一种微透镜阵列与TIR透镜组合式准直系统

本发明涉及一种微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，尤其涉及dlp投影光学系统准直，属于光学设计领域。

背景技术：

1、dlp投影光学系统主要由成像模块和照明模块组成，照明模块作为整个系统的光学引擎，它的性能优劣对整个系统的成像质量以及光效起着至关重要的作用。照明模块又包括准直、匀光、合束、聚焦四个部分，且照明模块需要呈现在芯片表面的光斑为矩形。led作为投影照明系统的光源相对于传统照明光源具有节能、环保、使用寿命长、反应速度快等优点，其中，led光源直接输出的光束角较大，并且光线比较发散，在进行远距离照明时，目标上接收到的光线比较小，且led直接照明形成的光斑为不均匀圆形光斑。

2、tir透镜也称为全内反射准直透镜，其设计基于全内反射的原理，能够将来自孔径中的每一点的光线变成一束平行的光线，这样，原本较大的光束角可以被tir透镜约束到一个较小的范围，从而有利于减小光束发散角度，实现光束准直、提高光能的利用率。

3、dlp投影系统中照明模块使用led有优势，但是准直性、匀光性以及光斑不匹配对照明模块的影响也非常重大。为了保证照明模块的准直性、匀光性，以及解决出射光斑与芯片匹配的问题。本发明提出了一种微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，将tir透镜与微透镜阵列结合应用在dlp投影系统照明模块中，通过包含自由曲面的tir透镜对led所发出的光线进行准直，可以做到不同角度下的光束可以被约束到一个较小的范围，从而做到光线准直，提高光能利用率。微透镜阵列中单个微透镜为平凸柱面镜，微透镜阵列长宽比可根据芯片长宽比变换，实现呈现在dlp投影系统芯片上的光斑由不均匀圆形光斑变为为相对均匀的矩形光斑。这有助于减小dlp投影系统体积和提高投影系统的投影质量。

技术实现思路

1、本发明为一种微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，包括tir透镜和微透镜阵列，其中tir透镜能够对光源发出的光线进行准直，微透镜阵列起到对光斑整形与匀化的作用。所述tir透镜与传统tir透镜不同，其内侧面采用自由曲面结构，可以增加光线的利用率且减小整个tir透镜的体积；所述tir透镜为旋转对称结构，所述tir透镜旋转对称轴的一端设置有光源，所述微透镜阵列装设在tir透镜的旋转对称轴的另一端，所述的微透镜阵列由多个平凸柱面镜排列而成，所述平凸柱面镜排列方式根据dlp投影系统中芯片的长宽比而定。

2、所述tir透镜包括内侧面、tir面、内表面及出光外表面，tir透镜用于调整所述光源发出的光线使光线垂直于出光外表面且平行出射；所述内侧面为自由曲面且位于所述tir透镜的中心位处两侧，内侧面为自由曲面可提高光线的利用率且具有更高的灵活度，当大角度光线进入tir透镜的内侧面可以使得较多的光线进行准直，减少了光线的丢失；所述tir面为两侧弧形侧壁，分别位于tir透镜的外部两侧；所述内表面位于tir透镜中心正对光源处；所述出光外表面位于tir透镜最上端，远离光源一侧；且所述tir面与所述内表面、内侧面围合成容置腔，所述容置腔用于放置所述光源，所述tir面的另一端朝向远离所述容置腔的一侧延伸，并与所述出光面相连。

3、所述的微透镜阵列与tir透镜出光外表面重合，由tir透镜准直后的光线进入微透镜阵列，微透镜阵列可以在接收到准直光线后形成矩形光斑；所述微透镜阵列由多个微透镜组成，单个微透镜为平凸柱面镜，单个平凸柱面镜在接收光线后所形成了相对均匀的长条状光斑，增大焦距时，光斑宽度也会随之增大，平凸柱面镜排列成微透镜阵列的方式可依据dlp投影系统中芯片的长宽比，排列后的微透镜阵列可形成符合dlp投影系统芯片的矩形光斑；当改变多个平凸柱面镜所构成的微透镜阵列在tir透镜出光外表面的排列方式时，最终形成的光斑形状会发生相应的变化；所述微透镜阵列与所述tir准直透镜的连接方式为光学胶连接，光学胶连接可以减少空气与玻璃的分界面个数,从而减少了光能损失,增加光斑亮度。

技术特征：

1.一种微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，包括tir透镜和微透镜阵列，所述tir透镜为旋转对称结构，旋转对称轴的一端设置有光源，另一端设置有所述微透镜阵列，所述tir透镜内设置有多个用于调节光线准直出光的光学曲面，所述微透镜阵列由多个平凸柱面镜组成。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述tir透镜内设置有内侧面、tir面、内表面、出光外表面；所述tir透镜可将光源射入的无论大小角度的光线垂直出射，实现光线准直。

3.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述tir透镜两边内侧面均为自由曲面。

4.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述微透镜阵列由多个平凸柱面镜组成，可实现由不均匀圆形光斑到相对均匀矩形光斑的整形。

5.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述微透镜阵列中单个微透镜结构为底面是矩形，出光面是凸透镜的平凸柱面镜，光线穿过可形成相对均匀的长条状光斑，当改变平凸柱面镜焦距时光斑也会发生变化。

6.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述微透镜阵列中，可根据不同的芯片长宽比，改变单个微透镜在所述tir透镜出光外表面的排列方式，形成与投影系统芯片长宽比一致的微透镜阵列，最终形成不同的矩形光斑。

7.根据权利要求1所述的微透镜阵列与tir透镜组合式准直系统，其特征在于，所述微透镜阵列与所述tir透镜的连接方式为用光学胶连接。

技术总结本发明为一种微透镜阵列与TIR透镜组合式准直系统，系统包括TIR透镜部分、微透镜阵列部分。TIR透镜部分的作用是将光源发出光线无论大小角度都垂直于透镜出射。微透镜阵列部分的作用是将出射的光斑由不均匀圆形变为相对均匀矩形，实现光斑整形。该系统可降低DLP投影系统成本，实现投影系统小型化，提升微型投影系统精度，解决投影系统光斑与芯片不匹配的问题。技术研发人员：朱洁,冯云鹏,程灏波,王跃辉,刘祎祎,苗雨露受保护的技术使用者：河北工程大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16