CN114488499A - 聚光镜组、照明系统及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种聚光镜组、照明系统及投影装置，聚光镜组包括：第一透镜；第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜的光轴方向上，所述第一透镜和所述第二透镜均为菲涅尔透镜；其中，所述第一透镜和所述第二透镜的有效焦距不同。本申请的聚光镜组，采用两个菲涅尔透镜组成的聚光镜组，减少聚光镜组的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组的占用空间。并且在聚光镜组中，每个菲涅尔透镜的有效焦距不同，有效提高聚光镜组的几何光效，实现聚光镜组的高效聚光。

Description

聚光镜组、照明系统及投影装置
技术领域
本申请涉及投影技术领域，更具体地，涉及一种聚光镜组、照明系统及投影装置。
背景技术
在投影设备的照明系统中，通常采用普通透镜(例如，传统的球面或非球面透镜)对光源发出的光线进行聚光。传统的球面或非球面透镜不仅几何光效一般，而且厚度较厚、重量较大，占用照明系统中较大空间，影响投影设备中其他镜组的装配。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种聚光镜组的新技术方案，至少能够解决现有技术中普通透镜几何光效一般且占用空间大的问题。
根据本申请的第一方面，提供了一种聚光镜组包括：第一透镜；第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜的光轴方向上，所述第一透镜和所述第二透镜均为菲涅尔透镜；其中，所述第一透镜和所述第二透镜的有效焦距不同。
可选地，所述第一透镜的有效焦距为14-15mm，所述第二透镜的有效焦距为18-19mm。
可选地，每个所述菲涅尔透镜的齿形切割面具有朝向所述菲涅尔透镜光轴的槽面，所述槽面与所述光轴之间的夹角为倾斜角，所述倾斜角的角度为0°-10°。
可选地，所述倾斜角的角度为0°-5°。
可选地，所述菲涅尔透镜齿形槽的深度为0.05-0.08mm。
可选地，所述第一透镜的第一菲涅尔面靠近所述第二透镜。
可选地，所述第二透镜的第二菲涅尔面远离所述第一透镜。
可选地，所述第一透镜和所述第二透镜均采用塑料制作形成。
根据本申请的第二方面，提供一种照明系统，包括：上述实施例中所述的聚光镜组；转折棱镜，所述转折棱镜设在所述聚光镜组的光线传输路径上；光阀，所述光阀设在所述转折棱镜的光线传输路径上。
根据本申请的第三方面，提供一种投影装置，包括上述实施例中所述的聚光镜组。
根据本发明实施例的聚光镜组，采用两个菲涅尔透镜组成的聚光镜组，减少聚光镜组的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组的占用空间。并且在聚光镜组中，每个菲涅尔透镜的有效焦距不同，有效提高聚光镜组的几何光效，实现聚光镜组的高效聚光。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明的菲涅尔透镜的截面图；
图2是本发明的照明系统的光路示意图；
图3是本发明的投影装置的光路示意图。
附图标记：
聚光镜组100；
第一透镜10；
第二透镜20；
齿形切割面30；第一菲涅尔面31；第二菲涅尔面32；槽面33；
光源40；
匀光系统50；
准直镜组61；半波片62；转折棱镜63；相位补偿片64；光阀65；投影镜头66。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的聚光镜组100。
如图1至图3所示，根据本发明实施例的聚光镜组100包括第一透镜10和第二透镜20。
具体而言，第二透镜20位于第一透镜10的光轴方向上，第一透镜10和第二透镜20均为菲涅尔透镜；其中，第一透镜10和第二透镜20的有效焦距不同。
换言之，参见图2，根据本发明实施例的聚光镜组100主要由第一透镜10和第二透镜20组成。其中，第二透镜20设置在第一透镜10的光轴方向上，光线经过第一透镜10后能够入射到第二透镜20上，通过第一透镜10和第二透镜20的配合，实现聚光功能。第一透镜10和第二透镜20均采用菲涅尔透镜，其中，第一透镜10和第二透镜20的有效焦距不同。通过两个菲涅尔透镜组成的聚光镜组100，减少聚光镜组100的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组100在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组100的占用空间。在聚光镜组100中，每个菲涅尔透镜的有效焦距不同，可选地，第一透镜10的有效焦距为14-15mm，第二透镜20的有效焦距为18-19mm,有效提高聚光镜组100的几何光效，将聚光镜组100的集合光效提高到20％以上，实现聚光镜组100的高效聚光，便于投影装置形成高品质的投影画面。
由此，根据本发明实施例的聚光镜组100，采用两个菲涅尔透镜组成的聚光镜组100，减少聚光镜组100的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组100在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组100的占用空间。并且在聚光镜组100中，每个菲涅尔透镜的有效焦距不同，有效提高聚光镜组100的几何光效，实现聚光镜组100的高效聚光。
根据本发明的一个实施例，每个菲涅尔透镜的齿形切割面30具有朝向菲涅尔透镜光轴的槽面33，槽面33与光轴之间的夹角为倾斜角，倾斜角的角度为0°-10°。
换句话说，菲涅尔透镜能够改变光线的折射角，对大角度的光线进行修正，可以更好地对光线进行聚集，保证投影装置中其他后续光学元件能够更好地利用光能，提高投影装置的整体光学效率。
菲涅尔透镜可以理解为将普通的球面或非球面透镜在光轴方向上压缩折叠，在理想上能够等效于普通的球面或非球面透镜，同时具有更薄的尺寸和更轻的重量。菲涅尔透镜在实际生产制造过程中，齿形切割面30的锯齿结构会一定程度上造成自身几何光效的损耗，很难在减少体积、重量的同时，还能兼顾光效。
需要说明的是，本申请菲涅尔透镜的齿形切割面30中朝向光轴的槽面33为无效区域，齿形切割面30中背向光轴的一面为有效区域。无效区域所形成的杂散光会影响菲涅尔透镜的成像质量。
为此，本申请对菲涅尔透镜的结构进行了改进。参见图1，菲涅尔透镜的齿形切割面30为菲涅尔面，齿形切割面30具有朝向菲涅尔透镜光轴的槽面33，槽面33与光轴之间的夹角为倾斜角，倾斜角的角度θ设计为0°-10°，能够有效减少光线的二次折射，有利于形成高锐力度的光斑，保证菲涅尔透镜的几何光效能够达到20％以上。
可选地，倾斜角的角度为0°-5°。通过将槽面33与光轴之间的倾斜角设计为0°-10°，能够进一步减少光线的二次折射，更加有利于形成高锐力度的光斑，保证菲涅尔透镜的几何光效能够达到20％以上，实现聚光镜组100的高效聚光，便于投影装置形成高品质的投影画面。
根据本发明的一个实施例，菲涅尔透镜齿形槽的深度为0.05-0.08mm。
也就是说，如图1和图2所示，第一透镜10和第二透镜20的齿形槽的深度H可以加工成0.05-0.08mm。聚光镜组100应用于照明系统中，照明系统接收小角度的光，理论上齿形槽的深度越小越好。本发明通过合理设计齿形槽的深度，可选地，菲涅尔透镜的齿形切割面30的齿形槽的深度H加工成0.05mm，同时结合倾斜角θ在0°-10°的范围，可以保证菲涅尔透镜的几何光效能够达到20％左右。
在本发明的一些具体实施方式中，第一透镜10的第一菲涅尔面31靠近第二透镜20。第二透镜20的第二菲涅尔面32远离第一透镜10。
换句话说，参见图2，第一透镜10的远离第一菲涅尔面31的一侧为平面，可以保证让光线更多地进入第一透镜10。第一透镜10的第一菲涅尔面31靠近第二透镜20。第二透镜20的靠近第一透镜10的一侧为平面，可以保证让光线更多地进入第二透镜20。第二透镜20的第二菲涅尔面32远离第一透镜10。通过将第一透镜10的第一菲涅尔面31设在靠近第二透镜20的平面一侧，便于更好地将光线聚焦，实现高质量聚光，有利于后续光学元件更好地利用光能，将照明系统的几何光效提高到20％以上
根据本发明的一侧实施例，第一透镜10和第二透镜20均采用塑料制作形成。第一透镜10和第二透镜20可以采用环烯烃塑料制成，环烯烃塑料具有高透明度、低双折射、低吸水率以及好的模具加工性能等。具体地，第一透镜10和第二透镜20可以采用PMMA树脂或PC树脂加工形成。
在本申请的一个具体实施例中，第一透镜10的齿形切割面30(即菲涅尔面)的齿形槽的深度可以为0.08mm，倾斜角的角度为3°，有效焦距为14.38mm。第二透镜20的齿形切割面30(即菲涅尔面)的齿形槽的深度可以为0.08mm，倾斜角的角度为3°，有效焦距为18.97mm。
本申请通过采用两片由环烯烃塑料制成的菲涅尔透镜组成的聚光镜组100，能够减少聚光镜组100的厚度尺寸(在光轴方向的长度尺寸)和重量，跟普通透镜组成的聚光镜组100相对比，长度减少6.7％，重量减少71.5％，保证聚光镜组100在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组100的占用空间。同时，通过优化菲涅尔透镜的齿形切割面30中朝向光轴一侧的槽面33的倾斜角，将该槽面33与光轴之间的倾斜角设计为0°-10°，有效提高了聚光镜组100的几何光效。
在本申请的聚光镜组100中，当第一透镜10和第二透镜20均采用菲涅尔透镜时，菲涅尔透镜的倾斜角和齿形槽的深度对准直透镜几何光效的影响如下表一所示：
表一：
Figure BDA0003455330150000061
如表一所示，齿形槽的深度理论上应该越小越好，当齿形槽深度为0°时，可以达到理想状态下的22.8％。当齿形槽的深度为0.025mm，不符合菲涅尔透镜的制作性。由表一可知，当菲涅尔透镜的倾斜角为0-10°，聚光镜组100的几何光效能够达到20％左右，特别当菲涅尔透镜的倾斜角为10-20°，齿形槽的深度为0.05mm时，菲涅尔透镜的几何光效能够达到20.8％，这与理想状态下22.8％的几何光效非常接近。
因此，根据本发明实施例的聚光镜组100，第一透镜10和第二透镜20均采用菲涅尔透镜，减少聚光镜组100的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组100在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组100的占用空间。同时，通过优化菲涅尔透镜的齿形切割面30中朝向光轴一侧的槽面33的倾斜角，将该槽面33与光轴之间的倾斜角设计为0°-10°，有效提高了聚光镜组100的几何光效。
根据本申请的第二方面，提供一种照明系统，包括上述实施例中的聚光镜组100、转折棱镜63和光阀65。
具体地，转折棱镜63设在聚光镜组100的光线传输路径上；光阀65，光阀65设在转折棱镜63的光线传输路径上。
也就是说，如图2和图3所示，根据本发明实施例的照明系统主要由上述实施例中的聚光镜组100、转折棱镜63和光阀65组成。其中，转折棱镜63设置在聚光镜组100的光线传输路径上。聚光镜组100中的第一透镜10和第二透镜20均采用菲涅尔透镜，减少聚光镜组100的厚度尺寸和重量，保证聚光镜组100在光轴方向上整体长度较小，体积较小，减小聚光镜组100的占用空间。同时，通过优化菲涅尔透镜的齿形切割面30中朝向光轴一侧的槽面33的倾斜角，将该槽面33与光轴之间的倾斜角设计为0°-10°，有效提高了聚光镜组100的几何光效。转折棱镜63能够对聚光镜组100导出的光线进行折射。光阀65设置在转折棱镜63的光线传输路径上。经转折棱镜63折射后光线射入光阀65中，形成成像光束。光阀65可以采用LCOS(硅基液晶面板)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、DMD(数字微反射镜)或其他反射式空间光调制器。
在本申请中，照明系统还可以包括复眼透镜和反射镜，光源40产生的光线经准直镜组61和匀光系统50等进行准直、匀光后形成均匀大小的光斑。之后可以通过复眼透镜进入反射镜，通过反射镜将光线反射给聚光镜组100，最后通过转折棱镜63和光阀65形成高质量成像光束。当然，对于本领域技术人员来说，照明系统的其他结构及其原理是可以理解并且能够实现的，在本申请中不再详细赘述。
当然，对于本领域技术人员来说，本申请的投影装置的其他结构及其原理是可以理解并且能够实现的，在本申请中需在详细赘述。
根据本申请的第三方面，提供一种投影装置，包括上述实施例中的聚光镜组100。如图3所示，光源40产生的光线经准直镜组61和匀光系统50等进行准直、匀光后形成均匀大小的光斑。光线通过匀光系统50匀光后可以通过聚光镜组100、半波片62、偏振分光器、相位补偿片64到达光阀65并被调制成像，最后经过光阀65反射后的光线进入投影镜头66，实现投影装置的投影成像。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种聚光镜组，其特征在于，包括：
第一透镜；
第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜的光轴方向上，所述第一透镜和所述第二透镜均为菲涅尔透镜；其中，所述第一透镜和所述第二透镜的有效焦距不同。
2.根据权利要求1所述的聚光镜组，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距为14-15mm，所述第二透镜的有效焦距为18-19mm。
3.根据权利要求1所述的聚光镜组，其特征在于，每个所述菲涅尔透镜的齿形切割面具有朝向所述菲涅尔透镜光轴的槽面，所述槽面与所述光轴之间的夹角为倾斜角，所述倾斜角的角度为0°-10°。
4.根据权利要求3所述的聚光镜组，其特征在于，所述倾斜角的角度为0°-5°。
5.根据权利要求3所述的聚光镜组，其特征在于，所述菲涅尔透镜齿形槽的深度为0.05-0.08mm。
6.根据权利要求3所述的聚光镜组，其特征在于，所述第一透镜的第一菲涅尔面靠近所述第二透镜。
7.根据权利要求3所述的聚光镜组，其特征在于，所述第二透镜的第二菲涅尔面远离所述第一透镜。
8.根据权利要求1所述的聚光镜组，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜均采用塑料制作形成。
9.一种照明系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-8中任一项所述的聚光镜组；
转折棱镜，所述转折棱镜设在所述聚光镜组的光线传输路径上；
光阀，所述光阀设在所述转折棱镜的光线传输路径上。
10.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的聚光镜组。
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WO2023130679A1 (zh) * 2022-01-04 2023-07-13 歌尔光学科技有限公司 一种菲涅尔透镜、准直镜组、光源模组和合光系统

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