CN219831609U - 一种匀光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种匀光系统，采用分光组件对光进行分光处理。本实用新型结构紧凑、占用空间小，能在有限空间内实现高密度的分光，出射光排列致密、间隙小，有效提高匀光效果。

Description

一种匀光系统

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种匀光系统。

背景技术

投影照明系统中通常设置有匀光系统，利用匀光系统对光源发出的光进行匀光处理以提高照明光的均匀性，进而提升投影画面效果。通常投影照明系统的光源发出的光先经过若干分光平片分光或合光后再射向匀光器件，LED投影照明系统通常采用复眼透镜进行匀光，而激光投影照明系统通常采用匀光棒进行匀光，分光平片需要间隔排列并通过固定装置进行固定，会占用较大的结构空间，并且导致分光得到的分光束间隙大、分布不够均匀，进而导致匀光效果较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种匀光系统，解决目前技术中的匀光系统占用体积大，匀光效果较差的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种匀光系统，包括分光组件和匀光器件，所述分光组件包括至少两个分光界面，不同分光界面具有不同的反射率，入射至前一个分光界面的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光组件出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面，所述分光组件的出射光路上设置有所述匀光器件。本实用新型所述的匀光系统采用分光组件对光进行分光处理，分光组件结构紧凑、占用空间小，能减小匀光系统的体积，进而有利于减小投影照明系统的体积，满足小型化发展的需求，并且分光组件能实现高密度的分光，所述分光组件的出射光在空间中分布均匀、间隙小，所述分光组件的出射光再经过匀光器件的处理，能有效提高匀光效果。

进一步的，所述分光组件包括相互胶合连接的若干棱镜单元，相邻棱镜单元之间的胶合面构成所述分光界面。结构简单、紧凑，占用空间小，易于加工装配，并且结构稳定性好，各分光界面之间的相对位置关系稳定精确，从而确保能可靠而准确的进行分光，能在有限的空间内实现高密度的分光，光线倍增数量多并且光束间隙小、均匀性好，能有效提高匀光效果。

进一步的，所述棱镜单元在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层，通过镀膜来控制各分光界面的反射率，便于实现所述分光组件的出射光能量分布均匀，镀膜不会额外增加体积，提高结构紧凑性，所述棱镜单元的其余表面镀有增透膜，减小光损失，提高出光量。

进一步的，相邻棱镜单元之间通过胶水或光胶贴合，易于加工装配组合，并且结构稳定性好，保障可靠而准确的进行分光。

进一步的，所述分光组件整体呈长方体的片状，结构紧凑，占用空间小，能在有限空间内实现高密度的分光。

进一步的，所述分光组件的厚度大于入射光在分光组件的入光侧上的光斑直径尺寸，所述棱镜单元的出光面宽度大于出射光在所述棱镜单元的出光面上的光斑直径尺寸，确保入射光能充分的进入到分光组件内，也确保出射光能充分的从所述分光组件出射，减少光损失，提高出光亮度。

进一步的，所述分光组件的入光侧设置有光纤，入射光通过光纤耦合进入所述分光组件，光源发出的光沿着光纤传导入分光组件中，利用光纤便于进行空间结构设计和散热设计，有利于保证匀光系统、投影照明系统长效稳定工作。

进一步的，所述分光组件包括有两组，激发光经第一组分光组件沿第一维度方向分光出的出射光入射至第二组分光组件进行第二维度方向的分光，第二组分光组件的出射光路上设置所述匀光器件，通过两组分光组件的配合来实现多维度的分光，能够减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性，减小占用体积。

进一步的，所述分光组件的各路出射光的能量均相同，保证出射到匀光器件的光具有良好均匀性，提高匀光效果。

进一步的，所述分光组件的出射光呈线阵列分布或面阵列分布，即所述分光组件的各路出射光沿着线性排列，或者是所述分光组件的各路出射光在一个面上呈矩阵分布，具有良好均匀性，能够满足不同的需求。

进一步的，还包括扩散元件，至少在所述分光组件的入光侧、所述分光组件的出光侧和所述匀光器件的入光侧其中一个位置设置有所述扩散元件，利用扩散元件对光进行扩散处理，可增加光线角度多样性，能使得光斑能量密度下降分散，能够更好的提高匀光效果，并且有效实现消散斑，提高照明质量，进而能提高投影画面效果。

进一步的，所述分光组件与匀光器件之间还设置有聚焦组件，利用聚焦组件将分布在相对较大范围内的所述分光组件的各路出射光汇聚至匀光器件，使得所述分光组件的各路出射光能充分的进入匀光器件中，保障出光亮度。

进一步的，所述匀光器件包括复眼透镜和匀光棒其中一种或组合，根据光源类型的不同或应用场景的不同选择使用具体的匀光器件，保障匀光效果。

进一步的，所述匀光棒包括实心光棒、壁面为反射面的空心筒其中一种，结构简单，易于实施，匀光效果好，占用空间小。

进一步的，出光至分光组件的光源包括呈阵列排布的若干个，各光源发出的光入射分光组件后分别被分光成若干路的出射光，能够实现所述分光组件的出射光呈面阵列，也就是实现均匀发光的面光源，满足投影照明的需求。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的匀光系统用分光组件对光进行分光处理，结构紧凑、占用空间小，能在有限空间内实现高密度的分光，出射光排列致密、间隙小，有效提高匀光效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中的一种匀光系统的侧视结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中的一种匀光系统的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中的另一种匀光系统的侧视结构示意图；

图4为本实用新型实施例一中的另一种匀光系统的侧视结构示意图；

图5为本实用新型实施例一中的另一种匀光系统的侧视结构示意图；

图6为本实用新型实施例二中的一种匀光系统的侧视结构示意图；

图7为图6所示匀光系统的俯视结构示意图；

图8为本实用新型实施例三中的一种匀光系统的俯视结构示意图；

图9为图8所示匀光系统的侧视结构示意图；

图10为本实用新型实施例四中的一种匀光系统的侧视结构示意图。

图中：

分光组件1、分光界面11、棱镜单元12、匀光器件2、匀光棒21、复眼透镜22、光源3、扩散元件4、聚焦组件5、光纤6。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开的一种匀光系统，结构紧凑、占用空间小，能在有限空间内实现高密度的分光，分光束排列致密、间隙小，匀光效果好。

实施例一

如图1所示，一种匀光系统，主要包括分光组件1和匀光器件2，所述分光组件1内包括至少两个分光界面11，不同分光界面11具有不同的反射率，入射至前一个分光界面11的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光组件1出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面11，所述分光组件1的出射光路上设置有所述匀光器件2，分光组件1结构紧凑、占用空间小，能减小匀光系统的体积，进而有利于减小投影照明系统的体积，满足小型化发展的需求，并且分光组件1自身结构稳定性好，能保障分光界面之间的相对位置关系稳定精确，从而确保能可靠而准确的进行分光，光源发出的光入射进分光组件1内而被分光组件1分光成在空间中分布的若干束出射光，这些出射光全部射向所述匀光器件2进行匀光处理，有效提高匀光效果。

在本实施例中，所述分光组件1包括相互胶合连接的若干棱镜单元12，相邻棱镜单元12之间的胶合面构成所述分光界面11，结构简单、紧凑，占用空间小，易于加工装配，并且结构稳定性好，如图1所示，所述棱镜单元12沿着直线方向依次排列并胶合连接为一个整体，两端的棱镜单元12可以是三棱镜或者梯形棱镜，两端棱镜单元12之间的棱镜单元12则呈菱形棱镜，整体的所述分光组件1则呈长方体的平片状，所有的分光界面11相互平行，并且分光界面11之间的间距都相等，从而使得在分光界面11的作用下从分光组件1出射的各路出射光是均匀间隔分布的，能够提高匀光效果，所述分光界面11倾斜于呈平片状的所述分光组件1的上下表面，光源3发出的光从所述分光组件1的侧端面入射到分光组件1中，入射进第一个棱镜单元12的光倾斜的照射在第一个分光界面11上，第一个分光界面11对入射光进行部分透射并部分反射，也就是光在第一个分光界面11的作用下被分光成两路，被第一个分光界面11反射而出的光从所述分光组件1下表面的出光面出射以构成一路出射光，而从第一个分光界面11透射而出的光进入到第二个棱镜单元12中并传播到第二个分光界面11，第二个分光界面11对入射光进行部分透射并部分反射，也就是光在第二个分光界面11的作用下又分光成两路，被第二个分光界面11反射而出的光从所述分光组件1下表面的出光面出射以构成一路出射光，而从第二个分光界面11透射而出的光则进入到第三个棱镜单元12中，以此类推，直到从倒数第二个分光界面11透射而出的光照射在最后一个分光界面11上，最后一个分光界面11的反射率为100％，入射至最后一个分光界面11光被最后一个分光界面11反射引导至从所述分光组件1下表面的出光面出射以构成一路出射光，从而在分光组件1的作用下，一路入射光进入具有N个(N≥2)分光界面11的分光组件1中后能被分光出N路相互平行的出射光，结构简单紧凑，分光束排列致密、间隙小，匀光效果好。

在本实施例中，所述棱镜单元12在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层，所述棱镜单元12的其余表面镀有增透膜，镀膜加工方式易于实施，并且便于精确控制各分光界面11的反射率，从而确保所述分光组件1的各路出射光的能量分布是均匀，进而保障匀光效果，并且镀膜加工产生的膜层不会额外的增加体积，保障分光组件1整体结构紧凑、占用空间小，通过增透膜减小光从分光组件1出射时的反射损失，有效提高出光量；相邻棱镜单元12之间通过胶水或光胶贴合，保障棱镜单元12连接的稳定性，从而确保各分光界面11之间相对位置的精确稳定性，保障可靠而准确的进行分光，优选地，在高功率或者高亮度的应用场景下，选择可靠性更高的光胶将相邻棱镜单元12进行贴合；棱镜单元12的材质可以是光学塑胶或玻璃，在高功率或者高亮度的应用场景下，选择光学性能更好、可靠性更高的玻璃制成所述棱镜单元12；呈平片状的所述分光组件1的厚度(即是指各棱镜单元12的高度)大于入射光在分光组件1的入光侧上的光斑直径尺寸，光源3发出的光从所述分光组件1的侧端面正入射到分光组件1中，光源3发出的光在所述分光组件1的侧端面上形成光斑，所述分光组件1的侧端面的宽度(也就是所述分光组件1的厚度)需要大于该光斑直径尺寸，才能确保光源3发出的光能充分的进入到分光组件1内，减少光损失，所述分光组件1的出射光具体是从各棱镜单元12的非胶合面出射，如图1所示，出射光具体是从所述分光组件1的下表面(也就是所述棱镜单元12的下侧表面构成出光面)出射，所述棱镜单元12的出光面宽度大于出射光在所述棱镜单元12的出光面上的光斑直径尺寸，确保出射光能充分的从所述分光组件出射，减少光损失，提高出光亮度。

为了使所述分光组件1的各路出射光的能量均相同，可以通过具体设置各分光界面11的反射率来实现，具体可以是沿着光线的通过顺序所述分光界面11的反射率依次增加，假设分光界面11设置有N个，N≥2，如图1所示，光源3发出的光从分光组件1的侧端面入射至第一个分光界面11而被分光成透射光和反射光，第一个分光界面11的反射率为1/N，第一个分光界面11产生的反射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第一个分光界面11产生的透射光射向第二个分光界面11，第二个分光界面11的反射率为1/(N-1)，第二个分光界面11再将光分成透射光和反射光，第二个分光界面11产生的反射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第二个分光界面11产生的透射光射向第三个分光界面11，第三个分光界面11的反射率为1/(N-2)，第三个分光界面11再将光分成透射光和反射光，第三个分光界面11产生的反射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第三个分光界面11产生的透射光射向第四个分光界面11，以此类推，第i个分光界面11的反射率为1/(N-i+1)，其中1＜i＜N，i为整数，直到第N-1个分光界面11产生的透射光射向第N个分光界面11，第N个分光界面11的反射率为100％，将所有入射至第N个分光界面11的光都全反射至从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，从而每路出射光的能量都为进入分光组件1中的入射光总能量的1/N，能有效提高匀光系统的匀光效果。

也可以如图3所示，假设分光界面11设置有N个，N≥2，光源3发出的光从分光组件1的上表面入射至第一个分光界面11而被分光成透射光和反射光，第一个分光界面11的反射率为(N-1)/N，第一个分光界面11产生的透射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第一个分光界面11产生的反射光射向第二个分光界面11，第二个分光界面11的反射率为1/(N-1)，第二个分光界面11再将光分成透射光和反射光，第二个分光界面11产生的反射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第二个分光界面11产生的透射光射向第三个分光界面11，第三个分光界面11的反射率为1/(N-2)，第三个分光界面11再将光分成透射光和反射光，第三个分光界面11产生的反射光从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，第三个分光界面11产生的透射光射向第四个分光界面11，以此类推，直到第N-1个分光界面11产生的透射光射向第N个分光界面11，第N个分光界面11的反射率为100％，将所有入射至第N个分光界面11的光都全反射至从所述分光组件1的出光面出射以构成一路出射光，同样的，每路出射光的能量都为进入分光组件1中的入射光总能量的1/N，能有效提高匀光系统的匀光效果。

如图2所示，出光至分光组件1的光源3包括呈阵列排布的若干个，具体的，所述光源3包括呈线性排列的若干个，并且所述光源3的线性排列方向为平行于棱镜单元12的长度方向，或者表达为所述光源3的线性排列方向垂直于所述棱镜单元12的横截面方向，当光源3采用此种线性排列结构时，所述分光组件1的出射光呈面阵列分布，假设光源3线性排列的数量为M个，同时分光界面11的数量为N个，则所述分光组件1的出射光路数为M*N条，这些出射光在分光组件1的下表面呈纵横矩阵分布出射；而当所述光源3仅设置有一个时，则所述分光组件1的出射光路数为N条，并且这些出射光呈线阵列分布，从而能通过设置光源3和分光界面11的数量来形成不同分布状况的出射光，灵活满足不同需求；当然，也可以是如图4所示，所述光源3的线性排列方向沿着所述棱镜单元12的横截面方向，采用此种线性排列结构的光源时，所述分光组件1的出射光呈线阵列，假设光源3线性排列的数量为M个，同时分光界面11的数量为N个，则所述分光组件1的出射光路数为M*N条，这些出射光在分光组件1的下表面呈线性分布出射。

所述光源3可以采用LED，也可以采用激光光源，激光光源的发光效率高、光亮度高，方向性好，但容易出现散斑问题，匀光系统中可设置扩散元件4来对光进行扩散处理，既可以更好的提高匀光效果，也能有效的消除散斑，具体的，在所述分光组件1的入光侧、所述分光组件1的出光侧和所述匀光器件2的入光侧其中一个位置或多个位置分别设置有所述扩散元件4，可增加光线角度多样性，光斑能量密度下降，减少匀光系统中其他部件的可靠性风险，扩散元件4可以是表面散射型或体散射型，散射结构可以是传统微粒结构、全息结构或者衍射光学元件结构等。

如图1、图3、图4所示，所述匀光器件2采用的是匀光棒21，所述匀光棒21具体可以是实心光棒、壁面为反射面的空心筒其中一种，所述实心光棒、空心筒的截面具体可以是呈方形，实心光棒采用光学玻璃通过切割并抛光制成，壁面为反射面的空心筒则可以是由多个反射镜胶合连接构成；为了使分光组件1的出射光能充分的进入匀光棒21，在分光组件1与匀光棒21之间设置有聚焦组件5，所述聚焦组件5可以是单个透镜或多片透镜构成的透镜组，所述聚焦组件5的材质可以是光学塑胶或玻璃，在高功率或者高亮度的应用场景下，选择光学性能更好、可靠性更高的玻璃制成所述聚焦组件5。

如图5所示，所述匀光器件2采用的是复眼透镜22，复眼透镜22与分光组件1之间可不需要设置聚焦组件，分光组件1的出射光可直接进入到复眼透镜22中进行匀光处理，结构紧凑，占用空间小。

实施例二

如图6和图7所示，在实施例一的基础上，所述分光组件1的入光侧设置有光纤6，光源3发出的光通过光纤6耦合进入所述分光组件1，采用此种结构可以使得光源3远离分光组件1及后续的光学器件，光纤6可以根据需要进行弯曲布线，能使光源3安装到更适当的位置，便于进行空间结构设计和散热设计，保障匀光系统、投影光源系统更可靠稳定的进行工作。

进一步的，所述光源3包括呈线性排列的若干个，所述光纤6与光源3一一对应，每个光源3发出的光分别通过一根光纤6引导至所述分光组件1，所述光纤6的出射端在垂直于所述棱镜单元12的横截面方向上呈线性排列，从而从所述分光组件1出射的出射光呈面阵列分布。

实施例三

如图8和图9所示，在实施例一的基础上，所述分光组件1设置有两组，光源3发出的光先入射第一组分光组件1，经第一组分光组件1沿第一维度方向分光出的出射光再入射至第二组分光组件1进行第二维度方向的分光，第二组分光组件1的出射光路上设置所述匀光器件2，通过两组分光组件的配合来实现多维度的分光，能够减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性，减小占用体积；

具体的，第一维度方向是指第一组分光组件1中的分光界面11排列方向，第二维度方向是指第二组分光组件1中的分光界面11排列方向，第一组分光组件1的分光界面11排列方向垂直于第二组分光组件1的分光界面11排列方向，如图8和图9所示，第一组分光组件1的分光界面11排列方向沿着上下方向，而第二组分光组件1的分光界面11排列方向沿着左右方向，所述光源3可仅设置一个，假设第一组分光组件1的分光界面11有M个，第二组分光组件1的分光界面11有N个，所述光源3发出的单路光进入第一组分光组件1中进行第一个维度的分光，形成M条沿线性排列的相互平行的第一级出射光，第一级出射光再入射到第二组分光组件1中进行第二个维度的分光，最终形成M*N条呈面阵列分布的相互平行的第二级出射光，第二级出射光全部射向所述匀光器件2进行匀光处理，有效提高匀光效果，上述的分光系统只需一个光源3即可实现光线倍增数量多、呈面阵列分布的多路出射光，能有效减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性。

实施例四

如图10所示，若干棱镜单元12相互胶合连接以构成一个整体呈弧形片状结构的分光组件1，分光界面11呈弧度分布，相邻分光界面11之间存在一定程度的夹角，分光组件1的出光面呈曲面(包括球面和非球面)，分光组件1整体具有屈光度，所述分光组件1同样能将单路的入射光分光为多束出射光，并且这些出射光不是相互平行的，从分光组件1的内侧弧面透射而出的出射光呈汇聚状态，能够直接汇聚进入到匀光棒21，能够无需设置聚焦组件来将出射光汇聚引导入匀光棒21，减少器件，提高结构紧凑性，减小体积，降低成本。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (15)

1.一种匀光系统，其特征在于，包括分光组件(1)和匀光器件(2)，所述分光组件(1)包括至少两个分光界面(11)，不同分光界面(11)具有不同的反射率，入射至前一个分光界面(11)的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光组件(1)出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面(11)，所述分光组件(1)的出射光路上设置有所述匀光器件(2)。

2.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)包括相互胶合连接的若干棱镜单元(12)，相邻棱镜单元(12)之间的胶合面构成所述分光界面(11)。

3.根据权利要求2所述的匀光系统，其特征在于，所述棱镜单元(12)在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层，所述棱镜单元(12)的其余表面镀有增透膜。

4.根据权利要求2所述的匀光系统，其特征在于，相邻棱镜单元(12)之间通过胶水或光胶贴合。

5.根据权利要求2所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)整体呈长方体的片状。

6.根据权利要求5所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)的厚度大于入射光在分光组件(1)的入光侧上的光斑直径尺寸，所述棱镜单元(12)的出光面宽度大于出射光在所述棱镜单元(12)的出光面上的光斑直径尺寸。

7.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)的入光侧设置有光纤(6)，入射光通过光纤(6)耦合进入所述分光组件(1)。

8.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)包括有两组，经第一组分光组件(1)沿第一维度方向分光出的出射光入射至第二组分光组件(1)进行第二维度方向的分光，第一维度方向垂直于第二维度方向，第二组分光组件(1)的出射光路上设置所述匀光器件(2)。

9.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)的各路出射光的能量均相同。

10.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)的出射光呈线阵列分布或面阵列分布。

11.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，还包括扩散元件(4)，至少在所述分光组件(1)的入光侧、所述分光组件(1)的出光侧和所述匀光器件(2)的入光侧其中一个位置设置有所述扩散元件(4)。

12.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述分光组件(1)与匀光器件(2)之间还设置有聚焦组件(5)。

13.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，所述匀光器件(2)包括复眼透镜(22)和匀光棒(21)其中一种或组合。

14.根据权利要求13所述的匀光系统，其特征在于，所述匀光棒(21)包括实心光棒、壁面为反射面的空心筒其中一种。

15.根据权利要求1所述的匀光系统，其特征在于，出光至分光组件(1)的光源(3)包括呈阵列排布的若干个。