CN101354461A - 导光管及其应用的光学*** - Google Patents

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Abstract

一种导光管，其为一透光实心柱体，其包括一个入射端面、一个出射端面及侧壁，所述导光管的入射端面为一曲面。该导光管可增加光线的利用率提高出射光线中心的亮度。本发明还提供一种应用该导光管的光学***。

Description

导光管及其应用的光学***
技术领域
本发明涉及一种光学***的光线均化装置，特别涉及一种导光管及应用该导光管的光学***。
背景技术
在投影装置中，导光管是一重要光学元件，利用柱状的导光管，使得光线在导光管内经过多次反射，从而达成均匀照明的目的。如图1所示，现有投影装置的光学***主要包括一光源100，其具有椭圆面聚光罩102及弧光灯101；一个柱状实心导光管120及一个旋转滤光器130。所述聚光罩102具有第一焦点F1以及第二焦点F2，所述弧光灯101位于该聚光罩102的第一焦点F1处，所述导光管120的一端面位于该聚光罩102的第二焦点F2处。由光源100发出的光线由导光管120的一端进入导光管120，所述光线由导光管120内壁与外部空气间的全内反射在所述导光管120内经过多次反射后得到光线均化的效果；被均化的光线由所述导光管120中出射后照射在所述滤光器130上，因该滤光器130由一马达驱动其旋转，故照射在滤光器130上的光线将依序产生红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三原色，并利用人的视觉暂留达到全彩显像的效果。
为达到更好的投影效果，所述投影装置通常采用具有高光通量输出、高发光效率、性能稳定、寿命长等特性的弧光灯，如高压汞灯、氙气灯、金属卤素灯等。此类光源皆属于高亮度放电灯泡，其特点在于在两电极之间间隔一段短距离，通常称之为灯弧间距，再由石英包覆，并在其内填充混合气体，当电流通入灯芯时，高压电极尖端放电将气体离子激发至高能阶，当气体离子由高能阶降回低能阶时，能量将以光的形式释放出来形成光源。请参阅图2，现有的导光管120的亮度模拟图表，由于该光源中的两个电极的存在，使由灯芯位置处通过的光线被阻挡，使得所述导光管120中心位的光线不足。同时因为导光管120是利用光线的全反射现象将入光线均化后由出射端射出，光线入射之导光管120之后与导光管120的内壁的法线之间的夹角必须大于该导光管120的全反射临界角，因此该导光管120能利用的有效光线范围为与导光管120的入射端面的法线之间的夹角的绝对值小于15度范围内。因此由光源发出的光线的利用率较低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可增加中心亮度且可提高光线利用率的导光管。
还有必要体提供一种应用该导光管的光学***。
一种导光管，其为一透光实心柱体，其包括一个入射端面、一个出射端面及侧壁，所述导光管的入射端面为一曲面。
一种光学***，其包括一个光源及一个导光管，该光源包括一个椭圆面聚光罩及一个弧光灯。所述导光管为一透光实心柱体，其包括一个入射端面、一个出射端面及侧壁，所述导光管的入射端面为一曲面。所述聚光罩具有一个第一焦点以及一个第二焦点，所述弧光灯位于该聚光罩的第一焦点处，所述导光管的入射端面中心位于所述聚光罩第一焦点以外，且不与所述聚光罩的第二焦点重合。
相较现有技术，该导光管采用将入射端面设计为曲面，从而将原本无法利用的一些无效光线经折射后变成可利用的有效光线，增加光线的利用率，同时增加光线在导光管内的反射光程，从而增加导光管中心的亮度。
附图说明
图1是现有的一种投影装置的光学***的示意图；
图2是图1中光学***的亮度模拟示意图；
图3是本发明导光管第一较佳实施例的示意图；
图4是图3中导光管使用状态示意图；
图5是图3中光学***的亮度模拟示意图；
图6是本发明导光管第二较佳实施例的示意图；
图7是图6中导光管使用状态示意图。
具体实施方式
请参阅图3，本发明导光管的第一较佳实施例，该导光管220为一个透光的实心柱体，其包括侧壁222、一入射端面224及一出射端面226。其中，入射端面224为一曲面，本实施例中采用一内凹的曲面，光线由该入射端面224处入射，并经该实心导光管220的侧壁222在该导光管220内进行多次全反射后得到由出射端面226处射出的均匀光线。
请参阅图4，将本发明导光管应用于投影装置的光学***中，所述投影装置的光学***主要包括一光源100，其具有椭圆面聚光罩101及弧光灯102；一个导光管220及一个滤光器130。其中所述导光管220的入射端面224中心点位于所述光源100的聚光罩102的第一焦点F1与第二焦点F2之间。所述光源100的弧光灯102发出光线i，部分光线i直接射入所述导光管220内，部分光线i经过聚光罩101反射后进入所述导光管220内。光线i在经由入射端224射入导光管220内时，由于所述入射端224为一内凹的曲面，光线i经过该入射端224入射后与该导光管220的中心光轴的角度α相较入射前与导光管220的中心光轴的角度β变小，相应的所述光线对应导光管220的侧壁222的入射角γ增大，由于可将入射光线的入射角γ增大，i从而可以将一些不能在导光管220内发生全反射的光线i转变为可以进行全反射而被有效利用的光线，提高光线i的利用率。此外，因为所述光线I的入射角增大，因此其在导光管220内的相对两侧壁222之间单次反射光程将随之增大，因此在滤光器130与导光管220的距离不变的情况下，出射光线i将向导光管220的中心光轴处汇聚，从而增大了导光管220中心的亮度。可以理解，所述入射端面224为内凹曲面的光道管220的入射端面224的中心点位于所述所述光源100的聚光罩102的第一焦点F1与第二焦点F2之间均可得到上述效果，从而实现本发明的目的。
请参阅图5，本发明导光管220的亮度模拟示意图，其中横坐标A为出射光线与导光管220中心轴线的夹角角度，纵坐标L为亮度值。参阅图5与图2，可以看出本发明导光管220的中心亮度明显高于现有导光管120的中心亮度。
请参阅图6，本发明导光管的第二较佳实施例，该导光管320为一个透光的实心柱体，其包括侧壁322、一入射端面324及一出射端面326。其中，入射端面324为一曲面，本实施例中采用一外凸的曲面，光线i由该入射端面324处入射，并经该实心导光管320的侧壁322在该导光管320内进行多次全反射后得到由出射端面326处射出的均匀光线。
请参阅图7，将本发明导光管应用于投影装置的光学***中，所述投影装置的光学***主要包括一光源100，其具有椭圆面聚光罩101及弧光灯102；一个导光管320及一个滤光器130。其中所述导光管320的入射端面324曲面顶点位于所述光源100的聚光罩102第二焦点F2之外，其中所入射端面324的焦点不与光源100的聚光罩102第二焦点F2重合。使用时，所述光源100的弧光灯102发出光线i，部分光线i直接射入所述导光管320内，部分光线i经过聚光罩101反射后进入所述导光管320内。光线i在经由入射端324射入导光管320内时，由于所述入射端324为一外凸的曲面，光线i经过该入射端324入射后与该导光管320的中心光轴的角度α相较入射前与导光管320的中心光轴的角度β变小，相应的所述光线对应导光管320的侧壁322的入射角γ增大，由于可将入射光线的入射角γ增大，从而可以将一些不能在导光管320内发生全反射的光线i转变为可以进行全反射而被有效利用的光线，提高光线i的利用率。此外，因为所述光线i的入射角增大，因此其在导光管320内的相对两侧壁322之间单次反射光程将随之增大，因此在滤光器130与导光管320的距离不变的情况下，出射光线i将向导光管320的中心光轴处汇聚，从而增大了导光管320中心的亮度。
可以理解，所述导光管320可根据需要确定其横截面的形状，优选地，为使得出设光线为方形图案，所述导光管320的横截面为方形。此外，导光管320的横截面也可以为梯形、圆形、或者椭圆形等形状。
可以理解，所述导光管320的入射端面324也可以是与所述光源100的发光曲线相对应的任意球面或非球面形状。其中，当导光管320的入射端面324为光线发散形的球面或非球面时，该导光管320的入射端面324的中心位于所述聚光罩102的第一焦点F1及第二焦点F2之间。当导光管320的入射端面324为光线汇聚形的球面或非球面时，该导光管320的入射端面324的中心位于所述聚光罩102的第二焦点F2之外。通过利用入射端曲面改变入射光线与所述导光管320侧壁322之间的入射角达到提高光线的利用率及出射光线中心的亮度。
可以理解，所述导光管320的出射端面326也可以是与出射端面224相对应的曲面，使得所述入射端面326与出射端面324的光学特性相匹配，从而将更多由滤光器130反射回来的光线拾取至导光管内，经过光源100的聚光罩101反射后重新加以利用从而提高光线的利用率。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种导光管，其为一透光实心柱体，其包括一个入射端面、一个出射端面及位于入射端面及出射端面之间的侧壁，其特征在于：所述导光管的入射端面为曲面。
2.如权利要求1所述的导光管，其特征在于：所述曲面为球面。
3.如权利要求1所述的导光管，其特征在于：所述曲面为非球面。
4.如权利要求1所述的导光管，其特征在于：所述曲面为外凸形曲面。
5.如权利要求1所述的导光管，其特征在于：所述曲面为内凹形曲面。
6.如权利要求1至5任一项所述的导光管，其特征在于：所述的出射端面为一曲面。
7.如权利要求6所述的导光管，其特征在于所述的入射端面与所述的出射端面的光学特性相匹配。
8.如权利要求6所述的导光管，其特征在于：所述的出射端面为球面。
9.如权利要求6所述的导光管，其特征在于：所述的出射端面为非球面。
10.如权利要求1所述的导光管，其特征在于：所述导光管的横截面为方形、梯形、圆形或者椭圆形。
11.一种光学***，其包括一个光源，该光源包括一个椭圆面聚光罩、一个弧光灯及一个导光管，所述聚光罩具有一个第一焦点以及一个第二焦点，所述弧光灯位于该聚光罩的第一焦点处，所述导光管为一透光实心柱体，其包括一个入射端面、一个出射端面及位于入射端面及出射端面之间的侧壁，其特征在于：所述导光管的入射端面为一曲面，该导光管的入射端面中心位于所述聚光罩第一焦点以外，且不与所述聚光罩的第二焦点重合。
12.如权利要求11所述的光学***，其特征在于：所述导光管的入射端面为内凹形曲面，该导光管的入射端面的中心位于所述聚光罩的第一焦点及第二焦点之间。
13.如权利要求11所述的光学***，其特征在于：所述导光管的入射端面为外凸形曲面，该导光管的入射端面的中心位于所述聚光罩的第二焦点之外。
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