[發明專利]勻光元件及光源系統

有效

• 申請號: 201110459896.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103185286A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 曹亮亮;楊毅;胡飛
• 申請（專利權）人: 深圳市光峰光電技術有限公司
• 主分類號: F21V5/00
• 分類號: F21V5/00;F21V7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及照明及顯示領域，特別是涉及一種勻光元件及光源系統。

背景技術

半導體激光、LED等光源在照明、投影、光學照排、光存儲等領域中應用廣泛。在這些應用中，需要將光源在目標平面上盡量形成一個一定尺寸、具有規則形狀的照度分布，如矩形均勻分布。

而常用的光源的光分布都不夠理想，比如半導體激光在截面上的光分布一般為橢圓高斯，其長軸和短軸上的光分布如圖1所示，發光二極管在截面上的光分布一般為鐘形，在截面上的光分布如圖2所示。

有文獻提出基于復眼透鏡的方法(論文Laser?Beam?Shaping?Techniques)。如下圖3所示：尺寸為D的平行光束入射到包括兩個復眼透鏡的復眼透鏡對，復眼透鏡對利用其中的微透鏡11、12將光束分為若干個子光束，每個子光束用一對微透鏡11、12分別處理，形成矩形光分布，并且由于子光束面積很小，這個矩形內的光分布接近均勻。最后再經過一個焦距為F的正常透鏡13，子光束在目標平面上疊加，從而在尺寸為S的矩形內得到均勻照度。這種方法對加工精度要求很高，并且微透鏡11、12之間的光會有一定的串擾，造成目標平面上出現旁瓣光斑，另外每個復眼透鏡中的各微透鏡之間的銜接部分會影響光的出射，這些都造成光利用率的降低。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種勻光元件及光源系統，能夠避免上述串擾等造成的光利用率降低的問題。

本發明提供一種勻光元件，用于對光源產生的入射光線整形，該入射光線在與該光源的中心軸垂直的平面上形成第一光斑，第一光斑的照度分布由中央向外減弱，其特征在于，勻光元件包括一自由曲面，該自由曲面由位于光源的中心軸方向的預定位置的一標準曲面變形獲得，該標準曲面為可對入射光線整形為平行光的曲面；

除中心軸方向外，沿著從該中心軸至中心軸的側向的方向，入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值保持同號，入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值的絕對值單調遞增，且該入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值的絕對值的變化率遞減，以使自由曲面的出射光線在預定立體角內比入射光線具有更均勻的光強分布。

本發明還提供一種勻光元件，用于對光源產生的入射光線整形，該入射光線在與該光源的中心軸垂直的平面上形成第一光斑，第一光斑的照度分布由中央向外減弱，其特征在于，勻光元件包括一自由曲面，該自由曲面由位于光源的中心軸方向的預定位置的一標準曲面變形獲得，該標準曲面為可將入射光線匯聚于預定區域的中心點的曲面；

除中心軸方向外，沿著從該中心軸至中心軸的側向的方向，入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值保持同號，入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值的絕對值單調遞增，且該入射光線在自由曲面上的入射角度與該入射光線在標準曲面上的入射角度的差值的絕對值的變化率遞減，以使自由曲面的出射光線在預定區域內比入射光線具有更均勻的照度分布。

本發明還提供一種光源系統，該光源系統包括上述的勻光元件。

與現有技術相比，本發明包括如下有益效果：

本發明中，自由曲面通過在標準曲面的基礎上，采用上述技術方案中的變形規律進行變形得到，該自由曲面能夠將第一光斑的照度分布由中央向外減弱的入射光線整形成具有更均勻的光強或照度分布。相對于現有技術，本發明的自由曲面無需多個微透鏡組成，因而可避免上述串擾等造成的光利用率降低的問題，具有結構簡單，光利用率高的優點。

附圖說明

圖1是半導體激光在目標平面上的長軸和短軸上的光分布；

圖2是發光二極管在目標平面上的長軸和短軸上的光分布；

圖3是現有技術的復眼透鏡的光路圖；

圖4是現有技術的非球面透鏡的光路圖；

圖5是本發明的勻光元件的一個實施例的光路圖；

圖6是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖7是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖8是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖9是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖10是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖11是本發明的勻光元件的另一實施例的光路圖；

圖12是本發明的光源系統的一個實施例的光路圖；

圖13是本發明的光源系統的另一實施例的光路圖；