曲面反射镜制造技术

本发明专利技术公开了一种曲面反射镜，用于在投影系统中反射光源发射的光线，所述曲面反射镜的内表面是反射面，所述曲面反射镜包括：非球面反射镜和球面反射镜；所述球面反射镜与所述非球面反射镜同轴、内表面相对设置，并且所述球面反射镜与所述非球面反射镜焦点重合，且所述球面反射镜底部开设有作为光线输出通道的孔洞；光源，置于重合的焦点上。应用本发明专利技术提供的曲面反射镜可以提高光效，延长使用寿命，降低成本，提高反射光线的均匀度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，特别是涉及一种应用于投影系统中的曲面反射镜。
技术介绍
随着投影技术的发展，投影系统在人们的工作学习中被广泛应用。目前，投影系统中经常采用的光学元件是内表面反射镜。所谓反射镜又称“反光镜”，指的是利用光线反射原理，按预定方向转折光路的基本光学元件。所述反射镜按形状可分为平面反射镜(简称平面镜)和曲面反射镜(简称曲面镜)。曲面反射镜按反射面的位置一般可分为内表面反射镜和外表面反射镜。所谓内表面反射镜又可称为“反光碗”、“反光杯”。按常见的光学特性，内表面反射镜可分为球面反射镜(简称球面镜)、椭球面反射镜(简称椭球面镜)、抛物面反射镜(简称抛物面镜)几种类型。由于加工条件的限制，目前使用的内表面反射镜一般均为回转体(旋转体)形态，因此椭球面反射镜又称椭圆回转体反射镜、抛物面反射镜又称抛物线回转体反射镜。上述各种类型的内表面反射镜都广泛应用于幻灯机、投影机、投影电视、电影放映机等各种投影系统中。在现有的采用内表面反射镜的投影系统中，光源一般设置于内表面反射镜的焦点位置，光源发出的光线经反射面反射后投射出去。不同类型的曲面反射镜得到不同特质的反射光线；不同类型的曲面反射镜对光源的利用效率(以下简称光效)也不同。通常，光效的高低可以由包容角的大小来反映。所述包容角指的是在轴向剖面上，反射面与光源之间所形成的扇形张角。包容角以内的光线可以进入反射面，而被利用；包容角以外的光线不能进入反射面，而不能被利用。所述包容角与光效之间存在正相关性包容角越大，反射面接受来自光源的光线越多，光效也就越高；反之，反射面接受来自光源的光线越少，光效也就越低。请参阅图1a，是球面镜的结构和光路示意图。球面镜的球心就是焦点F。当光源被置于焦点F时，光线投射到球面镜的反射面即内表面，经内表面反射后，光线重新汇聚到焦点F，并向外发射出去。图1a中，角度α为包容角。在实际应用中，由于受后续光学元件的限制，尽管目前球面镜的生产技术已很成熟，生产成本较低，并且得到的反射光线有相对较好的均匀度，但是球面镜的包容角α往往被局限于较小的范围(通常在60°以下)。由于包容角与光效之间存在正相关性，因而球面镜的光效较低。因此，球面镜主要应用于低端投影系统，如视频投影机、幻灯机等。请参阅图1b，是椭球面镜的结构和光路示意图。椭球面镜有两个焦点F1和F2。当光源被置于焦点F1时，光线投射到椭球面镜的反射面，即内表面。经内表面反射后光线汇聚到另一焦点F2，然后经焦点F2向外发射出去。同理，当光源被置于焦点F2时，光线投射到椭球面镜的内表面，经内表面反射后光线汇聚到另一焦点F1，并向外发射出去。其中，角度α为包容角。请参阅图1c，是抛物面镜的结构和光路示意图。抛物面镜只有一个焦点F，当光源被置于焦点F时，光线发射到抛物面镜的反射面即内表面，经内表面反射后成为平行光，并向外发射出去。其中，角度α为包容角。可以理解的是，由于光效与包容角之间存在正相关性，因此，在现有技术中常采用增大包容角的方法来提高光效。而增大包容角又可通过2种方法来实现第一，保持焦距不变而延长曲面；第二，缩短焦距。第一种方法中，延长曲面将增大曲面反射镜的口径，为后续光路处理增加了难度。同时，曲面反射镜的口径增大后，将导致曲面反射镜和投影系统的体积相应增大。其中，所述口径指的是曲面反射镜开口处的内径。因此，第一种方法在实际应用中不可行。于是，在实际应用中常采用第二种方法来增大包容角，进而提高光效。下述图2a和2b就是采用增大包容角的方法来提高光效的曲面反射镜结构和光路示意图。请参阅图2a，是增大包容角后的椭球面镜的结构和光路示意图。在使用椭球面镜的投影系统中，为了缩短焦距，通常把放置光源的焦点F1向椭球面镜的底部移动，从而，包容角α相应地增大(通常包容角可增大至240度)。包容角α之内的光线可以全部投射至椭球面镜的内表面，经过内表面反射后，光线汇聚在焦点F2并发射出去。由于包容角α增大，因此，光效得到提高。请参阅图2b，是增大包容角后的抛物面镜的结构和光路示意图。在使用抛物面镜的投影系统中，为了缩短焦距，通常把放置光源的焦点F向抛物面镜的底部移动，从而，增大了包容角α(通常包容角可增大至240度)。包容角α之内的光线可以全部投射至抛物面镜的内表面，在内表面经过反射后，形成平行光而发射出去。由于增大了包容角α，因此，光效得到了提高。尽管，现有技术提供的曲面反射镜广泛地应用于投影系统中，但是在实际应用中其仍然不可避免地存在下述缺陷其一，现有技术中曲面反射镜虽然可以采用缩短焦距以增大包容角的方法来获得较高的光效，但是由于受光源灯泡泡体体积的限制，焦距并不能无限制的缩短。因此，现有技术中应用于投影系统的曲面反射镜的焦距一般不能小于6毫米。相应地，曲面反射镜的光效被限制在60％左右。而此时，曲面反射镜的光效已达到极限，难以进一步提高。其二，现有技术中，为了增大包容角而缩短焦距，也就是将焦点移向曲面反射镜的底部，使得位于焦点的光源也靠近曲面反射镜的底部。由于投影系统中采用的光源多为气体放电灯，光源自身温度较高，因此，来自光源的热量集中于反射碗中而难以散去，使得曲面反射镜需要承受较高的温度(局部可超过500℃)。而采用普通材料制成的曲面反射镜难以承受上述高温，常常会出现破裂或变形的现象。因此，在实际应用中，曲面反射镜必须采用耐高温和低膨胀系数的材料(如微晶玻璃)，这使得曲面反射镜的材料成本和加工成本都较高，而且加工难度较大。其三，现有技术中曲面反射镜的内表面镀有一层反射膜，用以提高反射效率，而反射膜在高温下寿命普遍较低。由于现有技术中采用缩短焦距的方法来提高光效，使得曲面反射镜内表面长期承受高温，这将导致反射膜的使用寿命大大缩短，甚至出现脱落现象，进而缩短了曲面反射镜的使用寿命。其四，现有技术提供的曲面反射镜为了提高光效而缩短焦距，使得位于焦点的光源过于接近曲面反射镜的底部，造成大量光线都集中投射到曲面反射镜的底部，导致曲面反射镜底部反射出去的光线亮度是边缘光线亮度的数倍。因而降低了反射光线的均匀度。若要改善反射光线的均匀度，又势必会增加投影系统中后续光路处理的难度以及后续光路处理的成本。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种高光效、长寿命的曲面反射镜，该曲面反射镜还具有较低的生产成本和加工难度。为此，本专利技术解决技术问题的技术方案是提供了一种曲面反射镜，用于在投影系统中反射光源发射的光线，所述曲面反射镜的内表面是反射面，所述曲面反射镜包括非球面反射镜和球面反射镜；所述球面反射镜与所述非球面反射镜同轴、内表面相对设置，并且所述球面反射镜与所述非球面反射镜焦点重合，且所述球面反射镜底部开设有作为光线输出通道的孔洞；光源，置于重合的焦点上。所述非球面反射镜的包容角大于或等于180度；所述球面反射镜的包容角小于或等于180度。所述非球面反射镜的口径等于球面反射镜的口径。所述非球面反射镜的口径大于球面反射镜的口径。所述非球面反射镜的口径小于球面反射镜的口径。所述非球面反射镜的口径小于或等于球面反射镜的孔洞的孔径。所述非球面反射镜是椭球面反射镜。所述非球面反射镜是抛物面反射镜。相对于现有技术，本专利技术的有益效果是第一，光效高。现有技术中的曲面反射镜为单一反射镜，并且位于光源的一侧，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面反射镜，用于投影系统中反射光源发射的光线，所述曲面反射镜的内表面是反射面，其特征在于包括：　　　　非球面反射镜和球面反射镜；所述球面反射镜与所述非球面反射镜同轴、内表面相对设置，并且所述球面反射镜与所述非球面反射镜焦点重合，且所述球面反射镜底部开设有作为光线输出通道的孔洞；　　　　光源，置于重合的焦点上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗筱泠，
申请(专利权)人：罗筱泠，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]