专利名称：双灯模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种投影系统的组件，更具体地说，涉及一种双灯模块。
背景技术：
对比度(contrast)与亮度(brightness)是衡量投影机成效的两个重要标 准。 一般来说，高阶家庭剧院投影机(Home Theater Projector)的主要需求为 对比度，因此往往被迫放弃亮度需求，必须在关灯的环境下观赏影片；对于低 阶教育市场和公司行号所使用的投影机而言，亮度则是它的主要需求，而往往 被迫降低对比度。在无法有效阻隔环境光的使用场合，提高亮度显得尤为重要。
目前市场上的传统单灯型投影机都不能兼具高亮度和高对比度。若要提高 亮度，除了更换高功率灯泡外，不外乎变更光学设计。更换高功率灯泡不仅成 效有限，且其寿命较短的特性也是一大困扰；变更光学设计不仅增加了光机研 发的时间和成本，且难以维持既有的成像品质。
申请号为200610002543.2的中国发明专利申请公开了一种双灯照明系统， 如图1所示，该双灯照明系统包括两个照明模块l、 2，光束折射单元3，以及 光线均化器4。第一照明模块1包括光源11和椭圆形灯罩12,第二照明模块 2包括光源21和椭圆形灯罩22。各光源11、 21发出的光线分别经各自的椭圆 形灯罩12、 22内壁反射，到达光束折射单元3表面，之后再经过光束折射单 元3反射，并会聚于光线均化器4，最后，光线均化器4将光线匀化成平行光 线，输入光学系统。这种双灯照明系统虽然在一定程度上可提高投影影像的亮 度，但是存在以下缺陷为了输出平行的光线，必须增设光线均化器，在一定 程度上增加了成本；此外该双灯照明系统对光束折射单元3的形状精度以及它 与光线均化器4之间的位置精度有较高的要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的双灯照明系统需要额 外采用光线均化器的缺陷，提供一种双灯模块，可提高投影机的亮度，同时可 减少额外的组件。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种双灯模块，包 括用于发出光线的第一灯芯和第二灯芯、用于反射对应光线的第一灯罩和第 二灯罩、以及反射体，所述第一灯罩和第二灯罩均为抛物线形回转体，所述第 一灯芯和第二灯芯分别设置在所述第一灯罩和第二灯罩的焦点处；在所述第一 灯罩和第二灯罩之间设置有用于使光线平行出射的所述反射体，其中所述反射
体沿着垂直于各灯罩的回转轴方向的最大截面积不小于对应灯罩的开口面积 的一半。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述反射体是反射直角棱镜。 在本实用新型所述的双灯模块中，所述反射直角棱镜的高度至少为所述第 一和第二灯罩的开口直径的1/2。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述反射体包括截面为等腰三角形的三 角柱，以及贴置于所述三角柱的两个斜面上的反射镜。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述三角柱是顶角为直角的等腰三角柱。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述第一灯罩和第二灯罩中的至少一个 上设置有反射镜，所述反射镜从该灯罩的最低点或最高点延伸，并垂直于此处 的光线行进方向。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述反射体的顶部设置有反射镜，所述 反射镜垂直于此处的光线行进方向。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述贴置于三角柱上的反射镜为矩形、 半环形、或环形。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述第一灯罩和第二灯罩的开口半径的 范围为(2^-2)/ (2々+ 2)/，其中f是抛物线焦距。
在本实用新型所述的双灯模块中，所述反射体为等腰三角柱，设定顶角为A，另两个角为B，且反射体的两个反射面与两个抛物线灯罩焦点连线方向之 间的夹角为C，则A、 B和C之间满足以下关系A+2B=180° ; B+C=90° 。
实施本实用新型的双灯模块，具有以下有益效果利用了抛物线灯罩的焦 点上发出的光线可被该灯罩反射并平行输出的原理，在光源经过透镜阵列之前 就汇整成单一光源；可维持照明系统与成像系统的设计，同时所输出的光亮度 是两个灯芯所提供的加总亮度，维持对比度与成像品质，且因为输出光线的行 进方向皆保持平行，所以输出的光源可以不经过额外的组件就可得到均匀的光 源，而减少光机的研发成本与时间。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中
图1是现有技术中的一种双灯照明系统的结构示意图2是本实用新型中双灯模块的第一实施例的结构示意图3是本实用新型中双灯模块的第二实施例的结构示意图4是本实用新型中双灯模块的第三实施例的结构示意图5是本实用新型中双灯模块的第四实施例的结构示意图6是本实用新型中双灯模块的第五实施例的结构示意图7是本实用新型中双灯模块的另一种反射体的结构示意图8是本实用新型中反射体的替换结构的示意图9是图8中与三角柱配合形成替换结构的反射镜的主视图10是图8中与三角柱配合形成替换结构的另一种反射镜的主视图11是本实用新型的抛物线灯罩所在的圆锥曲线图12是本实用新型的抛物线灯罩的截面图13是图10中的反射镜与三角柱配合、应用于第五实施例的示意图； 图14是图10中的反射镜与三角柱配合、应用于第五实施例的另一示意图; 图15是另一种反射镜与三角柱配合、应用于第二实施例的示意图。
具体实施方式
图2是本实用新型中双灯模块的第一实施例的结构示意图。如图2所示， 该双灯模块100应用于投影系统中，例如，可用作穿透式或反射式液晶投影机 的光源，并在光线通过其透镜阵列(Lens Array) 110之前，将光线汇整成单 一的平行光，使光线最终能够聚焦。
该双灯模块100包括彼此相对设置的两个灯罩，各灯罩均为抛物线回转 体，且内表面均镀有反射涂覆层，可使入射光全部反射。在第一抛物线灯罩 101的焦点上设置有第一灯芯103，在第二抛物线灯罩102的焦点上设置有第 二灯芯104，这样两个灯芯103、 104发出的光线经两个抛物线灯罩101、 102 反射后，沿着与抛物线灯罩的轴平行的方向折回。
图11是是本实用新型的抛物线灯罩101、 102所在的圆锥曲线图。参照图 11，该圆锥曲线上的点p到两个焦点fl、 f2的距离分别为r、 r' ， p点与fl 之间的连线与坐标轴的夹角为oc ，焦点f 1处的焦距为f ，且两个焦点f 1、 f2 之间的距离为s。根据三角函数-
(r 〕2 = r2 + — 2" c。s(冗一 a)
根据圆锥曲线的定义
将等式(2)代入等式(1)，得到:
2/
1 +1 + s / / cos or
等式(1)
等式(2)
等式(3)
当圆锥曲线为圆时，s=0， r=f;
当圆锥曲线为抛物线时，s二w，^^7^"等式(4)
1 + cos a
图12是本实用新型的抛物线灯罩的截面图。参照图12，本实用新型将抛 物线灯罩101、 102的开口半径的范围限定在R^ R,之间，在一个较佳实施例 中，抛物线上的点到焦点的连线与X轴的夹角cc为45。时，得到R^;抛物线 上的点到焦点的连线与X轴的夹角a为135°时，得到R,。
根据得到的抛物线函数^^， 2/，当a为45°时，r = 2(2-W)/，
1 + cos aiU="coS45°，得到^ _=(2^ + 2)/ ;当。为135 °时，r = 2(2 + ^)/， &n="a)S45°，得到i^-(2V^-2)/。这样，可确定抛物线灯罩101、 102的开
口半径的范围为(2^ — 2)/ (2^ + 2)/ 。
再回到图2，在两个抛物线灯罩101、 102之间的光路上，设置有反射体， 用于使光线垂直反射到透镜阵列110。该反射体可以是例如反射直角棱镜105， 该反射直角棱镜105是直角等腰三角柱，其截面的顶角A为90。，另两个角B 为45° ，且面向抛物线灯罩IOI、 102的两个面上涂覆有反射层，可使入射光 线100%反射。为了使反射直角棱镜105反射后的光线垂直入射到透镜阵列110， 第一、第二抛物线灯罩101、 102相对设置，且两者的焦点连线与反射直角棱 镜105的底面平行。反射直角棱镜105沿着垂直于各灯罩101、 102的回转轴 方向的最大截面积不小于对应灯罩的开口面积的一半。并且，反射直角棱镜 105的高度至少为抛物线灯罩的开口直径的1/2，其底面可以与两个抛物线灯 罩101、 102的最下端平齐，顶部的高度至少与两个抛物线灯罩101、 102的焦 点连线平齐，以保证第一、第二灯芯103、 104发出的至少一半光线能够被直 接被反射到反射直角棱镜105上。具体而言，其中一个抛物线灯罩的至少一半 光线平行入射到反射直角棱镜105上，并被反射到透镜阵列110;而另一部分 光线由于反射直角棱镜105的高度不够，直接入射到相对的另一个抛物线灯罩 内，另一个抛物线灯罩将光线反射到其下部，并再次反射，到达反射直角棱镜 105，这样同样可以到达透镜阵列110。
由于被第一、第二抛物线灯罩101、 102反射到反射直角棱镜105上的光 线均是彼此平行的，被反射直角棱镜105反射后，即可平行入射到透镜阵列 110。
图3是本实用新型中双灯模块的第二实施例的结构示意图，与第一实施例 相同的部分不再赘述。参照图3，该实施例中，反射直角棱镜105的体积较大， 其高度与抛物线灯罩101、102的开口直径相同，且底面与两个抛物线灯罩101、 102的最下端平齐，顶部的高度与抛物线灯罩101、 102的最上端平齐，这样， 第一、第二灯芯103、 104发出的光线分别经第一、第二抛物线灯罩101、 102反射后直接到达反射直角棱镜105;再经反射直角棱镜105反射后平行入射到 透镜阵列110。不需要经过抛物线灯罩的多次反射。
图4是本实用新型中双灯模块的第三实施例的结构示意图，与第一实施例 相同的部分不再赘述。参照图4，在第一实施例的基础上，增设了一个反射镜 106。反射镜106设置在其中一个抛物线灯罩上，从该抛物线灯罩的最高点向 下延伸并垂直于两个抛物线灯罩101、 102的焦点连线方向。图4中示出了将 反射镜106设置在第一抛物线灯罩101上的例子，它也可设置在第二抛物线灯 罩102上。这样，灯芯103、 104发出的一部分光线分别经对应的抛物线灯罩 101、 102反射后，入射到反射直角棱镜105上，并被反射到透镜阵列110;另 一部分光线经对应的抛物线灯罩101、 102反射后，入射到反射镜106，并被 反射镜106反射，返回对应的抛物线灯罩，再经过抛物线灯罩的两次反射，入 射到反射直角棱镜105上，并最终被反射到透镜阵列110。反射镜106也可从
该抛物线灯罩的最低点向上延伸并垂直于此处光线的行进方向，即两个抛物线 灯罩IOI、 102的焦点连线方向。
图5是本实用新型中双灯模块的第四实施例的结构示意图，与第一实施例 相同的部分不再赘述。该实施例在图4的基础上增设了反射镜107。即两个反 射镜106、 107分别设置在第一、第二抛物线灯罩IOI、 102上，从各自的抛物 线灯罩的最高点垂直向下延伸，并垂直于此处光线的行进方向，即两个抛物线 灯罩IOI、 102的焦点连线方向。第一灯芯103发出的一部分光线经第一抛物 线灯罩101反射后，入射到反射直角棱镜105上，并被反射到透镜阵列110; 另一部分光线经第一抛物线灯罩101反射后，入射到反射镜106，并被反射镜 106反射，返回第一抛物线灯罩101，再经过第一抛物线灯罩101的两次反射， 入射到反射直角棱镜105上，并最终被反射到透镜阵列110。
类似地，第二灯芯104发出的一部分光线经第二抛物线灯罩102反射后， 入射到反射直角棱镜105上，并被反射到透镜阵列110;另一部分光线经第二 抛物线灯罩102反射后，入射到反射镜107，并被反射镜107反射，返回第二 抛物线灯罩102，再经过第二抛物线灯罩102的两次反射，入射到反射直角棱 镜105上，并最终被反射到透镜阵列110。图6是本实用新型中双灯模块的第五实施例的结构示意图，与第一实施例 相同的部分不再赘述。与图4所示的第三实施例不同的是，该实施例中，将反 射镜106设置在反射直角棱镜105的顶部，向上延伸并垂直于此处光线的行进 方向。这样，灯芯103、 104发出的一部分光线分别经对应的抛物线灯罩101、 102反射后，入射到反射直角棱镜105上，并被反射到透镜阵列110;另一部 分光线经对应的抛物线灯罩101、 102反射后，入射到反射镜106，并被反射 镜106反射，返回对应的抛物线灯罩，再经过抛物线灯罩的两次反射，入射到 反射直角棱镜105上，并最终被反射到透镜阵列110。
在以上的第一实施例中，反射直角棱镜105的顶角A为90° ，另两个角B 为45° ，因此可保证光线水平入射、垂直出射。实际上反射体也可以有其它 的角度参数，只要能够将入射的光线垂直反射到透镜阵列110即可。图7是本 实用新型中双灯模块的另一种反射体的结构示意图。参照图7，该反射体lll 为等腰三角柱，其截面的顶角为A，另两个角为B，这些参数满足以下关系
A+2B=180° 等式(5)
若反射体111的两个反射面与垂直于透镜阵列110的方向之间的夹角为 C， B和C之间满足以下关系
B+C=90° 等式(6)
根据反射定律，抛物线灯罩IOI、 102反射后的光线入射到反射体111的 反射面上时，与反射面之间的夹角也必须为C。如此可确定第一、第二抛物线 灯罩IOI、 102与反射体111之间的相对位置关系。在这种情况下，两个抛物 线灯罩101、 102的焦点连线与各自的对称轴之间有一定的夹角。
图8是本实用新型中反射体的替换结构的示意图。如图8所示，图2中的 反射体可以由三角柱108和两个设置在其斜面上的反射镜109组合而成。例如， 三角柱108可以为等腰直角三角柱，其顶角A为90。，另两个角B为45。。 两个反射镜109可使入射光线100%反射。如此可以实现与各实施例中的反射 直角棱镜105相同的作用。
图9和图10是图8中与三角柱配合形成替换结构的反射镜的两个实施例 的主视图。参照图9，反射镜109可以是矩形，其背面贴置于三角柱上。参照图10，反射镜109也可以是半环形。由于从抛物线灯罩的焦点处发出即直接 平行入射到反射镜的光束相对较少，因此反射镜109中心可以设置同心圆孑L。
图13和14是图10中的反射镜与三角柱配合、应用于第五实施例的示意 图。如图13所示，该反射镜109贴置于三角柱108上，并在三角柱108的顶 部设置矩形的反射镜106。如图14所示，三角柱108顶面上的反射镜106也 可以是半环形，与反射镜109类似。
与三角柱108配合的反射镜106也可以是其他形状，如圆形、环形等。图 15是另一种反射镜与三角柱配合、应用于第二实施例的示意图。在该图中， 反射镜106为环形。由于抛物线灯罩为回转体，且从抛物线灯罩的焦点处发出 即直接平行入射到反射镜的光束相对较少，因此这种环形的反射镜106可以使 近100%的光线反射，并到达透镜阵列IIO。
在本实用新型中，利用了反射直角棱镜等光学元件可以使光线100%反射 的特性，以及抛物线灯罩的焦点上发出的光线可被该灯罩反射并平行输出的原 理，在光源经过透镜阵列之前就汇整成单一光源；可维持照明系统与成像系统 的设计，仅对灯芯模块进行延伸设计就可以提高投影机的亮度并延长灯泡的更 换时间，同时维持对比度与成像品质，减少光机的研发成本与时间。同时使用 者也可依据使用需求与条件，控带妙丁芯开/关的数量，以配合外界环境光的变 化。
权利要求1、一种双灯模块，包括用于发出光线的第一灯芯和第二灯芯、用于反射对应光线的第一灯罩和第二灯罩、以及反射体，其特征在于，所述第一灯罩和第二灯罩均为抛物线形回转体，所述第一灯芯和第二灯芯分别设置在所述第一灯罩和第二灯罩的焦点处；在所述第一灯罩和第二灯罩之间设置有用于使光线平行出射的所述反射体，其中所述反射体沿着垂直于各灯罩的回转轴方向的最大截面积不小于对应灯罩的开口面积的一半。
2、 根据权利要求1所述的双灯模块，其特征在于，所述反射体是反射直 角棱镜。
3、 根据权利要求2所述的双灯模块，其特征在于，所述反射直角棱镜的 高度至少为所述第一和第二灯罩的开口直径的1/2。
4、 根据权利要求1所述的双灯模块，其特征在于，所述反射体包括截面为等腰三角形的三角柱，以及贴置于所述三角柱的两个斜面上的反射镜。
5、 根据权利要求4所述的双灯模块，其特征在于，所述三角柱是顶角为 直角的等腰三角柱。
6、 根据权利要求1所述的双灯模块，其特征在于，所述第一灯罩和第二 灯罩中的至少一个上设置有反射镜，所述反射镜从该灯罩的最低点或最高点延 伸，并垂直于此处的光线行进方向。
7、 根据权利要求2所述的双灯模块，其特征在于，所述反射体的顶部设 置有反射镜，所述反射镜垂直于此处的光线行进方向。
8、 根据权利要求4所述的双灯模块，其特征在于，所述贴置于三角柱上 的反射镜为矩形、半环形、或环形。
9、 根据权利要求1所述的双灯模块，其特征在于，所述第一灯罩和第二 灯罩的开口半径的范围为(2^-2)/，^ + 2)/，其中f是抛物线焦距。
10、 根据权利要求1或4所述的双灯模块，其特征在于，所述反射体为等 腰三角柱，设定顶角为A，另两个角为B，且反射体的两个反射面与两个抛物 线灯罩焦点连线方向之间的夹角为C，则A、B和C之间满足以下关系:A+2B=180<formula>formula see original document page 3</formula>
专利摘要本实用新型涉及一种双灯模块，包括用于发出光线的第一灯芯和第二灯芯、用于反射对应光线的第一灯罩和第二灯罩、以及反射体，所述第一灯罩和第二灯罩均为抛物线形回转体，所述第一灯芯和第二灯芯分别设置在所述第一灯罩和第二灯罩的焦点处；在所述第一灯罩和第二灯罩之间设置有用于使光线平行出射的所述反射体，其中所述反射体沿着垂直于各灯罩的回转轴方向的最大截面积不小于对应灯罩的开口面积的一半。该双灯模块利用了抛物线灯罩的焦点上发出的光线可被该灯罩反射并平行输出的原理，在光源经过透镜阵列之前就汇整成单一光源；可维持照明系统与成像系统的设计，同时维持对比度与成像品质，减少光机的研发成本与时间。
文档编号G03B21/28GK201232946SQ200820125448
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者彭威翔, 林耿晖, 柯兆阳, 洪一中, 洪文郎, 熊坚智 申请人:亚洲光学股份有限公司