專利名稱：光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，更具體地涉及正投式或背投式投影機光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，適用的投影機包括透射式LCD(液晶)芯片和反射式LCD芯片組成的正投投影機或背投投影機。
背景技術(shù)：
照明及混光系統(tǒng)是投影機光學(xué)引擎的重要組成部分，蠅眼透鏡陣列(簡稱蠅眼透鏡)又是執(zhí)行光積分照明功能的關(guān)鍵器件，它對投影機的成本和主要性能指標(biāo)有很大影響。光學(xué)引擎對照明光學(xué)系統(tǒng)的要求包括光能利用率、照度均勻性，出射光孔徑角與后續(xù)系統(tǒng)相對孔徑的匹配性等。
目前，市售投影機的光學(xué)引擎大多采用一對蠅眼透鏡加上PBS(偏振分光板)陣列構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)。蠅眼透鏡是由N*M個單元透鏡復(fù)合而成的面陣，它將氙燈與橢球反光碗的不均勻出射光場進(jìn)行空間分割，并借助一對蠅眼透鏡(前蠅眼透鏡和后蠅眼透鏡)使每一單元光場都成像在同一個LCD上，當(dāng)透鏡單元數(shù)足夠多且各單元的光軸都以不同斜角指向LCD視場中心時，將形成光源像強度的疊加積分效應(yīng)，實現(xiàn)LCD的均勻照明。
現(xiàn)有的光引擎照明系統(tǒng)，其蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)要求每一單元透鏡獨自承擔(dān)“成像”(在LCD上形成單元空間光場分布的完善像)和“偏軸”(各單元透鏡的光軸均指向LCD視場中心)這兩種功能。另外，與電視格式相適應(yīng)，LCD的長寬比通常有4∶3和16∶9兩種，因此，蠅眼透鏡的單元數(shù)N*M也應(yīng)與LCD規(guī)格匹配。
為滿足以上要求，現(xiàn)有蠅眼透鏡的各單元透鏡均不相同，也均不同軸，其偏軸量將呈二維變化，各單元構(gòu)形不一定是球面，也不一定是旋轉(zhuǎn)對稱曲面，加工和檢測都存在工藝技術(shù)復(fù)雜、產(chǎn)品合格率低和成本高等難題，尤其是我國目前還不具備制造這類蠅眼透鏡的能力，國外也為個別廠家所壟斷，嚴(yán)重制約了我國光學(xué)引擎和投影光機產(chǎn)業(yè)的起步和形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型結(jié)構(gòu)的光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，可將“成像”與“偏軸”功能分離，降低單元透鏡的技術(shù)要求，加工和檢測容易，適應(yīng)我國的實際需求。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明提出的蠅眼透鏡包括單元透鏡與基板，其“成像”功能和“偏軸”功能由單元透鏡與基板共同或分別承擔(dān)。蠅眼透鏡基板的面形采取內(nèi)外側(cè)表面均為曲面的兩曲面構(gòu)形，或者外側(cè)表面為曲面、內(nèi)側(cè)表面為平面的平曲構(gòu)形，兩曲面構(gòu)形或是平曲構(gòu)形的曲面通常為球面，也可以為非球面。
所謂基板的兩個表面，一個是指蠅眼陣列的外側(cè)表面，它是有形面，另一個內(nèi)側(cè)表面是與各單元透鏡的結(jié)合面，在整體模壓式蠅眼陣列中，它是無形面，但卻引導(dǎo)著各單元包絡(luò)面構(gòu)形。
各單元透鏡光軸的二維傾斜指向主要或完全由基板承擔(dān)，由此，各單元透鏡的構(gòu)形只須考慮同軸光場成像要求，因而完全可以采用一維對稱或二維對稱的球面透鏡，特別是整個蠅眼陣列可以采用完全相同或類同的單元透鏡。
本發(fā)明的基板具有原先由各單元透鏡獨自承擔(dān)的偏軸功能，使單元透鏡主要完成同軸成像，大大降低了單元透鏡的技術(shù)要求(面形精度、同軸度等)。這種常規(guī)球面透鏡構(gòu)形的蠅眼透鏡其開模、制作和檢測都比在先構(gòu)形(非旋轉(zhuǎn)對稱球面或非旋轉(zhuǎn)對稱非球面)更符合國內(nèi)當(dāng)前的光學(xué)制造能力和水平，具有制造簡單、成本低廉和實用化等特點。
本發(fā)明這種新構(gòu)形的蠅眼透鏡還具有在先技術(shù)所沒有的功能，這就是基板的曲面構(gòu)形有利于照明系統(tǒng)與繼后系統(tǒng)的數(shù)值孔徑匹配，從而可簡化置于照明系統(tǒng)與分色合色系統(tǒng)之間的場透鏡結(jié)構(gòu)并完善孔徑匹配性能。


圖1是本發(fā)明的一種蠅眼透鏡的正視圖。
圖1中，蠅眼透鏡的基板為平曲型，即基板一側(cè)是曲面，另一側(cè)是平面，屬于平曲型整體式前蠅眼透鏡，適用于4∶3格式的照明系統(tǒng)。
圖2是圖1整體式蠅眼透鏡的側(cè)視圖。
圖3為圖1整體式蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)展形式分立單元組合式蠅眼透鏡正視圖。
圖4為圖3的分立單元組合式蠅眼透鏡的側(cè)視圖。
從圖3和圖4的單元透鏡數(shù)比例可知，它適用于格式為4∶3的光源系統(tǒng)。
圖3圖4中，1為基板內(nèi)側(cè)表面，2為單元透鏡，3為平曲型基板，4為基板外側(cè)表面，5為照明光。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
圖1、圖2為本發(fā)明平曲基板型整體式前蠅眼透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。為方便表述各單元透鏡之間及其與基板之間的關(guān)系，將圖1、圖2的整體式結(jié)構(gòu)變更為圖3、圖4所示的分立單元組合式透鏡結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，本發(fā)明的蠅眼透鏡包括單元透鏡2及支持單元透鏡的平曲型基板3，基板內(nèi)側(cè)表面1為平面，基板外側(cè)表面4為曲面。在橫截面(平行于圖面的面)上，各單元透鏡2的結(jié)構(gòu)形狀與參數(shù)完全相同，基板3與全部單元透鏡2組成軸對稱的蠅眼透鏡。
圖4為圖3結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在該側(cè)面上，各單元透鏡2的結(jié)構(gòu)形狀與參數(shù)不完全相同，但類同。這是由于透鏡單元兩個邊的邊長不相等(與電視格式匹配)，而光軸偏置主要由基板曲面承擔(dān)，所以其差異程度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)蠅眼結(jié)構(gòu)的情況。
本發(fā)明中，基板3與全部單元透鏡是2可以是在一次成型中得到的的整體式蠅眼透鏡，也可以是基板3、各單元透鏡2分別成型后再膠合而成蠅眼透鏡。
圖3圖4中，5為照明光。由圖可知，平曲型基板對入射光場具有匯聚作用，可承擔(dān)入射光斑到LCD通光范圍的大壓縮比成像變換，而傳統(tǒng)蠅眼透鏡中則借助于各單元透鏡的不同的二維偏軸量實現(xiàn)。本發(fā)明新結(jié)構(gòu)中的單元透鏡，主要完成同軸條件下的成像變換，因此其單元構(gòu)形是球面的和軸對稱的，各單元結(jié)構(gòu)完全相同或類同，相同像質(zhì)前提下對單元透鏡的技術(shù)要求(面形精度、同軸度等)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)低，比較適應(yīng)我國當(dāng)前的加工和檢測水平。
上述內(nèi)容對基板兩側(cè)均為曲面(通常為球面)的蠅眼透鏡同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，包括單元透鏡(2)與支持各單元透鏡的基板(3)，其特征在于由單元透鏡(2)與基板(3)共同或分別承擔(dān)其“成像”功能和“偏軸”功能，基板(3)為內(nèi)外側(cè)表面均為曲面的兩曲面構(gòu)形，或者外側(cè)表面為曲面、內(nèi)側(cè)表面為平面的平曲構(gòu)形，各單元透鏡(2)采用一維旋轉(zhuǎn)對稱或二維旋轉(zhuǎn)對稱的球面透鏡，整個蠅眼陣列采用完全相同或類同的單元透鏡。
2.如權(quán)利要求1的光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，其特征在于所述的基板(3)兩曲面構(gòu)形或平曲構(gòu)形的曲面包含球面與非球面。
3.如權(quán)利要求1的光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，其特征在于是由基板(3)與全部單元透鏡(2)一次成型得到的整體式蠅眼透鏡，或是由基板(3)、各單元透鏡(2)分別成型后再膠合而成。
全文摘要
一種光學(xué)引擎照明系統(tǒng)的蠅眼透鏡，其“成像”功能和“偏軸”功能由單元透鏡與基板共同或分別承擔(dān)，基板的內(nèi)外側(cè)表面均為曲面或外側(cè)表面為曲面、內(nèi)側(cè)表面為平面，兩曲面構(gòu)形或是平曲構(gòu)形的曲面可為球面或非球面。本發(fā)明的基板具有原先由各單元透鏡獨自承擔(dān)的偏軸功能，使單元透鏡主要完成同軸成像，因而可采用旋轉(zhuǎn)對稱的球面透鏡，特別是整個蠅眼陣列可以采用完全相同或類同的單元透鏡，大大降低了單元透鏡的技術(shù)要求，具有制造簡單、成本低廉和實用化等特點。
文檔編號G02B27/18GK1554983SQ20031012280
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者黃維實, 王蔚生, 郭晴, 黃梅珍, 王寶 申請人:上海科依光學(xué)工程有限公司