放映机、投影机分离光轴双灯LED照明光学系统(一）

王玉昌

此帖于2011.09.30发表在《广播爱好者论坛》，现转发在此，略有改动。


    图1是大家熟悉的老54和老103的聚光系统图（南京35的原理相同，只是多一个反射镜），将近似点光源的LED放在原灯丝的位置，就可以了，只是光的利用率低一些，但改造简单，只需解决散热问题。
    图2是135幻灯机常见的聚光系统图，加大双凸透镜的曲率，也可得到较好的光斑，灯箱空间够长的也可选用。
    图3是旋转多曲面反光碗和凸镜相结合的聚光系统，挑选或设计得好的话可以得到较好的光斑，光路较短，适合一般灯箱改装。
    图4是圆锥反射体与旋转多曲面反光碗结合的光学系统，设计得好的话可以得到较好的光斑，但LED在碗内，且散热装置也在前方，因要尽量少遮挡光线，热量导出稍麻烦一些。
   通过图1-4的实验，图1改装最简单，利用率低些，解决散热问题即可，但只适合相应机型；图2需自配透镜，改装较难，光路稍长，适合灯箱前后较长的机型，散热问题一般要重新考虑；图3的光路长度适当，要自配反光碗和透镜，有一定的难度，但搞好了光效较高，不太适合灯箱前后短的机型；图4的光路短，反光结构相对复杂，LED的散热需从前方导出，设计的好可以得到较好的效果，改装有难度，不好实现。
    以上方式都需重新解决LED的散热问题，而且目前近似点光源的大功率LED型号有限，功率也不是很大，就本人用于试验的TTS-90和CMS-360来说，TTS-90极限功率32瓦（3.6VX9A)，CBM-360极限功率是90瓦（12.8VX6.3A)。上述的方案都是单片应用，虽然解决了钨灯的色温低的问题，但亮度方面没有多大优势，单只SST-90只能用于8.75机，接近100瓦钨灯的亮度，单只CBM-360用于16机，保守估计光通量在500-600流明左右（因散热问题没试验好还没试用）。
    上述的4个方式的实验，从材料的来源、灯箱的空间、原机散热情况等方面看，还有最关键的亮度问题，似乎那一种都不是很理想。难道就没有一种既好找材料又相对节约空间，散热问题也好重新组织，又能接近或超过原机钨灯亮度甚至达到目前主流氙灯机的亮度的方式可寻了吗？
    还是让我们回过头来，好好研究一下目前应用最多的图5所示的水平点燃光源的旋转多面体（深椭球反光碗）系统的结构吧。
    从图5的结构上看，光轴线两边是对称的，如果沿光轴线将该系统一分为二（切开），变成两个系统，假想被劈开的灯泡仍然亮着，那么，两个系统会有各自的光斑出现，且光斑的形状不会有多大的变化，只是亮度有所降低，如果再把分开的两个系统合并，用薄且不透光的物体沿光轴隔开两个系统，你会看到前方的光斑会与原来（未切开时）的光斑一模一样。既然被分开的两个系统还会合成一个光斑，那么，我们把被分开的两部分灯丝分别用两个LED去替换，系统的功率就是用单只LED的2倍。好了，方法找到了，图6就是新的照明光学系统图的示意图，图7、图8是这个系统的实验装置的顶视图和正视图，图9是这个系统的实验装置的立体图。（待续）




待续。

王玉昌

刘邦才 发表于 2012-5-9 12:32
面光源就是配光麻煩

帮才，TTS-90的发光面积是3X3，还应该算是点光源，主要是140度单面发光角全部利用有些难度，我这种聚光法几乎做到了极限。

王玉昌

刘邦才 发表于 2012-5-11 09:58
阿昌大哥有沒有試用過用聚光鏡呢？

试过，老54的聚光系统纳光角只有90度，再大包容角的也不好找，但是利用率低并不是主要的，关键是单颗灯目前点光源最大功率的是SCM-360，发光面积是6X6，功率90瓦左右，用在16、8.75还行，35的没戏。分离光轴双灯结构目前效果最好。目前正在试验TTS-90的6粒9粒和12粒矩阵（或叫蜂窝）结构，主要考虑35机器，成功后通知你。