CN101201458A

CN101201458A - 光投影系统

Info

Publication number: CN101201458A
Application number: CNA2006101681532A
Authority: CN
Inventors: 鲍昭汉
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-18

Abstract

本发明提供了一种合光系统，包括第一光源、第二光源以及积分柱。该积分柱其上定义轴向。该积分柱包含穿透面以及设置于该穿透面侧边的反射面。该反射面的法向与该轴向间有一夹角。该穿透面大致垂直于该轴向。该第一光源所发射的第一光线由该穿透面入射入该积分柱内。该第二光源所发射的第二光线由该积分柱的一侧表面入射，经该反射面反射进入该积分柱内。该积分柱将在该积分柱内的该第一光线以及经该反射面反射的该第二光线混合并传送出去。本发明还提供了一种使用上述合光系统的光投影系统。

Description

光投影系统

技术领域

本发明涉及一种合光系统(Light integrating system)，并且特别是涉及一种直接利用该合光系统的光投影系统。

背景技术

光学装置(包含光源)广泛地运用在各种技术形式上。例如，这些光学装置可能使用在信息传输、显示应用、制药程序以及更广泛的其它应用。使用在这些或其它的应用中的光源包括激光、激光二极管(Laser diode)、弧光灯(Arc lamp)、发光二极管(Light emittingdiode，LED)以及白炽灯泡等。

为了更有效地将光学装置运用到现有的技术中，增加光源的亮度有时是需要的。由于物理上的限制，仅具有单一光源的光学装置对特殊的应用可能缺乏亮度或无法符合各种效能标准。在这些情形下，从多个光源来的光线可用来达到所需的总亮度。然而，均匀地混合来自多个光源的光线以形成一均匀的、适合特别应用的光束是困难的。

因此，本发明的目的在于提供一种可混合两个以上不同的光源的合光系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种直接利用积分柱(Integratingrod)混合两个不同光源的合光系统。

根据一优选具体实施例，本发明的合光系统包括积分柱、第一光源(Light source)以及第二光源。该积分柱其上定义轴向(Axialdirection)。该积分柱包括第一端以及第二端。该第一端包括穿透面(Transmitting surface)以及设置在该穿透面的第一侧的第一反射面(Reflecting surface)。该第一反射面可涂布一层反射材料用以加强反射作用。该第一反射面的法向(Normal direction)与该轴向间有第一夹角(Included angle)。该穿透面大致垂直于该轴向。该第一光源所发射的第一光线由该穿透面入射入该积分柱内。该第二光源所发射的第二光线由该积分柱的一侧表面入射，经该第一反射面反射进入该积分柱内。该积分柱将在该积分柱内的该第一光线以及经该第一反射面反射的该第二光线混合并通过该第二端传送出。由此，本发明的合光系统可混合两个光源以提高亮度。

此外，该合光系统可进一步包括第三光源，以及该积分柱的该第一端包括设置在该穿透面的第二侧的第二反射面。该第二反射面也可涂布一层反射材料用以加强反射作用。该第二反射面的法向与该轴向间有第二夹角。该第三光源所发射的第三光线由该积分柱的另一侧表面入射，经该第二反射面反射进入该积分柱内。该积分柱将在该积分柱内的该第一光线、经该第一反射面反射的该第二光线以及经该第二反射面反射的该第三光线混合并通过该积分柱的该第二端传送出。由此，本发明的合光系统可混合三个光源以更有效地提高亮度。并且，当该第一反射面与该第二反射面邻接时，本发明的合光系统可混合三个非平面配置的光源。

另外，该合光系统可进一步包括导光管(Light pipe)，该导光管被设置致使该第二光源所发射的该第二光线通过该导光管，再由该积分柱的该侧表面入射，经该第一反射面反射进入该积分柱内。由此，本发明的合光系统的光源不必邻近该积分柱设置而仍可混合多个光源以提高亮度。

因此，根据本发明的合光系统可直接利用积分柱混合两个以上不同的光源以提高亮度。应用于投影机中，当使用各种颜色的LED光源时，还可进一步省去色轮的使用。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的具体实施方式和附图得到进一步的了解。

附图说明

图1A是示出根据第一优选具体实施例的示意图。

图1B是示出该合光系统的该第一反射面与该穿透面的几何关系的示意图。

图1C是示出根据具体实施例的示意图。

图2A是示出根据第二优选具体实施例的示意图。

图2B是示出根据该合光系统的该第一反射面与该穿透面的几何关系的示意图。

图3是示出根据第三优选具体实施例的示意图。

图4是示出根据第四优选具体实施例的示意图。

具体实施方式

请参阅图1A，图1A示出了根据第一优选具体实施例的示意图。根据第一优选具体实施例，本发明的合光系统1包括积分柱12、第一光源14以及第二光源16。该积分柱12通常包括光学传导材料，其截面是矩形或方形，或是中空管，其内具有反射面。该第一光源14以及该第二光源16可为弧光灯、白炽灯泡、LED或其它光源。

该积分柱12其上定义轴向X。该积分柱12包括第一端122以及第二端124。该第一端122包括穿透面1222和第一反射面1224。该第一反射面1224被设置在该穿透面的第一侧。如图1A所示，该第一反射面1224邻接于该穿透面1222，但不以此为限。也就是说，该第一反射面1224与该穿透面1222的几何关系也可如图1B如示。

该穿透面1222大致垂直于该轴向X。该第一反射面1224可涂布一层反射材料用以加强反射作用，甚至产生完全反射作用。层反射材料可为金、锗、镍、银、铝、钯、铂、铟、铟锡氧化物、二氧化硅、二氧化钛，或其组合。该层反射材料除以单纯的涂布形式呈现，也能以多层结构或微结构的形式呈现。该第一反射面1224的法向Y与该轴向X间有第一夹角。也就是说，该第一反射面1224与该轴向X不平行。图1A中显示该第一夹角约呈45度，但不以此为限。

此外，该第一光源14所发射的第一光线由该穿透面1222入射入该积分柱12内(以虚线箭头表示)。该穿透面1222上可涂布一层抗反射材料，致使该第一光线能大部分地穿透该层抗反射材料进入该积分柱12内。该层抗反射材料通常为金属氧化物，但不以此为限。该层抗反射材料除以单纯的涂布形式呈现，也能以多层结构或微结构的形式呈现。

并且，该第二光源16所发射的第二光线由该积分柱12的一侧表面入射，经该第一反射面1224反射进入该积分柱12内(以虚线箭头表示)。该积分柱12将在该积分柱12内的该第一光线以及经该第一反射面1224反射的该第二光线混合并通过该第二端124传送出。因此，本发明的合光系统1可混合该第一光源14以及该第二光源16以提高亮度。

另外，请参阅图1C，图1C示出了根据一具体实施例的示意图。在该具体实施例中，相较于该第一优选具体实施例，本发明的合光系统1’进一步包括导光管18。该导光管18一端光耦合至该积分柱12，另一端光耦合至该第二光源16，致使该第二光源16所发射的该第二光线通过该导光管18，再由该积分柱12的该侧表面入射，经该第一反射面1224反射进入该积分柱12内。由此，该合光系统1’克服光源空间配置的问题以混合更多的光源，更有效地提高亮度。

请参阅图2A，图2A示出了根据第二优选具体实施例的示意图。根据该第二优选具体实施例，本发明的合光系统2包括积分柱22、第一光源24、第二光源26以及第三光源28。该积分柱22其上定义轴向X’。该积分柱22包括第一端222以及第二端224。该第一端222包括穿透面2222、第一反射面2224以及第二反射面2226。该第一反射面2224设置在该穿透面2222的第一侧。该第二反射面2226设置在该穿透面2222的第二侧。如图2A所示，该第一侧与该第二侧相对，并且该第一反射面2224以及该第二反射面2226分别邻接该穿透面2222，但不以此为限。也就是说，该第一反射面2224、该第二反射面2226以及该穿透面2222间的几何关系也可如图2B如示。或仅该第一反射面2224与该第二反射面2226中之一与该穿透面2222邻接。

该穿透面2222大致垂直于该轴向X’。该穿透面2222可涂布一层抗反射材料，致使该第一光源24所发射的第一光线能大部分地穿透该层抗反射材料进入该积分柱22内。该第一反射面2224可涂布一层反射材料用以加强反射作用。该层抗反射材料以及该层反射材料的说明与该第一优选具体实施例相同，不再赘述。该第一反射面2224的法向Y’与该轴向X间有第一夹角。该第二反射面2226的法向Z与该轴向X间也有第二夹角。也就是说，该第一反射面2224以及该第二反射面2226均与该轴向X不平行。图2A中显示该第一夹角以及该第二夹角均约呈45度，但不以此为限。

此外，该第一光源24所发射的该第一光线由该穿透面2222入射入该积分柱22内(以虚线箭头表示)。该第二光源26所发射的第二光线由该积分柱22的一侧表面入射，经该第一反射面2224反射进入该积分柱22内(以虚线箭头表示)。该第三光源28所发射的第三光线由该积分柱22的另一侧表面入射，经该第二反射面2226反射进入该积分柱22内(以虚线箭头表示)。该积分柱22将在该积分柱22内的该第一光线、经该第一反射面2224反射的该第二光线以及经该第二反射面2226反射的该第三光线混合并通过该积分柱22的该第二端224传送出。

因此，本发明的合光系统2可混合该第一光源24、该第二光源26以及第三光源28以提高亮度。

请参阅图3，图3示出了根据第三优选具体实施例的示意图。相较于该第二优选具体实施例，该第三优选具体实施例的合光系统3的第一反射面3224与该合光系统3的第二反射面3226邻接，因此该合光系统3的第一光源34、第二光源36以及第三光源38可以非共平面的方式设置。因此，本发明的合光系统3可混合三个非平面配置的光源，适应不同的光源配置以提高亮度。

需注意的是，在上述这些实施例中，表示光线路径的虚线仅是示意光线传播的方向，并非意指光线实际的传播路径。

在上述这些实施例中，当应用于投影系统中时，通过使用一个或多个LED当作光源，本发明的合光系统可因LED可发射不同频率的光线而进一步省去色轮的使用。并且，本发明的合光系统的积分柱也可将不同频率的光线混合，而直接达到调色的效果。

请参阅图4，图4示出了根据第四优选具体实施例的示意图。本发明的光投影系统(Light projection system)是将本发明的合光系统整合在光投影系统4内。该光投影系统4包括积分柱42、第一光源44、第二光源46、数字微镜装置(Digital micromirror device)48以及投影透镜(Projection lens)49。该积分柱42其上定义轴向X”。该积分柱42包括第一端422以及第二端424。该第一端422包括穿透面4222和第一反射面4224。该第一反射面4224设置在该穿透面的第一侧。如图4所示，该第一反射面4224邻接于该穿透面4222，但不以此为限，这可参考图1B。

该穿透面4222大致垂直于该轴向X”。该第一反射面4224可涂布一层反射材料用以加强反射作用，甚至产生完全反射作用。该第一反射面4224的法向Y”与该轴向X”间有一夹角。也就是说，该第一反射面4224与该轴向X”不平行。图4中显示该夹角约呈45度，但不以此为限。

并且，该第一光源44所发射的第一光线由该穿透面4222入射入该积分柱42内。该穿透面4222上可涂布一层抗反射材料，致使该第一光线能大部分地穿透该层抗反射材料进入该积分柱42内。该层抗反射材料通常为金属氧化物，但不以此为限。该第二光源46所发射的第二光线由该积分柱42的一侧表面入射，经该第一反射面4224反射进入该积分柱42内。该积分柱42将在该积分柱42内的该第一光线以及经该第一反射面4224反射的该第二光线混合并通过该第二端424传送至该数字微镜装置48，并且随后该数字微镜装置48选择性地将混合的该第一光线以及该第二光线反射并通过该投影透镜49投射至屏幕(Screen)5。此外，在该积分柱42与该数字微镜装置48间可设置中继透镜(Relay lens)47，用以将从该积分柱42传送出的光线聚焦在该数字微镜装置48。该第一光线以及该第二光线的传播路径示意如图4所示(以虚线表示)。

此外，该光投影系统4可进一步包括第三光源(未显示于图中)以增加光源，提高亮度。并且该积分柱42的该第一端422也对应包括第二反射面(未显示于图中)。该第三光源所发射的第三光线由该积分柱42的另一侧表面入射，经该第二反射面反射进入该积分柱42内，以及该积分柱42将在该积分柱42内的该第一光线、经该第一反射面4224反射的该第二光线以及经该第二反射面反射的该第三光线混合并通过该积分柱的该第二端424传送至该数字微镜装置48。

并且，该光投影系统4也可进一步包括导光管(未显示于图中)。该导光管被设置致使该第二光源46所发射的该第二光线通过该导光管，再由该积分柱42的该侧表面入射，经该第一反射面4224反射进入该积分柱内。

需注意的是，该第三光源与该积分柱42的几何配置、该第二反射面与该第一反射面4224和该穿透面4222的几何关系、以及该第四优选具体实施例的各项组件的额外说明请参照前述各优选具体实施例，不再赘述。并且，该数字微镜装置48的工作原理也是投影技术领域所已知的，在此也不再赘述。并且该数字微镜装置48在此是用作影像调制装置(Image Modulation Device)。因此该数字微镜装置48也可以其它类似作用的影像调制装置取代，例如LCD面板装置，在此不另作说明。

综上所述，本发明的合光系统可直接利用积分柱混合两个以上不同的光源以提高亮度。通过使用导光管，本发明的合光系统可突破传统光源配置的限制，混合更多的光源。若进一步使用LED作为光源，将本发明的合光系统整合在光投影系统中，该光投影系统可省去色轮的使用。

通过以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚地描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的优选具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能将各种改变和等同替换涵盖在本发明所欲申请的权利要求的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求得范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及等同替换。

主要组件符号说明

1、1’、2、3：合光系统 4：光投影系统

5：屏幕 12、22、42：积分柱

14、24、44：第一光源 16、26、46：第二光源

18：光导管 28：第三光源

47：中继透镜 48：数字微镜装置

49：投影透镜 122、222、422：第一端

124、224、424：第二端 1222、2222、4222：穿透面

1224、2224、3224、4224：第一反射面

2226、3226：第二反射面 X、X’、X”：轴向

Y、Y’、Y”、Z：法向

Claims

1.一种光投影系统，包括：

积分柱，其上定义轴向，所述积分柱包括第一端以及第二端，所述第一端包括穿透面以及设置于所述穿透面的第一侧的第一反射面，所述第一反射面的法向与所述轴向间有第一夹角，所述穿透面大致垂直于所述轴向；

第一光源，所述第一光源所发射的第一光线由所述穿透面入射入所述积分柱内；

第二光源，所述第二光源所发射的第二光线由所述积分柱的一侧表面入射，经所述第一反射面反射进入所述积分柱内；

影像调制装置；以及

投影透镜；

其中，所述积分柱将在所述积分柱内的所述第一光线以及经所述第一反射面反射的所述第二光线混合并通过所述第二端传送至所述影像调制装置，并且随后所述影像调制装置选择性地控制混合的所述第一光线以及所述第二光线通过所述投影透镜投射出去。

2.根据权利要求1所述的光投影系统，其中，所述第一反射面表面涂布一层反射材料用以反射所述第二光线。

3.根据权利要求1所述的光投影系统，其中，所述第一反射面邻接所述穿透面。

4.根据权利要求1所述的光投影系统，进一步包括第三光源，其中，所述积分柱的所述第一端包括设置在所述穿透面的第二侧的第二反射面，所述第二反射面涂布一层反射材料用以反射光线，所述第二反射面的法向与所述轴向间有第二夹角，所述第三光源所发射的第三光线由所述积分柱的另一侧表面入射，经所述第二反射面反射进入所述积分柱内，以及所述积分柱将在所述积分柱内的所述第一光线、经所述第一反射面反射的所述第二光线以及经所述第二反射面反射的所述第三光线混合并通过所述积分柱的所述第二端传送至所述影像调制装置。

5.根据权利要求4所述的光投影系统，其中，所述第一侧与所述第二侧相对。

6.根据权利要求5所述的光投影系统，其中，所述第一反射面和所述第二反射面分别邻接所述穿透面。

7.根据权利要求4所述的光投影系统，其中，所述第一反射面与所述第二反射面邻接。

8.根据权利要求1所述的光投影系统，其中，所述穿透面上涂布一层抗反射材料，以及所述第一光源所发射的所述第一光线穿透这层抗反射材料进入所述积分柱内。

9.根据权利要求1所述的光投影系统，进一步包括导光管，所述导光管被设置致使所述第二光源所发射的所述第二光线通过所述导光管，再由所述积分柱的所述侧表面入射，经所述第一反射面反射进入所述积分柱内。

10.根据权利要求1所述的光投影系统，其中，所述影像调制装置为数字微镜装置。

11.一种合光系统，包括：

第一光源，所述第一光源所发射的第一光线由所述穿透面入射入所述积分柱内；以及

其中，所述积分柱将在所述积分柱内的所述第一光线以及经所述第一反射面反射的所述第二光线混合并通过所述第二端传送出去。