CN100430775C

CN100430775C - 光学投影系统

Info

Publication number: CN100430775C
Application number: CNB2005100986331A
Authority: CN
Inventors: 高伯菘; 刘德伟
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: CN1928628A

Abstract

本发明提供一种光学投影系统，投影于一屏幕上，包含一光源、一具有多数个导光面的光束分裂单元、一具有多数个滤光片的反射式色轮、一色光调节单元，及一投影镜头，当该光源投射一光束至所述导光面上时，该光束可分裂成多数道射出至该反射式色轮上的次光束，所述滤光片分别具有多数个互相对应而重叠的区块，可将所述次光束循环地反射出多数种色光至该色光调节单元上而产生一影像光束，该影像光束可经该投影镜头投射至该屏幕成像。

Description

光学投影系统

技术领域

本发明涉及一种光学投影系统，特别是涉及一种可减少光能损失的光学投影系统。

背景技术

如图1、2所示，为现有一种光学投影系统，包含一可投射出一光束101的光源1、一可导光与集光的光导管2(Light Tunnel)、一可转动且具有多数个呈螺旋状分布的色区301的穿透式色轮3(Color Wheel)、一数字微镜芯片4(Digital Micro-mirrorDevice，DMD)，及一屏幕5，该色轮3的色区301是依序呈红(R)、蓝(B)、绿(G)三色循环配置。当该光束101穿过该光导管2而投射至该色轮3的其中三色区301上时，随着该色轮3的快速转动，该色轮3可使红(R)、蓝(B)、绿(G)三色光循环地投地至该数字微镜芯片4上，则，当该数字微镜芯片4将快速循环变动的红(R)、蓝(B)、绿(G)三色光反射至该屏幕5上叠合时，即可呈现出彩色的画面。

虽然，利用该光学投影系统即可投射出彩色的影像供使用者观看，但是，在实际使用时，此种光学投影系统却具有以下的缺失：

一、如图2所示，当该光束101穿过该光导管2而投射至该色轮3的其中三色区301上时，虽然，每一色区301可分别供红(R)、蓝(B)、绿(G)三色光的其甲一者通过，但是，该光束101投射至红色(R)色区301的部份，除了红色(R)色光可通过该红色(R)色区301外，蓝色(B)色光、绿色(G)色光却均会被反射掉，同理，蓝色(B)色区301与绿色(G)色区301也会产生类似的问题，而会分别将其它色光反射掉，如此，不但会造成光能损失，也会影响该屏幕5画面的亮度表现。

二、虽然，上述被所述色区301反射掉的色光可借由该光导管2回收而再投射至该色轮3上，但是，实际上只有少部份反射的色光可再经该光导管2的传递而再度投射至该色轮3上，因此，反射的色光往往会使该光导管2容易产生过热的问题，因而会减短该光导管2的使用寿命，并影响整个光学系统的品质。

三、该光学投影系统的光源1、光导管2、色轮3与数字微镜芯片4是沿一直线方向排列设置，且该光导管2是沿该直线方向间隔于该光源1与该色轮3之间并具有一定的长度，因此，此种光学投影系统往往体积较为庞大，而较占空间。

如图3所示，也有人使用另一种具有三扇形色区601的穿透式色轮6来替代上述的色轮3，但是，所述色区601也是只可分别供该光束101的红(R)、蓝(B)、绿(G)三色光的其中一者通过，因此，所述色区601也会同样地产生上述色区301将其它色光反射掉的缺失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效减少光能损失并可增进屏幕画面的亮度表现，且体积小而不占空间的光学投影系统。

本发明光学投影系统，是可将一影像投射于一屏幕上，包含一光源、一光束分裂单元、一反射式色轮、一色光调节单元，及一投影镜头。該光束分裂单元具有多数个沿一第一方向间隔设置的导光面，当该光源投射一光束至所述导光面上时，所述导光面可将该光束分裂成多数道的次光束，并沿一第二方向将所述次光束投射出，该第二方向与该第一方向的一夹角是等于90度，该第二方向是与一第三方向夹一45度的倾斜角。該反射式色轮是可转动的并朝向该光束分裂单元，且，该反射式色轮是平行于该第三方向，并具有多数个互相叠置的滤光片，所述滤光片分别具有多数个互相对应而重叠的区块，每一滤光片的区块是可分别反射所述次光束而产生多数种不同色光，而，互相叠置的区块是可分别反射所述次光束而产生所述色光。該色光调节单元是设置于该反射式色轮与该屏幕之间，当所述次光束沿该第二方向投射至所述滤光片的区块上时，互相叠置的区块可将每一导光面所投射出的该次光束循环地反射出所述色光至该色光调节单元上并产生一影像光束。該投影镜头是设置于该色光调节单元与该屏幕之间，当所述色光经该色光调节单元投射该影像光束至该投影镜头上时，该投影镜头可将该影像光束投射至该屏幕上。

借此，本发明不但可有效减少光能损失，并可增进屏幕画面的亮度表现，且体积小而不占空间。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是现有一种光学投影系统的系统配置示意图；

图2是该光学投影系统将一光束投射至一色轮上的局部示意图；

图3是现有另一种色轮的平面示意图；

图4是本发明光学投影系统的一第一较佳实施例的配置示意图；

图5是图4的局部放大示意图；

图6是该第一较佳实施例的一反射式色轮的分解立体示意图；

图7是该反射式色轮的平面示意图，说明一光束投射至该反射式色轮的其中一区块上；

图8是该第一较佳实施例的一色光调节单元的平面示意图，说明当该反射式色轮的不同区块将色光反射至该色光调节单元上时，不同区块反射的色光是以互相补偿的方式依序排列；

图9是本发明光学投影系统的一第二较佳实施例的配置示意图；

图10是图9的局部放大示意图；

图11是本发明光学投影系统的一第三较佳实施例的一反射式色轮的分解立体示意图；

图12是该第三较佳实施例的配置示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的三较佳实施例的详细说明中，将可清楚的明白。

在提出详细说明之前，要注意的是，在以下的说明中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图4、5、6，本发明光学投影系统的第一较佳实施例，可将一影像投射于一屏幕100上，该光学投影系统包含：一光源10、一光束分裂单元20、一反射式色轮30、一色光调节单元40，及一投影镜头50。

该光源10是可沿一第一方向I将一光束11投射至该光束分裂单元20上。

该光束分裂单元20具有多数个沿该第一方向I间隔设置的导光面21，及多数个平行于该第一方向I的连接面22。所述光导光面21均是平行于一第三方向III，在本实施例中，该第三方向III是与一第二方向II夹一45°倾斜角θ，并与该第一方向I夹该倾斜角θ，而，该第二方向II与该第一方向I的一夹角α则是等于90°。所述导光面21均镀设有一可反射可见光的反射膜211，所述导光面21在该第三方向III上分别具有一导光长度L1，所述连接面22是沿该第一方向I而分别连接于任两相邻的导光面21之间，所述连接面22在该第一方向I上分别具有一连接长度L2。当该光源10沿该第一方向I将该光束11投射至所述导光面21上时，所述导光面21可将该光束11分裂成多数道的次光束12，并沿该第二方向II将所述次光束12反射至该反射式色轮30，而，为了防止所述连接面22反射该光束11而产生杂散光，所述连接面22可分别镀设穿透膜或吸光膜。

该反射式色轮30是可被一马达(图未示)驱动而快速转动，且该反射式色轮30是平行于该第三方向III并朝向该光束分裂单元20的导光面21。该反射式色轮30具有一第一滤光片31、一与该第一滤光片31叠置的第二滤光片32，及一与该第二滤光片32叠置的第三滤光片33。该第一、二、三滤光片31、32、33分别具有一厚度t，且，该第一滤光片31具有一第一区块311、一与该第一区块311邻接的第二区块312，及一邻接于该第、二区块311、312之间的第三区块313。该第二滤光片32具有一对应该第一区块311的第一区块321、一对应该第二区块312的第二区块322，及一对应该第三区块313的第三区块323。该第三滤光片33具有一对应该第一、二滤光片31、32的第一区块311、321的第一区块331、一对应该第一、二滤光片31、32的第二区块312、322的第二区块332，及一对应该第一、二滤光片31、32的第三区块313、323的第三区块333。当所述导光面21沿该第二方向II分别将所述次光束12反射至该第一、二、三滤光片31、32、33的第一区块311、321、331、第二区块312、322、332与第三区块313、323、333上时，互相重叠的第一区块311、321、331可分别反射所述次光束12而产生多数道第一色光(R)13、多数道第二色光(B)14与多数道第三色光(G)15，在本实施例中，该一第一色光(R)13为红色色光，该第二色光(B)为蓝色色光，该第三色光(G)15为绿色色光，而，互相叠置的第二区块312、322、332则可分别反射所述次光束12而产生所述第二色光(B)14、第三色光(G)15与第一色光(R)13，互相叠置的第三区块313、323、333则可分别反射所述次光束12而产生所述第三色光(G)15、第一色光(R)13与第二色光(B)14。由上述可知，该反射式色轮30是平行于该第三方向III而与该第二方向II夹该倾斜角θ，且该反射式色轮30是由该第一、二、三滤光片31、32、33叠置而成，因此，从每一导光面21反射至该反射式色轮30上的每一道次光束12均会被反射成该第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15等三道色光，即本实施例图5中的六道次光束12会被反射成十八道由该第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15所组成的色光。

该色光调节单元40是设置于该反射式色轮20与该屏幕100之间，在本实施例中，该色光调节单元40是为一种穿透式液晶面板，此外，配合不同光传递路径的设计，该色光调节单元40也可更换为一反射式液晶面板，或为一数字微镜芯片(DMD)。如图5、7、8所示，当该第一、二、三滤光片31、32、33的第一区块311、321、331将所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15反射至该色光调节单元40上时，所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15是依序地并排于该色光调节单元40上，并分别具有一在该第二方向II上的色光高度h，同理，当该第一、二、三滤光片31、32、33的第二区块312、322、332将所述第二、三、一色光(B)14、(G)15、(R)13反射至该色光调节单元40上时，所述第二、三、一色光(B)14、(G)15、(R)13也可依序地并排于该色光调节单元40上，并分别具有该色光高度h，而，当该第一、二、三滤光片31、32、33的第三区块313、323、333将所述第三、一、二色光(G)15、(R)13、(B)14反射至该色光调节单元40上时，所述第三、一、二色光(G)15、(R)13、(B)14也可依序地并排于该色光调节单元40上，并分别具有该色光高度h。为了使所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15可以该色光高度h连续排列，所述导光面21的导光长度L1是等于该色光高度h除以该倾斜角θ的正弦值(L1＝h/sinθ)，所述连接面22的连接长度L2则是等于该色光高度h的两倍除以该倾斜角θ的正切值(L2＝2h/tanθ)，而该第一、二、三滤光片31、32、33的厚度t则是等于该色光高度h乘以该倾斜角θ的余弦值(t＝h×cosθ)。此外，如图5、7、8所示，当该反射式色轮30快速转动，而使所述第一区块311、321、331、所述第二区块312、322、332与所述第三区块313、323、333循环地反射所述次光束12时，所述第一区块311、321、331、所述第二区块312、322、332与所述第三区块313、323、333即可使所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15循环地以互相补偿的排列次序反射至该色光调节单元40上，如此，随着该反射式色轮30的转动，该色光调节单元40的每一位置上，即均会产生该第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15互相补偿叠合的情形。

如图4、5所示，该投影镜头50是设置于该色光调节单元40与该屏幕100之间。

借此，如图4、5、8所示，当互相补偿叠合的所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15经该色光调节单元40投射一影像光束60至该投影镜头50上时，该投影镜头50即可将该影像光束60投射至该屏幕100上并聚焦形成彩色的影像。

经由以上的说明，可再将本发明的优点归纳如下：

一、本发明的反射式色轮30是由该第一、二、三滤光片31、32、33叠置组成，且，互相叠置对应的所述第一区块311、321、331可分别反射所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15，互相叠置对应的所述第二区块312、322、332也可分别反射所述第二、三、一色光(B)14、(G)15、(R)13，互相叠置对应的第三区块313、323、333也可分别反射所述第三、一、二色光(G)15、(R)13、(B)14，因此，不论所述次光束12是被该光束分裂单元20的导光面21反射至该反射式色轮30的那一区块上，所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15均会完全被反射至该色光调节单元40上，而不会有任何色光漏失，因此，本发明不但可效改善现有色轮3、6的光能损失问题，更可增进该屏幕100画面的亮度表现。

二、本发明并不需利用现有的光导管2来导光与集光，且该反射式色轮30的任一区块均不会将任一色光反射浪费掉，因此，本发明完全不会发生现有光导管2容易过热的问题，也不会发生色光朝该光束分裂单元20反射，而使该光束分裂单元20过热的问题。

三、本发明的光源10与光束分裂单元20并非与该反射式色轮30成直线排列，且该光束分裂单元20也不是间隔设置于该光源10与该反射式色轮30之间，因此，本发明的整体长度可较现有光学投影系统为短，而不占空间。

如图9、10所示，为本发明的一第二较佳实施例，该第二较佳实施例是类似于该第一较佳实施例，其差异之处在于：

该光源10是可沿一第二方向II将该光束11投射至该光束分裂单元20上。

该光束分裂单元20具有多数个沿一第一方向I间隔设置且平行于该第一方向I的导光面23、多数个平行于该第一方向I并分别对应于所述导光面23的入光面24，及多数个平行于一第三方向III且连接于互相对应的导光面23与入光面24之间的连接面25，在本实施例中，该第二方向II与该第一方向I的一夹角α是等于90°，该第三方向III是与该第二方向II夹一45°倾斜角θ，该第三方向III与该第一方向I的一夹角β是等于90°减掉该倾斜角θ(夹角β＝90°-45°＝45°)。所述导光面23均镀设有一穿透膜231，所述连接面25均镀设有一反射膜251，当该光束11经所述入光面24射入该光束分裂单元20后，该光束11经所述连接面25的连续反射即可分别从所述导光面23射出，并分裂成所述次光束12，且，所述导光面23在该第一方向I上分别具有一导光长度L3，该导光长度L3等于该色光高度h乘以该倾斜角θ的正切值(L3＝h×tanθ)，任两相邻的导光面23在该第一方向I上均间隔一间隔宽度W，该间隔宽度W是等于该色光高度h的两倍乘以该倾斜角θ的正切值(W＝2h×tanθ)，任两相邻的导光面23在该第二方向II上均间隔一间隔高度H，该间隔高度H是等于两倍的该色光高度h(H＝2h)。

该反射式色轮30的第一、二、三滤光片31、32、33的厚度t是等于该色光高度h乘以该倾斜角θ的正弦值(t＝h×sinθ)。

如此，当该光源10沿该第二方向II将该光束10投射至所述导光面23上时，所述次光束12即可沿该第二方向II分别穿透所述导光面23而投射至该第一、二、三滤光片31、32、33的第一区块311、321、331、第二区块312、322、332与第三区块313、323、333上，此后，所述第一区块311、321、331、所述第二区块312、322、332与所述第三区块313、323、333即可将所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)15反射至该色光调节单元40上，而使所述第一、二、三色光(R)13、(B)14、(G)以该色光高度h连续地排列于该色光调节单元40上。如此，该第二较佳实施例也可达到与上述第一较佳实施例相同的目的与功效。

如图11、12所示，为本发明的一第三较佳实施例，该第三较佳实施例是类似于该第一较佳实施例，其差异之处在于：

该第一滤光片31更具有一设置于该第一、三区块311、313之间的第一反射区314，该第二滤光片32更具有一设置于该第一、三区块321、323之间且与该第一反射区314互相错开的第二反射区324，该第三滤光片33更具有一设置于该第一、三区块331、333之间且与该第一、二反射区314、324互相错开的第三反射区334，该第一、二、三反射区314、324、334均是可直接将所述次光束12朝该色光调节单元40反射(即可反射白光W)。因此，当所述次光束12沿该第二方向II投射至该第一、二、三滤光片31、32、33的第一、二、三反射区314、324、334上时，该第一、二、三反射区314、324、334也可将每一导光面21所投射出的该次光束12反射至该色光调节单元40上，并使所述次光束12也以该色光高度h依序地排列于该色光调节单元40上，如此，该第三较佳实施例除了也可达到与上述第一较佳实施例相同的目的与功效之外，当所述次光束12经该色光调节单元40投射至该投影镜头50上时，该投影镜头50更可将所述次光束12投射至该屏幕100上，而有效增加该屏幕100画面的对比亮度。

归纳上述，本发明的光学投影系统，不但可有效减少光能损失，并可增进屏幕画面的亮度表现，且体积小而不占空间，所以确实能达到发明的目的。

Claims

1.一种光学投影系统，是可将一影像投射于一屏幕上，其特征在于：

该光学投影系统包含：

一光源；

一光束分裂单元，具有多数个沿一第一方向间隔设置的导光面，当该光源投射一光束至所述导光面上时，所述导光面可将该光束分裂成多数道的次光束，并沿一第二方向将所述次光束投射出，该第二方向与该第一方向的一夹角是等于90度，该第二方向是与一第三方向夹一45度的倾斜角；

一反射式色轮，是可转动的并朝向该光束分裂单元，且，该反射式色轮是平行于该第三方向，并具有多数个互相叠置的滤光片，所述滤光片分别具有多数个互相对应而重叠的区块，每一滤光片的区块是可分别反射所述次光束而产生多数种不同色光，而，互相叠置的区块是可分别反射所述次光束而产生所述色光；

一色光调节单元，是设置于该反射式色轮与该屏幕之间，当所述次光束沿该第二方向投射至所述滤光片的区块上时，互相叠置的区块可将每一导光面所投射出的该次光束循环地反射出所述色光至该色光调节单元上并产生一影像光束；及

一投影镜头，是设置于该色光调节单元与该屏幕之间，当所述色光经该色光调节单元投射该影像光束至该投影镜头上时，该投影镜头可将该影像光束投射至该屏幕上。

2.如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于：

该反射式色轮具有一第一滤光片、一与该第一滤光片叠置的第二滤光片，及一与该第二滤光片叠置的第三滤光片，该第一滤光片具有一第一区块、一第二区块，及一第三区块，该第二滤光片具有一对应该第一区块的第一区块、一对应该第二区块的第二区块，及一对应该第三区块的第三区块，该第三滤光片具有一对应该第一、二滤光片的第一区块的第一区块、一对应该第一、二滤光片的第二区块的第二区块，及一对应该第一、二滤光片的第三区块的第三区块，该第一、二、三滤光片的第一区块可分别反射所述次光束而产生多数道第一色光、多数道第二色光与多数道第三色光，该第一、二、三滤光片的第二区块可分别反射所述次光束而产生所述第二、三、一色光，该第一、二、三滤光片的第三区块可分别反射所述次光束而产生所述第三、一、二色光，当所述次光束沿该第二方向投射至该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块上时，该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块可将每一导光面所投射出的该次光束循环地反射出该第一、二、三色光至该色光调节单元上，当所述第一、二、三色光经该色光调节单元投射该影像光束至该投影镜头上时，该投影镜头可将该影像光束投射至该屏幕上。

3.如权利要求2所述的光学投影系统，其特征在于：

所述导光面均镀设有一反射膜，该光源是沿该第一方向将该光束投射至所述导光面上，所述导光面是沿该第二方向分别将所述次光束反射至该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块上，当该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块将所述第一、二、三色光反射至该色光调节单元上时，所述第一、二、三色光是依序地排列于该色光调节单元上，并分别具有一在该第二方向上的色光高度。

4.如权利要求3所述的光学投影系统，其特征在于：

该光束分裂单元的导光面均是平行于该第三方向，该反射式色轮是平行于该第三方向并朝向所述导光面。

5.如权利要求4所述的光学投影系统，其特征在于：

所述导光面在该第三方向上分别具有一导光长度，该导光长度是等于该色光高度除以该倾斜角的正弦值。

6.如权利要求5所述的光学投影系统，其特征在于：

该光束分裂单元更具有多数个平行于该第一方向的连接面，所述连接面是沿该第一方向而分别连接于任两相邻的导光面之间，所述连接面在该第一方向上分别具有一连接长度，该连接长度是等于该色光高度的两倍除以该倾斜角的正切值。

7.如权利要求6所述的光学投影系统，其特征在于：

该反射式色轮的第一、二、三滤光片分别具有一厚度，该厚度是等于该色光高度乘以该倾斜角的余弦值。

8.如权利要求2所述的光学投影系统，其特征在于：

所述导光面均镀设有一穿透膜，该光源是沿该第二方向将该光束投射至所述导光面上，所述次光束是沿该第二方向分别穿透所述导光面而投射至该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块上，当该第一、二、三滤光片的第一、二、三区块将所述第一、二、三色光反射至该色光调节单元上时，所述第一、二、三色光是依序地排列于该色光调节单元上，并分别具有一在该第二方向上的色光高度。

9.如权利要求8所述的光学投影系统，其特征在于：

该光束分裂单元的导光面均是平行于该第一方向。

10.如权利要求9所述的光学投影系统，其特征在于：

所述导光面在该第一方向上分别具有一导光长度，该导光长度是等于该色光高度乘以该倾斜角的正切值。

11.如权利要求10所述的光学投影系统，其特征在于：

该光束分裂单元更具有多数个平行于该第一方向并分别对应于所述导光面的入光面，及多数个平行于该第三方向且连接于互相对应的导光面与入光面之间的连接面，所述连接面均镀设有一反射膜，任两相邻的导光面在该第一方向上均间隔一间隔宽度，该间隔宽度是等于该色光高度的两倍乘以该倾斜角的正切值，任两相邻的导光面在该第二方向上均间隔一间隔高度，该间隔高度是等于两倍的该色光高度。

12.如权利要求11所述的光学投影系统，其特征在于：

该反射式色轮的第一、二、三滤光片分别具有一厚度，该厚度是等于该色光高度乘以该倾斜角的正弦值。

13.如权利要求2所述的光学投影系统，其特征在于：

该第一滤光片更具有一设置于该第一、三区块之间的第一反射区，该第二滤光片更具有一设置于该第一、三区块之间且与该第一反射区互相错开的第二反射区，该第三滤光片更具有一设置于该第一、三区块之间且与该第一、二反射区互相错开的第三反射区，当所述次光束沿该第二方向投射至该第一、二、三滤光片的第一、二、三反射区上时，该第一、二、三滤光片的第一、二、三反射区可将每一导光面所投射出的该次光束反射至该色光调节单元上，当所述次光束经该色光调节单元投射至该投影镜头上时，该投影镜头可将所述次光束投射至该屏幕上。