CN108508689A - 集光系统及应用其的投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集光系统及应用其的投影装置，集光系统包括三棱镜、集光柱以及彼此错开的第一光源和第二光源，集光柱，具有集光轴、第一入光面、第二入光面、第一反射斜面和第一出光面，三棱镜邻近第二入光面且具有第三入光面、第二出光面和第二反射斜面。第一光源的光束经由第一入光面入射至集光柱中，并被第一反射斜面反射，以沿着集光轴的方向由第一出光面射出。第二光源的光束经由第三入光面入射至三棱镜中，并被第二反射斜面反射，以沿着集光轴的方向依次穿过第二出光面和第二入光面并由第一出光面射出。本发明不仅简化了集光柱的结构设计，还允许投影装置360度地安装，此外，光源不易受损，延长了光源的使用寿命。

Description

集光系统及应用其的投影装置
技术领域
本发明涉及一种集光系统及应用其的投影装置，更具体地说，涉及一种具有三棱镜和两个光源的集光系统及投影装置，其中，该三棱镜配置于邻近该集光柱，且该两个光源分别与该集光柱和该三棱镜对齐。
背景技术
近年来，投影装置，如液晶投影仪、DLP(Digital Light Processing)投影仪等，正在变得普及。通常，投影装置中设置有两个光源以提供彩色图像投影所需的光，并且集光柱设置在两个光源之间并与两个光源对齐，用于聚合由两个光源发射的光以确保投影装置投影图像的均匀性。例如，美国公开号为20110222025 的专利公开了将两个光源设置在集光柱的两侧以分别将光发射到集光柱中以用于聚合光。然而，由于两个光源可能彼此发光，所以上述设计容易造成两个光源的损坏，从而导致两个光源的寿命缩短。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集光系统及应用其的投影装置，藉由将两个光源分别与集光柱和三棱镜对齐且彼此不对准，不仅简化了结构、方便安装，而且延长了光源的使用寿命。
根据本发明的一实施例，提出一种集光系统，包括：集光柱，具有集光轴、第一入光面、第二入光面、第一反射斜面和第一出光面，该第一入光面和该第一反射斜面彼此相对且分别连接于该第二入光面的两端，该第二入光面与该第一出光面彼此相对且均垂直于该集光轴；三棱镜，邻近该第二入光面，该三棱柱具有第三入光面、第二出光面和第二反射斜面，该第二出光面与该第二入光面相对且垂直于该集光轴，该第二反射斜面分别与该第三入光面和该第二出光面连接；第一光源，面向该第一入光面，该第一光源的光束经由该第一入光面入射至该集光柱中，并被该第一反射斜面反射，以沿着该集光轴的方向由该第一出光面射出；以及第二光源，面向该第三光入射面且与该第一光源不对准，该第二光源的光束经由该第三入光面入射至该三棱镜中，并被该第二反射斜面反射，以沿着该集光轴的方向依次穿过该第二出光面和该第二入光面并由该第一出光面射出。
作为可选的技术方案，该第二入光面与该第一反射斜面形成135度角。
作为可选的技术方案，该第二出光面的面积等于该第二入光面的面积。
作为可选的技术方案，该第三入光面垂直于该第二出光面。
作为可选的技术方案，该第三入光面的面积等于该第二出光面的面积，该第二反射斜面分别与该第三入光面和第二出光面形成45度角。
作为可选的技术方案，该第二出光面与该第二入光面之间形成一间隙。
作为可选的技术方案，该三棱镜可转动地配置于邻近该第二入光面。
作为可选的技术方案，该三棱镜与该集光柱一体成型。
作为可选的技术方案，该第一光源和该第二光源是水银灯。
作为可选的技术方案，还包括：第一聚光透镜，配置于该第一光源与该第一入光面之间；以及第二聚光透镜，配置于该第二光源和该第三入光面之间。
根据本发明的另一实施例，还提出一种投影装置，包括上述所述的集光系统，该第一光源的光束和该第二光源的光束射出后共同形成第三光束，其特征在于，该投影装置还包括：分光系统，邻设于该第一出光面，用于接收该第三光束并将该第三光束分成成像光；以及投影镜头系统，用于接收该成像光以投影彩色图像。
与现有技术相比，本发明提出一种集光系统及应用其的投影装置，集光系统包括三棱镜、集光柱以及彼此错开的第一光源和第二光源，集光柱，具有集光轴、第一入光面、第二入光面、第一反射斜面和第一出光面，三棱镜邻近第二入光面且具有第三入光面、第二出光面和第二反射斜面。第一光源的光束经由第一入光面入射至集光柱中，并被第一反射斜面反射，以沿着集光轴的方向由第一出光面射出。第二光源的光束经由第三入光面入射至三棱镜中，并被第二反射斜面反射，以沿着集光轴的方向依次穿过第二出光面和第二入光面并由第一出光面射出。本发明不仅简化了集光柱的结构设计，而且由于两个光源设置在集光柱的两个相对侧上，还允许投影装置360度地安装。另外，本发明可以解决现有技术中两个彼此对准的光源容易受损的问题，从而延长光源的使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明实施例的投影装置的示意图。
图2是图1中的投影装置的光利用效率与间隙的关系示意图。
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。
请参考图1，图1是根据本发明实施例的投影装置10的示意图。投影装置 10可以优选为DLP投影机，但不限于此，这意味着本发明可以应用于另一实施例中的其他类型的光学投影机，例如液晶投影机。如图1所示，投影装置10包括集光系统12、分光系统14以及投影镜头系统16。集光系统12包括集光柱18、三棱镜20、第一光源22和第二光源24，集光柱18具有集光轴I、第一入光面 S1、第二入光面S2、第一反射斜面S3以及第一出光面S4。三棱镜20与第二入光面S2相邻，且三棱镜20具有第三入光面S5、第二出光面S6以及第二反射斜面S7。
具体而言，第一入光面S1与第一反射斜面S3彼此相对且分别连接于第二入光面S2的两端，第二入光面S2与第一出光面S4彼此相对且均垂直于集光轴I。此外，第二出光面S6与第二入光面S2相对且垂直于集光轴I，并且第二反射斜面S7分别与第三入光面S5和第二出光面S6连接。
在实际应用中，为了提高集光柱18的光利用效率，优选地，第二入光面S2 与第一反射斜面S3所形成的夹角θ为135度，第二出光面S6的面积等于第二入光面S2的面积。另外，第三入光面S5优选可以垂直于第二出光面S6。此外，在本实施例中，第三入光面S5、第二出光面S6和第二反射斜面S7优选地构成等腰三角形。也就是说，第三入光面S5的面积等于第二出光面S6的面积，第二反射斜面S7分别与第三入光面S5和第三出光面S6形成45度角。
第一光源22和第二光源24可以是水银灯，但不限于此，也就是说本发明可以采用适用于另一实施例中的传统光学投影仪的其他类型的光源，例如激光二极管、LED(LightEmitting Diode)、LED阵列或其他固态源。第一光源22面向第一入光面S1，第二光源24面向第三入光面S5且与第一光源22不对准。
因此，第一光源22发出的光束L1经由第一入光面S1入射至集光柱18中，并被第一反射斜面S3反射，同时，第二光源24发出的光束L2经由第三入光面 S5入射至三棱镜20中，并被第二反射斜面S7反射。上述光束L1与光束L2彼此平行且错开，但不限定一定为平行光束。
经由第一反射斜面S3的反射，第一光源22发出的光束L1沿着集光轴I的方向由第一出光面S4射出；经由第二反射斜面S7的反射，第二光源24发出的光束L2沿着集光轴I的方向依次穿过第二出光面S6和第二入光面S2并由第一出光面S4射出。如此，第一光源22的光束L1与第二光源24的光束L2于集光柱18内聚合，以共同形成光束L3。需要说明的是，为了进一步提高集光系统 12的光利用效率，集光系统12还可以包括第一聚光透镜26和第二聚光透镜28，第一聚光透镜26配置于第一光源22和第一入光面S1之间，第二聚光透镜28 配置于第二光源24和第三入光面S5之间。这样，第一光源22的光束L1和第二光源24的光束L2能够可靠地入射到集光柱18和三棱镜20中，以有效地防止漏光。
接着，如图1所示，邻设于第一出光面S4的分光系统14接收光束L3，然后将光束L3分成成像光。最后，投影镜头系统16接收成像光以用于投影对应的彩色图像。关于分光系统14(可以包括色轮、反射透镜等)以及投影镜头系统16(可以包括数字微镜器件、投影透镜模块等)的相关组件的详细描述，由于其为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
此外，在本实施例中，第二出光面S6与第二入光面S2之间形成间隙D。根据实际的实验数据，集光系统12对第二光源24的光束L2的光利用效率与间隙D的关系如图2所示。在实际应用中，间隙D可以优选小于0.8mm，但不限于此。
应该提到的是，集光柱18和三棱镜20的结构配置不限于上述实施例。例如，在另一实施例中，三棱镜20可旋转地配置于邻近第二入光面S2。这样一来，当为了满足投影装置10的实际制造需求而要改变第二光源24的安装位置时，制造商只需旋转三棱镜20即可形成与第二光源24对齐的第三入光面S5，以用于接收第二光源24的光束L2。因此，本发明可以提高投影装置10配置第二光源24的灵活性。另外，在另一个实施例中，三棱镜20与集光柱18一体成型，或者三棱镜20在结构上贴附于集光柱18上，如此，由于间隙D等于0，可进一步提高集光系统12对第二光源24的光束L2的光利用效率。但本发明不限于此，具体的设计方式可依据投影装置10的实际应用而定。
综上所述，藉由简单的两件式集光柱的设计，其中三棱镜邻近集光柱设置，两个光源分别与集光柱和三棱镜对齐以彼此错开(即两个光源不是相对准的)，本发明提供的集光系统可以接收两个光源的光束以用于随后在集光柱中聚合光束。如此，本发明不仅简化了集光柱的结构设计，而且由于两个光源设置在集光柱的两个相对侧上，还允许投影装置360度地安装。另外，本发明可以解决现有技术中两个彼此对准的光源容易受损的问题，从而延长光源的使用寿命。
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 (11)

1.一种集光系统，其特征在于，包括：
集光柱，具有集光轴、第一入光面、第二入光面、第一反射斜面和第一出光面，该第一入光面和该第一反射斜面彼此相对且分别连接于该第二入光面的两端，该第二入光面与该第一出光面彼此相对且均垂直于该集光轴；
三棱镜，邻近该第二入光面，该三棱柱具有第三入光面、第二出光面和第二反射斜面，该第二出光面与该第二入光面相对且垂直于该集光轴，该第二反射斜面分别与该第三入光面和该第二出光面连接；
第一光源，面向该第一入光面，该第一光源的光束经由该第一入光面入射至该集光柱中，并被该第一反射斜面反射，以沿着该集光轴的方向由该第一出光面射出；以及
第二光源，面向该第三光入射面且与该第一光源不对准，该第二光源的光束经由该第三入光面入射至该三棱镜中，并被该第二反射斜面反射，以沿着该集光轴的方向依次穿过该第二出光面和该第二入光面并由该第一出光面射出。
2.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该第二入光面与该第一反射斜面形成135度角。
3.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该第二出光面的面积等于该第二入光面的面积。
4.如权利要求3所述的集光系统，其特征在于，该第三入光面垂直于该第二出光面。
5.如权利要求4所述的集光系统，其特征在于，该第三入光面的面积等于该第二出光面的面积，该第二反射斜面分别与该第三入光面和第二出光面形成45度角。
6.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该第二出光面与该第二入光面之间形成一间隙。
7.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该三棱镜可转动地配置于邻近该第二入光面。
8.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该三棱镜与该集光柱一体成型。
9.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，该第一光源和该第二光源是水银灯。
10.如权利要求1所述的集光系统，其特征在于，还包括：
第一聚光透镜，配置于该第一光源与该第一入光面之间；以及
第二聚光透镜，配置于该第二光源和该第三入光面之间。
11.一种投影装置，包括上述权利要求1～10项任一项所述的集光系统，该第一光源的光束和该第二光源的光束射出后共同形成第三光束，其特征在于，该投影装置还包括：
分光系统，邻设于该第一出光面，用于接收该第三光束并将该第三光束分成成像光；以及
投影镜头系统，用于接收该成像光以投影彩色图像。
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