[發明專利]一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構及其實現方法

有效

• 申請號: 201610104744.7
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105676340B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 陳恩果;徐勝;葉蕓;郭太良;林金堂;林志賢;黃佳敏
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00
• 代理公司: 35100 福州元創專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

1.一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構，其特征在于：所述導光結構包括復用光源模組、導光結構主體以及微透鏡陣列組；所述復用光源模組包括入射光源、半開口型光源反光罩、四分之一波片以及反射偏振器；所述入射光源位于所述導光結構主體的側邊并被所述反光罩包覆，所述反光罩的開口正對導光結構主體側邊的入光處，所述反光罩內壁鍍金屬反射膜；所述四分之一波片貼合于所述反光罩內壁；所述反射偏振器置于入射光源與導光結構主體之間，緊貼所述導光結構主體側邊的入光處，用以將光線分為兩種偏振方向垂直的線偏振光，并透過第一線偏振光與反射第二線偏振光；

所述微透鏡陣列組包括拋物反射微準直透鏡與凹形調光網點，所述凹形調光網點位于導光結構主體最終出光面一側，導光結構主體外與網點相對的一側膠合所述拋物反射微準直透鏡；

其中，所述拋物反射微準直透鏡的實際焦點位于所述凹形調光網點處，且所述拋物反射微準直透鏡與空氣接觸的拋物面需鍍上一層反射膜；每一個拋物反射微準直透鏡都對應著唯一的調光網點；

其中，所述入射光源發出的入射光由所述導光結構主體側邊的入光處入射前經過所述反射偏振器作用，將光線分為兩種偏振方向垂直的線偏振光，并透過第一線偏振光與反射第二線偏振光，第一線偏振光直接進入導光主體，第二線偏振光經過反射偏振器的反射、四分之一波片的轉換以及所述反光罩的反射后轉變為第一線偏振光，通過所述反射偏振器進入所述導光結構主體；入射光進入所述導光結構主體后滿足全反射條件，當光線入射到各個凹形調光網點結構時，凹形調光網點對光線起到調制反射作用，光線原傳播方向將發生變化進入所述拋物反射準直微透鏡，出射形成具有較高偏振度的準直面光源；

其中，所述四分之一波片的快軸與反射的第二線偏振光方向呈45°夾角，反射的第二線偏振光經過四分之一波片兩次，轉換為垂直于原偏振光振動方向的第一線偏振光。

2.根據權利要求1所述的一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構，其特征在于：所述入射光源在導光結構主體的側面放置，當入射光源為條形結構，即線光源形式，則所述半開口型反光罩采用橢球柱狀反光罩；

當入射光源為單顆LED的組合，即單顆LED按線狀排列的集合，則所述半開口型反光罩采用與LED數量相同的單橢球反射罩拼接而成，每個反射罩對應包裹一個點光源；

其中，光源的位置在橢球反射罩的一個焦點附近，導光板入光側的位置則在另一焦點附近，使光能經反射罩的反射進入導光主體結構，實現高光能利用率。

3.根據權利要求1所述的一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構，其特征在于：所述導光結構主體中光線滿足全反射條件，則所述拋物反射微準直透鏡的折射率與所述導光結構主體折射率相異，并小于所述導光結構主體材料的折射率。

4.根據權利要求1所述的一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構，其特征在于：所述拋物反射微準直透鏡為平面加拋物曲面的結構，平面緊貼所述導光結構主體，透鏡焦距f與拋物曲面方程由以下公式得到：

其中，點(x，y，z)是拋物曲面上任意一點，坐標系的確定是以各拋反射微準直透鏡的頂點為原點，沿導光主體長邊方向為x方向，沿導光主體短邊方向為y方向，原點指向調光網點面的方向定義為z軸正方向，x、y、z三軸的正方向呈右手螺旋定則；θ₁、θ₂分別是導光板介質層入射角、拋物反射微準直透鏡介質層出射角，h₁、h₃分別是導光結構主體的厚度、拋物反射微準直透鏡的厚度。

5.根據權利要求1所述的一種復合拋物反射微準直透鏡的偏振復用導光結構，其特征在于：所述拋物反射微準直透鏡的有效作用口徑r根據下式確定：

r＝2h₁ tanθ

其中，θ為調光網點與相應微透鏡邊緣連線和法線之間的夾角。