雙燈模塊的製作方法
2023-06-11 02:15:46 2
專利名稱：雙燈模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種投影系統的組件，更具體地說，涉及一種雙燈模塊。
背景技術：
對比度(contrast)與亮度(brightness)是衡量投影機成效的兩個重要標 準。 一般來說，高階家庭劇院投影機(Home Theater Projector)的主要需求為 對比度，因此往往被迫放棄亮度需求，必須在關燈的環境下觀賞影片；對於低 階教育市場和公司行號所使用的投影機而言，亮度則是它的主要需求，而往往 被迫降低對比度。在無法有效阻隔環境光的使用場合，提高亮度顯得尤為重要。
目前市場上的傳統單燈型投影機都不能兼具高亮度和高對比度。若要提高 亮度，除了更換高功率燈泡外，不外乎變更光學設計。更換高功率燈泡不僅成 效有限，且其壽命較短的特性也是一大困擾；變更光學設計不僅增加了光機研 發的時間和成本，且難以維持既有的成像品質。
申請號為200610002543.2的中國發明專利申請公開了一種雙燈照明系統， 如圖1所示，該雙燈照明系統包括兩個照明模塊l、 2，光束折射單元3，以及 光線均化器4。第一照明模塊1包括光源11和橢圓形燈罩12,第二照明模塊 2包括光源21和橢圓形燈罩22。各光源11、 21發出的光線分別經各自的橢圓 形燈罩12、 22內壁反射，到達光束折射單元3表面，之後再經過光束折射單 元3反射，並會聚於光線均化器4，最後，光線均化器4將光線勻化成平行光 線，輸入光學系統。這種雙燈照明系統雖然在一定程度上可提高投影影像的亮 度，但是存在以下缺陷為了輸出平行的光線，必須增設光線均化器，在一定 程度上增加了成本；此外該雙燈照明系統對光束折射單元3的形狀精度以及它 與光線均化器4之間的位置精度有較高的要求。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的雙燈照明系統需要額 外採用光線均化器的缺陷，提供一種雙燈模塊，可提高投影機的亮度，同時可 減少額外的組件。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種雙燈模塊，包 括用於發出光線的第一燈芯和第二燈芯、用於反射對應光線的第一燈罩和第 二燈罩、以及反射體，所述第一燈罩和第二燈罩均為拋物線形迴轉體，所述第 一燈芯和第二燈芯分別設置在所述第一燈罩和第二燈罩的焦點處；在所述第一 燈罩和第二燈罩之間設置有用於使光線平行出射的所述反射體，其中所述反射
體沿著垂直於各燈罩的迴轉軸方向的最大截面積不小於對應燈罩的開口面積 的一半。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述反射體是反射直角稜鏡。 在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述反射直角稜鏡的高度至少為所述第 一和第二燈罩的開口直徑的1/2。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述反射體包括截面為等腰三角形的三 角柱，以及貼置於所述三角柱的兩個斜面上的反射鏡。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述三角柱是頂角為直角的等腰三角柱。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述第一燈罩和第二燈罩中的至少一個 上設置有反射鏡，所述反射鏡從該燈罩的最低點或最高點延伸，並垂直於此處 的光線行進方向。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述反射體的頂部設置有反射鏡，所述 反射鏡垂直於此處的光線行進方向。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述貼置於三角柱上的反射鏡為矩形、 半環形、或環形。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述第一燈罩和第二燈罩的開口半徑的 範圍為(2^-2)/ (2々+ 2)/，其中f是拋物線焦距。
在本實用新型所述的雙燈模塊中，所述反射體為等腰三角柱，設定頂角為A，另兩個角為B，且反射體的兩個反射面與兩個拋物線燈罩焦點連線方向之 間的夾角為C，則A、 B和C之間滿足以下關係A+2B=180° ; B+C=90° 。
實施本實用新型的雙燈模塊，具有以下有益效果利用了拋物線燈罩的焦 點上發出的光線可被該燈罩反射並平行輸出的原理，在光源經過透鏡陣列之前 就匯整成單一光源；可維持照明系統與成像系統的設計，同時所輸出的光亮度 是兩個燈芯所提供的加總亮度，維持對比度與成像品質，且因為輸出光線的行 進方向皆保持平行，所以輸出的光源可以不經過額外的組件就可得到均勻的光 源，而減少光機的研發成本與時間。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中
圖1是現有技術中的一種雙燈照明系統的結構示意圖2是本實用新型中雙燈模塊的第一實施例的結構示意圖3是本實用新型中雙燈模塊的第二實施例的結構示意圖4是本實用新型中雙燈模塊的第三實施例的結構示意圖5是本實用新型中雙燈模塊的第四實施例的結構示意圖6是本實用新型中雙燈模塊的第五實施例的結構示意圖7是本實用新型中雙燈模塊的另一種反射體的結構示意圖8是本實用新型中反射體的替換結構的示意圖9是圖8中與三角柱配合形成替換結構的反射鏡的主視圖10是圖8中與三角柱配合形成替換結構的另一種反射鏡的主視圖11是本實用新型的拋物線燈罩所在的圓錐曲線圖12是本實用新型的拋物線燈罩的截面圖13是圖10中的反射鏡與三角柱配合、應用於第五實施例的示意圖； 圖14是圖10中的反射鏡與三角柱配合、應用於第五實施例的另一示意圖; 圖15是另一種反射鏡與三角柱配合、應用於第二實施例的示意圖。
具體實施方式
圖2是本實用新型中雙燈模塊的第一實施例的結構示意圖。如圖2所示， 該雙燈模塊100應用於投影系統中，例如，可用作穿透式或反射式液晶投影機 的光源，並在光線通過其透鏡陣列(Lens Array) 110之前，將光線匯整成單 一的平行光，使光線最終能夠聚焦。
該雙燈模塊100包括彼此相對設置的兩個燈罩，各燈罩均為拋物線迴轉 體，且內表面均鍍有反射塗覆層，可使入射光全部反射。在第一拋物線燈罩 101的焦點上設置有第一燈芯103，在第二拋物線燈罩102的焦點上設置有第 二燈芯104，這樣兩個燈芯103、 104發出的光線經兩個拋物線燈罩101、 102 反射後，沿著與拋物線燈罩的軸平行的方向折回。
圖11是是本實用新型的拋物線燈罩101、 102所在的圓錐曲線圖。參照圖 11，該圓錐曲線上的點p到兩個焦點fl、 f2的距離分別為r、 r' ， p點與fl 之間的連線與坐標軸的夾角為oc ，焦點f 1處的焦距為f ，且兩個焦點f 1、 f2 之間的距離為s。根據三角函數-
(r 〕2 = r2 + — 2" c。s(冗一 a)
根據圓錐曲線的定義
將等式(2)代入等式(1)，得到:
2/
1 +1 + s / / cos or
等式(1)
等式(2)
等式(3)
當圓錐曲線為圓時，s=0， r=f;
當圓錐曲線為拋物線時，s二w，^^7^"等式(4)
1 + cos a
圖12是本實用新型的拋物線燈罩的截面圖。參照圖12，本實用新型將拋 物線燈罩101、 102的開口半徑的範圍限定在R^ R,之間，在一個較佳實施例 中，拋物線上的點到焦點的連線與X軸的夾角cc為45。時，得到R^;拋物線 上的點到焦點的連線與X軸的夾角a為135°時，得到R,。
根據得到的拋物線函數^^， 2/，當a為45°時，r = 2(2-W)/，
1 + cosa)S45°，得到i^-(2V^-2)/。這樣，可確定拋物線燈罩101、 102的開
口半徑的範圍為(2^ — 2)/ (2^ + 2)/ 。
再回到圖2，在兩個拋物線燈罩101、 102之間的光路上，設置有反射體， 用於使光線垂直反射到透鏡陣列110。該反射體可以是例如反射直角稜鏡105， 該反射直角稜鏡105是直角等腰三角柱，其截面的頂角A為90。，另兩個角B 為45° ，且面向拋物線燈罩IOI、 102的兩個面上塗覆有反射層，可使入射光 線100%反射。為了使反射直角稜鏡105反射後的光線垂直入射到透鏡陣列110， 第一、第二拋物線燈罩101、 102相對設置，且兩者的焦點連線與反射直角稜 鏡105的底面平行。反射直角稜鏡105沿著垂直於各燈罩101、 102的迴轉軸 方向的最大截面積不小於對應燈罩的開口面積的一半。並且，反射直角稜鏡 105的高度至少為拋物線燈罩的開口直徑的1/2，其底面可以與兩個拋物線燈 罩101、 102的最下端平齊，頂部的高度至少與兩個拋物線燈罩101、 102的焦 點連線平齊，以保證第一、第二燈芯103、 104發出的至少一半光線能夠被直 接被反射到反射直角稜鏡105上。具體而言，其中一個拋物線燈罩的至少一半 光線平行入射到反射直角稜鏡105上，並被反射到透鏡陣列110;而另一部分 光線由於反射直角稜鏡105的高度不夠，直接入射到相對的另一個拋物線燈罩 內，另一個拋物線燈罩將光線反射到其下部，並再次反射，到達反射直角稜鏡 105，這樣同樣可以到達透鏡陣列110。
由於被第一、第二拋物線燈罩101、 102反射到反射直角稜鏡105上的光 線均是彼此平行的，被反射直角稜鏡105反射後，即可平行入射到透鏡陣列 110。
圖3是本實用新型中雙燈模塊的第二實施例的結構示意圖，與第一實施例 相同的部分不再贅述。參照圖3，該實施例中，反射直角稜鏡105的體積較大， 其高度與拋物線燈罩101、102的開口直徑相同，且底面與兩個拋物線燈罩101、 102的最下端平齊，頂部的高度與拋物線燈罩101、 102的最上端平齊，這樣， 第一、第二燈芯103、 104發出的光線分別經第一、第二拋物線燈罩101、 102反射後直接到達反射直角稜鏡105;再經反射直角稜鏡105反射後平行入射到 透鏡陣列110。不需要經過拋物線燈罩的多次反射。
圖4是本實用新型中雙燈模塊的第三實施例的結構示意圖，與第一實施例 相同的部分不再贅述。參照圖4，在第一實施例的基礎上，增設了一個反射鏡 106。反射鏡106設置在其中一個拋物線燈罩上，從該拋物線燈罩的最高點向 下延伸並垂直於兩個拋物線燈罩101、 102的焦點連線方向。圖4中示出了將 反射鏡106設置在第一拋物線燈罩101上的例子，它也可設置在第二拋物線燈 罩102上。這樣，燈芯103、 104發出的一部分光線分別經對應的拋物線燈罩 101、 102反射後，入射到反射直角稜鏡105上，並被反射到透鏡陣列110;另 一部分光線經對應的拋物線燈罩101、 102反射後，入射到反射鏡106，並被 反射鏡106反射，返回對應的拋物線燈罩，再經過拋物線燈罩的兩次反射，入 射到反射直角稜鏡105上，並最終被反射到透鏡陣列110。反射鏡106也可從
該拋物線燈罩的最低點向上延伸並垂直於此處光線的行進方向，即兩個拋物線 燈罩IOI、 102的焦點連線方向。
圖5是本實用新型中雙燈模塊的第四實施例的結構示意圖，與第一實施例 相同的部分不再贅述。該實施例在圖4的基礎上增設了反射鏡107。即兩個反 射鏡106、 107分別設置在第一、第二拋物線燈罩IOI、 102上，從各自的拋物 線燈罩的最高點垂直向下延伸，並垂直於此處光線的行進方向，即兩個拋物線 燈罩IOI、 102的焦點連線方向。第一燈芯103發出的一部分光線經第一拋物 線燈罩101反射後，入射到反射直角稜鏡105上，並被反射到透鏡陣列110; 另一部分光線經第一拋物線燈罩101反射後，入射到反射鏡106，並被反射鏡 106反射，返回第一拋物線燈罩101，再經過第一拋物線燈罩101的兩次反射， 入射到反射直角稜鏡105上，並最終被反射到透鏡陣列110。
類似地，第二燈芯104發出的一部分光線經第二拋物線燈罩102反射後， 入射到反射直角稜鏡105上，並被反射到透鏡陣列110;另一部分光線經第二 拋物線燈罩102反射後，入射到反射鏡107，並被反射鏡107反射，返回第二 拋物線燈罩102，再經過第二拋物線燈罩102的兩次反射，入射到反射直角稜 鏡105上，並最終被反射到透鏡陣列110。圖6是本實用新型中雙燈模塊的第五實施例的結構示意圖，與第一實施例 相同的部分不再贅述。與圖4所示的第三實施例不同的是，該實施例中，將反 射鏡106設置在反射直角稜鏡105的頂部，向上延伸並垂直於此處光線的行進 方向。這樣，燈芯103、 104發出的一部分光線分別經對應的拋物線燈罩101、 102反射後，入射到反射直角稜鏡105上，並被反射到透鏡陣列110;另一部 分光線經對應的拋物線燈罩101、 102反射後，入射到反射鏡106，並被反射 鏡106反射，返回對應的拋物線燈罩，再經過拋物線燈罩的兩次反射，入射到 反射直角稜鏡105上，並最終被反射到透鏡陣列110。
在以上的第一實施例中，反射直角稜鏡105的頂角A為90° ，另兩個角B 為45° ，因此可保證光線水平入射、垂直出射。實際上反射體也可以有其它 的角度參數，只要能夠將入射的光線垂直反射到透鏡陣列110即可。圖7是本 實用新型中雙燈模塊的另一種反射體的結構示意圖。參照圖7，該反射體lll 為等腰三角柱，其截面的頂角為A，另兩個角為B，這些參數滿足以下關係
A+2B=180° 等式(5)
若反射體111的兩個反射面與垂直於透鏡陣列110的方向之間的夾角為 C， B和C之間滿足以下關係
B+C=90° 等式(6)
根據反射定律，拋物線燈罩IOI、 102反射後的光線入射到反射體111的 反射面上時，與反射面之間的夾角也必須為C。如此可確定第一、第二拋物線 燈罩IOI、 102與反射體111之間的相對位置關係。在這種情況下，兩個拋物 線燈罩101、 102的焦點連線與各自的對稱軸之間有一定的夾角。
圖8是本實用新型中反射體的替換結構的示意圖。如圖8所示，圖2中的 反射體可以由三角柱108和兩個設置在其斜面上的反射鏡109組合而成。例如， 三角柱108可以為等腰直角三角柱，其頂角A為90。，另兩個角B為45。。 兩個反射鏡109可使入射光線100%反射。如此可以實現與各實施例中的反射 直角稜鏡105相同的作用。
圖9和圖10是圖8中與三角柱配合形成替換結構的反射鏡的兩個實施例 的主視圖。參照圖9，反射鏡109可以是矩形，其背面貼置於三角柱上。參照圖10，反射鏡109也可以是半環形。由於從拋物線燈罩的焦點處發出即直接 平行入射到反射鏡的光束相對較少，因此反射鏡109中心可以設置同心圓孑L。
圖13和14是圖10中的反射鏡與三角柱配合、應用於第五實施例的示意 圖。如圖13所示，該反射鏡109貼置於三角柱108上，並在三角柱108的頂 部設置矩形的反射鏡106。如圖14所示，三角柱108頂面上的反射鏡106也 可以是半環形，與反射鏡109類似。
與三角柱108配合的反射鏡106也可以是其他形狀，如圓形、環形等。圖 15是另一種反射鏡與三角柱配合、應用於第二實施例的示意圖。在該圖中， 反射鏡106為環形。由於拋物線燈罩為迴轉體，且從拋物線燈罩的焦點處發出 即直接平行入射到反射鏡的光束相對較少，因此這種環形的反射鏡106可以使 近100%的光線反射，併到達透鏡陣列IIO。
在本實用新型中，利用了反射直角稜鏡等光學元件可以使光線100%反射 的特性，以及拋物線燈罩的焦點上發出的光線可被該燈罩反射並平行輸出的原 理，在光源經過透鏡陣列之前就匯整成單一光源；可維持照明系統與成像系統 的設計，僅對燈芯模塊進行延伸設計就可以提高投影機的亮度並延長燈泡的更 換時間，同時維持對比度與成像品質，減少光機的研發成本與時間。同時使用 者也可依據使用需求與條件，控帶妙丁芯開/關的數量，以配合外界環境光的變 化。
權利要求1、一種雙燈模塊，包括用於發出光線的第一燈芯和第二燈芯、用於反射對應光線的第一燈罩和第二燈罩、以及反射體，其特徵在於，所述第一燈罩和第二燈罩均為拋物線形迴轉體，所述第一燈芯和第二燈芯分別設置在所述第一燈罩和第二燈罩的焦點處；在所述第一燈罩和第二燈罩之間設置有用於使光線平行出射的所述反射體，其中所述反射體沿著垂直於各燈罩的迴轉軸方向的最大截面積不小於對應燈罩的開口面積的一半。
2、 根據權利要求1所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述反射體是反射直 角稜鏡。
3、 根據權利要求2所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述反射直角稜鏡的 高度至少為所述第一和第二燈罩的開口直徑的1/2。
4、 根據權利要求1所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述反射體包括截面為等腰三角形的三角柱，以及貼置於所述三角柱的兩個斜面上的反射鏡。
5、 根據權利要求4所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述三角柱是頂角為 直角的等腰三角柱。
6、 根據權利要求1所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述第一燈罩和第二 燈罩中的至少一個上設置有反射鏡，所述反射鏡從該燈罩的最低點或最高點延 伸，並垂直於此處的光線行進方向。
7、 根據權利要求2所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述反射體的頂部設 置有反射鏡，所述反射鏡垂直於此處的光線行進方向。
8、 根據權利要求4所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述貼置於三角柱上 的反射鏡為矩形、半環形、或環形。
9、 根據權利要求1所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述第一燈罩和第二 燈罩的開口半徑的範圍為(2^-2)/，^ + 2)/，其中f是拋物線焦距。
10、 根據權利要求1或4所述的雙燈模塊，其特徵在於，所述反射體為等 腰三角柱，設定頂角為A，另兩個角為B，且反射體的兩個反射面與兩個拋物 線燈罩焦點連線方向之間的夾角為C，則A、B和C之間滿足以下關係:A+2B=180formula see original document page 3
專利摘要本實用新型涉及一種雙燈模塊，包括用於發出光線的第一燈芯和第二燈芯、用於反射對應光線的第一燈罩和第二燈罩、以及反射體，所述第一燈罩和第二燈罩均為拋物線形迴轉體，所述第一燈芯和第二燈芯分別設置在所述第一燈罩和第二燈罩的焦點處；在所述第一燈罩和第二燈罩之間設置有用於使光線平行出射的所述反射體，其中所述反射體沿著垂直於各燈罩的迴轉軸方向的最大截面積不小於對應燈罩的開口面積的一半。該雙燈模塊利用了拋物線燈罩的焦點上發出的光線可被該燈罩反射並平行輸出的原理，在光源經過透鏡陣列之前就匯整成單一光源；可維持照明系統與成像系統的設計，同時維持對比度與成像品質，減少光機的研發成本與時間。
文檔編號G03B21/28GK201232946SQ200820125448
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者彭威翔, 林耿暉, 柯兆陽, 洪一中, 洪文郎, 熊堅智 申請人:亞洲光學股份有限公司