CN100545735C - 投影机及其积分柱 - Google Patents

Abstract

一种投影机及其积分柱，该投影机包括一光源，是用以产生照明光束；一积分柱，是设于该照明光束的传递路径上，该积分柱具有一入光面、一出光面及由该入光面周缘延伸至该出光面周缘的侧面；一光阀，是用以将该照明光束转换成一影像光束；一投影镜头，是配置于该影像光束的传递路径上；其特征在于：通过该积分柱的入光面与出光面几何中心的法线未重合。本发明可以补偿因投影机的设计所造成投影亮度不均匀现象，使投影画面亮度更为均匀。

Description

投影机及其积分柱

【技术领域】

本发明是有关一种投影机，更特别有关用于投影机的积分柱。

【背景技术】

请参考图1，习知数字光处理(Digital Light Processing；DLP)投影机的光学系统100，是由光源102所产生的照明光束，经由反射罩104加以收集，并经色轮(color wheel)106的滤色后，聚焦于一积分柱(integration rod)108内。后经积分柱108将照明光束均匀化处理后，再经过中继透镜(relaylens)110，入射至一数字微镜组件(Digital Micro-mirrorDevice；DMD)112。照明光束被数字微镜组件112选择性的反射后转换成一影像光束，其穿过投影镜头114后投射至显示屏116上，显示出所要的影像。

一般来说，积分柱108可分为实心(如图2A所示)或空心(如图2B所示)两种。积分柱108的两端各具有一入光面120与一出光面130，其截面由入光面120至出光面130逐渐变大，且通过入光面120与出光面130几何中心的法线是相互重合(见图2C)。光由入光面120进入积分柱108，在其内部不断地反射，最后由出光面130输出时，其能量可均匀分布。

虽然上述积分柱108所输出的亮度均匀，但实际应用于投影机的照明系统时，其所投影在屏幕上的亮度并不一定会均匀。举例而言，低偏移(offset)的投影机(是指偏移为100％至110％)若使用非远心(non-telecentric)的照明系统，容易造成中继透镜的截断(truncation)过大，而使得投影画面的左下角偏暗；而高偏移的投影机(是指偏移110％至140％)会由于投影镜头的物理限制，使得投影画面离投影镜头光轴较远的区域，即画面的左上方及右上方会偏暗。

有鉴于此，便有必要提出一用于投影机的积分柱，以解决投影画面亮度不均匀问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种投影机及其积分柱，以补偿因投影机的设计所造成投影亮度不均匀，使投影画面亮度更为均匀。

本发明提供的一种投影机，包含：一光源，是用以产生照明光束；一积分柱，是设于该照明光束的传递路径上，该积分柱具有一入光面、一出光面及由该入光面周缘延伸至该出光面周缘的侧面；一光阀，是用以将该照明光束转换成一影像光束；一投影镜头，是配置于该影像光束的传递路径上；其特征在于：通过该积分柱的入光面与出光面几何中心的法线未重合。

本发明提供的一种积分柱，其具有一入光面、一出光面及由该入光面周缘延伸至该出光面周缘的侧面，其特征在于：通过该入光面与出光面几何中心的法线未重合。

本发明的投影机及其积分柱，可以补偿因投影机的设计所造成投影亮度不均匀的现象，使投影画面亮度更为均匀。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图标，作详细说明如下。

【图式简单说明】

图1为习知投影机的光学系统的示意图。

图2A为习知实心积分柱的立体图。

图2B为习知空心积分柱的立体图。

图2C为习知实心积分柱的前视图。

图3A为本发明一实施例的积分柱的前视图。

图3B为本发明一实施例的积分柱的侧视图。

图4为本发明积分柱其出光面的输出能量分布图。

图5为习知积分柱其出光面的输出能量分布图。

图6为本发明积分柱应用于投影机时，投影于屏幕上的亮度分布图。

图7为习知积分柱应用于投影机时，投影于屏幕上的亮度分布图。

图8为本发明另一实施例的积分柱的立体图。

图9a至9k为本发明积分柱的各种实施例的前视图。

图10为本发明投影机的光学系统示意图。

【具体实施方式】

请参考图3a及3b，本发明一实施例的非对称积分柱300具有一入光面310、一出光面320及由入光面310周缘延伸至出光面320周缘的侧面330，入光面310及出光面320的形状为四边形，本实施例中，入光面310的形状为正方形，出光面320的形状为矩形，通过入光面310几何中心的法线(normal line)350未与通过出光面320几何中心的法线360重合。另外，于本实施例中，入光面310垂直投影于包含出光面320的平面上时，该投影是完全落于出光面320内，该投影的两邻边是与出光面320的两邻边切齐，且其位于出光面320的右上角。光束由入光面310进入积分柱300时，会经过多次的反射后由出光面320射出，以达到光均匀化的目的。

请参考图4，其显示光束由非对称积分柱300的入光面310进入而由出光面320射出时，输出能量的分布图。由图可看出，输出的能量密度是以该积分柱300的右上角为最高，此与入光面310垂直投影于包含出光面320的平面上时，该投影位于出光面320的右上角有关。图5显示光束由习知对称积分柱108的入光面120进入而由出光面130射出时，输出能量的分布图。很明显的看出，积分柱108所输出的能量分布较为均匀。

请参考图6及7，其分别显示上述的非对称积分柱300及对称积分柱108使用于110％偏移、非远心的投影机时，投影于屏幕上的亮度分布。由图可知，使用习知对称积分柱108的投影机所投影出的屏幕亮度，其右上角较暗(图7所示)；而使用根据本发明的积分柱300的投影机所投影出的屏幕亮度，其右上角的亮度明显提升，整体的均匀度也较好(图6所示)。根据仿真显示，此系统使用习知对称积分柱108时，其ANSI亮度均匀性(ANSI Uniformity)为40％。但使用本发明的非对称积分柱300时，其ANSI亮度均匀性为52％，亮度均匀性明显提升了12％。因此，根据本发明的非对称积分柱300，具有提升系统投影屏幕亮度均匀性的功效。

本发明的积分柱300，可为实心且透明的结构。此外，请参阅图8，积分柱300亦可为一中空结构体，入光面310及出光面320是为中空结构体的开口，其侧面330的内部表面设有一利用镀膜形成的反射层340，藉由反射层340的设置，以使光束进入积分柱300后可透过反射层340的反射而将光束均匀化。

请参考图9a至9k，其显示根据本发明其它实施例的非对称积分柱900。该等积分柱900的结构类似于积分柱300，亦具有两相对的入光面910及出光面920，且通过该两光面910、920几何中心的法线未重合。请参考图9a至9e，该等积分柱900的入光面910垂直投影于包含该等出光面920的平面上时，该等投影是完全落于该等出光面920内，该等投影的一边是与该等出光面920的最长边切齐(如图9a所示)，或与该等出光面920的最短边切齐(如图9b所示)。该等积分柱900垂直投影的两邻边亦可与该等出光面的两邻边切齐(如图9c、9d所示)。该等积分柱900垂直投影亦可完全落于该等出光面920内，且其侧边不与该等出光面920的侧边相交(如图9e所示)。

请参考图9f至9h，该等积分柱900的入光面910垂直投影于包含该等出光面920的平面上时，该等投影亦可部分落于该等出光面920内，该等投影的两相对边是与该等出光面920的最长边相交(如图9f所示)，或者与该等出光面920的最短边相交(如图9g所示)；或者该等投影的两邻边与该等出光面920的两邻边相交(如图9h所示)。

请参考图9i至9k，该等积分柱900的入光面910垂直投影于包含该等出光面920的平面上时，该等投影亦可完全落于该等出光面920的外，且该等投影的一边是与该等出光面920的最长边切齐(如图9i所示)；或者与该等出光面920的最短边切齐(如图9j所示)；或者不与该等出光面920的最短边或最长边切齐(如图9k所示)。

上述不对称积分柱900可配合投影机的实际需求使用，以补偿系统因使用对称积分柱108所产生亮度的不均匀，达到投影画面亮度均匀的目的。

此外，本发明的积分柱装置可应用于一种投影机。举例而言，参考图10，投影机的光学系统600包含有一用以产生照明光束的光源602、一反射罩604、一色轮606、一设于照明光束的传递路径上且用以将照明光束均匀化的积分柱608、一中继透镜610、一将照明光束转换成一影像光束的光阀612以及一投影镜头614，光阀612可为数字微镜组件，投影镜头614配置于影像光束的传递路径上。该光学系统600的结构类同于图1的光学系统100，在此不再详述其作用原理。所不同的是，本发明投影机光学系统600是采用积分柱300或900作为积分柱608，以解决投影画面亮度不均匀的问题。另本实施例中，投影机为一偏移(offset)的投影机，且光源602及积分柱608是形成一非远心(non-telecentric)的照明系统。

虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。但仍应属于本发明的保护范围。

【图号说明】

100  光学系统          102  光源

104  反射罩            106  色轮

108  积分柱                110  中继透镜

112  数字微镜组件          114  投影镜头

116  显示屏                120  光面

130  出光面                300  积分柱

310  光面                  320  出光面

330  侧面                  340  反射层

350  法线                  360  法线

600  光学系统              602  光源

604  反射罩                606  色轮

608  积分柱                610  中继透镜

612  光阀                  614  投影镜头

900  积分柱                910  入光面

920  出光面

Claims (6)

1、一种投影机，包含：

一光源，是用以产生照明光束；

一积分柱，是设于该照明光束的传递路径上，该积分柱具有一入光面、一出光面及由该入光面周缘延伸至该出光面周缘的侧面；

一光阀，是用以将该照明光束转换成一影像光束；

一投影镜头，是配置于该影像光束的传递路径上；

其特征在于：通过该积分柱的该入光面的几何中心的法线与该出光面的几何中心的法线不重合，该投影机为一偏移投影机，且该光源及该积分柱是形成一非远心的照明系统。

2、依权利要求1所述的投影机，其特征在于：该入光面垂直投影于包含该出光面的平面上的投影是完全落在该出光面内。

3、依权利要求1所述的投影机，其特征在于：该入光面垂直投影于包含该出光面的平面上的投影是部分落在该出光面内。

4、依权利要求1所述的投影机，其特征在于：该入光面垂直投影于包含该出光面的平面上的投影是完全落在该出光面外。

5、依权利要求1所述的投影机，其特征在于：该积分柱为实心且透明的结构体。

6、依权利要求1所述的投影机，其特征在于：该积分柱为一中空结构体，该中空结构体的开口是分别形成该入光面及该出光面，该侧面的内部表面设有一反射层。

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