[發明專利]一種組合型光源收集器及其設計方法

在審

• 申請號: 202110991823.5
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113701065A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 張錦
• 申請（專利權）人: 屏麗科技成都有限責任公司
• 主分類號: F21K9/20
• 分類號: F21K9/20;F21V5/04;F21V13/04;G03B21/20;F21Y115/10
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 朱丹

本發明公開了一種組合型光源收集器及其設計方法，涉及光學技術領域，解決現有光線出射面射出的光線分布不均勻的技術問題，包括收集器，所述收集器本體的一面為光線出射面，另一面中心處設有用于收集小角度入射光線的凸透鏡，所述凸透鏡的外側設有用于收集中角度入射光線的全反射型菲涅爾透鏡；所述收集器的外部，還有一個分立器件，該分離器件為反射型的自由曲面反射鏡用于收集大角度入射光線；本發明確保整個收集器的出射光線的照度比較均勻，滿足顯示器件對光場的需求。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，更具體的是涉及一種組合型光源收集器技術領域。

背景技術

大功率LED芯片已可以用于照明，其發光效率已超過白熾燈，LED具有體積小、高效、節能、環保、使用壽命長、響應速度快、耐震動、易維護等顯著優點，勢必應用于照明領域。而針對投影機的特點設計的照明系統，也已經廣泛使用。

目前，投影照明中需要一個矩形的照明光斑，用于照明DMD顯示器，或者LCOS，或者是LCD。但是由于顯示器件迥然不同的特點，在照明微顯示器件如DMD和LCOS的照明系統，與照明大顯示器件如LCD，雖然對光源的性能要求是一樣的，但是由于顯示器件差異很大，其顯示面積存在數量級的差異，因此照明系統的設計差異很大。

以專利CN 112856334 A為例，其封閉系統的照明系統中，照明系統采用白光LED光源，采用一個四面是反射面的平面組成的光錐。光錐的小口端是LED光源，光錐的大口端是光線的出射端。往往在出射端，還存在一個菲涅爾透鏡。這個菲涅爾透鏡的作用是用于準直光線。因此這樣的照明系統，存在著尺寸比較大，收集效率低，邊緣的照度和中心的照度差異大的缺點。

同時，由于整個光錐為顯示器件提供照明光場，所以，無法支持局部區域的光線的調制，因此無法實現動態背光調節，無法實現LOCAL DIMMING(局域背光調節)的功能。

專利CN 107490816 A公開了一種全反射型菲涅爾透鏡，包括透鏡本體，透鏡本體一面為平面，另一面中心處為凸透鏡，凸透鏡外側設有若干環型坍陷結構，光源發出的入射光線經環型坍陷結構先折射偏轉方向后再全反射獲得出射光線，出射光線平行地從透鏡本體的平面平行射出。光源處于凸透鏡中心處，雖然出射光線都能夠從透鏡本體的平面平行射出，但是因為光源射出的光線與光源中心的夾角(也稱為輻射角)不同，所以透鏡本體的平面上光照強度分布不均勻，越遠離光源中心，LED光源的輻射能力越低，導致其光的照度越小。且該專利沒有考慮也不支持大角度光線的收集，所以存在效率低下的問題。

發明內容

本發明的目的在于：為了解決上述技術問題，本發明提供一種組合型光源收集器。

本發明為了實現上述目的具體采用以下技術方案：

一種組合型光源收集器，包括聚光單元和出射單元，還包括集光單元和反射單元，其中；

聚光單元與集光單元相鄰設置，均與出射單元平行，在出射單元靠近集光單元的垂直面上設置反射單元，

所述收集器的光線路徑包括；

LED光源中的小角度入射光線經過聚光單元后成為準直光線、平行射出出射單元，形成面積為S1的中心光圈；

LED光源中的中角度入射光線經過集光單元后成為接近準直光線、平行射出出射單元，形成面積為S2的外環光圈；

LED光源中的大角度入射光線經過反射單元后經過集光單元、最終成為接近準直光線、平行射出出射單元，且光線全部射出到外環光圈上；

其中LED光源設于所述聚光單元的中心線上，且位置距離所述聚光單元的焦點位置或焦點位置附近。

進一步地，所述聚光單元為凸透鏡、集光單元為全反射型菲涅爾透鏡、反射單元為自由曲面反射鏡，出射單元為光線出射面。