專利名稱：一種面光源準(zhǔn)直裝置及光束準(zhǔn)直方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)準(zhǔn)直技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面光源準(zhǔn)直裝置及光束準(zhǔn)直方法。
背景技術(shù)：
平面光源常用在照明、LCD顯示背光源、燈箱等方面，為了廣視角考量，普通平面光源發(fā)光角度很大。近年來，隨著節(jié)能議題和3D顯示的發(fā)展，高準(zhǔn)直平面光源的研究成為了執(zhí)占。除了激光外，一般的光源通常為散射型光源，亦即發(fā)光角度大，不具有準(zhǔn)直出光特性。要達到準(zhǔn)直出光特性，必須要加上一些光學(xué)元件才能控制光線射出方向集中在小角度內(nèi)?，F(xiàn)在常用的面光源準(zhǔn)直手段有3M棱鏡膜，可以使光線一定程度的收斂，收斂角度為70 度左右，起到一定的準(zhǔn)直作用。但是對于準(zhǔn)直要求比較高的光學(xué)系統(tǒng)，這種準(zhǔn)直度是很難符合要求的。也有用點光源加透鏡方式實現(xiàn)準(zhǔn)直面光源的方法，但是由于點光源發(fā)光角度過大，使得雜散和全反射現(xiàn)象過于嚴(yán)重，使得準(zhǔn)直效果較差。為了解決這種問題，有一種方法是使用吸光罩將大角度光線吸收掉，只讓小角度光線進入透鏡，以改善出射光線準(zhǔn)直效果， 但是這種方法使得最后能量利用率太低，大部分光線都被吸光罩吸收掉了。
公開日為2011年6月15日、公開號為CN102095161A的專利文件描述了一種面光源準(zhǔn)直裝置，該裝置包括反射片和依次設(shè)置在該反射片上方的準(zhǔn)直層和校正層。該準(zhǔn)直層的光束收斂部底部覆設(shè)有反射層和小孔，通過反射層和準(zhǔn)直層之間的面光源匯集進入該小孔中而成為點光源。該準(zhǔn)直層將進入該小孔的光線劃分成若干區(qū)域并分別予以匯聚從而避免在準(zhǔn)直層內(nèi)發(fā)生全反射而造成光損。該裝置具有較高的準(zhǔn)直效果和能量利用率。但，該裝置中，發(fā)散面光源設(shè)置在漫反射片與準(zhǔn)直層之間，發(fā)散面光源發(fā)射的光線其一部分直接射向準(zhǔn)直層；一部分射向漫反射片經(jīng)由漫反射片反射后再射向準(zhǔn)直層。 在這個過程中，由于光源發(fā)出的光線是任意角度的，另經(jīng)漫反射片反射的光線也可能任意發(fā)散出去，因而，會造成部分光線損失，影響了能量利用率。另，光線未先形成點光源陣列而直接射向準(zhǔn)直層，再在該準(zhǔn)直層的光束收斂部形成點光源，故該準(zhǔn)直層的光束收斂部需要設(shè)置的相對龐大；而該準(zhǔn)直層的折射準(zhǔn)直部和反射層之間有著結(jié)構(gòu)上的間隙，會再次導(dǎo)致部分光線的損失，影響光束的利用率，也會影響準(zhǔn)直效果。綜上所述，目前面光源準(zhǔn)直裝置的不足之處在于結(jié)構(gòu)有漏洞，其一方面不能充分利用發(fā)散面光源而導(dǎo)致部分光線的損失進而影響了能量利用率；另一方面影響了準(zhǔn)直效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是提供一種面光源準(zhǔn)直裝置及光束準(zhǔn)直方法，該裝置及該方法優(yōu)化了點光源的形成方式，充分利用發(fā)散面光源，提高光束的利用率，進而提高能量利用率；另外，優(yōu)化了該裝置的結(jié)構(gòu)，進一步改善準(zhǔn)直效果。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種面光源準(zhǔn)直裝置，包括反射片與準(zhǔn)直層，所述準(zhǔn)直層包括若干微準(zhǔn)直透鏡，所述微準(zhǔn)直透鏡包括光束收斂部與設(shè)在光束收斂部上的中心準(zhǔn)直部，所述中心準(zhǔn)直部上設(shè)有折射準(zhǔn)直部；所述反射片包括依次設(shè)立的漫反射片與帶小孔發(fā)射片；所述準(zhǔn)直層設(shè)置在帶小孔發(fā)射片上，且該中心準(zhǔn)直部的中心對準(zhǔn)所述小孔；所述光束收斂部外表面設(shè)有反射部，
優(yōu)選地，所述反射部與折射準(zhǔn)直部無縫隙連接。優(yōu)選地，所述中心準(zhǔn)直部為標(biāo)準(zhǔn)透鏡。優(yōu)選地，所述中心準(zhǔn)直部的最大直徑不大于光束收斂部的光束輸出端端部的直徑。優(yōu)選地，所述折射準(zhǔn)直部環(huán)繞中心準(zhǔn)直部周邊或延伸于中心準(zhǔn)直部周邊之外或環(huán)繞中心準(zhǔn)直部周邊且延伸于中心準(zhǔn)直部周邊之外。優(yōu)選地，所述折射準(zhǔn)直部為傾斜旋轉(zhuǎn)透鏡。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的面光源準(zhǔn)直裝置的光束準(zhǔn)直方法，包括如下步驟；
1)點光源陣列接收入射光束，所述一部分入射光束經(jīng)由帶小孔反射片的小孔出射，形成點光源陣列；另一部分經(jīng)漫反射片進行發(fā)散后再經(jīng)由帶小孔反射片的小孔出射，形成點光源陣列；
2)光束收斂所述點光源陣列射向準(zhǔn)直層的光束收斂部形成收斂光束；
3)光束分割與準(zhǔn)直所述收斂光束被分割成若干部分；其中一部分經(jīng)中心準(zhǔn)直部直接準(zhǔn)直成平行光束射出；其他部分射向反射部或折射準(zhǔn)直部；
4)光束合成再準(zhǔn)直所述經(jīng)發(fā)射部再次反射后的光束或射向折射準(zhǔn)直部的光束都經(jīng)折射準(zhǔn)直部折射后與水平方向成小角度射出。優(yōu)選地，步驟2)中所述收斂光束的發(fā)散半角為a，其范圍為Ofa = 42°。優(yōu)選地，步驟3)中所述經(jīng)中心準(zhǔn)直部直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為al，其范圍為 0 ^ al < 20° ；所述經(jīng)折射準(zhǔn)直部折射后與水平方向成小角度射出的光束的發(fā)散半角為 a2，其范圍為20° =a2<29° ；所述射向反射部被再次反射的光束發(fā)散半角為a3，其范圍為 29° < a2 ^ 42°。優(yōu)選地，步驟3)中收斂光束被分割成兩部分，其中，所述經(jīng)中心準(zhǔn)直部直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為a4，其范圍為0 = a4 < 20°所述射向反射部被再次反射的光束發(fā)散半角為a5，其范圍為20° < a2含42°。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果本發(fā)明面光源準(zhǔn)直裝置及光束準(zhǔn)直方法，優(yōu)化了該裝置各元件的結(jié)構(gòu)，也優(yōu)化了該方法。通過該裝置，發(fā)散面光源發(fā)出的光束經(jīng)過多重反射片的反射被充分利用，提高了能量利用率。而被分割為若干部分，一部分經(jīng)中心準(zhǔn)直部直接準(zhǔn)直成平行光束射出，一部分經(jīng)折射準(zhǔn)直部折射后與水平方向成小角度射出，另一部分射向反射部被再次反射后經(jīng)折射準(zhǔn)直部折射與水平方向成小角度射出。這樣不僅充分?jǐn)U大了可利用的光束范圍，也獲得更好地準(zhǔn)直效果和更高的能量利用率。


圖1為本發(fā)明面光源準(zhǔn)直裝置的工作原理圖；圖2為本實施例1的準(zhǔn)直層的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本實施例1的準(zhǔn)直層的工作原理圖； 圖4為本實施例2的準(zhǔn)直層的結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本實施例2的準(zhǔn)直層的工作原理圖； 圖6為本實施例3的準(zhǔn)直層的結(jié)構(gòu)圖； 圖7為本實施例3的準(zhǔn)直層的工作原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1
如圖1和2所示，為本發(fā)明面光源準(zhǔn)直裝置的工作原理圖。該面光源準(zhǔn)直裝置，包括反射片與準(zhǔn)直層。該反射片包括依次設(shè)立的漫反射片21與帶小孔23發(fā)射片22 ；漫反射片21 與帶小孔發(fā)射片22之間設(shè)置有發(fā)散面光源5。由發(fā)散面光源5發(fā)出的光線經(jīng)過帶小孔反射片22之后，一部分光線由小孔23出射，形成點光源陣列；另外部分的光線經(jīng)過帶小孔反射片22反射回漫反射片21，經(jīng)過漫反射之后，光線重新經(jīng)過帶小孔反射片22并由小孔2出射形成點光源，從而使得經(jīng)過帶小孔反射片22反射的光線經(jīng)過漫反射之后重新被利用。綜上所述，由發(fā)散面光源5發(fā)出的光線經(jīng)過反復(fù)利用之后，最終大部分光線形成點光源陣列。而該點光源陣列射向準(zhǔn)直層。具體地，該準(zhǔn)直層設(shè)置在帶小孔發(fā)射片22上，且該準(zhǔn)直層采用PC材料或PMMA材料。該準(zhǔn)直層包括若干微準(zhǔn)直透鏡，該微準(zhǔn)直透鏡陣列疊放于發(fā)散面光源5之上，則所有光束經(jīng)過準(zhǔn)直陣列之后變成準(zhǔn)直光出射，從而形成準(zhǔn)直面光源。該微準(zhǔn)直透鏡1包括光束收斂部11與設(shè)在光束收斂部11上的中心準(zhǔn)直部12。中心準(zhǔn)直部12周邊設(shè)有折射準(zhǔn)直部 13，且該中心準(zhǔn)直部12的中心對準(zhǔn)小孔23。光束收斂部11外表面設(shè)有反射部14，且反射部14與折射準(zhǔn)直部13無縫隙連接。另，該中心準(zhǔn)直部12為標(biāo)準(zhǔn)透鏡。該折射準(zhǔn)直部14為傾斜旋轉(zhuǎn)透鏡。該中心準(zhǔn)直部12的最大直徑小于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且，該折射準(zhǔn)直部14環(huán)繞中心準(zhǔn)直部12周邊。該面光源準(zhǔn)直裝置的光束準(zhǔn)直方法，包括如下步驟；
1)點光源陣列接收入射光束，所述一部分入射光束經(jīng)由帶小孔23反射片22的小孔 23出射，形成點光源陣列；另一部分經(jīng)漫反射片21進行發(fā)散后再經(jīng)由帶小孔23反射片22 出射，形成點光源陣列；
2)光束收斂所述點光源陣列射向準(zhǔn)直層的光束收斂部(11)形成收斂光束；該收斂光束的發(fā)散半角為a，其范圍為0 = a = 42° ；
3)光束分割與準(zhǔn)直所述收斂光束被分割成三部分；其中之一部分經(jīng)中心準(zhǔn)直部12 直接準(zhǔn)直成平行光束射出，經(jīng)中心準(zhǔn)直部12直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為al，其范圍為 O^aK 20° ；第二部分射向折射準(zhǔn)直部14，其發(fā)散半角為a2，其范圍為20° = a2 < 29° ； 第三部分射向反射部13被再次反射；其發(fā)散半角為a3，其范圍為四° <a2f42° ；
4)光束合成再準(zhǔn)直所述被反射部13再次反射后的光束或射向折射準(zhǔn)直部14的光束都經(jīng)折射準(zhǔn)直部14折射后與水平方向成小角度射出。如圖3所示，0到20度之間的光線經(jīng)過中心準(zhǔn)直部12會聚，準(zhǔn)直出射；20到四度之間的光線經(jīng)過折射準(zhǔn)直部14折射，以與水平方向成小角度出射；四到42度之間的光線經(jīng)過反射部13反射之后，再經(jīng)過折射準(zhǔn)直部14折射，以與水平方向成小角度出射。實施例2
本實施例除如下特征外，其他均與實施例1相同如圖4和5所示，在該裝置中，該中心準(zhǔn)直部12的最大直徑等于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且，該折射準(zhǔn)直部14 延伸于中心準(zhǔn)直部12周邊之外。在該方法中，步驟3)中收斂光束被分割成兩部分，其中一部分經(jīng)中心準(zhǔn)直部12直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為a4，其范圍為0 = a4 < 20° ；另一部分被反射部13再次反射的光束發(fā)散半角為a5，其范圍為20° <a2含42°。實施例3
本實施例除如下特征外，其他均與實施例1相同如圖6和7所示，該中心準(zhǔn)直部12的最大直徑小于光束收斂部11的光束輸出端端部的直徑。且，該折射準(zhǔn)直部14環(huán)繞中心準(zhǔn)直部12周邊且延伸于中心準(zhǔn)直部12周邊之外；故該折射準(zhǔn)直部14分為兩部分其一，該折射準(zhǔn)直部141環(huán)繞中心準(zhǔn)直部12周邊；其作用是將點光源直接發(fā)出的部分角度光線進行折射準(zhǔn)直。其二，該折射準(zhǔn)直部142延伸于中心準(zhǔn)直部12周邊之外，其作用是將點光源發(fā)出的大角度光束經(jīng)過反射面反射之后再進行折射準(zhǔn)直。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種面光源準(zhǔn)直裝置，包括反射片與準(zhǔn)直層，所述準(zhǔn)直層包括若干微準(zhǔn)直透鏡，所述微準(zhǔn)直透鏡包括光束收斂部(11)與設(shè)在光束收斂部(11)上的中心準(zhǔn)直部(12)，所述中心準(zhǔn)直部(12)上設(shè)有折射準(zhǔn)直部(13)；其特征在于所述反射片包括依次設(shè)立的漫反射片 (21)與帶小孔(23)發(fā)射片(22);所述準(zhǔn)直層設(shè)置在帶小孔發(fā)射片(22)上，且所述中心準(zhǔn)直部(12)的中心對準(zhǔn)所述小孔(23)；所述光束收斂部(11)外表面設(shè)有反射部(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面光源準(zhǔn)直裝置，其特征在于所述反射部(13)與折射準(zhǔn)直部(14)無縫隙連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面光源準(zhǔn)直裝置，其特征在于所述折射準(zhǔn)直部(14)環(huán)繞中心準(zhǔn)直部(12)周邊或延伸于中心準(zhǔn)直部(12)周邊之外或環(huán)繞中心準(zhǔn)直部(12)周邊且延伸于中心準(zhǔn)直部(12)周邊之外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面光源準(zhǔn)直裝置，其特征在于所述中心準(zhǔn)直部(12)的最大直徑不大于光束收斂部(11)的光束輸出端端部的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的面光源準(zhǔn)直裝置，其特征在于所述中心準(zhǔn)直部 (12)為標(biāo)準(zhǔn)透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的面光源準(zhǔn)直裝置，其特征在于所述折射準(zhǔn)直部(14)為傾斜旋轉(zhuǎn)透鏡。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的面光源準(zhǔn)直裝置的光束準(zhǔn)直方法，其特征在于包括如下步驟；1)點光源陣列接收入射光束，所述一部分入射光束經(jīng)由帶小孔(23)反射片(22)的小孔(23)出射，形成點光源陣列；另一部分經(jīng)漫反射片(21)進行發(fā)散后再經(jīng)由帶小孔(23)反射片(22)出射，形成點光源陣列；2)光束收斂所述點光源陣列射向準(zhǔn)直層的光束收斂部(11)形成收斂光束；3)光束分割與準(zhǔn)直所述收斂光束被分割成若干部分；其中一部分經(jīng)中心準(zhǔn)直部(12) 直接準(zhǔn)直成平行光束射出；其他部分射向反射部(13)或折射準(zhǔn)直部(14)；4)光束合成再準(zhǔn)直所述經(jīng)發(fā)射部(13)再次反射后的光束或射向折射準(zhǔn)直部(14)的光束都經(jīng)折射準(zhǔn)直部(14)折射后與水平方向成小角度射出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束準(zhǔn)直方法，其特征在于步驟2)中所述收斂光束的發(fā)散半角為a，其范圍為0含a含42°。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束準(zhǔn)直方法，其特征在于步驟3)中收斂光束被分割成三部分，其中，經(jīng)中心準(zhǔn)直部(12)直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為al，其范圍為0 = al < 20° ； 所述經(jīng)折射準(zhǔn)直部(14)折射后與水平方向成小角度射出的光束的發(fā)散半角為a2，其范圍為20° =a2<29° ；所述射向反射部(13)被再次反射的光束發(fā)散半角為a3，其范圍為 29° < a2 芻 42°。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束準(zhǔn)直方法，其特征在于步驟3)中收斂光束被分割成兩部分，其中，所述經(jīng)中心準(zhǔn)直部(12)直接準(zhǔn)直的光束的發(fā)散半角為a4，其范圍為0 S a4 < 20°所述射向反射部(13)被再次反射的光束發(fā)散半角為a5，其范圍為20° < a2 = 42°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面光源準(zhǔn)直裝置及光束準(zhǔn)直方法，該裝置包括反射片與準(zhǔn)直層，所述準(zhǔn)直層包括若干微準(zhǔn)直透鏡，所述微準(zhǔn)直透鏡包括光束收斂部與設(shè)在光束收斂部上的中心準(zhǔn)直部，所述中心準(zhǔn)直部周邊設(shè)有折射準(zhǔn)直部；所述反射片包括依次設(shè)立的漫反射片與帶小孔發(fā)射片；所述準(zhǔn)直層設(shè)置在帶小孔發(fā)射片上，且該中心準(zhǔn)直部的中心對準(zhǔn)所述小孔；所述光束收斂部外表面設(shè)有反射部，且所述反射部與折射準(zhǔn)直部無縫隙連接。該裝置及該方法優(yōu)化了點光源的形成方式，充分利用發(fā)散面光源，提高光束的利用率，進而提高能量利用率；另外，優(yōu)化了該裝置的結(jié)構(gòu)，進一步改善準(zhǔn)直效果。
文檔編號F21V7/00GK102313246SQ201110260299
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者丁家磊, 孫婷, 黃永峰 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司