CN1632693A

CN1632693A - 集光装置

Info

Publication number: CN1632693A
Application number: CN 200310124480
Authority: CN
Inventors: 姜柏良; 蔡幸妏
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-06-29

Abstract

本发明有关一种集光装置，特别是有关一种提高光线利用率的集光装置。这种可提高光线利用率的集光装置，使用一聚光物以收集光源，减少光线进入集光装置前所产生的耗损情形，并利用滤光层与集光装置间的位置，使光线在未能穿透滤光层时，会反射回集光器中，而可回收被反射的光线，以更进一步地提高光线利用率。

Description

集光装置

(1)技术领域

本发明有关一种集光装置，特别是有关一种可提高光线利用率的集光装置。

(2)背景技术

随着科技的进步，各种光学系统都在持续地发展中。而如何提高光源的利用率，藉以获得体积不变即能提高亮度及降低耗电率等好处，皆为光学系统的发展重点。以近年来发展出的数字光学处理(Digital Light Processing，DLP)影像处理装置为例，即为兼具高光利用率与微小体积等优点于一身的影像处理装置。

如图1所示是装设于数字光学处理影像处理装置中的集光器3(OpticalIntegrator)，它为一具有四个侧面与两个端面的柱状体；其中一端面具有一矩形的入光口5，另一端面则为一出光面9，四个侧面则为反射部7。由光源1发散出来的光线L会穿透集光器3，直接穿透出光面9，或是藉由反射部7的反射，到达并穿透色轮11。

为了配合输出的影像为矩形，通常将集光器3的入光口5设计为矩形，但若使用的光源1为圆形截面，就会有部份光线L因入光口形状的问题，而无法进入集光器3，被反射为光线L’，而使光的利用率仅限于一定的范围中。

此外，可能会有部份光线L，因光源1的设计不良，而让光线偏离到无法进入集光器3的位置，而产生更多的光耗损。

另外，光线L无法被妥善利用的原因之一是因集光器3是配合色轮11(colorwheel)进行分光的动作。如图1所示，若光线L通过色轮11的区域为红色，则只有红色的光线L0可通过，部份的光线L会被色轮11吸收，其他颜色的光线L0’则被色轮11反射，而无法再被利用。同理，每种颜色的区域，都只会让单一色域的光线L0通过以形成影像，而被反射的光线L0’则被浪费掉。光线L的利用率自然会有一定的限制，无法妥善地应用于成像面上。

在已有技术中，有为了增加光利用率、提高影像亮度而设计的三片式数字光学处理影像处理装置(未图示)，其是利用光线L中不同波长的光对同一棱镜会有不同折射率的性质，直接将光线L分成三原色，再进行投影成像的技术。此种影像处理装置可以提高光利用率，但却会相对地增加产品的体积及成本。

如上所述，如何在不提高已有的影像处理装置的体积与成本的前提下，提高光利用率，已成为影像处理装置的发展重点之一。

(3)发明内容

鉴于以上所述已有技术的缺点，本发明的一目的是提供一种可防止光线流失而造成的耗损，以在低耗电率的情形下提高光利用率的集光装置。

本发明的另一目的为提供一种在体积不须增加的情形下可提高亮度的影像处理装置。

本发明的又一目的为提供一种可在不用增加其他设备的条件下回收被滤光层反射的光线以增加光线的利用率集光装置。

本发明的再一目的为提供一高亮度的因而可节省其他设备的成本的影像处理装置。

根据本发明一方面的一种集光装置，其特点是包含：一集光器，具有一入光面、一出光面与一反射部，该反射部介于该入光面与该出光面之间，且可反射通过该集光器中的光线；以及一聚光物，固定于该入光面。

根据本发明另一方面的一种集光装置，其特点是包含：一集光器，具有一入光面与一反射部；一滤光层，该滤光层固定于该集光器上，且该反射部介于该入光面与该滤光层之间，以反射该集光器中的光线；以及一聚光物，固定于该入光面。

根据本发明又一方面提供一种影像处理装置，其特点是包含：一光源；一集光装置，具有一聚光物与一集光器，其中，该集光器具有一入光面，一滤光层与一反射部，该聚光物固定于该入光面，该反射部介于该入光面与该滤光层之间；以及一成像系统，处理穿透该滤光层的光线，以形成影像；其中，该集光装置位于该光源与该成像系统之间，且该光源靠近该聚光物，该成像系统靠近该滤光层。

本发明的集光装置，使用一聚光物收集光源，可减少光线进入集光装置前所产生的光线耗损情形。同时，使滤光层固定于集光器上，利用未能穿透滤光层的光线会反射的现象，回收被滤光层反射的光线，使被反射的光持续反射，而能穿透滤光层，以更进一步地提高光线利用率。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是已有的数字光学处理影像处理装置立体图；

图2是本发明第一实施例立体图；

图3是本发明第二实施例立体图；以及

图4是本发明第三实施例立体图。

(5)具体实施方式

本发明藉以提高集光装置光利用率的主要特点是透过在光线进入集光器之前加设一聚光物，以减少光线的耗损；并藉由改变滤光层设置的位置，减少光线耗损，增加光线的再利用率，以进一步提高光线的利用率。

如图2所示，本发明第一实施例的集光装置20具有一聚光物24与一集光器23。集光器23为一具有四个侧面与两个端面的柱状体；其中一端面具有一入光面25，另一端面则为一出光面28，四个侧面则为反射部27。由光源1发散出来的光线L，会先被聚光物24收集，而后经由入光面25，并直接穿透集光器23，或是藉由反射部27的反射，而穿透出光面28，到达并穿透色轮29。

经由聚光物24收集由光源1所发出的光线L，可以减少已有技术中部份光线L会因矩形入光口5形状而损耗掉的问题，以提升光的利用率。

同时，也可避免有部份光线L，因光源1的设计不良，而在光线L偏离到无法进入集光器23的位置前，即先行收集，以免产生更多的光耗损，进而提升光的利用率。

另外，本发明第二实施例影像处理装置的立体图，如图3所示，集光装置20除了包含有集光器23与聚光物24，而聚光物24配置于光源1与集光器23之间，还以滤光层29取代色轮11，使滤光层成为集光装置20的一部份。(关于改变滤光层与集光器间的配置，请参考本发明申请人另一申请案「集光装置」的详细说明。)故此实施例中的影像处理装置，包含一光源1、一集光装置20与一成像系统(包含棱镜31与成像面33)。其中，集光装置20位于光源1与成像系统之间。

也即本实施例中的集光装置20包含一集光器23、一聚光物24与一具有多种颜色的滤光层29。集光器23包含一入光面25、一出光面28与一反射部27；其中，滤光层29固定于出光面28上，且滤光层29包含不同颜色的滤光层291、滤光层292与滤光层293。反射部27介于入光面25与出光面28之间，以反射集光器23中的光线；并且，反射部27分布于集光器23里，除了入光面25与出光面28之外的所有区域。入光面25包含一个透光部251与一个反光部252；透光部251可供光线L通过，以进入集光器23，而反光部252可反射集光 23中的光线，如光线L1’、光线L2’与光线L3’。

在使用时，靠近入光面25的光源1(如一点光源)会先发出光线L，光线L陆续穿透聚光物24、透光部251，并直接穿透集光器23或经由反射部27的反射，而被滤光层29(包含滤光层291、292与293)过滤，成为光线L1、光线L2与光线L3。然后，靠近滤光层29的成像装置(包含棱镜31与成像面33)，会先通过棱镜31投影至成像面33。经由会旋转的棱镜31，投射到成像面33上的光线L1、光线L2与光线L3会产生周期性的排列变化。举例而言，原本投影于成像面33最上方为光线L1，中间为光线L2，最下面为光线L3；当棱镜31旋转后，最上方为光线L3，中间为光线L1，最下面为光线L2；棱镜31继续旋转后，则会形成最上方为光线L2，中间为光线L3，而最下方为光线L1；尔后，再恢复成最上方为光线L1，中间为光线L2，最下面为光线L3。棱镜31也可替换为其他可使光线产生周期性排列变化的类似装置，而使光线形成于成像面33上，以形成影像。当然，处理穿透滤光层29光线L1、L2与L3的成像装置，并不仅限于只有棱镜31与成像面33，而可能包含其他物件。

如图3所示，在光源1发出光线L射向入光面25时，固定于入光面25的聚光物24会收集光线L；透过聚光物24的作用，即可克服已有技术中光线L在未进入集光器23前即已损失的缺点，而减少光线L的耗损，从而提高光线L的利用率。

且当光线L穿透透光部251进入集光器23的内部，部份的光线L会直接从入光面25射向滤光层29；部份的光线L则经由反射部27的反射向滤光层29行进。当光线L在经过滤光层29时，与滤光层29颜色相同的光线L会穿透滤光层29，而离开集光器23，部份光线L则会反射回滤光器23内部。

举例而言，当光线L在穿透滤光层291时，部份会穿透成为光线L1，部份会反射成为光线L1’。离开集光器23的光线L1，会经由成像系统的处理，而形成影像。反射回集光器23的光线L1’，则会经由反射部27与反光部252的反射，穿透滤光层292、滤光层293，形成光线L2或光线L3，或是再度反射形成光线L2’或光线L3’。虽然光线L、L1、L3、L3、L1’、L2’与L3’在每次的反射或穿透时，多多少少会有部份能量被吸收，但利用本发明的集光装置20的设计，可大幅提高光线的再利用率，而使整体的光线利用率提高许多。

滤光层29的形式，可以是黏附于出光面28上的一片或多片分色片，或是由各种不同的制造方法，或其中的组成，而形成于出光面28上的滤光层29；这些制造方法包含有染色法(dyeing method)、颜料分散法(pigment dispersedmethod)、印刷法(printing method)、电沉积法(electrodepositing method)与喷墨法(inkjet printing technology)。甚至是未来发展出可制成不同形式滤光层29的方法，也可应用于本发明中。

图3中，聚光物24是一圆锥形导光柱，集光器23为一六面体，且为一实心六面体；透光部251可以仅是一平面上的圆形透明区域，以最符合圆形光线L的形状，增加光线L进入集光器23的机率。或是集光器23也可为一空心的六面体，入光面25则为包含一孔洞(透光部251)的平面，反光部252则形成于入光面25上；所以光线L可穿透孔洞(透光部251)进入集光器23，而反光部252可反射集光器23中的光线。

本发明的集光器23，也可依不同需求，而有不同的形状变化，如本发明第三实施例的图4所示，集光器23可以仅为一头尖细的柱状体(taperedcylinder)；且集光器23的形状，并不仅限定于本发明实施例中所示或所述的形状。装置于光源1与集光器23之间，用以增加光利用率的聚光物24，也可依不同需求而改变形态，如第三实施例(即图4)中的聚光物24，即为一透镜组。

且集光器23，也可仅具有一入光面25与一反射部27，而无出光面；即集光装置20可为由呈空心柱体形状的集光器23，与固定于集光器23之上成为空心柱体的一平面的滤光层29所组成。而滤光层29可为一分色片、分色镜或者是具有滤光或分光效果的其他装置。

本发明的集光装置，在光线进入集光装置之前，即已使用一聚光物收集光源，以减少已有技术中有部份的光线在未进入集光装置之前就已耗损的情形，继而提高光线的利用率。同时，藉由改变滤光层与集光装置间配置的方式，使光线在无法穿透滤光层时，会被滤光层反射，而可回收已有技术中本来会耗损掉的光线，而更进一步地提高光线的利用率，提高仪器的效能。而且，改变滤光层与集光器配置的方式，可省掉其他种虽提高光利用率，而却可能会增加产品成本与体积的不必要元件。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims

1.一种集光装置，其特征在于包含：

一集光器，具有一入光面、一出光面与一反射部，该反射部介于该入光面与该出光面之间，且可反射通过该集光器中的光线；以及

一聚光物，固定于该入光面。

2、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的聚光物是一圆锥形导光柱。

3、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的聚光物是一透镜组。

4、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的集光器为一柱状体。

5、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的集光器为一六面体。

6、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的入光面包含一透光部与一反光部，光线通过该透光部进入该集光器，该反光部可反射该集光器中的光线。

7、如权利要求6所述集光装置，其特征在于所述的透光部呈圆形。

8、如权利要求1所述集光装置，其特征在于所述的入光面是为包含一孔洞的一平面，光线穿透该孔洞以进入该集光器，该平面反射该集光器中的光线。

9、如权利要求1所述集光装置，其特征在于还包含一滤光层固定于该出光面上。

10、如权利要求9所述集光装置，其特征在于所述的滤光层具有不同颜色。

11、如权利要求10所述集光装置，其特征在于所述的滤光层是黏附于该出光面上的一分色片。

12、如权利要求9所述集光装置，其特征在于所述的滤光层是用染色法、颜料分散法、印刷法、电沉积法或喷墨法其中之一或它们的组合形成。

13、一种集光装置，其特征在于包含：

一集光器，具有一入光面与一反射部；

一滤光层，该滤光层固定于该集光器上，且该反射部介于该入光面与该滤光层之间，以反射该集光器中的光线；以及

一聚光物，固定于该入光面。

14、如权利要求13所述集光装置，其特征在于所述的聚光物是一圆锥形导光柱。

15、如权利要求13所述集光装置，其特征在于所述的入光面包含一透光部与一反光部，该透光部可供光线通过该集光器，该反光部可反射该集光器中的光线。

16、如权利要求15所述集光装置，其特征在于所述的透光部呈圆形。

17、如权利要求13所述集光装置，其特征在于所述的入光面是为包含一孔洞的一平面，光线穿透该孔洞以进入该集光器，该平面反射该集光器中的光线。

18、一种影像处理装置，其特征在于包含：

一光源；

一集光装置，具有一聚光物与一集光器，其中，该集光器具有一入光面，一滤光层与一反射部，该聚光物固定于该入光面，该反射部介于该入光面与该滤光层之间；以及

一成像系统，处理穿透该滤光层的光线，以形成影像；

其中，该集光装置位于该光源与该成像系统之间，且该光源靠近该聚光物，该成像系统靠近该滤光层。

19、如权利要求18所述影像处理装置，其特征在于所述的入光面包含一透光部与一反光部，该透光部供光线通过该集光器，该反光部反射该集光器中的光线。

20、如权利要求18所述影像处理装置，其特征在于所述的入光面是为包含一孔洞的一平面，光线穿透该孔洞以进入该集光器，该平面反射该集光器中的光线。