CN101373317A - 投影装置及其照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种照明系统以及使用其的投影装置。该照明系统包括光源、积分柱、反射元件、分光元件以及收光元件。积分柱具有相对的光入射端以及光出射端,而光源提供聚焦于光入射端的照明光束。具有开口的反射元件位于光入射端旁,照明光束经开口进入积分柱并由光出射端离开。分光元件位于光出射端旁,照明光束的一部分穿透分光元件而另一部分被反射至反射元件,反射元件反射此部分照明光束。收光元件配置于光入射端,且具有至少一反射面。反射面具有相对的第一端以及第二端。第二端位于开口处,而反射面是从第一端朝接近积分柱的光轴的方向延伸至第二端。
Description
技术领域
本发明是有关于一种显示装置,且特别是有关于一种投影装置(projection apparatus)及其照明系统(illumination system)。
背景技术
图1为已知一种投影机的照明系统与光阀的示意图。请参照图1,照明系统100包括光源110、积分柱120、连续色彩补偿(sequential color recapture,SCR)色轮130、反射元件140以及透镜150。积分柱120具有光入射端122以及光出射端124,其中反射元件140配置于光入射端122,且位于光入射端122与光源110之间。连续色彩补偿色轮130配置于光出射端124,且位于光出射端124与透镜150之间。
反射元件140具有开口142,而开口142暴露出部分光入射端122。光源110用以提供照明光束L10。照明光束L10通过反射元件140的开口142,而由光入射端122进入积分柱120,并在被积分柱120均匀化后由光出射端124离开积分柱120。
承上述,连续色彩补偿色轮130位于照明光束L10的光路径上。连续色彩补偿色轮130用以反射一部分照明光束L10并使另一部分照明光束L10穿透。穿透连续色彩补偿色轮130的部分照明光束L10会依照入射连续色彩补偿色轮130的部位的不同,而被过滤成不同颜色的光。透镜150配置于照明光束L10的光路径上,且位于连续色彩补偿色轮130与光阀(light valve)50之间,以将照明光束L10会聚至光阀50。
已知照明系统100中,被连续色彩补偿色轮130反射的部分照明光束L10会传递至反射元件140,并被反射元件140反射回连续色彩补偿色轮130。如此,被连续色彩补偿色轮130反射的部分照明光束L10可被循环利用,以提高光利用效率。具体而言,若照明光束L10为白光光束,当照明光束L10入射连续色彩补偿色轮130的红色滤光部时,红光会穿透连续色彩补偿色轮130,而其余的照明光束L10(如蓝光与绿光)会被反射至反射元件140。之后,蓝光与绿光会被反射元件140反射回连续色彩补偿色轮130。此时,若蓝光与绿光入射连续色彩补偿色轮130的绿色滤光部,则绿光会穿透连续色彩补偿色轮130,蓝光会被再次反射至反射元件140。同理,当蓝光入射连续色彩补偿色轮130的蓝色滤光部时,则蓝光会穿透连续色彩补偿色轮130。
然而,由于反射元件140配置于光入射端122,因此部分未通过开口142的照明光束L10会被反射元件140阻挡而无法入射积分柱120,此将降低照明系统100的光利用效率。此外,在光源110使用一段时间之后,光源110的电弧(arc)会逐渐变大,使得照明光束L10无法准确聚焦于开口142而降低照明系统100的光利用效率。另外,由于照明光束L10必需准确的聚焦于开口142,因此在光源110与其他元件组装时需要有较高的精确度,如此使得产品成品率不易提高。
发明内容
本发明提供一种照明系统,其光利用效率较高。
本发明提供一种投影装置,其照明系统的光利用效率较高而可产生亮度较高的画面。
本发明提出一种照明系统,包括光源、积分柱、反射元件、分光元件以及收光元件。光源用以提供会聚的照明光束。积分柱位于照明光束的光路径上,积分柱具有相对的光入射端以及光出射端。反射元件配置于积分柱的光入射端,反射元件具有开口,且开口暴露出部分光入射端,其中照明光束聚焦于开口暴露出的光入射端,且照明光束由光入射端进入积分柱并由光出射端离开积分柱。分光元件配置于照明光束的光路径上,且位于积分柱的光出射端旁,分光元件适于使一部分的照明光束穿透,并将另一部分的照明光束反射至反射元件,而反射元件适于反射被分光元件反射的部分照明光束。收光元件配置于光入射端,且收光元件具有至少一反射面,反射面具有相对的第一端以及第二端,第二端位于开口处,而反射面是从第一端朝接近积分柱的光轴的方向延伸至第二端。
本发明另提出一种投影装置,包括上述照明系统、光阀以及投影镜头。光阀配置于照明光束的光路径上,而光阀适于将照明光束转换成一图像光束。投影镜头配置于该图像光束的光路径上。
基于上述,本发明的照明系统及投影装置因通过收光元件将光源所发出的照明光束导入反射元件的开口,因此可提高照明光束由光入射端进入积分柱的比例。如此,可提升照明系统的光利用效率,进而提高投影装置所投射的画面的亮度。
为让本发明之上述特征和优点能更明显易懂,下文特举优选实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
图1为已知一种投影机的照明系统照射一光空间调变器的示意图。
图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。
图3为图2中反射元件及积分柱的立体示意图。
图4为图2中收光元件的立体示意图。
图5为本发明另一实施例的收光元件的正面示图。
图6为本发明又一实施例的收光元件及积分柱的侧视图。
图7为本发明再一实施例的收光元件及积分柱的侧视图。
图8为本发明另一实施例的照明系统的示意图。
图9为应用图2中照明系统的投影装置的示意图。
附图标记说明
50:光阀
100、200:照明系统
110、210:光源
120、220:积分柱
122、222L:光入射端
124、224:光出射端
130:色轮
140、230:反射元件
142、232:开口
150:透镜
L10:照明光束
212:灯芯
214:反射罩
226:光轴
240:分光元件
242:致动器
244:滤光单元
250、250a、250b、250c:收光元件
252、252a、252b、252c:反射面
252’、252a’、252b’、252c’:第一端
252”、252a”、252b”、252c”:第二端
260:透镜组
270:四分之一波片
300:投影装置
310:光阀
320:投影镜头
L20:照明光束
L30:图像光束
具体实施方式
下列各实施例的说明是参考附加的图式,用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附加图示的方向。因此,使用的方向用语是用来说明,而非用来限制本发明。
图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。请参照图2,照明系统200包括光源210、积分柱220、反射元件230、分光元件240以及收光元件250。积分柱220具有光入射端222以及光出射端224,其中反射元件230配置于光入射端222,而分光元件240配置于光出射端224旁。收光元件250配置于光入射端222,且位于光源210与反射元件230之间。
光源210提供会聚的照明光束L20,而光源210例如是由灯芯212以及反射罩214所组成。反射元件230具有暴露出部分光入射端222的开口232,以让照明光束L20通过。照明光束L20聚焦于开口232所暴露出的光入射端222,并入射积分柱220。在本实施例中,光积分柱220可为实心光积分柱,而反射元件230则可为形成于光入射端222的镀膜,但本发明并不以此为限。光积分柱220亦可为空心积分柱,而反射元件230则例如为平面反射片。
承上述,收光元件250配置于光源210与反射元件230之间,以导引部分照明光束L20经由开口232入射积分柱220。照明光束L20在经过积分柱220后会被均匀化,并由光出射端224离开积分柱220。分光元件240例如为连续色彩补偿色轮,其配置于照明光束L20的光路径上。分光元件240可使部分照明光束L20穿透,并反射部分照明光束L20。
更详细地说,分光元件240包括致动器242与滤光单元244,而致动器242例如为马达,用以驱动滤光单元244转动,以使穿透滤光单元244的照明光束L20产生不同的颜色。被滤光单元244反射的部分照明光束L20会传递至反射元件230,并被反射元件230反射回滤光单元244。具体而言,若照明光束L20为白光光束,当照明光束L20入射滤光单元244的红色滤光部时,红光会穿透滤光单元244,而其余的照明光束L20(如蓝光与绿光)会被反射至反射元件230。之后,蓝光与绿光会被反射元件230反射回滤光单元244。此时,若蓝光与绿光入射滤光单元244的绿色滤光部,则绿光会穿透滤光单元244,蓝光会被再次反射至反射元件230。同理,当蓝光入射滤光单元244的蓝色滤光部时,则蓝光会穿透滤光单元244。也就是说,照明光束L20会在滤光单元244及反射元件230之间被来回反射,直到穿透滤光单元244。
图3为图2中反射元件及积分柱的立体示意图,图4为图2中收光元件的立体示意图。请同时参照2至图4,详细来说,上述收光元件250具有反射面252,而反射面252具有相对的第一端252’以及第二端252”,且第二端252”位于开口232处,且反射面252从第一端252’朝接近积分柱220的光轴226的方向延伸至第二端252”。
具体而言,在本实施例中,收光元件250例如为柱状体,而第一端252’与第二端252”的轮廓可为矩形,且第二端252”的轮廓较第一端252’的轮廓小。也就是说,收光元件250是由第二端252”往第一端252’渐渐扩张。
由于本实施例将收光元件250配置于光入射端222,因而可将原本无法进入开口232的照明光束L20导入开口232。如此可提高灯芯212所发出的光进入积分柱220的比例,进而提升照明系统200的光利用效率。
除此之外,虽然光源210与积分柱220的相对位置的组装公差及灯芯212的电弧会逐渐变大等因素皆可能使照明光束L20无法准确的聚焦在开口232所暴露出的光入射端222。然而,由于本实施例可通过收光元件220将未聚焦于开口232所暴露出的光入射端222的照明光束L20导入积分柱220,故能避免光源210与积分柱220的相对位置的组装公差及灯芯212的电弧逐渐变大等因素降低照明系统200的光利用效率。如此,可增加光源210积分柱220的相对位置的组装公差的容许度,进而提高生产效率及生产成品率。此外,灯芯212的电弧变大后不致于对光利用效率造成太大的影响,因此能延后更换灯芯212的时间,进而延长光源210的使用寿命。
在本实施例中,照明系统200还可具有透镜组260,配置于照明光束L20通过积分柱220后的光路径上。而上述收光元件250的第一端252’及第二端252”的轮廓除了可为矩形外,亦可以其他方式实施。举例来说,第一端252’与第二端252”的轮廓可为八边形或其他多边形。另外,第一端252’与第二端252”的轮廓亦可为其他形状。以下将列举数个不同形状的收光元件,其功效与上述的收光元件250相似,故以下仅针对结构部分进行说明。
图5为本发明另一实施例的收光元件的正面示图。请参照图5,由图5中可看出,收光元件250a为柱状体,而第一端252a’与第二端252a”的轮廓为圆形,但本发明并不以此为限。第一端252a’与第二端252a”的轮廓亦可为椭圆形、半圆形、弧形等。此外,虽然图4与图5中的收光元件250、250为空心柱体,但其亦可为实心柱体。
图6为本发明又一实施例的收光元件及积分柱的侧视图,图7为本发明再一实施例的收光元件及积分柱的侧视图。请参照图6及图7,在本实施例中,收光元件250b为平面反射片,而收光元件250b的反射面252b是从第一端252b’朝接近光轴226的方向延伸至第二端252b”。另外,请参照图7,在另一实施例中,收光元件250c可具有多个平面反射片,收光元件250c具有多个反射面252c,而每一反射面252c是从第一端252c’都朝向接近光轴226的方向延伸至第二端252c”。
图8为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参照图8,本实施例的照明系统200a与图2的照明系统200大致相同,不同处在于照明系统200a的分光元件240a为偏振片,且照明系统200a还具有四分之一波片270,配置于反射元件230与积分柱220的光入射端222之间。分光元件240a可使部分照明光束L20穿透,并反射部分照明光束L20。被分光元件240a反射的部分照明光束L20会传递至反射元件230,并被反射元件230反射回分光元件240。
具体而言,若分光元件240a可让P偏振方向的光束通过而反射S偏振方向的光束,且照明光束L20包括P偏振方向与S偏振方向的光束。当照明光束L20入射分光元件240a时,P偏振方向的光束会穿透分光元件240,而S偏振方向的光束会被反射至反射元件230,之后再被反射元件230反射回分光元件240,其中由于S偏振方向的光束会通过四分之一波片270两次,所以S偏振方向的光束会被四分之一波片270转换为P偏振方向的光束。由于原来为S偏振方向的光束已被转为P偏振方向,因而可通过分光元件240a。
以下将配合图式说明应用上述照明系统的投影装置。图9为应用图2中照明系统的投影装置的示意图。请参照图9,投影装置300具有上述照明系统200、光阀310以及投影镜头320。光阀310例如为穿透式光阀或反射式光阀,其中穿透式光阀可为穿透式液晶面板,反射式光阀可为数字微镜装置(digital micro-mirror device,DMD)或单晶硅液晶面板(liquid crystal on siliconpanel,LCOS panel),而在图9中是以反射式光阀为例。光阀310配置于照明光束L20的光路径上,并可将照明光束L20转换成图像光束L30。光阀310将照明光束L20转变为图像光束L30后,会将图像光束L30反射至投影镜头320。投影镜头320配置于图像光束L30的光路径上,以将图像光束L30投射于一荧幕(未绘示)上,并在荧幕上产生画面。由于本实施例的投影装置300所使用的照明系统200具有较高的光利用效率,因此可产生较高亮度的画面。
值得注意的是,上述投影装置300的照明系统200亦可更换图8的照明系统200a,投影装置300的分光元件240亦可更换为如图8所示的分光元件240a。
综上所述,本发明的照明系统及投影装置因通过配置于积分柱的光入射端的收光元件将原本无法进入开口的部分照明光束导入开口。如此,可提高光源所发出的照明光束进入积分柱的比例,以提升照明系统的光利用效率,进而增加投影装置所投射的画面亮度。另外,即使照明光束因为灯芯的电弧变大或是照明系统的组装公差,而没有准确的聚焦在开口所暴露出的入射端,收光元件仍可将照明光束导入开口。如此可增加照明系统的组装公差的容许度,进而提高生产成品率及生产效率。
除此之外,由于本发明的照明系统具有收光元件,即使灯芯的电弧变大仍不致于对照明系统的光利用效率造成太大的影响。如此,可延长灯芯的使用时数,进而延长光源的使用寿命。
虽然本发明已以优选实施例披露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所披露的全部目的或优点或特点。此外,摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用,并非用来限制本发明的权利范围。
Claims (20)
1.一种照明系统,包括:
光源,用以提供一会聚的照明光束;
积分柱,位于该照明光束的光路径上,该积分柱具有相对的光入射端以及光出射端;
反射元件,配置于该积分柱的该光入射端,该反射元件具有开口,且该开口暴露出部分该光入射端,其中该照明光束聚焦于该开口暴露出的该光入射端,且该照明光束由该光入射端进入该积分柱,并由该光出射端离开该积分柱;
分光元件,配置于该照明光束的光路径上,且位于该积分柱的该光出射端旁,该分光元件适于使一部分的该照明光束穿透,并将另一部分的该照明光束反射至该反射元件,而该反射元件适于反射被该分光元件反射的部分该照明光束;以及
收光元件,配置于该光入射端,且该收光元件具有至少一反射面,该反射面具有相对的第一端以及第二端,该第二端位于该开口处,而该反射面是从该第一端朝接近该积分柱的光轴的方向延伸至该第二端。
2.如权利要求1所述的照明系统,其中该收光元件包括柱状体。
3.如权利要求2所述的照明系统,其中该反射面的该第一端及该第二端的轮廓为长方形、半圆形、圆形或八角形。
4.如权利要求1所述的照明系统,其中该收光元件包括至少一平面反射片。
5.如权利要求1所述的照明系统,其中该反射元件包括平面反射片。
6.如权利要求1所述的照明系统,还包括透镜组,且该分光元件位于该透镜组与该积分柱的该光出射端之间。
7.如权利要求1所述的照明系统,其中该分光元件包括连续色彩补偿色轮。
8.如权利要求1所述的照明系统,其中该分光元件包括偏振片。
9.如权利要求1所述的照明系统,还包括四分之一波片,配置于该反射元件与该积分柱的该光入射端之间。
10.如权利要求1所述的照明系统,其中该反射元件的边缘与该开口的边缘相接。
11.一种投影装置,包括:
照明系统,包括:
光源,用以提供一会聚的照明光束;
积分柱,位于该照明光束的光路径上,该积分柱具有相对的光入射端以及光出射端;
反射元件,配置于该光入射端,该反射元件具有开口,且该开口暴露出部分该光入射端,其中该照明光束聚焦于该开口暴露出的该光入射端,且该照明光束,并由该光入射端进入该积分柱并由该光出射端离开该积分柱;
分光元件,配置于该照明光束的光路径上,且位于该积分柱的该光出射端旁,该分光元件适于使部分该照明光束穿透,并将另一部分的该照明光束反射至该反射元件,而该反射元件适于反射被该分光元件反射的部分该照明光束;
收光元件,配置于该光入射端,且该收光元件具有至少一反射面,该反射面具有相对的第一端以及第二端,该第二端位于开口处,而该反射面是从该第一端朝接近该积分柱的光轴的方向延伸至该第二端;
光阀,配置于该照明光束的光路径上,该光阀适于将该照明光束转换成一图像光束;以及
投影镜头,配置于该图像光束的光路径上。
12.如权利要求11所述的投影装置,其中该收光元件包括柱状体。
13.如权利要求12所述的投影装置,其中该反射面的该第一端及该第二端的轮廓为长方形、半圆形、圆形或八角形。
14.如权利要求11所述的投影装置,其中该收光元件包括至少一平面反射片。
15.如权利要求11所述的投影装置,其中该反射元件包括平面反射片。
16.如权利要求11所述的投影装置,其中该照明系统还包括透镜组,配置于该半穿透半反射元件与该光阀之间。
17.如权利要求11所述的投影装置,其中该半穿透半反射元件包括连续色彩补偿色轮。
18.如权利要求11所述的投影装置,其中该分光元件包括偏振片。
19.如权利要求11所述的投影装置,其中该照明系统还包括四分之一波片,配置于该反射元件与该积分柱的该光入射端之间。
20.如权利要求11所述的投影装置,其中该反射元件的边缘与该开口的边缘相接。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090225 |