CN100378503C - 多光源照明*** - Google Patents

Abstract

一种多光源照明***，以一个以上的光源增加投影影像的流明数(Lumen，LM)，是利用两个以上的光导管与灯源所组成的导光装置，将光线导引至一分光器(BeamSplitter)，以使得来自不同灯源的光束达成合光的作用，而产生亮度更高的投影机光线输出。

Description

多光源照明***

技术领域

本发明关于一种多光源照明***，特别是一种使用可将光线聚焦于一焦点的灯源的多光源照明***。

背景技术

目前所提供的投影技术主要可以分为两类：液晶投影机(LiquidCrystal Display，LCD)与数字光学处理式投影机(Digital Light Processing，DLP)。所谓数字光学处理式投影机是由德州仪器所发展的投影技术，使用装设在一种称为数字微镜装置(DIGITAL MICROMIRROR DEVICE，DMD)的微芯片上的极微小镜片反射光源，以产生非常明亮及锐利的投射影像。然而无论是液晶投影机或是数字光学处理式投影机，多半是采用单一灯泡作为投影影像所需的灯源。因此，如欲获得更高输出流明数的投影机，在目前所提供的投影光学***中，采用更大功率的灯泡为通用的解决途径。

但存在的问题是，功率越大的灯泡，相对地其寿命越短，且因发光效率低而更耗电，更遑论采用高功率灯泡所增加的零件成本。因此，高功率灯泡作为光源并不是有效的技术解决手段。

因此，能借由一个以上相对功率较低灯泡，借由光学合光过程以达到等同的输出流明数，而少了高功率灯泡的所存在的高耗电、低发光效率的缺点，实属必要解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种多光源照明***，以一个以上的聚焦灯源作为灯源，以增加投射影像的流明数。

根据本发明所提供的多光源照明***，利用两个柱状光导管，以及一组分光器(Beam Splitter)，借由已定义好的角度连接起来并以反射镜来反射光束，以使得来自不同灯源的光束达成合光的作用，而产生功率更高的投影机光源输出。

因此，为达上述目的，本发明提供一种多光源照明***，包括有：

一分光器，其一侧设有一分光器反射面，另一侧设有一光输出面；以及

二导光装置，是分别配置于该分光器的其余两侧，每一导光装置包括有：

一灯源；以及

一光导管，其于靠近该灯源的一侧设有一端面反射面，且于该端面反射面上开设有一入射孔，而该光导管的另一侧则与该分光器相接；

其中该每一灯源所发出的光线汇聚于其所对应的光导管的该端面反射面后，经由该入射孔进入该对应的光导管内，再经由该所对应的光导管由其另一侧输出至该分光器中，最后由该分光器的该光输出面输出。

本发明所提供的多光源照明***，导光装置包括有一灯源其光线聚焦于一焦点以及一光导管。其中分光器的四个面分别有：一反射面，二个光导管接合面及一光输出面。

以其中一灯源为例，其输出至分光器中的光线，一部份经由分光器中的分光面反射而由分光器的光输出面输出，另一部份由分光面透射的光线则经由分光器反射面反射进入另一导光装置的光导管中，使得光线可经由光导管端面反射面反射而再度进入分光器中，经由分光面的反射，再由分光器的光输出面输出，经由如此不断的反射至分光器中，可使大部份光线由分光器的光输出面输出，以上原理也适用另一灯源。

以上所述的多光源照明***其架构为两组光源的多光源照明***，而根据本发明所提供的架构，亦可采用三组灯源作为多光源照明***的光源，本发明还提供一种多光源照明***，包括有：

一分光器，其中一侧设有一光输出面；以及

三组导光装置，是分别配置于该分光器的其余三侧，每一导光装置包括有：

一灯源；以及

一光导管，其于靠近该灯源的一侧设有一端面反射面且于该端面反射面上开设有一入射孔，而该光导管的另一侧则与该分光器相接；

其中该每一灯源所发出的光线汇聚于其所对应的光导管的该端面反射面后，会经由该入射孔进入该对应的光导管内，并经由该所对应的光导管由其另一侧输出至该分光器中，最后由该分光器的该光输出面输出。

其中分光器的四个面分别有，三个光导管接合面及一光输出面。以其中一灯源为例，其输出至分光器中的光线，一部份经由分光面反射而由分光器的光输出面输出，另一部份则穿透分光面进入另一导光装置的光导管中，使得光线可经由光导管端面反射面而再度进入分光器中，经由如此不断的反射至分光器中，可使大部份光线由分光器的光输出面输出，以上原理也适用另二个灯源。

本发明所提供的多光源照明***所产生的合光效果，因为光导管材料本身对光的吸收率很低而且接合处的空隙很小，使光的反射效率达到最佳，其余则为反射的后由小孔径溢漏出去的光线。假设穿透孔孔径面积占整个反射面30％，经由计算，单一灯源理论上仍可以得到80％的输出光。换言之，使用1000流明的灯泡，搭配本发明所提供的双灯源架构设计，仍可以达到1600流明的输出。因此，可以达到使用较低流明的灯泡以达到更高的流明的发光效率。

附图说明

图1A为本发明所提供多光源照明***的第一较佳实施例的***架构图；

图1B为本发明所提供多光源照明***的第二较佳实施例的***架构图；

图2为本发明所提供多光源照明***的光源发出的光线聚焦集射入光导管内的示意图；以及

图3为本发明所提供多光源照明***的第三较佳实施例的***架构图。

具体实施方式

首先请参考图1A，为本发明所提供多光源照明***的第一较佳实施例的***架构图。如图所示，为两个光源所组成的多光源照明***，包括有一分光器10、两组导光装置20。其中分光器10具有四个侧面，分别为一分光器反射面11、两光导管接合面12、以及一光输出面13，分光器10中则设有一分光面14。导光装置20分别位于分光器10的未有反射面的两侧，也就是图中所示的光导管接合面12。

以下说明为方便读者了解，灯源部份将以椭圆灯为说明例，事实上只要能光线汇聚于一焦点的灯源皆可使用在本发明中。

导光装置20主要包括有三个组成元件，分别为椭面镜21、光源22与光导管23。椭面镜21具有第一焦点与第二焦点，而光源22系位于椭面镜21的第一焦点处，使得光源22所产生的光线经椭面镜21反射后，将会聚于第二焦点。而光导管23靠近椭面镜21的一侧则设有一光导管端面反射面231，另一侧则与分光器10的光导管接合面12相接，接合方式可为光学接合或保留微小气隙的接合，光导管端面反射面231上开设有一入射孔232，光导管23靠近椭面镜21的一侧是位于椭面镜21的第二焦点处，且入射孔232恰好位于第二焦点处，使得汇聚于第二焦点处的光线可经由入射孔232进入光导管23，并经由光导管23由另一侧输出至分光器10中。光导管23可为一空心或实心的光导管，若为空心光导管，则内部需镀有全反射薄膜，以反射由入射孔232进入的光线。

分光器10是用以反射及穿透来自光导管23中的光线，由于分光器10本身特性，光线并不会全部由分光面14反射，而有一部份将穿透分光面14，而穿透分光面14的光线则会进入另一组光导管中，再经过光导管端面反射面231反射后再度进入分光器10，最后自分光器10的光输出面输出。

因此，输入至分光器10中的光线，自分光器10反射后而由分光器10的光输出面输出，而自分光镜10透射的光线则进入另一导光装置的光导管中，并由另一组导光装置的光导管将该光线再度反射至分光器10中，使得光线可以由分光器10的光输出面输出。透过分光器10分光面14的作用，使得不论是自分光面14反射的光线或穿透分光线12的光线，最后均会由分光器10的光输出面输出，如此可以提高光线的传输效率，减少光能的损失。另即达到多光源***合光的效果，于分光器10的光输出面得到较高输出功率的光线。

因此，不论是来自两组导光装置中任何一组的光线，经过光导管23中的光导管端面反射面以及分光器10的反射与透射作用，最后均自分光器10的光输出面输出，使得来自不同两个光源的能量经过反射后可以累加以得到较大功率的光线。此外，光源并非限定于相同发光功率的灯源，亦可针对实际情况，采用不同功率的灯源

本发明所提供的多光源照明***，在灯源部分是舍弃现有技术所用的平行光束，而采用汇聚光束。其理由是因为目前技术所提供的多光源合光***是以抛物面镜使置放在抛物面镜焦点的光源经由抛物面镜反射后形成一束平行光输出，借由一反射棱镜的反射，而得到平行光束的输出。但光线多半会经历多次的抛物面镜反射才输出，而抛物面镜属于非球面加工技术，仍属相当难的技术，因此抛物面镜及棱镜角度的误差将使得最终输出的光束不易达成平行光束。

而采用汇聚光束对于光束进入光导管的后就与光源无关，光线只在光导管及分光器之间来回反射，而光导管及分光器的平面光学加工技术已经有超过百年的历史，其加工技术相对容易，因而可容许较大的误差范围而具有较稳定的输出。

导光装置20除了如上述分别位于分光器10的相邻两侧外，亦可如图1B中所示，分别位于分光器10相对两侧的光导管接合面12。

续请参考图2，说明光源发出的光线聚焦集射入光导管内的过程。如图所示，光源22是位于椭面镜21的第一焦点处，光源22所发射的光束将会聚于第二焦点，会聚的路径行成一个锥状区域。光导管23靠近椭面镜21的一侧有一光导管端面反射面231，光导管端面反射面231留有一入射孔232，供入射光束进入光导管，入射孔232大小正好使得会聚于第二焦点的光束可完全通过，入射孔232越小，光线经由光导管23的入射孔232散射出去的可能性越小，其中光导管可为以光学玻璃材质为介质的实心结构，也可为以空气为介质的空心结构。

以实心结构为例，光束经由入射孔232进入光导管23后，依照司乃尔定律(Snell’s Law)，只要控制入射角小于内部全反射临界角(CriticalAngle)θc，那么进入光导管的光束，就会因为内部全反射而不透射出管壁。如光线22A，自椭面镜21反射后会入射孔232进入光导管23中，经过内部全反射作用，进入分光器10中，一部份光线经由分光面14的反射而由分光器10的光输出面13输出。同样地，光线22B自椭面镜反射后会入射孔232进入光导管23中，经过内部全反射作用而进入分光器10中，一部份光线经由分光面12的反射而由分光器10的光输出面13输出。光线22A与光线22B进入分光器10后，不会完全反射，而有一部份光线将由分光面14穿透，再由分光器反射面11将穿透的光线反射至另一组导光装置的光导管中，再经由多次的反射由分光器10的光输出面13输出。

分光器10与光导管23连接的接合面处可采用光学接合(例如光学胶合)方式连接，亦可用一空气空隙(air gap)作为最作为接合方式，降低光束在通过胶合面时被吸收的可能，进而提高光线的传输效率。借由分光器10的作用，无论是反射后改变方向或者透射后方向不变，光束在两边的光导管内都能以小于临界角θc行进，最后借由光导管端面反射面的作用，使大部分的入射光只能从分光器光输出面射出，如此即可达到合光的效果。

上述的实施例为两组光源的多光源照明***，续请参考图3，为本发明所提供多光源照明***的第三较佳实施例的***架构图。如图所示，为三个光源所组成的多光源照明***，包括有一分光器10、三组导光装置20。导光装置20分别相接于分光器10的不同接面，亦即图中所示的光导管接合面12。导光装置20如同第一实施例同样包括有三个组成元件，分别为椭面镜21、光源22与光导管23。椭面镜21具有第一焦点与第二焦点，而22光源是位于椭面镜21的第一焦点处，使得该光源所产生的光线经椭面镜21反射后，将会聚于第二焦点。而光导管23靠近椭面镜21的一侧则有一光导管端面反射面231，另一侧则与分光器10相接，光导管端面反射面231上开设有一入射孔232，光导管23靠近椭面镜21的一侧是位于椭面镜21的第二焦点处，且入射孔232恰好位于第二焦点处，使得汇聚于第二焦点处的光线可经由入射孔232进入光导管23，并经由光导管23由另一侧输出至分光器10中。光导管23可为一空心或实心的光导管，若为空心光导管，则内部需镀有全反射薄膜，以反射由入射孔232进入的光线。

分光器10是用以反射及穿透来自光导管23中的光线，由于分光器10本身特性，使得光线无法全部反射，而有一部份将由穿透分光面14，而穿透分光面14的光线将进入另一组光导管中，在经过反射作用后，仍可以自分光器10的光输出面13输出。

因此，不论是来自三组导光装置中任何一组的光线，经过光导管23中的光导管端面反射面以及分光器10的反射与透射作用，最后均自分光器10的光输出面输出，使得来自不同三个光源的能量经过反射后可以累加以得到较大功率的光线。

本发明所提供的多光源照明***，是利用功率较低的灯源，经过光学反射原理将不同功率的灯源的功率相加，得到较大功率输出，提供投影机产生较大输出流明的投影影像。然而，本发明的实际应用，亦可仅打开其中一个光源，在每一个光源处设计一功率检测电路与一切换电路，当其中一个光源的使用寿命降低时，另一个光源极可自动切换。亦可以采用手动切换开关的方式，提供使用者选择不同的光源，两组光源亦可采用不同的输出流明，以适用不同情况的照明。因此，可以借由光源的切换，而达到较长使用寿命的目的。

Claims (22)

1.一种多光源照明***，其特征在于包括有：

一分光器，其一侧设有一分光器反射面，另一侧设有一光输出面；以及

二导光装置，是分别配置于该分光器的其余两侧，每一导光装置包括有：

一灯源；以及

一光导管，其于靠近该灯源的一侧设有一端面反射面且于该端面反射面上开设有一入射孔，而该光导管的另一侧则与该分光器相接；

其中该每一灯源所发出的光线汇聚于其所对应的光导管的该端面反射面后，经由该入射孔进入该对应的光导管内，再经由该所对应的光导管由其另一侧输出至该分光器中，最后由该分光器的该光输出面输出。

2.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该灯源更包括有一灯罩，用以将该对应的灯源所产生的光线汇聚至该所对应的光导管。

3.如权利要求2所述的多光源照明***，其特征在于该灯罩是形成一椭面，该光源是配置于该椭面的一第一焦点上，而该椭面的一第二焦点则形成于该光导管的该端面反射面的该入射孔处。

4.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光线于该光导管的入射角是小于该光导管内部全反射的临界角。

5.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光导管为以光学玻璃材质为介质的实心结构光导管。

6.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光导管为以空气为介质的空心结构光导管。

7.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光导管中镀有全反射膜。

8.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光导管与该分光器是以光学接合方式接合。

9.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该光导管与该分光器是以空气气隙方式接合。

10.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该导光装置中的该灯源的功率是为相同功率的光源。

11.如权利要求1所述的多光源照明***，其特征在于该导光装置中的该灯源是为不同功率的光源。

12.一利多光源照明***，其特征在于包括有：

一分光器，其中一侧设有一光输出面；以及

三组导光装置，是分别配置于该分光器的其余三侧，每一导光装置包括有：

一灯源；以及

一光导管，其于靠近该灯源的一侧设有一端面反射面且于该端面反射面上开设有一入射孔，而该光导管的另一侧则与该分光器相接；

其中该每一灯源所发出的光线汇聚于其所对应的光导管的该端面反射面后，会经由该入射孔进入该对应的光导管内，并经由该所对应的光导管由其另一侧输出至该分光器中，最后由该分光器的该光输出面输出。

13.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该灯源更包括有一灯罩，用以将该对应的灯源所产生的光线汇聚至该所对应的光导管。

14.如权利要求13所述的多光源照明***，其特征在于该灯罩是形成一椭面，该光源是配置于该椭面的一第一焦点上，而该椭面的一第二焦点则形成于该光导管的该端面反射面的该入射孔处。

15.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光线于该光导管的入射角是小于该光导管内部全反射的临界角。

16.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光导管为以光学玻璃材质为介质的实心结构光导管。

17.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光导管为以空气为介质的空心结构光导管。

18.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光导管中镀有全反射膜。

19.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光导管与该分光器是以光学接合方式接合。

20.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光导管与该分光器是以空气气隙方式接合。

21.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该每一光源的功率是为相同功率的光源。

22.如权利要求12所述的多光源照明***，其特征在于该光源的功率是为不同功率的光源。

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