CN101566306A - 聚焦透镜及照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚焦透镜及采用该聚焦透镜的照明装置，该聚焦透镜是通过在现有反射式聚光透镜的光出射端面设置数个棱镜，使得从反射式聚光透镜出射的圆形光斑被压缩成矩形光斑，该照明装置输出准直性好的矩形光斑，用来匹配照明投影***中的矩形成像液晶面板，照明光基本被全部利用，避免了照明光束的边缘部分损失。应用所述照明装置的液晶投影***的图像显示亮度得到了提高。

Description

聚焦透镜及照明装置

技术领域

本发明涉及一种聚焦透镜及使用该聚焦透镜进行聚光整形的照明装置，该照明装置可应用于投影***中。

背景技术

LED在液晶投影机中做为照明光源的应用目前非常广泛，将LED作为照明光源还必须配合使用聚焦元件以提高光效，用于LED光源的聚焦元件主要为含抛物面的反光碗或者反射式聚光透镜，该反光碗或者反射式聚光透镜的光出射端面一般为圆形，即从它们出射的光斑为圆形光斑，而液晶投影机中的成像液晶面板为方形(包括矩形)，显示图像的屏幕也为方形，显然光源组件发出的圆形光斑不能全部运用于照明液晶面板，圆形光斑的边缘光将会损失掉，即照明光源的光利用率较低，而且圆形光斑照明方形液晶面板容易产生的缺陷是：屏幕上显示的图像的边角有暗区，这影响了投影显示质量。

解决上述问题的现有方法是将反射式聚光透镜的光出射端面也设计成方形，但这相比于传统的曲面反射式聚光透镜，其形状将变得非常不规则，这种设计方案显然增大了光学设计难度，且生气其的模具也变得复杂，提高了成本。

发明内容

本发明的目的即是为了克服上述所有缺陷，提供一种聚焦透镜和采用该聚焦透镜的照明装置，该聚焦透镜是在现有反射式聚光透镜的结构基础上增加使用数个棱镜，结构较简单，该照明装置输出准直性好的方形光斑，且能满足成像液晶面板对照明光小角度入射的要求，采用该照明装置的液晶投影***的光利用率很高，有效改善了投影显示质量。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种聚焦透镜，包括反射式聚光透镜，该反射式聚光透镜的光出射端周边分布有将从反射式聚光透镜出射的光斑压缩成矩形光斑的数个棱镜。

在上述结构基础上，其中：

所述棱镜数目至少为四个。

所述棱镜数目为四个，且两个一组对称分布在反射式聚光透镜的光出射端两侧。

所述棱镜的横截面为平行四边形，每一组中的两个棱镜相邻且组合成“V”型。

所述反射式聚光透镜的光出射端面为圆形，或者所述反射式聚光透镜的光出射端面为由弧线和直线构成、或全部由弧线构成的封闭式四边形。

所述矩形光斑的长宽比为4∶3或16∶9。

所述反射式聚光透镜为二次曲面反射式聚光透镜。

所述反射式聚光透镜的光出射端中心部位有凸起形成局部聚焦镜。

所述棱镜的光出射端端面为斜面或曲面。

所述棱镜胶合在反射式聚光透镜的光出射端面上，或者通过使用一个外包壳体将所述反射式聚光透镜和棱镜包裹在一起，以使所述棱镜固定在反射式聚光透镜的光出射端面上。

本发明同时提供的照明装置采用的技术方案为：

一种照明装置，包括LED光源，还包括用来对该LED光源进行聚光整形的以上所述聚焦透镜。

其中，在聚焦透镜的底部开设有凹孔，所述LED光源安装在该凹孔内。

所述凹孔的位于聚焦透镜内部的一端的端面为曲面。

采用本发明的技术方案，产生的有益效果为：

该聚焦透镜对光源聚光效果好，照明装置输出准直性很好的矩形光斑，用来匹配照明投影***中的矩形液晶面板，聚焦透镜对光束的压缩效果满足液晶面板对照明光束小角度入射的要求。

最主要的，该照明装置用于液晶投影***中时，其输出的矩形光束可基本上被液晶面板全部利用，最大程度地减少了照明光束边缘部分的损失，该液晶投影***的图像显示亮度显著提高。

另外，本发明提供的聚焦透镜仅仅是在现有反射式聚光透镜的光出射端面设置数个棱镜，便获得了较高的光利用率，改进成本很低。

附图说明

图1为本发明所述聚焦透镜优选实施例一的立体结构示意图。

图2为本发明所述聚焦透镜优选实施例二的立体结构示意图。

图3为所述聚焦透镜一种实施方式的正面示意图(通过旋转聚焦透镜实体达到与此图相对应的视角)。

图4为所述聚焦透镜另一种实施方式的正面示意图(通过旋转聚焦透镜实体达到与此图相对应的视角)。

图5为采用图4中所述聚焦透镜的照明装置的示意图及该照明装置用于液晶投影***的光路示意图。

图6为将图5中的照明装置旋转90°后的正面示意图及此视角下该照明装置在液晶投影***中的光路示意图。

图7为另一种实施方式的聚焦透镜及照明装置的结构示意图及光路示意图。

图8为本发明所述照明装置输出的光斑效果示意图之一。

图9为本发明所述照明装置输出的光斑效果示意图之二。

图10为本发明所述照明装置输出的光斑效果示意图之三。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

请参照图1和图2，一种聚焦透镜1，包括反射式聚光透镜2，在该反射式聚光透镜2的光出射端周边分布有将从反射式聚光透镜2出射的光斑压缩成矩形光斑的数个棱镜3。该反射式聚光透镜2可以为传统的反射式聚光透镜，其出光面为圆形的平坦端面，见图3所示，显然从该反射式聚光透镜2出射的光斑为圆形光斑，数个棱镜3便用于将该圆形光斑压缩成矩形光斑。

所述棱镜3的数目至少为四个，优选实施例一见图1所示，在反射式聚光透镜2的光出射端周边共设置四个棱镜3，且每两个一组对称分布在反射式聚光透镜2的光出射端两侧。其中所述棱镜3的横截面为平行四边形，每一组中的两个棱镜3相邻且组合成“V”型。

该聚焦透镜1上的棱镜3数目还可以为六个、八个，在图1所示的反射式聚光透镜2的光出射端面另外两侧增加设置棱镜3即可。优选实施例二见图2所示，棱镜3的数目为八个，均匀分布在反射式聚光透镜2的光出射端四周，即在图1所示聚焦透镜1的结构基础上，在反射式聚光透镜2的光出射端面另外两侧分别增加设置两个棱镜3。这样从该反射式聚光透镜2出射的光斑便可被压缩成较标准的矩形光斑，该聚焦透镜1的聚光效果好，边缘光均向光斑中心聚拢。通过设计棱镜3的形状大小及数目，可以实现从该聚焦透镜1最后出射的矩形光斑的长宽比为4∶3或16∶9。

所述聚焦透镜1中包含的反射式聚光透镜2较佳的结构实施方式为：该反射式聚光透镜2为二次曲面反射式聚光透镜，具体可为抛物面反射式聚光透镜。其中见图4所示，在该反射式聚光透镜2的光出射端中心部位有凸起形成局部聚焦镜4，该聚焦镜4用来提高聚光效果，即可提高光效。另外不受限制的是，该反射式聚光透镜2的光出射端端面可以为圆形(输出圆形光斑)，也可以为由弧线和直线(共四条)构成、或由四条弧线构成的封闭式四边形(输出非标准圆形光斑)。

所述数个棱镜3设置在反射式聚光透镜2光出射端周边上的主要方式为：一是通过胶合的方式将棱镜3固定在反射式聚光透镜2的光出射端周边上；二是通过使用一个外包壳体(附图中未示出)将所述反射式聚光透镜2和棱镜3包裹在一起，以将棱镜3固定在反射式聚光透镜2的光出射端面上；或者该数个棱镜3与反射式聚光透镜2是一体成型的。

请参照图5，本发明同时提供一种照明装置，包括LED光源7和以上所述的聚焦透镜1，该聚焦透镜1用来对该LED光源7聚光整形。其中，所述聚焦透镜1的底部开设有凹孔5(见图4)，也就是反射式聚光透镜2的底部开设凹孔5，所述LED光源7安装在该凹孔5内。进一步地改进之处为，该凹孔5的位于聚焦透镜1内部的一端的端面为曲面6(见图4中的虚线所示)，该曲面6可以对LED光源7发出的光起会聚作用。

该照明装置用于液晶投影***中的光路在图5中也被展示，从反射式聚光透镜出射的光斑被棱镜3压缩，然后经偏振转换/分光装置8后射在液晶面板9上。其中该图5中棱镜3的光出射端端面30为斜面或曲面，用来使边缘的光束朝光斑中心方向弯折，以增强聚光效果。

该照明装置输出准直性好的矩形光斑，其用来匹配照明矩形的液晶面板9，光利用率很高，且聚焦透镜1对光束的压缩效果满足液晶面板9对照明光束小角度入射的要求。

请参照图6，该图为将图5中的照明装置旋转90°后的正面示意图以及此视角下该照明装置在液晶投影***中的光路示意图。在此方位，照明装置中LED光源7发出的光束中心部分经棱镜3后发散，然后准直输出，可以得到均匀性很好的准直光斑，照射液晶面板9。

图7为在图6的基础上，另一种实施方式的照明装置示意图及该照明装置在液晶投影***中的光路示意图。与图6不同的是，该图7中每一个棱镜3由两个平行四边形棱镜组合而成，LED光源7发出的中心光束射入该棱镜3后，经过两次反射输出，发散效果更好，输出的光束的均匀性更好。

请参照图8、图9和图10，其展示本发明所述照明装置输出的光斑效果。照明装置中LED光源7发出光经反射式聚光透镜2后输出的光斑一般为圆形光斑，然后经过棱镜3被压缩成矩形光斑10，即图8中圆的两侧填充区域11(原先光斑的边缘部分)的光被压缩入矩形区域10，边缘光得到了利用。

在图9中，若反射式聚光透镜2输出图中所示圆形大小的光斑，而液晶面板9的显示区域大小为图中所示矩形区域10大小，显然会产生四个图像暗区12，而使用本发明聚焦透镜1上的棱镜3即可将圆形光斑的边缘部分11压缩进矩形区域10，同时也可将部分光束射入四个边角区域，以消除该四个图像暗区12。

见图10所示，若反射式聚光透镜2的光出射端端面为由弧线和直线(共四条)构成、或由四条弧线构成的封闭式四边形(非标准圆形)，则从该反射式聚光透镜2输出的光斑为非标准圆形，通过在该反射式聚光透镜2的光出射端四周设置棱镜3(此种情况最好采用图2中所示的实施方式)，该非标准圆形光斑被压缩成矩形光斑10，即该非标准圆形光斑的四部分边缘光11被压缩入矩形区域10中。

本发明的照明装置用于液晶投影***中时，其输出的矩形光斑可基本上被液晶面板9全部利用，最大程度地减少了照明光束边缘部分的损失，使液晶投影***的图像显示亮度显著提高。

虽然仅采用了几个实施例来描述本发明，但本发明的实施方式是不受以上内容限制的，本发明的结构还可有多种变化，那些不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (15)

1、一种聚焦透镜，包括反射式聚光透镜，其特征在于：该反射式聚光透镜的光出射端周边分布有将从反射式聚光透镜出射的光斑压缩成矩形光斑的数个棱镜。

2、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述棱镜数目至少为四个。

3、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述棱镜数目为四个，且两个一组对称分布在反射式聚光透镜的光出射端两侧。

4、根据权利要求3所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述棱镜的横截面为平行四边形，每一组中的两个棱镜相邻且组合成“V”型。

5、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述反射式聚光透镜的光出射端面为圆形。

6、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述反射式聚光透镜的光出射端面为由弧线和直线构成、或全部由弧线构成的封闭式四边形。

7、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述矩形光斑的长宽比为4∶3或16∶9。

8、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述反射式聚光透镜为二次曲面反射式聚光透镜。

9、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述反射式聚光透镜的光出射端中心部位有凸起形成局部聚焦镜。

10、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述棱镜的光出射端端面为斜面或曲面。

11、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：所述棱镜胶合在反射式聚光透镜的光出射端面上。

12、根据权利要求1所述的一种聚焦透镜，其特征在于：通过一个外包壳体将所述反射式聚光透镜和棱镜包裹在一起，以使所述棱镜固定在反射式聚光透镜的光出射端面上。

13、一种照明装置，包括LED光源，其特征在于：还包括用来对该LED光源进行聚光整形的如权利要求1至12中任意一项所述的聚焦透镜。

14、根据权利要求13所述的一种照明装置，其特征在于：所述聚焦透镜的底部开设有凹孔，所述LED光源安装在该凹孔内。

15、根据权利要求14所述的一种照明装置，其特征在于：所述凹孔的位于聚焦透镜内部的一端的端面为曲面。

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