CN1538200A

CN1538200A - 光均匀化装置及具有该光均匀化装置的光学装置

Info

Publication number: CN1538200A
Application number: CNA031104614A
Authority: CN
Inventors: 张绍雄; 林益弘
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: CN1275068C

Abstract

本发明涉及一种光均匀化装置及具该光均匀化装置的光学装置，其中该光均匀化装置位于光源与光闸之间，且该光均匀化装置具有一入光面与一出光面；其中，该光均匀化装置的入光面的形状为正方形，且其出光面的形状与光闸的主动区的形状相对应；该光学装置为具有上述光均匀化装置的公知光学装置；本发明由于均匀化装置的入光面的形状为正方形，出光面的形状为矩形，因此，当光自入光面进入光均匀化装置时，虽然会损失些微的光量，然可借由装置本身的楔形结构的倾斜侧壁对反射角度的调整，而达到大幅缩小光自出光面射出时的发散角，进而避免发生泄光现象。

Description

光均匀化装置及具有该光均匀化装置的光学装置

技术领域

本发明涉及一种接收光并传递出均匀光的光均匀化装置，特别是关于一种接收非均匀光并传递出均匀光，且可以降低光发散角的光均匀化装置以及具有该光均匀化装置的光学装置。

背景技术

现今，世界正朝着数字化迈进，影像科技也随着这股潮流而逐渐朝向数字化发展。由于用以处理数字数据的数字显示(Digital Display)装置与现行的显示装置相较之下，数字显示装置可以精确重现原本影像的色彩，而不会造成影像、亮度、可靠性的损耗。因而，数字显示装置的重要性也愈来愈重要。

数字显示装置的关键技术在于数字微反射镜装置(Digital Micro-mirrorDevice，简称DMD)，一个像指甲般大小的半导体光开关器，DMD是由上千个极小的镜子所组成，每一个小镜子后都有一个转动装置，因此他们可以独立的活动。DLP的基本原理是将光源投射到DMD的小镜子(相当于投影后画面上的点)上，接着，依据影像来源决定每一个点在那一个画面上是开(on)还是关(off)，如果是开，那小镜子就转到正确的折射位置将光反射出去，如果是关，那么小镜子就会将光折射到其它的地方而不在画面上出现。

在公知的数字显示装置中，光系自发光源经由反射罩(lamp reflector)聚焦，经过色轮(color wheel)进行色彩选择后，再经过光信道(light tunnel)以使光均匀化，并经过传递透镜组(relay lens)的作用，而投射至DMD芯片的适当面积上。

由于DMD芯片的开/关的旋转角度差约为10度至12度左右，因此当抵达DMD芯片的光的发散角超出此微小的旋转角时，则会有超出此角度的光进入投影端，而造成输出讯号仍有些微亮度也即出现“泄光现象”，进而降低投影系统的对比度(亦即亮/暗之间的亮度比值)。

请参照图1A与图1B，公知的光信道100为一截面为长方形的实心透明柱体或由反射镜102所构成的长方形空心柱体。当光自入口部位射入光信道，并在光信道内经过多次全反射或反射后，而在出口端输出呈长方形的输出光。此输出光的发散角系如同图3所示，由图中可知，其输出光的发散角约为38度。由于此发散角约与DMD芯片的旋转角相近，因此，光信道、传递透镜组与DMD芯片之间的相对位置必须精准的控制，否则极易发生前述泄光现象。

再者，即使能够精确的控制光信道、传递透镜组与DMD芯片之间的相对位置，也会轻易受到其它装置与环境的影响而产生前述泄光现象。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种光均匀化装置，以大幅缩小输出光的发散角，进而避免现有技术中出现的泄光现象。

另外，本发明另提出一种具有光均匀化装置的光学装置，以大幅避免光输送过程中的泄光现象。

再者，本发明还提出一种具有光均匀化装置的光学装置，以大幅提高光学装置的对比度。

为此，本发明提供一种光均匀化装置，为具有扩张角度的一楔形结构体，且该楔形结构体具有一入光面与一出光面，其中：

该入光面的形状为正方形；以及

该出光面的形状为矩形。

上述光均匀化装置的入光面的边长与该出光面的最小边长大致相等。

再者，上述光均匀化装置可以为楔形实心透明体或是楔形空心体，其中楔形空心体的内表面系覆盖有反射层。

本发明提供一种光均匀化装置，此装置位于光源与光闸之间，且此装置具有一入光面与一出光面。其中，该装置的入光面的形状为正方形，且其出光面的形状与光闸的主动区的形状相对应。

在上述光均匀化装置中，入光面的尺寸小于出光面的尺寸。另外，出光面的形状也可以为一矩形，且入光面的边长约略等于出光面的最小边长。

另外，在上述光均匀化装置中，入光面也可以位于光源的聚焦光点附近，且聚焦光点具有特定直径，且聚光焦点内的光能量系高于特定能量。而且入光面的边长略等于前述特定直径，或者入光面也可以位于聚光焦点内。

本发明的光均匀化装置，由于其入光面的形状为正方形，出光面的形状为矩形(亦即长方形)，因此，当光自入光面进入光均匀化装置时，虽然会损失些微的光量，然可借由装置本身的楔形结构的倾斜侧壁对反射角度的调整，而达到大幅缩小光自出光面射出时的发散角，进而避免发生泄光现象。

另外，本发明提供一种具有光均匀化装置的光学装置，适用于将光均匀地传递至光闸，此装置包括光源、光均匀化装置及光闸。其中光均匀化装置具有一入光面与一出光面，用以接收来自光源的光并将光均匀地输出。光闸具有一主动区，用以接收来自光均匀化装置的光。其中光均匀化装置的入光面的形状为正方形，且其出光面的形状与光闸的主动区的形状相对应。

在上述光学装置中，入光面的尺寸小于出光面的尺寸。另外，出光面的形状也可以为一矩形，且入光面的边长约略等于出光面的最小边长。

再者，在上述光学装置中，光闸可以为数字微反射镜装置或液晶显示装置。

本发明的光学装置，由于其光均匀化装置的入光面的形状为正方形，出光面的形状为矩形(亦即长方形)，因此，当光自入光面进入光均匀化装置时，虽然会损失些微的光量，然可借由装置本身的楔形结构的倾斜侧壁对反射角度的调整，而达到大幅缩小光自出光面射出时的发散角，进而避免发生泄光现象。

再者，由于本发明的光均匀化装置的发散角变小，而可使自光均匀化装置进入诸如数字微反射镜装置等光闸的入射角变小，因此可以大幅提高适用此光均匀化装置的光学装置的对比度。

附图说明

图1A为公知的光信道的一实例的结构示意图。

图1B为公知的光信道的另一实例的结构示意图。

图2为一光源的聚光焦点的光强度分布图。

图3为公知的光信道的出口端的光发散角-光量的曲线图。

图4A为本发明的一较佳实施例的光均匀化装置的结构示意图。

图4B为本发明的另一较佳实施例的光均匀化装置的结构示意图。

图5为本发明的一较佳实施例的光均匀化装置的出口端的光发散角-光量的曲线图。

图6为本发明光学装置的结构示意图。

图7为本发明的光均匀化装置的光线反射示意图。

图中标号说明如下：

100：光信道 304：反射罩

102：反射镜 306：色轮

104：入光面 308：光均匀化装置

106：出光面 310：传递透镜组

200：光均匀化装置 312：数字微反射镜装置

202：反射壁 314：投射透镜组

204：入光面 316：显示屏

206：出光面 a、a’、b：边长

300：光学装置 x：扩张角

302：光源 y：入射角

具体的实施方式

图4A为本发明的一较佳实施例的光均匀化装置的结构示意图。图4B为本发明的另一较佳实施例的光均匀化装置的结构示意图。

请参照第4A图，本发明的光均匀化装置200，为一个楔形结构体，此楔形结构体例如是楔形实心透明体，此楔形结构体的材质例如是玻璃。此光均匀化装置200具有入光面204与出光面206，且入光面204的尺寸或面积小于出光面206的尺寸或面积。再者，入光面204的形状为正方形，亦即，长宽比为1。出光面206的形状与后述的数字微反射镜装置312等光闸的主动区的形状相对应，例如是矩形，亦即，长宽比大于1。

在本发明的光均匀化装置200中，当入光面204的边长为b，出光面206的窄边边长，亦即最小边长为a时，边长b可以大致等于边长a，由于出光面206一般为矩形，故其宽边边长为a’，宽边边长a’将大于入光面204的边长b，光均匀化装置200自然形成一拥有扩张角度的楔形结构体。

另外，请参照图4B，本发明的光均匀化装置也可以为由四片反射壁202所构成的楔形空心结构体，此楔形空心结构体的内层表面涂布一层反射层而形成反射面。

另外，当本发明的光均匀化装置200置于一光源和聚光焦点附近，且此聚光焦点例如是在特定直径内具有高于特定能量的光点时，本发明的光均匀化装置200的入光面204的边长b可视实际的需要而与此特定直径相等，或是入光面204位于前述聚光焦点内。

图6为本以明的光学装置的结构示意图。接着，请参照图，本发明的光学装置300由光源302、反射罩304、色轮306、光均匀化装置308、传递透镜组310、数字微反射镜装置312、投射透镜组314、显示屏316等所构成。

在本发明的光学装置300中，本发明的光均匀化装置308位于光源302与数字微反射镜装置312之间，以利用本发明的光均匀化装置308的前述特殊结构，而将所接收的入射光转换成发散角较小的射出光，并准确地传递至数字微反射镜装置312。其中数字微反射镜装置312也可以改用液晶显示装置等光闸装置。

图7为入射光进入光均匀化装置308后光线反射情况及光线角度变化情形，图中光均匀化装置308有一扩张角x，入射光的入射角y，由反射定律得知，光线每次反射后角度将减少2x，故设计适当的扩张角x即可有效减少出射光的角度，较小的光线角度对整体光学装置的杂散光处理会更容易，进而提高光学装置的对比度。

接着，请同时参照图4A与图6，对本发明的光学装置300的运作方式进行说明。

在本发明的光学装置300中，当例如是点光源的光源302发光后，经由反射罩304的聚焦，并经由色轮的滤色后，聚焦于前述本发明的光均匀化装置308的入光面304上。此时，在聚焦部位的聚焦光点的光强度分布如同图2所示。

接着，光在光均匀化装置308的倾斜侧壁上进行全反射或反射，而自出光面射出光均匀化装置308。此时，其出光面光线角度分布结果如同图5所示，由图中所示的数据可知，使用本发明的光均匀化装置308而得到的光的发散角为28度左右。以此与公知的光信道相比可知，使用本发明的光均匀化装置308的发散角约28度，比公知的光信道的发散角约38度，小10度左右。

接着，自光均匀化装置308射出的光，经过传递透镜组310而传递至数字微反射镜装置312上。由于此时的光发散角明显地降低了许多，因此当数字微反射镜装置312在进行开/关切换之际，不会发生公知的泄光现象。

之后，光经由数字微反射镜装置312的切换，并经投射透镜组314而投射至显示屏316上进行明/暗的显示。

综上所述，本发明的光均匀化装置，由于其入光面的形状为正方形，出光面的形状为矩形，亦即长方形，因此，当光自入光面进入光均匀化装置时，虽然会损失些微的光量，然可借由装置本身的楔形结构的倾斜侧壁对反射角度的调整，而达到大幅缩小光自出光面射出时的发散角，进而避免发生泄光现象。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，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以权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种光均匀化装置，为具有扩张角度的一楔形结构体，且该楔形结构体具有一入光面与一出光面，其特征在于：

该入光面的形状为正方形；以及

该出光面的形状为矩形。

2.如权利要求1所述的光均匀化装置，其特征在于该入光面的边长与该出光面的最小边长相等。

3.如权利要求1所述的光均匀化装置，其特征在于该楔形结构体为楔形实心透明体或内表面覆盖有反射层的楔形空心体。

4.一种光均匀化装置，位于一光源与一光闸之间，且该光均匀化装置具有一入光面与一出光面，其特征在于：

该入光面的形状为正方形；以及

该出光面的形状与该光闸的一主动区的形状相对应。

5.如权利要求4所述的光均匀化装置，其特征在于该入光面的边长与该出光面的最小边长相等。

6.如权利要求4所述的光均匀化装置，其特征在于该入光面系位于该光源的一聚焦光点附近，该聚焦光点具有一特定直径，且该聚光焦点内的光能量高于一特定能量。

7.如权利要求6所述的光均匀化装置，其特征在于该入光面的边长与该特定直径相等。

8.一种具有光均匀化装置的光学装置，适用于将一光均匀地传递至一光闸，包括：

一光源；

光均匀化装置，具有一入光面与一出光面，用以接收来自该光源的光并将该光均匀地输出；以及

光闸，具有一主动区，用以接收来自该光均匀化装置的光，其特征在于，

该光均匀化装置的入光面的形状为正方形，且其出光面的形状与该光闸的主动区的形状相对应。

9.如权利要求8所述的具有光均匀化装置的光学装置，其特征在于该入光面的边长与该出光面的最小边长相等。

10.如权利要求8所述的具有光均匀化装置的光学装置，其特征在于该入光面位于该光源的一聚焦光点附近，该聚焦光点具有一特定直径，且该聚光焦点内的光能量高于一特定能量。

11.如权利要求10所述的具有光均匀化装置的光学装置，其特征在于该入光面的边长与该特定直径相等。