具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图4为光源的极坐标配光曲线，图5为光源的直坐标配光曲线，根据图4的配光曲线能够计算出1/2光通量角α的大小；图5的配光曲线与横坐标的围城的截面面积代表光通量，通过计算可知，30°以内的截面的面积与30°以外的截面的面积几乎相等，所以本实施例采用的光源的1/2光通量角α为30°，此时定义光源的辐射角θ小于等于1/2光通量角α的全部LED光源出射光线为小角度入射光线。

如图2、图3，一种组合型光源收集器，包括聚光单元、出射单元、集光单元和反射单元，其中；

聚光单元与集光单元相邻设置，均与出射单元平行，在出射单元靠近集光单元的垂直面上设置反射单元，

所述收集器1的光线路径包括；LED光源2发出的入射光线301，通过光学器件后变为出射光线303，所述入射光线301根据角度分为三种类型；其中大角度入射光线还会通过反射单元形成折射光线302，具体如下：

LED光源2中的小角度入射光线经过聚光单元后成为准直光线、平行射出出射单元，形成面积为S1的中心光圈；LED光源2中的中角度入射光线经过集光单元后成为接近准直光线、平行射出出射单元，形成面积为S2的外环光圈；LED光源2中的大角度入射光线经过反射单元后经过集光单元、最终成为接近准直光线、平行射出出射单元，且光线全部射出到外环光圈上；其中LED光源2设于所述聚光单元的中心线上，且位置距离所述聚光单元的焦点位置或焦点位置附近。

使用时：传统使用聚光镜体系，或者使用光锥体系，给投影机做照明系统的情况下，其体积受该照明系统决定。该照明系统的长度基本上与液晶屏尺寸的对角线接近。比如，6寸液晶屏投影机若需要要给相对较好的照明场系统，那么光锥的高度约为12厘米。但是，若使用本发明的透镜，则该透镜的高度可以设计到6厘米，设置更短。故可以极大降低空间的需求。

如图4所示，根据投影机的矩形画面的特点，以外环光圈为虚拟圆、内切矩形，矩形边缘无线靠近中心光圈所在的虚拟圆上，

内接出的矩形为照明光斑，根据照明光斑可以反推出收集器本体的大小；在照明光斑的长边，对应着更长的需要向内收敛向内反射的反射面。且其基本形状为椭球面型或某些特殊面型。其基本目的，是将这一面的光线全部反射到收集器本体；反射体卡在收集器本体上，其俯视图，呈现矩形画面形状，完整完美的扣在显示器件上。其出光面大小为矩形，出光面不需要任何菲涅尔透镜，本身准直后，投射到显示器件上；

另外，因为中心光圈和外环光圈整体的尺寸较小，焦距很短，所以可以单独使用，也可以组合使用，在远场能形成一个矩形准直的照明收集器件。

实施例2

在实施例1的基础上，LED光源2设于凸透镜12的中心线上，且位置距离凸透镜的焦点位置或焦点位置附近。具体的，LED光源2位于全反射型菲涅尔透镜13的环型坍陷结构所在的一面。LED光源2发出的光线还会直接穿过凸透镜12；

优选地，自由曲面反射镜14的形状根据实际需要进行设计，可以为任意形状，例如弧形，长方形，或由弧形和长方形组合而成的形状；

优选地，凸透镜12的边缘与LED光源2中心的夹角等于1/2光通量角α，这样既确保经过凸透镜12的入射光线的入射角均小于1/2光通量角α，又能够节省材料，降低成本；

全反射型菲涅尔透镜13由若干环形坍陷结构构成，中角度入射光线经过环形坍陷结构先折射偏转方向后再全反射准直射向光线出射面11。这样使收集器的厚度尽可能薄，同时又像全反射透镜一样每一环都是入射折射后经全反射曲面反射后将光线尽量聚集后从光线出射面准直射出。

优选地，每个环型坍陷结构的直径不同，环型坍陷结构包括入射面131和全反射面132，在本实施例中，设入射面131与垂直平面夹角为1°，中角度的入射光线301经过入射面131折射后进入介质面，再经折射光线302路径到全反射面132反射后，经过出射光线303路径准直从光线出射面11射出。入射面131为直线段经中心轴旋转产生的圆锥面，全反射面132由满足折射光线全反射条件的自由曲面经中心轴旋转产生的鼓锥面，中心轴为凸透镜12的中心线。各环形坍陷结构由中心至边缘逐渐增大节距，一环比一环大。因为靠近轴心环的节距会超来超小，考虑到加工工艺，在靠近轴心部份用一个焦点与LED光源2重合的凸透镜12取代。

临近凸透镜12的第一个环形坍陷结构的齿高取决于LED光源2发光点的大小和设计要求的出光角度；在设定好第一个环形坍陷结构的齿高后，由加工工艺设定第一环形坍陷结构的节距和第一环形坍陷结构的入射面131的斜角，从而得到一条满足第一个环形坍陷结构的齿高全反射条件的曲面，经过第一个环形坍陷结构的齿高顶点的入射光线301经折射后会与全反射面132相交，设这个交点为第二个环形坍陷结构的齿高的顶点，第二个环形坍陷结构的齿高顶点的入射光线301经折射后会与全反射面132相交，设这个交点为第三个环形坍陷结构的齿高的顶点，依次设定各环形坍陷结构的齿高。

实施例3

一种组合型光源收集器的设计方法，包括如下制作步骤，

步骤1：根据LED光源的配光曲线确定1/2光通量角α；

步骤2：使LED光源的辐射角小于1/2光通量角α的小角度入射光线经过第一光学器件后成为准直光线，且平行射出收集器本体的光线出射面，并在光线出射面上形成中心光圈，测量中心光圈的面积S1；

步骤3：根据中心光圈的面积S1，在光线出射面上确定与中心光圈同心设置的外环光圈面积S2，其中S1＝S2；

步骤4：根据外环光圈面积S2，计算出外环光圈S2的半径，然后确定该半径外缘处所对于光源位置的夹角，定义为辐射角β；此时将辐射角大于1/2光通量角α，且不大于辐射角β的入射光线为中角度入射光线；辐射角在辐射角β～90度的入射光线为大角度入射光线；

步骤5：采用第二光学器件将中角度入射光线准直射向外环光圈；

步骤6：采用第三光学器件将大角度入射光线收集反射后，从第二光学器件准直射向外环光圈。

使用时，所述第一光学器件为凸透镜，第二光学器件为全反射型菲涅尔透镜，所述第三光学器件为反射单元为自由曲面反射镜。

自由曲面反射镜总体看，是一个呈现为斗型的器件，四面均为自由曲面。其中两面，是用于反射大角度光线，把大角度光线投射向S2区域，实现均匀度和准直；两外两面，是讲全部光线反射回S1和S2区域。这些光线就包括了部分小角度光线，部分中角度光线，部分大角度光线。

本申请的收集器使小角度入射光线准直射向光线出射面形成面积为S₁的中心光圈，而小角度入射光线是指辐射角θ小于1/2光通量角α的全部LED光源出射光线，这就说明此时将光源出射光线根据光通量的大小分隔成光通量相同的两部分，其中辐射角小于1/2光通量角α的光源出射光线，即小角度入射光线经过凸透镜后准直平行射向光线出射面形成面积为S₁的中心光圈；而另一部分光源出射光线再根据光源入射角度的不同分成中角度入射光线和大角度入射光线，其中还要确保中角度入射光线经过全反射型菲涅尔透镜后准直射向光线出射面以形成面积为S₂的外环光圈，且外环光圈的面积S₂等于中心光圈的面积S₁；最后，为了确保光线出射面上光通量分布均匀，所以大角度入射光线经过自由曲面反射镜收集反射后，从全反射型菲涅尔透镜准直射出，且光线均匀射出到S₂的外环光圈面积上，这样就将辐射角大于1/2光通量角α的光源出射光线准直射向与中心光圈面积相等的外环光圈中。因为中心光圈的面积与外环光圈的面积相等，且中心光圈的光通量与外环光圈内的光通量也相同，那么就确保整个收集器的出射光线的照度比较均匀，满足显示器件对光场的需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。