積分棒、勻光裝置、光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置、投影機(jī)和手術(shù)燈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種積分棒、勻光裝置、光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置、投影機(jī)和手術(shù)燈。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的紅綠藍(lán)芯片三基色LED通過(guò)DM濾光片等光學(xué)元件合成后，會(huì)投射出含有不同顏色色塊的光斑，五顏六色很不均勻，達(dá)不到理想的白光。因此需要使用積分棒或者復(fù)眼進(jìn)行勻光。
[0003]積分棒廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，例如微型投影機(jī)和照明領(lǐng)域。
[0004]在微型投影機(jī)里面更多的使用復(fù)眼進(jìn)行勻光。由于復(fù)眼尺寸可以做的很小，在微型投影機(jī)體積有限制的情況下更適合使用復(fù)眼。進(jìn)入復(fù)眼的光需要為平行光，或者是接近平行光，一般是+-12度以?xún)?nèi)，而LED直接出射出來(lái)的光線(xiàn)是發(fā)散的，因此，需要增加透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，所以，使用復(fù)眼后也要放置聚光透鏡才能保證到工作面的光才是口徑大小合適，光斑均勻的。因此，復(fù)眼的體積雖然沒(méi)有限制，但是復(fù)眼前需要至少兩片鏡片進(jìn)行光線(xiàn)準(zhǔn)直，復(fù)眼后需要一片鏡片進(jìn)行聚光，需要的光學(xué)元件較多，成本較高。
[0005]在醫(yī)療照明領(lǐng)域，進(jìn)行勻光更多的使用的方案是八邊形實(shí)心玻璃積分棒和全反射透鏡。通常所使用的積分棒為多邊形積分棒，需要一定的長(zhǎng)度，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，包括光源、積分棒和透鏡，由于積分棒需要一定的長(zhǎng)度，因此，對(duì)產(chǎn)品的空間體積受到影響，而從傳統(tǒng)的積分棒出來(lái)的光線(xiàn)角度沒(méi)有改變，仍然是發(fā)散的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要針對(duì)使用傳統(tǒng)的積分棒光線(xiàn)角度不變的問(wèn)題，提供一種能減小光線(xiàn)角度的積分棒，以及利用該積分棒的勻光裝置、光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置、投影機(jī)和手術(shù)燈。
[0007]—種積分棒，包括依次相連的入射面、第一反射部、第二反射部和出射面，入射面位于第一反射部遠(yuǎn)離第二反射部的端部；出射面位于第二反射部遠(yuǎn)離第一反射部的端部；第二反射部的遠(yuǎn)離第一反射部的一端的截面尺寸大于第一反射部的截面尺寸，出射面為曲面。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部包括第一段和第二段，第一段為第一反射部靠近入射面的一端；第一反射部的第一段為直棱柱狀，直棱柱的母線(xiàn)與入射面垂直。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部的第二段為第一反射部靠近出射面的一端；第一反射部的第二段為圓柱；第一反射部的第一段與第二段的尺寸關(guān)系為:第一反射部的第一段的截面的多邊形為第一反射部的第二段的截面的圓內(nèi)接多邊形。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部的第一段為正直棱柱，第一反射部的第一段與第二段的尺寸關(guān)系為:第一反射部的第一段的截面的正多邊形為第一反射部的第二段的截面的圓內(nèi)接正多邊形。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部的第一段的長(zhǎng)度大于積分棒長(zhǎng)度的1/2。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第二反射部自靠近第一反射部的一端至另一端截面面積逐漸增大。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第二反射部為圓柱形或矩形。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部自靠近入射面的一端至另一端截面逐漸增大。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，第一反射部的外側(cè)設(shè)有復(fù)眼，或第一反射部的外側(cè)為柱面。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，積分棒為空心結(jié)構(gòu)，積分棒內(nèi)設(shè)有復(fù)眼，復(fù)眼表面鍍有反射膜。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，曲面的形狀為球形面。
[0018]—種勾光裝置，上述的積分棒，還包括光源，積分棒位于光源發(fā)光面的一側(cè)，積分棒的入射面靠近光源的發(fā)光面，積分棒的出射面遠(yuǎn)離光源的發(fā)光面。
[0019]一種光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置，包括上述的積分棒，還包括光源和聚光元件，積分棒位于光源和聚光元件之間，積分棒的入射面靠近光源發(fā)光面，積分棒的出射面靠近聚光元件。
[0020]一種投影機(jī)，包括上述的積分棒，投影機(jī)還包括光源和聚光元件，積分棒位于光源和聚光元件之間，積分棒的入射面靠近光源發(fā)光面，積分棒的出射面靠近聚光元件。
[0021]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，投影機(jī)的光源、聚光元件和積分棒分別為三個(gè)，三個(gè)光源分別為紅色光源、藍(lán)色光源和綠色光源。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施方式中，光源為紅綠藍(lán)三基色芯片封裝而成的多色光源。
[0023]一種手術(shù)燈，包括上述的積分棒，還包括聚光元件，聚光元件位于積分棒出射面的一側(cè)。
[0024]通過(guò)上述的積分棒的第二反射部的遠(yuǎn)離第一反射部的一端的截面尺寸大于第一反射部的截面尺寸，使得與位于第二反射部端部的出射面的截面尺寸大于與位于第一反射部端部的入射面的截面尺寸，因此，該光學(xué)積分棒能夠擴(kuò)大經(jīng)反射的光線(xiàn)的光斑截面尺寸，有利于減小光線(xiàn)角度，經(jīng)反射部的光線(xiàn)通過(guò)為曲面的出射面射出，由于出射面為曲面，曲面能進(jìn)一步對(duì)經(jīng)反射部的光線(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)直，進(jìn)一步減小光線(xiàn)的角度。
[0025]將上述積分棒應(yīng)用到勻光裝置、光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置、投影機(jī)和手術(shù)燈中，能夠減小勻光裝置、光源準(zhǔn)直準(zhǔn)裝置、投影機(jī)和手術(shù)燈的光源的光線(xiàn)的角度。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1A為一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖1B為圖1A的積分棒的光路示意圖；
[0028]圖2為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示圖；
[0029]圖3為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖8為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖10為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0037]圖11為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖12為另一種實(shí)施方式的積分棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖13為原始光斑的角度與能量分布圖；
[0040]圖14A至圖14D為原始光斑的口徑與能量分布圖；
[0041]圖15為使用積分棒的光斑與能量分布圖；
[0042]圖16A至16D為使用積分棒光斑的口徑與能量分布圖；
[0043]圖17為一種實(shí)施方式的勻光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖18A為一種實(shí)施方式的光源準(zhǔn)直裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖18B為另一種實(shí)施方式的光源準(zhǔn)直裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖18C為另一種實(shí)施方式的光源準(zhǔn)直裝置的結(jié)構(gòu)等軸示意圖；
[0047]圖19為采用光源準(zhǔn)直裝置的光斑的角度與能量分布示意圖；
[0048]圖20A至圖20D為采用光源準(zhǔn)直裝置的光斑的口徑與能量分布圖；
[0049]圖21為應(yīng)用本發(fā)明的積分棒的微型投影機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0050]圖22為另一種實(shí)施方式的應(yīng)用本申請(qǐng)的積分棒的微型投影機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0051]圖23為一種實(shí)施方式光學(xué)系統(tǒng)光路不意圖；
[0052]圖24現(xiàn)有的微型投影機(jī)的光學(xué)結(jié)構(gòu)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0054]本發(fā)明提供一種積分棒，如圖1A所不，包括依次相連的入射面101，第一反射部102、第二反射部103和出射面104，入射面101位于第一反射部102遠(yuǎn)離第二反射部103的端部；出射面104位于第二反射部103遠(yuǎn)離第一反射部102的端部；第二反射部103的遠(yuǎn)離第一反射部101 —端的截面尺寸大于第一反射部102的截面尺寸，出射面104為曲面，本實(shí)施例中，該曲面的形狀為球形面。
[0055]而根據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量的計(jì)算公式，光學(xué)擴(kuò)展量
[0056]Etendue (Optical invariant) = π A (sin Θ 1/2)2；
[0057]其中A為面積，Θ為發(fā)光角度；在光學(xué)擴(kuò)展量不變的情況下，要減小光學(xué)的角度，同時(shí)就得增加光斑的口徑，光斑的口徑與積分棒的出射面的截面尺寸有關(guān)，出射面的截面尺寸大則形成的光斑口徑大，該積分棒的第二反射部103的遠(yuǎn)離第一反射部101 —端的截面尺寸大于第一反射部102的截面尺寸，使得與位于第二反射部端部的出射面的截面尺寸大于與位于第一反射部102端部的入射面的尺寸，因此，該光學(xué)積分棒能夠擴(kuò)大經(jīng)反射的光線(xiàn)的光斑口徑，有利于減小光線(xiàn)角度，經(jīng)反射部的光線(xiàn)通過(guò)為曲面的出射面射出，由于出射面為曲面，曲面能進(jìn)一步對(duì)經(jīng)反射部的光線(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)直，進(jìn)