專利名稱：用于照明系統(tǒng)的聚光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及其中使用聚光透鏡的光學(xué)照明系統(tǒng)，尤其涉及用于過頂投影機(jī)的照明系統(tǒng)，它做成可增大給定光學(xué)幾何圖形任何所需區(qū)域或開口(aper-ture)上照明的量。
背景技術(shù)：
用于光學(xué)照明系統(tǒng)的聚光透鏡通常用于集中來自光源的光并把它引向要照明的區(qū)域或開口。這些透鏡可包括單個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)成雙凸、平凸和凹凸形狀的元件。聚光透鏡的一個(gè)通常用途是用在過頂投影機(jī)(OHP’s)。
常規(guī)的OHP一般包括具有光源的底座、平臺(tái)區(qū)和位于平臺(tái)上方的投影頭。光源常由帶反光鏡的燈或沒有帶反光鏡但與分離的反光鏡和可能的聚光透鏡相組合的燈。平臺(tái)處的Fresnel透鏡收集光線并把它引向投影頭(投影出平臺(tái)上的任何透明圖像)中的投影透鏡。
為了保證在明亮環(huán)境中看清楚圖像，希望圖像盡可能地亮。隨著液晶顯示器(LCD)板與OPH合并使用不斷增長(zhǎng)，亮度已變得特別重要，因?yàn)長(zhǎng)CD板的透射一般非常低。
照度均勻性也非常重要。雖然人眼不十分敏感于照度的逐漸變化，但仍可看出從屏幕中心到遠(yuǎn)角的大約四倍以上的變化。依據(jù)ANSI/ISO9767-1990(它用角到中心的比率來定義均勻性)測(cè)量均勻性。依據(jù)日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 7160(它基本上類似于美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)的角到中心的比率的定義)，認(rèn)為對(duì)于OPH，角到中心比大于40％就被認(rèn)為很好。
在實(shí)現(xiàn)高的平臺(tái)照度中牽涉到三個(gè)重要的因素，它們是燈的構(gòu)造、來自燈的光線的聚集，以及光線一旦被聚集后的利用。第一個(gè)因素牽涉到燈本身，而另外兩個(gè)因素依據(jù)一塊或多塊聚光透鏡的性能。燈的構(gòu)造可以幾種方式變化，以增加照度。常規(guī)的OPH燈是白熾燈或電弧放電燈。雖然弧光燈可提供更高的照度，但白熾燈的成本一般低于電弧放電燈，因此更多地用于過頂投影機(jī)中。如果選擇白熾燈，用于提高照度的唯一可獲得的方法是使用一個(gè)具有較高瓦數(shù)的燈。由于投影機(jī)的其它元件可能過熱，仍限制了瓦數(shù)。例如，如果Fresnel透鏡/平臺(tái)變得太熱，可損壞圖像承載薄膜。
對(duì)于其它的照度因素，用適當(dāng)?shù)木酃馔哥R系統(tǒng)可很好地實(shí)現(xiàn)光的聚集和利用。聚光透鏡做成盡可能多地聚集來自燈的光線，并使光線通過平臺(tái)。由其集光角(collection angle，定義為通過集光系統(tǒng)上邊的光線和通過其下邊的光線之間的夾角)控制由聚光透鏡聚集的光量。從光源燈絲到聚光透鏡最近一側(cè)的距離可影響該角。聚光透鏡一般放置得盡可能靠近燈，從而牽涉到的唯一的其它因素是聚光透鏡的直徑。增大聚光透鏡的直徑將自動(dòng)地增大集光角，但因?yàn)樵诖诉^程中也將會(huì)增加聚光透鏡的厚度，從而增加聚光透鏡的成本以及它對(duì)熱應(yīng)力的敏感度，所以對(duì)此也有限制。因此，需要權(quán)衡透鏡的直徑與其厚度，以給出高的集光效率。在已有技術(shù)中有許多專利討論了由聚光系統(tǒng)聚集的光量的問題。
聚光器的主要作用是聚集來自光源的光線并把它引向要照亮的區(qū)域或開口。在已有技術(shù)中，由其相對(duì)開口(美國專利號(hào)934,579)、數(shù)值開口(參看美國專利號(hào)2,637,242)或集光角(參看美國專利號(hào)1,615,674、1,946,088和2,587,956)描述由聚光系統(tǒng)聚集的光量。此集光角定義為通過集光系統(tǒng)上邊的光線和通過其下邊的光線之間的夾角。
聚光器設(shè)計(jì)中第一個(gè)共同特點(diǎn)是此系統(tǒng)是齊明(aplanatic)的，即對(duì)球面像差和彗形像差進(jìn)行修正(參看美國專利號(hào)934,579和1,507,212)。在用于顯微鏡照明裝置等的高分辨率光學(xué)的照明系統(tǒng)中特別需要齊明性。對(duì)于較低分辨率的系統(tǒng)，對(duì)彗形像差的修正需要減少了，并如美國專利號(hào)2,637,242所述可故意避免。另一個(gè)共同特點(diǎn)是所有的聚光系統(tǒng)試圖達(dá)到某種程度的照度均勻性(參看美國專利號(hào)2,637,242和5,010,465)。理論上，設(shè)計(jì)者應(yīng)能夠規(guī)定由聚光器產(chǎn)生的均勻性。因此，設(shè)計(jì)一種單個(gè)元件的聚光透鏡是想要并有利的，它能增加照明系統(tǒng)中的照度，而不增加聚光透鏡的尺寸和厚度，而且仍能保持投影光線的高度均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種聚光透鏡系統(tǒng)，包括雙凸、平凸和凹凸形狀的透鏡，其中透鏡設(shè)計(jì)成對(duì)于用于給定照明系統(tǒng)中給定燈，使任何想要區(qū)域或開口上的照度最大。此外，實(shí)現(xiàn)了照度的高度均勻性。具體說，這些透鏡做成具有光瞳失真(枕形失真或桶形失真)，它適于從給定照明系統(tǒng)中光源(燈絲)到投影開口的距離。在每個(gè)設(shè)計(jì)中，通過聚光透鏡邊緣的光線指向某點(diǎn)，該點(diǎn)稍稍超出光線要照亮的區(qū)域的邊界。
本發(fā)明在OPH中特別有用，以在整個(gè)平臺(tái)區(qū)上提供最佳的照度，同時(shí)保持高度的均勻性，即角到中心的比率?？梢杂帽景l(fā)明的聚光透鏡而不對(duì)球面像差或彗形像差作修正。如果想要進(jìn)行修正，則可由照明系統(tǒng)中附加的元件對(duì)這些失真進(jìn)行修正。
附圖概述通過參考附圖可更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的概括的光學(xué)照明系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2A-2C是依據(jù)本發(fā)明制成的聚光透鏡的底面圖，示出了光瞳失真；圖3是示出聚光透鏡區(qū)域光線相對(duì)高度和照明系統(tǒng)光程長(zhǎng)度之間的關(guān)系的曲線圖；以及圖4是用于過頂投影機(jī)的聚光器的示意圖。
本發(fā)明較佳實(shí)施方式現(xiàn)在參考附圖，特別是參考圖1，其中示出依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的概括的光學(xué)照明系統(tǒng)。此照明系統(tǒng)一般包括光源或燈絲1、聚光透鏡2以及要照亮的開口或區(qū)域3。如以下進(jìn)一步所述，本發(fā)明在過頂投影機(jī)(OPH)的設(shè)計(jì)中特別有用，但這并無限制的意思，因?yàn)楸景l(fā)明在其它光學(xué)照明系統(tǒng)(諸如接觸印刷)中也有用。
本發(fā)明的聚光透鏡做成對(duì)于給定燈和光學(xué)幾何圖形可使給定區(qū)域或開口上照度最大。通過用基本上所有的聚光透鏡表面來聚集光，即使得從燈處看到的要照亮的區(qū)域所張的立體角最大，可做到這一點(diǎn)。確定聚光透鏡的設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要因素。雖然這些設(shè)計(jì)因素也可應(yīng)用于非對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)，但可根據(jù)軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)來描述它們。
可參考被定義為從燈絲處看到的聚光透鏡限制開口圖像的聚光透鏡的入射光瞳來描述第一設(shè)計(jì)因素。在光源中心處起始并通過入射光瞳邊緣的光線A在接近其極端(即，多邊形開口的角)處與要照亮的區(qū)域相交，以考慮光源的延伸特征和制造公差。稱這樣的光線為“邊緣光線”。從開口的中心到邊緣光線與開口相交點(diǎn)的距離可叫做光錐半徑。第一設(shè)計(jì)因素保證了射出聚光器的光錐不照亮基本上比所需區(qū)域大的區(qū)域。
第二設(shè)計(jì)因素保證可使在光錐半徑的0.7071處與要照亮區(qū)域相交的光線的入射光瞳的高度最大。稱這條光線為“區(qū)域光線”。當(dāng)照亮一個(gè)矩形開口時(shí)，諸如照亮OHP的平臺(tái)區(qū)時(shí)，此第二設(shè)計(jì)因素變得很重要，因?yàn)樗鼘⒂绊懫脚_(tái)區(qū)的總亮度。它也對(duì)均勻性有影響，但此影響較弱。
用區(qū)域光線和邊緣光線定義聚光器的光瞳失真是有幫助的。如果正方形平臺(tái)的圖像在聚光器光瞳中表現(xiàn)為正方形時(shí)，則沒有失真。用這兩種光線，這意味著從軸到邊緣光線交點(diǎn)距離的70.71％處與平臺(tái)相交的光線將在邊緣光線高度的70.71％處與光瞳相交。這相應(yīng)于在光瞳中相對(duì)區(qū)域光線高度為0.7071。于是，失真定義為失真＝100×(zonal-0.7071)/0.7071這里“zonal”是區(qū)域光線的相對(duì)光瞳高度，且此失真被轉(zhuǎn)換成百分?jǐn)?shù)。此光瞳失真不要與圖像失真(它只可在圖像平面中測(cè)量)混淆。
參考圖2A-2C可理解這兩個(gè)因素。如果人眼可通過只滿足第一設(shè)計(jì)因素的聚光器而聚焦在要照亮的正方形區(qū)域的邊界上，則可表現(xiàn)出圖2A。此正方形邊界已由聚光器的折射本領(lǐng)而變成“枕形”形狀。這可通過光線跟蹤來檢驗(yàn)；枕形失真的相對(duì)區(qū)域光線高度將＜0.7071。一般，透鏡的聚光能力越強(qiáng)，則枕形失真量越大。如果光程長(zhǎng)度較短，則依據(jù)本發(fā)明做成的透鏡可具有此枕形失真，但此枕形失真仍小于已有技術(shù)照明系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的枕形失真，如下面再結(jié)合圖3所說明的那樣，如果光程長(zhǎng)度略長(zhǎng)，則透鏡2可做得如圖2B中所示沒有失真(即，零失真)。最后，在光程長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況下，透鏡將具有如圖2C中所示的“桶形”失真。在此情況下，相對(duì)區(qū)域光線高度將＞0.7071。本發(fā)明考慮了直通和折疊光程，所以折疊系統(tǒng)中的光程長(zhǎng)度稱做沿折疊光程的長(zhǎng)度。
從燈絲位置看到的此邊界圖像的重要性在于它限定了要照亮的區(qū)域所張的立體角。此量進(jìn)入射到區(qū)域或開口上總光通量的計(jì)算。射到區(qū)域上的總光通量是光源區(qū)域、光源的亮度和從光源看到的由區(qū)域所張的立體角的乘積。換句話說，聚光器系統(tǒng)的實(shí)際尺寸和幾何集光角不足以預(yù)計(jì)射到被照亮區(qū)域上的光通量；進(jìn)入聚光器的光錐的折射也很重要。增加從燈絲看到的被照亮區(qū)域圖像的立體角，可增加射到區(qū)域上的光通量。
由此觀點(diǎn)，此第一設(shè)計(jì)因素保證了從聚光器看到的邊界的角靠近入射光瞳的邊緣。第二因素使表觀邊界的邊緣盡量靠近入射光瞳的邊緣。因?yàn)楸碛^邊界內(nèi)的區(qū)域通常不超出聚光器的區(qū)域，使用這兩個(gè)設(shè)計(jì)因素使表觀邊界內(nèi)的區(qū)域趨向聚光器的區(qū)域即可使聚光器的集光效率增至最大。
圖3是示出相對(duì)區(qū)域光線高度與光程長(zhǎng)度關(guān)系的曲線圖。小的正方形代表根據(jù)已有技術(shù)照明系統(tǒng)的相對(duì)區(qū)域光線高度，而菱形代表依據(jù)本發(fā)明所選的相對(duì)區(qū)域光線高度值。觀察此圖發(fā)現(xiàn)已有技術(shù)沒有認(rèn)識(shí)或體會(huì)到區(qū)域光線高度在優(yōu)化照明系統(tǒng)中照度對(duì)于照度均勻性中的重要性。與已有技術(shù)相比，對(duì)一給定的光程長(zhǎng)度，本發(fā)明需要更大的相對(duì)區(qū)域光線高度。說得更具體些，由以下公式確定本發(fā)明所需的最小相對(duì)區(qū)域光線高度Z
Z≥(0.00122×L)+0.301，這里L(fēng)是光程長(zhǎng)度(從光源到開口的距離)以毫米為單位。此公式由圖3中的直線a表示。換一種做法，相對(duì)區(qū)域光線高度可大于或等于(0.00115×L)+0.333(圖3中直線b)，或者大于或等于(0.00109×L)+0.364(圖3中直線c)。
雖然兩個(gè)設(shè)計(jì)因素增大了聚光透鏡的集光效率，但透鏡的設(shè)計(jì)還受到考慮要照亮區(qū)域內(nèi)照度均勻性的影響。第2,637,242號(hào)美國專利描述了用于設(shè)計(jì)具有規(guī)定均勻性的聚光器并修正球面像差的方法，從而產(chǎn)生了具有任何所需照度分布的透鏡。具體說，它指出對(duì)于齊明的聚光器，照度以光軸和從燈絲到聚光器的任何給定光線夾角的余弦的四次冪減小。雖然本方法被認(rèn)為可用，但它非常復(fù)雜。
也可使用一種雖然精度較低但更簡(jiǎn)單的控制照度分布的方法，諸如調(diào)節(jié)聚光器的頂點(diǎn)曲率。減少曲率(即，增加半徑)使得照度分布更均勻，而增加曲率使得此分布的中心更尖。雖然此方法不精確，但人眼更不精確。人眼不受到＞25％的角到中心比率的打擾。調(diào)節(jié)聚光鏡的曲率足以控制此下跌在此目標(biāo)的10％范圍內(nèi)。根據(jù)第2,637,242號(hào)美國專利中所述的方法，附加的工作可用于必需對(duì)均勻性進(jìn)行更精確地控制的情況。
除了在ANSI和JIS標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定的角到中心的比率以外，必須對(duì)平臺(tái)的最遠(yuǎn)端提供足夠的照度(依據(jù)ANSI和JIS標(biāo)準(zhǔn)在只在到最遠(yuǎn)端路徑的三分之二的點(diǎn)處測(cè)量角到中心的比率)。實(shí)驗(yàn)已指出，最遠(yuǎn)端必須具有相應(yīng)于中心照度20％-30％的照度，否則它們將被感覺到是暗的。必須調(diào)節(jié)聚光透鏡的形狀以符合此要求。
設(shè)計(jì)成滿足兩個(gè)設(shè)計(jì)因素的聚光器可應(yīng)用于至少兩個(gè)類型的照明系統(tǒng)。在第一種類型中，不必修正由聚光器引入的像差，因?yàn)椴恍枰庠吹南瘛＿@種類型應(yīng)用的突出例子包括接觸印刷和用于探傷的照明，但不限于這些例子。在第二種類型中，需要由附加的光學(xué)元件修正這些像差。第二種類型的例子包括需要光源的像的照明系統(tǒng)，該像位于要照亮的物體附近(諸如中肯照明，critical illumina-tion)或位于投影透鏡的入射光瞳處(諸如Kohler照明)，但不限于這些例子。在Kohler照明系統(tǒng)中，位于被照亮物體附近的向場(chǎng)透鏡(field lens)可用于修正像差；而對(duì)于中肯照明系統(tǒng)，對(duì)像差的修正必須與用于優(yōu)化的照度增大相平衡?？赡苄枰亩鄠€(gè)非球面和/或多個(gè)元件。
本發(fā)明聚光透鏡的一個(gè)具體應(yīng)用是用于圖4所示的過頂投影機(jī)中。來自燈10的光向各個(gè)方向發(fā)散。一些光射到反光鏡11上，并基本上向著燈絲11再從那里向著聚光器12反射回來。此被反射的光以及最初沿聚光器方向發(fā)出的光被聚光器集光，并大體上向著Fresnel透鏡13折射。此Fresnel透鏡通常是可能具有被截角的正方形，來自聚光器的光錐基本上是圓的。光錐與Fresnel透鏡相交的橫截面直徑被設(shè)計(jì)成等于或大于Fresnel透鏡對(duì)角線長(zhǎng)度。從此應(yīng)用可推斷出此光束被Fresnel透鏡限制，而不是所有的光線都能通過。本發(fā)明的功能是對(duì)于給定尺寸的Fresnel透鏡使通過該透鏡的光量最大。
Fresnel透鏡折射光束，從而使光束通過平臺(tái)玻璃14、要投影的透明物體(薄膜)15和投影透鏡16。當(dāng)光束被投影透鏡折射后，它又被頂部的鏡子17反射并照亮投影屏幕(未示出)。在此情況下，系統(tǒng)的“開口”是Fresnel透鏡/平臺(tái)。很明顯，在進(jìn)行了適當(dāng)設(shè)計(jì)的OPH系統(tǒng)中，使通過Fresnel透鏡的光量最大將也會(huì)使屏幕上圖像的亮度最大。
為了設(shè)計(jì)這種類型的聚光透鏡，開始先規(guī)定要照亮的區(qū)域以及從燈到此區(qū)域的距離。接著選定從燈到聚光器的距離以及聚光器的直徑。然后規(guī)定聚光器的形式是雙凸、平凸還是凹凸的。幾乎可任意選擇靠近燈一側(cè)聚光透鏡的半徑，雖然使該表面向燈凹入會(huì)增加照度均勻性并使邊緣的像平直。此半徑的另一個(gè)限制是如果它太凹且聚光器所需的折射本領(lǐng)很大，則不能從遠(yuǎn)離燈的表面獲得足夠的折射本領(lǐng)。依據(jù)所需的均勻性規(guī)定遠(yuǎn)離燈的表面的曲率。如果沒有其它的經(jīng)驗(yàn)方法可以使用，則此表面的出發(fā)點(diǎn)是拋物線，其頂點(diǎn)半徑等于從燈絲到該表面的距離。最后，可使用市售的透鏡設(shè)計(jì)程序(諸如，來自加利福尼亞州布萊桑頓市Focusoft公司的ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)程序)，以依據(jù)兩條設(shè)計(jì)規(guī)則優(yōu)化聚光器的非球面系數(shù)?？蓮膱D3確定適當(dāng)?shù)南鄬?duì)區(qū)域光線高度。為了保證足夠照亮遠(yuǎn)端的角，必須嘗試幾種不同的設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)的是球面凹凸透鏡，則必須嘗試幾種不同的彎曲度以實(shí)現(xiàn)所需的分布圖，即使這可能需要偏離最佳相對(duì)區(qū)域光線高度。對(duì)于非球面透鏡，可保持最佳相對(duì)區(qū)域光線高度，但幾種具有不同非球面系數(shù)的聚光器可提供不同照度分布。把最高階的非球面系數(shù)改變2倍通?？商峁┖懿幌嗤恼斩确植?，從而可看出趨勢(shì)。沿著該趨勢(shì)(內(nèi)插或外推)可得到最佳的分布。
給出用于過頂投影機(jī)的聚光器的一個(gè)例子。此投影機(jī)使用外部直徑為18mm的燈，所以從燈絲到聚光器的距離設(shè)定為11mm，以允許有公差和安裝支架。這樣得出集光角為140°，可接受的集光角一般大于或等于110°。從燈絲到Fresnel透鏡的距離是184mm。用直徑為60毫米的平凸非球面聚光透鏡，其邊緣厚度限定在3mm。透鏡的直徑可以在25-100mm范圍內(nèi)。其頂點(diǎn)曲率是0.0167，錐體常數(shù)是1.121，第六階非球面系數(shù)是-9.29×10-1，第八階非球面系數(shù)是-8.88×10-13。
雖然已參考特殊實(shí)施例描述了本發(fā)明，但該描述并不意味著可解釋為限制性的。本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員參考對(duì)發(fā)明的描述，將對(duì)已揭示的實(shí)施例作的不同改變以及本發(fā)明的不同實(shí)施例變得明顯起來。因此設(shè)想可以作這些改變，而不背離所附的權(quán)利要求書中確定的本發(fā)明的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)照明系統(tǒng)包括聚光透鏡；靠近所示聚光透鏡的光源；以及要照亮的開口，所述開口相對(duì)于所述聚光透鏡位于所述光源的對(duì)面，離所述光源有一已知距離L；其特征在于所述聚光透鏡具有相對(duì)區(qū)域光線高度，此高度大于或等于(0.00122×L)+0.301，這里以毫米為單位給出L。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡具有的最小直徑為25mm。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡位于所述開口和所述光源之間的位置，從而來自所述光源的邊緣光線通過所述聚光透鏡的邊緣并與所述開口在靠近其端部處相交。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述開口具有矩形的形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述開口具有正方形的形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡是平凸透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡是凹凸透鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述聚光透鏡是非球面透鏡。
9.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)照明系統(tǒng)，其特征在于所述矩形開口一個(gè)角處的照度至少是所述矩形開口中心處照度的20％。
10.一種過頂投影機(jī)包括底座；位于所述底座中的光源；位于所述底座中的聚光透鏡，它靠近所述光源；位于所述底座上常是矩形的平臺(tái)區(qū)，相對(duì)所述聚光透鏡與所述光源相對(duì)并且離所述光源有已知的距離L；以及安裝到所述底座的投影裝置，它靠近所述平臺(tái)區(qū)，用于投影來自所述平臺(tái)區(qū)的光；其特征在于所述聚光透鏡具有相對(duì)區(qū)域光線高度，所述高度大于或等于(0.00115×L)+0.333，這里L(fēng)以毫米為單位給出。
11.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡的直徑在25-100mm范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡位于所述平臺(tái)和所述光源之間的位置，從而來自所述光源的邊緣光線通過所述聚光透鏡的邊緣并在靠近所述平臺(tái)區(qū)一個(gè)角處與所述平臺(tái)區(qū)相交。
13.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于還包括位于所述光源附近并與所述聚光透鏡相對(duì)的裝置，用于向所述平臺(tái)區(qū)反射來自所述光源的光。
14.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述平臺(tái)區(qū)具有正方形的形狀。
15.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡是平凸透鏡。
16.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡是凹凸透鏡。
17.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡是非球面透鏡。
18.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述矩形開口的一角處的照度在所述矩形開口中心處照度的20％-30％范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求10所述的過頂投影機(jī)，其特征在于所述聚光透鏡相對(duì)所述光源位于集光大于或等于110°的位置。
20.一種過頂投影機(jī)包括底座；位于所述底座中的光源；位于所述底座上離所述光源為已知距離L的矩形平臺(tái)區(qū)；安裝到所述底座的投影透鏡，它靠近所述平臺(tái)區(qū)；位于所述平臺(tái)區(qū)的Fresnel透鏡，用于把光引向所述投影透鏡；直徑至少為25mm的平凸透鏡，位于所述底座內(nèi)所述光源和所述平臺(tái)區(qū)之間，從而來自所述光源的邊緣光線通過所述聚光透鏡的邊緣并與所述平臺(tái)區(qū)在靠近其一角的處相交，所述聚光透鏡具有相對(duì)區(qū)域光線高度，所述高度大于或等于(0.00109×L)+0.364，這里L(fēng)以毫米為單位給出；以及位于靠近所述光源的裝置，與所述聚光透鏡相對(duì)，用于向所述平臺(tái)區(qū)反射來自所述光源的光；其特征在于所述平臺(tái)區(qū)一角處的照度至少是平臺(tái)區(qū)中心處照度的20％。
全文摘要
一種用于投影系統(tǒng)的聚光透鏡(2)優(yōu)化了引向開口(3)的總亮度的量以及開口(3)處的照度均勻性。當(dāng)把透鏡放置在投影系統(tǒng)中時(shí)，此透鏡具有邊緣光線，此光線從光源的中心出發(fā)并通過聚光透鏡的邊緣，并在要照亮區(qū)域的邊緣或靠近其邊緣處與該區(qū)域相交。此透鏡還具有相對(duì)區(qū)域光線高度，此高度是根據(jù)從光源到開口的距離而選擇的。此聚光透鏡系統(tǒng)在過頂投影機(jī)的結(jié)構(gòu)中特別有用。
文檔編號(hào)G03B21/132GK1141084SQ95191639
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1995年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月17日
發(fā)明者D·G·鮑德溫, S·K·?？斯?申請(qǐng)人:美國3M公司