CN102890396A - 投影装置及其光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影装置及其光源装置，光源装置包含至少一发光二极管、至少一分色镜、集光器以及复眼透镜。发光二极管用以产生至少一光线。分色镜与发光二极管相对配置以使光线经过分色镜时，由分色镜将光线合在同一光路。集光器与分色镜相对配置以使光线经过集光器时，由集光器将光线聚集。复眼透镜与集光器相对配置以使光线经过复眼透镜时，由复眼透镜将光线均匀化。

Description

投影装置及其光源装置

技术领域

本发明是有关于一种显像装置，且特别是有关于一种投影装置。

背景技术

为缩小采用发光二极管(light emitting diode，LED)的小型投影机的体积，通常小型投影机会使用复眼透镜(fly eyes)来作为光学组件之一。但是经数字微镜装置(digital micro device，DMD)反射而进入镜头的光展量(Etendue)小于发光二极管的时候，经准直镜(collimator)后射入复眼透镜的光线，将无法被复眼透镜完全传递，进而浪费许多能量

由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能避免发光二极管所产生的光线无法被有效利用，进而造成能量浪费的问题，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。

发明内容

本发明内容的一目的是在提供一种投影装置及其光源装置，借以改善发光二极管所产生的光线无法被有效利用，进而造成能量浪费的问题。

为达上述目的，本发明内容的一技术方案是关于一种光源装置。光源装置包含至少一发光二极管、至少一分色镜、集光器以及复眼透镜。发光二极管用以产生至少一光线。分色镜与发光二极管相对配置以使光线经过分色镜时，由分色镜将光线合在同一光路。集光器与分色镜相对配置以使光线经过集光器时，由集光器将光线聚集。复眼透镜与集光器相对配置以使光线经过复眼透镜时，由复眼透镜将光线均匀化。

根据本发明一实施例，复眼透镜包含多个小透镜。当光线经过前述些小透镜时，产生多个影像。

根据本发明另一实施例，光源装置还包含凹透镜以及集光器组。凹透镜与复眼透镜相对配置以使前述些影像经过凹透镜时，由凹透镜将影像重叠于数字微镜装置上。集光器组与凹透镜相对配置，集光器组包含第一集光器与第二集光器，第一集光器与第二集光器是配置以控制光源装置的角放大率。

根据本发明再一实施例，光源装置还包含数字微镜装置以及反式内部全反射棱镜。数字微镜装置与复眼透镜相对配置。反式内部全反射棱镜在同一光路中相对配置于数字微镜装置之前，以使光线经过反式内部全反射棱镜时，反式内部全反射棱镜将光线投射在数字微镜装置上，由数字微镜装置控制以使光线再度入射反式内部全反射棱镜，并经由镜头投射到屏幕上。

根据本发明又一实施例，光源装置还包含至少一准直镜。准直镜在同一光路中相对配置于分色镜之前，以使光线经过准直镜时，由准直镜将光线平行化。

根据本发明另再一实施例，发光二极管包含红色发光二极管、绿色发光二极管以及蓝色发光二极管。红色发光二极管、绿色发光二极管以及蓝色发光二极管分别用以产生红光、绿光以及蓝光。

为达上述目的，本发明内容的一技术方案是关于一种投影装置。投影装置包含至少一发光二极管、至少一准直镜、至少一分色镜、集光器、复眼透镜、数字微镜装置以及反式内部全反射棱镜。发光二极管用以产生至少一光线。准直镜与发光二极管相对配置以使光线经过准直镜时，由准直镜将光线平行化。分色镜与准直镜相对配置以使光线经过分色镜时，由分色镜将光线合在同一光路。

此外，集光器与分色镜相对配置以使光线经过集光器时，由集光器将光线聚集。复眼透镜与集光器相对配置以使光线经过复眼透镜时，由复眼透镜将光线均匀化。数字微镜装置与复眼透镜相对配置。反式内部全反射棱镜在同一光路中相对配置于数字微镜装置之前，以使光线经过反式内部全反射棱镜时，反式内部全反射棱镜将光线投射在数字微镜装置上，由数字微镜装置控制以使光线再度入射反式内部全反射棱镜，并经由镜头投射到屏幕上。

根据本发明一实施例，复眼透镜包含多个小透镜。当光线经过前述些小透镜时，产生多个影像。

根据本发明另一实施例，投影装置更包含凹透镜以及集光器组。凹透镜与复眼透镜相对配置以使前述些影像经过凹透镜时，由凹透镜将影像重叠于数字微镜装置上。集光器组与凹透镜相对配置，集光器组包含第一集光器与第二集光器，第一集光器与第二集光器是配置以控制投影装置的角放大率。

根据本发明再一实施例，发光二极管包含红色发光二极管、绿色发光二极管以及蓝色发光二极管。红色发光二极管、绿色发光二极管以及蓝色发光二极管分别用以产生红光、绿光以及蓝光。

因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种光源装置或投影装置，借以改善发光二极管所产生的光线无法被有效利用，进而造成能量浪费的问题。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是绘示依照本发明一实施例的一种光源装置的光学组件的原理示意图；

图2是绘示依照本发明另一实施例的一种光源装置的示意图；

图3是绘示依照本发明再一实施例的一种投影装置的示意图。

【主要组件符号说明】

110：复眼透镜

120：傅立叶透镜

130：数字微镜装置

200：光源装置

210：发光二极管

212：红色发光二极管

214：绿色发光二极管

216：蓝色发光二极管

220：准直镜

222：第一准直镜

224：第二准直镜

226：第三准直镜

230：分色镜

240：集光器

250：复眼透镜

260：凹透镜

270：集光器组

272：第一集光器

274：第二集光器

280：反式内部全反射棱镜

290：数字微镜装置

300：投影装置

310：发光二极管

312：红色发光二极管

314：绿色发光二极管

316：蓝色发光二极管

320：准直镜

322：第一准直镜

324：第二准直镜

326：第三准直镜

330：分色镜

340：集光器

350：复眼透镜

360：凹透镜

370：集光器组

372：第一集光器

374：第二集光器

380：反式内部全反射棱镜

390：数字微镜装置

H001：镜头

I001：反射面镜

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

其中附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

图1是依照本发明一实施例绘示一种光源装置的光学组件的原理示意图。

如图1所示，复眼透镜110的焦长为f，在距离D处配置一傅立叶透镜120(Fourier lens)其焦长为F，经过复眼透镜110的光线成像于数字微镜装置130处，且设入射到复眼透镜110的光范围x1的圆锥角为α1，数字微镜装置130上的光范围x2的圆锥角为α2，复眼透镜110的间距为p。

则有下列关系式：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}2\\ x2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ F& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& -\frac{1}{F}\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ D& 1\end{array}\right)[\left(\begin{array}{c}0\\ -\mathrm{np}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}1& -\frac{1}{f}\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ f& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}1& -\frac{1}{f}\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}1\\ x1\end{array}\right)]$

可整理成：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}2\\ x2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}x1\left(\begin{array}{cc}\frac{D}{F}& -1\end{array}\right)& -\frac{1}{F}\left(\begin{array}{cc}\mathrm{\α}1f-& \mathrm{np}\end{array}\right)\\ & -\frac{F}{f}x1\end{array}\right)$

当D＝F时光学组件可使投射于数字微镜装置130的光为平行光(telecentric)，因此，

当α1≥p/2f，则R/F≒α2＝数字微镜装置翻转角度的最大值(R为入射复眼透镜110的光范围)。由此可知，为缩小光学组件的尺寸，F需越小，即R需要缩小。LED光经准直镜作用，使三色光通过分色镜有高反射率，但α1太小(＜p/2f)，故发明实施例应用集光器以收敛光的范围，使R约等于数字微镜装置的宽度时，让α1≥p/2f则体积与光效率有最佳化。

图2是依照本发明另一实施例绘示一种光源装置200的示意图。光源装置200包含至少一发光二极管210、至少一分色镜230、集光器240以及复眼透镜250。发光二极管210用以产生至少一光线。分色镜230与发光二极管210相对配置以使光线经过分色镜230时，由分色镜230将光线合在同一光路。集光器240与分色镜230相对配置以使光线经过集光器240时，由集光器240将光线聚集。复眼透镜250与分色镜230相对配置以使光线经过复眼透镜250时，由复眼透镜250将光线均匀化。

如上所述，本发明实施例采用集光器240将光线聚集，如此一来，当光线聚集时，入射到复眼透镜250的光范围相对被缩小，因此可缩小复眼透镜250的尺寸，进而使光源装置200微型化。

在一实施例中，复眼透镜250包含多个小透镜(如图1的复眼透镜110所示)。当光线经过前述些小透镜时，产生多个影像。

此外，光源装置200可还包含凹透镜260以及集光器组270。凹透镜260与复眼透镜250相对配置以使前述些影像经过凹透镜260时，由凹透镜260将影像重叠于数字微镜装置290上。集光器组270与凹透镜260相对配置，集光器组270包含第一集光器272与第二集光器274，第一集光器272与第二集光器274是配置以控制光源装置200的角放大率。

在另一实施例中，光源装置200可更包含数字微镜装置290以及反式内部全反射棱镜280。数字微镜装置290与复眼透镜250相对配置。反式内部全反射棱镜280在同一光路中相对配置于数字微镜装置290之前，以使光线经过反式内部全反射棱镜280时，反式内部全反射棱镜280将光线投射在数字微镜装置290上，由数字微镜装置290控制以使光线再度入射反式内部全反射棱镜280，并经由镜头H001投射到屏幕(图中未示)上。

如上所述，本发明实施例通过集光器240可调整入射复眼透镜250的光范围，使入射复眼透镜250的光范围约相等于数字微镜装置290的宽度，此时可使光的效率达到最佳化。

在又一实施例中，光源装置200可还包含至少一准直镜220。准直镜220在同一光路中相对配置于分色镜230之前，以使光线经过准直镜220时，由准直镜220将光线平行化。

举例而言，在光源装置200中的发光二极管210包含红色发光二极管212、绿色发光二极管214以及蓝色发光二极管216，准直镜220包含第一准直镜222、第二准直镜224以及第三准直镜226。红色发光二极管212、绿色发光二极管214以及蓝色发光二极管216分别用以产生红光、绿光以及蓝光，且分别由第一准直镜222、第二准直镜224以及第三准直镜226将红光、绿光以及蓝光平行化。接着，由分色镜230将红光、绿光以及蓝光合在同一光路。

图3是依照本发明又一实施例绘示一种投影装置300与其光线行进示意图。

请参照图3，投影装置300包含至少一发光二极管310、至少一准直镜320、至少一分色镜330、集光器340、复眼透镜350、数字微镜装置390以及反式内部全反射棱镜380。发光二极管310用以产生至少一光线。准直镜320与发光二极管310相对配置以使光线经过准直镜320时，由准直镜320将光线平行化。分色镜330与准直镜320相对配置以使光线经过分色镜330时，由分色镜330将光线合在同一光路。

举例而言，在投影装置300中的发光二极管310包含红色发光二极管312、绿色发光二极管314以及蓝色发光二极管316，准直镜320包含第一准直镜322、第二准直镜324以及第三准直镜326。红色发光二极管312、绿色发光二极管314以及蓝色发光二极管316分别用以产生红光、绿光以及蓝光，且分别由第一准直镜322、第二准直镜324以及第三准直镜326将红光、绿光以及蓝光平行化。接着，由分色镜330将红光、绿光以及蓝光合在同一光路。

此外，集光器340与分色镜330相对配置以使光线经过集光器340时，由集光器340将光线聚集。在同一光路中，受集光器340聚集的光线，会由反射面镜I001将光线反射至复眼透镜350。复眼透镜350与集光器340相对配置以使光线经过复眼透镜350时，由复眼透镜350将光线均匀化。

如上所述，本发明实施例采用集光器340将光线聚集，如此一来，当光线聚集时，入射到复眼透镜350的光范围相对被缩小，因此可缩小复眼透镜350的尺寸，进而使投影装置300微型化。

再者，数字微镜装置390与复眼透镜350相对配置。反式内部全反射棱镜380在同一光路中相对配置于数字微镜装置390之前，以使光线经过反式内部全反射棱镜380时，反式内部全反射棱镜380将光线投射在数字微镜装置390上，由数字微镜装置390控制以使光线再度入射反式内部全反射棱镜380，并经由镜头H001投射到屏幕(图中未示)上。

如上所述，本发明实施例通过集光器340可调整入射复眼透镜350的光范围，使入射复眼透镜350的光范围约相等于数字微镜装置390的宽度，此时可使光的效率达到最佳化。

在一实施例中，复眼透镜350包含多个小透镜，当光线经过前述些小透镜时，产生多个影像。

在任选的一实施例中，投影装置300还包含凹透镜360以及集光器组370，凹透镜360以及集光器组370是配置于同一光路上的复眼透镜350以及数字微镜装置390之间，并用以对光线进行分光处理，其处理方式如下所述：凹透镜360与复眼透镜350相对配置以使前述些影像经过凹透镜360时，由凹透镜360将影像重叠于数字微镜装置390上。集光器组370与凹透镜360相对配置，集光器组370包含第一集光器372与第二集光器374，第一集光器372与第二集光器374是配置以控制投影装置300的角放大率。

由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例通过提供一种光源装置200或投影装置300，通过集光器240、340可调整入射复眼透镜250、350的光范围，使入射复眼透镜250、350的光范围约相等于数字微镜装置290、390的宽度，此时可使光的效率达到最佳化，因而改善发光二极管所产生的光线无法被有效利用，进而造成能量浪费的问题。

此外，本发明实施例采用集光器240、340将光线聚集，如此一来，当光线聚集时，入射到复眼透镜250、350的光范围相对被缩小，因此可缩小复眼透镜250、350的尺寸，进而使光源装置200或投影装置300微型化。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包含：

至少一发光二极管，用以产生至少一光线；

至少一分色镜，与该发光二极管相对配置以使该光线经过该分色镜时，由该分色镜将该光线合在同一光路；

一集光器，与该分色镜相对配置以使该光线经过该集光器时，由该集光器将该光线聚集；以及

一复眼透镜，与该集光器相对配置以使该光线经过该复眼透镜时，由该复眼透镜将该光线均匀化。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该复眼透镜包含：

多个小透镜，当该光线经过该些小透镜时，产生多个影像。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，还包含：

一凹透镜，与该复眼透镜相对配置以使该些影像经过该凹透镜时，由该凹透镜将该影像重叠于一数字微镜装置上；以及

一集光器组，与该凹透镜相对配置，该集光器组包含一第一集光器与一第二集光器，该第一集光器与该第二集光器是配置以控制该光源装置的角放大率。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包含：

一数字微镜装置，与该复眼透镜相对配置；以及

一反式内部全反射棱镜，在同一光路中相对配置于该数字微镜装置之前，以使该光线经过该反式内部全反射棱镜时，该反式内部全反射棱镜将该光线投射在该数字微镜装置上，由该数字微镜装置控制以使该光线再度入射该反式内部全反射棱镜，并经由一镜头投射到一屏幕上。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包含：

至少一准直镜，在同一光路中相对配置于该分色镜之前，以使该光线经过该准直镜时，由该准直镜将该光线平行化。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，该发光二极管包含：

一红色发光二极管、一绿色发光二极管以及一蓝色发光二极管，分别用以产生一红光、一绿光以及一蓝光。

7.一种投影装置，其特征在于，包含：

至少一发光二极管，用以产生至少一光线；

至少一准直镜，与该发光二极管相对配置以使该光线经过该准直镜时，由该准直镜将该光线平行化；

至少一分色镜，与该准直镜相对配置以使该光线经过该分色镜时，由该分色镜将该光线合在同一光路；

一集光器，与该分色镜相对配置以使该光线经过该集光器时，由该集光器将该光线聚集；

一复眼透镜，与该集光器相对配置以使该光线经过该复眼透镜时，由该复眼透镜将该光线均匀化；

一数字微镜装置，与该复眼透镜相对配置；

一反式内部全反射棱镜，在同一光路中相对配置于该数字微镜装置之前，以使该光线经过该反式内部全反射棱镜时，该反式内部全反射棱镜将该光线投射在该数字微镜装置上，由该数字微镜装置控制以使该光线再度入射该反式内部全反射棱镜，并经由一镜头投射到一屏幕上。

8.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该复眼透镜包含：

多个小透镜，当该光线经过该些小透镜时，产生多个影像。

9.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，还包含：

一凹透镜，与该复眼透镜相对配置以使该些影像经过该凹透镜时，由该凹透镜将该影像重叠于该数字微镜装置上；以及

一集光器组，与该凹透镜相对配置，该集光器组包含一第一集光器与一第二集光器，该第一集光器与该第二集光器是配置以控制该投影装置的角放大率。

10.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，该发光二极管包含：

一红色发光二极管、一绿色发光二极管以及一蓝色发光二极管，分别用以产生一红光、一绿光以及一蓝光。

Images