專利名稱：投影機(jī)光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影機(jī)用光源，尤其是一種即插即用型可更換燈芯的投影機(jī)光源。
背景技術(shù)：
目前常用的投影機(jī)光源，按照其反光杯的類型區(qū)分主要分為兩種，即橢球燈和拋物面燈。他們的共同點(diǎn)是，作為發(fā)光體的燈芯被固定置于反光杯中的特定位置，通常使燈芯中的等離子發(fā)光區(qū)域與反光杯的焦點(diǎn)重合以獲得光能的最優(yōu)化利用；另外在制造工藝上的共同點(diǎn)是，燈芯都是通過膠一次性地固定在反光杯的尾端，不可拆卸。二者的不同點(diǎn)在于，橢球杯的光從反光杯的焦點(diǎn)C1出發(fā)，通過反射，集中輸出于反光杯前端的另一個(gè)焦點(diǎn)C2處；而拋物面杯的光從反光杯的焦點(diǎn)C出發(fā)，通過反射，最后平行輸出，如圖l、圖2所示。
在現(xiàn)有技術(shù)中，燈芯和反光杯的組合稱為整燈。安裝時(shí)，整燈先固定在一個(gè)燈架上，然后置于投影機(jī)中。由于投影機(jī)的主要耗材是光源，光源的失效主要由于燈芯失效引起，當(dāng)光源中的燈芯出現(xiàn)問題時(shí)，需要將整燈和燈架全部替換并棄置，因此通常在燈芯失效的同時(shí)浪費(fèi)了反光杯和燈架。另外在更換光源時(shí)，用戶必須通過專業(yè)的服務(wù)商解決，從而影響了對(duì)投影機(jī)的使用，帶來(lái)不便。
另外，傳統(tǒng)光源的燈芯軸線和反光杯的光學(xué)軸線平行，屬于非成像系統(tǒng)。在使用過程中，其燈芯中的鎢電極由于高溫等物理化學(xué)作用，電極端部的鎢會(huì)轉(zhuǎn)移到燈芯泡殼的其他部分，從而使電極之間的距離增加，因此燈芯中的等離子發(fā)光弧會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而逐步加長(zhǎng)，例如從l.lmm增加到2mm。如圖3所示，在使用非成像系統(tǒng)光源的投影機(jī)光路中，等離子發(fā)光弧長(zhǎng)度的增加將在二維方向上使焦點(diǎn)C2處的光斑面積增大，從而使后續(xù)系統(tǒng)可利用的光通量減少，引起輸出效率的降低，其在投影屏幕上主要表現(xiàn)為亮度下降。
還有，等離子發(fā)光弧在電極之間的空間位置會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生變化，當(dāng)發(fā)光弧的發(fā)光區(qū)域偏離反光杯焦點(diǎn)時(shí)，就會(huì)引起屏幕亮度下降；由于非成像系統(tǒng)中對(duì)發(fā)光弧空間位置變化很敏感，當(dāng)上述的發(fā)光弧空間位置變化頻率較高時(shí)，還會(huì)表現(xiàn)為明顯的屏幕抖動(dòng)，如圖4所示。
再者，在傳統(tǒng)反光杯中燈芯的冷卻是非均勻的，因此反光杯內(nèi)的燈芯端往往由于溫度過高引起提前失效而降低使用壽命。這是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)工作方式下，泡殼頂部溫度高造成泡殼頂部?jī)?nèi)壁析晶，從而導(dǎo)致燈芯失效，如圖5所示。另外在冷卻時(shí)通常是風(fēng)冷方式，如果冷卻空氣直接降溫泡殼頂部，將使燈芯內(nèi)部的工作溫度過低，也會(huì)造成燈芯啟動(dòng)失敗或者影響燈芯泡殼內(nèi)部的鹵化還原反應(yīng)，從而降低使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是延長(zhǎng)投影機(jī)光源的有效壽命，提高光輸出的質(zhì)量，投影燈芯便于更換，降低使用成本。
本發(fā)明的主要內(nèi)容是， 一種投影機(jī)光源，包括兩個(gè)反光杯，其中一次反光杯是一個(gè)球面或近似球面的反光體，二次反光杯是一個(gè)橢球面反光體， 一次反光杯的前端有一開口；還包括一個(gè)燈芯，該燈芯的軸線不垂直于反光杯的光學(xué)軸線，該燈芯的電極之間的發(fā)光區(qū)域位于二次反光杯的焦點(diǎn)F1上。燈芯軸線可以與水平面形成土20。以內(nèi)的夾角。燈芯可拆卸地安裝在燈芯支架上使得該燈芯位于一次反光杯和二次反光杯之間。且燈芯相對(duì)于反光杯的光學(xué)軸線對(duì)稱安裝。該燈芯的拆卸、安裝方式是，打開二次反光杯，使用工具移出燈芯，更換燈芯后，關(guān)閉二次反光杯。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)燈芯的方便更換，并且避免了對(duì)反光杯和燈架的無(wú)謂浪費(fèi)，降低了使用成本。本發(fā)明的投影光源屬于成像系統(tǒng)，因而燈芯電極間距的增大不易造成屏幕上亮度的衰減，并降低了屏幕的閃動(dòng)，提高了屏幕輸出質(zhì)量。此外本發(fā)明設(shè)計(jì)合理的風(fēng)冷系統(tǒng)也能夠有效抑制泡殼內(nèi)壁表面上的析晶問題，從而延長(zhǎng)了燈芯的使用壽命。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的橢球型反光杯光源示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的拋物面型反光杯光源示意圖；圖3是非成像系統(tǒng)投影光路在焦點(diǎn)C2處成像示意圖4是電極間的等離子發(fā)光弧隨時(shí)間在空間位置上的變化及長(zhǎng)度增加示意圖；圖5是投影燈芯析晶區(qū)域示意圖；圖6是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及成像示意圖7是本發(fā)明的投影光路及其在焦點(diǎn)F2處成像的示意圖；圖8是本發(fā)明更換燈芯過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖6所示， 一種投影機(jī)光源，包括兩個(gè)反光杯，其中一次反光杯1是一個(gè)球面或近似球面的反光體，二次反光杯2是一個(gè)橢球面反光體， 一次反光杯的前端有一開口 3。還包括一燈芯4，該燈芯4的軸線不垂直于反光杯的光學(xué)軸線，該燈芯的電極之間的發(fā)光區(qū)域位于二次反光杯2的焦點(diǎn)F1上。燈芯軸線可以與水平面形成±20°以內(nèi)的夾角。燈芯4可拆卸地安裝在燈芯支架5上使得該燈芯4位于一次反光杯1和二次反光杯2之間，且燈芯4相對(duì)于反光杯的光學(xué)軸線對(duì)稱安裝。反光杯材料可以是金屬、硼化玻璃或者陶瓷材料。
如圖7所示，當(dāng)該投影機(jī)光源的燈芯4工作時(shí)，等離子弧發(fā)出的光線一部分通過一次反光杯1反射后返回并穿過發(fā)光區(qū)，再經(jīng)過二次反光杯2反射后 通過一次反光杯l前端的開口 3后匯聚于二次反光杯2的焦點(diǎn)F2處。 一部分光線只經(jīng)過二次反光杯2的反射，通過一次反光杯1前端的開口3后匯聚于焦點(diǎn)F2處。還有一部分光線直射到焦點(diǎn)F2'處。以上三種光線都是投影機(jī)光路系統(tǒng)可以利用的部分，其余以漫反射或者散射方式不能被系統(tǒng)所利用。由于燈芯4對(duì)稱的安裝在反光杯中，燈芯兩端極易實(shí)現(xiàn)均勻冷卻，從而保證了燈芯4的壽命。另外由于一次反光杯1將30%左右的能量重新送回發(fā)光區(qū)域，從而增加了燈芯4工作時(shí)的溫度，這就為直接冷卻燈芯泡殼創(chuàng)造了條件。配合使用的風(fēng)冷系統(tǒng)可以直接冷卻燈芯泡殼頂端，并且不會(huì)使泡殼內(nèi)的工作溫度低于要求溫度，因此作為燈芯失效主要因素的泡殼內(nèi)壁上表面析晶的問題可以得到很大的抑制，從而延緩了燈芯的衰老速度。
如圖8所示，當(dāng)需要更換燈芯時(shí)，可以根據(jù)二次反光杯2不同的固定方式來(lái)打開、關(guān)閉二次反光杯2，例如可以通過鉸接的方式像開門一樣打開、關(guān)閉二次反光杯2，也可以徹底移開二次反光杯2，然后通過定位機(jī)構(gòu)幫助還原并匹配一次反光杯l，上述定位機(jī)構(gòu)可以是反光杯上的定位孔、定位卡口、定位槽等裝置。另外在更換燈芯4時(shí)，既可以直接打開或移除二次反光杯2，在投影機(jī)內(nèi)進(jìn)行燈芯更換；也可以將整燈模塊整體移出投影機(jī)后，打開或移開二次反光杯2，更換燈芯4，關(guān)閉二次反光杯2后，再整體置入投影機(jī)。更換燈芯4時(shí)，既可以手工完成，也可以通過專用夾具完成。
燈芯4置于一次反光杯1和二次反光杯2中時(shí)，通過燈芯4上的輔助固定和定位結(jié)構(gòu)，反光杯兩端以及支座上的輔助固定和定位結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)燈芯4的定位與緊固。對(duì)于使用不同類型燈芯的投影光源，可以通過此固定和定位結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)的區(qū)別來(lái)保證使用匹配的即插即用燈芯。
本發(fā)明的投影光源屬于成像系統(tǒng)，如圖6、 7所示，為該光源作為成像系統(tǒng)在焦點(diǎn)F2處的能量分布線。在投影系統(tǒng)中，光路的傳播有兩個(gè)參數(shù)，發(fā)射/接收面積和發(fā)射/接收角度，光路系統(tǒng)的傳播效率即取決于光路本身和光學(xué)器件的上述兩個(gè)參數(shù)的點(diǎn)積。如果從面積的角度考慮，在傳統(tǒng)光源中，面積和電弧長(zhǎng)度的二次方成正比關(guān)系，在本發(fā)明的光源中，面積和電弧長(zhǎng)度的一次方成正比關(guān)系。所以當(dāng)本發(fā)明光源的電極間距增大時(shí)，對(duì)焦點(diǎn)F2處成像面積的影響小，因而電極間距增大對(duì)光路系統(tǒng)采集效率降低的影響就小，其表現(xiàn)在屏幕上就是亮度衰減不敏感。
成像系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是光路系統(tǒng)對(duì)燈芯等離子弧的空間位置移動(dòng)不敏感。從幾何光學(xué)角度分析，發(fā)光點(diǎn)偏移反光杯內(nèi)焦點(diǎn)的距離對(duì)傳統(tǒng)橢球杯和拋物面杯的輸出影響高于對(duì)本發(fā)明的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)光弧空間位置發(fā)生變化(圖4所示)造成相同的損失時(shí)，本發(fā)明中燈芯位置允許偏移的距離可以達(dá)到傳統(tǒng)光源的兩倍以上。這也使得本發(fā)明能夠更換燈芯，因?yàn)榧词垢鼡Q后的燈芯在空間位置上發(fā)生輕微的變化，^"光源的輸出影響也可以忽略不計(jì)。而傳統(tǒng)光源即使實(shí)現(xiàn)了更換燈芯，也會(huì)由于光路系統(tǒng)限制而影響投影效果。另一方面，當(dāng)燈芯發(fā)光弧在空間位置上因?yàn)殡姌O形狀改變而移動(dòng)時(shí)，由于本發(fā)明的光源對(duì)該位置移動(dòng)的不敏感性，從而降低了屏幕的閃動(dòng)，提高了屏幕輸出的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1、一種投影機(jī)光源，包括兩個(gè)反光杯，其特征在于，其中一次反光杯(1)是一個(gè)球面或近似球面的反光體，二次反光杯(2)是一個(gè)橢球面反光體，一次反光杯(1)的前端有一開口(3)；還包括一個(gè)燈芯(4)，該燈芯(4)的軸線不垂直于反光杯的光學(xué)軸線，該燈芯的電極之間的發(fā)光區(qū)域位于二次反光杯(2)的焦點(diǎn)F1上。
2、 如權(quán)利要求1所述的投影機(jī)光源，其特征在于，燈芯(4)可拆卸地安裝在燈芯支架(5)上使得該燈芯(4)位于一次反光杯(1)和二次反光杯(2)之間。
3、 如權(quán)利要求2所述的投影機(jī)光源，其特征在于，燈芯(4)相對(duì)于反光杯光學(xué)軸線對(duì)稱的安裝在反光杯中。
4、 如權(quán)利要求3所述的投影機(jī)光源，其特征在于，燈芯軸線可以與水平面形成士20。以內(nèi)的夾角。
5、 如權(quán)利要求4所述的投影機(jī)光源，其特征在于，燈芯(4)的拆卸、安裝方式是，打開二次反光杯(2)，使用工具移出燈芯(4)，更換燈芯(4)并重新安裝到燈芯支架(5)上之后，關(guān)閉二次反光杯(2)。
6、 如權(quán)利要求1一5中任一所述的投影機(jī)光源，其特征在于，從一次反光杯(1)焦點(diǎn)發(fā)出的部分光線經(jīng)一次反光杯(1)反射后返回其焦點(diǎn)；然后該部分光線穿過燈芯(4)的發(fā)光區(qū)域后經(jīng)過二次反光杯(2)反射后聚焦于焦點(diǎn)F2處。
7、 如權(quán)利要求1一5中任一所述的投影機(jī)光源，其特征在于，從二次反光杯焦點(diǎn)F1發(fā)出的部分光線經(jīng)二次反光杯反射后集中到其焦點(diǎn)F2處。
8、 如權(quán)利要求l一5中任一所述的投影機(jī)光源，其特征在于，反光杯材料可以是金屬、硼化玻璃或者陶瓷材料。
全文摘要
為了延長(zhǎng)投影機(jī)光源的有效壽命，提高光輸出的質(zhì)量，便于更換投影燈芯，本發(fā)明提供一種投影機(jī)光源，包括兩個(gè)反光杯，其中一次反光杯是一個(gè)球面或近似球面的反光體，二次反光杯是一個(gè)橢球面反光體，一次反光杯的前端有一開口；還包括一個(gè)燈芯，該燈芯的軸線不垂直于反光杯的光學(xué)軸線，該燈芯的電極之間的發(fā)光區(qū)域位于二次反光杯的焦點(diǎn)F1上。燈芯的軸線可以與水平面形成±20°以內(nèi)的夾角。燈芯可拆卸地安裝在燈芯支架上使得該燈芯位于一次反光杯和二次反光杯之間，且燈芯相對(duì)于反光杯的光學(xué)軸線對(duì)稱安裝。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)燈芯的方便更換，并且避免了對(duì)反光杯和燈架的無(wú)謂浪費(fèi)，降低了使用成本。
文檔編號(hào)G03B21/20GK101676795SQ20081021134
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者立 沈 申請(qǐng)人:立 沈