CN104834095A - 基于多颜色光束的匀光装置及光学系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多颜色光束的匀光装置，包括：积分棒，包括入射端与出射端，用于为光束提供反射通道；曲面反射件，设在所述积分棒上，用于实现光束的反射。还提供一种光学系统。本发明匀光效果好、成本低。

Description

基于多颜色光束的匀光装置及光学系统

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种基于多颜色光束的匀光装置及光学系统。

背景技术

红绿蓝三基色LED通过滤光片等光学元件合成后，会投射出含有多颜色色块的光斑，五颜六色很不均匀，达不到理想的白光，因此需要对多颜色光束进行匀光。现有的匀光方式主要通过多边形积分棒或使用复眼进行匀光。

多边形积分棒是通过光在其中反射多次达到匀光效果，反射次数越多匀光效果越好，而多边形积分棒的反射面为平面，如图1所示，光束的匀光效果与多边形积分棒的长度成正比，但整个光学系统对多边形积分棒长度有一定的限制，从而使得多边形积分棒的匀光效果不佳；使用复眼进行匀光时，因为进入复眼的光束要求为平行光，而从LED射出来的光是发散的，则在复眼前、后分别需要至少两片镜片进行光线准直、一片镜片进行聚光，这样使得光学元件相对较多，成本高。

发明内容

基于此，有必要提供一种匀光效果好、成本低的基于多颜色光束的匀光装置。

此外，还提供一种光学系统。

一种基于多颜色光束的匀光装置，包括：

积分棒，包括入射端与出射端，用于为光束提供反射通道；

曲面反射件，设在所述积分棒上，用于实现光束的反射。

在其中一个实施例中，所述曲面反射件为与所述积分棒一体成型且表面镀有反射膜的复眼或柱面体。

在其中一个实施例中，所述积分棒为空心的，所述复眼或柱面体设在所述积分棒的内侧表面。

在其中一个实施例中，所述积分棒为实心的，所述复眼或柱面体设在所述积分棒的外侧表面。

在其中一个实施例中，所述复眼的口径为多边形。

在其中一个实施例中，所述复眼的曲面为棱面、三角曲面、球面、非球面中的任一种。

在其中一个实施例中，所述曲面反射件的曲面为凸面、凹面、凸面与凹面交替中任一种。

在其中一个实施例中，所述积分棒和所述曲面反射件的材料为光学透光材质。

在其中一个实施例中，所述光学透光材质为玻璃或塑料。

一种光学系统，包括LED光源和全反射透镜，还包括上述基于多颜色光束的匀光装置。

上述基于多颜色光束的匀光装置及光学系统，通过在积分棒上设置曲面反射件，使得光束在长度不变的情况下相对反射面为平面的积分棒而言，光束反射次数增多了，匀光效果更好；另外，基于多颜色光束的匀光装置不用要求入射的光束为平行光，这样就不用增加其他元件进行光线准直和聚光，从而使得光学元件减少了，成本低。

附图说明

图1为传统积分棒的光束传输路径示意图；

图2为一实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图3为图2所示实施例的左视图；

图4为图2所示实施例的光束传输路径示意图；

图5为第二实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图6为第三实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图7为第四实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图8为第五实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图9为第六实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图10为第七实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图11为第八实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图；

图12为一实施例中光学系统结构示意图。

具体实施方式

一种基于多颜色光束的匀光装置，包括：

积分棒，包括入射端与出射端，用于为光束提供反射通道；

曲面反射件，设在所述积分棒上，用于实现光束的反射，所述曲面反射件为与所述积分棒一体成型且表面镀有反射膜的复眼或柱面体。

请参照图2和图3。其中图2为一实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图，图3为图2所示实施例的左视图。

在本实施例中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒110、复眼120。积分棒110为空心的，包括入射端1102与出射端1104，用于为光束提供反射通道。

复眼120与积分棒110一体成型且表面镀有反射膜(图未示)，用于实现光束的反射。复眼120设在积分棒110的内侧表面。复眼120的口径为四边形，复眼120的曲面为凸面。可以理解，在其他实施例中，复眼120的口径还可以为其他多边形、复眼120的曲面还可以为凹面。

另外，复眼120的曲面无论是凹面还是凸面，都可以设计为棱面、三角曲面、球面、非球面中的任一种。其中，柱面、正余弦曲面、二次曲面、Zernike多项式曲面属于非球面的一种特定形式。

请结合图4，为图2所示实施例的光束传输路径示意图。

光束进入积分棒110后，部分小角度入射光直接穿过积分棒110出射，其它角度的入射光在积分棒110内部传输到达复眼120的表面。由于复眼120表面是曲面且镀覆反射膜，光束在复眼120表面发生反射，反射的方向由复眼曲面的曲率、曲面的矢高和光束的入射角θ决定。具体地，光束以入射角θ进入积分棒110后，经过复眼120上反射点201～反射点109九次反射后出射(如果积分棒110为实心，这里的光束在入射与出射时都会进行折射)，其出射角为β，θ≠β。而且入射角θ越大，反射的次数越多。同时改变光束分布的位置。由于复眼120为非平面的，是有曲率的，光束经过曲面反射后光束的传输方向发生改变，反射的次数增多，反射的次数越多，光斑分布的均匀性就越好。

很明显，从图1所示的传统积分棒的光束传输路径可以看出，同样是入射角为θ的光束，但只有经过反射点101～反射点104进行四次反射就射出了，且出射角仍为θ。而本实施例中，基于和图1同等长度和横截面积的情况下，反射次数明显增多了，匀光效果更好。

在本实施例中，积分棒110的入射端、出射端的口径为多边形，且其大小和外部LED光源的发光面积差不多。在允许光学扩展量变大的条件下，出射端的口径(面积)可以比入射端的大。

请参照图5，为第二实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图。

在本实施例中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒210、复眼220。积分棒210为实心的，包括入射端2102与出射端2104，用于为光束提供反射通道。

复眼220与积分棒210一体成型且表面镀有反射膜(图未示)，用于实现光束的反射。复眼220设在积分棒210的外侧表面。复眼220的口径为四边形，复眼120的曲面为凹面。可以理解，在其他实施例中，复眼220的口径还可以为其他多边形、复眼220的曲面还可以为凸面。

另外，复眼220的曲面无论是凹面还是凸面，都可以设计为棱面、三角曲面、球面、非球面中的任一种。其中，柱面、正余弦曲面、二次曲面、Zernike多项式曲面属于非球面的一种特定形式。

请参照图6，为第三实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图。

在本实施例中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒310、柱面体320。积分棒310为空心的，包括入射端3102与出射端3104，用于为光束提供反射通道。

柱面体320与积分棒310一体成型且表面镀有反射膜(图未示)，用于实现光束的反射。柱面体320设在积分棒310的内侧表面。柱面体320的曲面为凸面。可以理解，在其他实施例中，柱面体320的曲面还可以为凹面。

请参照图7～11，分别为第四、第五、第六、第七、第八实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图。

图7中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒410、柱面体420。积分棒410为空心的。柱面体420设在积分棒410的内侧表面。柱面体320的曲面为凹面。

图8中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒510、柱面体520。积分棒510为空心的。柱面体520设在积分棒510的内侧表面。柱面体320的曲面为凹面、凸面交替。

图9中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒610、柱面体620。积分棒610为实心的。柱面体620设在积分棒610的外侧表面。柱面体620的曲面为凸面。

图10中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒710、柱面体720。积分棒710为实心的。柱面体720设在积分棒710的外侧表面。柱面体720的曲面为凹面。

图11中，该基于多颜色光束的匀光装置包括积分棒810、柱面体820。积分棒810为实心的。柱面体820设在积分棒810的外侧表面。柱面体820的曲面为凹面、凸面交替。

图7～11分别展示几个不同实施例中基于多颜色光束的匀光装置结构示意图，其具体作用可参照图2、5、6，这里不再赘述。

上述所有实施例中，所述积分棒和所述曲面反射件(复眼或柱面体)的材料为光学透光材质，具体为玻璃或塑料。可以理解，当所述积分棒为空心时，所述积分棒和所述曲面反射件(复眼或柱面体)的材料还可以为金属等其他不透光材质。

另外，当所述曲面反射件为柱面体时或曲面反射件为复眼且复眼的曲面为柱面时，光束在所述积分棒内与传播方向垂直的光线不会往回传播而造成能量损失。

请参照图12，为一实施例中光学系统结构示意图。

该光学系统包括LED光源910、匀光装置920和全反射透镜930。匀光装置920可以为上述基于多颜色光束的匀光装置中任意一种。

上述基于多颜色光束的匀光装置及光学系统，通过在积分棒上设置曲面反射件，使得光束在长度不变的情况下相对反射面为平面的积分棒而言，光束反射次数增多了，匀光效果更好；另外，基于多颜色光束的匀光装置无需入射的光束为平行的，这样就不用增加其他元件进行光线准直和聚光，从而使得光学元件减少了，成本低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，包括：

积分棒，包括入射端与出射端，用于为光束提供反射通道；

曲面反射件，设在所述积分棒上，用于实现光束的反射。

2.根据权利要求1所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述曲面反射件为与所述积分棒一体成型且表面镀有反射膜的复眼或柱面体。

3.根据权利要求2所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述积分棒为空心的，所述复眼或柱面体设在所述积分棒的内侧表面。

4.根据权利要求2所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述积分棒为实心的，所述复眼或柱面体设在所述积分棒的外侧表面。

5.根据权利要求2所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述复眼的口径为多边形。

6.根据权利要求2所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述复眼的曲面为棱面、三角曲面、球面、非球面中的任一种。

7.根据权利要求1所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述曲面反射件的曲面为凸面、凹面、凸面与凹面交替中任一种。

8.根据权利要求1所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述积分棒和所述曲面反射件的材料为光学透光材质。

9.根据权利要求8所述的基于多颜色光束的匀光装置，其特征在于，所述光学透光材质为玻璃或塑料。

10.一种光学系统，包括LED光源和全反射透镜，其特征在于，还包括权利要求1～9任一项所述的基于多颜色光束的匀光装置。