CN1617044A - 基于反射型复眼的照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于反射型复眼的照明系统。它具有光源、第一复眼阵列、第二复眼阵列，第一复眼阵列中心开有小孔，光源放置在第一复眼阵列的小孔中，第二复眼阵列中心设有开口，在第二复眼阵列中心设有的开口外侧相对应处设有平面反射镜，平面反射镜下方依次设有聚光镜、条状偏振分束镜阵列、被照明图像源，在条状偏振分束镜阵列下端设有λ/2波长板。本发明的优点在于，该反射型复眼结构紧凑，减小照明系统的体积，特别适用于小型照明系统，如便携式投影显示、微型投影显示；适用于大发散角光源，如发光二极管作为光源，并可以控制出射光的角度，与后继空间光调制器良好耦合；利用反射原理和对称结构可消除色差和球差，得到较好的光分布均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于反射型复眼的照明系统。
背景技术
光学积分系统的设计对提高照明系统的能量利用率、照明亮度、照明均匀度有至关重要的影响。目前，在照明系统中广泛使用的光学积分系统多采用透射型复眼或积分方棒结构。透射型复眼效率较高，但结构复杂，存在偏心、死区等弊端，而且其较长的结构，不适用于小型照明系统；积分方棒结构简单，造价低廉，但效率较低，为达到一定的均匀度，实现反射次数大于3，方棒一般较长，增加照明系统的长度，同时，积分方棒的出射角等于入射角，影响照明系统的光学扩展量。
最近，有文章提出一种高亮度发光二级管准直镜，它是由一系列反射面和折射面组合而成的系统，体积较小并具有较好的准直效率，可是其照明图像源为圆形或者椭圆型，光分布不均匀，只能用于要求较低的照明，而不适用于投影显示的照明系统。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于反射型复眼的照明系统。可通过对反射型复眼的参数的修改调节照明系统的整体体积，特别适用于发光二级管为光源照明的微型投影显示。
一种基于反射型复眼的照明系统具有光源，第一复眼阵列、第二复眼阵列，被照明图像源。其中第一复眼阵列、第二复眼阵列中心均开有小孔，分别用于放置被照明图像源和光源。
另一种基于反射型复眼的照明系统具有光源、第一复眼阵列、第二复眼阵列，第一复眼阵列中心设有开口，第二复眼阵列中心开有小孔，光源放置在第二复眼阵列的小孔中，在第一复眼阵列中心设有的开口外侧相对应处设有平面反射镜，平面反射镜下方依次设有聚光镜、条状偏振分束镜阵列、被照明图像源，在条状偏振分束镜阵列下端设有λ/2波长板。
本发明的优点在于，该反射型复眼结构紧凑，减小照明系统的体积，特别适用于小型照明系统，如便携式投影显示、微型投影显示；适用于大发散角光源，如发光二极管作，可以控制出射光的角度，与后继空间光调制器良好耦合；利用反射原理和对称结构可消除色差和球差，得到较好的光分布均匀性。
附图说明
图1为本发明反射型复眼的照明系统的结构示意图，其中第一小反射镜排列在第一复眼阵列上，第一复眼阵列的面型为凸面；第二小反射镜排列在第二复眼阵列上，第二复眼阵列的面型为凹面；
图2为本发明反射型复眼的照明系统的结构示意图，其中第一小反射镜排列在第一复眼阵列上，第一复眼阵列的面型为凸面；第二小反射镜排列在第二复眼阵列上，第二复眼阵列的面型为凹面；
图3为本发明反射型复眼的照明系统的结构示意图，其中第一小反射镜排列在第一复眼阵列上，第一复眼阵列的面型为凸面；第二小反射镜排列在第二复眼阵列上，第二复眼阵列的面型为凸面；
图4为本发明反射型复眼的照明系统的结构示意图，其中第一小反射镜排列在第一复眼阵列上，第一复眼阵列的面型为凸面；第二小反射镜排列在第二复眼阵列上，第二复眼阵列的面型为凸面；
图5为本发明的第一小反射镜的排列阵列示意图，其中A-A和B-B分别是图1、2、3、4中的第一复眼阵列的俯视图和侧视图；
图6为本发明的第二小反射镜的排列阵列示意图，其中C-C和D-D分别是图1、2中的第二复眼阵列的俯视图和侧视图；
图7为本发明的第二小反射镜的排列阵列示意图，其中G-G和H-H分别是图3、4中的第二复眼阵列的俯视图和侧视图；
图8为本发明的偏振转换器的示意图，其中包括条状偏振分束镜阵列F9和λ/2波长板F10。
具体实施方式
本发明提出一种的反射型复眼适用于各种照明系统。采用复眼柯拉照明原理，可获得较高的光能利用率和均匀照明。反射型复眼照明系统的作用首先是均匀出射光，提高照明均匀度；其次将光源发出的圆形光斑转化为矩形光斑，提高能量利用率，而且结构紧凑，特别适用于发光二级管照明的微型投影显示器中。
如图1、图3所示，反射型复眼的照明系统具有光源F5，光源可选择发光二级管或者其它大发散角光源，第一复眼阵列F1、第二复眼阵列F2，被照明图像源F11。其中第一复眼阵列F1、第二复眼阵列F2中心均开有小孔，分别用于放置被照明图像源F11和光源F5。第一复眼阵列F1和第二复眼F2阵列选择玻璃材料。
第一复眼阵列F1是由二维分布的8个以上的第一小反射镜F3构成，第二复眼阵列F2分别是由二维分布的8个以上的第二小反射镜F4构成，第一小反射镜F3和第二小反射镜F4均为金属反射层，材料可选铝、银或多层介质反射层。图1中小反射镜排列在对称的凹型和凸型反射面上，这两个对称的面是一对抛物面或者一对椭球面。图3中小反射镜排列在两个凸型反射面上，两个凸面是椭球面和双曲面左支的组合。其中第一复眼阵列F1的第一小反射镜F3的外形和被照明图像源F11相同。N为第一复眼阵列F1上第一小反射镜F3的数量，N根据光源的发散角的大小和两基准面之间的距离改变而不同，N大于8。第二小反射镜的数量和第一小反射镜的数量相等，并且共轭对应。第一小反射镜F3和第二小反射镜F4可直接粘贴在反射面上形成第一复眼阵列F1和第二复眼阵列F1上，或直接在反射面上腐蚀、压模，或者通过注塑成形。
第一复眼阵列F1上的第一小反射镜F3放置在被照明图像源F11中心和第二复眼阵列F2上共轭对应第二小反射镜F4顶点的垂直平分线上，可以达到更好的无畸变的成像的目的。光源F5被第一复眼阵列F1中的第一小反射镜F3成像在第二复眼阵列F2上共轭对应的第二小反射镜F4上，第一复眼阵列F1上的第一小反射镜F3被第二复眼阵列F2上的共轭对应第二小反射镜F4成像在被照明图像源F11上。被照明图像源F11是液晶板、硅上液晶芯片或数字光处理器芯片。
如图2、图4所示，另一种基于反射型复眼的照明系统具有光源F5，光源可选择发光二级管或者其它大发散角光源，第一复眼阵列F1、第二复眼阵列F2，第一复眼阵列F1中心开有小孔，光源F5放置在第二复眼阵列F2的小孔中，第一复眼阵列F1中心设有开口F6，在第一复眼阵列F1中心设有的开口F6外侧相对应处设有平面反射镜F7，平面反射镜F7下方依次设有聚光镜F8、条状偏振分束镜阵列F9、被照明图像源F11，在条状偏振分束镜阵列F9下端设有λ/2波长板F10。聚光镜F8把第二复眼阵列F2上的光源F5的像成像在条状偏振分束镜阵列F9上，同时把开口F6成像在被照明图像源F11上。被照明图像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或数字光处理器芯片。
第一复眼阵列F1和第二复眼F2阵列选择玻璃材料。第一小反射镜F3和第二小反射镜F4均为金属反射层，材料可选铝、银或多层介质反射层。N为第一复眼阵列F1上第一小反射镜F3的数量，N根据光源的发散角的大小和两基准面之间的距离改变而不同，N大于8。第二小反射镜的数量和第一小反射镜的数量相等，并且共轭对应。第一小反射镜F3和第二小反射镜F4可直接粘贴在反射面上形成第一复眼阵列F1和第二复眼阵列F1上，或直接在反射面上腐蚀、压模，或者通过注塑成形。
图2中小反射镜排列在对称的凹型和凸型反射面上，这两个对称的面是一对抛物面或者一对椭球面。图4中小反射镜排列在两个凸型反射面上，两个凸面是椭球面和双曲面左支的组合。
光源F5被第一复眼阵列F1中的第一小反射镜F3成像在第二复眼阵列F2上共轭对应的第二小反射镜F4上，第一复眼阵列F1上的第一小反射镜F3被第二复眼阵列F2上的共轭对应第二小反射镜F4成像在开口F6上。不同子光束在照明开口F6上的相互重叠，从而提供均匀的照明。由于光源发出的整个宽光束被分为多个细光束照明，且每个细光束范围内的微小不均匀性又由于处于对称位置细光束的相互叠加而得到补偿，从而使整个孔径内的光能更均匀更有效地利用。同时，对于大发散角光源，第一复眼阵列F1的面型设计具有包容性，从而减少能量损失。第一复眼阵列F1上的第一小反射镜F3放置在被照明图像源F11中心和第二复眼阵列F2上共轭对应第二小反射镜F4顶点的垂直平分线上，可以达到更好的无畸变的成像的目的。此外，为实现通过照明开口处的光束达到更小更准确的角度，被照明图像源F11充分利用，使用聚光镜F8。
如图5所示，为第一复眼阵列F1上第一小反射镜F3排列截面图，成7×7阵列放置，阵列中心斜线部分为开口，第一小反射镜F3是椭球面。
如图6、图7所示，为第二复眼阵列F2上第二小反射镜F4排列截面图，阵列中心方形开口放置光源F5，第二小反射镜F4的数量和图5中的小反射镜F3相同，第二小反射镜F4是球面。
如图8所示，为偏振转换器，其中包括条状偏振分束镜阵列F9和λ/2波长板F10。通过聚光镜F8的光束进入偏振转换系统，首先被条状偏振分束镜阵列F9分为P与S两束线偏振光，其中P光经过λ/2波长板F10转化成S光，通过偏振转换系统，照明图像源F11，向液晶板或硅上液晶芯片提供需要的偏振光，这样几乎完全利用光源的光能。
Claims (9)
1.一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于它具有光源(F5)，第一复眼阵列(F1)、第二复眼阵列(F2)，被照明图像源(F11)，其中第一复眼阵列(F1)、第二复眼阵列(F2)中心均开有小孔，分别用于放置被照明图像源(F11)和光源(F5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的第一复眼阵列(F1)是由二维分布的8个以上的第一小反射镜(F3)构成、第二复眼阵列(F2)分别是由二维分布的8个以上的第二小反射镜(F4)构成，小反射镜排列在一个凹型或凸型反射面上，其中第一复眼阵列(F1)的第一小反射镜(F3)的外形与被照明图像源(F11)相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的光源(F5)被第一复眼阵列(F1)中的第一小反射镜(F3)成像在第二复眼阵列(F2)上共轭对应的第二小反射镜(F4)上，第一复眼阵列(F1)上的第一小反射镜(F3)被第二复眼阵列(F2)上的共轭对应第二小反射镜(F4)成像在被照明图像源(F11)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的被照明图像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或数字光处理器芯片。
5.一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于它具有光源(F5)、第一复眼阵列(F1)、第二复眼阵列(F2)，第一复眼阵列(F1)中心设有开口(F6)，第二复眼阵列(F2)中心开有小孔，光源(F5)放置在第二复眼阵列(F2)的小孔中，在第一复眼阵列(F1)中心开口(F6)的外侧相对应处设有平面反射镜(F7)，平面反射镜(F7)下方依次设有聚光镜(F8)、条状偏振分束镜阵列(F9)、被照明图像源(F11)，在条状偏振分束镜阵列(F9)下端设有λ/2波长板(F10)。
6.根据权利要求5所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的第一复眼阵列(F1)是由二维分布的8个以上的第一小反射镜(F3)构成、第二复眼阵列(F2)分别是由二维分布的8个以上的第二小反射镜(F4)构成，小反射镜排列在一个凹型或凸型反射面上，其中第一复眼阵列(F1)的第一小反射镜(F3)的外形与开口(F6)相同。
7.根据权利要求5所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的光源(F5)被第一复眼阵列(F1)中的第一小反射镜(F3)成像在第二复眼阵列(F2)上共轭对应的第二小反射镜(F4)上，第一复眼阵列(F1)上的第一小反射镜(F3)被第二复眼阵列(F2)上的共轭对应第二小反射镜(F4)成像在开口(F6)上。
8.根据权利要求5所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的聚光镜(F8)把第二复眼阵列(F2)上的光源(F5)的像成像在条状偏振分束镜阵列(F9)上，同时把开口(F6)成像在被照明图像源(F11)上。
9.根据权利要求5所述的一种基于反射型复眼的照明系统，其特征在于所述的被照明图像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或数字光处理器芯片。
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