專利名稱：投影儀光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影儀光源系統(tǒng)，尤其是一種具有復(fù)合曲面式聚焦透鏡的投影儀 光源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影儀是一種放大顯示圖像的投影裝置，是辦公場合常用的放映設(shè)備，可以用于 顯示文稿、圖像等。作為各種口頭發(fā)言的輔助設(shè)備，其應(yīng)用日益廣泛，越來越多的商務(wù)活 動(dòng)以及內(nèi)部交流、課堂、法庭等場合都需要使用投影儀進(jìn)行文件放映，以達(dá)到更好的說明效果。對(duì)于投影儀來說，投射光線的強(qiáng)弱對(duì)其成像質(zhì)量有著很重要的影響，而投射光線 的強(qiáng)弱除了取決于發(fā)光裝置本身的功率外，還取決于光源系統(tǒng)對(duì)光線的利用率。如圖1所 示，圖1是一種傳統(tǒng)的投影儀光源系統(tǒng)。該光源系統(tǒng)100具有發(fā)光裝置110、反射罩120、前 置透鏡130和導(dǎo)光管140。其中發(fā)光裝置110位于反射罩120中，其發(fā)出的光線經(jīng)反射罩 反射后，沿該反射罩的開口方向傳輸。前置透鏡130具有聚光作用，可將上述發(fā)光裝置110 發(fā)出的光匯聚至導(dǎo)光管140中，光能由此途徑傳導(dǎo)至后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)中。因此匯聚至導(dǎo)光 管140中的光線的光能量越高，損失的光能越少，投影儀的投射光線就越亮。但是通常反射 罩120為圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其反射后的光線整體為圓形光束，如圖2所示，該圓形光束透過前置 透鏡后仍就成圓形光束。而光導(dǎo)管140通常為方形導(dǎo)管，所以起入光截面為方形，再加上在 生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)一些制造公差，導(dǎo)致光束不能與光導(dǎo)管140完全耦合，因而會(huì)有部分光 線沒有進(jìn)入光導(dǎo)管中，出現(xiàn)較大的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明提出一種投影儀光源裝置。該光源裝置具有特殊結(jié)構(gòu) 的前置透鏡，該前置透鏡可以將發(fā)光裝置經(jīng)反射罩反射后的圓形光束塑形成方形光束，同 時(shí)使其匯聚成與光導(dǎo)管相匹配的尺寸，使光束與光導(dǎo)管的耦合度提高，增加光能的利用率。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，包括發(fā)光裝置、反射罩、導(dǎo)光管和透 鏡，所述發(fā)光裝置位于該反射罩中，該發(fā)光裝置發(fā)出的光線經(jīng)該反射罩反射后沿該反射罩 的開口方向形成圓形光束；所述導(dǎo)光管位于該圓形光束的行進(jìn)方向上，該導(dǎo)光管的入光截 面為方形；以及所述透鏡位于該發(fā)光裝置和該導(dǎo)光管之間，該透鏡面對(duì)該發(fā)光裝置的一側(cè) 具有第一曲面，該透鏡的另一側(cè)具有第二曲面，其中該第一曲面具有在第一平面內(nèi)的第一 曲率半徑，該第二曲面具有在垂直該第一平面的第二平面內(nèi)的第二曲率半徑，該第一曲率 半徑和該第二曲率半徑的大小不同，用以使該圓形光束經(jīng)過該透鏡后形成方形光束。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述透鏡的整體屈光度為正。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述透鏡還包括微結(jié)構(gòu)，位于該 第二曲面的兩側(cè)，該發(fā)光裝置發(fā)出的離軸光經(jīng)該微結(jié)構(gòu)折射后匯聚至該導(dǎo)光管中。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述微結(jié)構(gòu)為菲涅爾棱鏡、繞射元件、全像元件或非球面鏡中的一種。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述第一曲率半徑的值的范圍在 IOOmm 至 300mm 之間。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述第二曲率半徑的值的范圍在 200mm 至 400mm 之間。
根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述透鏡為玻璃材質(zhì)，其折射率 小于1.6，色散值小于40.根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述透鏡為紅外或者紫外光的濾 波片。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述方形光束的尺寸和所述導(dǎo)光 管的入光截面尺寸想匹配。根據(jù)本發(fā)明的目的提出的投影儀光源裝置，其中所述透鏡的主光軸與圓形光束的 行進(jìn)方向成一夾角，該夾角的范圍在O度至40度之間。通過設(shè)計(jì)這種復(fù)合雙曲面式的前置透鏡，可以使圓形光束透射后塑形成方形光 束，同時(shí)在該透鏡的邊緣設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)，使離軸光線能夠匯聚至導(dǎo)光管上，從而不僅增加了光 線與導(dǎo)光管的耦合程度，更減少了泄漏光，提高了整體的光能利用率。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。


圖1是一種傳統(tǒng)的投影儀光源系統(tǒng)；圖2是傳統(tǒng)的透鏡光路效果圖；圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光源裝置示意圖；圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的前置透鏡示意圖；圖5是圖4中前置透鏡的光路效果圖；圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的光源裝置示意圖；圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的前置透鏡示意圖；圖8是圖7中前置透鏡的光路效果圖；圖9是圖8中標(biāo)識(shí)E部分的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)一并參見圖3、圖4和圖5，圖3和圖4分別是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光源裝置 及前置透鏡示意圖，圖5是圖4中前置透鏡的光路效果圖。如圖所示，該光源裝置200包括 發(fā)光裝置210、反射罩220、透鏡230及導(dǎo)光管240，其中發(fā)光裝置210位于反射罩220中，其 發(fā)出的光線經(jīng)反射罩220反射后，沿該反射罩220的開口方向形成圓形光束，通常該發(fā)光裝 置210可為發(fā)光二極管、鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈、超高壓汞燈或者氙燈中的一種。導(dǎo)光管240 為一截面為方形的柱狀體。透鏡230位于發(fā)光裝置210和導(dǎo)光管240之間，具有聚光作用， 可將上述發(fā)光裝置210發(fā)出的光匯聚至導(dǎo)光管240中，光能由此途徑傳導(dǎo)至后續(xù)的光學(xué)系 統(tǒng)中。該透鏡230的主光軸可以平行于上述圓形光束的行經(jīng)方向，也可以與該圓形光束的 行經(jīng)方向形成一個(gè)角度，只要能使發(fā)光裝置210與反射罩220發(fā)出的光束匯聚至導(dǎo)光管中即可，較佳地，該角度的范圍為O度至40度之間。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，該透鏡230為復(fù)合 式雙曲面透鏡，其靠近發(fā)光裝置210的一側(cè)具有第一曲面231，靠近導(dǎo)光管240的一側(cè)具有 第二曲面232。該第一曲面231具有在第一平面內(nèi)的第一曲率半徑r 1，該第二曲面232具有 在垂直該第一平面的第二平面內(nèi)的第二曲率半徑r2，并且該第一曲率半徑rl和該第二曲 率半徑r2滿足使該透鏡230的整體屈光度為正。于實(shí)際應(yīng)用中，該第一曲率半徑rl所在 的第一平面比如可以是沿水平方向的，且該第一曲率半徑rl的數(shù)值范圍在IOOmm至300mm 之間；該第二曲率半徑r2所在的第二平面比如可以是沿豎直方向的，且該第二曲率半徑的 數(shù)值范圍在200mm至400mm之間，但不以此為限。具有上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的透鏡230，不僅可以 使入射光線在水平面上發(fā)生折射，還可以使該光線在豎直面上發(fā)生折射，因而可以實(shí)現(xiàn)讓 發(fā)光裝置210和反射罩220發(fā)出的圓形光束透射過該透鏡230后，被塑形成方形光束，如圖 5中所示。由于該方形光束和方形光導(dǎo)管240具有較高的耦合度，并且使該方形光束的尺寸 與該導(dǎo)光管240的尺寸相匹配， 這樣經(jīng)透鏡折射后的方形光束就能幾乎全部的進(jìn)入導(dǎo)光管 240中，從而有效提高了光能的利用率。請(qǐng)一并參照?qǐng)D6至圖9，圖6、圖7是分別本發(fā)明的第二實(shí)施方式的光源裝置和透 鏡示意圖，圖8是圖7中透鏡的光路效果圖，圖9是圖8中標(biāo)識(shí)E部分的局部放大圖。。如 圖所示，在該種實(shí)施方式中，透鏡330的第二曲面332邊緣處還包括微結(jié)構(gòu)333，該微結(jié)構(gòu) 333使該第二曲面332邊緣區(qū)域的屈光度大于中間區(qū)域的屈光度，如此一來，發(fā)光裝置310 發(fā)出的部分未經(jīng)反射罩320反射的離軸光，在經(jīng)過該透鏡330的邊緣后，仍舊被折射至導(dǎo)光 管340中，使得光源的利用率進(jìn)一步提高。于實(shí)際應(yīng)用中，該微結(jié)構(gòu)可以是菲涅爾棱鏡、繞 射元件、全像元件或非球面鏡中的一種。并且，以菲涅爾透鏡為例，其是一種包含多個(gè)鋸齒 狀凸起的透鏡，該些凸起間的距離在0. 3mm至0. 6mm之間，其整體的等效焦距可為Imm至 9mm ο較佳地，我們?nèi)≡撏哥R330的整體尺寸為25mmX 25mm，厚度為3. 3mm.其中第一曲 率半徑rl = 203. 14mm，該第二曲率半徑r2 = 313. 19mm。并且該第二曲率半徑r2與該透 鏡330兩側(cè)邊緣的距離dl各為5. 5mm，在該兩dl區(qū)域分別設(shè)置菲涅爾透鏡，使該菲涅爾透 鏡的等效焦距為3. 13mm，其多個(gè)鋸齒狀凸起之間的距離為0. 5mm。此時(shí)該透鏡330可以使 得發(fā)光裝置310和反射罩320發(fā)出的圓形光束塑型成與導(dǎo)光管340較匹配的方形光束。從 而使光源裝置300的光能利用率大大地提高。以上各種實(shí)施方式中透鏡，其材質(zhì)為玻璃材質(zhì)，折射率小于1.6，色散值小于40。 并且可以在該透鏡的表面鍍膜，使其成為紅外或者紫外光的濾波片，加大可見光的利用率。綜上所述，本發(fā)明提供一種投影儀的光源裝置，其具有復(fù)合離軸式結(jié)構(gòu)的前置透 鏡，通過該前置透鏡，可以將發(fā)光裝置和反射罩發(fā)出的圓形光束塑形成能與導(dǎo)光管相匹配 的方形光束，并且可以把邊緣的離軸光也匯聚至導(dǎo)光管中，大大的提高了光源的利用率，與 一般投影儀相比，具有更加明亮的投影光線。由以上較佳具體實(shí)施方式
的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而 并非以上述所揭露的較佳具體實(shí)施方式
來對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求范圍加以限制。相反地，其 目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng)的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于包括反射罩；發(fā)光裝置，位于該反射罩中，該發(fā)光裝置發(fā)出的光線經(jīng)該反射罩反射后沿該反射罩的開口方向形成圓形光束；導(dǎo)光管，位于該圓形光束的行進(jìn)方向上，該導(dǎo)光管的入光截面為方形；以及透鏡，位于該發(fā)光裝置和該導(dǎo)光管之間，所述透鏡面對(duì)該發(fā)光裝置的一側(cè)具有第一曲面，該透鏡的另一側(cè)具有第二曲面，其中該第一曲面具有在第一平面內(nèi)的第一曲率半徑，該第二曲面具有在垂直該第一平面的第二平面內(nèi)的第二曲率半徑，該第一曲率半徑和該第二曲率半徑的大小不同，用以使該圓形光束經(jīng)過該透鏡后形成方形光束。
2.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡的整體屈光度為正。
3.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡還包括微結(jié)構(gòu)，位于該 第二曲面的兩側(cè)，該發(fā)光裝置發(fā)出的離軸光經(jīng)該微結(jié)構(gòu)折射后匯聚至該導(dǎo)光管中。
4.如權(quán)利要求3所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述微結(jié)構(gòu)為菲涅爾棱鏡、繞射 元件、全像元件或非球面鏡中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述第一曲率半徑的值在IOOmm 至300mm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述第二曲率半徑的值在200mm 至400mm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡為玻璃材質(zhì)，其折射率 小于1.6，色散值小于40。
8.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡為紅外或者紫外光的 濾波片。
9.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述方形光束的尺寸和所述導(dǎo) 光管的入光截面尺寸想匹配。
10.如權(quán)利要求1所述的投影儀光源系統(tǒng)，其特征在于所述透鏡的主光軸與圓形光束 的行進(jìn)方向成一夾角，該夾角的范圍在O度至40度之間。
全文摘要
一種投影儀光源裝置，包括發(fā)光裝置、反射罩、方形導(dǎo)光管和透鏡。其中該透鏡具有復(fù)合離軸式結(jié)構(gòu)，通過該透鏡，可以將發(fā)光裝置和反射罩發(fā)出的圓形光束塑形成能與導(dǎo)光管相匹配的方形光束，并且可以把邊緣的離軸光也匯聚至導(dǎo)光管中，大大的提高了光源的利用率，與一般投影儀相比，具有更加明亮的投影光線。
文檔編號(hào)G03B21/20GK101813879SQ20101015607
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者林威智, 洪肇佑 申請(qǐng)人:蘇州佳世達(dá)光電有限公司;佳世達(dá)科技股份有限公司