專利名稱：準(zhǔn)直透鏡、準(zhǔn)直系統(tǒng)以及使用準(zhǔn)直系統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將由光源發(fā)出的光強(qiáng)較大的光以一定角度高效地聚集在投影光學(xué)系統(tǒng)上的準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)，以及使用該準(zhǔn)直系統(tǒng)的投影式圖像顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
參見圖1，一個(gè)常規(guī)的發(fā)光二極管(LED)包括作為光發(fā)射器的芯片100；小片103，小片103支撐芯片100并且具有反射表面103a，反射表面103a反射和會(huì)聚來自于光源的廣泛發(fā)散的光；以及圓拱形部分105，圓拱形部分105進(jìn)一步聚集由反射表面103a反射的光。
小片103和圓拱形部分105構(gòu)成了投影式圖像顯示設(shè)備的第一光學(xué)系統(tǒng)，該第一光學(xué)系統(tǒng)通過使光聚集在該投影式光學(xué)系統(tǒng)的入射光瞳(未示出)中來提高光效率。但是，由于光以大的發(fā)散角從芯片100發(fā)出，因此盡管從芯片100發(fā)出的光被第一光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚，但是光不能完全聚集在該投影式光學(xué)系統(tǒng)。
存在幾種類型的LED吸收基質(zhì)(AS)式LED、透明基質(zhì)(TS)式LED以及大功率LED、截頂?shù)牡怪玫睦忮F(TIP)式LED等。在這些LED中，由于TIP式LED的光效率較高，因此通常用作投影式圖像顯示設(shè)備的光源。圖2中示出了在TIP式LED中的相對(duì)于發(fā)射角變化的光強(qiáng)分布。如圖2中所示，TIP式LED的發(fā)射角上限約為120度并且以大約±38度的角度發(fā)出的光的光強(qiáng)最大。在圖2中，實(shí)線表示光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)上限，虛線表示光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)下限。由于TIP式LED的反射角的范圍太大，因此僅利用第一光學(xué)系統(tǒng)不能獲得高的聚集效率。
因此，如圖1中所示，提供第二光學(xué)系統(tǒng)108以使來自于第一光學(xué)系統(tǒng)的光進(jìn)一步聚集。通常，諸如圖3A中所示的雙凸面的透鏡、圖3B中所示的平凹的透鏡、圖3C中所示的雙凸面的透鏡以及圖3D中所示的平凹的透鏡的準(zhǔn)直透鏡已經(jīng)用作第二光學(xué)系統(tǒng)。
例如，當(dāng)雙凸面的透鏡用作第二光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，光以下列方式被聚集。參見圖4A，當(dāng)光束在位置P1處被準(zhǔn)直時(shí)，光束在位置P2處朝向光軸充分折射。相反，當(dāng)光束在位置P2處被準(zhǔn)直時(shí)，如圖4B中所示，光束在位置P1處輕微地折射和發(fā)散。如上所述，光在雙凸面透鏡108的光瞳邊界處充分折射，而光在雙凸面透鏡108的光瞳中心附近輕微折射。由于在雙凸面透鏡108內(nèi)的折射能力的差異，因此在這樣的常規(guī)準(zhǔn)直透鏡結(jié)構(gòu)中不能使入射光準(zhǔn)直和完全聚集在光瞳中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)，該準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)可有效地聚集從具有一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角的光源發(fā)出的光，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光的光強(qiáng)分布大于以其他各個(gè)發(fā)射角發(fā)出的光的光強(qiáng)分布，本發(fā)明還提供一種使用該準(zhǔn)直系統(tǒng)的設(shè)備。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)直透鏡，該準(zhǔn)直透鏡可有效地聚集從具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角的光源發(fā)出的光，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布，所述準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與所述光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源，所述光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與所述光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面。
在所述準(zhǔn)直系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)所述至少一個(gè)棱鏡部分以滿足下列關(guān)系tanαn=sinΩnn2-sin2Ωn-1]]>其中，αn表示棱鏡部分的棱鏡角，Ωn表示光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，以及n是準(zhǔn)直透鏡的折射率。
在所述準(zhǔn)直系統(tǒng)中，所述至少一個(gè)棱鏡部分同心地形成在所述準(zhǔn)直透鏡中。
根據(jù)本發(fā)明，所述準(zhǔn)直透鏡是具有連續(xù)的發(fā)射表面的多角形透鏡。光源是發(fā)光二極管或者激光二極管。光源具有一種陣列結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源，所述光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及折射光學(xué)元件，所述折射光學(xué)元件包括至少一個(gè)局部區(qū)域，所述局部區(qū)域具有與所述優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的光柵間距。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種圖像顯示設(shè)備，所述圖像顯示設(shè)備包括多個(gè)光源，每一個(gè)光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；多個(gè)準(zhǔn)直透鏡，每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與相應(yīng)的光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面；以及光組合單元，所述光組合單元根據(jù)入射光的波長(zhǎng)傳輸或者反射來自于每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡的平行入射光以沿著一個(gè)光學(xué)路徑發(fā)射光；顯示單元，所述顯示單元根據(jù)輸入圖像信號(hào)處理從所述光組合單元入射的光以形成圖像；以及投影透鏡單元，所述投影透鏡單元對(duì)由所述顯示單元形成的圖像放大并且將其投射到屏幕上。


從下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述中可以明顯地看出本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1示出了一種常規(guī)的準(zhǔn)直系統(tǒng)；圖2是表示在發(fā)光二極管中光強(qiáng)分布相對(duì)于發(fā)射角的變化的圖表；圖3A至圖3D示出了用于一種常規(guī)準(zhǔn)直系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡的各種實(shí)施例；圖4A和圖4B示出了一種常規(guī)準(zhǔn)直系統(tǒng)的操作；圖5示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)；圖6是本發(fā)明所涉及的用于圖5中所示準(zhǔn)直系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡的詳細(xì)視圖；圖7是表示在本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)中所用的發(fā)光二極管中光強(qiáng)分布相對(duì)于發(fā)射角的變化的圖表；圖8A、圖8B和圖9示出了本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)中所用的準(zhǔn)直透鏡的各個(gè)實(shí)施例；圖10示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)；以及圖11示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所涉及的投影式圖像顯示設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
參見圖5，本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例包括具有方向性的光源1和準(zhǔn)直透鏡18，準(zhǔn)直透鏡18具有棱鏡部分，棱鏡部分用于使從光源1發(fā)出的光準(zhǔn)直。光源1具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)反射角Ωn，所述光源1以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn發(fā)出的光的光強(qiáng)分布大于以其他各個(gè)發(fā)射角發(fā)出的光的光強(qiáng)分布。例如，作為發(fā)光二極管(LED)的光源1可包括發(fā)光的芯片10、支撐芯片10的小片13以及圓拱形部分15，圓拱形部分15具有能夠聚集由芯片10反出的發(fā)散光的彎曲表面。
本發(fā)明的一個(gè)特征是在準(zhǔn)直透鏡18中的棱鏡部分20，棱鏡部分20能夠聚集從光源1以優(yōu)勢(shì)反射角Ωn發(fā)射的入射光。為了建立棱鏡部分20的設(shè)計(jì)條件，在圖6中對(duì)棱鏡部分20進(jìn)行放大。棱鏡部分20包括光入射表面22和光射出表面24。棱鏡部分20的光入射表面22可與準(zhǔn)直透鏡18的光入射表面相同。使光源1發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布的優(yōu)勢(shì)反射角Ωn與光入射準(zhǔn)直透鏡18的角度相對(duì)應(yīng)。
在圖6中，l1表示進(jìn)入入射表面22的光，l2表示在棱鏡部分20中的折射光，以及l(fā)3表示通過射出表面24的光。C表示準(zhǔn)直系統(tǒng)的光學(xué)軸線，C′表示相對(duì)于光學(xué)軸線C的平行線，P1表示相對(duì)于入射表面22的法線，以及P11表示相對(duì)于射出表面24的法線。角β表示光相對(duì)于入射表面22的折射角，角γ表示光進(jìn)入射出表面24的角度，以及角度δ表示光相對(duì)于射出表面24的折射角。另外，角αn表示棱鏡部分20的棱鏡角，角αn與優(yōu)勢(shì)反射角Ωn相對(duì)應(yīng)并且滿足αn＝(β+γ)的關(guān)系。用n表示棱鏡部分20的折射率，根據(jù)斯涅爾定律建立下列關(guān)系。
nsinβ＝sinΩn公式(1)nsinγ＝sinδ以優(yōu)勢(shì)反射角Ωn入射到棱鏡部分20上的光l1平行于光學(xué)軸線發(fā)射的棱鏡角αn以下列方式根據(jù)等式(1)來確定。為了通過棱鏡部分20發(fā)射平行光，應(yīng)該滿足δ＝αn的關(guān)系。通過棱鏡部分20發(fā)射平行光的要求概括如下。
αn＝β+γ公式(2)αn＝δ可利用上述等式(1)和(2)推導(dǎo)出下列等式(3)
sinδ＝nsinγ＝nsin(αn-β)公式(3)＝nsinαncosβ-ncosαnsinβ利用(1-sin2β)1/2代替等式(3)中的cosβ并且利用等式(1)和(2)，可使等式(3)變換如下。sinδ=sinαnn2(1-sin2β)-ncosαnsinβ]]>等式(4)=sinαnn2-sin2Ωn-sinΩncosαn]]>根據(jù)δ＝αn的關(guān)系，利用αn代替δ可使等式(4)變換如下。sinαn=sinαnn2-sin2Ωn-sinΩncosαn]]>等式(5)通過使等式(5)的兩邊都除以cosαn可獲得等式(6)。tanαn=tanαnn2-sin2Ωn-sinΩn]]>等式(6)對(duì)于棱鏡角αn，對(duì)等式(6)進(jìn)行變換可獲得等式(7)。tanαn=sinΩnn2-sin2Ωn-1]]>等式(7)可利用上述等式(7)計(jì)算入射到具有折射率n的棱鏡部分20上的光平行于光學(xué)軸線C發(fā)射的棱鏡角αn。
當(dāng)光源具有至少一個(gè)能夠發(fā)射較大光強(qiáng)的光的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角時(shí)，具有棱鏡部分20的準(zhǔn)直透鏡18是有效的。作為一個(gè)示例，圖7中示出了以各個(gè)發(fā)射角在一個(gè)LED芯片中的光強(qiáng)分布。LED芯片以10度和38度的發(fā)射角發(fā)出的光具有最大的光強(qiáng)分布。在圖7中，利用虛線相互連接的點(diǎn)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且實(shí)線是例如利用Sovitzky-Golay方法使試驗(yàn)數(shù)據(jù)平滑的結(jié)果。因此，光強(qiáng)在發(fā)射角為10度和38度時(shí)最大。根據(jù)本發(fā)明，假設(shè)光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角是大約10度和38度，確定可使以這些角度入射到棱鏡部分上光準(zhǔn)直的棱鏡角αn。
如果利用10度和38度代替優(yōu)勢(shì)反射角Ωn來對(duì)等式(7)求解，那么棱鏡角αn分別為19.7度和59.5度。因此，用于接收以10度的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角入射到棱鏡部分上的光L1的在第一區(qū)域D1中的棱鏡角α1被確定為19.7度，用于接收以10度的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角入射到棱鏡部分上的光L1的在第二區(qū)域D2中的棱鏡角α2被確定為59.5度。如上所述，通過在棱鏡部分中使從光源以優(yōu)勢(shì)反射角Ωn發(fā)出的光入射的區(qū)域中限定棱鏡角αn，可大大地提高準(zhǔn)直系統(tǒng)的聚光效率。
盡管在上面參照?qǐng)D8A描述的實(shí)施例中，在準(zhǔn)直透鏡18的每一個(gè)區(qū)域中僅形成一個(gè)棱鏡部分20，但是如圖8B中所示，在準(zhǔn)直透鏡18的每一個(gè)區(qū)域中可形成多個(gè)棱鏡部分。在這種情況下，最好在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的棱鏡部分具有相同的棱鏡角αn。最好同心地形成多個(gè)棱鏡部分。因此，可有效地聚集以優(yōu)勢(shì)發(fā)射角從光源發(fā)出的發(fā)散光。
或者，如圖9中所示，準(zhǔn)直透鏡18可被制成多角形透鏡，其中棱鏡部分的第一區(qū)域D1和第二區(qū)域D2具有連續(xù)的射出表面22′。在這種情況下，由于射出表面22′的連續(xù)性，因此從準(zhǔn)直透鏡18發(fā)射的光不可能在第一區(qū)域D1和第二區(qū)域D2之間的邊界處沿著不同的方向發(fā)散。
圖10示出了本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。參見圖10，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源1，所述光源1具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及折射光學(xué)元件28，所述折射光學(xué)元件28使以優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn入射到其上的光準(zhǔn)直。在圖10中，利用與圖5中的相同的附圖標(biāo)記表示的元件與圖5中的那些元件相同。光源1在至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn處具有發(fā)出較大的光強(qiáng)的光的方向性。折射光學(xué)元件28被設(shè)計(jì)以在使從光源10以優(yōu)勢(shì)反射角Ωn發(fā)出的光入射的區(qū)域中具有由下列等式(8)限定的光柵間距dndn=mλsinΩn]]>等式(8)其中m是自然數(shù)并且λ是入射光的波長(zhǎng)。例如，當(dāng)入射光的波長(zhǎng)λ為530納米，并且光源10的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn為10度和38度時(shí)，折射光學(xué)元件28具有從光源10發(fā)出的光以10度的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角入射的第一區(qū)域D1′和從光源10發(fā)出的光以28度的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角入射的第二區(qū)域D2′。第一區(qū)域D1′被設(shè)計(jì)為具有3微米的光柵間距d1，第二區(qū)域D2′被設(shè)計(jì)為具有0.86微米的光柵間距d2。以這樣的方式，利用包括多個(gè)局部區(qū)域的折射光學(xué)元件28使準(zhǔn)直系統(tǒng)的聚光效率可被提高，每一個(gè)局部區(qū)域具有用于接收以優(yōu)勢(shì)發(fā)射角從光源10發(fā)出的光的光柵間距。
下面將參照?qǐng)D11對(duì)利用本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)的圖像顯示設(shè)備進(jìn)行描述。參見圖11，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的投影式圖像顯示設(shè)備包括發(fā)射波長(zhǎng)不同的光的第一、第二和第三光源30R、30G和30B；多個(gè)分別使來自于第一、第二和第三光源30R、30G和30B的入射光準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡33；使來自于多個(gè)準(zhǔn)直透鏡33的光組合以沿著一個(gè)光學(xué)路徑發(fā)光的光組合單元35；顯示單元45，所述顯示單元45根據(jù)輸入圖像信號(hào)處理從所述光組合單元35入射的光以形成圖像30；以及投影透鏡單元48，所述投影透鏡單元48對(duì)由所述顯示單元45形成的圖像放大并且將其投射到屏幕50上。
特別是，第一、第二和第三光源30R、30G和30B發(fā)出不同波長(zhǎng)的光。例如，第一光源30R可發(fā)出紅光，第二光源30G可發(fā)出綠光，以及第三光源30B可發(fā)出藍(lán)光。最好以至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn(見圖5)發(fā)光的光源可用作第一、第二和第三光源30R、30G和30B中的每一個(gè)，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn發(fā)出的光的光強(qiáng)分布大于以其他各個(gè)發(fā)射角發(fā)出的光的光強(qiáng)分布。例如，激光二極管或者發(fā)光二極管(LED)可用作第一、第二和第三光源30R、30G和30B中的每一個(gè)?；蛘?，多個(gè)這樣的光源以一種陣列設(shè)置以提供一個(gè)圖像顯示設(shè)備所需的光量。
如圖6中所示，每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡33包括棱鏡部分20，棱鏡部分20具有與至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn相對(duì)應(yīng)的棱鏡角αn。從第一、第二和第三光源30R、30G和30B中的每一個(gè)以優(yōu)勢(shì)發(fā)射角Ωn發(fā)出被準(zhǔn)直，同時(shí)通過每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡33的棱鏡部分20并且向著光組合單元35前進(jìn)。
根據(jù)波長(zhǎng)使以不同的方向發(fā)出的三種顏色R、G和B的光選擇地傳輸或者從光組合單元35反射并且沿著相同的方向傳播。例如，光組合單元35可是一種分色鏡、一種X棱鏡或者X折射光學(xué)元件。
在象素與象素的基底上根據(jù)輸入圖像信號(hào)使入射在顯示單元45上的光束受到通斷控制并且輸送到投影透鏡單元48。顯示單元45例如可是能夠根據(jù)圖像信號(hào)利用微鏡的通斷切換操作顯示彩色圖像的移動(dòng)式鏡裝置或者能夠利用偏振入射光束顯示彩色圖像的液晶顯示器(LCD)。
均光器40還設(shè)置在光組合單元35和顯示單元45之間的光學(xué)路徑上以使光束強(qiáng)度均勻。均光器40例如可是積分桿或者蠅眼透鏡。圖像顯示設(shè)備還可包括使由光組合單元35發(fā)出的光束朝向均光器40會(huì)聚的第一中繼透鏡38和使由均光器40發(fā)出的光束朝向顯示單元45會(huì)聚的第二中繼透鏡42。
由每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡33準(zhǔn)直的光和在光組合單元35上入射光被結(jié)合以沿著一個(gè)光學(xué)路徑傳播并且經(jīng)第一中繼透鏡38、均光器40和第二中繼透鏡42以均勻的光強(qiáng)分布進(jìn)入顯示單元45。在顯示單元45中，根據(jù)圖像信號(hào)通過在象素與象素的基底上進(jìn)行通斷切換形成彩色圖像。利用投影透鏡單元48使所形成的彩色圖像被放大并且被投射到屏幕50上。
如上所述，本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)通過其棱鏡部分使從光源以優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光被準(zhǔn)直，所述棱鏡部分的棱鏡角被設(shè)計(jì)成與光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的形式，從而可提高聚光效率。該準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)適于提高聚光效率，特別是當(dāng)光源發(fā)出廣泛發(fā)散的光時(shí)。
當(dāng)本發(fā)明所涉及的準(zhǔn)直系統(tǒng)用于投影式圖像顯示設(shè)備時(shí)，使從光源發(fā)出的廣泛發(fā)散的光被高效地聚集并且被傳輸?shù)揭粋€(gè)投影光學(xué)系統(tǒng)，從而可降低功率消耗。另外，在常規(guī)彩色圖像顯示設(shè)備中，通常用作光源的放電管可被LED代替，從而可獲得能夠被立即點(diǎn)亮并且長(zhǎng)時(shí)間使用的高質(zhì)量彩色圖像顯示設(shè)備。
盡管上面參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特別的描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離由下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上可對(duì)其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源，所述光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與所述光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面。
2.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)計(jì)所述至少一個(gè)棱鏡部分以滿足下列關(guān)系tanαn=sinΩnn2-sin2Ωn-1]]>其中，αn表示棱鏡部分的棱鏡角，Ωn表示光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，以及n是準(zhǔn)直透鏡的折射率。
3.如權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)棱鏡部分同心地形成在所述準(zhǔn)直透鏡中。
4.如權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是發(fā)光二極管或者激光二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，所述光源具有一種陣列結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡是具有連續(xù)的發(fā)射表面的多角形透鏡。
7.一種準(zhǔn)直系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源，所述光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及折射光學(xué)元件，所述折射光學(xué)元件包括至少一個(gè)局部區(qū)域，所述局部區(qū)域具有與所述優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的光柵間距。
8.如權(quán)利要求7所述的準(zhǔn)直系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是發(fā)光二極管或者激光二極管。
9.一種圖像顯示設(shè)備，所述圖像顯示設(shè)備包括多個(gè)光源，每一個(gè)光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；多個(gè)準(zhǔn)直透鏡，每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與相應(yīng)的光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面；光組合單元，所述光組合單元根據(jù)入射光的波長(zhǎng)傳輸或者反射來自于每一個(gè)準(zhǔn)直透鏡的平行入射光以沿著一個(gè)光學(xué)路徑發(fā)射光；顯示單元，所述顯示單元根據(jù)輸入圖像信號(hào)處理從所述光組合單元入射的光以形成圖像；以及投影透鏡單元，所述投影透鏡單元對(duì)由所述顯示單元形成的圖像放大并且將其投射到屏幕上。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，設(shè)計(jì)所述至少一個(gè)棱鏡部分以滿足下列關(guān)系tanαn=sinΩnn2-sin2Ωn-1]]>其中，αn表示棱鏡部分的棱鏡角，Ωn表示光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，以及n是準(zhǔn)直透鏡的折射率。
11.如權(quán)利要求10所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)棱鏡部分同心地形成在所述準(zhǔn)直透鏡中。
12.如權(quán)利要求11所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述光源是發(fā)光二極管或者激光二極管。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述光源具有一種陣列結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求10所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡是具有連續(xù)的發(fā)射表面的多角形透鏡。
15.如權(quán)利要求10所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述光組合單元35可是一種分色鏡、一種X棱鏡或者X折射光學(xué)元件。
16.如權(quán)利要求15所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述圖像顯示設(shè)備還包括在所述光組合單元和所述顯示單元之間的光學(xué)路徑上以使光束強(qiáng)度均勻的均光器。
17.如權(quán)利要求9所述的圖像顯示設(shè)備，其特征在于，所述光組合單元35可是一種分色鏡、一種X棱鏡或者X折射光學(xué)元件。
18.一種準(zhǔn)直透鏡，該準(zhǔn)直透鏡可有效地聚集從具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角的光源發(fā)出的光，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布，所述準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與所述光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面。
19.如權(quán)利要求18所述的準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，設(shè)計(jì)所述至少一個(gè)棱鏡部分以滿足下列關(guān)系tanαn=sinΩnn2-sin2Ωn-1]]>其中，αn表示棱鏡部分的棱鏡角，Ωn表示光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，以及n是準(zhǔn)直透鏡的折射率。
20.如權(quán)利要求19所述的準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，所述至少一個(gè)棱鏡部分同心地形成在所述準(zhǔn)直透鏡中。
21.如權(quán)利要求19所述的準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡是具有連續(xù)的發(fā)射表面的多角形透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)以及使用該準(zhǔn)直系統(tǒng)的設(shè)備，該準(zhǔn)直透鏡和準(zhǔn)直系統(tǒng)可有效地聚集從具有方向性的光源發(fā)出的光。所述準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光源，所述光源具有至少一個(gè)優(yōu)勢(shì)發(fā)射角，所述光源以該優(yōu)勢(shì)發(fā)射角發(fā)出的光具有較大的光強(qiáng)分布；以及準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡包括至少一個(gè)棱鏡部分，所述棱鏡部分具有一個(gè)與所述光源的優(yōu)勢(shì)發(fā)射角相對(duì)應(yīng)的棱鏡角傾斜的發(fā)射表面。
文檔編號(hào)G03B21/14GK1435710SQ0216042
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者黃主性 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社