CN100567802C - 光源单元和投影系统 - Google Patents

Abstract

一种光源单元包括：反射器(24)，其中形成灯容置孔和光发射孔；光源(5)，其中灯(29)包括发出光的灯泡(30)和将电极导入灯泡中的电极导入部(31)，灯(29)从所述灯容置孔嵌入到反射器的内部，并且以如下方式布置，即，由灯泡发射出并由反射器的内壁反射的照射光的焦点位置不在所述电极导入部上；和聚光透镜(6)，在其至少一个透镜表面的中央部分处具有凹部，所述聚光透镜(6)位于所述由灯照射的光的光轴上，并且用于会聚由所述灯发出并被所述反射器反射的光。

Description

光源单元和投影系统

技术领域

本发明涉及一种光源单元和包括该光源单元的投影系统，尤其涉及这样一种光源单元，其尺寸较小但不减弱来自光源的光的利用效率，以及涉及包括该光源单元的投影系统。

背景技术

投影系统是这样的，即由光源单元发射出的光穿过色轮，然后进入镜面通道(mirror tunnel)以便使光具有均匀的光强分布，然后投射到屏幕上，同时通过微镜器件(micro mirror device)或液晶显示元件改变每个象素的光量，从而将图像显示在屏幕上。

如图14所示，光源单元40由发射光的光源41、凸透镜42以及镜面通道43构成，其中凸透镜42设置在光轴K上用于汇集由光源41发射的光，从凸透镜42出来的光进入镜面通道43并在其上反射光(参照专利文献1)。

光源41由反射器44和嵌入到反射器44中的灯45构成。灯45由灯泡46和电极导入部49，49构成，灯泡46被嵌入安置在反射器44内。注意：在图14中省略了色轮。

此处，由灯泡46发射出并在反射器44的内壁上反射的光的一部分撞击在电极导入部49上，从而减弱了光量。另外，凸透镜42利用由反射器44反射的光不能充分地照亮镜面通道43的光入射表面43a。

为此，光源单元40需要具有一定的尺寸或更大以便确保一定量的光，并且因此，组合有光源单元40的投影系统被加大到足够大，于是产生了投影系统不容易携带和安置的问题。

尽管光源单元优选小以使整个投影系统小，但是传统的思路是光源单元中的灯必须具有一定的尺寸或较大尺寸以便确保足够的光量。

专利文献1：日本未审专利公开文献6-51401。

发明内容

根据本发明的一个优选方面，提供一种光源单元，其包括：反射器，其内表面被抛光以提供镜面反射效果，并且其中形成灯容置孔和光发射孔；光源，其包括发出光的灯泡以及灯，所述灯包括将电极导入灯泡中的电极导入部；以及聚光透镜，其具有形成在其至少一个透镜表面的中央部分处的凹部，并且所述聚光透镜位于由灯发出的光的光轴上，并且用于会聚由灯发出并被所述反射器反射的光，灯从所述灯容置孔嵌入到反射器的内部，并且，灯以如下方式布置，即，由反射器的内壁反射的照射光的焦点不在所述电极导入部和所述聚光透镜上，而是位于电极导入部和聚光透镜之间。

另外，根据本发明的另一优选方面，提供一种投影系统，包括：如前所述的根据本发明的优选方面的光源单元；镜面通道，其引导从所述聚光器出来的光；透镜，其会聚从所述镜面通道中出来的光；微镜器件，其接收从所述透镜出来的光以映像图像；投影透镜，其放大由所述微镜器件映像的图像另外，根据本发明的再一优选方面，提供一种适于与反射器和光源组合使用的聚光透镜，其中，在光源中嵌入灯，灯包括发射光到反射器内部的灯泡和将电极引入灯泡中的电极导入部，灯泡以如下方式布置在反射器中，即，由灯泡发射出并由反射器的内壁反射的照射光的焦点位置不在所述电极导入部上，所述聚光透镜包括在其至少一个透镜表面的中央部分处具有凹部，所述聚光透镜位于所述由灯照射的光的光轴上，并且用于会聚由所述灯发出并被所述反射器反射的光。

附图说明

图1是本发明第一实施例的投影系统的平面图，其上表面被去除以显示其内部结构。

图2是显示本发明的投影系统的结构的示意图。

图3是本发明的光源单元的纵向截面视图。

图4是聚光透镜的正视图。

图5是图4中的聚光透镜沿图4中的线A-A’所截取的视图。

图6是聚光透镜的正视图。

图7是图6中的聚光透镜沿图6中的线B-B’所截取的视图。

图8是聚光透镜的正视图。

图9是图8中的聚光透镜沿图8中的线C-C’所截取的视图。

图10是聚光透镜的侧面A的正视图。

图11是聚光透镜的侧面B的正视图。

图12示出沿聚光透镜的线A-A’所取的截面图的基准线。

图13是显示构成光源单元的部件之间位置关系的示意图。

图14是相关的现有光源单元的截面图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一个实施例。但是，权利要求并不限于图中所示的细节。

如图1所示，投影系统1包括壳体2，上面安装有电源的供电电路板3被设置壳体2中以控制整个投影系统1。在壳体2中靠近中央部分的位置处设置由供电电路板3控制的光源5，在由光源5发射的光的行进方向上设置聚光透镜6。在从聚光透镜6出来的光的行进方向上设置色轮9，将从聚光透镜6出来的光转化为相应的颜色：红(R)、绿(G)和蓝(B)。在已经穿过色轮9的光的行进方向上设置镜面通道10，在从镜面通道10出来的光的行进方向上设置将图像映像到屏幕上的映像单元11。另外，在投影系统中设置多叶片风扇13和轴流风扇12，多叶片风扇13将冷风送入光源单元5以冷却光源5，轴流风扇12用于将由多叶片风扇13送入光源5的空气从投影系统1的内部排出。

图2是示出投影系统1的结构的示意图。光源单元4设置在投影系统1的内部，并且光源单元4由发射光的光源5和会聚由光源5发出的光的聚光透镜6构成。

聚光透镜6被设置在由光源5发出的光的行进方向上，用于将所发出的光会聚。色轮9被设置在从聚光透镜6出来的光的行进方向上，用于将从聚光透镜6出来的光转化为相应的颜色：R、G和B。镜面通道10被设置在已经穿过色轮9的光的行进方向上。映像单元11在从镜面通道10出来的光的行进方向上。构成映像单元11的透镜21和微镜器件22被设置在从镜面通道10出来的光的光轴K上，微镜器件22被以与透镜22不相面对的方式设置在从透镜21出来的光的行进方向上。投影透镜23被设置在由微镜器件22反射的光的行进方向上。注意：色轮9可被设置在镜面通道10的光出来侧上，光从所述光出来侧射出。

图3是光源单元4的示意性纵向截面图。注意图3中省略了色轮9的描述。

光源5由反射器24和安置在反射器24中的灯29构成。

反射器24形成为半球形，其内表面被抛光以提供镜面反射效果。反射器在色轮9一侧具有孔(下面称为“光发射孔25”)。另外，在反射器24的基部设置孔(下面将形成在反射器24基部上的所述孔称为“灯容置孔26”)，以便使灯29从灯容置孔26放置到反射器24中。

灯29由发射光的灯泡30和设置在灯泡30两端的电极导入部31，31构成，电极通过电极导入部被引入到灯泡30的内部。另外，在灯泡30的内部具有弧形件32，用于产生放电现象。灯泡30被以下述方式布置在反射器24中靠近灯容置孔26处，即，由灯泡30发射出并由反射器24的内壁反射的光的焦点位置形成在反射光的行进方向上比电极导入部31更靠前的位置。

用于收集反射光的聚光透镜6被沿着光轴K布置在由反射器24反射的光的行进方向上。图4是显示聚光透镜6的一个透镜表面的正视图，图5是图4中的聚光透镜6沿图4中的线A-A’所截取的视图。如图4和5所示，聚光透镜6是凸透镜，其中在聚光透镜6的两侧上的光收集凸表面的中央部分处设置凹部。

聚光透镜6的透镜表面上的、面向光源5的光收集表面的区域(以下称为“有效范围”)比聚光透镜6的透镜表面的、面向色轮9的光出射表面(以下称为“有效范围”)大。

注意，可使用这样的聚光透镜7，即，在其一个透镜表面上具有标准凸表面和在另一透镜表面上的中央部分处具有带凹部的凸表面，如图6和7所示。该聚光透镜7可被安置在任何一个朝向光源5的透镜表面上。

镜面通道10是透明的棱镜，其沿着光轴K设置。该镜面通道10被以如下方式制成，即，使来自光入射表面10a的入射光被沿着光轴方向引导，并且在镜面通道10的侧面和外部空气层之间的界面上完全反射，以便作为一束光强分布均匀的光从光出射表面10b射出。注意，在角管(angular tube)的内周面上布置反射膜，所述角管可被用作镜面通道。

色轮9是圆形旋转盘，其包括布置在周边方向上的、关于红色、蓝色和绿色的颜色过滤器。色轮9被这样布置，即，其旋转中心轴X向光轴K的一侧偏离。

透镜21将来自于镜面通道10的光投射到微镜器件22上。在图2中，尽管透镜21被显示为单个透镜元件，但是透镜21也可由多个透镜元件构成。

微镜器件22形成由多个微镜显示的图像的单个象素，然后通过改变微镜的斜度来改变象素明暗以便投影图像。

这些微镜由非常薄的金属片，例如铝片形成，它们的竖直和水平宽度范围从10μm-20μm。这些微镜分别设置在多个沿行列方向布置形成矩阵方式的镜驱动元件(未示出)例如CMOS上。

投影透镜23将来自微镜器件22的反射光放大并投射到屏幕(未示出)上。在图2中，注意，投影透镜23显示为单透镜元件。但是投影透镜23也可由多个透镜元件构成。

注意，下面将描述构成光源单元的各部件的尺寸和位置关系的示例。

当使用的反射器的Korenick常数为0.55106，曲率半径为10.97669，光发射孔的半径为32.5mm，灯容置孔的半径为11mm时，使用具有下列尺寸的聚光透镜6。

图10是聚光透镜6的光源5一侧(以下称为“A侧”)的正视图。该透镜表面的半径是8.3mm。如图10所示，A侧透镜表面的有效范围X在这样的一个范围内，即，在以凹部的中心点为中心的、半径为1.5mm的圆限定的范围之外，而在以凹部的中心点为中心的、半径为7.8mm+/-0.1mm的圆限定的范围之内。图11是聚光透镜6的镜面通道10一侧(以下称为“B侧”)的正视图。如图11所示，B侧透镜表面的有效范围Y在这样的一个范围内，即，在以凹部的中心点为中心的、半径为0.8mm的圆限定的范围之外，而在以凹部的中心点为中心的、半径为7.0mm的圆限定的范围之内。

图12示出聚光透镜6的截面图以便清楚显示聚光透镜6的尺寸，下面首先利用图12显示如何画出基准线。

与光轴K垂直相交的基准线C穿过聚光透镜6的A侧上的透镜表面的凹部中心，而基准线D在基准线C沿着光轴K朝向B侧分开4mm的位置以与光轴K垂直相交的方式画出。

下面，分别从聚光透镜6的B侧上的透镜表面的凸出部分的顶部到基准线D以与光轴K平行的方式画基准线E、F。另外，分别从聚光透镜6的A侧上的透镜表面的凸出部分的顶部以与光轴K平行的类似方式画基准线G、H。

弧L的半径等于从基准线D与基准线E垂直相交的点I至聚光透镜6的周边部的端部J之间的距离，弧L的中心在I点处，并且弧L是从端部J到光轴K处。

另外，弧O的半径等于从基准线D与基准线F垂直相交的点M至聚光透镜6的周边部的端部N之间的距离，弧O的中心在M点处，并且弧O是从端部N到光轴K处。于是，弧L与弧O相交的点构成A侧上透镜表面上的凹部的中央部分。

另外，弧R的半径等于从基准线C与基准线G垂直相交的点P至聚光透镜6的周边部的端部Q之间的距离，弧R的中心在P点处，并且弧R是从端部Q到光轴K处。

另外，弧U的半径等于从基准线C与基准线H垂直相交的点S至聚光透镜6的周边部的端部T之间的距离，弧U的中心在S点处，并且弧U是从端部T到光轴K处。于是，弧R与弧U相交的点构成B侧上透镜表面上的凹部的中央部分。

下面详细描述聚光透镜6的各部分的尺寸。连接点I和点M的线段的长度是7mm，连接点P和点S的线段的长度是6mm。另外，弧L和弧O的半径分别是5.5mm，弧R和弧U的半径分别是6.4mm。

图13是光源单元4的纵截面图，其显示构成光源单元4的部件之间位置关系。注意，在图13中，为了清楚地显示位置关系，省略了对色轮9的显示。

箱32被布置在光轴K上距离反射器24的基部5.6mm处。聚光透镜6被以如下方式布置，即，将A侧透镜表面上的凸起部分连接起来的线段与光轴K垂直相交的点位于与箱32距离为30.5mm处。另外，镜面通道10以下述方式布置，即，从箱32到光入射表面10a与光轴K相交的点的距离不超过44.5mm。

下面将描述本发明的实施例的功能。

当投影系统1被触发时，光从光源5的灯泡30发出，大多数光被照射到反射器24的内壁上，所述内壁被经过抛光处理以提供镜面反射效果。

当这些发生时，如图3所示，由于光源5的灯泡30被以如下方式安置在反射器内靠近灯容置孔26处，即，由灯泡30发射出并由反射器24的内壁反射的光的焦点位置形成在反射光的行进方向上、比面对聚光透镜6的电极导入部31的前端部更靠前的位置。大多数反射光照射到聚光透镜6上具有凹部的中央部分以外的部分，以便聚光。

已经照射到聚光透镜6上从而被聚集起来的光然后照射到色轮9上以便转化成红、绿、蓝三种颜色，之后照射镜面通道10的光入射表面10a。

已经从镜面通道10出来的光的其中一束在被透镜21放大之后照射到微镜器件22上。然后，已经由微镜器件22反射的光于是被投影透镜23放大以投射到未示出的屏幕上。

因此，根据本发明，由于从灯泡30照射并由反射器24反射的照射光的焦点位置不位于电极导入部31上，因此，多数照射光撞击到灯的电极导入部31上从而被减弱的情况不会发生，因此，减小了照亮透镜的照射光的损失，从而可提高由光源5发出的照射光的利用效率，这样，反射器24就可制造得较小。因此，整个光源单元4可制造得比现有的相关光源单元小。

另外，由于光源单元4以这种方式制造得较小，所以内部组装有光源单元4的投影系统1本身可以制造得较小。

Claims (6)

1.一种光源单元，其包括：

反射器(24)，其内表面被抛光以提供镜面反射效果，并且其中形成灯容置孔和光发射孔；

光源(5)，其包括发出光的灯泡(30)以及灯(24)，所述灯(24)包括将电极导入灯泡中的电极导入部(31)；以及

聚光透镜(6)，其具有形成在其至少一个透镜表面的中央部分处的凹部，并且所述聚光透镜(6)位于由灯发出的光的光轴上，并且用于会聚由灯发出并被所述反射器反射的光，

灯从所述灯容置孔嵌入到反射器的内部，并且，

灯以如下方式布置，即，由反射器的内壁反射的照射光的焦点不在所述电极导入部和所述聚光透镜上，而是位于电极导入部和聚光透镜之间。

2.根据权利要求1所述的光源单元，其特征在于，所述聚光透镜是在其两个透镜表面上的中央部分处设置凹入表面的凸透镜。

3.根据权利要求1所述的光源单元，其特征在于，所述聚光透镜是在其一个透镜表面上的中央部分处设置凹入表面的凸透镜。

4.根据权利要求1所述的光源单元，其特征在于，所述聚光透镜是这样一种透镜，其一个透镜表面形成为平面，而另一透镜表面形成为在其中央部分处具有凹部的凸面。

5.根据权利要求1所述的光源单元，其特征在于，在焦点位置处形成圆心处于由光源发出的光的光轴处的圆。

6.一种投影系统，包括：

如权利要求1所述的光源单元(4)；

镜面通道(10)，其引导从所述聚光器出来的光；

透镜(21)，其会聚从所述镜面通道中出来的光；

微镜器件(22)，其接收从所述透镜出来的光以映像图像；

投影透镜(23)，其放大由所述微镜器件映像的图像。

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