CN100480778C - 合光装置 - Google Patents
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Abstract
一种合光装置，其由两个光源反射装置组成，用以聚集所述两个光源反射装置的光线，所述两个光源反射装置以彼此间隔一定角度的方式配置，并使两个光源反射装置输出的光线汇聚于同一聚焦区域，所述两个光源反射装置分别包括：一个曲面反射面，用以反射位于该曲面反射面的一第一焦点上的光源的光线；及一个半球反射面，用以反射位于该半球反射面的一球心上的光源的光线；其中，该曲面反射面的第一焦点与该半球反射面的球心在同一位置，使该半球反射面球心上的光源的光线经半球反射面的反射后，穿过该球心而照射至该曲面反射面，使得该光源发出的光线可以经由同一曲面反射面输出。本发明可以获得具有极小的聚光角度及极小的聚光面积的光束。
Description
技术领域
本发明涉及一种光源反射装置及合光装置，尤其涉及一种能使反射光具有极小的聚光角度及极小的聚光面积的反射装置及合光装置。
背景技术
图1表示现有的光源反射装置100的横剖面图。如图1所示，反射装置100包含一个曲面反射面101，其中点102代表曲面反射面101的一个焦点。一般而言，曲面反射面101为一个椭圆面(Ellipsoid)或抛物面(Paraboloid)。将具有电弧间隙(Arc gap)的光源103置于点102而使其发光时，则椭圆面的曲面反射面101将光源103所发出的光线反射而聚集在椭圆面的另一焦点104上，其中将角度θ定义为聚光角度、及Φd定义为聚光面积的直径。该聚光角度的定义为，光源反射装置的光源的所有光线经曲面反射面及半球反射面反射汇集在聚焦区域，该所有光线在聚焦区域附近形成的光线的圆锥角度；该聚光面积的直径的定义为，光源反射装置的光源的所有光线经曲面反射面及半球反射面反射汇集在聚焦区域上，而该所有光线在聚焦面上形成的光斑所包含范围的直径。在目前的数字投影机的应用中，使用上述光源反射装置时，由于其聚光角度通常为60°或更大，如果要提高其光学照明效率，通常做法是提高聚光角度，这样虽然能有效地收集到更多光线，但过高的聚光角度也严重影响光学薄膜的特性，使得输出的影像色彩出错或对比度变差。
由上可知，如果能使输出光线的聚光角度变小，就能在提高光学照明效率的同时仍然保持良好的影像色彩及对比度。
发明内容
为解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种光源反射装置及合光装置，能够使反射光具有极小的聚光角度及极小的聚光面积。
根据本发明的一个实施例的用以反射光源的光线的光源反射装置包括：一个曲面反射面，用以反射位于此曲面反射面的第一焦点上的光源的光线、及一个半球(Semi-sphere)反射面，用以反射位于此半球反射面的球心上的光源的光线，其中，此曲面反射面的第一焦点与此半球反射面的球心在同一位置，以使半球反射面球心上的光源的光线经半球反射面的反射后，穿过此球心而照射至曲面反射面，这样，所有从光源发出的光线都经过此焦点，并由同一曲面反射面输出。
这样一来，在聚光面积的直径没有明显变化下，其聚光点的聚光角度可以缩小一半，而可得到高光学效率且良好的照明效果。
依据本发明之另一实施例的合光装置，用以聚集光源的光线，具有如上述实施例之两光源反射装置，其中使此两光源反射装置以彼此间隔一角度的方式配置，并使此两反射装置输出之光线汇聚于同一聚焦区域。该合光装置包括：一第一反射装置，包括：一第一曲面反射面，具有一第一焦点；一第一半球反射面，具有一第一球心，且该第一球心与该第一焦点为同一位置；一第一光源，位于该第一球心及第一焦点的位置上，且该第一光源的光线分别借助该第一曲面反射面及第一半球面反射面反射后聚集在一聚焦区域上；一第二反射装置，以与该第一反射装置间隔一定角度的方式配置，使借助第一反射装置及第二反射装置输出的光线同样汇聚在该聚焦区域上，该第二反射装置包括：一第二曲面反射面，具有一第二焦点；一第二半球反射面，具有一第二球心，且该第二球心与该第二焦点为同一位置；一第二光源，位于该第二球心及第二焦点的位置上，且该第二光源的光线分别借助该第二曲面反射面及第二半球面反射面同样聚集在该聚焦区域上。
附图说明
图1表示现有光源反射装置的横剖面图。
图2表示本发明的第一实施例的一个光源反射装置的横剖面图。
图3表示本发明的第一实施例的另一个光源反射装置的横剖面图。
图4表示本发明的第二实施例的合光装置的横剖面图。
图中的符号说明
10、100 反射装置
11、101 曲面反射面
12、102 点
13、103 光源
14、104 焦点
15 半球反射面
16 透镜
20 合光装置
α 角度
γ、θ、θ′、θ″ 聚光角度
Φd、Φd′、Φd″ 聚光面积之直径
具体实施方式
图2表示本发明的第一实施例的光源反射装置的横剖面图。如图2所示，反射装置10包含一个曲面反射面11，而点12代表曲面反射面11的一个焦点、及一个半球反射面(Semi-sphere)15，其中使半球反射面15的球心位于点12上，即曲面反射面11的这个焦点与半球反射面15的球心在同一位置上。而且，曲面反射面11为一个半椭圆面(Semi-ellipsoid)或半抛物面(Semi-paraboloid)。就图2中的情况而言，曲面反射面11为半椭圆面，当具有电弧间隙(Arc gap)的光源13置于点12而使其发光时，一方面，曲面反射面11将光源13所发出的光线反射而聚集在半椭圆面的另一焦点14上，另一方面，半球反射面15将光源13所发出的光线反射后，穿过球心而照射至曲面反射面，再经由曲面反射面11的反射而也聚集在另一焦点14上，将角度θ′定义为聚光角度，将Φd′定义为聚光面积的直径。
由上可知，虽然聚光面积的直径Φd因曲面反射面11的外形而决定，但依据本实施例的聚光角度θ′却仅为现有反射装置的聚光角度θ的1/2，所以，本实施例的反射装置10将达到其聚焦点的聚光角度缩小一半，而得到高光学效率且良好的照明效果。
图3表示本发明的第一实施例的光源反射装置的横剖面图，其中曲面反射面11为一个半抛物面。与图2所示相似，光源13所发出的光线也分别直接地或经由半球反射面15的反射而照射至曲面反射面11。所以，如图3所示，经半抛物面的曲面反射面11反射的光线将沿着反射装置10的纵向而行进，因而，我们可以通过在反射光线的行进方向上额外地设置一个透镜16(图3中仅显示其一半的装置)，以使经透镜16折射的光线聚集在一个预期位置上，例如，相对于图2的焦点14的位置。这样一来，不仅可使聚光角度θ″及聚焦光面积的直径Φd″约等于图2的聚光角度θ′及聚焦光面积的直径Φd′，还可使聚光角度θ″仅为现有聚光角度θ的1/2，故本实施例的反射装置10将达到其聚焦点的聚光角度缩小一半，而得到高光学效率且良好的照明效果。
图4表示本发明的第二实施例的合光装置20的横剖面图。如图4所示，合光装置20具有两个本发明的第一实施例的反射装置10，其中将这两个反射装置配置成彼此间隔开一角度α。举例而言，当各反射装置10的曲面反射面11为半椭圆面而聚光角度为γ时，由图2的上述说明可知，γ相当于聚光角度θ′，即γ仅为现有反射装置的聚光角度θ的1/2。因此，与现有的反射装置100相比，本实施例的合光装置20的聚光角度，即
将大于现有聚光角度θ约α的值。然而，由于不仅可将角度α设成足够小，又由于将两个光源13的光线聚集在相当于现有聚光面积的直径Φd的范围内，所以本实施例的合光装置20将达到聚光面亮度极亮且极均匀的效果。本技术领域的人员从上述说明可以知道，本发明的范围并不仅限于上述实施例，举例而言，图4的各曲面反射面11为半抛物面时，由于位于曲面反射面11的焦点及半球反射面15的球心的光源13，其发射的光线会透过各自的曲面反射面11反射，并投射在同一个聚焦区域上，因此，在反射光线的行进方向上额外地设置透镜后，则不仅可将两光源的光线汇聚在该同一个聚焦区域上、更由于缩小聚焦区域面积的直径Φd而达到聚光面亮度均匀的效果。
以上所述只是本发明的光源反射装置的较佳实施例，并不构成对本发明的实质技术内容的范围的限制。本发明的光源反射装置其实质技术内容广义地定义于本发明的权利要求书中，任何他人完成的技术实体或方法，如果与本发明的权利要求书中所定义的完全相同，或者是其等效变更，都被视为涵盖于此专利范围中。
Claims (8)
1.一种合光装置，其特征在于，由两个光源反射装置组成，用以聚集所述两个光源反射装置的光线，所述两个光源反射装置以彼此间隔一定角度的方式配置，并使两个光源反射装置输出的光线汇聚于同一聚焦区域，所述两个光源反射装置分别包括：
一个曲面反射面，用以反射位于该曲面反射面的一第一焦点上的光源的光线；及
一个半球反射面，用以反射位于该半球反射面的一球心上的光源的光线；
其中，该曲面反射面的第一焦点与该半球反射面的球心在同一位置，使该半球反射面球心上的光源的光线经半球反射面的反射后，穿过该球心而照射至该曲面反射面，使得该光源发出的光线可以经由同一曲面反射面输出。
2.如权利要求1所述的合光装置，其特征在于，所述曲面反射面为半椭圆面。
3.如权利要求1所述的合光装置，其特征在于，所述曲面反射面为半抛物面。
4.如权利要求3所述的合光装置，其特征在于，该合光装置进一步包括一个透镜，用以汇聚自所述两个光源反射装置的光线聚集在该透镜的一个聚焦焦点上。
5.一种合光装置，其特征在于，由两个光源反射装置组成，用以聚集所述两个光源反射装置的光线，所述两个光源反射装置以彼此间隔一定角度的方式配置，并使该两个光源反射装置输出的光线汇聚于同一聚焦区域，所述两个光源反射装置分别包括：
一曲面反射面，具有一焦点；
一半球反射面，具有一球心，且该球心与该焦点为同一位置；
一光源，位于该球心及该焦点的位置上，且该
光源的光线分别借助该曲面反射面及半球面反射面反射后聚集在一聚焦区域上。
6.如权利要求5所述的合光装置，其特征在于，所述曲面反射面为半椭圆面。
7.如权利要求5所述的合光装置，其特征在于，所述曲面反射面为半抛物面。
8.如权利要求7所述的合光装置，其特征在于，该合光装置进一步包括一个透镜，用以汇聚自所述两个光源反射装置的光线聚集在该透镜的一个聚焦焦点上。
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