專利名稱:一種面光源準直裝置及光束準直方法
技術領域:
本發(fā)明涉及光學準直技術領域,特別涉及一種面光源準直裝置及光束準直方法。
背景技術:
平面光源常用在照明、LCD顯示背光源、燈箱等方面,為了廣視角考量,普通平面光源發(fā)光角度很大。近年來,隨著節(jié)能議題和3D顯示的發(fā)展,高準直平面光源的研究成為了執(zhí)占。除了激光外,一般的光源通常為散射型光源,亦即發(fā)光角度大,不具有準直出光特性。要達到準直出光特性,必須要加上一些光學元件才能控制光線射出方向集中在小角度內。現(xiàn)在常用的面光源準直手段有3M棱鏡膜,可以使光線一定程度的收斂,收斂角度為70 度左右,起到一定的準直作用。但是對于準直要求比較高的光學系統(tǒng),這種準直度是很難符合要求的。也有用點光源加透鏡方式實現(xiàn)準直面光源的方法,但是由于點光源發(fā)光角度過大,使得雜散和全反射現(xiàn)象過于嚴重,使得準直效果較差。為了解決這種問題,有一種方法是使用吸光罩將大角度光線吸收掉,只讓小角度光線進入透鏡,以改善出射光線準直效果, 但是這種方法使得最后能量利用率太低,大部分光線都被吸光罩吸收掉了。
公開日為2011年6月15日、公開號為CN102095161A的專利文件描述了一種面光源準直裝置,該裝置包括反射片和依次設置在該反射片上方的準直層和校正層。該準直層的光束收斂部底部覆設有反射層和小孔,通過反射層和準直層之間的面光源匯集進入該小孔中而成為點光源。該準直層將進入該小孔的光線劃分成若干區(qū)域并分別予以匯聚從而避免在準直層內發(fā)生全反射而造成光損。該裝置具有較高的準直效果和能量利用率。但,該裝置中,發(fā)散面光源設置在漫反射片與準直層之間,發(fā)散面光源發(fā)射的光線其一部分直接射向準直層;一部分射向漫反射片經由漫反射片反射后再射向準直層。 在這個過程中,由于光源發(fā)出的光線是任意角度的,另經漫反射片反射的光線也可能任意發(fā)散出去,因而,會造成部分光線損失,影響了能量利用率。另,光線未先形成點光源陣列而直接射向準直層,再在該準直層的光束收斂部形成點光源,故該準直層的光束收斂部需要設置的相對龐大;而該準直層的折射準直部和反射層之間有著結構上的間隙,會再次導致部分光線的損失,影響光束的利用率,也會影響準直效果。綜上所述,目前面光源準直裝置的不足之處在于結構有漏洞,其一方面不能充分利用發(fā)散面光源而導致部分光線的損失進而影響了能量利用率;另一方面影響了準直效果。
發(fā)明內容
本發(fā)明專利所要解決的技術問題是提供一種面光源準直裝置及光束準直方法,該裝置及該方法優(yōu)化了點光源的形成方式,充分利用發(fā)散面光源,提高光束的利用率,進而提高能量利用率;另外,優(yōu)化了該裝置的結構,進一步改善準直效果。為解決上述技術問題,本發(fā)明采用的技術方案為一種面光源準直裝置,包括反射片與準直層,所述準直層包括若干微準直透鏡,所述微準直透鏡包括光束收斂部與設在光束收斂部上的中心準直部,所述中心準直部上設有折射準直部;所述反射片包括依次設立的漫反射片與帶小孔發(fā)射片;所述準直層設置在帶小孔發(fā)射片上,且該中心準直部的中心對準所述小孔;所述光束收斂部外表面設有反射部,
優(yōu)選地,所述反射部與折射準直部無縫隙連接。優(yōu)選地,所述中心準直部為標準透鏡。優(yōu)選地,所述中心準直部的最大直徑不大于光束收斂部的光束輸出端端部的直徑。優(yōu)選地,所述折射準直部環(huán)繞中心準直部周邊或延伸于中心準直部周邊之外或環(huán)繞中心準直部周邊且延伸于中心準直部周邊之外。優(yōu)選地,所述折射準直部為傾斜旋轉透鏡。一種根據(jù)權利要求1所述的面光源準直裝置的光束準直方法,包括如下步驟;
1)點光源陣列接收入射光束,所述一部分入射光束經由帶小孔反射片的小孔出射,形成點光源陣列;另一部分經漫反射片進行發(fā)散后再經由帶小孔反射片的小孔出射,形成點光源陣列;
2)光束收斂所述點光源陣列射向準直層的光束收斂部形成收斂光束;
3)光束分割與準直所述收斂光束被分割成若干部分;其中一部分經中心準直部直接準直成平行光束射出;其他部分射向反射部或折射準直部;
4)光束合成再準直所述經發(fā)射部再次反射后的光束或射向折射準直部的光束都經折射準直部折射后與水平方向成小角度射出。優(yōu)選地,步驟2)中所述收斂光束的發(fā)散半角為a,其范圍為Ofa = 42°。優(yōu)選地,步驟3)中所述經中心準直部直接準直的光束的發(fā)散半角為al,其范圍為 0 ^ al < 20° ;所述經折射準直部折射后與水平方向成小角度射出的光束的發(fā)散半角為 a2,其范圍為20° =a2<29° ;所述射向反射部被再次反射的光束發(fā)散半角為a3,其范圍為 29° < a2 ^ 42°。優(yōu)選地,步驟3)中收斂光束被分割成兩部分,其中,所述經中心準直部直接準直的光束的發(fā)散半角為a4,其范圍為0 = a4 < 20°所述射向反射部被再次反射的光束發(fā)散半角為a5,其范圍為20° < a2含42°。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術,具有以下有益效果本發(fā)明面光源準直裝置及光束準直方法,優(yōu)化了該裝置各元件的結構,也優(yōu)化了該方法。通過該裝置,發(fā)散面光源發(fā)出的光束經過多重反射片的反射被充分利用,提高了能量利用率。而被分割為若干部分,一部分經中心準直部直接準直成平行光束射出,一部分經折射準直部折射后與水平方向成小角度射出,另一部分射向反射部被再次反射后經折射準直部折射與水平方向成小角度射出。這樣不僅充分擴大了可利用的光束范圍,也獲得更好地準直效果和更高的能量利用率。
圖1為本發(fā)明面光源準直裝置的工作原理圖;圖2為本實施例1的準直層的結構圖; 圖3為本實施例1的準直層的工作原理圖; 圖4為本實施例2的準直層的結構圖; 圖5為本實施例2的準直層的工作原理圖; 圖6為本實施例3的準直層的結構圖; 圖7為本實施例3的準直層的工作原理圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述,但發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1
如圖1和2所示,為本發(fā)明面光源準直裝置的工作原理圖。該面光源準直裝置,包括反射片與準直層。該反射片包括依次設立的漫反射片21與帶小孔23發(fā)射片22 ;漫反射片21 與帶小孔發(fā)射片22之間設置有發(fā)散面光源5。由發(fā)散面光源5發(fā)出的光線經過帶小孔反射片22之后,一部分光線由小孔23出射,形成點光源陣列;另外部分的光線經過帶小孔反射片22反射回漫反射片21,經過漫反射之后,光線重新經過帶小孔反射片22并由小孔2出射形成點光源,從而使得經過帶小孔反射片22反射的光線經過漫反射之后重新被利用。綜上所述,由發(fā)散面光源5發(fā)出的光線經過反復利用之后,最終大部分光線形成點光源陣列。而該點光源陣列射向準直層。具體地,該準直層設置在帶小孔發(fā)射片22上,且該準直層采用PC材料或PMMA材料。該準直層包括若干微準直透鏡,該微準直透鏡陣列疊放于發(fā)散面光源5之上,則所有光束經過準直陣列之后變成準直光出射,從而形成準直面光源。該微準直透鏡1包括光束收斂部11與設在光束收斂部11上的中心準直部12。中心準直部12周邊設有折射準直部 13,且該中心準直部12的中心對準小孔23。光束收斂部11外表面設有反射部14,且反射部14與折射準直部13無縫隙連接。另,該中心準直部12為標準透鏡。該折射準直部14為傾斜旋轉透鏡。該中心準直部12的最大直徑小于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且,該折射準直部14環(huán)繞中心準直部12周邊。該面光源準直裝置的光束準直方法,包括如下步驟;
1)點光源陣列接收入射光束,所述一部分入射光束經由帶小孔23反射片22的小孔 23出射,形成點光源陣列;另一部分經漫反射片21進行發(fā)散后再經由帶小孔23反射片22 出射,形成點光源陣列;
2)光束收斂所述點光源陣列射向準直層的光束收斂部(11)形成收斂光束;該收斂光束的發(fā)散半角為a,其范圍為0 = a = 42° ;
3)光束分割與準直所述收斂光束被分割成三部分;其中之一部分經中心準直部12 直接準直成平行光束射出,經中心準直部12直接準直的光束的發(fā)散半角為al,其范圍為 O^aK 20° ;第二部分射向折射準直部14,其發(fā)散半角為a2,其范圍為20° = a2 < 29° ; 第三部分射向反射部13被再次反射;其發(fā)散半角為a3,其范圍為四° <a2f42° ;
4)光束合成再準直所述被反射部13再次反射后的光束或射向折射準直部14的光束都經折射準直部14折射后與水平方向成小角度射出。如圖3所示,0到20度之間的光線經過中心準直部12會聚,準直出射;20到四度之間的光線經過折射準直部14折射,以與水平方向成小角度出射;四到42度之間的光線經過反射部13反射之后,再經過折射準直部14折射,以與水平方向成小角度出射。實施例2
本實施例除如下特征外,其他均與實施例1相同如圖4和5所示,在該裝置中,該中心準直部12的最大直徑等于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且,該折射準直部14 延伸于中心準直部12周邊之外。在該方法中,步驟3)中收斂光束被分割成兩部分,其中一部分經中心準直部12直接準直的光束的發(fā)散半角為a4,其范圍為0 = a4 < 20° ;另一部分被反射部13再次反射的光束發(fā)散半角為a5,其范圍為20° <a2含42°。實施例3
本實施例除如下特征外,其他均與實施例1相同如圖6和7所示,該中心準直部12的最大直徑小于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且,該折射準直部14環(huán)繞中心準直部12周邊且延伸于中心準直部12周邊之外;故該折射準直部14分為兩部分其一,該折射準直部141環(huán)繞中心準直部12周邊;其作用是將點光源直接發(fā)出的部分角度光線進行折射準直。其二,該折射準直部142延伸于中心準直部12周邊之外,其作用是將點光源發(fā)出的大角度光束經過反射面反射之后再進行折射準直。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例,并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內容所作的均等變化與修飾,都為本發(fā)明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種面光源準直裝置,包括反射片與準直層,所述準直層包括若干微準直透鏡,所述微準直透鏡包括光束收斂部(11)與設在光束收斂部(11)上的中心準直部(12),所述中心準直部(12)上設有折射準直部(13);其特征在于所述反射片包括依次設立的漫反射片 (21)與帶小孔(23)發(fā)射片(22);所述準直層設置在帶小孔發(fā)射片(22)上,且所述中心準直部(12)的中心對準所述小孔(23);所述光束收斂部(11)外表面設有反射部(14)。
2.根據(jù)權利要求1所述的面光源準直裝置,其特征在于所述反射部(13)與折射準直部(14)無縫隙連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的面光源準直裝置,其特征在于所述折射準直部(14)環(huán)繞中心準直部(12)周邊或延伸于中心準直部(12)周邊之外或環(huán)繞中心準直部(12)周邊且延伸于中心準直部(12)周邊之外。
4.根據(jù)權利要求3所述的面光源準直裝置,其特征在于所述中心準直部(12)的最大直徑不大于光束收斂部(11)的光束輸出端端部的直徑。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的面光源準直裝置,其特征在于所述中心準直部 (12)為標準透鏡。
6.根據(jù)權利要求5所述的面光源準直裝置,其特征在于所述折射準直部(14)為傾斜旋轉透鏡。
7.一種根據(jù)權利要求1所述的面光源準直裝置的光束準直方法,其特征在于包括如下步驟;1)點光源陣列接收入射光束,所述一部分入射光束經由帶小孔(23)反射片(22)的小孔(23)出射,形成點光源陣列;另一部分經漫反射片(21)進行發(fā)散后再經由帶小孔(23)反射片(22)出射,形成點光源陣列;2)光束收斂所述點光源陣列射向準直層的光束收斂部(11)形成收斂光束;3)光束分割與準直所述收斂光束被分割成若干部分;其中一部分經中心準直部(12) 直接準直成平行光束射出;其他部分射向反射部(13)或折射準直部(14);4)光束合成再準直所述經發(fā)射部(13)再次反射后的光束或射向折射準直部(14)的光束都經折射準直部(14)折射后與水平方向成小角度射出。
8.根據(jù)權利要求7所述的光束準直方法,其特征在于步驟2)中所述收斂光束的發(fā)散半角為a,其范圍為0含a含42°。
9.根據(jù)權利要求7所述的光束準直方法,其特征在于步驟3)中收斂光束被分割成三部分,其中,經中心準直部(12)直接準直的光束的發(fā)散半角為al,其范圍為0 = al < 20° ; 所述經折射準直部(14)折射后與水平方向成小角度射出的光束的發(fā)散半角為a2,其范圍為20° =a2<29° ;所述射向反射部(13)被再次反射的光束發(fā)散半角為a3,其范圍為 29° < a2 芻 42°。
10.根據(jù)權利要求7所述的光束準直方法,其特征在于步驟3)中收斂光束被分割成兩部分,其中,所述經中心準直部(12)直接準直的光束的發(fā)散半角為a4,其范圍為0 S a4 < 20°所述射向反射部(13)被再次反射的光束發(fā)散半角為a5,其范圍為20° < a2 = 42°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面光源準直裝置及光束準直方法,該裝置包括反射片與準直層,所述準直層包括若干微準直透鏡,所述微準直透鏡包括光束收斂部與設在光束收斂部上的中心準直部,所述中心準直部周邊設有折射準直部;所述反射片包括依次設立的漫反射片與帶小孔發(fā)射片;所述準直層設置在帶小孔發(fā)射片上,且該中心準直部的中心對準所述小孔;所述光束收斂部外表面設有反射部,且所述反射部與折射準直部無縫隙連接。該裝置及該方法優(yōu)化了點光源的形成方式,充分利用發(fā)散面光源,提高光束的利用率,進而提高能量利用率;另外,優(yōu)化了該裝置的結構,進一步改善準直效果。
文檔編號F21V7/00GK102313246SQ201110260299
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權日2011年9月5日
發(fā)明者丁家磊, 孫婷, 黃永峰 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司