專利名稱：光源單元和投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源單元和包括該光源單元的投影系統(tǒng)，尤其涉及這樣一種光源單元，其尺寸較小但不減弱來自光源的光的利用效率，以及涉及包括該光源單元的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影系統(tǒng)是這樣的，即由光源單元發(fā)射出的光穿過色輪，然后進(jìn)入鏡面通道(mirror tunnel)以便使光具有均勻的光強(qiáng)分布，然后投射到屏幕上，同時(shí)通過微鏡器件(micro mirror device)或液晶顯示元件改變每個(gè)象素的光量，從而將圖像顯示在屏幕上。
如圖14所示，光源單元40由發(fā)射光的光源41、凸透鏡42以及鏡面通道43構(gòu)成，其中凸透鏡42設(shè)置在光軸K上用于匯集由光源41發(fā)射的光，從凸透鏡42出來的光進(jìn)入鏡面通道43并在其上反射光(參照專利文獻(xiàn)1)。
光源41由反射器44和嵌入到反射器44中的燈45構(gòu)成。燈45由燈泡46和電極導(dǎo)入部49，49構(gòu)成，燈泡46被嵌入安置在反射器44內(nèi)。注意在圖14中省略了色輪。
此處，由燈泡46發(fā)射出并在反射器44的內(nèi)壁上反射的光的一部分撞擊在電極導(dǎo)入部49上，從而減弱了光量。另外，凸透鏡42利用由反射器44反射的光不能充分地照亮鏡面通道43的光入射表面43a。
為此，光源單元40需要具有一定的尺寸或更大以便確保一定量的光，并且因此，組合有光源單元40的投影系統(tǒng)被加大到足夠大，于是產(chǎn)生了投影系統(tǒng)不容易攜帶和安置的問題。
盡管光源單元優(yōu)選小以使整個(gè)投影系統(tǒng)小，但是傳統(tǒng)的思路是光源單元中的燈必須具有一定的尺寸或較大尺寸以便確保足夠的光量。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利公開文獻(xiàn)6-51401。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，提供一種光源單元，其包括反射器，其內(nèi)表面被拋光以提供鏡面反射效果，并且其中形成燈容置孔和光發(fā)射孔；光源，其中燈包括發(fā)出光的燈泡和將電極導(dǎo)入燈泡中的電極導(dǎo)入部，燈從所述燈容置孔嵌入到反射器的內(nèi)部，并且以如下方式布置，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上；以及聚光透鏡，在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡位于所述由燈發(fā)出的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選方面，提供一種投影系統(tǒng)，包括光源單元，其包括反射器，其內(nèi)表面被拋光以提供鏡面反射效果，并且其中形成燈容置孔和光發(fā)射孔；光源，其中燈包括發(fā)出光的燈泡和將電極導(dǎo)入燈泡中的電極導(dǎo)入部，燈從所述燈容置孔嵌入到反射器的內(nèi)部，并且以如下方式布置，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上；以及聚光透鏡，在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡位于所述由燈照射的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光；鏡面通道，其引導(dǎo)從所述聚光透鏡出來的光；透鏡，其會(huì)聚從所述鏡面通道中出來的光；微鏡器件，其接收從所述透鏡出來的光以映像圖像；投影透鏡，其放大由所述微鏡器件映像的圖像。
另外，根據(jù)本發(fā)明的再一優(yōu)選方面，提供一種適于與反射器和光源組合使用的聚光透鏡，其中，在光源中嵌入燈，燈包括發(fā)射光到反射器內(nèi)部的燈泡和將電極引入燈泡中的電極導(dǎo)入部，燈泡以如下方式布置在反射器中，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上，所述聚光透鏡包括在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡位于所述由燈照射的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的投影系統(tǒng)的平面圖，其上表面被去除以顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖2是顯示本發(fā)明的投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是本發(fā)明的光源單元的縱向截面視圖。
圖4是聚光透鏡的正視圖。
圖5是圖4中的聚光透鏡沿圖4中的線A-A’所截取的視圖。
圖6是聚光透鏡的正視圖。
圖7是圖6中的聚光透鏡沿圖6中的線B-B’所截取的視圖。
圖8是聚光透鏡的正視圖。
圖9是圖8中的聚光透鏡沿圖8中的線C-C’所截取的視圖。
圖10是聚光透鏡的側(cè)面A的正視圖。
圖11是聚光透鏡的側(cè)面B的正視圖。
圖12示出沿聚光透鏡的線A-A’所取的截面圖的基準(zhǔn)線。
圖13是顯示構(gòu)成光源單元的部件之間位置關(guān)系的示意圖。
圖14是相關(guān)的現(xiàn)有光源單元的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。但是，權(quán)利要求并不限于圖中所示的細(xì)節(jié)。
如圖1所示，投影系統(tǒng)1包括殼體2，上面安裝有電源的供電電路板3被設(shè)置殼體2中以控制整個(gè)投影系統(tǒng)1。在殼體2中靠近中央部分的位置處設(shè)置由供電電路板3控制的光源5，在由光源5發(fā)射的光的行進(jìn)方向上設(shè)置聚光透鏡6。在從聚光透鏡6出來的光的行進(jìn)方向上設(shè)置色輪9，將從聚光透鏡6出來的光轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的顏色紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)。在已經(jīng)穿過色輪9的光的行進(jìn)方向上設(shè)置鏡面通道10，在從鏡面通道10出來的光的行進(jìn)方向上設(shè)置將圖像映像到屏幕上的映像單元11。另外，在投影系統(tǒng)中設(shè)置多葉片風(fēng)扇13和軸流風(fēng)扇12，多葉片風(fēng)扇13將冷風(fēng)送入光源單元5以冷卻光源5，軸流風(fēng)扇12用于將由多葉片風(fēng)扇13送入光源5的空氣從投影系統(tǒng)1的內(nèi)部排出。
圖2是示出投影系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的示意圖。光源單元4設(shè)置在投影系統(tǒng)1的內(nèi)部，并且光源單元4由發(fā)射光的光源5和會(huì)聚由光源5發(fā)出的光的聚光透鏡6構(gòu)成。
聚光透鏡6被設(shè)置在由光源5發(fā)出的光的行進(jìn)方向上，用于將所發(fā)出的光會(huì)聚。色輪9被設(shè)置在從聚光透鏡6出來的光的行進(jìn)方向上，用于將從聚光透鏡6出來的光轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的顏色R、G和B。鏡面通道10被設(shè)置在已經(jīng)穿過色輪9的光的行進(jìn)方向上。映像單元11在從鏡面通道10出來的光的行進(jìn)方向上。構(gòu)成映像單元11的透鏡21和微鏡器件22被設(shè)置在從鏡面通道10出來的光的光軸K上，微鏡器件22被以與透鏡22不相面對(duì)的方式設(shè)置在從透鏡21出來的光的行進(jìn)方向上。投影透鏡23被設(shè)置在由微鏡器件22反射的光的行進(jìn)方向上。注意色輪9可被設(shè)置在鏡面通道10的光出來側(cè)上，光從所述光出來側(cè)射出。
圖3是光源單元4的示意性縱向截面圖。注意圖3中省略了色輪9的描述。
光源5由反射器24和安置在反射器24中的燈29構(gòu)成。
反射器24形成為半球形，其內(nèi)表面被拋光以提供鏡面反射效果。反射器在色輪9一側(cè)具有孔(下面稱為“光發(fā)射孔25”)。另外，在反射器24的基部設(shè)置孔(下面將形成在反射器24基部上的所述孔稱為“燈容置孔26”)，以便使燈29從燈容置孔26放置到反射器24中。
燈29由發(fā)射光的燈泡30和設(shè)置在燈泡30兩端的電極導(dǎo)入部31，31構(gòu)成，電極通過電極導(dǎo)入部被引入到燈泡30的內(nèi)部。另外，在燈泡30的內(nèi)部具有弧形件32，用于產(chǎn)生放電現(xiàn)象。燈泡30被以下述方式布置在反射器24中靠近燈容置孔26處，即，由燈泡30發(fā)射出并由反射器24的內(nèi)壁反射的光的焦點(diǎn)位置形成在反射光的行進(jìn)方向上比電極導(dǎo)入部31更靠前的位置。
用于收集反射光的聚光透鏡6被沿著光軸K布置在由反射器24反射的光的行進(jìn)方向上。圖4是顯示聚光透鏡6的一個(gè)透鏡表面的正視圖，圖5是圖4中的聚光透鏡6沿圖4中的線A-A’所截取的視圖。如圖4和5所示，聚光透鏡6是凸透鏡，其中在聚光透鏡6的兩側(cè)上的光收集凸表面的中央部分處設(shè)置凹部。
聚光透鏡6的透鏡表面上的、面向光源5的光收集表面的區(qū)域(以下稱為“有效范圍”)比聚光透鏡6的透鏡表面的、面向色輪9的光出射表面(以下稱為“有效范圍”)大。
注意，可使用這樣的聚光透鏡7，即，在其一個(gè)透鏡表面上具有標(biāo)準(zhǔn)凸表面和在另一透鏡表面上的中央部分處具有帶凹部的凸表面，如圖6和7所示。該聚光透鏡7可被安置在任何一個(gè)朝向光源5的透鏡表面上。
鏡面通道10是透明的棱鏡，其沿著光軸K設(shè)置。該鏡面通道10被以如下方式制成，即，使來自光入射表面10a的入射光被沿著光軸方向引導(dǎo)，并且在鏡面通道10的側(cè)面和外部空氣層之間的界面上完全反射，以便作為一束光強(qiáng)分布均勻的光從光出射表面10b射出。注意，在角管(angular tube)的內(nèi)周面上布置反射膜，所述角管可被用作鏡面通道。
色輪9是圓形旋轉(zhuǎn)盤，其包括布置在周邊方向上的、關(guān)于紅色、藍(lán)色和綠色的顏色過濾器。色輪9被這樣布置，即，其旋轉(zhuǎn)中心軸X向光軸K的一側(cè)偏離。
透鏡21將來自于鏡面通道10的光投射到微鏡器件22上。在圖2中，盡管透鏡21被顯示為單個(gè)透鏡元件，但是透鏡21也可由多個(gè)透鏡元件構(gòu)成。
微鏡器件22形成由多個(gè)微鏡顯示的圖像的單個(gè)象素，然后通過改變微鏡的斜度來改變象素明暗以便投影圖像。
這些微鏡由非常薄的金屬片，例如鋁片形成，它們的豎直和水平寬度范圍從10μm-20μm。這些微鏡分別設(shè)置在多個(gè)沿行列方向布置形成矩陣方式的鏡驅(qū)動(dòng)元件(未示出)例如CMOS上。
投影透鏡23將來自微鏡器件22的反射光放大并投射到屏幕(未示出)上。在圖2中，注意，投影透鏡23顯示為單透鏡元件。但是投影透鏡23也可由多個(gè)透鏡元件構(gòu)成。
注意，下面將描述構(gòu)成光源單元的各部件的尺寸和位置關(guān)系的示例。
當(dāng)使用的反射器的Korenick常數(shù)為0.55106，曲率半徑為10.97669，光發(fā)射孔的半徑為32.5mm，燈容置孔的半徑為11mm時(shí)，使用具有下列尺寸的聚光透鏡6。
圖10是聚光透鏡6的光源5一側(cè)(以下稱為“A側(cè)”)的正視圖。該透鏡表面的半徑是8.3mm。如圖10所示，A側(cè)透鏡表面的有效范圍X在這樣的一個(gè)范圍內(nèi)，即，在以凹部的中心點(diǎn)為中心的、半徑為1.5mm的圓限定的范圍之外，而在以凹部的中心點(diǎn)為中心的、半徑為7.8mm+/-0.1mm的圓限定的范圍之內(nèi)。圖11是聚光透鏡6的鏡面通道10一側(cè)(以下稱為“B側(cè)”)的正視圖。如圖11所示，B側(cè)透鏡表面的有效范圍Y在這樣的一個(gè)范圍內(nèi)，即，在以凹部的中心點(diǎn)為中心的、半徑為0.8mm的圓限定的范圍之外，而在以凹部的中心點(diǎn)為中心的、半徑為7.0mm的圓限定的范圍之內(nèi)。
圖12示出聚光透鏡6的截面圖以便清楚顯示聚光透鏡6的尺寸，下面首先利用圖12顯示如何畫出基準(zhǔn)線。
與光軸K垂直相交的基準(zhǔn)線C穿過聚光透鏡6的A側(cè)上的透鏡表面的凹部中心，而基準(zhǔn)線D在基準(zhǔn)線C沿著光軸K朝向B側(cè)分開4mm的位置以與光軸K垂直相交的方式畫出。
下面，分別從聚光透鏡6的B側(cè)上的透鏡表面的凸出部分的頂部到基準(zhǔn)線D以與光軸K平行的方式畫基準(zhǔn)線E、F。另外，分別從聚光透鏡6的A側(cè)上的透鏡表面的凸出部分的頂部以與光軸K平行的類似方式畫基準(zhǔn)線G、H。
弧L的半徑等于從基準(zhǔn)線D與基準(zhǔn)線E垂直相交的點(diǎn)I至聚光透鏡6的周邊部的端部J之間的距離，弧L的中心在I點(diǎn)處，并且弧L是從端部J到光軸K處。
另外，弧O的半徑等于從基準(zhǔn)線D與基準(zhǔn)線F垂直相交的點(diǎn)M至聚光透鏡6的周邊部的端部N之間的距離，弧O的中心在M點(diǎn)處，并且弧O是從端部N到光軸K處。于是，弧L與弧O相交的點(diǎn)構(gòu)成A側(cè)上透鏡表面上的凹部的中央部分。
另外，弧R的半徑等于從基準(zhǔn)線C與基準(zhǔn)線G垂直相交的點(diǎn)P至聚光透鏡6的周邊部的端部Q之間的距離，弧R的中心在P點(diǎn)處，并且弧R是從端部Q到光軸K處。
另外，弧U的半徑等于從基準(zhǔn)線C與基準(zhǔn)線H垂直相交的點(diǎn)S至聚光透鏡6的周邊部的端部T之間的距離，弧U的中心在S點(diǎn)處，并且弧U是從端部T到光軸K處。于是，弧R與弧U相交的點(diǎn)構(gòu)成B側(cè)上透鏡表面上的凹部的中央部分。
下面詳細(xì)描述聚光透鏡6的各部分的尺寸。連接點(diǎn)I和點(diǎn)M的線段的長(zhǎng)度是7mm，連接點(diǎn)P和點(diǎn)S的線段的長(zhǎng)度是6mm。另外，弧L和弧O的半徑分別是5.5mm，弧R和弧U的半徑分別是6.4mm。
圖13是光源單元4的縱截面圖，其顯示構(gòu)成光源單元4的部件之間位置關(guān)系。注意，在圖13中，為了清楚地顯示位置關(guān)系，省略了對(duì)色輪9的顯示。
箱32被布置在光軸K上距離反射器24的基部5.6mm處。聚光透鏡6被以如下方式布置，即，將A側(cè)透鏡表面上的凸起部分連接起來的線段與光軸K垂直相交的點(diǎn)位于與箱32距離為30.5mm處。另外，鏡面通道10以下述方式布置，即，從箱32到光入射表面10a與光軸K相交的點(diǎn)的距離不超過44.5mm。
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施例的功能。
當(dāng)投影系統(tǒng)1被觸發(fā)時(shí)，光從光源5的燈泡30發(fā)出，大多數(shù)光被照射到反射器24的內(nèi)壁上，所述內(nèi)壁被經(jīng)過拋光處理以提供鏡面反射效果。
當(dāng)這些發(fā)生時(shí)，如圖3所示，由于光源5的燈泡30被以如下方式安置在反射器內(nèi)靠近燈容置孔26處，即，由燈泡30發(fā)射出并由反射器24的內(nèi)壁反射的光的焦點(diǎn)位置形成在反射光的行進(jìn)方向上、比面對(duì)聚光透鏡6的電極導(dǎo)入部31的前端部更靠前的位置。大多數(shù)反射光照射到聚光透鏡6上具有凹部的中央部分以外的部分，以便聚光。
已經(jīng)照射到聚光透鏡6上從而被聚集起來的光然后照射到色輪9上以便轉(zhuǎn)化成紅、綠、藍(lán)三種顏色，之后照射鏡面通道10的光入射表面10a。
已經(jīng)從鏡面通道10出來的光的其中一束在被透鏡21放大之后照射到微鏡器件22上。然后，已經(jīng)由微鏡器件22反射的光于是被投影透鏡23放大以投射到未示出的屏幕上。
因此，根據(jù)本發(fā)明，由于從燈泡30照射并由反射器24反射的照射光的焦點(diǎn)位置不位于電極導(dǎo)入部31上，因此，多數(shù)照射光撞擊到燈的電極導(dǎo)入部31上從而被減弱的情況不會(huì)發(fā)生，因此，減小了照亮透鏡的照射光的損失，從而可提高由光源5發(fā)出的照射光的利用效率，這樣，反射器24就可制造得較小。因此，整個(gè)光源單元4可制造得比現(xiàn)有的相關(guān)光源單元小。
另外，由于光源單元4以這種方式制造得較小，所以內(nèi)部組裝有光源單元4的投影系統(tǒng)1本身可以制造得較小。
權(quán)利要求
1.一種光源單元，其包括反射器(24)，其內(nèi)表面被拋光以提供鏡面反射效果，并且其中形成燈容置孔和光發(fā)射孔；光源(5)，其中燈(29)包括發(fā)出光的燈泡(30)和將電極導(dǎo)入燈泡中的電極導(dǎo)入部(31)，燈(29)從所述燈容置孔嵌入到反射器的內(nèi)部，并且以如下方式布置，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上；以及聚光透鏡(6)，在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡(6)位于所述由燈發(fā)出的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源單元，其特征在于，所述聚光透鏡是在其兩個(gè)透鏡表面上的中央部分處設(shè)置凹入表面的凸透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源單元，其特征在于，所述聚光透鏡是在其一個(gè)透鏡表面上的中央部分處設(shè)置凹入表面的凸透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源單元，其特征在于，所述聚光透鏡是這樣一種透鏡，其一個(gè)透鏡表面形成為平面，而另一透鏡表面形成為在其中央部分處具有凹部的凸面。
5.一種投影系統(tǒng)，包括光源單元(4)，其包括反射器(24)，其內(nèi)表面被拋光以提供鏡面反射效果，并且其中形成燈容置孔和光發(fā)射孔；光源(5)，其中燈(29)包括發(fā)出光的燈泡(30)和將電極導(dǎo)入燈泡中的電極導(dǎo)入部(31)，燈(29)從所述燈容置孔嵌入到反射器的內(nèi)部，并且以如下方式布置，即，由燈泡發(fā)出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上；以及聚光透鏡(6)，在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡(6)位于所述由燈發(fā)出的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光；鏡面通道(10)，其引導(dǎo)從所述聚光透鏡出來的光；透鏡(21)，其會(huì)聚從所述鏡面通道中出來的光；微鏡器件(22)，其接收從所述透鏡出來的光以映像圖像；投影透鏡(23)，其放大由所述微鏡器件映像的圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光透鏡是在其兩個(gè)透鏡表面上的中央部分處設(shè)置凹入表面的凸透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光透鏡是在其一個(gè)透鏡表面上的中央部分處設(shè)置凹入表面的凸透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光透鏡是這樣一種透鏡，其一個(gè)透鏡表面形成為平面，而另一透鏡表面形成為在其中央部分處具有凹部的凸面。
9.一種適于與反射器(24)和光源(5)組合使用的聚光透鏡，其中，在光源(5)中嵌入燈(29)，燈(29)包括發(fā)射光到反射器(24)內(nèi)部的燈泡(30)和將電極引入燈泡中的電極導(dǎo)入部(31)，燈泡以如下方式布置在反射器中，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上，所述聚光透鏡包括在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡(6)位于所述由燈照射的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光。
全文摘要
一種光源單元包括反射器(24)，其中形成燈容置孔和光發(fā)射孔；光源(5)，其中燈(29)包括發(fā)出光的燈泡(30)和將電極導(dǎo)入燈泡中的電極導(dǎo)入部(31)，燈(29)從所述燈容置孔嵌入到反射器的內(nèi)部，并且以如下方式布置，即，由燈泡發(fā)射出并由反射器的內(nèi)壁反射的照射光的焦點(diǎn)位置不在所述電極導(dǎo)入部上；和聚光透鏡(6)，在其至少一個(gè)透鏡表面的中央部分處具有凹部，所述聚光透鏡(6)位于所述由燈照射的光的光軸上，并且用于會(huì)聚由所述燈發(fā)出并被所述反射器反射的光。
文檔編號(hào)F21V13/04GK1918426SQ20058000493
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者鈴木幸夫 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社