CN101813879A - 投影仪光源系统 - Google Patents
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Abstract
一种投影仪光源装置，包括发光装置、反射罩、方形导光管和透镜。其中该透镜具有复合离轴式结构，通过该透镜，可以将发光装置和反射罩发出的圆形光束塑形成能与导光管相匹配的方形光束，并且可以把边缘的离轴光也汇聚至导光管中，大大的提高了光源的利用率，与一般投影仪相比，具有更加明亮的投影光线。
Description
技术领域
本发明涉及一种投影仪光源系统，尤其是一种具有复合曲面式聚焦透镜的投影仪光源系统。
背景技术
投影仪是一种放大显示图像的投影装置，是办公场合常用的放映设备，可以用于显示文稿、图像等。作为各种口头发言的辅助设备，其应用日益广泛，越来越多的商务活动以及内部交流、课堂、法庭等场合都需要使用投影仪进行文件放映，以达到更好的说明效果。
对于投影仪来说，投射光线的强弱对其成像质量有着很重要的影响，而投射光线的强弱除了取决于发光装置本身的功率外，还取决于光源系统对光线的利用率。如图1所示，图1是一种传统的投影仪光源系统。该光源系统100具有发光装置110、反射罩120、前置透镜130和导光管140。其中发光装置110位于反射罩120中，其发出的光线经反射罩反射后，沿该反射罩的开口方向传输。前置透镜130具有聚光作用，可将上述发光装置110发出的光汇聚至导光管140中，光能由此途径传导至后续的光学系统中。因此汇聚至导光管140中的光线的光能量越高，损失的光能越少，投影仪的投射光线就越亮。但是通常反射罩120为圆对称结构，其反射后的光线整体为圆形光束，如图2所示，该圆形光束透过前置透镜后仍就成圆形光束。而光导管140通常为方形导管，所以起入光截面为方形，再加上在生产过程中会出现一些制造公差，导致光束不能与光导管140完全耦合，因而会有部分光线没有进入光导管中，出现较大的能量损失。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出一种投影仪光源装置。该光源装置具有特殊结构的前置透镜，该前置透镜可以将发光装置经反射罩反射后的圆形光束塑形成方形光束，同时使其汇聚成与光导管相匹配的尺寸，使光束与光导管的耦合度提高，增加光能的利用率。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，包括发光装置、反射罩、导光管和透镜，所述发光装置位于该反射罩中，该发光装置发出的光线经该反射罩反射后沿该反射罩的开口方向形成圆形光束；所述导光管位于该圆形光束的行进方向上，该导光管的入光截面为方形；以及所述透镜位于该发光装置和该导光管之间，该透镜面对该发光装置的一侧具有第一曲面，该透镜的另一侧具有第二曲面，其中该第一曲面具有在第一平面内的第一曲率半径，该第二曲面具有在垂直该第一平面的第二平面内的第二曲率半径，该第一曲率半径和该第二曲率半径的大小不同，用以使该圆形光束经过该透镜后形成方形光束。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述透镜的整体屈光度为正。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述透镜还包括微结构，位于该第二曲面的两侧，该发光装置发出的离轴光经该微结构折射后汇聚至该导光管中。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述微结构为菲涅尔棱镜、绕射元件、全像元件或非球面镜中的一种。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述第一曲率半径的值的范围在100mm至300mm之间。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述第二曲率半径的值的范围在200mm至400mm之间。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述透镜为玻璃材质，其折射率小于1.6，色散值小于40.
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述透镜为红外或者紫外光的滤波片。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述方形光束的尺寸和所述导光管的入光截面尺寸想匹配。
根据本发明的目的提出的投影仪光源装置，其中所述透镜的主光轴与圆形光束的行进方向成一夹角，该夹角的范围在0度至40度之间。
通过设计这种复合双曲面式的前置透镜，可以使圆形光束透射后塑形成方形光束，同时在该透镜的边缘设计微结构，使离轴光线能够汇聚至导光管上，从而不仅增加了光线与导光管的耦合程度，更减少了泄漏光，提高了整体的光能利用率。
下面将结合附图对本发明做详细说明。
附图说明
图1是一种传统的投影仪光源系统；
图2是传统的透镜光路效果图；
图3是本发明的第一实施方式的光源装置示意图；
图4是本发明的第一实施方式的前置透镜示意图；
图5是图4中前置透镜的光路效果图；
图6是本发明的第二实施方式的光源装置示意图；
图7是本发明的第二实施方式的前置透镜示意图；
图8是图7中前置透镜的光路效果图；
图9是图8中标识E部分的局部放大图。
具体实施方式
请一并参见图3、图4和图5，图3和图4分别是本发明的第一实施方式的光源装置及前置透镜示意图，图5是图4中前置透镜的光路效果图。如图所示，该光源装置200包括发光装置210、反射罩220、透镜230及导光管240，其中发光装置210位于反射罩220中，其发出的光线经反射罩220反射后，沿该反射罩220的开口方向形成圆形光束，通常该发光装置210可为发光二极管、卤素灯、金属卤化物灯、超高压汞灯或者氙灯中的一种。导光管240为一截面为方形的柱状体。透镜230位于发光装置210和导光管240之间，具有聚光作用，可将上述发光装置210发出的光汇聚至导光管240中，光能由此途径传导至后续的光学系统中。该透镜230的主光轴可以平行于上述圆形光束的行经方向，也可以与该圆形光束的行经方向形成一个角度，只要能使发光装置210与反射罩220发出的光束汇聚至导光管中即可，较佳地，该角度的范围为0度至40度之间。与现有技术不同的是，该透镜230为复合式双曲面透镜，其靠近发光装置210的一侧具有第一曲面231，靠近导光管240的一侧具有第二曲面232。该第一曲面231具有在第一平面内的第一曲率半径r1，该第二曲面232具有在垂直该第一平面的第二平面内的第二曲率半径r2，并且该第一曲率半径r1和该第二曲率半径r2满足使该透镜230的整体屈光度为正。于实际应用中，该第一曲率半径r1所在的第一平面比如可以是沿水平方向的，且该第一曲率半径r1的数值范围在100mm至300mm之间；该第二曲率半径r2所在的第二平面比如可以是沿竖直方向的，且该第二曲率半径的数值范围在200mm至400mm之间，但不以此为限。具有上述结构设计的透镜230，不仅可以使入射光线在水平面上发生折射，还可以使该光线在竖直面上发生折射，因而可以实现让发光装置210和反射罩220发出的圆形光束透射过该透镜230后，被塑形成方形光束，如图5中所示。由于该方形光束和方形光导管240具有较高的耦合度，并且使该方形光束的尺寸与该导光管240的尺寸相匹配，这样经透镜折射后的方形光束就能几乎全部的进入导光管240中，从而有效提高了光能的利用率。
请一并参照图6至图9，图6、图7是分别本发明的第二实施方式的光源装置和透镜示意图，图8是图7中透镜的光路效果图，图9是图8中标识E部分的局部放大图。。如图所示，在该种实施方式中，透镜330的第二曲面332边缘处还包括微结构333，该微结构333使该第二曲面332边缘区域的屈光度大于中间区域的屈光度，如此一来，发光装置310发出的部分未经反射罩320反射的离轴光，在经过该透镜330的边缘后，仍旧被折射至导光管340中，使得光源的利用率进一步提高。于实际应用中，该微结构可以是菲涅尔棱镜、绕射元件、全像元件或非球面镜中的一种。并且，以菲涅尔透镜为例，其是一种包含多个锯齿状凸起的透镜，该些凸起间的距离在0.3mm至0.6mm之间，其整体的等效焦距可为1mm至9mm。
较佳地，我们取该透镜330的整体尺寸为25mm×25mm，厚度为3.3mm.其中第一曲率半径r1＝203.14mm，该第二曲率半径r2＝313.19mm。并且该第二曲率半径r2与该透镜330两侧边缘的距离d1各为5.5mm，在该两d1区域分别设置菲涅尔透镜，使该菲涅尔透镜的等效焦距为3.13mm，其多个锯齿状凸起之间的距离为0.5mm。此时该透镜330可以使得发光装置310和反射罩320发出的圆形光束塑型成与导光管340较匹配的方形光束。从而使光源装置300的光能利用率大大地提高。
以上各种实施方式中透镜，其材质为玻璃材质，折射率小于1.6，色散值小于40。并且可以在该透镜的表面镀膜，使其成为红外或者紫外光的滤波片，加大可见光的利用率。
综上所述，本发明提供一种投影仪的光源装置，其具有复合离轴式结构的前置透镜，通过该前置透镜，可以将发光装置和反射罩发出的圆形光束塑形成能与导光管相匹配的方形光束，并且可以把边缘的离轴光也汇聚至导光管中，大大的提高了光源的利用率，与一般投影仪相比，具有更加明亮的投影光线。
由以上较佳具体实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施方式来对本发明的权利要求范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种投影仪光源系统，其特征在于包括：
反射罩；
发光装置，位于该反射罩中，该发光装置发出的光线经该反射罩反射后沿该反射罩的开口方向形成圆形光束；
导光管，位于该圆形光束的行进方向上，该导光管的入光截面为方形；以及
透镜，位于该发光装置和该导光管之间，所述透镜面对该发光装置的一侧具有第一曲面，该透镜的另一侧具有第二曲面，其中该第一曲面具有在第一平面内的第一曲率半径，该第二曲面具有在垂直该第一平面的第二平面内的第二曲率半径，该第一曲率半径和该第二曲率半径的大小不同，用以使该圆形光束经过该透镜后形成方形光束。
2.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述透镜的整体屈光度为正。
3.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述透镜还包括微结构，位于该第二曲面的两侧，该发光装置发出的离轴光经该微结构折射后汇聚至该导光管中。
4.如权利要求3所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述微结构为菲涅尔棱镜、绕射元件、全像元件或非球面镜中的一种。
5.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述第一曲率半径的值在100mm至300mm之间。
6.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述第二曲率半径的值在200mm至400mm之间。
7.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述透镜为玻璃材质，其折射率小于1.6，色散值小于40。
8.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述透镜为红外或者紫外光的滤波片。
9.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述方形光束的尺寸和所述导光管的入光截面尺寸想匹配。
10.如权利要求1所述的投影仪光源系统，其特征在于：所述透镜的主光轴与圆形光束的行进方向成一夹角，该夹角的范围在0度至40度之间。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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