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CN104635342A - 光学照明系统 - Google Patents

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CN104635342A
CN104635342A CN201310564545.0A CN201310564545A CN104635342A CN 104635342 A CN104635342 A CN 104635342A CN 201310564545 A CN201310564545 A CN 201310564545A CN 104635342 A CN104635342 A CN 104635342A
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朱钧
潘璇
金国藩
范守善
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Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种光学照明系统，包括一光源，用于输出一平行光束或一发散角小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束；一第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述光束的出射光路上，用于使所述光束的孔径角达到27度；一积分棒，设置在所述第一透镜组远离光源一侧的主光轴上，用于使所述光束均匀化及并实现光束的整形；以及一第二透镜组，设置在所述积分棒远离所述第一透镜组一侧的主光轴上且与所述积分棒贴合设置，用于放大所述光束的照明视场面积并同时使所述光束的孔径角达到3度。

Description

光学照明系统
技术领域
本发明涉及一种光学照明系统，尤其涉及一种高均匀度光学照明系统。
背景技术
现有技术中一般使用微透镜阵列与透镜结合所形成的光学照明系统实现均匀照明。现有的微透镜阵列一般是通过标准微光刻技术形成，然而，该标准微光刻技术较为复杂且加工成本较高，另外，通过微透镜阵列与透镜结合所形成的光学照明系统体积较大、结构复杂，不利于该光学照明系统在微小的照明及成像系统中应用。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种高均匀、结构简单且成本低廉的光学照明系统。
一种光学照明系统，包括：一光源，用于输出一平行光束或一发散角小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束；一第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述光束的出射光路上，用于使所述光束的孔径角达到27度；一积分棒，设置在所述第一透镜组远离光源一侧的主光轴上，用于使所述光束均匀化及并实现光束的整形；以及一第二透镜组，设置在所述积分棒远离所述第一透镜组一侧的主光轴上且与所述积分棒贴合设置，用于放大所述光束的照明视场面积并同时使所述光束的孔径角达到3度。
一种光学照明系统，包括：一光源，用于输出一平行光束或一发散角小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束；一第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述光束的出射光路上，用于改变所述光束的孔径角大小；一积分棒，设置在所述第一透镜组远离光源一侧的主光轴上，用于使所述光束均匀化及并实现光束的整形；以及一第二透镜组，设置在所述积分棒远离所述第一透镜组一侧的主光轴上且与所述积分棒贴合设置，用于放大所述光束的照明视场面积并同时缩小所述光束的孔径角。
本发明提供的光学照明系统通过所述第一透镜组、所述积分棒以及所述第二透镜组的组合，可以获得高均匀度的照明，另外，该光学照明系统还具有结构简单且成本低廉等特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光学照明系统的结构以及光路示意图。
图2为本发明实施例提供的光学照明系统中通过软件模拟所获得的一个的正方形光斑。
图3为本发明实施例提供的光学照明系统中通过软件模拟所获得的一个的正方形光斑的照度图。
主要元件符号说明
光学照明系统 100
光阑 11
第一透镜组 12
第一凸透镜 122
第二凸透镜 124
偏振片 13
积分棒 14
入光口 142
出光口 144
第二透镜组 16
第三凸透镜 162
第四凸透镜 164
第五凸透镜 166
接收面 18
发散角 θ
焦点 f2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
请参阅图1，本发明实施例提供一种光学照明系统100，包括：一光源（图中未标示）、一第一透镜组12、一积分棒14以及一第二透镜组16。
所述光源用于输出一平行光束或一发散角θ小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束。当所述光源输出一平行光束时，所述光束的直径可以根据所述第一透镜组12的大小选择。本发明实施例中，所述光源发出一直径约为25mm，且发散角为±5°的准平行光束。
所述第一透镜组12设置在所述光源输出光束的出射光路上，用于减小所述光束的孔径角大小。本实施例中，所述第一透镜组12用于使所述光束的孔径角减小到27°左右。所述第一透镜组12包括共轴设置的一第一凸透镜122以及一第二凸透镜124，所述第二凸透镜124设置在所述第一凸透镜122远离所述光源的一侧。所述第一凸透镜122到所述光源的距离不限，只要使所述光束能完全照射在所述第一凸透镜122的入光面即可。所述第一凸透镜122以及所述第二凸透镜124的材料、规格以及间距不限，只要使所述光束的孔径角达到一预定的角度即可。所述第二凸透镜124远离所述第一凸透镜122的一侧具有一焦点f2。本实施例中，所述第一凸透镜122的材料为BK7，且所述第一凸透镜122的入光面的曲率半径约为35mm，所述第一凸透镜122的出光面的曲率半径约为158mm，且该第一凸透镜122的中心厚度约为7mm；所述第二凸透镜124的材料为ZF2，且所述第二凸透镜124的入光面的曲率半径约为15.65mm，所述第二凸透镜124的出光面的曲率半径约为29.5mm，且该第二凸透镜124的中心厚度约为5mm；所述第一凸透镜122以及所述第二凸透镜124的间距约为2mm。
所述积分棒14设置在所述第一透镜组12远离光源一侧的主光轴上，该积分棒14用于使光束均匀化并实现光束整形。所述积分棒14的材料及规格不限，可以根据实际需要选择。所述积分棒14沿垂直于其长度方向的横截面的形状可以为正方形，长方形、圆形或其他几何形状。本实施例中，所述积分棒14的材料为铝，且沿垂直于其长度方向的横截面的形状为正方形，该正方形的内径约为8mm×8mm，该正方形的外径约为9mm×9mm。所述积分棒14包括相对设置的一入光口142以及一出光口144。所述入光口142可以设置于所述第二凸透镜124的主光轴上的焦点f2附近。优选地，所述入光口142设置于所述焦点f2远离所述第二凸透镜124一侧的主光轴上，且所述入光口142到所述焦点f2的距离约为0-8mm。更优选的，所述入光口142到所述焦点f2的距离约为5-8mm，从而可以使光束更为均匀化。本实施例中，所述入光口142设置于所述焦点f2远离所述第二凸透镜124一侧的主光轴上，且所述入光口142到所述焦点f2的距离约为7mm。
所述第二透镜组16设置在所述积分棒14远离所述第一透镜组12一侧的主光轴上，用于放大所述光束的照明视场面积并同时缩小所述光束的孔径角。本实施例中，所述第二透镜组16用于使所述光束的孔径角减小到3°左右。所述第二透镜组16到积分棒14的距离不限，可以根据实际需要设置。所述第二透镜组16沿远离所述积分棒14的方向依次设置有一第三凸透镜162、一第四凸透镜164以及一第五凸透镜166。所述第三凸透镜162、所述第四凸透镜164以及所述第五凸透镜166的材料、规格以及间距不限，只要使所述光束的孔径角达到一预定角度即可。本实施例中，所述第三凸透镜162的材料为H-ZK7，该第三凸透镜162的入光面的曲率半径约为28.84mm，所述第三凸透镜162的出光面的曲率半径约为12.27mm，该第三凸透镜162的中心厚度约为15mm，且该第三凸透镜162与所述积分棒14贴合设置；所述第四凸透镜164的材料为H-K9L，该第四凸透镜164的入光面的曲率半径约为38.46mm，该第四凸透镜164的出光面的曲率半径约为28.16mm，该第四凸透镜164的中心厚度约为10mm，且该第四凸透镜164到所述第三凸透镜162的距离约为0.1mm；所述第五凸透镜166的材料为ZF2，且所述第五凸透镜166的入光面的曲率半径约为92.2mm，所述第五凸透镜166的出光面的曲率半径约为66.44mm，且所述第五凸透镜166的中心厚度约为5mm，所述第五凸透镜166以及所述第四凸透镜164的间距约为50mm。
此外，可以在所述第三凸透镜162以及第四凸透镜164之间设置一光阑11，所述光阑11用于将多余的光束挡掉，从而改善光束质量并改变光束的照明视场面积。本发明实施例中，所述光阑11的直径约为24.4mm。
进一步地，可以在整个所述光学照明系统100中任意位置设置一偏振片13，从而使该光学照明系统100在用于液晶显示器上时，可以实现光强可调。本实施例中，将所述偏振片13设置于所述第二透镜组16远离所述第一透镜组12的一侧。
所述光学照明系统100可以进一步包括一接收面18，用于接收所述光束。
请参阅图2-3，图2 为通过软件模拟所述光学照明系统100所获得的一个30×30mm的正方形光斑；图3为通过软件模拟所述光学照明系统100所获得的方形光斑的照度图。从图中可以看出，所述光学照明系统100在整个30×30mm的区域内可以实现高均匀的照明。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (13)

1.一种光学照明系统，其特征在于，包括：
一光源，用于输出一平行光束或一发散角小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束；
一第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述光束的出射光路上，用于使所述光束的孔径角达到27度；
一积分棒，设置在所述第一透镜组远离光源一侧的主光轴上，用于使所述光束均匀化及并实现光束的整形；以及
一第二透镜组，设置在所述积分棒远离所述第一透镜组一侧的主光轴上且与所述积分棒贴合设置，用于放大所述光束的照明视场面积并同时使所述光束的孔径角达到3度。
2.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述第一透镜组包括一第一凸透镜以及一第二凸透镜；所述第二凸透镜设置在所述第一凸透镜远离所述光源的一侧；且所述第二凸透镜远离所述第一凸透镜的一侧具有一焦点。
3.如权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，所述第一凸透镜的材料为BK7，且所述第一凸透镜的入光面的曲率半径为35mm，所述第一凸透镜的出光面的曲率半径为158mm，且该第一凸透镜的中心厚度为7mm；所述第二凸透镜的材料为ZF2，且所述第二凸透镜的入光面的曲率半径为15.65mm，所述第二凸透镜的出光面的曲率半径为29.5mm，且该第二凸透镜的中心厚度为5mm；所述第一凸透镜到所述第二凸透镜的间距为2mm。
4.如权利要求2所述的光学照明系统，其特征在于，所述积分棒包括相对设置的一入光口以及一出光口，所述入光口设置于所述第二凸透镜的主光轴上的焦点附近。
5.如权利要求4所述的光学照明系统，其特征在于，所述入光口到所述焦点的距离为5-8mm。
6.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述积分棒沿垂直于其长度方向的横截面的形状为正方形，长方形或圆形。
7.如权利要求6所述的光学照明系统，其特征在于，所述积分棒且沿垂直于其长度方向的横截面的形状为正方形，该正方形的内径为8mm×8mm，该正方形的外径为9mm×9mm。
8.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述第二透镜组沿远离所述积分棒的方向依次设置有一第三凸透镜、一第四凸透镜以及一第五凸透镜。
9.如权利要求8所述的光学照明系统，其特征在于，所述第三凸透镜162的材料为H-ZK7，该第三凸透镜的入光面的曲率半径为28.84mm，所述第三凸透镜的出光面的曲率半径为12.27mm，该第三凸透镜的中心厚度为15mm，且该第三凸透镜与所述积分棒贴合设置；所述第四凸透镜的材料为H-K9L，该第四凸透镜的入光面的曲率半径为38.46mm，该第四凸透镜的出光面的曲率半径为28.16mm，该第四凸透镜的中心厚度为10mm，且该第四凸透镜到所述第三凸透镜的距离为0.1mm；所述第五凸透镜的材料为ZF2，且所述第五凸透镜的入光面的曲率半径为92.2mm，所述第五凸透镜的出光面的曲率半径为66.44mm，且所述第五凸透镜的中心厚度为5mm，所述第五凸透镜以及所述第四凸透镜的间距为50mm。
10.如权利要求9所述的光学照明系统，其特征在于，所述光学照明系统进一步包括一光阑，所述光阑设置于所述第三凸透镜以及第四凸透镜之间，所述光阑用于将多余的光束挡掉，从而改善光束质量并改变光束的照明视场面积。
11.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述光学照明系统进一步包括偏振片。
12.如权利要求1所述的光学照明系统，其特征在于，所述光学照明系统进一步包括接收面用于接收所述光束，所述接收面设置于所述第二透镜组远离所述积分棒的一侧。
13.一种光学照明系统，其特征在于，包括：
一光源，用于输出一平行光束或一发散角小于等于+10°且大于等于-10°的准平行光束；
一第一透镜组，所述第一透镜组设置在所述光束的出射光路上，用于改变所述光束的孔径角大小；
一积分棒，设置在所述第一透镜组远离光源一侧的主光轴上，用于使所述光束均匀化及并实现光束的整形；以及
一第二透镜组，设置在所述积分棒远离所述第一透镜组一侧的主光轴上且与所述积分棒贴合设置，用于放大所述光束的照明视场面积并同时缩小所述光束的孔径角。
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