專利名稱：照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體構(gòu)思涉及一種在一個方向上發(fā)射由光源產(chǎn)生的光的照明器，尤其涉及一種其中可以動態(tài)控制從光源發(fā)射出的光的通量照度比(etendue)的照明器。
背景技術(shù)：
通常，照明器被廣泛用作通過使用圖像形成器件形成圖像的圖像投影裝置的光源，如其自身不能發(fā)射光的液晶顯示器件或數(shù)字微鏡器件。
為了在圖像投影裝置中實(shí)現(xiàn)最大光效率，光源的通量照度比必須小于或等于圖像形成器件的通量照度比極限。否則，光源的通量照度比和圖像形成器件的通量照度比將不匹配并發(fā)生光損失。這里通量照度比表示與光束發(fā)散度和光束的橫截面大小有關(guān)的光學(xué)器件的幾何特性。通量照度比越小，光密度越高，亮度越好。
一般的照明器包括用于產(chǎn)生光的光源和用于將光反射到一個方向的反射器，其具有預(yù)定的通量照度比值。通量照度比可以通過將光束的橫截面積乘以在接收光束的目標(biāo)上的光束的立體角來容易地計算。例如，當(dāng)具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)的橢圓反射器被用作反射器且光源被放置在第一焦點(diǎn)時，可以通過測量然后將橫截面積和在第二焦點(diǎn)的光束的立體角相乘來計算通量照度比。
具有如圖1至圖3中所示的結(jié)構(gòu)的一般的照明器具有低通量照度比。
參照圖1，一般的照明器包括橢圓反射器11，具有第一焦點(diǎn)f1和第二焦點(diǎn)f2；光源12，放于橢圓反射器11的第一焦點(diǎn)f1上；和后向反射器15，和橢圓反射器11面對面放置。光源12置于后向反射器15和橢圓反射器11之間。后向反射器15是球形的?？讖?5a形成于后向反射器15的中心處，入射光束從其中穿過而傳輸。
大約一半從光源12發(fā)射的光束14(實(shí)線)被直接投射到橢圓反射器11，部分光束16(虛線)被投射到后向反射器15。直接投射到橢圓反射器11的光束14在鏡表面11a被反射，穿過孔徑15a，并在第二焦點(diǎn)f2聚焦。另一方面，投射到后向反射器15的光束被反射回光源12，穿過光源12，并射向橢圓反射器11。反射的光束16在橢圓反射器11被反射，穿過孔徑15a，在第二焦點(diǎn)f2聚焦。
然而，在具有這種結(jié)構(gòu)的照明器中，橢圓反射器11的會聚角θ大約為90°，這比沒有后向反射器15的照明器的會聚角120°大約小30°，因此減小了立體角σ，從而減小了通量照度比。
在具有上述結(jié)構(gòu)的照明器中，附加的后向反射器15增加了制造成本，并使得用于后向反射器的正確準(zhǔn)直而需要的制造過程復(fù)雜化。而且，由于孔徑的大小是固定的，因此難以動態(tài)控制通量照度比。此外，從光源發(fā)射出的全部光的大約一半將被射回光源，從而減少了光源的壽命。
圖2表示另一個通常的照明器，包括拋物面反射器21，具有一個焦點(diǎn)；光源22，放于拋物面反射器21的焦點(diǎn)上；和后向反射器25，與拋物面反射器21一部分面對面放置。光源22置于后向反射器25和拋物面反射器21之間。后向反射器25形成于系統(tǒng)的光軸的一側(cè)。布置拋物面反射器21以使會聚角θ為120°。
拋物面反射器21將投射到會聚角θ的范圍中的光束部分反射。大約反射光束的一半24(實(shí)線)被直接投射到目標(biāo)23上。
剩余的光束26(虛線)被投射到后向反射器25上。該光束被反射回到拋物面反射器21上。反射回的光束經(jīng)過光源22并繼續(xù)射向拋物面反射器21的其他鏡表面。然后，該光束沿著與光束24相同的路徑射向目標(biāo)23。
在具有這種結(jié)構(gòu)的照明器中，可減少投射到目標(biāo)23的光束的橫截面積，從而減小通量照度比。
然而，在這種照明器中，由于后向反射器的大小是固定的，因此難以動態(tài)控制通量照度比。此外，從光源發(fā)射的全部光的大約一半將被反射回光源，因此減少了光源的壽命。
圖3表示的另一通常的照明器，包括拋物面反射器31，具有一個焦點(diǎn)；光源32，放于拋物面反射器31的焦點(diǎn)上；和后向反射器35，與拋物面反射器31的圓周的預(yù)定部分面對面放置。光源32被置于后向反射器35和拋物面反射器31之間。孔徑35a形成于后向反射器35的中心，投射的光束從其中穿過。拋物面反射器31具有120°的會聚角θ。
拋物面反射器31將投射到會聚角θ的范圍內(nèi)的光束部分反射。部分反射的光束34(實(shí)線)射向孔徑35a，穿過孔徑35a，然后直接投射到目標(biāo)33上。
剩余的光束36(虛線)被投射到后向反射器35上。該光束被反射回到拋物面反射器31，經(jīng)過光源32，并射向拋物面反射器31的其他鏡表面。然后該光束被反射回來并沿著與光束34相同的路徑射向目標(biāo)33。
在具有這種結(jié)構(gòu)的照明器中，可減少投射到目標(biāo)33的光束的橫截面積，從而減少通量照度比。
然而，在這樣的照明器中，由于后向反射器的大小是固定，因此難以動態(tài)控制通量照度比。此外，從光源發(fā)射的全部光大約一半將被反射回光源，由此減少了光源的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體構(gòu)思在于提供一種照明器，其制造成本低、裝配過程簡單、能將對光源的影響最小化，并能通過改變孔徑的大小來動態(tài)控制通量照度比。
本發(fā)明總體構(gòu)思的另外的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分闡述，另外的部分，通過描述將是清楚的，或者通過實(shí)施本發(fā)明總體構(gòu)思來了解。
根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的一方面，提供了一種照明器，包括光源，用于產(chǎn)生并發(fā)射光；凹面反射器，用于將光在預(yù)定的方向上反射；和孔徑，放于由凹面反射器反射的光的路徑上。后向反射器具有傳輸部分光的孔徑和將剩余的光向凹面反射器反射的鏡表面。
根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一方面，提供了一種還包括能使孔徑的寬度變化的可變單元的照明器，從而動態(tài)控制從鏡表面反射回的光的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一方面，提供了一種還包括放置于由凹面反射器反射的光的路徑上的棒集成器。該棒集成器混合并發(fā)射光。


通過參照附圖對其示例性的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，本發(fā)明總體構(gòu)思的上述和其他特性和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚，其中圖1是采用常規(guī)橢圓反射器的照明器的截面圖；圖2是采用常規(guī)拋物面反射器的照明器的示意圖；圖3是采用另一常規(guī)拋物面反射器的照明器的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器的示意圖；圖5是表示相對于圖4中所示的后向反射器的孔徑的大小的變化的光通量的變化的曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實(shí)施例的照明器的示意圖；圖7是圖6中所示的照明器的棒集成器和后向反射器的透視圖；圖8是表示圖6中所示的棒集成器的另一個例子的截面視圖；和圖9是根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實(shí)施例的照明器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)說明本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例，其例子表示在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表示相同的部件。下面參照附圖描述實(shí)施例以解釋本發(fā)明的總體構(gòu)思。
參照圖4，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器，包括光源41，用于產(chǎn)生并發(fā)射光；凹面反射器42，將發(fā)射的光導(dǎo)向預(yù)定的方向；和后向反射器45，與凹面反射器42面對面放置。光源41被置于后向反射器45和凹面反射器42之間。后向反射器45位于從凹面反射器42反射的光束的路徑上，具有傳輸部分光束的孔徑46和將光束的剩余部分反射回來的鏡表面47。鏡表面47可以是平面從而使該表面和凹面反射器42的光軸成直角。孔徑46為方形或圓形，并位于鏡表面47的中心處。
根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器可包括用于改變孔徑46的寬度的可變單元50。可變單元50可包括驅(qū)動器51和控制器55?？勺儐卧?0根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的類型改變孔徑46的大小，例如，使用照明器的投影裝置。在這種情況下，可通過改變孔徑46的大小來動態(tài)控制從鏡表面47反射回來的光束。
凹面反射器42可以是具有第一焦點(diǎn)f1和第二焦點(diǎn)f2的橢圓反射器。在這種情況下，光源41被放于第一焦點(diǎn)f1上，且從光源41發(fā)射的光束在凹面反射器上被反射并在第二焦點(diǎn)f2聚焦。后向反射器45被放于第二焦點(diǎn)f2上。
光源41可以是通過電弧放電產(chǎn)生光的弧光燈?；」鉄艨梢允墙饘冫u化物燈、氙氣燈等的一種。
弧光間隙(Ga)最好滿足方程式1的條件0.7≤Ga≤3[mm]……(1)下面，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器的運(yùn)轉(zhuǎn)。
從光源41發(fā)射的大部分光束被直接投射到凹面反射器42上并被反射到第二焦點(diǎn)f2。光束不是從點(diǎn)光源產(chǎn)生而是從光源41的電弧間隙產(chǎn)生。因此，即使當(dāng)橢圓反射器被用作凹面反射器42時，反射的光束不會全部射向第二焦點(diǎn)f2，而是如圖所示在第二焦點(diǎn)f2周圍廣泛地散開。
部分反射的光束43(實(shí)線)直接投射到孔徑46。剩余的光束44(虛線)被投射到鏡表面47并被反射回凹面反射器42。該光束然后沿著不同的路徑被凹面反射器42反射向后向反射器45。然后，光束的一部分被通過孔徑46傳輸，剩余的光束被鏡表面47反射。經(jīng)過反復(fù)反射處理，被凹面反射器42反射的幾乎全部光束被通過孔徑46傳輸。
使用可變單元50可動態(tài)控制孔徑46的大小。因此，也可控制通過孔徑46傳輸?shù)墓馐牧Ⅲw角σ。由于立體角σ與被后向反射器45反射回來的光束的量成反比，所以可以減少反射向光源41的光束的量。
因此，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器可減少光源41的負(fù)荷并防止光源41的壽命被縮短。此外，照明器可被用在需要較少通量照度比的投影系統(tǒng)中，例如，使用色轉(zhuǎn)輪(color wheel)顯示彩色圖像的投影系統(tǒng)。
圖5是表示相對于圖4所示的后向反射器的孔徑大小的光通量的曲線圖。這里，線A表示照明器具有孔徑和鏡表面的情況。線B表示當(dāng)照明器具有吸收投射的光束的表面而不是鏡表面時光通量的變化。
如圖5所示，在具有鏡表面的根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器中即使孔徑的尺寸很小，光通量的相對變化也很小。另一方面，在具有吸收表面(未顯示)的一般的照明器中，當(dāng)孔徑小時，光通量很小，當(dāng)孔徑大時，光通量大約和根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的實(shí)施例的照明器的光通量一樣。
參照圖6，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實(shí)施例的照明器包括光源61，用于產(chǎn)生并發(fā)射光；凹面反射器62，用于將發(fā)射的光導(dǎo)向預(yù)定的方向；和與凹面反射器62面對面放置的后向反射器65以及棒集成器70。光源61和棒集成器70置于后向反射器65和凹面反射器62之間。照明器還包括可變單元80，用于改變后向反射器65的孔徑66的寬度。
由于本實(shí)施例的照明器包括棒集成器70，因此本實(shí)施例的照明器不同于上一實(shí)施例的照明器。包括光源61、凹面反射器62、和后向反射器65的本實(shí)施例的照明器的其他構(gòu)件與參照圖4所描述的部件相同。
棒集成器70被置于從凹面反射器62反射的光束的路徑中，通過將光束的光線混合使得光束均勻。棒集成器70可包括輸入端70a、反射并引導(dǎo)經(jīng)輸入端70a傳輸?shù)墓馐溺R平面70b、和射出在鏡平面70b中反射并混合的光束的輸出端70c。
如圖7所示，棒集成器70可以是具有方形的棒71。棒71可以由具有比其周圍環(huán)境更高的折射率的玻璃或塑料組成。因此，通過輸入端70a傳輸?shù)墓馐靶械捷敵龆?0c，并且由于入射角和棒71與外部環(huán)境的折射率之間的關(guān)系而全部被鏡平面70b反射。經(jīng)過此處理，從光源61發(fā)射的不均勻的光束在棒集成器70中被全部反射并被混合，得到均勻的光束。
此外，如圖8所示，棒集成器70可包括中空管75和置于中空管75的內(nèi)表面上的鏡平面70b。經(jīng)過輸入端70a傳輸?shù)墓馐荤R平面70b反射并在其中前進(jìn)，變?yōu)榫鶆虻墓馐?br> 參照圖6，后向反射器65與棒集成器70的輸出端70c面對面放置并控制射出的光束?？讖?6的尺寸比輸出端70c的尺寸小。因此，從輸出端70c射出的部分光束從鏡表面67反射，穿過棒集成器70，并繼續(xù)前行到凹面反射器62。光束的其他部分經(jīng)過孔徑66傳輸。經(jīng)過這種反復(fù)反射的處理，從光源61發(fā)射出的和被凹面反射器62反射的幾乎所有光束經(jīng)過孔徑66傳輸。
在包括棒集成器70的根據(jù)本實(shí)施例的照明器中，可使得從光源61發(fā)射出的光束均勻并且還可控制經(jīng)過孔徑66傳輸?shù)墓馐牧Ⅲw角。
參照圖9，根據(jù)本發(fā)明總體構(gòu)思的另一實(shí)施例的照明器包括光源161，用于產(chǎn)生并發(fā)射光；凹面反射器162，用于將發(fā)射出的光導(dǎo)向預(yù)定的方向；后向反射器165，具有孔徑166和鏡表面167；和棒集成器170。光源161置于后向反射器165和凹面反射器162之間。后向反射器165放置在棒集成器170的末端。照明器還包括改變孔徑166的寬度的可變單元180。
本實(shí)施例的照明器在棒集成器170的布置上不同于上一實(shí)施例的照明器。包括光源161、凹面反射器162、后向反射器165、和可變單元180的照明器的剩余構(gòu)件具有與參照圖4和圖8所描述的相同的結(jié)構(gòu)和功能。
棒集成器170被放于經(jīng)過孔徑166傳輸?shù)墓馐穆窂缴希⒒旌瞎馐?，從而使得光束均勻。這里，從棒集成器170的輸入端偏離的部分光束從鏡表面167反射回到凹面反射器162。
在具有上述結(jié)構(gòu)的照明器中，可通過改變后向反射器的孔徑的大小來動態(tài)控制通量照度比，從而提高會聚的光的光密度。
具有大立體角σ可通過減少反射回光源的光的數(shù)量來減少光源的負(fù)荷并防止光源壽命的縮短。
因?yàn)榭赏ㄟ^減小立體角來減少通量照度比，因此該照明器可被應(yīng)用在需要較少通量照度比的投影系統(tǒng)中，例如，使用色轉(zhuǎn)輪顯示彩色圖像的投影系統(tǒng)。
具有棒集成器的照明器可發(fā)射其通量照度比被減少的均勻的光束。這樣的照明器結(jié)構(gòu)緊湊，從而降低了制造成本并簡化了制造過程。
盡管已表示和描述了本發(fā)明總體構(gòu)思的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物所限定的范圍的發(fā)明總體構(gòu)思的原理和精神的情況下，可在這些實(shí)施例中作出改變。
權(quán)利要求
1.一種照明器，包括光源，用于發(fā)射光；凹面反射器，用于將光源發(fā)射出的光反射到預(yù)定的方向上；后向反射器，具有將光反射回到凹面反射器的鏡表面，并具有置于由凹面反射器反射的光的焦點(diǎn)上的孔徑，該孔徑傳輸部分反射的光。
2.如權(quán)利要求1所述的照明器，其中，凹面反射器是具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)的橢圓反射器，光源被放于大約第一焦點(diǎn)處，后向反射器被放于第二焦點(diǎn)處。
3.如權(quán)利要求1所述的照明器，還包括可變單元，用于通過改變孔徑的大小來動態(tài)控制從鏡表面反射的光。
4.如權(quán)利要求1所述的照明器，其中，鏡表面被與凹面反射器的光軸成直角放置，且鏡表面的孔徑為方形或圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的照明器，其中，光源是通過電弧放電產(chǎn)生光的弧光燈。
6.如權(quán)利要求5所述的照明器，其中，弧光燈的弧光間隙(Ga)滿足下列方程式的條件0.7≤Ga≤3[mm]
7.如權(quán)利要求1所述的照明器，還包括放置于由凹面反射器反射的光的路徑中的棒集成器，該棒集成器混合并發(fā)射光。
8.如權(quán)利要求7所述的照明器，其中，后向反射器置于棒集成器的輸出端，且經(jīng)過棒集成器投射的部分光可被反射回凹面反射器。
9.如權(quán)利要求7所述的照明器，其中，后向反射器置于棒集成器的輸入端，且從棒集成器的輸入端偏離的部分光可被反射回凹面反射器。
10.如權(quán)利要求7所述的照明器，其中，棒集成器包括由玻璃或塑料組成的方形棒，并且由于方形棒和周圍環(huán)境的折射率之間的不同，投射的光可從棒集成器的側(cè)面被全部反射回棒集成器內(nèi)。
11.如權(quán)利要求7所述的照明器，其中，棒集成器包括中空管和形成在中空管的內(nèi)壁上的鏡平面，投射的光被鏡平面反射并在管內(nèi)往返以提供均勻的光。
全文摘要
一種照明器，其中從光源發(fā)射的會聚的光的通量照度比可被動態(tài)控制。該照明器包括光源，用于產(chǎn)生并發(fā)射光；凹面反射器，用于將光反射到預(yù)定的方向上；和后向反射器，放于由凹面鏡反射的光的路徑上。后向反射器具有傳輸部分光的孔徑和將剩余的光反射到凹面反射器的鏡表面。
文檔編號G02B5/12GK1624524SQ200410057268
公開日2005年6月8日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者可里爾索克洛夫 申請人:三星電子株式會社