准直复眼混光透镜和投影光机的制作方法

本发明涉及光学显示设备，具体而言，涉及一种准直复眼混光透镜和投影光机。

背景技术：

1、在ar显示设备中，投影光机是关键的组成部分。投影光机的类型多种多样，例如包括lcos、dlp及microled，由于dlp和microled部分技术存在一定限制，lcos投影光机逐渐成为目前的主流方案。

2、lcos投影光机按照功能通常会分为照明模块和成像模块，成像模块将像源投影出来；照明模块将光源出射的场均匀投射至lcos反射面，需要保证lcos反射面的光照度及颜色均分布均匀，即混光。目前实现混光主要基于柯勒照明系统变换，例如导光柱、复眼透镜和场镜的组成，或者是tir透镜、复眼透镜和场镜的组成，又或者是准直透镜组、复眼透镜和场镜的组成等，主要在准直方案的不同选择。也就是说，目前的单一透镜只能实现一个功能，如若光学系统中需要对光束进行准直和混光，通常需要设置两个透镜分别实现准直和混光，这样就增加了投影光机的体积，难以应用在小型化的设备中，同时轻量化也难以保证，

3、也就是说，现有技术中的透镜存在功能单一的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种准直复眼混光透镜和投影光机，以解决现有技术中的透镜存在功能单一的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种准直复眼混光透镜，包括透镜本体，透镜本体的入射侧具有入光槽，入光槽的槽底面为第一折射面，入光槽的侧壁面为第二折射面，透镜本体还包括反射面和出射面，第一折射面与出射面相对设置，反射面的两侧分别与第二折射面和出射面连接，第一折射面、反射面和出射面上均设置有微透镜阵列，微透镜阵列由多个微透镜组成，不同面上的多个微透镜不同，出射面上的微透镜阵列被分为第一阵列区和第二阵列区，第一折射面的微透镜阵列与第一阵列区对应，反射面的微透镜阵列与第二阵列区对应。

3、进一步地，第一折射面的微透镜数量与反射面的微透镜数量之和等于出射面的微透镜数量，且第一折射面的多个微透镜与第一阵列区的多个微透镜一一对应设置，反射面的多个微透镜与第二阵列区的多个微透镜一一对应设置。

4、进一步地，反射面呈敞口状设置，呈敞口状设置的反射面沿平行于出射面的截面面积由入光侧至出光侧逐渐增大，反射面上的微透镜阵列的表面沿透镜本体的周向和入光侧到出光侧的方向均呈波浪状。

5、进一步地，反射面上的微透镜阵列沿透镜本体的周向被分为多组微透镜，每组均包括多个微透镜，一组微透镜沿远离出射面的方向顺次布置。

6、进一步地，经出射面的微透镜出射光束的发散角大于等于15°且小于等于25°。

7、进一步地，反射面的多个微透镜的汇聚点均在第二阵列区上，经过反射面的微透镜的出射光束的发散角大于1°且小于25°。

8、进一步地，反射面在z轴方向上的不同位置的微透镜的焦距不同。

9、进一步地，透镜本体还包括端面，第二折射面通过端面与反射面连接，端面呈圆环状，圆环状的端面的内环侧与第二折射面连接，圆环状的端面的外环侧与反射面连接。

10、进一步地，透镜本体的高度h大于0.5mm且小于50mm。

11、进一步地，第一阵列区位于出射面的中心位置，第二阵列区绕第一阵列区的周向连续设置，第一阵列区所在的面与第二阵列区所在的面处于同一个水平面上；或者第一阵列区所在的面与第二阵列区所在的面之间存在高度差且第一阵列区相对于第二阵列区靠近第一折射面设置。

12、进一步地，第二阵列区沿径向设置的多个微透镜中的相邻两个微透镜之间的距离沿远离第一阵列区的方向逐渐减小；和/或第一阵列区的各微透镜的出射中心位置在其基础中心位置的基础上向出射面的中心位置偏移。

13、进一步地，第一折射面与入光槽的槽口之间的距离h1满足：

14、

15、其中，r1为入光槽的槽口的半径，α为第一折射面控制光束的半发射角，γ为第二折射面的拔模角度。

16、进一步地，第一折射面与入光槽的槽口之间的距离h1满足：0.2mm<h1<20mm；和/或入光槽的槽口的半径r1满足：0.2mm<r1<2mm。

17、进一步地，第一折射面控制光束的半发射角α满足：α＜20°；和/或第二折射面的拔模角度γ满足：0°<γ<20°。

18、进一步地，第一折射面呈圆形，圆形的第一折射面的半径r2满足：

19、r2＝r1-h1·tanγ＝h1·tanα                    公式(2)

20、其中，r1为入光槽的槽口的半径，h1为第一折射面与入光槽的槽口之间的距离，γ为第二折射面的拔模角度，α为第一折射面控制光束的半发射角。

21、进一步地，第一折射面的微透镜的焦距f1满足：

22、

23、其中，h1为第一折射面与入光槽的槽口之间的距离，h2为第一折射面与第一阵列区之间的距离。

24、根据本发明的另一方面，提供了一种投影光机，包括上述的准直复眼混光透镜。

25、应用本发明的技术方案，准直复眼混光透镜包括透镜本体，透镜本体的入射侧具有入光槽，入光槽的槽底面为第一折射面，入光槽的侧壁面为第二折射面，透镜本体还包括反射面和出射面，第一折射面与出射面相对设置，反射面的两侧分别与第二折射面和出射面连接，第一折射面、反射面和出射面上均设置有微透镜阵列，微透镜阵列由多个微透镜组成，不同面上的多个微透镜不同，出射面上的微透镜阵列被分为第一阵列区和第二阵列区，第一折射面的微透镜阵列与第一阵列区对应，反射面的微透镜阵列与第二阵列区对应。

26、通过设置入光槽，使得入光槽能够提供用于入射光束折射进入透镜本体的第一折射面和第二折射面，使得入射光束能够通过第一折射面和第二折射面的折射进入透镜本体中，通过在第一折射面、反射面和出射面上均布置微透镜阵列，且使得出射面上的微透镜阵列分为第一阵列区和第二阵列区，使第一折射面的微透镜阵列与第一阵列区对应，反射面的微透镜阵列与第二阵列区对应，这样使得经第一折射面的微透镜阵列能够将入射光束汇聚至第一阵列区，经第二折射面进入的光束入射至反射面的微透镜阵列上，进而反射面的微透镜阵列将光束汇聚至第二阵列区，进而由第一阵列区和第二阵列区出射的光束在远场实现混光。另外，本申请利用第一折射面的微透镜阵列和反射面的微透镜阵列实现准直效果，利用出射面的微透镜阵列实现混光效果，使得本申请的准直复眼混光透镜能够集成混光和准直的功能，避免采用两个透镜的情况，节省了光学透镜，压缩了投影光机的体积。

技术特征：

1.一种准直复眼混光透镜，其特征在于，包括透镜本体，所述透镜本体的入射侧具有入光槽(10)，所述入光槽(10)的槽底面为第一折射面(11)，所述入光槽(10)的侧壁面为第二折射面(12)，所述透镜本体还包括反射面(30)和出射面(40)，所述第一折射面(11)与所述出射面(40)相对设置，所述反射面(30)的两侧分别与所述第二折射面(12)和所述出射面(40)连接，

2.根据权利要求1所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述第一折射面(11)的微透镜数量与所述反射面(30)的微透镜数量之和等于所述出射面(40)的微透镜数量，且所述第一折射面(11)的多个所述微透镜与所述第一阵列区(41)的多个微透镜一一对应设置，所述反射面(30)的多个所述微透镜与所述第二阵列区(42)的多个微透镜一一对应设置。

3.根据权利要求1所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述反射面(30)呈敞口状设置，呈敞口状设置的所述反射面(30)沿平行于所述出射面(40)的截面面积由入光侧至出光侧逐渐增大，所述反射面(30)上的所述微透镜阵列的表面沿所述透镜本体的周向和入光侧到出光侧的方向均呈波浪状。

4.根据权利要求3所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述反射面(30)上的所述微透镜阵列沿所述透镜本体的周向被分为多组微透镜，每组均包括多个所述微透镜，一组所述微透镜沿远离所述出射面(40)的方向顺次布置。

5.根据权利要求1所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，经所述出射面(40)的微透镜出射光束的发散角大于等于15°且小于等于25°。

6.根据权利要求1所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述反射面(30)的多个所述微透镜的汇聚点均在所述第二阵列区(42)上，经过所述反射面(30)的微透镜的出射光束的发散角大于1°且小于25°。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述反射面(30)在z轴方向上的不同位置的所述微透镜的焦距不同。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述透镜本体还包括端面(20)，所述第二折射面(12)通过所述端面(20)与所述反射面(30)连接，所述端面(20)呈圆环状，圆环状的所述端面(20)的内环侧与所述第二折射面(12)连接，圆环状的所述端面(20)的外环侧与所述反射面(30)连接。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的准直复眼混光透镜，其特征在于，所述透镜本体的高度h大于0.5mm且小于50mm。

10.一种投影光机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的准直复眼混光透镜。

技术总结
本发明提供了一种准直复眼混光透镜和投影光机。准直复眼混光透镜包括透镜本体，透镜本体的入射侧具有入光槽，入光槽的槽底面为第一折射面，入光槽的侧壁面为第二折射面，透镜本体还包括反射面和出射面，第一折射面与出射面相对设置，反射面的两侧分别与第二折射面和出射面连接，第一折射面、反射面和出射面上均设置有微透镜阵列，微透镜阵列由多个微透镜组成，不同面上的多个微透镜不同，出射面上的微透镜阵列被分为第一阵列区和第二阵列区，第一折射面的微透镜阵列与第一阵列区对应，反射面的微透镜阵列与第二阵列区对应。本发明解决了现有技术中的透镜存在功能单一的问题。

技术研发人员：程治明,储星宇,王聪,贾敏,谢检来,明玉生,汪杰,陈远
受保护的技术使用者：宁波舜宇奥来技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15