匀光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学系统，特别是涉及一种光斑均匀性高、体积小的匀光装置。
【背景技术】
[0002]传统的红绿蓝芯片三基色LED通过DM滤光片等光学元件合成后，会投射出含有不同颜色色块的光斑，五颜六色很不均匀，达不到理想的白光。
[0003]封装在同一 LED内的芯片一般有四个，常见的组合有RGBW (分别是红、绿、蓝、白)，RGffff (分别是红、绿、暖白、冷白)，两颗暖白两颗冷白，此方式发射出来的光束同样也是五彩缤纷的光斑。
[0004]因此需要使用积分棒进行匀光。在商用投影机里面更多的是使用四边形的积分棒(方棒)，光分布的均匀性与方棒横截面积(进光面、出光面)成反比，与方棒的长度成正比。由于投影机的收光效率与光源的光学扩展量有关，因此方棒的横截面积要求尽量小。故要提高合成光的均匀性就需要一定的长度，商用投影体积大，可以满足空间长度要求。
[0005]但在微型投影机体积有限制的情况下则不适合使用。或在直接照明领域，如医疗照明一手术无影灯，使用的方案是八边形实心玻璃积分棒+全反射透镜。在上述场景中使用多边形积分棒，需要一定的长度。整个光学系统，包括LED+积分棒+透镜(全反射/透射)的长度就有一定限制，产品的空间体积就受到影响。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要提供一种光斑均匀性高、体积小的匀光装置。
[0007]一种匀光装置，包括空心积分棒、第一复眼透镜阵列及第二复眼透镜阵列；所述第一复眼透镜阵列及所述第二复眼透镜阵列沿所述空心积分棒的轴向依次交错设置于所述空心积分棒内；所述第一复眼透镜阵列及所述第二复眼透镜阵列的复眼表面镀反射膜。
[0008]在其中一个实施例中，所述空心积分棒的出射端直径大于或等于入射端直径。
[0009]在其中一个实施例中，所述空心积分棒沿径向的截面为多边形、圆形或椭圆形。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一复眼透镜阵列及所述第二复眼透镜阵列为平面或曲面。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一复眼透镜阵列所在的平面与所述第二复眼透镜阵列所在的平面垂直。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一复眼透镜阵列包括第一复眼单元、第二复眼单元，所述第二复眼透镜阵列包括第三复眼单元和第四复眼单元；所述第一复眼单元与所述第二复眼单元垂直相交，所述第三复眼单元与所述第四复眼单元垂直相交；所述第一复眼单元、所述第二复眼单元、所述第三复眼单元、所述第四复眼单元依次沿所述空心积分棒的轴向交错设置于所述空心积分棒内，每个复眼透镜阵列分别包括M个复眼单元，M多I。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一复眼透镜阵列包括第一复眼单元、第二复眼单元，所述第二复眼透镜阵列包括第三复眼单元和第四复眼单元；所述第一复眼单元与所述第二复眼单元相互平行，所述第三复眼单元与所述第四复眼单元相互平行；所述第一复眼单元、所述第二复眼单元、所述第三复眼单元、所述第四复眼单元依次沿所述空心积分棒的轴向交错设置于所述空心积分棒内，每个复眼透镜阵列分别包括M个复眼单元，M多I。
[0014]在其中一个实施例中，还包括N-2个复眼透镜阵列，所述第一复眼透镜阵列、第二复眼透镜阵列及所述N-2个复眼透镜阵列依次交错设置于所述空心积分棒内，N ^ 3。
[0015]在其中一个实施例中，所述复眼的口径为多边形。
[0016]在其中一个实施例中，所述复眼的曲面为凸面或凹面或凹凸面。
[0017]在其中一个实施例中，所述复眼的曲面为棱面、三角曲面、球面或非球面。
[0018]上述匀光装置通过在空心积分棒内设置第一复眼透镜阵列及第二复眼透镜阵列，且复眼的表面镀反射膜。由于复眼是有曲率的，光束经过复眼曲面反射后光束的传输方向发生改变，同等距离内反射次数增多，因此，光斑的均匀性越好。且在同等长度和横截面积的情况下，复眼的匀光效果远远超过现有积分棒，因此，在光学系统长度有限制的情况，使用第一复眼透镜阵列及第二复眼透镜阵列能够缩短空心积分棒的长度，使得匀光装置的体积减小且光斑均匀性好。
【附图说明】
[0019]图1为匀光装置的俯视图；
[0020]图2为匀光装置的斜轴侧视图；
[0021]图3为匀光装置的剖视图；
[0022]图4为传统多边形积分棒内的光束传输路径不意图；
[0023]图5为勾光装置内光束传输路径不意图；
[0024]图6为匀光装置与LED安装示意图；
[0025]图7为图6的俯视图；
[0026]图8为匀光装置的结构示意图之一；
[0027]图9为匀光装置的结构示意图之二 ；
[0028]图10为匀光装置的结构示意图之三；
[0029]图11为匀光装置的结构示意图之四；
[0030]图12为匀光装置的结构示意图之五。
【具体实施方式】
[0031]如图1所示，为匀光装置的俯视图。
[0032]一种匀光装置，包括空心积分棒101、第一复眼透镜阵列102及第二复眼透镜阵列103 ;所述第一复眼透镜阵列102及所述第二复眼透镜阵列103沿所述空心积分棒101的轴向依次交错设置于所述空心积分棒101内；所述第一复眼透镜阵列102及所述第二复眼透镜阵列103的复眼表面镀反射膜。
[0033]复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将双排复眼透镜阵列应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。复眼透镜在微显示器及投影显示领域有广阔的应用前景。利用双排复眼透镜阵列实现均匀照明的关键在于提高其均匀性和照明亮度。
[0034]复眼透镜阵列要实现均匀照明需两列复眼透镜阵列平行排列，第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜的光轴互相平行，在第二列复眼透镜后放置聚光镜，聚光镜的焦平面放照明屏就形成了均匀照明系统。
[0035]复眼透镜阵列实现均匀照明的原理是:与光轴平行的光束通过第一块透镜后聚焦在第二块透镜的中心处，第一排复眼透镜交光源形成多个光源像进行照明，第二排复眼透镜的每个小透镜将第一排复眼透镜对就的小透镜重叠成像于照明面上。由于第一排复眼透镜将光源的整个宽光束分为多个细光束照明，且每个细光束范围内的垂泪不均匀性由于处于对称位置细光束的相互叠加，使细光束的垂泪不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用。从第二排复眼透镜的出射的光斑通过聚光镜聚焦在照明屏上，这样，照明屏上光斑的每一点均受到光源所有点发出的光线照射，同时，光源上每一点发出的光束又都交会重叠到照明光斑上的同一视场范围内，所以得到一个均匀的方形光斑。
[0036]请结合图2和图3。
[0037]空心积分棒101内侧位空心多边形。空心积分棒101前半部分设置第一复眼透镜阵列102，空心积分棒101的后半部分设置第二复眼透镜阵列103。第一复眼透镜阵列102与第二复眼透镜阵列103错开，优选的，两者相互垂直。
[0038]如图4所示，为传统多边形积分棒内光束传输路径示意图。
[0039]传统的多边形积分棒，其反射面为平面，一光束以入射角θ 1( Θ 2)进入多边形积分棒后，经过三次反射后出射，其出射角仍为Θ1(Θ2)。入射角越大，反射的次数越多。光束分布的位置改变，使得光分布更均勾。
[0040]以入射角Θ I入射多边形积分棒后，形成401、502、403三个虚拟光源。
[0041]以入射角Θ 2入射多边形积分棒后，形成501、402、503三个虚拟光源。
[0042]光线每发生一次反射，就可以将光源关于反射面对称为一个新的虚拟光源。光斑的均匀性与光线在光棒中的反射次数N有很大的关系，反射次数越多虚点光源数越多。
[0043]因此，可知在光束入射角和积分棒反射面面型不变的情况下，积分棒口径越小(反射面之间的距离)，其反射次数越多，均匀性越高。
[0044]在本实施例中，在空心积分棒101中设置第一复眼透镜阵列102及第二复眼透镜阵列103，其作用等效于减小空心积分棒101的反射面之间的距离，增加其在同等距离内的反射次数。
[0045]如图5为所不，为勾光装置内光束传输路径不意图。
[0046]具体的，光束进入空心积分棒101后，小角度入射光20，直接穿过空心积分棒101出射。大一点角度的入射光21、22，在空心积分棒101内部传输到达复眼的表面，由于复眼表面是曲面，且镀覆反射膜。因此光束在复眼表面发生反射，反射的方向由复眼曲面的曲率、曲面的矢高和光束的入射角决定。一光束以入射角α I进入复眼积分棒后，经过7次(201-207)反射后出射，其出射角为β 1，α I # β I。另一光束以入射角α 2进入复眼积分棒后，经过9次(301-309)反射后出射，其出射角为β2，α2￥ β2。入射角越大，反射的次数越多。同时改变光束分布的位置。
[0047]由于复眼为非平面的，是有曲率的，光束经过曲面反射后光束的传输方向发生改变，同等距离内的反射次数增多，反射的次数越多，光斑分布的均匀性就越好。
[0048]在同等长度和横截面积的情况下，空心积分棒101的匀光效果远远超过多边形积分棒。因此在光学系统长度有限制，缩短空心积分棒101的长度，同样也能均匀性很好的要求。
[0049]从光学扩展量上来分析。光学扩展量Etendue (Optical invariant)=JiA(sin Θ 1/2)2，其中A为面积，Θ为发光全角度。
[0050]假设LED的光学扩展量为E1，后续的积分棒光学扩展量为E2。
[0051]①E1>E2，LED的光束不能充分耦合到积分棒，导致能量损失，效率低。
[0052]②E1〈E2，LED的光束能充分耦合到积分棒，效率会很高。但是不应相差太大，否则