專利名稱：導光管及其應用的光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學系統(tǒng)的光線均化裝置，特別涉及一種導光管及應用該導光管的光學 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在投影裝置中，導光管是一重要光學元件，利用柱狀的導光管，使得光線在導光管內(nèi)經(jīng) 過多次反射，從而達成均勻照明的目的。如圖1所示，現(xiàn)有投影裝置的光學系統(tǒng)主要包括一 光源IOO，其具有橢圓面聚光罩102及弧光燈101; —個柱狀實心導光管120及一個旋轉(zhuǎn)濾光器 130。所述聚光罩102具有第一焦點F工以及第二焦點F2，所述弧光燈101位于該聚光罩102的第 一焦點F工處，所述導光管120的一端面位于該聚光罩102的第二焦點F2處。由光源100發(fā)出的 光線由導光管120的一端進入導光管120，所述光線由導光管120內(nèi)壁與外部空氣間的全內(nèi)反 射在所述導光管120內(nèi)經(jīng)過多次反射后得到光線均化的效果；被均化的光線由所述導光管 120中出射后照射在所述濾光器130上，因該濾光器130由一馬達驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，故照射在濾光 器130上的光線將依序產(chǎn)生紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)的三原色，并利用人的視覺暫留達到 全彩顯像的效果。
為達到更好的投影效果，所述投影裝置通常采用具有高光通量輸出、高發(fā)光效率、性能 穩(wěn)定、壽命長等特性的弧光燈，如高壓汞燈、氙氣燈、金屬鹵素燈等。此類光源皆屬于高亮 度放電燈泡，其特點在于在兩電極之間間隔一段短距離，通常稱之為燈弧間距，再由石英包 覆，并在其內(nèi)填充混合氣體，當電流通入燈芯時，高壓電極尖端放電將氣體離子激發(fā)至高能 階，當氣體離子由高能階降回低能階時，能量將以光的形式釋放出來形成光源。請參閱圖2 ，現(xiàn)有的導光管120的亮度模擬圖表，由于該光源中的兩個電極的存在，使由燈芯位置處通 過的光線被阻擋，使得所述導光管120中心位的光線不足。同時因為導光管120是利用光線的 全反射現(xiàn)象將入光線均化后由出射端射出，光線入射之導光管120之后與導光管120的內(nèi)壁的 法線之間的夾角必須大于該導光管120的全反射臨界角，因此該導光管120能利用的有效光線 范圍為與導光管120的入射端面的法線之間的夾角的絕對值小于15度范圍內(nèi)。因此由光源發(fā) 出的光線的利用率較低。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種可增加中心亮度且可提高光線利用率的導光管。還有必要體提供一種應用該導光管的光學系統(tǒng)。
一種導光管，其為一透光實心柱體，其包括一個入射端面、 一個出射端面及側(cè)壁，所述 導光管的入射端面為一曲面。
一種光學系統(tǒng)，其包括一個光源及一個導光管，該光源包括一個橢圓面聚光罩及一個弧 光燈。所述導光管為一透光實心柱體，其包括一個入射端面、 一個出射端面及側(cè)壁，所述導 光管的入射端面為一曲面。所述聚光罩具有一個第一焦點以及一個第二焦點，所述弧光燈位 于該聚光罩的第一焦點處，所述導光管的入射端面中心位于所述聚光罩第一焦點以外，且不 與所述聚光罩的第二焦點重合。
相較現(xiàn)有技術(shù)，該導光管采用將入射端面設(shè)計為曲面，從而將原本無法利用的一些無效 光線經(jīng)折射后變成可利用的有效光線，增加光線的利用率，同時增加光線在導光管內(nèi)的反射 光程，從而增加導光管中心的亮度。
圖l是現(xiàn)有的一種投影裝置的光學系統(tǒng)的示意圖2是圖1中光學系統(tǒng)的亮度模擬示意圖3是本發(fā)明導光管第一較佳實施例的示意圖4是圖3中導光管使用狀態(tài)示意圖5是圖3中光學系統(tǒng)的亮度模擬示意圖6是本發(fā)明導光管第二較佳實施例的示意圖7是圖6中導光管使用狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖3，本發(fā)明導光管的第一較佳實施例，該導光管220為一個透光的實心柱體，其 包括側(cè)壁222、 一入射端面224及一出射端面226。其中，入射端面224為一曲面，本實施例中 采用一內(nèi)凹的曲面，光線由該入射端面224處入射，并經(jīng)該實心導光管220的側(cè)壁222在該導 光管220內(nèi)進行多次全反射后得到由出射端面226處射出的均勻光線。
請參閱圖4，將本發(fā)明導光管應用于投影裝置的光學系統(tǒng)中，所述投影裝置的光學系統(tǒng) 主要包括一光源IOO，其具有橢圓面聚光罩101及弧光燈102; —個導光管220及一個濾光器 130。其中所述導光管220的入射端面224中心點位于所述光源100的聚光罩102的第一焦點F工 與第二焦點F2之間。所述光源100的弧光燈102發(fā)出光線i，部分光線i直接射入所述導光管 220內(nèi)，部分光線i經(jīng)過聚光罩101反射后進入所述導光管220內(nèi)。光線i在經(jīng)由入射端224射入 導光管220內(nèi)時，由于所述入射端224為一內(nèi)凹的曲面，光線i經(jīng)過該入射端224入射后與該導
光管220的中心光軸的角度a相較入射前與導光管220的中心光軸的角度{3變小，相應的所述 光線對應導光管220的側(cè)壁222的入射角y增大，由于可將入射光線的入射角y增大，i從而 可以將一些不能在導光管220內(nèi)發(fā)生全反射的光線i轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M行全反射而被有效利用的光 線，提高光線i的利用率。此外，因為所述光線I的入射角增大，因此其在導光管220內(nèi)的相 對兩側(cè)壁222之間單次反射光程將隨之增大，因此在濾光器130與導光管220的距離不變的情 況下，出射光線i將向?qū)Ч夤?20的中心光軸處匯聚，從而增大了導光管220中心的亮度?？?以理解，所述入射端面224為內(nèi)凹曲面的光道管220的入射端面224的中心點位于所述所述光 源100的聚光罩102的第一焦點F工與第二焦點F2之間均可得到上述效果，從而實現(xiàn)本發(fā)明的目 的。
請參閱圖5，本發(fā)明導光管220的亮度模擬示意圖，其中橫坐標A為出射光線與導光管 220中心軸線的夾角角度，縱坐標L為亮度值。參閱圖5與圖2，可以看出本發(fā)明導光管220的 中心亮度明顯高于現(xiàn)有導光管120的中心亮度。
請參閱圖6，本發(fā)明導光管的第二較佳實施例，該導光管320為一個透光的實心柱體，其 包括側(cè)壁322、 一入射端面324及一出射端面326。其中，入射端面324為一曲面，本實施例中 采用一外凸的曲面，光線i由該入射端面324處入射，并經(jīng)該實心導光管320的側(cè)壁322在該導 光管320內(nèi)進行多次全反射后得到由出射端面326處射出的均勻光線。
請參閱圖7，將本發(fā)明導光管應用于投影裝置的光學系統(tǒng)中，所述投影裝置的光學系統(tǒng) 主要包括一光源IOO，其具有橢圓面聚光罩101及弧光燈102; —個導光管320及一個濾光器 130。其中所述導光管320的入射端面324曲面頂點位于所述光源100的聚光罩102第二焦點F2 之外，其中所入射端面324的焦點不與光源100的聚光罩102第二焦點F2重合。使用時，所述 光源100的弧光燈102發(fā)出光線i，部分光線i直接射入所述導光管320內(nèi)，部分光線i經(jīng)過聚光 罩101反射后進入所述導光管320內(nèi)。光線i在經(jīng)由入射端324射入導光管320內(nèi)時，由于所述 入射端324為一外凸的曲面，光線i經(jīng)過該入射端324入射后與該導光管320的中心光軸的角度 a相較入射前與導光管320的中心光軸的角度{3變小，相應的所述光線對應導光管320的側(cè)壁 322的入射角y增大，由于可將入射光線的入射角y增大，從而可以將一些不能在導光管 320內(nèi)發(fā)生全反射的光線i轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M行全反射而被有效利用的光線，提高光線i的利用率 。此外，因為所述光線i的入射角增大，因此其在導光管320內(nèi)的相對兩側(cè)壁322之間單次反 射光程將隨之增大，因此在濾光器130與導光管320的距離不變的情況下，出射光線i將向?qū)?光管320的中心光軸處匯聚，從而增大了導光管320中心的亮度。
可以理解，所述導光管320可根據(jù)需要確定其橫截面的形狀，優(yōu)選地，為使得出設(shè)光線為方形圖案，所述導光管320的橫截面為方形。此外，導光管320的橫截面也可以為梯形、圓 形、或者橢圓形等形狀。
可以理解，所述導光管320的入射端面324也可以是與所述光源100的發(fā)光曲線相對應的 任意球面或非球面形狀。其中，當導光管320的入射端面324為光線發(fā)散形的球面或非球面時 ，該導光管320的入射端面324的中心位于所述聚光罩102的第一焦點F工及第二焦點F2之間。 當導光管320的入射端面324為光線匯聚形的球面或非球面時，該導光管320的入射端面324的 中心位于所述聚光罩102的第二焦點F2之外。通過利用入射端曲面改變?nèi)肷涔饩€與所述導光 管320側(cè)壁322之間的入射角達到提高光線的利用率及出射光線中心的亮度。
可以理解，所述導光管320的出射端面326也可以是與出射端面224相對應的曲面，使得 所述入射端面326與出射端面324的光學特性相匹配，從而將更多由濾光器130反射回來的光 線拾取至導光管內(nèi)，經(jīng)過光源100的聚光罩101反射后重新加以利用從而提高光線的利用率。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效 果，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種導光管，其為一透光實心柱體，其包括一個入射端面、一個出射端面及位于入射端面及出射端面之間的側(cè)壁，其特征在于所述導光管的入射端面為曲面。
2.如權(quán)利要求l所述的導光管，其特征在于所述曲面為球面。
3.如權(quán)利要求l所述的導光管，其特征在于所述曲面為非球面。
4.如權(quán)利要求l所述的導光管，其特征在于所述曲面為外凸形曲面
5.如權(quán)利要求l所述的導光管，其特征在于所述曲面為內(nèi)凹形曲面
6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的導光管，其特征在于所述的出射 端面為一曲面。
7.如權(quán)利要求6所述的導光管，其特征在于所述的入射端面與所述的 出射端面的光學特性相匹配。
8.如權(quán)利要求6所述的導光管，其特征在于所述的出射端面為球面
9.如權(quán)利要求6所述的導光管，其特征在于所述的出射端面為非球面。
10.如權(quán)利要求l所述的導光管，其特征在于所述導光管的橫截面 為方形、梯形、圓形或者橢圓形。
11. 一種光學系統(tǒng)，其包括一個光源，該光源包括一個橢圓面聚光罩 、 一個弧光燈及一個導光管，所述聚光罩具有一個第一焦點以及一個第二焦點，所述弧光燈 位于該聚光罩的第一焦點處，所述導光管為一透光實心柱體，其包括一個入射端面、 一個出 射端面及位于入射端面及出射端面之間的側(cè)壁，其特征在于所述導光管的入射端面為一曲 面，該導光管的入射端面中心位于所述聚光罩第一焦點以外，且不與所述聚光罩的第二焦點 重合。
12.如權(quán)利要求ll所述的光學系統(tǒng)，其特征在于所述導光管的入射 端面為內(nèi)凹形曲面，該導光管的入射端面的中心位于所述聚光罩的第一焦點及第二焦點之間
13.如權(quán)利要求ll所述的光學系統(tǒng)，其特征在于所述導光管的入射 端面為外凸形曲面，該導光管的入射端面的中心位于所述聚光罩的第二焦點之外。
全文摘要
一種導光管，其為一透光實心柱體，其包括一個入射端面、一個出射端面及側(cè)壁，所述導光管的入射端面為一曲面。該導光管可增加光線的利用率提高出射光線中心的亮度。本發(fā)明還提供一種應用該導光管的光學系統(tǒng)。
文檔編號G02B6/00GK101354461SQ200710201190
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者林明德 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司