和效果。

发明内容

光学主动扩散片针对光源的不同位置不同强度进行不同的处理。对于强光的地方增加扩散程度，对于弱光地方降低扩散强度，从将光源阵列所发出的光进行深层次的分散。它包含四种：单侧主动光学扩散片、双侧主动光学扩散片、内置主动光学扩散片、薄膜主动光学扩散片。这四种为两个类型：

1.一种是几何光学透镜，即通过凹透镜使得光路进行分散。它包括三个小类：单侧主动光学扩散片(图2)、双侧主动光学扩散片(图3)、内置主动光学扩散片(图4)。对这一类主动光学扩散片，有以下几点说明：

a)透镜可以是空心透镜，也可以是实体透镜(内嵌透镜)(图5)。实体透镜即为其它材质的光学透镜，被嵌入其中。

b)对于含有多个透镜的双侧主动光学扩散片和内置主动光学扩散片。每个透镜的规格(尺寸和焦距等)可以一样，可以不同，根据实际的光源需求而改变。

c)对于含有多个透镜的双侧主动光学扩散片和内置主动光学扩散片。透镜的数量可以超过两个。具体数量根据实际需要而定。

d)空心透镜和实体透镜可以混用。

e)这一类主动光学扩散片可以单独使用，也可以和传统光学扩散片混用。

2.第二种是通过在不同浓度的扩散剂。不同光强位置上的扩散剂浓度不同。这种扩散片被命名为薄膜主动光学扩散片(图6)。对这一类主动光学扩散片，有以下几点说明：

a)其浓度分布(相对于位置)可以有多种形式，不限于正态分布。其分布的参数，也可以有多种情况。

b)这种主动光学扩散片可以是多层。

c)主动光学扩散剂的颜色不仅是白色，可以采用多种颜色以及混合色，要根据光源的需求而定。

主动光学扩散片材料可以用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料，也可以使用玻璃，石英等材质。

主动扩散片可以单独作为光学扩散片实施，也可以和传统的光学扩散片一起混合使用。

附图说明

图1左图为光学主动扩散片的原理图，右边为使用效果对比图(右下图光源初始光强分布，右上图为光经过主动扩散片后的光强分布)

图2单侧主动光学扩散片

图3双侧主动光学扩散片

图4内置主动光学扩散片

图5空心型内置光学扩散片和嵌入型内置光学扩散片。白色表示空心。黑色表示实体透镜。

图6薄膜主动光学扩散片。黑色代表透明基底，白色是涂上去的扩散剂，从白色到黑色代表涂抹的浓度。(白色最大，黑色为无)

图7(a)(b)(c)分别为实施方案1，2和3的解释图，光从下面的LED入射到上面的主动光学扩散片。深灰色和浅灰色分别代表两种不同的介质。介质包括透明塑料，玻璃，空气等。

图8实施方案4的解释图，(a)图展示了光从下面的LED入射到上面的主动光学扩散片。深灰色和浅灰色分别代表两种不同的介质。介质包括透明塑料，玻璃，空气等。(b)图展示了光学扩散剂的浓度分布图。

图9(a)(b)(c)分别为实施方案5，6和7的解释图，光从下面的LED入射到上面的主动光学扩散片，然后再通过传统光学扩散片进行二次光学扩散。深灰色和浅灰色分别代表两种不同的介质。介质包括透明塑料，玻璃，空气等。

图10实施方案8的解释图，(a)图展示了光从下面的LED入射到上面的主动光学扩散片，然后再通过传统光学扩散片进行二次光学扩散。深灰色和浅灰色分别代表两种不同的介质。介质包括透明塑料，玻璃，空气等。(b)图展示了光学扩散剂的浓度分布图。

具体实施方式

下面通过产品合成的具体实施案例对本发明作进一步的阐述，其目的不仅在于更好的理解本发明的内容，但本发明不受实施案例的限制。

以下关于具体尺寸、数量和材质等规格，在实施上可以选择多种数值。以下实例实施给出其中一种方案。

实施方式1单侧主动光学扩散片

如图2所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上面有16×5个半球形凹槽。每个半球形凹槽的性状参见图7(a)，其半球形的半径为2mm。LED发光从下面入射进入单侧主动光学扩散片，光线被凹透镜改变光路形成扩散。

实施方式2双侧主动光学扩散片

如图3所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上下面各有16×5个半球形凹槽，共计160个凹槽。上下每对半球形凹槽的性状参见图7(b)，其半球形的半径为1mm。LED发光从下面入射进入双侧主动光学扩散片，光线被凹透镜改变光路形成扩散。

实施方式3内置主动光学扩散片

如图4所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上下表面之间有16×5×3个透镜。竖直方向三个圆锥状透镜叠在一起。每个圆锥透镜的尺寸参见图7(c)，三个圆锥透镜的高度为0.75mm，圆锥底面直径从下至上分别为3mm、2mm和1mm。LED发光从下面入射进入内置主动光学扩散片，光线被透镜改变光路形成扩散。

实施方式4薄膜主动光学扩散片

如图6所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料一侧涂有16×5个圆形图样。LED和薄膜主动光学扩散片的位置参考图8(a)所示，LED发光从下面入射进入主动光学扩散片，光线射在不同浓度的扩散剂上产生不同程度的散射。图样的形状和扩散剂浓度分布如图10(b)所示。这个扩散关系服从如下正态分布

$P=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}},\mathrm{\σ}=1,\mathrm{\μ}=0$

P是不同位置的光强，x是相对于圆心的距离。

实施方式5单侧主动光学扩散片和传统光学扩散片一起使用

如图2所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上面有16×5个半球形凹槽。每个半球形凹槽的性状参见图9(a)，其半球形的半径为2mm。在单侧主动光学扩散片上面放置传统光学扩散片。LED发光从下面入射进入单侧主动光学扩散片，光线被透镜改变光路形成扩散，然后光线再进入传统光学扩散片进行二次光学扩散。

实施方式6双侧主动光学扩散片和传统光学扩散片一起使用

如图3所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上下面各有16×5个半球形凹槽，共计160个凹槽。上下每对半球形凹槽的性状参见图9(b)，其半球形的半径为1mm。在双侧主动光学扩散片上面放置传统光学扩散片。LED发光从下面入射进入双侧主动光学扩散片，光线被凹透镜改变光路形成扩散，然后光线再进入传统光学扩散片进行二次光学扩散。

实施方式7内置主动光学扩散片

如图4所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料上下表面之间有16×5×3个透镜。竖直方向三个圆锥状透镜叠在一起。每个圆锥透镜的尺寸参见图9(c)，三个圆锥透镜的高度为0.75mm，圆锥底面直径从下至上分别为3mm、2mm和1mm。在内置主动光学扩散片上面放置传统光学扩散片。LED发光从下面入射进入内置主动光学扩散片，光线被透镜改变光路形成扩散，然后光线再进入传统光学扩散片进行二次光学扩散。

实施方式8薄膜主动光学扩散片

如图6所示，长72mm宽28mm高3mm的透明塑料一侧涂有16×5个圆形图样。LED、薄膜主动光学扩散片和传统光学扩散片的位置参考图10(a)所示，LED发光从下面入射进入主动光学扩散片，光线射在不同浓度的扩散剂上产生不同程度的散射，然后散射光线再进入传统光学扩散片进行二次光学扩散。图样的形状和扩散剂浓度分布如图10(b)所示。这个扩散关系服从如下正态分布

$P=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}{e}^{-\frac{{(x-\mathrm{\μ})}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}},\mathrm{\σ}=1,\mathrm{\μ}=0$

P是不同位置的光强，x是相对于圆心的距离。

Claims (5)

1.一种增强点光源阵列发光均匀性的器材，这种器材表面不同位置具有不同的光学处理效果。所述器材包括 

几何光学透镜光学扩散片和扩散剂分布光学扩散片； 

几何光学透镜光学扩散片的表面含有几何光学透镜，通过透镜使得点光源的发射光分散； 

扩散剂分布光学扩散片表面涂有扩散剂，不同光强位置上的扩散剂浓度不同，使得不同光强的扩散强度不同。 

2.根据权利要求1，几何光学透镜光学扩散片上光学透镜的位置可以在扩散片上表面也可以在扩散片下面表(单侧主动光学扩散片)，也可以在上下表面同时存在(双侧主动光学扩散片)，也可以嵌入板子之中(内置主动光学扩散片)。 

3.根据权利要求1，点光源阵列包括LED光源阵列，OLED光源阵列。 

4.根据权利要求1，扩散片的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料，也可以使用玻璃，石英等材质。 

5.根据权利要求1，这种扩散片的性状包括长方形，圆球，球面，以及其它多边形。