专利名称：光学透镜装置、投影系统及成像设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学成像设备，特别是涉及一种光学透镜装置、投影系统及成像设备。
背景技术：
投影仪也称投影机，是通过光学组件以精确的放大倍率将物像放大投影在投影屏上以供观察的设备。在投影系统中，常将透镜阵列作为用于使光束形状均勻化或整形的光集成器使用。透镜的集光率E表征播发的光的面积和角度，简单定义为折射率η、立体角 Ω和面积六的函数，(^ = 112(^2(^。在投影系统中，光源越大通常意味着集光率E越大，这需要越大孔径的投射透镜。图1和图2展示了传统投影系统在使用不同孔径的投影透镜的光传播效果，如图1、2所示，由光源11射出的光线依次经照明光学系统12、图像发生器 13、投影镜头14后，在投射到屏幕15上。其中，图1表示在投影系统使用了较大孔径的投影透镜，对应较大的集光率，图2表示在投影系统使用较小孔径的投影透镜，对应较小的集光率。通常，在透镜阵列前的光束成整面分布，出透镜阵列后的光束成分块分布，在透镜阵列出口端，与在透镜阵列入口端相比，需要在更大的区域上收集光才能获得同样的能量，这就意味需要采用更大的孔径投影透镜在透镜阵列出口端收集光能量。但是，大孔径的投影透镜通常难以设计和制造，成本更高，且不利于投影系统的小型化。因此，考虑改善作为光集成器的光学透镜阵列的集光功效，来避免因制作大孔径的投影透镜带来的问题。美国专利申请US2006/0044799A1公开了将透镜阵列中的部分单元呈一定角度的发散型的布置形式。美国专利US6527393公开了一种具有改进形状的阵列单元的透镜阵列。另外，美国专利申请2010/016Μ70Α1提出在将光线导至DMD透镜前，使用具有一定形状单元的透镜阵列来预整形光线。然而，现有技术在改善光学透镜阵列的集光效率上仍存在很大不足。
实用新型内容本实用新型的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种光学透镜装置，借此可以较小光孔径的透镜实现较高的光效率，光学元件容易制造且成本低。另一目的是提供一种具有所述光学透镜装置的投影系统。又一目的是提供一种具有所述光学透镜装置的成像设备。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种光学透镜装置，包括允许光线透过的中央区域和周边区域，所述中央区域形成有透镜阵列，所述周边区域具有光滑表面。所述周边区域可以具有球形或非球形的截面。组成所述透镜阵列的阵列单元可以是矩形或六边形。所述周边区域可以是矩形或六边形或圆形。所述装置的光学透镜材料可以为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸脂)或玻璃。[0012]所述透镜阵列可以为矩形排列、环形排列或发散型排列。一种投影系统，其特征在于，包括光源，光学透镜装置，其包括允许光线透过的中央区域和周边区域，所述中央区域形成有透镜阵列，所述周边区域具有光滑表面；光调制器，所述光源发射的光经过所述光学透镜装置成像在所述光调制器表面； 和投影镜头，用于将所述光调制器上的调制光信号成像在屏幕上。所述周边区域可以具有球形或非球形的截面。组成所述透镜阵列的阵列单元可以是矩形或六边形。所述周边区域可以是矩形或六边形或圆形。一种成像设备，包括前述任一种的光学透镜装置。本实用新型有益的技术效果是采用本实用新型，使用孔径较小的投影透镜就能获得以往需要使用较大孔径的透镜才能获得光效率；由此，使得投影透镜更容易制造且制作成本更低；可采用更廉价的PBS (偏振分光棱镜)；可使系统获得更高光效率，典型地，系统效率较以往可增加约11. 2% ；可获得更小的光引擎尺寸；可保持较低的加工成本。
图1表示在投影系统使用较大孔径的投影透镜；图2表示在投影系统使用较小孔径的投影透镜；图3表示出现有的透镜阵列；图4表示出本实用新型一种实施例中的透镜阵列和透镜周边区域；图5为图4所示实施例的截面视图；图6表示出采用传统的光学透镜阵列时的光孔径；图7表示出采用本实用新型一种实施例时的光孔径。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图对本实用新型进行进一步的详细说明。图1和图2展示了传统投影系统在使用不同孔径的投影透镜的光传播效果。如图 1、2所示，由光源11射出的光线依次经照明光学系统12、图像发生器13、投影镜头14后，在投射到屏幕15上。其中，图1表示在投影系统使用了展度较大的光源，故需使用较大孔径的投影透镜，对应较大的集光率，图2表示在投影系统使用展度较小的光源，可以用较小孔径的投影透镜，对应较小的集光率。图2中使用了一个常规的透镜阵列，该器件均勻照明的原理是与光轴平行的光束通过第一排透镜后聚焦在第二排透镜中心处，第一排复眼透镜将光源形成多个光源像进行照明，第二排复眼透镜的每个小透镜将第一排复眼对应的小透
4镜重叠成像于照明面上。由于第一排复眼透镜将光源分为多个细光束照明，且每个细光束范围内的微小不均勻性由于处于对称位置光束的互相叠加，使细光束的微小不均勻性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均勻利用。从第二排复眼出射的光斑的每一点均收到光源所有点发出的光线照射，同时，光源上每一点发出的光束又都会重叠到照明光斑的统一视场范围内，所以得到一个均勻的长方形光斑。图3显示了已知的透镜阵列。请参阅图4和图5，根据本实用新型的一个实施例，光学透镜装置包括允许光线透过的中央区域101和周边区域102，包括多个透镜单元的一个透镜阵列形成在所述中央区域，所述周边区域具有光滑表面。中央区域和周边区域都设置光学孔径以允许一定比例的光通过。在一些实施例中，所述周边区域可以具有球形或非球形的截面。在一些实施例中，组成所述透镜阵列的透镜单元可以是矩形或六边形。 在一些实施例中，所述周边区域可以是矩形或六边形或圆形。在一些实施例中，所述光学透镜装置的光学透镜材料可以为PMMA或PC等塑料，也可以是玻璃。在一些实施例中，所述透镜阵列可以为矩形排列、环形排列或呈现从中部向四周发散形态的发散型排列。根据一个实施例的成像设备，可以具有前述任一实施例的光学透镜装置。根据一个实施例的投影系统，可以具有前述任一实施例的光学透镜装置。如图6所示的投影系统，根据传统设计，需要采用较大光学孔径的投影透镜在透镜阵列出口端用于收集光能量。在投影系统中，光线依次由光源101、第一光学透镜组件 102、透镜阵列装置103、第二光学透镜组件104投射至屏幕15上。其中，透镜阵列装置103 为传统设计，图中以圆圈部分表示出不存在具有光滑表面的周边区域的透光效果，集光效率较低。参阅图7，本实用新型的投影系统包括光源、光学透镜装置、光调制器及投影镜头。 在一个实施例的投影系统中，所述光源101发射的光依次经过第一光学透镜组件102、光学透镜装置203和第三光学透镜组件204，在第三光学透镜组件204中，由光学透镜装置203 射出的光成像在光调制器表面，再经投影镜头后将所述光调制器上的调制光信号成像在屏幕105上。光学透镜装置203包括允许光线透过的中央区域和周边区域，所述中央区域形成有透镜阵列，所述周边区域具有光滑表面，从而获得改善的集光效率。因此，在图7所示的投影系统中，由于光学透镜装置203设置了具有透镜阵列的中央区域和表面光滑的周边区域(图中以圆圈部分突出表示)，使用较小孔径的投影透镜也能收集较多光能量，保证了较高的光效率且更易制作。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种光学透镜装置，其特征在于，包括允许光线透过的中央区域和周边区域，所述中央区域形成有透镜阵列，所述周边区域具有光滑表面。
2.根据权利要求1所述的光学透镜装置，其特征在于，所述周边区域具有球形或非球形的截面。
3.根据权利要求1或2所述的光学透镜装置，其特征在于，组成所述透镜阵列的阵列单元是矩形或六边形。
4.根据权利要求1或2所述的光学透镜装置，其特征在于，所述周边区域是矩形或六边形或圆形。
5.根据权利要求1或2所述的光学透镜装置，其特征在于，所述装置的光学透镜材料为 PMMA或PC或玻璃。
6.根据权利要求1或2所述的光学透镜装置，其特征在于，所述透镜阵列为矩形排列、 环形排列或发散型排列。
7.一种投影系统，其特征在于，包括光源，光学透镜装置，其包括允许光线透过的中央区域和周边区域，所述中央区域形成有透镜阵列，所述周边区域具有光滑表面；光调制器，所述光源发射的光经过所述光学透镜装置成像在所述光调制器表面；和投影镜头，用于将所述光调制器上的调制光信号成像在屏幕上。
8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述周边区域具有球形或非球形的截面。
9.根据权利要求9或10所述的投影系统，其特征在于，组成所述透镜阵列的阵列单元是矩形或六边形。
10.根据权利要求9或10所述的投影系统，其特征在于，所述周边区域是矩形或六边形或圆形。
11.一种成像设备，其特征在于，包括根据权利要求1-6任一项所述的光学透镜装置。
专利摘要本实用新型公开了一种光学透镜装置，包括允许光线透过的中央区域和周边区域，一个透镜阵列形成在所述中央区域，所述周边区域具有光滑表面。采用本实用新型的光学透镜装置，通过较小孔径的投影透镜就能实现较高的光效率，容易制造且成本低。
文档编号G03B21/14GK202196192SQ20112034158
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者汤伟平 申请人:香港应用科技研究院有限公司