CN115616845A - 用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源 - Google Patents

Abstract

用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源；属于光学电子技术领域，核心构件包括：2折镜及3折镜、4折镜、5折镜，最高可为12折镜；各颗灯泡为LED灯或热灯，每颗灯泡对应1个镜面，且每颗灯泡的发光区域成像在截面的中心区域，也就是垂直于主方向且被各折镜的平面或延长平面所围成的多边形面，这样每颗灯泡的发光区域的镜像都重合在同一区域，就等效于所有光能都是集中在这同一区域发出的；在镜像发光区域都互补性的存在各个颜色的光线，各色发光在几何空间上均匀性好；对于本发明的合光光源用做投射手电中的光源情况，是将镜像发光区域放置在抛物面的焦点上；而获得光学引擎最大的光场的亮度及好的光学质量，获得强光手电大的聚光亮度。

Description

用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源

[技术领域]

本发明属光学—电子技术领域；确切的将是一种使投影机的光学引擎及手电的亮度大大增强(且保持高的光学品质：如光学扩展量；表征的准直度等等) 的装置。

[背景技术]

投影机的发展沿革到目前为止主要经过了三个发展阶段，分别是通过三种典型的显示技术来加以实现，即CRT投影技术、LCD投影技术以及近些年发展起来的DLP投影技术；投影机的核心包括：投影机结构部件、光学引擎(含镜头组)、电气控制和接口三大主要部分。其中的核心投影成像部件是投影机产品的核心，在整个投影机产品的成本构成中占有非常重要的部分，其地位颇似计算机中的处理器。而光学引擎结构中的重要部件就是光源。

LCD(Liquid Crystal Display，液晶)投影机：

LCD显示技术是目前投影机市场上的主导技术之一，液晶有活性液晶体和非活性液晶体。非活性液晶体反射光，一般用于笔记本电脑、胶片投影仪上。而活性液晶体具有透光性，做成LCD液晶板，用在投影机上。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种，我们常见的投影机多为液晶板投影机。LCD投影***光学引擎的基本结构有摄影镜头；液晶面板；反射镜；合光棱镜；聚光镜；双色镜；灯泡。

*液晶(面)板投影机：液晶板投影机是利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达16.70百万种色彩的靓丽图像。液晶板投影机的光源是专用大功率灯泡，发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机，所以液晶板投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD液晶板的面积大小决定着投影机的结构和整体体积的大小，LCD液晶板面积小，则投影机的光学***就能做得越小，从而使投影机越小。目前，市场上液晶投影机(透射显示光阀)面板尺寸多为1.32英寸(1英寸＝2.54cm)、0.9英寸和0.7英寸，都可以支持SVGA和XGA的物理分辨率。新型的液晶面板，如高开口率的0.79英寸和0.99英寸面板也已经开始有产品面世。高端LCD投影液晶面板供应商目前仅有日本的Epson和Sony两家厂商。LCD投影机的优点是色彩表现出色，亮度比较高，缺点是由于采用投射方式，光效率受到一定影响，同时在投影图像(开口率不够高)中有像素化现象。液晶板投影机可分为单片式和三片式两种，现代液晶板投影机大都采用3片式LCD板(图1)。三片式液晶板投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。三片式比单片式液晶板投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。液晶板投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度较高，分辨率适中，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。

*液晶光阀投影机：液晶光阀投影机采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶(反射)光阀相结合的产物。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达6000ANSI流明，分辨率为2500×2000，适用于环境光较强，观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光阀不易维修。主要品牌有：休斯-JVC、Ampro等。

DLP(Digital Light Processor数码光输出)数码投影机：

DLP技术是TI(美国德州仪器公司)的专利技术。基于DLP显示技术的投影机最早出现于1996年。其成像器件是DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜装置)。DMD芯片包含成千上万的微镜，每个镜子代表一个像素，开或关的状态就代表图像中像素点的亮和暗。光束通过一高速旋转的色轮(分色装置)，投射在DMD上，再通过光学透镜投射在大屏幕上。目前DLP技术由TI公司专利拥有，该公司也是DMD芯片的惟一供应商。DLP投影机的技术优势：首先是数字优势：数字技术的采用，使图像对比度、灰度等级(256-1024级)、色彩(2563-10243种)、图像信号噪声比、画面质量稳定等方面都非常出色。其次是反射优势：由于反射式DMD器件的应用，构成DLP图像像素的微镜面之间的距离很小，使成像器件的透光效率达到85％以上。产生的图像非常明亮，清晰度高。DLP投影机可分为单片机和三片机：单片机：单片DLP投影机的优势是光效率高，对比度高，图像清晰，在黑白图像和文本方面表现尤为出色，同时单片DLP投影机体积可以小巧轻薄，缺点是色彩表现不够真实自然。三片机：使用三片DMD芯片制造的DLP 投影机可以实现更亮度和更丰富的色彩，亮度可以高达10000ANSI流明以上，大都应用于数字影院等特殊场合。

目前LCD技术及DLP技术的投影机是市面上的两大主要阵营。日本厂商大都采用LCD技术，欧美厂商可采用LCD和DLP两种技术。LCD与DLP两大阵营正处于激烈的竞争中，谁的产品、技术更好，目前没有明确的答案，但可以肯定地说，采用DLP的投影机产生的画面对比度较高，光路***设计得更紧凑，因而在体积、重量方面占优势；而LCD在亮度均匀性、色彩及细节的表现上是强项。两种技术各具特点、难分仲伯，将在未来相当长的一段时间内共存，除非一方在技术或在市场策略上有所突破，才有望打破这种平衡，占据主导地位。

手电配合更小的点光源，也能达到更好的效果。手电分为：第二代手电、第三代手电，尤其第三代手电采用了LED灯泡，手电就是全新发光技术的应用，色温达到了前所未有的高度，接近甚至超过白光的色温，功耗更低。

[发明内容]

本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，在不影响光的利用效率的前提下，大大提升亮度(投影机的综合效率与光源的发光区域尺度关系极大；尤其是LED光源，单颗的亮度远远不够，而多颗又造成了光源的发光区域尺度大大增加，导致光学品质：如光学扩展量表征的准直度等等指标严重下降，导致后续整理光场的额外损失，光的利用效率严重降低)。

本发明的特点；利用(多个)平面镜的成像原理，将多颗LED灯泡的虚像成像于同一区域，这样就等效于，不需要增加光源的发光区域尺度，而亮度提高巨大。发光尺度的等效减小对投影机及手电都具有更大意义。

本发明的合光光源结构包括：2折镜及3折镜、4折镜、5折镜，最高可为 12折镜；对于2折镜情况，折线垂直于合光光束出射的主方向；对于3-12折镜的情况，各面均为梯形或三角形或曲边折边梯形，各面所组合形状为棱台或棱锥状，各条折线的交点位于合光光束的主方向(出射方向)上，各条折线的交于1 点或多点或互不相交(0个交点)；各颗灯泡为LED灯或热灯(白炽等、放电灯)，每颗灯泡对应1个镜面，且每颗灯泡的发光区域成像在截面(垂直于主方向且被各折镜的延长平面所围成的多边形面)的中心区域，这样每颗灯泡的发光区域的镜像都重合在同一区域，就等效于所有光能都是集中在这同一区域发出的；对于2折镜情况，相应的截面形状是无限长的条带，就要使得每颗灯泡的发光区域的镜像落入条带的中心区域上，各个镜像点就形成线状分布，而2折镜的每一个侧面允许1-100颗灯泡；本发明的合光光源可以用做投影机光学引擎及投射手电中的光源(手电的聚光与泛光)；各颗灯泡的发光颜色是同一颜色或分区不同颜色 (如GRRE—LED单颗发光管(灯泡)有R\G\B的各自发光区域)；通过各颗LED 灯泡的固定方位，能获得各颗LED灯泡镜像发光的重叠区域都有各色的发光镜像点，也就是说在镜像发光区域都互补性的存在各个颜色的光线，各色发光在几何空间上均匀性好；对于本发明的合光光源用做投射手电中的光源情况，是将镜像发光区域放置在抛物面的焦点上。

*进一步：每颗灯泡的发光区域的镜像落入条带的中心区域上，指的是：灯泡的发光区域的镜像是镜面的成像，该成像是由灯泡的封装部分或在经过光路***的光学镜片的共同作用成像结果。

*进一步：2折镜的每一个侧面允许1-100颗灯泡；该2侧的1-100颗灯泡的排列是线状排列，并采用对齐或错位式排列，有利于后续的光场均匀度提高。

*进一步：本发明的合光光源的灯泡的发散角度应该尽量的小，这样就会有更多的光线射到镜面上；而射到镜面之外的光线在手电中能被2次使用，就是在抛物面反射镜的下方安装有反光镜加以利用。

*进一步：本发明的合光光源作为投影机光学引擎内的部件使用时：是充当光源部件，安装于投影机光学引擎的光的始发端(手电中还有壳体、电池、开关等部件)；作为强光手电内的部件使用时：也是充当光源部件，安装于强光手电的反射罩的焦点区域(光学引擎中还有壳体、镜头组、显示器件、光整理等部件)。

本发明的合光光源的技术进步在于：将多颗灯泡的虚像光源作为光路中的1 个统一的光源；有效的在不增加光源分布体积的情况下，增加光度及个各颜色的发光分布均匀性；使得在光学品质不下降的情况下，大大增加了亮度。

[附图说明]

下面结合一个较佳实施例对本发明作进一步所说明；

[图1]2折镜方式的合光光源结构示意图。

[图2]4折镜方式的合光光源结构及手电投射部分光路示意图。

标号说明：

(1)，(2)折线

(4)，(5)，(6)灯泡

(7)，(8)合光光束

(9)，(10)主方向

(11)截面

(21)出光中心线

(22)，(29)镜像区域

(23)抛物面

(24)侧视图

(25)聚光

(26)泛光

(27)4折镜放大图

(28)俯视图

(30)标志线

[实施案例]

如[图1]所示：

2折镜方式的合光光源结构包括：分别位于折线(1)两侧的2个镜面(19) 及(20)；分别位于镜面两侧灯泡(4)排列成2排，全都被各自的反射镜面成像于同一虚像区域(22)上，截面(11)是垂直于主方向(9)的一簇平面，出光中心线(21)就位于矩形截面(11)的中心地带；这样合光光束(7)，(8)就等效于所有灯泡位于中心线(21)附近的虚像区域(22)发出的光线；俯视图(28) 及侧视图(24)有助于看清器件之间的装配关系。

俯视图(28)表明：排列成2排的灯泡，可以是整齐排列的，也可以是错位排列的，整齐排列的情况是两列对应标志线(30)对齐，错位排列是两列对应标志线(30)未对对齐，标志线(30)互相***对列标志线的中间地带。

合光光束(7)，(8)分别来自于不同灯泡，但都是等效于从虚像区域(22) 发出来的光线，由于发光点未扩大，具有良好的光学品质，有利于投影光机引擎的后续处理。

如[图2]所示：

从4折镜放大图(27)能够看出：4条折线(2)与上下底面的4边形边构成4个梯形侧面，灯泡(5)，(6)位于梯形侧面的外侧，与图1的原理完全相同； 4个灯泡(5)，(6)将形成镜像于虚像区域(29)的这一同一区域，他们所发出的光线，一部分作为聚光(25)投射远方(小的散射角度)，另一部分作为泛光 (26)投射近处(大的散射角度)；主方向(10)位于棱台的对称轴上，也与抛物面(23)重合，且虚像区域(29)位于其焦点上；合光光束都等效于从虚像区域(29)发出来的光线，由于发光点未扩大，具有良好的光学品质，有利于投影光机引擎的后续处理。

Claims (5)

1.用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源；其核心构件包括：2折镜及3折镜、4折镜、5折镜，最高可为12折镜；对于2折镜情况，折线垂直于合光光束出射的主方向；对于3-12折镜的情况，各面均为梯形或三角形或曲边折边梯形，各面所组合形状为棱台或棱锥状，各条折线的交点位于合光光束的主方向(出射方向)上，各条折线的交于1点或多点或互不相交；其特征就在于：各颗灯泡为LED灯或热灯，每颗灯泡对应1个镜面，且每颗灯泡的发光区域成像在截面的中心区域，也就是垂直于主方向且被各折镜的平面或延长平面所围成的多边形面，这样每颗灯泡的发光区域的镜像都重合在同一区域，就等效于所有光能都是集中在这同一区域发出的；对于2折镜情况，相应的截面形状是无限长的条带，就要使得每颗灯泡的发光区域的镜像落入条带的中心区域上，各个镜像点就形成线状分布，而2折镜的每一个侧面允许1-100颗灯泡；本发明的合光光源可以用做投影机光学引擎及投射手电中的光源；各颗灯泡的发光颜色是同一颜色或分区不同颜色；通过各颗LED灯泡的固定方位，能获得各颗LED灯泡镜像发光的重叠区域都有各色的发光镜像点，也就是说在镜像发光区域都互补性的存在各个颜色的光线，各色发光在几何空间上均匀性好；对于本发明的合光光源用做投射手电中的光源情况，是将镜像发光区域放置在抛物面的焦点上。

2.根据权利要求1用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源，其特征在于：所述的每颗灯泡的发光区域的镜像落入条带的中心区域上，指的是：灯泡的发光区域的镜像是镜面的成像，该成像是由灯泡的封装部分或在经过光路***的光学镜片的共同作用成像结果。

3.根据权利要求1用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源，其特征在于：所述的2折镜的每一个侧面允许1-100颗灯泡；该2侧的1-100颗灯泡的排列是线状排列，并采用对齐或错位式排列，有利于后续的光场均匀度提高。

4.根据权利要求1用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源，其特征在于：所述的合光光源的灯泡的发散角度应该尽量的小，这样就会有更多的光线射到镜面上；而射到镜面之外的光线在手电中能被2次使用，就是在抛物面反射镜的下方安装有反光镜加以利用。

5.根据权利要求1用于投影机光学引擎及强光手电的合光光源，其特征在于：所述的合光光源作为投影机光学引擎内的部件使用时：是充当光源部件，安装于投影机光学引擎的光的始发端；作为强光手电内的部件使用时：也是充当光源部件，安装于强光手电的反射罩的焦点区域。

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