CN112925104B - 一种角度阵列匀光棒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种角度阵列匀光棒，包括匀光棒体，所述匀光棒体内设有工作腔，所述工作腔一端为光源入射端，另一端为光源出射端，所述工作腔中设有四个工作面，所述工作面上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜，相对的两个所述工作面上的所述角度阵列反射镜的坡度方向相反。该匀光棒实现了不改变光棒的长度的前提下可以增加反射次数，从而提高匀光能力。

Description

一种角度阵列匀光棒
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种角度阵列匀光棒。
背景技术
投影机光学系统的工作原理如图1所示：包括光源系统10、匀光棒1、中继镜11、反射镜12、TIR棱镜13、DMD芯片14以及投影镜头15。
光源系统产生的白光能量分布为近似高斯分布，中间能量高两边能量低，经过匀光棒将能量分布形式为正态分布的光源的光均匀化(如图2)，然后经过中继光学系统和TIR分光棱镜将光调制成满足DMD显示芯片需要的光源，经过DMD芯片的调制将成像光线反射进入投影镜头，通过镜头投影到屏幕上。
对于匀光光棒，一般为长方体结构(但不限于长方体)，常见的光棒结构为长方体光棒和锥体光棒如图3所示，匀光能力取决于光线在光棒内的反射次数，反射次数越多匀光效果越好，匀光光棒的入射光线的角度是与出射光线角度相同，并且为了平衡光学系统设计难度一般而言光棒的入射\出射角β都是在30度左右，这时光棒口横截面的尺寸取决于DMD芯片的尺寸，在DMD芯片确定时光棒的横截面尺寸也就确定了，也就是说对于光棒来说，入射角度和光棒横截面的尺寸都是确定的，这时要想提高光棒的匀光能力，只能通过加长光棒长度的方法来增加光线在匀光棒内的反射次数，从而提高匀光能力，而光棒长度增加会使整个光学系统的尺寸增加，直接影响产品的外形尺寸。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种角度阵列匀光棒。
该本发明采用的技术手段如下：
一种角度阵列匀光棒，包括匀光棒体，所述匀光棒体内设有工作腔，所述工作腔一端为光源入射端，另一端为光源出射端，所述工作腔中设有四个工作面，所述工作面上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜，相对的两个所述工作面上的所述角度阵列反射镜的坡度方向相反。
进一步地，所述角度阵列反射镜的坡度满足如下关系：
α+β＜90°
其中：α为角度阵列反射镜的坡度，β为光源入射至角度阵列反射镜的入射角。
进一步地，所述角度阵列反射镜的坡度α满足如下关系：0°＜α＜60°。
与现有技术比较，本发明公开的角度阵列匀光棒，通过在工作腔的工作面上增加角度阵列反射镜，角度阵列反射镜增加了光线在工作腔内的反射次数，从而提高匀光能力。
附图说明
图1为投影机光学系统的工作原理图；
图2为匀光棒将能量分布形式为正态分布的光源进行光均匀化后的示意图；
图3为现有技术的角度阵列匀光棒的结构图；
图4为本发明公开的角度阵列匀光棒的结构图；
图5为本发明公开的角度阵列匀光棒的光线反射计算分析图；
图6为图5中虚线框的放大示意图。
图中：1、匀光棒体，2、工作腔，3、工作面，4、角度阵列反射镜，5、光源入射端，6、光源出射端，10、光源系统，11、中继镜，12、反射镜，13、TIR棱镜，14、DMD芯片，15、投影镜头。
具体实施方式
如图4所示为本发明公开的角度阵列匀光棒，包括匀光棒体1，所述匀光棒体1内设有工作腔2，所述工作腔2一端为光源入射端5，另一端为光源出射端6，所述工作腔2中设有四个工作面3，所述工作面3上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜4，相对的两个所述工作面3上的所述角度阵列反射镜4的坡度方向相反。角度阵列反射镜4为在工作面内沿匀光棒体长度方向设置的向工作腔内侧凸起多个倾斜面，倾斜面上镀有反射膜形成多个反射镜。
如图4、图5和图6所示，本发明公开的角度阵列匀光棒，由于工作面3上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜4，相对的两个所述工作面3上的所述角度阵列反射镜4的坡度方向相反，当光线从光源入射端5进入匀光棒后，角度阵列反射镜增加了光线在匀光棒内发生反射次数，从而提高匀光能力，具体分析过程如下：现有的匀光棒的内壁相当于反射镜以用于将光线反射，本申请中，角度阵列反射镜为反射镜以用于将光线反射，根据反射定律当反射面旋转α度，则反射光线旋转2α度，如图5和图6所示，对于入射光线，角度阵列镜反射面相对于光棒反射面旋转了一个角度α度，角度阵列镜反射光线相对于光棒反射光线旋转了2α度，入射光线的入射角为β，光棒横截面尺寸为d，光棒长度为L，每次角度反阵列镜反射和光棒面反的距离差e为，图中实线为增加角度阵列反射镜后的光线路径，虚线为未增加角度阵列反射镜(现有技术的匀光棒)的光线路径：
Figure BDA0002922308770000031
角度阵列反射镜α角度越大，角度阵列反射镜反射和光棒面反的距离差就越大。
匀光棒反射次数n，角度阵列匀光棒反射次数r的计算公式如下：
Figure BDA0002922308770000032
Figure BDA0002922308770000033
公式表明随着α角度的增大，角度阵列匀光棒反射次数r也增大。
通过以上分析可知，本发明公开的角度阵列匀光棒，由于工作面上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜，相对的两个所述工作面上的所述角度阵列反射镜的坡度方向相反，当光线从光源入射端进入匀光棒后，在不改变匀光棒长度的情况下，角度阵列反射镜增加了光线在匀光棒内发生反射次数，从而提高匀光能力。
进一步地，所述角度阵列反射镜的坡度满足如下关系：
α+β＜90°
其中：α为角度阵列反射镜的坡度，β为光源入射至角度阵列反射镜的入射角。
进一步地，所述角度阵列反射镜的坡度α满足如下关系：0°＜α＜60°。
以下为本发明公开的角度阵列匀光棒增加反射次数的几个实施例：
实施例1
d＝6mm；
L＝45mm；
β＝30°
α＝10°；
根据公式分别计算n、r如下：
n＝(45/6)×tan(30)＝4.33＝4+0.33，0.33＜1/2，所以n＝4；
r＝(45/6)×2×tan(30)tan(30+2×10)/[tan(30)+tan(30+2×10)]
＝5.83＝5+0.83，0.83＞1/2，所以r＝5+1＝6；
r-n＝6-4＝2
在相同的条件下角度阵列匀光棒比匀光光棒多反射2次。
实施例2
d＝6mm；
L＝35mm；
β＝30°
α＝20°；
根据公式分别计算n、r如下
n＝(35/6)×tan(30)＝3.37＝3+0.37，0.37＜1/2，所以n＝3；
r＝(35/6)×2×tan(30)tan(30+2×20)/[tan(30)+tan(30+2×20)]
＝5.57＝5+0.57，0.57＞1/2，所以r＝5+1＝6；
r-n＝6-3＝3
在相同的条件下角度阵列匀光棒比匀光光棒多反射3次。
实施例3
d＝6mm；
L＝190mm；
β＝30°
α＝16°；
根据公式分别计算n、r如下
n＝(190/6)×tan(30)＝18.28＝18+0.28，0.28＜1/2，所以n＝18；
r＝(190/6)×2×tan(30)tan(30+2×16)/[tan(30)+tan(30+2×16)]
＝27.98＝27+0.98，0.98＞1/2，所以r＝27+1＝28；
r-n＝28-18＝10
在相同的条件下角度阵列匀光棒比匀光光棒多反射10次。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种角度阵列匀光棒，其特征在于：包括匀光棒体，所述匀光棒体内设有工作腔，所述工作腔一端为光源入射端，另一端为光源出射端，所述工作腔中设有四个工作面，所述工作面上沿匀光棒体长度方向设有角度阵列反射镜，相对的两个所述工作面上的所述角度阵列反射镜的坡向相反；
所述角度阵列反射镜的任一反射镜将入射光反射至相对工作面上且相对其靠近光源出射端的另一反射镜上；
所述角度阵列反射镜的坡度满足如下关系：
α+β＜90°
其中：α为角度阵列反射镜的坡度，β为光源入射至角度阵列反射镜的入射角。
2.根据权利要求1所述的角度阵列匀光棒，其特征在于：所述角度阵列反射镜的坡度α满足如下关系：0°＜α＜60°。
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