CN100371768C

CN100371768C - 照明器

Info

Publication number: CN100371768C
Application number: CNB2004100572685A
Authority: CN
Inventors: 可里尔索克洛夫
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: NL1026932C2; CN1624524A; NL1026932A1; JP2005085768A

Abstract

一种照明器，其中从光源发射的会聚的光的通量照度比可被动态控制。该照明器包括：光源，用于产生并发射光；凹面反射器，用于将光反射到预定的方向上；和后向反射器，放于由凹面镜反射的光的路径上。后向反射器具有传输部分光的孔径和将剩余的光反射到凹面反射器的镜表面。

Description

照明器

本申请要求于2003年9月8日在美国专利和商标局提交的第60/500,688号的临时专利申请的优先权、和于2003年11月19日在韩国知识产权局提交的第2003-82337号的韩国专利申请的优先权，该申请全部公布于此以资参考。

技术领域

本发明总体构思涉及一种在一个方向上发射由光源产生的光的照明器，尤其涉及一种其中可以动态控制从光源发射出的光的通量照度比(etendue)的照明器。

背景技术

通常，照明器被广泛用作通过使用图像形成器件形成图像的图像投影装置的光源，如其自身不能发射光的液晶显示器件或数字微镜器件。

为了在图像投影装置中实现最大光效率，光源的通量照度比必须小于或等于图像形成器件的通量照度比极限。否则，光源的通量照度比和图像形成器件的通量照度比将不匹配并发生光损失。这里通量照度比表示与光束发散度和光束的横截面大小有关的光学器件的几何特性。通量照度比越小，光密度越高，亮度越好。

一般的照明器包括用于产生光的光源和用于将光反射到一个方向的反射器，其具有预定的通量照度比值。通量照度比可以通过将光束的横截面积乘以在接收光束的目标上的光束的立体角来容易地计算。例如，当具有第一焦点和第二焦点的椭圆反射器被用作反射器且光源被放置在第一焦点时，可以通过测量然后将横截面积和在第二焦点的光束的立体角相乘来计算通量照度比。

具有如图1至图3中所示的结构的一般的照明器具有低通量照度比。

参照图1，一般的照明器包括：椭圆反射器11，具有第一焦点f₁和第二焦点f₂；光源12，放于椭圆反射器11的第一焦点f₁上；和后向反射器15，和椭圆反射器11面对面放置。光源12置于后向反射器15和椭圆反射器11之间。后向反射器15是球形的。孔径15a形成于后向反射器15的中心处，入射光束从其中穿过而传输。

大约一半从光源12发射的光束14(实线)被直接投射到椭圆反射器11，部分光束16(虚线)被投射到后向反射器15。直接投射到椭圆反射器11的光束14在镜表面11a被反射，穿过孔径15a，并在第二焦点f₂聚焦。另一方面，投射到后向反射器15的光束被反射回光源12，穿过光源12，并射向椭圆反射器11。反射的光束16在椭圆反射器11被反射，穿过孔径15a，在第二焦点f₂聚焦。

然而，在具有这种结构的照明器中，椭圆反射器11的会聚角θ大约为90°，这比没有后向反射器15的照明器的会聚角120°大约小30°，因此减小了立体角σ，从而减小了通量照度比。

在具有上述结构的照明器中，附加的后向反射器15增加了制造成本，并使得用于后向反射器的正确准直而需要的制造过程复杂化。而且，由于孔径的大小是固定的，因此难以动态控制通量照度比。此外，从光源发射出的全部光的大约一半将被射回光源，从而减少了光源的寿命。

图2表示另一个通常的照明器，包括：抛物面反射器21，具有一个焦点；光源22，放于抛物面反射器21的焦点上；和后向反射器25，与抛物面反射器21一部分面对面放置。光源22置于后向反射器25和抛物面反射器21之间。后向反射器25形成于系统的光轴的一侧。布置抛物面反射器21以使会聚角θ为120°。

抛物面反射器21将投射到会聚角θ的范围中的光束部分反射。大约反射光束的一半24(实线)被直接投射到目标23上。

剩余的光束26(虚线)被投射到后向反射器25上。该光束被反射回到抛物面反射器21上。反射回的光束经过光源22并继续射向抛物面反射器21的其他镜表面。然后，该光束沿着与光束24相同的路径射向目标23。

在具有这种结构的照明器中，可减少投射到目标23的光束的横截面积，从而减小通量照度比。

然而，在这种照明器中，由于后向反射器的大小是固定的，因此难以动态控制通量照度比。此外，从光源发射的全部光的大约一半将被反射回光源，因此减少了光源的寿命。

图3表示的另一通常的照明器，包括：抛物面反射器31，具有一个焦点；光源32，放于抛物面反射器31的焦点上；和后向反射器35，与抛物面反射器31的圆周的预定部分面对面放置。光源32被置于后向反射器35和抛物面反射器31之间。孔径35a形成于后向反射器35的中心，投射的光束从其中穿过。抛物面反射器31具有120°的会聚角θ。

抛物面反射器31将投射到会聚角θ的范围内的光束部分反射。部分反射的光束34(实线)射向孔径35a，穿过孔径35a，然后直接投射到目标33上。

剩余的光束36(虚线)被投射到后向反射器35上。该光束被反射回到抛物面反射器31，经过光源32，并射向抛物面反射器31的其他镜表面。然后该光束被反射回来并沿着与光束34相同的路径射向目标33。

在具有这种结构的照明器中，可减少投射到目标33的光束的横截面积，从而减少通量照度比。

然而，在这样的照明器中，由于后向反射器的大小是固定，因此难以动态控制通量照度比。此外，从光源发射的全部光大约一半将被反射回光源，由此减少了光源的寿命。

发明内容

本发明总体构思在于提供一种照明器，其制造成本低、装配过程简单、能将对光源的影响最小化，并能通过改变孔径的大小来动态控制通量照度比。

本发明总体构思的另外的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，另外的部分，通过描述将是清楚的，或者通过实施本发明总体构思来了解。

根据本发明总体构思的一方面，提供了一种照明器，包括：光源，用于产生并发射光；凹面反射器，用于将光在预定的方向上反射；和孔径，放于由凹面反射器反射的光的路径上。后向反射器具有传输部分光的孔径和将剩余的光向凹面反射器反射的镜表面。

根据本发明总体构思的另一方面，提供了一种还包括能使孔径的宽度变化的可变单元的照明器，从而动态控制从镜表面反射回的光的数量。

根据本发明总体构思的另一方面，提供了一种还包括放置于由凹面反射器反射的光的路径上的棒集成器。该棒集成器混合并发射光。

附图说明

通过参照附图对其示例性的实施例进行详细的描述，本发明总体构思的上述和其他特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是采用常规椭圆反射器的照明器的截面图；

图2是采用常规抛物面反射器的照明器的示意图；

图3是采用另一常规抛物面反射器的照明器的示意图；

图4是根据本发明总体构思的实施例的照明器的示意图；

图5是表示相对于图4中所示的后向反射器的孔径的大小的变化的光通量的变化的曲线图；

图6是根据本发明总体构思的另一实施例的照明器的示意图；

图7是图6中所示的照明器的棒集成器和后向反射器的透视图；

图8是表示图6中所示的棒集成器的另一个例子的截面视图；和

图9是根据本发明总体构思的另一实施例的照明器的示意图。

具体实施方式

现在，将详细说明本发明总体构思的实施例，其例子表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面参照附图描述实施例以解释本发明的总体构思。

参照图4，根据本发明总体构思的实施例的照明器，包括：光源41，用于产生并发射光；凹面反射器42，将发射的光导向预定的方向；和后向反射器45，与凹面反射器42面对面放置。光源41被置于后向反射器45和凹面反射器42之间。后向反射器45位于从凹面反射器42反射的光束的路径上，具有传输部分光束的孔径46和将光束的剩余部分反射回来的镜表面47。镜表面47可以是平面从而使该表面和凹面反射器42的光轴成直角。孔径46为方形或圆形，并位于镜表面47的中心处。

根据本发明总体构思的实施例的照明器可包括用于改变孔径46的宽度的可变单元50。可变单元50可包括驱动器51和控制器55。可变单元50根据光学系统的类型改变孔径46的大小，例如，使用照明器的投影装置。在这种情况下，可通过改变孔径46的大小来动态控制从镜表面47反射回来的光束。

凹面反射器42可以是具有第一焦点f₁和第二焦点f₂的椭圆反射器。在这种情况下，光源41被放于第一焦点f₁上，且从光源41发射的光束在凹面反射器上被反射并在第二焦点f₂聚焦。后向反射器45被放于第二焦点f₂上。

光源41可以是通过电弧放电产生光的弧光灯。弧光灯可以是金属卤化物灯、氙气灯等的一种。

弧光间隙(Ga)最好满足方程式1的条件：

0.7≤Ga≤3[mm] ......(1)

下面，将详细描述根据本发明总体构思的实施例的照明器的运转。

从光源41发射的大部分光束被直接投射到凹面反射器42上并被反射到第二焦点f₂。光束不是从点光源产生而是从光源41的电弧间隙产生。因此，即使当椭圆反射器被用作凹面反射器42时，反射的光束不会全部射向第二焦点f₂，而是如图所示在第二焦点f₂周围广泛地散开。

部分反射的光束43(实线)直接投射到孔径46。剩余的光束44(虚线)被投射到镜表面47并被反射回凹面反射器42。该光束然后沿着不同的路径被凹面反射器42反射向后向反射器45。然后，光束的一部分被通过孔径46传输，剩余的光束被镜表面47反射。经过反复反射处理，被凹面反射器42反射的几乎全部光束被通过孔径46传输。

使用可变单元50可动态控制孔径46的大小。因此，也可控制通过孔径46传输的光束的立体角σ。由于立体角σ与被后向反射器45反射回来的光束的量成反比，所以可以减少反射向光源41的光束的量。

因此，根据本发明总体构思的实施例的照明器可减少光源41的负荷并防止光源41的寿命被缩短。此外，照明器可被用在需要较少通量照度比的投影系统中，例如，使用色转轮(color wheel)显示彩色图像的投影系统。

图5是表示相对于图4所示的后向反射器的孔径大小的光通量的曲线图。这里，线A表示照明器具有孔径和镜表面的情况。线B表示当照明器具有吸收投射的光束的表面而不是镜表面时光通量的变化。

如图5所示，在具有镜表面的根据本发明总体构思的实施例的照明器中即使孔径的尺寸很小，光通量的相对变化也很小。另一方面，在具有吸收表面(未显示)的一般的照明器中，当孔径小时，光通量很小，当孔径大时，光通量大约和根据本发明总体构思的实施例的照明器的光通量一样。

参照图6，根据本发明总体构思的另一实施例的照明器包括：光源61，用于产生并发射光；凹面反射器62，用于将发射的光导向预定的方向；和与凹面反射器62面对面放置的后向反射器65以及棒集成器70。光源61和棒集成器70置于后向反射器65和凹面反射器62之间。照明器还包括可变单元80，用于改变后向反射器65的孔径66的宽度。

由于本实施例的照明器包括棒集成器70，因此本实施例的照明器不同于上一实施例的照明器。包括光源61、凹面反射器62、和后向反射器65的本实施例的照明器的其他构件与参照图4所描述的部件相同。

棒集成器70被置于从凹面反射器62反射的光束的路径中，通过将光束的光线混合使得光束均匀。棒集成器70可包括：输入端70a、反射并引导经输入端70a传输的光束的镜平面70b、和射出在镜平面70b中反射并混合的光束的输出端70c。

如图7所示，棒集成器70可以是具有方形的棒71。棒71可以由具有比其周围环境更高的折射率的玻璃或塑料组成。因此，通过输入端70a传输的光束前行到输出端70c，并且由于入射角和棒71与外部环境的折射率之间的关系而全部被镜平面70b反射。经过此处理，从光源61发射的不均匀的光束在棒集成器70中被全部反射并被混合，得到均匀的光束。

此外，如图8所示，棒集成器70可包括中空管75和置于中空管75的内表面上的镜平面70b。经过输入端70a传输的光束被镜平面70b反射并在其中前进，变为均匀的光束。

参照图6，后向反射器65与棒集成器70的输出端70c面对面放置并控制射出的光束。孔径66的尺寸比输出端70c的尺寸小。因此，从输出端70c射出的部分光束从镜表面67反射，穿过棒集成器70，并继续前行到凹面反射器62。光束的其他部分经过孔径66传输。经过这种反复反射的处理，从光源61发射出的和被凹面反射器62反射的几乎所有光束经过孔径66传输。

在包括棒集成器70的根据本实施例的照明器中，可使得从光源61发射出的光束均匀并且还可控制经过孔径66传输的光束的立体角。

参照图9，根据本发明总体构思的另一实施例的照明器包括：光源161，用于产生并发射光；凹面反射器162，用于将发射出的光导向预定的方向；后向反射器165，具有孔径166和镜表面167；和棒集成器170。光源161置于后向反射器165和凹面反射器162之间。后向反射器165放置在棒集成器170的末端。照明器还包括改变孔径166的宽度的可变单元180。

本实施例的照明器在棒集成器170的布置上不同于上一实施例的照明器。包括光源161、凹面反射器162、后向反射器165、和可变单元180的照明器的剩余构件具有与参照图4和图8所描述的相同的结构和功能。

棒集成器170被放于经过孔径166传输的光束的路径上，并混合光束，从而使得光束均匀。这里，从棒集成器170的输入端偏离的部分光束从镜表面167反射回到凹面反射器162。

在具有上述结构的照明器中，可通过改变后向反射器的孔径的大小来动态控制通量照度比，从而提高会聚的光的光密度。

具有大立体角σ可通过减少反射回光源的光的数量来减少光源的负荷并防止光源寿命的缩短。

因为可通过减小立体角来减少通量照度比，因此该照明器可被应用在需要较少通量照度比的投影系统中，例如，使用色转轮显示彩色图像的投影系统。

具有棒集成器的照明器可发射其通量照度比被减少的均匀的光束。这样的照明器结构紧凑，从而降低了制造成本并简化了制造过程。

尽管已表示和描述了本发明总体构思的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物所限定的范围的发明总体构思的原理和精神的情况下，可在这些实施例中作出改变。

Claims

1.一种照明器，包括：

光源，用于发射光；

凹面反射器，用于将光源发射出的光反射到预定的方向上；

后向反射器，具有将光反射回到凹面反射器的镜表面，并具有置于由凹面反射器反射的光的焦点上的孔径，该孔径传输部分反射的光；

可变单元，用于通过改变孔径的大小来动态控制从镜表面反射的光，

其中，所述后向反射器是平面后向反射器。

2.如权利要求1所述的照明器，其中，凹面反射器是具有第一焦点和第二焦点的椭圆反射器，光源被放于大约第一焦点处，后向反射器被放于第二焦点处。

3.如权利要求1所述的照明器，其中，镜表面被与凹面反射器的光轴成直角放置，且镜表面的孔径为方形或圆形。

4.如权利要求1所述的照明器，其中，光源是通过电弧放电产生光的弧光灯。

5.如权利要求4所述的照明器，其中，弧光灯的弧光间隙Ga满足下列方程式的条件：

0.7≤Ga≤3[mm]

6.如权利要求1所述的照明器，还包括放置于由凹面反射器反射的光的路径中的棒集成器，该棒集成器混合并发射光。

7.如权利要求6所述的照明器，其中，后向反射器置于棒集成器的输出端，且经过棒集成器投射的部分光可被反射回凹面反射器。

8.如权利要求6所述的照明器，其中，后向反射器置于棒集成器的输入端，且从棒集成器的输入端偏离的部分光可被反射回凹面反射器。

9.如权利要求6所述的照明器，其中，棒集成器包括由玻璃或塑料组成的方形棒，并且由于方形棒和周围环境的折射率之间的不同，投射的光可从棒集成器的侧面被全部反射回棒集成器内。

10.如权利要求6所述的照明器，其中，棒集成器包括中空管和形成在中空管的内壁上的镜平面，投射的光被镜平面反射并在管内往返以提供均匀的光。