CN102736386B - 一种用于数字投影机的光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于数字投影机的光源系统，其包括有：一个第一反光碗，该第一反光碗具有旋转对称反光的非球面，其上开有中心孔；一个第二反光碗，该第二反光碗具有反光的球面，第二反光碗上开有中心孔；一个光源，该光源的发光点位于第一反光碗旋转对称轴的第一焦点上，其发出的光线被第一反光碗的非球面反射后会聚到光积分器的入射面；一个反光碗安装装置，所述的第一反光碗与第二反光碗通过该反光碗安装装置安装在一起且两者的光轴重合并相向而置，第二反光碗的球心定位在光源的发光点区域段；以及，一个光积分器，与第一反光碗同轴，其入射端面的中心位于第一反光碗的第二焦点区域段。其能大大提高光能利用率，延长整个光源系统的寿命。
Description
技术领域
本发明属于光学系统领域，尤其涉及一种用于数字投影机的光源系统。
背景技术
现有投影机的光源系统一般由一个反光碗、一个发光光源以及合适的光积分器构成。根据投影机使用的光调制器件的种类以及光路系统的设计，该反光碗可以是椭球反光碗也可以是抛物面反光碗。发光光源一般采用超高压汞灯或者金属卤化物灯。如图1所示，采用椭球反光碗的光源系统中，光源10位于椭球反光碗11的第一焦点F1处，光源10发出的光线经过椭球反光碗11反射后会聚到椭球反光碗11的第二焦点F2处，并且进入放置在第二焦点F2处的光积分器13内。如图2所示，采用抛物面反光碗的光源系统中，光源20位于抛物面反光碗21的焦点处，光源20发出的光线经过抛物面反光碗21的反射后平行出射并进入由复眼22和23组成的积分系统中。这两种光源系统普遍适用于小型投影机。由于光源系统中的反光碗的加工工艺限制了反光碗的直径和深度之比，使得反光碗的反光面不能是整个椭球面或抛物面，从而使得很大一部分光不能进入后续的光路系统中，造成整个光源系统的光能利用率低，并且这一部分不能被利用的光还将给整个光学系统带来杂光和散热的难题，最终导致采用这种光源系统的投影机的对比度和亮度较低的缺点。这种小型投影机常用于会议室，家庭影院以及教育机构的放映厅。随着技术的发展和数字影院的需求，数字投影机开始出现。数字投影机在分辨率、亮度以及放映的屏幕大小等诸多方面都必须满足DCI（Digital Cinema Initiatives）的标准。现有的两种照明系统因为光效率低都无法满足DCI的标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于数字投影机的光源系统，其可以实现DCI提出的高亮度、大屏幕的投影标准。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种用于数字投影机的光源系统，其至少包括有：
一个第一反光碗，该第一反光碗具有旋转对称的非球面反光壁，该第一反光碗的非球面反光壁中心开有一个中心通孔；
一个第二反光碗，该第二反光碗具有反光的球面，该第二反光碗的反光球面壁中心开有一个通孔；
一个光源，该光源的发光点位于第一反光碗旋转对称轴的第一焦点上，其发出的光线被第一反光碗的非球面反光壁反射后会聚到光积分器的入射面；
一个反光碗安装装置，所述的第一反光碗与第二反光碗通过该反光碗安装装置安装在一起且两者的光轴重合并相向而置，第二反光碗的球心定位在光源的发光点区域段；以及，
一个光积分器，与第一反光碗同轴，其入射端面的中心位于第一反光碗的第二焦点区域段。
所述用于数字投影机的光源系统的反光碗安装装置具有调整第一反光碗和第二反光碗之间的轴向距离的调节机构。
所述用于数字投影机的光源系统的调节机构由外环、标准轴承、第一镜片放置板、第二镜片放置板和导轨杆组成，其中第一镜片放置板用于安装第一反光碗，第二镜片放置板用于安装第二反光碗；所述外环的一端和第一镜片放置板螺接，外环另一端的内孔和所述标准轴承的外圆过盈配合连接；所述导轨杆的一端和第一镜片放置板螺接后构成一个整体，导轨杆的另一端和第二镜片放置板的孔微小间隙配合。
所述用于数字投影机的光源系统调节机构的外环的外部带有滚花。
所述用于数字投影机的光源系统的第一和第二反光碗的内表面镀有冷反光膜，该冷反光膜既能反射可见光，又能透过红外、紫外光。
所述用于数字投影机的光源系统的光积分器可以选用一根实心的长方体玻璃棒或楔形的玻璃棒，也可以是空心的长方体或楔形的玻璃光通道。
所述用于数字投影机的光源系统的光源可以采用气体放电灯，特别应采用大功率高压气体放电灯，优选大功率的氙灯、汞灯和纳灯或金属卤化物灯。
本发明的优点是：
1、本发明利用两个相向而置的反光碗及调整机构可将光源发出的大部分光线收集起来，由第一反光碗反射并会聚进入光积分器内，从而大大提高光能利用率。
2、通过调整机构的调节能够将反光碗的位置调整到效率最高的位置，从而延长了整个光源系统的寿命。
附图说明
图1 为现有椭球反光碗的光源系统示意图。
图2 为现有抛物面反光碗的光源系统示意图。
图3 为本发明用于数字投影机的光源系统一实施例组成示意图。
图4 为本发明的反光碗安装板的一实施例结构示意图（主剖视图）。
图5 为本发明的反光碗安装板的一实施例结构示意图（侧视图）。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
参阅图3所示，本发明用于数字投影机的光源系统主要由第一和第二反光碗31、32及一个光源30、一个反光碗安装装置33和一个光积分器34组合构成。所述的第一反光碗31与第二反光碗32通过反光碗安装装置33安装在一起，且两者的光轴重合并相向而置。
所述的第一反光碗31是一个旋转对称的非球面的反光碗，该第一反光碗碗壁（反光壁）中心开有一个中心通孔，以适合气体放电灯（光源）的安装。
为实现本发明的目的，所述的光源30选用气体放电灯（尤其是大功率高压的气体放电灯）为佳，该气体放电灯30的发光点应位于第一反光碗旋转对称轴上的合适位置，使得由其发光点发出的光线经过该第一反光碗的非球面壁反射后，能很好地会聚到光积分器34的入口处。大功率高压的气体放电灯30可以优选大功率的高压氙灯（高压氙灯内充有达到兆帕级大气压的氙气）、汞灯和纳灯或金属卤化物灯。
第二反光碗32是球面反光碗，该第二反光碗的碗壁（反光球面壁）中心开有一个通孔，以适合光线的通过。该球面反光碗的球心位于光源（大功率高压气体放电灯）30的发光点附近处，使得由发光点发出、但是没有入射到第一反光碗31的反射面的光线经过第二反光碗32的反射后能入射到第一反光碗31的反射面上，再经过第一反光碗31的反射进入光积分器34，从而极大地提高了光能利用率。
所述的反光碗安装装置板33是用来将第一反光碗31和第二反光碗32精密地安装到一起。使得第一反光碗31和第二反光碗32的光轴重合，并且将第二反光碗32的球心定位到气体放电灯30的发光点位置附近。该反光碗安装装置具有调整第一反光碗和第二反光碗的轴向距离的调节机构。图4、图5是反光碗安装装置的一较佳实施例，由外环50、标准轴承51、第一镜片放置板52、第二镜片放置板53、导轨杆54组成。图3所示光源系统中的第一反光碗31安装在第一镜片放置板52上，第二反光碗32安装在第二镜片放置板53上。第二镜片放置板由导轨杆54与第一镜片放置板连接。外环50的左端和第一镜片放置板52通过小螺距螺纹连接，外环50的右端内孔和精密标准轴承51的外圆通过过盈配合连接，在外环的外部带有滚花，以使用时不打滑。精密标准轴承51的内孔和第二镜片放置板53的外圆过盈配合连接（轴承的外圆和外环看做一个整体，轴承的内孔和第二镜片放置板看做一个整体，精密轴承的外圆和内孔通过滚珠导轨配合），导轨杆54左端和第一镜片放置板52螺纹连接后可以看做一个整体，导轨杆54的右端和第二镜片放置板53的孔微小间隙配合。微调过程是这样实现的：第一镜片放置板52固定在工作台上，当转动外环50时，将转动传递给第一镜片放置板52的微动外螺纹，转动过程中由于受螺纹力对外环50的升降作用力，外环50带动精密轴承51上、下微量运动，使得轴承51带动第二镜片放置板53升降转动，而第二镜片放置板53在升降转动过程中受到导轨杆54的防转限制，当轴承51随外环50升降和转动时，轴承内环和第二镜片放置板53受到导轨杆54的限制只能进行升降，实现第二镜片放置板53在轴向方向上的微调。
因此，通过外环50的旋转，第二镜片放置板53可以沿着导轨杆54精密地移动，从而能够调整第一反光碗31和第二反光碗32的轴向距离。这个反光碗安装板能够在数字投影机的首次装配中方便地找到两个反光碗的最佳相对位置，使系统实现最佳的光输出效率。并且能够在投影机使用一段时间后，当气体放电灯的发光点发生移动而降低了光输出时，方便地调整两个反光碗的相对位置，从而保持高的输出效率，提高了数字投影机的使用寿命，节约了使用成本。
由于光源（尤其是大功率高压气体放电灯）30在使用过程中，随着寿命的降低，发光点的位置会随之变化，从而使得第二反光碗32的球心与发光点不能重合，如果第二反光碗32不能调整，会造成光能利用率降低。该安装板33具有位置调整机构，使得第二反光碗32相对于第一反光碗31的轴向位置可以做精密调整，从而有效地解决了高压气体放电灯30逐渐老化而造成的效率降低的问题。
光积分器34与第一反光碗31同轴，并且入射端面的中心位于从第一反光碗31反射后的光会聚点附近，从而能最大程度地将光源30发出的光导入到光积分器34内，提高光能利用率。该光积分器34的作用是将光源30发出的光被第一反光碗反射会聚后，导入光积分器34内，并且利用光积分器34内表面的多次全反射实现匀光。
本发明的工作原理是：参见图3所示，利用一块具有调整机构的反光碗安装板33将第一反光碗31和第二反光碗32结合在一起，能够将光源30发出的大部分光线收集起来，由第一反光碗31反射后会聚后进入光积分器34内，从而大大提高光能利用率；并且随着光源30寿命的缩短，光源发光点的位置会改变，通过调整机构的调节能够将反光碗的位置调整到效率最高的位置，从而延长了整个光源系统的寿命。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上说明中所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于数字投影机的光源系统，其特征在于至少包括有：
一个第一反光碗，该第一反光碗具有旋转对称的非球面反光壁，该第一反光碗的非球面反光壁中心开有一个中心通孔；
一个第二反光碗，该第二反光碗具有反光的球面，该第二反光碗的反光球面壁中心开有一个通孔；
一个光源，该光源的发光点位于第一反光碗旋转对称轴的第一焦点上，其发出的光线被第一反光碗的非球面反光壁反射后会聚到光积分器的入射面；
一个反光碗安装装置，所述的第一反光碗与第二反光碗通过该反光碗安装装置安装在一起且两者的光轴重合并相向而置，第二反光碗的球心定位在光源的发光点区域段；以及，
一个光积分器，与第一反光碗同轴，其入射端面的中心位于第一反光碗的第二焦点区域段；
所述反光碗安装装置具有调整第一反光碗和第二反光碗之间轴向距离的调节机构，该调节机构由外环、标准轴承、第一镜片放置板、第二镜片放置板和导轨杆组成，其中第一镜片放置板用于安装第一反光碗，第二镜片放置板用于安装第二反光碗；所述外环的一端和第一镜片放置板螺接，外环另一端的内孔和所述标准轴承的外圆过盈配合连接；所述导轨杆的一端和第一镜片放置板螺接后构成一个整体，导轨杆的另一端和第二镜片放置板的孔微小间隙配合。
2.根据权利要求1所述的用于数字投影机的光源系统，其特征在于：所述调节机构的外环的外部带有滚花。
3.根据权利要求1所述的用于数字投影机的光源系统，其特征在于：所述的第一和第二反光碗的内表面镀有冷反光膜，该冷反光膜既能反射可见光，又能透过红外、紫外光。
4.根据权利要求1所述的用于数字投影机的光源系统，其特征在于：所述的光积分器为一根实心的长方形或楔形的玻璃棒，或是空心的长方形或楔形的玻璃光通道。
5.根据权利要求1所述的用于数字投影机的光源系统，其特征在于：所述的光源为气体放电灯。
6.根据权利要求5所述的用于数字投影机的光源系统，其特征在于：所述的光源为大功率高压气体放电灯，该大功率高压气体放电灯为大功率的氙灯、汞灯、纳灯或金属卤化物灯。
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