CN100474033C - 高效率的双灯泡照明*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双光源的照明***，其包含：一共焦聚光透镜组，由第一聚光透镜与第二聚光透镜组成；第一光源***与该第一聚光透镜对向设置；以及第二光源***与该第一光源***相邻并与该第二聚光透镜对向设置。其中该第一光源***包含第一灯泡、第一抛物面反射镜以及第一反射面镜，该第一灯泡设置于该第一抛物面反射镜的焦点，且该第反射面镜设置于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜之间；而该第二光源***则包含第二灯泡、第二抛物面反射镜以及第二平面镜，又该第二灯泡设置于该第二抛物面反射镜的焦点，而该第二反射面镜则设置于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜之间。

Description

高效率的双灯泡照明***

技术领域

本发明在于提供一种照明***，尤指一种应用双灯泡作为光源并可缩小合成光束的光学极限值(etendue)的照明***。

背景技术

在目前的市场上，投影机因所使用的显示技术的不同而可分为四类：CRT(Cathode Ray Tube)投影机、LCD(Liquid Crystal Display)投影机、DLP(DigitalLight Processing)投影机以及LCOS(Liquid Crystal on Silicon)投影机。其中，CRT投影机因为自身的一些技术限制，已渐渐被淘汰；LCD投影机则因具有高视明亮度、体积小巧，色彩丰富等特点而为目前较流行的投影机；而DLP投影机由于其具有利用数位光学成像原理、利用反射原理而具更高的光利用率、商品稳定性、光利用率以及便携性等等方面的优势，以逐渐成为主流产品；至于LCOS投影机，虽由于其在产品重量与亮度上仍不甚理想，但因具有高解析度的优点，因此被视为是数位投影技术中具有发展潜力的一种设计。而若就近期的展览会中推出的投影机产品来看，仍然是以强调超可携(Ultra-Portable)为重点，而DLP投影机即具有轻薄短小的特性，因此DLP投影机俨然已成为目前商用可携式投影机市场中明星级的产品。

各类投影机技术基本显影原理相仿，主要皆是由卤素灯或氙气灯等发光，经集光至面板以将面板的影像经反射或透射投射出影像，再经过分光、合光***，最后将影像投射到屏幕显像。而其中DLP投影机的关键性技术为利用一种由二位元脉冲调变控制的半导体元件DMD(Digital Micromirror Device，数位微镜元件)来作为反射装置并进以可投射图像到屏幕。其中DMD能很快速且具反射性的控制数位光学开关之外，亦能准确的控制光源。又每个DMD晶片包含成千上万微小的正方形反射镜片(微镜)。由光源(light)发射的光经交替投射到DMD表面后，DMD晶片上的所有微镜，根据自身对应的图元中各颜色(红或绿或蓝)的数量，决定了其对该色光处于开位置的次数，也即决定了反射后通过投影镜头投射到屏幕上的光数量。由于DMD具有反射性及高填满率的特性，可产生较高的光学效率，因此DLP投影机非常适用于需要高亮度及高解像度的用途。较佳的散热性，也使得DLP投影机可以使用高瓦数的光源，而不会减低DMD的寿命；同时DLP的全数位化设计，也提供了更为正确并稳定的再生影像。目前DLP投影机产品已出现0.8公斤的产品，但产品小型化在市场应用需求上有其极限，再往更小型化发展的意义就已不太大，技术的竞赛将由轻薄短小化转向显影技术的改善，例如提供高色彩饱和度、高亮度、高解析度、快速反应速度等性能之投影机以为未来追求的主流。

在几何学上，有一个形容发光或是收光的几何极限值称为etendue，etendue是一个与光束截面积以及光束发散角的正弦函数有关的数值，其定义如下：

E＝A′sin(q)2

其中E：etendue

A：光束截面积

q：光束的发散角度

DLP投影机虽为各类投影机中光能利用效率较佳的机种，但各厂商仍致力于提高其对于光能的使用效率，进以确保其在商用投影机市场上能持续位于领先地位。

目前，各厂商在光学引擎的设计中多已改采用具有双灯泡的新照明***来取代传统仅具有单一光源的照明***以便提高光能的利用效率。但是DLP投影机的etendue值乃取决于所使用的DMD的规格。而双灯泡照明***直接合成的光束的etendue值多较DMD所需值为大。因此若想确实提高光能的利用效率，提供一套能适度缩小合成光束etendue值以与DMD所需相吻合的双光源照明***实具有极佳的产业价值。

因此，鉴于已知技术的缺点，乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终研发出本案的“高效率的双灯泡照明***”。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一个具有高光能使用效率并符合产品小型化的照明***的投影机设计。

本发明的另一目的则在于提供一个具有高亮度、高解析度、快速反应速度等性能的光学引擎。

本发明的又一目的在于提供一种照明***，其包含：一共焦聚光透镜组，由第一聚光透镜与第二聚光透镜组成；一与该第一聚光透镜对向设置的第一光源***以及一与该第一光源***相邻并与该第二聚光透镜对向设置的第二光源***。其中前述的第一光源***包含第一灯泡、第一抛物面反射镜以及第一可活动式反射面镜，其中该第一灯泡设置于该第一抛物面反射镜的焦点，而该第一可活动式反射面镜则设置于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜之间。另一方面，前述的第二光源***则包含第二灯泡、第二抛物面反射镜以及第二可活动式反射面镜，其中该第二灯泡设置于该第二抛物面反射镜的焦点，而该第二可活动式反射面镜则设置于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜之间。

根据上述构想，其中该第一可活动式反射面镜与该第二可活动式反射面镜皆为活动式平面镜。

根据上述构想，其中该第一抛物面反射镜与该第二抛物面反射镜并非平行设置。

根据上述构想，其中该第一抛物面反射镜将因受该第一灯泡照射而反射出第一类反射光与第二类反射光。

根据上述构想，其中该第一类反射光直接进入该第一聚光透镜。

根据上述构想，其中该第二类反射光则反射至该第一可活动式反射面镜，并藉由该第一可活动式反射面镜反射成为该第一类反射光。

根据上述构想，其中该第二抛物面反射镜将因受该第二灯泡照射而反射出第三类反射光与第四类反射光。

根据上述构想，其中该第三类反射光直接进入该第二聚光透镜。

根据上述构想，其中该第四类反射光则反射进入该第二可活动式反射面镜，并藉由该第二可活动式反射面镜的反射而成为该第三类反射光。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜内侧成形为第一斜角。

根据上述构想，其中该第二聚光透镜内侧成形为第二斜角。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜与该第二聚光透镜藉该第一斜角与该第二斜角相连接。

本发明的又一目的在于提供另一种照明***，其包含：一共焦聚光透镜组，包含第一聚光透镜与第二聚光透镜，一与该第一聚光透镜对向设置的第一光源***，以及一与该第一光源***相邻并与该第二聚光透镜对向设置的第二光源***。其中该第一光源***包含第一灯泡、第一反射面镜以及第一抛物面反射镜，又该第一抛物面反射镜将因受该第一灯泡照射而反射出第一类反射光与第二类反射光，而该第一灯泡则设置于该第一抛物面反射镜的焦点；该第一反射面镜则位于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜间并与该第二反射光正向设置。而前述的第二光源***则包含第二灯泡、第二反射面镜以及第二抛物面反射镜，其中该第二抛物面反射镜可幽售第二灯泡照射而反射出第三类反射光与第四类反射光，又其中该第二灯泡设置于该第二抛物面反射镜的焦点，且该第二反射面镜位于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜间并与该第四类反射光正向设置。

根据上述构想，其中该第一类反射光直接进入该第一聚光透镜。

根据上述构想，其中该第三类反射光直接进入该第二聚光透镜。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜内侧成形为第一斜角。

根据上述构想，其中该第二聚光透镜内侧成形为第二斜角。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜与该第二聚光透镜藉该第一斜角与该第二斜角相连接。

本发明的又一目的在于提供一种光学引擎，其包含：一聚焦透镜组，系包含第一聚光透镜与第二聚光透镜、与该聚焦透镜组对向设置的一双光源照明***，以及一光均匀化导管。其中该双光源照明***包含第一灯泡、第一抛物面反射镜、第一反射面镜、第二灯泡、第二抛物面反射镜与第二反射面镜，其中该第一灯泡与该第二灯泡分别设置于该第一抛物面反射镜与该第二抛物面反射镜的焦点处，而该第一反射面镜与该第二反射面镜则分别设置于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜之间以及该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜之间。而该光均匀化导管则与该双光源照明***分别位于该聚焦透组之异侧，可用以传递经该第一聚光透镜所聚集的第一聚焦光束与经该第二聚光透镜所聚集的第二聚焦光束。

根据上述构想，其中该第一反射面镜与该第二反射面镜皆为平面镜。

根据上述构想，其中该第一抛物面反射镜与该第二抛物面反射镜可分别因受该第一灯泡与该第二灯泡照射而产生第一类反射光与第二类反射光以及第三类反射光与第四类反射光。

根据上述构想，其中该第一类反射光与该第三类反射光分别直接射入该第一聚光透镜与该第二聚光透镜。

根据上述构想，其中该第一反射面镜与该第二反射面镜分别反射该第二类反射光与该第四类反射光。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜的内侧成形为第一斜角。

根据上述构想，其中该第二聚光透镜的内侧成型为第二斜角。

根据上述构想，其中该第一聚光透镜与该第二聚光透镜藉该第一斜角与该第二斜角紧密接合。

根据上述构想，其中该第一反射面镜与该第二反射面镜分别遮蔽部份的该第一聚光透镜与该第二聚光透镜。

本发明的再一目的在于提供另一种光学引擎，其包含：一聚焦透镜组，分别包含至少一个聚光透镜，其中该聚光透镜共焦点且分别与该抛物面反射镜对向设置；至少一光源照明***，分别与该聚焦透镜组对向设置，且各具有一灯泡、一抛物面反射镜以及一反射面镜，其中该灯泡设置于该抛物面反射镜的焦点处，且该反射面镜设置于该抛物面反射镜与该聚焦透镜组之间，以及一光均匀化导管，与该光源照明***分别位于该聚焦透镜组的异侧，用以传递至少一个聚焦光束。

根据上述构想，其中该反射面镜为活动式平面镜。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

附图说明

图1：本发明较佳实施例的双光源***示意图。

图2：本案较佳实施例的反射光路径示意图。

图3：本案另一较佳实施例的反射光路径示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明较佳实施例的双光源***示意图。如图1所示，双光源***1包含第一灯泡11、第二灯泡12、第一抛物面反射镜13、第二抛物面反射镜14、第一平面反射镜15、第二平面反射镜16、第一聚光透镜17、第二聚光透镜18以及光均匀化导管19。其中第一灯泡11位于第一抛物面反射镜13的焦点，第二灯泡12位于第二抛物面反射镜14的焦点，且利用紧密贴合且共焦点的第一聚光透镜17与第二聚光透镜18，可有效达到合光的效果，并进以显著提升双光源***1所提供的光强度。为避免第一聚光透镜17与第二聚光透镜18在接合时因贴合不密而发生漏光现象，本发明在第一聚光透镜17与第二聚光透镜18上分别具有第一斜角171与第二斜角181的设计，透过前述的斜角设计，双光源***1将可有效减少无谓的光能耗损。

请参阅图2，为本发明较佳实施例的反射光路径示意图。如图2所示，当第一抛物面反射镜13可因受第一灯泡11照射而反射出第一类反射光131，133以及第二类反射光132，其中该第二类反射光132经第一平面反射镜15反射后成一反射光151，而该反射光151可再经第一抛物面反射镜13反射为第一类反射光134而进入第一聚光透镜17内。另一方面，当第二抛物面反射镜14可因受第二灯泡12照射而反射出第三类反射光141，143以及第四类反射光142，其中该第四类反射光142经第二平面反射镜16反射成一反射光161，而该反射光161可再经第二抛物面反射镜14反射成第三类反射光144而进入第二聚光透镜18内。

请参阅图2与图3，其中图3为本发明另一较佳实施例的反射光路径示意图。如图2与图3所示，转动第一平面反射镜15即可连带改变反射光151与反射光134的路径而分别反射成第一类反射光151′，134′，并进而改变进入第一聚光透镜17时的角度；而转动第二平面反射镜16即可连带改变反射光161与反射光144的路径而反射成反射光161′与反射光144′，并可进而改变进入第二聚光透镜18时的角度。由上述内容可知，透过转动第一平面反射镜15与第二平面反射镜16将可控制双光源***1所提供的etendue值。

另外，适度的改变第一平面反射镜15与第二平面反射镜16的大小，亦可控制新的光束的大小(但，旋转后的第一平面反射镜15与第二平面反射镜16宜维持能遮蔽部分第一聚光透镜17与第二聚光透镜18的状态，以避免光能无谓溢失)，又经第一聚光透镜17与第二聚光透镜18的合光，因此可控制所进入光均匀化导管19的etendue值。

如上所述，本发明的设计除了没有一般球面镜不易对准的问题之外，亦可藉由透过共焦点的聚光透镜组合的设计来达到缩小体积与缩小光点大小的目的。而本案所使用的平面反射镜(例如：第一平面反射镜15或第二平面反射镜16)为活动式的平面镜，因此在反射时可依需求而调整平面反射镜的角度，只要反射出的光再经抛物面反射镜(如第一抛物面反射镜13或第二抛物面反射镜14)反射后可被聚光透镜组合所接收即可；此举即可控制合成光束的etendue值以符合需求。本案的另一优点在于只需改变平面反射镜(第一平面反射镜15或是第二平面反射镜16)的大小(但平面反射镜需维持能遮蔽部分的聚光透镜组，此举将可避免无谓的光能损失)即可因改变合成光束的大小而达到控制etendue值的目的。

纵使本案已由上述的实施例所详细叙述而可由熟悉本技术领域者任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护。

Claims (13)

1.一种照明***，其包含：

共焦聚光透镜组，由第一聚光透镜与第二聚光透镜组成；

第一光源***与该第一聚光透镜对向设置，包含第一灯泡、第一抛物面反射镜以及第一可活动式反射面镜，其中该第一灯泡设置于该第一抛物面反射镜的焦点，而该第一可活动式反射面镜设置于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜之间；以及

第二光源***与该第一光源***相邻并与该第二聚光透镜对向设置，系包含第二灯泡、第二抛物面反射镜以及第二可活动式反射面镜，其中该第二灯泡设置于该第二抛物面反射镜的焦点，且该第二可活动式反射面镜设置于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜之间。

2.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，该第一可活动式反射面镜与该第二可活动式反射面镜都为活动式平面镜。

3.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，该第一抛物面反射镜与该第二抛物面反射镜并非平行设置。

4.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，该第一抛物面反射镜将因受该第一灯泡照射而反射出第一反射光与第二反射光；

该第一反射光直接进入该第一聚光透镜；及

该第二反射光则反射至该第一可活动式反射面镜，并藉由该第一可活动式反射面镜的反射而成为该第一反射光。

5.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，

该第二抛物面反射镜将因受该第二灯泡照射而反射出第三反射光与第类四反射光；

该第三反射光直接进入该第二聚光透镜；及

该第四反射光则反射至该第二可活动式反射面镜，并藉由该第二可活动式反射面镜的反射而成为该第三反射光。

6.如权利要求1所述的照明***，其特征在于，

该第一聚光透镜内侧成形为第一斜角；

该第二聚光透镜内侧成形为第二斜角；及

该第一聚光透镜与该第二聚光透镜藉该第一斜角与该第二斜角相连接。

7.一种照明***，其包含：

一共焦聚光透镜组，包含第一聚光透镜与第二聚光透镜；

第一光源***与该第一聚光透镜对向设置，包含第一灯泡、第一可活动式反射面镜以及第一抛物面反射镜，其中该第一抛物面反射镜将因受该第一灯泡照射而反射出第一反射光与第二反射光，该第一反射光直接进入该第一聚光透镜，该第二反射光先反射于该第一可活动式反射面镜，再反射于该第一抛物面反射镜，进入该第一聚光透镜，而该第一灯泡设置于该第一抛物面反射镜的焦点，该第一可活动式反射面镜则位于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜间并与该第二反射光正向设置；以及

第二光源***与该第一光源***相邻并与该第二聚光透镜对向设置，包含第二灯泡、第二可活动式反射面镜以及第二抛物面反射镜，其中该第二抛物面反射镜因受该第二灯泡照射而反射出第三反射光与第四反射光，该第三反射光直接进入该第二聚光透镜，该第四反射光先反射于该第二可活动式反射面镜，再反射于该第二抛物面反射镜，进入该第二聚光透镜，又其中该第二灯泡设置于该第二抛物面反射镜的焦点，且该第二可活动式反射面镜位于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜间并与该第四反射光正向设置。

8.一种光学引擎，其包含：

一聚焦透镜组，包含第一聚光透镜与第二聚光透镜；

一双光源照明***与该聚焦透镜组对向设置，包含第一灯泡、第一抛物面反射镜、第一可活动式反射面镜、第二灯泡、第二抛物面反射镜与一第二可活动式反射面镜，其中该第一灯泡与该第二灯泡分别设置于该第一抛物面反射镜与该第二抛物面反射镜的焦点处，且该第一可活动式反射面镜设置于该第一抛物面反射镜与该第一聚光透镜之间，该第二可活动式反射面镜设置于该第二抛物面反射镜与该第二聚光透镜之间；以及

一光均匀化导管，与该双光源照明***分别位于该聚焦透组的异侧，用以传递经该第一聚光透镜所聚集的第一聚焦光束与经该第二聚光透镜所聚集的第二聚焦光束。

9.如权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一可活动式反射面镜遮蔽部分的该第一聚光透镜，且该第二可活动式反射面镜遮蔽部分的该第二聚光透镜。

10.如权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，

该第一聚光透镜的内侧成形为第一斜角；

该第二聚光透镜的内侧成形为第二斜角；及

该第一聚光透镜与该第二聚光透镜通过该第一斜角与该第二斜角紧密接合。

11.如权利要求8所述的光学引擎，其特征在于，该第一抛物面反射镜受该第一灯泡照射而产生第一反射光与第二反射光，以及该第二抛物面反射镜受该第二灯泡照射而产生第三反射光与第四反射光。

12.如权利要求11所述的光学引擎，其特征在于，该第一可活动式反射面镜与该第二可活动式反射面镜分别反射该第二反射光与该第四反射光。

13.一种光学引擎，其包含：

一聚焦透镜组，包含至少一个聚光透镜，其中所述至少一个聚光透镜与抛物面反射镜对向设置，而且当所述至少一个聚光透镜的数目为二或大于二时，所述聚光透镜为共焦点；

至少一光源照明***，该光源照明***与该聚焦透镜组对向设置，且该光源照明***具有一灯泡、一抛物面反射镜以及一可活动式反射面镜，其中该灯泡设置于该抛物面反射镜的焦点处，且该可活动式反射面镜设置于该抛物面反射镜与该聚焦透镜组之间；以及

一光均匀化导管，与该光源照明***分别位于该聚焦透镜组的异侧，用以传递至少一聚焦光束。

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