專利名稱：基于反射型復眼的照明系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于反射型復眼的照明系統。
背景技術：
光學積分系統的設計對提高照明系統的能量利用率、照明亮度、照明均勻度有至關重要的影響。目前，在照明系統中廣泛使用的光學積分系統多采用透射型復眼或積分方棒結構。透射型復眼效率較高，但結構復雜，存在偏心、死區等弊端，而且其較長的結構，不適用于小型照明系統；積分方棒結構簡單，造價低廉，但效率較低，為達到一定的均勻度，實現反射次數大于3，方棒一般較長，增加照明系統的長度，同時，積分方棒的出射角等于入射角，影響照明系統的光學擴展量。
最近，有文章提出一種高亮度發光二級管準直鏡，它是由一系列反射面和折射面組合而成的系統，體積較小并具有較好的準直效率，可是其照明圖像源為圓形或者橢圓型，光分布不均勻，只能用于要求較低的照明，而不適用于投影顯示的照明系統。
發明內容
本發明的目的是提出一種基于反射型復眼的照明系統。可通過對反射型復眼的參數的修改調節照明系統的整體體積，特別適用于發光二級管為光源照明的微型投影顯示。
一種基于反射型復眼的照明系統具有光源，第一復眼陣列、第二復眼陣列，被照明圖像源。其中第一復眼陣列、第二復眼陣列中心均開有小孔，分別用于放置被照明圖像源和光源。
另一種基于反射型復眼的照明系統具有光源、第一復眼陣列、第二復眼陣列，第一復眼陣列中心設有開口，第二復眼陣列中心開有小孔，光源放置在第二復眼陣列的小孔中，在第一復眼陣列中心設有的開口外側相對應處設有平面反射鏡，平面反射鏡下方依次設有聚光鏡、條狀偏振分束鏡陣列、被照明圖像源，在條狀偏振分束鏡陣列下端設有λ/2波長板。
本發明的優點在于，該反射型復眼結構緊湊，減小照明系統的體積，特別適用于小型照明系統，如便攜式投影顯示、微型投影顯示；適用于大發散角光源，如發光二極管作，可以控制出射光的角度，與后繼空間光調制器良好耦合；利用反射原理和對稱結構可消除色差和球差，得到較好的光分布均勻性。
圖1為本發明反射型復眼的照明系統的結構示意圖，其中第一小反射鏡排列在第一復眼陣列上，第一復眼陣列的面型為凸面；第二小反射鏡排列在第二復眼陣列上，第二復眼陣列的面型為凹面；圖2為本發明反射型復眼的照明系統的結構示意圖，其中第一小反射鏡排列在第一復眼陣列上，第一復眼陣列的面型為凸面；第二小反射鏡排列在第二復眼陣列上，第二復眼陣列的面型為凹面；圖3為本發明反射型復眼的照明系統的結構示意圖，其中第一小反射鏡排列在第一復眼陣列上，第一復眼陣列的面型為凸面；第二小反射鏡排列在第二復眼陣列上，第二復眼陣列的面型為凸面；圖4為本發明反射型復眼的照明系統的結構示意圖，其中第一小反射鏡排列在第一復眼陣列上，第一復眼陣列的面型為凸面；第二小反射鏡排列在第二復眼陣列上，第二復眼陣列的面型為凸面；圖5為本發明的第一小反射鏡的排列陣列示意圖，其中A-A和B-B分別是圖1、2、3、4中的第一復眼陣列的俯視圖和側視圖；圖6為本發明的第二小反射鏡的排列陣列示意圖，其中C-C和D-D分別是圖1、2中的第二復眼陣列的俯視圖和側視圖；圖7為本發明的第二小反射鏡的排列陣列示意圖，其中G-G和H-H分別是圖3、4中的第二復眼陣列的俯視圖和側視圖；圖8為本發明的偏振轉換器的示意圖，其中包括條狀偏振分束鏡陣列F9和λ/2波長板F10。
具體實施例方式
本發明提出一種的反射型復眼適用于各種照明系統。采用復眼柯拉照明原理，可獲得較高的光能利用率和均勻照明。反射型復眼照明系統的作用首先是均勻出射光，提高照明均勻度；其次將光源發出的圓形光斑轉化為矩形光斑，提高能量利用率，而且結構緊湊，特別適用于發光二級管照明的微型投影顯示器中。
如圖1、圖3所示，反射型復眼的照明系統具有光源F5，光源可選擇發光二級管或者其它大發散角光源，第一復眼陣列F1、第二復眼陣列F2，被照明圖像源F11。其中第一復眼陣列F1、第二復眼陣列F2中心均開有小孔，分別用于放置被照明圖像源F11和光源F5。第一復眼陣列F1和第二復眼F2陣列選擇玻璃材料。
第一復眼陣列F1是由二維分布的8個以上的第一小反射鏡F3構成，第二復眼陣列F2分別是由二維分布的8個以上的第二小反射鏡F4構成，第一小反射鏡F3和第二小反射鏡F4均為金屬反射層，材料可選鋁、銀或多層介質反射層。圖1中小反射鏡排列在對稱的凹型和凸型反射面上，這兩個對稱的面是一對拋物面或者一對橢球面。圖3中小反射鏡排列在兩個凸型反射面上，兩個凸面是橢球面和雙曲面左支的組合。其中第一復眼陣列F1的第一小反射鏡F3的外形和被照明圖像源F11相同。N為第一復眼陣列F1上第一小反射鏡F3的數量，N根據光源的發散角的大小和兩基準面之間的距離改變而不同，N大于8。第二小反射鏡的數量和第一小反射鏡的數量相等，并且共軛對應。第一小反射鏡F3和第二小反射鏡F4可直接粘貼在反射面上形成第一復眼陣列F1和第二復眼陣列F1上，或直接在反射面上腐蝕、壓模，或者通過注塑成形。
第一復眼陣列F1上的第一小反射鏡F3放置在被照明圖像源F11中心和第二復眼陣列F2上共軛對應第二小反射鏡F4頂點的垂直平分線上，可以達到更好的無畸變的成像的目的。光源F5被第一復眼陣列F1中的第一小反射鏡F3成像在第二復眼陣列F2上共軛對應的第二小反射鏡F4上，第一復眼陣列F1上的第一小反射鏡F3被第二復眼陣列F2上的共軛對應第二小反射鏡F4成像在被照明圖像源F11上。被照明圖像源F11是液晶板、硅上液晶芯片或數字光處理器芯片。
如圖2、圖4所示，另一種基于反射型復眼的照明系統具有光源F5，光源可選擇發光二級管或者其它大發散角光源，第一復眼陣列F1、第二復眼陣列F2，第一復眼陣列F1中心開有小孔，光源F5放置在第二復眼陣列F2的小孔中，第一復眼陣列F1中心設有開口F6，在第一復眼陣列F1中心設有的開口F6外側相對應處設有平面反射鏡F7，平面反射鏡F7下方依次設有聚光鏡F8、條狀偏振分束鏡陣列F9、被照明圖像源F11，在條狀偏振分束鏡陣列F9下端設有λ/2波長板F10。聚光鏡F8把第二復眼陣列F2上的光源F5的像成像在條狀偏振分束鏡陣列F9上，同時把開口F6成像在被照明圖像源F11上。被照明圖像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或數字光處理器芯片。
第一復眼陣列F1和第二復眼F2陣列選擇玻璃材料。第一小反射鏡F3和第二小反射鏡F4均為金屬反射層，材料可選鋁、銀或多層介質反射層。N為第一復眼陣列F1上第一小反射鏡F3的數量，N根據光源的發散角的大小和兩基準面之間的距離改變而不同，N大于8。第二小反射鏡的數量和第一小反射鏡的數量相等，并且共軛對應。第一小反射鏡F3和第二小反射鏡F4可直接粘貼在反射面上形成第一復眼陣列F1和第二復眼陣列F1上，或直接在反射面上腐蝕、壓模，或者通過注塑成形。
圖2中小反射鏡排列在對稱的凹型和凸型反射面上，這兩個對稱的面是一對拋物面或者一對橢球面。圖4中小反射鏡排列在兩個凸型反射面上，兩個凸面是橢球面和雙曲面左支的組合。
光源F5被第一復眼陣列F1中的第一小反射鏡F3成像在第二復眼陣列F2上共軛對應的第二小反射鏡F4上，第一復眼陣列F1上的第一小反射鏡F3被第二復眼陣列F2上的共軛對應第二小反射鏡F4成像在開口F6上。不同子光束在照明開口F6上的相互重疊，從而提供均勻的照明。由于光源發出的整個寬光束被分為多個細光束照明，且每個細光束范圍內的微小不均勻性又由于處于對稱位置細光束的相互疊加而得到補償，從而使整個孔徑內的光能更均勻更有效地利用。同時，對于大發散角光源，第一復眼陣列F1的面型設計具有包容性，從而減少能量損失。第一復眼陣列F1上的第一小反射鏡F3放置在被照明圖像源F11中心和第二復眼陣列F2上共軛對應第二小反射鏡F4頂點的垂直平分線上，可以達到更好的無畸變的成像的目的。此外，為實現通過照明開口處的光束達到更小更準確的角度，被照明圖像源F11充分利用，使用聚光鏡F8。
如圖5所示，為第一復眼陣列F1上第一小反射鏡F3排列截面圖，成7×7陣列放置，陣列中心斜線部分為開口，第一小反射鏡F3是橢球面。
如圖6、圖7所示，為第二復眼陣列F2上第二小反射鏡F4排列截面圖，陣列中心方形開口放置光源F5，第二小反射鏡F4的數量和圖5中的小反射鏡F3相同，第二小反射鏡F4是球面。
如圖8所示，為偏振轉換器，其中包括條狀偏振分束鏡陣列F9和λ/2波長板F10。通過聚光鏡F8的光束進入偏振轉換系統，首先被條狀偏振分束鏡陣列F9分為P與S兩束線偏振光，其中P光經過λ/2波長板F10轉化成S光，通過偏振轉換系統，照明圖像源F11，向液晶板或硅上液晶芯片提供需要的偏振光，這樣幾乎完全利用光源的光能。
權利要求
1.一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于它具有光源(F5)，第一復眼陣列(F1)、第二復眼陣列(F2)，被照明圖像源(F11)，其中第一復眼陣列(F1)、第二復眼陣列(F2)中心均開有小孔，分別用于放置被照明圖像源(F11)和光源(F5)。
2.根據權利要求1所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的第一復眼陣列(F1)是由二維分布的8個以上的第一小反射鏡(F3)構成、第二復眼陣列(F2)分別是由二維分布的8個以上的第二小反射鏡(F4)構成，小反射鏡排列在一個凹型或凸型反射面上，其中第一復眼陣列(F1)的第一小反射鏡(F3)的外形與被照明圖像源(F11)相同。
3.根據權利要求1所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的光源(F5)被第一復眼陣列(F1)中的第一小反射鏡(F3)成像在第二復眼陣列(F2)上共軛對應的第二小反射鏡(F4)上，第一復眼陣列(F1)上的第一小反射鏡(F3)被第二復眼陣列(F2)上的共軛對應第二小反射鏡(F4)成像在被照明圖像源(F11)上。
4.根據權利要求1所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的被照明圖像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或數字光處理器芯片。
5.一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于它具有光源(F5)、第一復眼陣列(F1)、第二復眼陣列(F2)，第一復眼陣列(F1)中心設有開口(F6)，第二復眼陣列(F2)中心開有小孔，光源(F5)放置在第二復眼陣列(F2)的小孔中，在第一復眼陣列(F1)中心開口(F6)的外側相對應處設有平面反射鏡(F7)，平面反射鏡(F7)下方依次設有聚光鏡(F8)、條狀偏振分束鏡陣列(F9)、被照明圖像源(F11)，在條狀偏振分束鏡陣列(F9)下端設有λ/2波長板(F10)。
6.根據權利要求5所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的第一復眼陣列(F1)是由二維分布的8個以上的第一小反射鏡(F3)構成、第二復眼陣列(F2)分別是由二維分布的8個以上的第二小反射鏡(F4)構成，小反射鏡排列在一個凹型或凸型反射面上，其中第一復眼陣列(F1)的第一小反射鏡(F3)的外形與開口(F6)相同。
7.根據權利要求5所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的光源(F5)被第一復眼陣列(F1)中的第一小反射鏡(F3)成像在第二復眼陣列(F2)上共軛對應的第二小反射鏡(F4)上，第一復眼陣列(F1)上的第一小反射鏡(F3)被第二復眼陣列(F2)上的共軛對應第二小反射鏡(F4)成像在開口(F6)上。
8.根據權利要求5所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的聚光鏡(F8)把第二復眼陣列(F2)上的光源(F5)的像成像在條狀偏振分束鏡陣列(F9)上，同時把開口(F6)成像在被照明圖像源(F11)上。
9.根據權利要求5所述的一種基于反射型復眼的照明系統，其特征在于所述的被照明圖像源(F11)是液晶板、硅上液晶芯片或數字光處理器芯片。
全文摘要
本發明公開了一種基于反射型復眼的照明系統。它具有光源、第一復眼陣列、第二復眼陣列，第一復眼陣列中心開有小孔，光源放置在第一復眼陣列的小孔中，第二復眼陣列中心設有開口，在第二復眼陣列中心設有的開口外側相對應處設有平面反射鏡，平面反射鏡下方依次設有聚光鏡、條狀偏振分束鏡陣列、被照明圖像源，在條狀偏振分束鏡陣列下端設有λ/2波長板。本發明的優點在于，該反射型復眼結構緊湊，減小照明系統的體積，特別適用于小型照明系統，如便攜式投影顯示、微型投影顯示；適用于大發散角光源，如發光二極管作為光源，并可以控制出射光的角度，與后繼空間光調制器良好耦合；利用反射原理和對稱結構可消除色差和球差，得到較好的光分布均勻性。
文檔編號G03B21/20GK1617044SQ20041008916
公開日2005年5月18日 申請日期2004年12月1日 優先權日2004年12月1日
發明者沈默, 李海峰, 陸魏, 鄭臻榮, 劉旭 申請人:浙江大學