CN102455581A - 具有均匀照明光学系统的投影装置 - Google Patents

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卢文记
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Abstract

一种具有均匀照明光学系统的投影装置，包括发光组件、成像透镜组以及面板。发光组件包括发光面，面板包括光学有效面。发光面为成像透镜组的物平面，光学有效面配置于成像透镜组的像平面上或与成像透镜组的像平面距离一特定距离长度内的位置，使得具有均匀光线的发光面可成像于光学有效面上。因此，具有均匀照明光学系统的投影装置于面板的光学有效面上具有均匀的照明。

Description

具有均匀照明光学系统的投影装置
技术领域
本发明涉及一种投影装置，特别涉及一种具有均匀照明光学系统的投影装置。
背景技术
投影装置是利用光学投影方式将影像投射至屏幕上。近几年来，较常见的投影装置为液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)投影装置、数字光源处理(Digital Light Processing，DLP)投影装置以及硅基液晶(Liquid CrystalOn Silicon，以下简称为LCOS)投影装置。液晶显示投影装置因运作时光线是以穿透的方式通过液晶显示面板，属于穿透式投影机。而数字光源处理投影装置与硅基液晶投影装置则是靠光线以反射的方式进行投射，属于反射式投影机。其中，液晶显示投影装置与硅基液晶投影装置的所使用的光线皆为线性偏振(Linear Polarized)光。
一般而言，无论是液晶显示投影装置、数字光源处理投影装置或硅基液晶投影装置，为了使投射至屏幕上的影像的亮度均匀，在投影装置中会利用光积分柱以使投射装置中光源所射出的光线可以均匀化。光积分柱是利用投射装置中光源所射出的光线于柱状空间不断的反射，进而达到均匀化的效果。当光积分柱的长度越长，光线经过光积分柱后的均匀度越好。但是光积分柱的长度越长，光线于光积分柱内的反射次数也随之增加，使光线经光积分柱后亮度减小。再者，面对电子装置微小化的时代，利用光积分柱以获得均匀影像亮度的投影显示装置存在有体积过大的问题。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种具有均匀照明光学系统的投影装置藉以解决光线经光积分柱后亮度减小且微型化投影装置所存在无多余空间配置积分柱的问题。
依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置，包括发光组件、成像透镜组以及面板。依据本发明的一实施例，发光组件具有发光面，成像透镜组将发光面实质上成像于像平面。面板包括光学有效面，光学有效面实质上配置于预定位置，预定位置是为像平面上或距离像平面前后一特定距离内的位置。其中，发光组件可为发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)，特定距离的大小与发光面的状态有关。举例而言，当发光面存在有于工艺中所造成的缺陷，若将光学有效面实质上配置于像平面上，则光学有效面会获得具有缺陷的照明，此时须将光学有效面移至间隔像平面一特定距离内的位置，使光学有效面获得照明的缺陷模糊或消失，但本举例并非用以限定本发明。
依据本发明的另一实施例，成像透镜组包括柱状镜，柱状镜能接收发光面所发出的光线并将发光面的第一长宽比调整成光学有效面的第二长宽比。
本发明的功效在于，依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置可藉由成像透镜组的设计与面板的适当位置的配置，使得发光面所射出的光线投射至面板的光学有效面时为均匀化的照明。再者，当成像透镜组包括柱状镜时，柱状镜可接收发光面所射出的光线，且将发光面的第一长宽比调整成光学有效面的第二长宽比，以避免浪费发光面所射出的光线。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的一实施例光线路径示意图；
图1B为依据图1A的光学有效面示意图；
图2A为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的另一实施例光线路径示意图；
图2B为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的又一实施例光线路径示意图；
图3A为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的再一实施例光线路径示意图；
图3B为依据图3A的发光组件结构示意图；
图3C为依据图3A的光学有效面示意图。
其中，附图标记
100、200、300、400具有均匀照明光学系统的投影装置
102、202、302、402发光组件
103、203、303、403发光面
104、204、304、404成像透镜组
206、306偏极分光单元
108、208、308、408面板
109、209、309、409光学有效面
310棱镜
112、214、314、412光线
114、216、316、422像平面
218、318第一偏振光
119、219、319、419预定位置
120、432面积
210平板型偏极分光镜
212第一柱状镜
414基板
418发光层
420保护层
428第二柱状镜
L长度
W宽度
D、R、Q、T  特定距离
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参照图1A，为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的一实施例光线路径示意图。具有均匀照明光学系统的投影装置100包括发光组件102、成像透镜组104以及面板108。其中，发光组件102可为但不限于发光二极管，成像透镜组104可为但不限于远心透镜组，面板108可为但不限于数字微型镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)。举例而言，发光组件102也可为具有均匀发光面的发光组件。
在本实施例中，发光组件102(即发光二极管)具有发光面103并射出光线112，关于发光组件102的结构请容后详述。成像透镜组104接收光线112且将发光面103实质上成像于像平面114。其中，成像透镜组104可由多个透镜所组成，在本实施例中，成像透镜组104可由四个凸透镜所组成，但本实施例并非用以限定本发明，可依据实际需求进行调整。
面板108(即数字微型镜装置)包括光学有效面109，光学有效面109实质上配置于预定位置119，预定位置119为像平面114或距离像平面114前后一特定距离D的位置。更详细地说，光线112被发光组件102射出后穿过成像透镜组104且光线112投射至面板108的光学有效面109上。其中，特定距离D的大小与发光面103的状态有关。举例而言，当发光面103存在有于工艺中所造成的缺陷，例如但不限于长晶时形成的缺陷，若将光学有效面109实质上配置于像平面114上，则光学有效面109会获得具有缺陷的照明，此时须将光学有效面109移至间隔像平面114一特定距离D内的位置，使光学有效面109所获得的照明缺陷模糊或消失，但本举例并非用以限定本发明。
在本实施例中，发光面103经成像透镜组104而投射于像平面114的面积120(请参照图1B)可比光学有效面109(请参照图1B)大，但本实施例并非用以限定本发明，可依据实际需求进行调整。
由于上述具有均匀照明光学系统的投影装置100可藉由成像透镜组104的设计与面板108的光学有效面109的适当位置的配置，使得面板108的光学有效面109可获得均匀的照明。
请参照图2A，为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的另一实施例光线路径示意图。具有均匀照明光学系统的投影装置200包括发光组件202、成像透镜组204、偏极分光单元206以及面板208。其中，发光组件202可为但不限于发光二极管，成像透镜组204可为但不限于远心透镜组，偏极分光单元206可包括平板型偏极分光镜210与第一柱状镜212，面板208可为但不限于硅基液晶面板(Liquid Crystal On Silicon Panel，LCOS Panel)。
在本实施例中，发光组件202(即发光二极管)具有发光面203并射出光线214。成像透镜组204接收光线214且将发光面203实质上成像于像平面216。偏极分光单元206配置于成像透镜组204与像平面216间，偏极分光单元206接收穿过成像透镜组204的光线214且使光线214中的第一偏振光218投射于像平面216。
其中，偏极分光单元206包括平板式偏极分光镜210与第一柱状镜212，平板式偏极分光镜210接收穿过成像透镜组204的光线214且将光线214中的第一偏振光218投射于像平面216。第一柱状镜212配置于面板208与平板式偏极分光镜210间，且第一柱状镜212与平板式偏极分光镜210呈四十五度夹角。面板208(即硅基液晶面板)包括光学有效面209，光学有效面209实质上配置于预定位置219且接收第一偏振光218，预定位置219为像平面216上或距离像平面216前后一特定距离T内的位置。其中，特定距离T的大小与发光面203的状态有关，于此便不再多作赘述。
在本实施例中，投射至面板208上的第一偏振光218可为P型线性偏振光，由于第一偏振光218为P型线性偏振光，则第一偏振光218穿透平板式偏极分光镜210与第一柱状镜212而投射至面板208的光学有效面209上，但本实施例并非用以限定本发明。换句话说，当投射至面板208的光学有效面209上的第一偏振光218可为S型线性偏振光时，第一偏振光218(即S型线性偏振光)进入平板式偏极分光镜210后被反射转向且经过第一柱状镜212而投射至面板208的光学有效面209上，也就是说，依据第一偏振光218的型态不同，面板208与第一柱状镜212的配置位置也不同。
请参照图2B，为依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置的又一实施例光线路径示意图。具有均匀照明光学系统的投影装置300包括发光组件302、成像透镜组304、偏极分光单元306以及面板308。其中，发光组件302可为但不限于发光二极管，成像透镜组304可为但不限于远心透镜组，偏极分光单元306可包括二棱镜310、312，面板308可为但不限于液晶显示面板。
在本实施例中，发光组件302(即发光二极管)具有发光面303并发射光线314。成像透镜组304将发光面303实质上成像于像平面316。偏极分光单元306系配置于成像透镜组304与像平面316间，偏极分光单元306接收穿过成像透镜组304的光线314且使光线314中的第一偏振光318投射于像平面316。
其中，偏极分光单元306包括二棱镜310，偏极分光单元306接收穿过成像透镜组304的光线314且将光线314中的第一偏振光318投射于像平面316。面板308(即液晶显示面板Liquid Crystal Display，LCD)包括光学有效面309，光学有效面309实质上配置于预定位置319且接收第一偏振光318，预定位置319为像平面316上或距离像平面316前后一特定距离Q内的位置。特定距离Q的大小与发光面303的状态有关，于此便不再多作赘述。
请参照图3A，为依据本发明所揭露的具有均匀明光学系统的投影装置的再一实施例光线路径示意图。具有均匀照明光学系统的投影装置400包括发光组件402、成像透镜组404以及面板408。其中，发光组件402可为但不限于发光二极管，成像透镜组404可为但不限于远心透镜组，面板408可为但不限于数字微型镜装置。
在本实施例中，发光组件402(即发光二极管)具有发光面403并射出光线412。更详细地说，发光组件402还具有基板414、发光层418与保护层420，发光层418配置于基板414与保护层420间。发光层418射出光线412并穿过保护层420而射出(请参照图3B，为依据图3A的发光组件结构示意图)，但本实施例并非用以限定本发明。其中，发光面403可为发光层418与保护层420的交接处，也可为发光层418或保护层420中的任一面，且发光面403可为矩形面、方形面或不规则面。在本实施例中，发光面403为发光层418与保护层420的交接处且为方形面，但本实施例并非用以限定本发明。
成像透镜组404接收光线412，且将发光面403实质上成像于像平面422。面板408(即数字微型镜装置)包括光学有效面409，光学有效面409实质上配置于预定位置419，预定位置419系为像平面422或距离像平面422前后一特定距离R内的位置。特定距离R的大小与发光面403的状态有关，于此便不再多作赘述。
在本实施例中，成像透镜组404包括柱状镜428(请参照图3C)，柱状镜428能接收发光面403所发出的光线412并将发光面403的第一长宽比调整成光学有效面409的第二长宽比。举例而言，请参照图1B、图3A、图3B与图3C，其中，图1B为依据图1A的投影面示意图，图3C为依据图3A的投影面示意图。当发光面103的第一长宽比为一比一，且成像透镜组104未包括柱状镜时(即图1A的实施例)，投影至面板108的光学有效面109的第二长宽比为一比一(因为成像透镜组104以成像方式投射至面板108的光学有效面109上)。而当光学有效面409的第二长宽比为十六比九时，可利用柱状镜428将发光面403的宽度W所射出的光线412收敛而长度L所射出的光线412依原来的光线路径(因未经过柱状镜428的收敛，即柱状镜428具有一维收敛光线的能力)投射至面板408的光学有效面409上，使投射至面板408的光学有效面409的第二长宽比转变成十六比九，且不会浪费发光面403所射出的光线412。其中，发光面103经成像透镜组104而投射于像平面114的面积120可比光学有效面109大，发光面403经成像透镜组404而投射于像平面422的面积432可比光学有效面409大，但本实施例并非用以限定本发明，可依据实际需求进行调整。
依据本发明所揭露的具有均匀照明光学系统的投影装置可藉由成像透镜组的设计与面板的适当位置的安排，使得投影装置以有限的空间配置而达到均匀照明的目的。再者，当成像透镜组包括柱状镜时，柱状镜可将发光面的第一长宽比调整成光学有效面的第二长宽比，以避免浪费发光面所射出的光线。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，包括：
一发光组件，包括一发光面；
一成像透镜组，该成像透镜组将该发光面成像于一像平面；以及
一面板，该面板包括一光学有效面，该光学有效面配置于一预定位置，该预定位置为该像平面或距离该像平面前或该像平面后一特定距离内的位置。
2.根据权利要求1所述的具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，该发光组件为一发光二极管。
3.根据权利要求1所述的具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，该成像透镜组包括一柱状镜，该柱状镜能接收该发光面所射出的一光线并将该发光面的一第一长宽比调整成该光学有效面的一第二长宽比。
4.根据权利要求1所述的具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，该成像透镜组为一远心透镜组。
5.根据权利要求1所述的具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，该面板为一硅基液晶面板、一数字微型镜装置或一液晶显示面板。
6.根据权利要求1所述的具有均匀照明光学系统的投影装置，其特征在于，该发光组件还包括一基板、一发光层与一保护层，该发光层配置于该基板与该保护层间。
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