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TWI500967B - 光學照明系統 - Google Patents

光學照明系統 Download PDF

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TWI500967B
TWI500967B TW102144839A TW102144839A TWI500967B TW I500967 B TWI500967 B TW I500967B TW 102144839 A TW102144839 A TW 102144839A TW 102144839 A TW102144839 A TW 102144839A TW I500967 B TWI500967 B TW I500967B
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Jun Zhu
Xuan Pan
Guo-Fan Jin
Shou-Shan Fan
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Description

光學照明系統
本發明涉及一種光學照明系統，尤其涉及一種高均勻度光學照明系統。
先前技術中一般使用微透鏡陣列與透鏡結合所形成的光學照明系統實現均勻照明。先前的微透鏡陣列一般是通過標準微光刻技術形成，然而，該標準微光刻技術較為複雜且加工成本較高，另外，通過微透鏡陣列與透鏡結合所形成的光學照明系統體積較大、結構複雜，不利於該光學照明系統在微小的照明及成像系統中應用。
有鑒於此，確有必要提供一種高均勻、結構簡單且成本低廉的光學照明系統。
一種光學照明系統，包括：一光源，用於輸出一平行光束或一發散角小於等於+10°且大於等於-10°的準平行光束；一第一透鏡組，所述第一透鏡組設置在所述光束的出射光路上，用於使所述光束的孔徑角達到27度；一積分棒，設置在所述第一透鏡組遠離光源一側的主光軸上，用於使所述光束均勻化及並實現光束的整形；以及一第二透鏡組，設置在所述積分棒遠離所述第一透鏡組一側的主光軸上且與所述積分棒貼合設置，用於放大所述光束的照 明視場面積並同時使所述光束的孔徑角達到3度。
一種光學照明系統，包括：一光源，用於輸出一平行光束或一發散角小於等於+10°且大於等於-10°的準平行光束；一第一透鏡組，所述第一透鏡組設置在所述光束的出射光路上，用於改變所述光束的孔徑角大小；一積分棒，設置在所述第一透鏡組遠離光源一側的主光軸上，用於使所述光束均勻化及並實現光束的整形；以及一第二透鏡組，設置在所述積分棒遠離所述第一透鏡組一側的主光軸上且與所述積分棒貼合設置，用於放大所述光束的照明視場面積並同時縮小所述光束的孔徑角。
相較於先前技術，本發明提供的光學照明系統通過所述第一透鏡組、所述積分棒以及所述第二透鏡組的組合，可以獲得高均勻度的照明，另外，該光學照明系統還具有結構簡單且成本低廉等特點。
100‧‧‧光學照明系統
11‧‧‧光闌
12‧‧‧第一透鏡組
122‧‧‧第一凸透鏡
124‧‧‧第二凸透鏡
13‧‧‧偏振片
14‧‧‧積分棒
142‧‧‧入光口
144‧‧‧出光口
16‧‧‧第二透鏡組
162‧‧‧第三凸透鏡
164‧‧‧第四凸透鏡
166‧‧‧第五凸透鏡
18‧‧‧接收面
θ‧‧‧發散角
f2‧‧‧焦點
第1圖係本發明實施例提供的光學照明系統的結構以及光路示意圖。
第2圖係本發明實施例提供的光學照明系統中通過軟體類比所獲得的一個的正方形光斑。
第3圖係本發明實施例提供的光學照明系統中通過軟體類比所獲得的一個的正方形光斑的照度圖。
以下根據說明書附圖並結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細表述。
請參閱圖1，本發明實施例提供一種光學照明系統100，包括：一光源(圖中未標示)、一第一透鏡組12、一積分棒14以及一第二透鏡組16。
所述光源用於輸出一平行光束或一發散角θ小於等於+10°且大於等於-10°的準平行光束。當所述光源輸出一平行光束時，所述光束的直徑可以根據所述第一透鏡組12的大小選擇。本發明實施例中，所述光源發出一直徑約為25mm，且發散角為±5°的準平行光束。
所述第一透鏡組12設置在所述光源輸出光束的出射光路上，用於減小所述光束的孔徑角大小。本實施例中，所述第一透鏡組12用於使所述光束的孔徑角減小到27°左右。所述第一透鏡組12包括共軸設置的一第一凸透鏡122以及一第二凸透鏡124，所述第二凸透鏡124設置在所述第一凸透鏡122遠離所述光源的一側。所述第一凸透鏡122到所述光源的距離不限，只要使所述光束能完全照射在所述第一凸透鏡122的入光面即可。所述第一凸透鏡122以及所述第二凸透鏡124的材料、規格以及間距不限，只要使所述光束的孔徑角達到一預定的角度即可。所述第二凸透鏡124遠離所述第一凸透鏡122的一側具有一焦點f2。本實施例中，所述第一凸透鏡122的材料為BK7，且所述第一凸透鏡122的入光面的曲率半徑約為35mm，所述第一凸透鏡122的出光面的曲率半徑約為158mm，且該第一凸透鏡122的中心厚度約為7mm；所述第二凸透鏡124的材料為ZF2，且所述第二凸透鏡124的入光面的曲率半徑約為15.65mm，所述第二凸透鏡124的出光面的曲率半徑約為29.5mm，且該第二凸透鏡124的中心厚度約為5mm；所述第一凸透 鏡122以及所述第二凸透鏡124的間距約為2mm。
所述積分棒14設置在所述第一透鏡組12遠離光源一側的主光軸上，該積分棒14用於使光束均勻化並實現光束整形。所述積分棒14的材料及規格不限，可以根據實際需要選擇。所述積分棒14沿垂直於其長度方向的橫截面的形狀可以為正方形，長方形、圓形或其他幾何形狀。本實施例中，所述積分棒14的材料為鋁，且沿垂直於其長度方向的橫截面的形狀為正方形，該正方形的內徑約為8mm×8mm，該正方形的外徑約為9mm×9mm。所述積分棒14包括相對設置的一入光口142以及一出光口144。所述入光口142可以設置於所述第二凸透鏡124的主光軸上的焦點f2附近。優選地，所述入光口142設置於所述焦點f2遠離所述第二凸透鏡124一側的主光軸上，且所述入光口142到所述焦點f2的距離約為0-8mm。更優選的，所述入光口142到所述焦點f2的距離約為5-8mm，從而可以使光束更為均勻化。本實施例中，所述入光口142設置於所述焦點f2遠離所述第二凸透鏡124一側的主光軸上，且所述入光口142到所述焦點f2的距離約為7mm。
所述第二透鏡組16設置在所述積分棒14遠離所述第一透鏡組12一側的主光軸上，用於放大所述光束的照明視場面積並同時縮小所述光束的孔徑角。本實施例中，所述第二透鏡組16用於使所述光束的孔徑角減小到3°左右。所述第二透鏡組16到積分棒14的距離不限，可以根據實際需要設置。所述第二透鏡組16沿遠離所述積分棒14的方向依次設置有一第三凸透鏡162、一第四凸透鏡164以及一第五凸透鏡166。所述第三凸透鏡162、所述第四凸透鏡164以及所述第五凸透鏡166的材料、規格以及間距不限，只要使所 述光束的孔徑角達到一預定角度即可。本實施例中，所述第三凸透鏡162的材料為H-ZK7，該第三凸透鏡162的入光面的曲率半徑約為28.84mm，所述第三凸透鏡162的出光面的曲率半徑約為12.27mm，該第三凸透鏡162的中心厚度約為15mm，且該第三凸透鏡162與所述積分棒14貼合設置；所述第四凸透鏡164的材料為H-K9L，該第四凸透鏡164的入光面的曲率半徑約為38.46mm，該第四凸透鏡164的出光面的曲率半徑約為28.16mm，該第四凸透鏡164的中心厚度約為10mm，且該第四凸透鏡164到所述第三凸透鏡162的距離約為0.1mm；所述第五凸透鏡166的材料為ZF2，且所述第五凸透鏡166的入光面的曲率半徑約為92.2mm，所述第五凸透鏡166的出光面的曲率半徑約為66.44mm，且所述第五凸透鏡166的中心厚度約為5mm，所述第五凸透鏡166以及所述第四凸透鏡164的間距約為50mm。
此外，可以在所述第三凸透鏡162以及第四凸透鏡164之間設置一光闌11，所述光闌11用於將多餘的光束擋掉，從而改善光束質量並改變光束的照明視場面積。本發明實施例中，所述光闌11的直徑約為24.4mm。
進一步地，可以在整個所述光學照明系統100中任意位置設置一偏振片13，從而使該光學照明系統100在用於液晶顯示器上時，可以實現光強可調。本實施例中，將所述偏振片13設置於所述第二透鏡組16遠離所述第一透鏡組12的一側。
所述光學照明系統100可以進一步包括一接收面18，用於接收所述光束。
請參閱圖2-3，圖2為通過軟體類比所述光學照明系統100所獲得 的一個30×30mm的正方形光斑；圖3為通過軟體類比所述光學照明系統100所獲得的方形光斑的照度圖。從圖中可以看出，所述光學照明系統100在整個30×30mm的區域內可以實現高均勻的照明。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧光學照明系統
11‧‧‧光闌
12‧‧‧第一透鏡組
122‧‧‧第一凸透鏡
124‧‧‧第二凸透鏡
13‧‧‧偏振片
14‧‧‧積分棒
142‧‧‧入光口
144‧‧‧出光口
16‧‧‧第二透鏡組
162‧‧‧第三凸透鏡
164‧‧‧第四凸透鏡
166‧‧‧第五凸透鏡
18‧‧‧接收面
θ‧‧‧發散角
f2‧‧‧焦點

Claims (12)

  1. 一種光學照明系統，包括：一光源，用於輸出一平行光束或一發散角小於等於+10°且大於等於-10°的準平行光束；一第一透鏡組，所述第一透鏡組設置在所述光束的出射光路上，用於使所述光束的孔徑角達到27度；一積分棒，設置在所述第一透鏡組遠離光源一側的主光軸上，用於使所述光束均勻化及並實現光束的整形；以及一第二透鏡組，設置在所述積分棒遠離所述第一透鏡組一側的主光軸上且與所述積分棒貼合設置，用於放大所述光束的照明視場面積並同時使所述光束的孔徑角達到3度。
  2. 如請求項第1項所述之光學照明系統，其中，所述第一透鏡組包括一第一凸透鏡以及一第二凸透鏡；所述第二凸透鏡設置在所述第一凸透鏡遠離所述光源的一側；且所述第二凸透鏡遠離所述第一凸透鏡的一側具有一焦點。
  3. 如請求項第2項所述之光學照明系統，其中，所述第一凸透鏡的材料為BK7，且所述第一凸透鏡的入光面的曲率半徑為35mm，所述第一凸透鏡的出光面的曲率半徑為158mm，且該第一凸透鏡的中心厚度為7mm；所述第二凸透鏡的材料為ZF2，且所述第二凸透鏡的入光面的曲率半徑為15.65mm，所述第二凸透鏡的出光面的曲率半徑為29.5mm，且該第二凸透鏡的中心厚度為5mm；所述第一凸透鏡到所述第二凸透鏡的間距為2mm。
  4. 如請求項第2項所述之光學照明系統，其中，所述積分棒包括相對設置的 一入光口以及一出光口，所述入光口設置於所述第二凸透鏡的主光軸上的焦點附近。
  5. 如請求項第4項所述之光學照明系統，其中，所述入光口到所述焦點的距離為5-8mm。
  6. 如請求項第1項所述之光學照明系統，其中，所述積分棒沿垂直於該積分棒長度方向的横截面的形狀為正方形，長方形或圓形。
  7. 如請求項第6項所述之光學照明系統，其中，所述積分棒且沿垂直於該積分棒長度方向的横截面的形狀為正方形，該正方形的內徑為8mm×8mm，該正方形的外徑為9mm×9mm。
  8. 如請求項第1項所述之光學照明系統，其中，所述第二透鏡組沿遠離所述積分棒的方向依次設置有一第三凸透鏡、一第四凸透鏡以及一第五凸透鏡。
  9. 如請求項第8項所述之光學照明系統，其中，所述第三凸透鏡的材料為H-ZK7，該第三凸透鏡的入光面的曲率半徑為28.84mm，所述第三凸透鏡的出光面的曲率半徑為12.27mm，該第三凸透鏡的中心厚度為15mm，且該第三凸透鏡與所述積分棒貼合設置；所述第四凸透鏡的材料為H-K9L，該第四凸透鏡的入光面的曲率半徑為38.46mm，該第四凸透鏡的出光面的曲率半徑為28.16mm，該第四凸透鏡的中心厚度為10mm，且該第四凸透鏡到所述第三凸透鏡的距離為0.1mm；所述第五凸透鏡的材料為ZF2，且所述第五凸透鏡的入光面的曲率半徑為92.2mm，所述第五凸透鏡的出光面的曲率半徑為66.44mm，且所述第五凸透鏡的中心厚度為5mm，所述第五凸透鏡以及所述第四凸透鏡的間距為50mm。
  10. 如請求項第9項所述之光學照明系統，其中，所述光學照明系統進一步包括一光闌，所述光闌設置於所述第三凸透鏡以及第四凸透鏡之間，所述光闌用於將多余的光束擋掉，從而改善光束質量並改變光束的照明視場 面積。
  11. 如請求項第1項所述之光學照明系統，其中，所述光學照明統系統進一步包括偏振片。
  12. 如請求項第1項所述之光學照明系統，其中，所述光學照明系統進一步包括接收面用於接收所述光束，所述接收面設置於所述第二透鏡組遠離所述積分棒的一側。
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