CN104932188A - 投影装置及用于其的光积分柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影装置及用于其的光积分柱，能够使得投影装置具有较佳的光利用效率及对比度，该投影装置包括：光源模组、光阀、光积分柱及投影镜头；光源模组用于提供照明光束；光阀配置于照明光束的传递路径上，以将照明光束转换成影像光束；光积分柱配置于光源模组与光阀之间，且位于照明光束的传递路径上，光积分柱具有相对的入光端与出光端，入光端具有长度为X1的多个第三侧边以及长度为Y2的多个第四侧边，多个第三侧边中的每一第三侧边与多个第一侧边中的每一第一侧边一一对应，多个第四侧边中的每一第四侧边与多个第二侧边中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1；投影镜头配置于影像光束的传递路径上。

Description

投影装置及用于其的光积分柱

技术领域

本发明涉及投影装置领域，尤其是有关于一种投影装置及其光积分柱。

背景技术

数字光学处理(digital light processing，DLP)投影装置的光路设计必须考虑亮状态(on state)光路、暗状态(off state)光路以及平状态(flatstate)光路相对于投影镜头的光圈的位置，其中亮状态、平状态与暗状态是指数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)的每一微镜(micro-mirror)的翻转状态。被处于亮状态的微镜反射后的光束(以下简称亮状态光束)的传递路径即上述的亮状态光路，亮状态光路会进入投影镜头。被处于暗状态的微镜反射后的光束(以下简称暗状态光束)的传递路径即上述的暗状态光路，暗状态光路会偏离投影镜头。当数字微镜元件的微镜呈平躺状态，被其所反射的光束(以下简称平状态光束)的传递路径即平状态光路。

通常，为了增加投影装置的光利用效率，会选用光圈较大的投影镜头，以增加投影镜头的收光面积。图1是习知技术的亮状态光束、平状态光束及暗状态光束与光圈的相对位置的示意图。如图1所示，由于采用光圈10较大的投影镜头，亮状态光束L1会充分进入投影镜头的光圈10中，所以能提升投影装置的光利用效率，而暗状态光束L2不会进入投影镜头的光圈10中。然而，平状态光束L3会有少部分进入光圈10而造成漏光，导致投影装置的对比度下降。

另一方面，若选用光圈较小的投影镜头，则可避免平状态光束进入光圈而造成漏光的情形，但也会有部分亮状态光束无法进入光圈，而降低投影装置的光利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种投影装置及用于其的光积分柱，使得投影装置具有较佳的光利用效率及对比度。

一方面，本发明提供一种投影装置，该投影装置包括光源模组、光阀、光积分柱以及投影镜头；该光源模组用于提供照明光束；该光阀配置于该照明光束的传递路径上，以将该照明光束转换成影像光束；该光积分柱配置于该光源模组与该光阀之间，且位于该照明光束的传递路径上，该光积分柱具有相对的入光端与出光端，该入光端具有长度为X1的多个第一侧边与长度为Y1的多个第二侧边，该出光端具有长度为X2的多个第三侧边以及长度为Y2的多个第四侧边，该多个第三侧边中的每一第三侧边与该多个第一侧边中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边中的每一第四侧边与该多个第二侧边中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1；该投影镜头配置于该影像光束的传递路径上。

较佳的，该光积分柱的该出光端的形状对应于该光阀的主动面的形状。

较佳的，该光积分柱的该入光端的形状对应于该光源模组的出光面的形状。

较佳的，该多个第一侧边与该多个第三侧边平行于第一方向，该多个第二侧边与该多个第四侧边平行于第二方向，且该第一方向垂直该第二方向。

较佳的，X1<X2。

较佳的，Y1>Y2；或者，Y1<Y2。

较佳的，X1<Y1。

另一方面，本发明提供一种光积分柱，具有相对的入光端与出光端，该入光端具有长度为X1的多个第一侧边与长度为Y1的多个第二侧边，该出光端具有长度为X2的多个第三侧边以及长度为Y2的多个第四侧边，该多个第三侧边中的每一第三侧边与该多个第一侧边中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边中的每一第四侧边与该多个第二侧边中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1。

较佳的，该多个第一侧边与该多个第三侧边平行于第一方向，该多个第二侧边与该多个第四侧边平行于第二方向，且该第一方向垂直该第二方向。

较佳的，X1<X2。

与现有技术相比，本发明提供的投影装置及用于其的光积分柱中，由于光积分柱的入光端的第一侧边与第二侧边以及出光端的第三侧边与第四侧边的长度X1、Y1、X2、Y2符合不等式：X2/X1>Y2/Y1，所以能窄化照明光束于光积分柱的出光端的出瞳影像(image of exit pupil)；如此，投影装置可充分利用亮状态光束，且有效防止平状态光束漏光的情形，所以本发明的光积分柱能使投影装置具有较佳的光利用效率及对比度。

附图说明

图1是习知技术的亮状态光束、平状态光束及暗状态光束与光圈的相对位置的示意图；

图2是本发明一实施例的投影装置的示意图；

图3是图2所述的光积分柱的立体示意图；

图4A是本发明一实施例的照明光束在光积分柱的Y-Z剖面中的示意图；

图4B是本发明一实施例的照明光束在光积分柱的X-Z剖面中的示意图；

图5是本发明一实施例的投影装置的亮状态光束、平状态光束及暗状态光束与光圈的相对位置的示意图；

图6是本发明另一实施例的光积分柱的立体示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

图2是本发明一实施例的投影装置的示意图。请参照图2，本实施例中，投影装置100包括光源模组110、光阀120、光积分柱130以及投影镜头140，其中光源模组110用于提供照明光束N1。光阀120配置于照明光束N1的传递路径上，以将照明光束N1转换成影像光束M1。投影镜头140配置于影像光束M1的传递路径上，以将影像光束M1投影至屏幕上，进而于屏幕上形成影像画面。光积分柱130配置于光源模组110与光阀120之间，且位于照明光束N1的传递路径上，以均匀化照明光束N1并调整照明光束N1的出瞳影像(image of exitimage)为非圆形(non-circular)。光积分柱130举例为空心柱体，但不以此为限，亦可为实心柱体。

本实施例的光源模组110例如包括至少一个发光二极管(light-emittingdiode,LED)元件，但本发明并不限制光源模组110的种类。在光源模组110与光积分柱130之间以及光积分柱130与光阀120之间可视需求而另外设置其他光学元件(图未示)，如透镜、反射片、棱镜等。此外，本实施例的光阀120为反射式光阀，例如包括多个微镜122的数字微镜元件(DMD)，此多个微镜122例如是呈阵列排列，而图2中仅绘示出部分微镜122用以示意。每个微镜122皆具有转轴A，使每个微镜122可相对于转轴A在预定的角度范围(例如±12°或±10°)内摆动。本实施例中，每个微镜122在平躺状态时，其反射面例如是平行X-Y平面，而微镜122的转轴A例如是平行于Y轴。

本发明藉由改变习知光积分柱的结构，来克服习知技术的显示装置无法兼顾光利用效率与对比度的问题，以下将详细说明本实施例的光积分柱130的详细结构。

图3是图2所述的光积分柱的立体示意图。请参照图3，本实施例的光积分柱130具有相对的入光端131与出光端132，而照明光束N1经由入光端131进入光积分柱130，并从出光端132离开光积分柱130。入光端131具有长度为X1的多个第一侧边133与长度为Y1的多个第二侧边134，出光端132具有长度为X2的多个第三侧边135以及长度为Y2的多个第四侧边136，其中该多个第三侧边135中的每一第三侧边与该多个第一侧边133中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边136中的每一第四侧边与该多个第二侧边134中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1。

在本实施例中，光积分柱130的入光端131例如呈矩形，并具有相对的两个第一侧边133与相对的两个第二侧边134，第一侧边133垂直于第二侧边134。第一侧边133的长度X1例如是小于第二侧边134的长度Y1。出光端132例如亦呈矩形，且具有相对的两个第三侧边135与相对的两个第四侧边136，第三侧边135垂直于第四侧边136。第一侧边133与第三侧边135平行于第一方向D1。第二侧边134与第四侧边136平行于第二方向D2，且第一方向D1垂直于第二方向D2。在本实施例中，第一方向D1例如是平行于图2的X轴，而第二方向D2例如是平行于图2的Y轴，以使光积分柱130的出光端132的第四侧边136平行于图2的微镜122的转轴A。然而，光积分柱130与光阀120的相对位置关系可依设计需求而定，本发明并不限定光积分柱130的出光端132的第四侧边136需平行于图2的微镜122的转轴A。

此外，本实施例的光积分柱130另具有位于入光端131与出光端132之间的多个侧面，本实施例是以四个侧面137a、137b、137c、137d为例，但不以此为限。其中侧面137a与侧面137c相对，侧面137b与侧面137d相对。光积分柱130的侧面137a及137c沿着-Z方向(从入光端131至出光端132的方向)逐渐变宽，而侧面137b及137d沿着-Z方向(从入光端131至出光端132的方向)逐渐变窄，且侧面137a、137b、137c及137d皆呈梯形，使得X2>X1且Y2<Y1。

在本实施例中，由于光积分柱130的入光端131的第一侧边133与第二侧边134以及出光端132的第三侧边135与第四侧边136的长度X1、Y1、X2、Y2符合不等式：|(X2-X1)/X1|>|(Y2-Y1)/Y1|。即，入光端131、出光端132在第一方向D1上的变化比例大于在第二方向D2上的变化比例。简化上述不等式得到X2/X1>Y2/Y1。以下将配合图式来说明光积分柱130如何窄化照明光束N1于出光端132的出瞳影像(image of exit pupil)为非圆形(non-circular)。

图4A是本发明一实施例的照明光束在光积分柱的Y-Z剖面中的示意图，而图4B是本发明一实施例的照明光束在光积分柱的X-Z剖面中的示意图。请先参照图4A，照明光束N1于光积分柱130内依循反射定律且经侧面137a、137c多次反射。因光积分柱130于Y方向长度随-Z方向逐渐变短，导致照明光束N1于侧面137a、137c入/反射角逐渐变大，致使照明光束N1从出光端132出射时的出射角θ2会大于入射角θ1。而如图4B所示，照明光束N1于光积分柱130内经侧面137b、137d多次反射，光积分柱130于X方向长度随-Z方向逐渐变长。根据反射定律，从出光端132出射时的出射角θ4会小于入射角θ3。

承上述，由于出射角θ4小于入射角θ3且出射角θ2大于入射角θ1，照明光束N1于Y轴的长度会大于照明光束N1于X轴的长度，而在出光端132形成非圆形(non-circular)的出瞳影像。照明光束N1被光阀120转换成影像光束M1后入射投影镜头140，因此传递至投影镜头140的光圈的影像光束M1的入瞳影像(image of entrance pupil)类似于椭圆形。

图5是本发明一实施例的投影装置的亮状态光束、平状态光束及暗状态光束与光圈的相对位置的示意图。请参照图5，由于影像光束M1于出光端132的出瞳影像类似于椭圆形，所以亮状态光束M11(被亮状态的微镜反射的影像光束)能充分进入投影镜头140的光圈141，而且平状态光束M13(被平状态的微镜反射的影像光束)及暗状态光束M12(被暗状态的微镜反射的影像光束)都不会进入投影镜头140的光圈141中。如此，能解决习知技术中平状态光束漏光的问题，因此本实施例的光积分柱130能使投影装置100兼具良好的光利用效率与对比度。

此外，请再参照图2与图3，光积分柱130的入光端131的形状对应于光源模组110的出光面111的形状，例如，入光端131与出光面111皆呈矩形，且两者各边彼此相对应，使得光源模组110提供的照明光束N1经由光积分柱130的入光端131进入光积分柱130时能避免光损失。而光积分柱130的出光端132的形状对应于光阀120的主动面121的形状，以使从光积分柱130的出光端132出射的照明光束N1照射至光阀120的主动面121时，可大致恰好涵盖整个光阀120的主动面121，以提升光利用效率。

虽然上述实施例是以Y2<Y1为例，但本发明不以此为限，在另一实施例中，也可以将光积分柱设计成符合Y2>Y1的不等式。只要光积分柱符合不等式X2/X1>Y2/Y1或是|(X2-X1)/X1|>|(Y2-Y1)/Y1|即可窄化照明光束N1于出光端132的出瞳影像。

图6是本发明另一实施例的光积分柱的立体示意图。请参照图6，本实施例的光积分柱230具有相对的入光端231与出光端232，而照明光束N1经由入光端231进入光积分柱230，并从出光端232离开光积分柱230。入光端231具有长度为X1的多个第一侧边233与长度为Y1的多个第二侧边234，出光端232具有长度为X2的多个第三侧边235以及长度为Y2的多个第四侧边236，该多个第三侧边235中的每一第三侧边与该多个第一侧边233中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边236中的每一第四侧边与该多个第二侧边234中的每一第二侧边一一相对，其中X2/X1>Y2/Y1。

在本实施例中，光积分柱230的入光端231例如呈矩形，且具有相对的两个第一侧边233与相对的两个第二侧边234，第一侧边233垂直于第二侧边234。出光端232例如也呈矩形，且具有相对的两个第三侧边235与相对的两个第四侧边236，第三侧边235垂直于第四侧边236。此外，本实施例的光积分柱230另具有位于入光端231与出光端232之间的多个侧面，本实施例是以四个侧面237a、237b、237c、237d为例，但不以此为限。本实施例中，侧面237a与侧面237c相对，而侧面237b与侧面237d相对。光积分柱230的侧面237a、237b、237c与237d皆沿着入光端231往出光端232的方向逐渐变宽，且侧面237a、237b、237c与237d皆呈梯形，使得X1<X2，Y1<Y2。

在本实施例中，由于光积分柱230的入光端231的第一侧边233与第二侧边234以及出光端232的第三侧边235与第四侧边236的长度X1、Y1、X2、Y2符合不等式：X2/X1>Y2/Y1，所以能窄化照明光束N1于出光端232的出瞳影像为非圆形。

综上所述，本发明的投影装置中，由于光积分柱的入光端的第一侧边与第二侧边以及出光端的第三侧边与第四侧边的长度X1、Y1、X2、Y2符合不等式：X2/X1>Y2/Y1，所以能窄化照明光束于出光端的出瞳影像为非圆形。如此，可在充分利用亮状态光束的前提下，有效防止平状态光束漏光的情形，所以本发明的光积分柱能使投影装置具有较佳的光利用效率及对比度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

光源模组，用于提供照明光束；

光阀，配置于该照明光束的传递路径上，以将该照明光束转换成影像光束；

光积分柱，配置于该光源模组与该光阀之间，且位于该照明光束的传递路径上，该光积分柱具有相对的入光端与出光端，该入光端具有长度为X1的多个第一侧边与长度为Y1的多个第二侧边，该出光端具有长度为X2的多个第三侧边以及长度为Y2的多个第四侧边，该多个第三侧边中的每一第三侧边与该多个第一侧边中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边中的每一第四侧边与该多个第二侧边中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1；以及

投影镜头，配置于该影像光束的传递路径上。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该光积分柱的该出光端的形状对应于该光阀的主动面的形状。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该光积分柱的该入光端的形状对应于该光源模组的出光面的形状。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该多个第一侧边与该多个第三侧边平行于第一方向，该多个第二侧边与该多个第四侧边平行于第二方向，且该第一方向垂直该第二方向。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，X1<X2。

6.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，Y1>Y2；或者，Y1<Y2。

7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，X1<Y1。

8.一种光积分柱，其特征在于，具有相对的入光端与出光端，该入光端具有长度为X1的多个第一侧边与长度为Y1的多个第二侧边，该出光端具有长度为X2的多个第三侧边以及长度为Y2的多个第四侧边，该多个第三侧边中的每一第三侧边与该多个第一侧边中的每一第一侧边一一对应，该多个第四侧边中的每一第四侧边与该多个第二侧边中的每一第二侧边一一对应，其中X2/X1>Y2/Y1。

9.如权利要求8所述的光积分柱，其特征在于，该多个第一侧边与该多个第三侧边平行于第一方向，该多个第二侧边与该多个第四侧边平行于第二方向，且该第一方向垂直该第二方向。

10.如权利要求8所述的光积分柱，其特征在于，X1<X2。