CN210136386U - 光积分柱及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种光积分柱，具有相对的入光端及出光端。出光端的出光截面的法向量不平行光积分柱的出光方向。本实用新型另提供一种具有此光积分柱的投影装置。本实用新型提供的光积分柱及投影装置可以减少光线于光阀上产生的离焦现象，进而提升光利用率。

Description

光积分柱及投影装置

技术领域

本实用新型是有关于一种投影装置，且特别是有关于一种包含光积分柱的投影装置。

背景技术

已知的投影装置中，在光源与光阀之间常会配置有光积分柱，以将光源所提供的照明光束均匀化，其借由调整光积分柱的总长度或光积分柱出口端的面积，达到照明光束照射到光阀的均匀性。传统光阀使用BTP(Binary Tilt Pixel)的技术控制光阀的转动角度，收光角度为24度。而新型的投影装置中，使用TRP(Tilt and roll pixel)的技术控制光阀的转动角度，TRP技术可以使光阀收光角度为34度，相较于传统BTP技术具备更大的转动角度，在同样的照明光束条件下，可以大幅提升收光效率。

然而，光阀的收光角度增加使得照明光束照射到光阀的入射角度变大，意即光阀各区域(例如中间区域及边缘区域)距离聚焦面的光程差异变大。例如目前照明系统的设计中，仅有中心焦点能聚焦于正确的位置(中间区域)，照明光束照射到光阀的边缘区域已是远离聚焦面的失焦光束，令照明光束无法集中于光阀的各区域上。如此会导致照明光束照射在光阀上的光斑的边缘模糊，降低光斑的亮度均匀度。再者，具有光程差异的照明光束经过光阀调变成影像光束再透过投影镜头将影像光束投射至屏幕形成影像画面时，在影像画面的边缘处会产生影像模糊的离焦现象或使影像画面的边缘处亮度降低。已知做法中是以增加光积分柱的出口端面积改善，确保光斑的均匀区域大于光阀的工作区，而使光斑边缘的离焦区域落于光阀的工作区外，因此照明光束有一大部分照射到光阀的非工作区，导致额外的光损耗；或者以增加光学元件改善聚焦不平衡，而导致成本增加及无法缩小投影机照明系统的缺点。

本「背景技术」段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在「背景技术」中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。此外，在「背景技术」中所揭露的内容并不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。

实用新型内容

本实用新型提供一种光积分柱，可以提升光利用率。

本实用新型提供一种投影装置，可以提升光利用率。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型所提供的光积分柱具有相对的入光端及出光端，且出光端的出光截面的法向量不平行光积分柱的出光方向。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型所提供的投影装置包括照明系统、透镜、光阀及投影镜头。照明系统包括光源及上述的光积分柱，光源用于提供照明光束穿过光积分柱。透镜配置于照明光束的传递路径上，且用于接收来自光积分柱的照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用于接收来自该透镜的照明光束并将该照明光束转换为影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，且用于使影像光束投射出投影装置。

本实用新型的光积分柱借由使出光端的出光截面的法向量不平行光积分柱的出光方向，而调整照明光束进入光阀的聚焦面，使聚焦面更为贴近光阀各区域，进而减少光班边缘离焦现象的产生，其中光积分柱的出光方向可以为光积分柱的光轴方向或主光线行进的方向。相较于已知以放大光积分柱端口的方式，放大光线入射至光阀的照射面积，来改善离焦现象所造成的缺失，本实用新型的光积分柱无需放大照明光束入射到光阀的照射面积，且使得照明光束更聚焦照射于光阀，不会造成额外的光损耗，因此能提升光利用率。本实用新型的投影装置由于使用上述的光积分柱，因此亦能提升光利用率。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。

图2是本实用新型一实施例的光积分柱的立体透视图。

图3是图2在XZ平面的示意图。

图4是本实用新型一实施例的照明光束的光束路径示意图。

图5A是使用已知光积分柱时，于光阀上的光斑示意图。

图5B是使用本实施例的光积分柱时，于光阀上的光斑示意图。

图5C是使用已知光积分柱及本实施例光积分柱，在光阀上的光斑边缘能量分布的比较示意图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。

图1是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本实施例的投影装置10包括照明系统20、光机系统30及投影镜头40。照明系统20包括光源21及光积分柱100。光源21例如是气体放电灯、激光光源或发光二极管(Light emitting diode,LED)光源，用于提供汇聚的照明光束L1，使照明光束L1汇聚至光积分柱100内，透过光积分柱100将照明光束L1进行均匀化后，接着照明光束L1照射至光机系统30。光机系统30配置于照明光束L1的传递路径上，且用于将经过均匀化的照明光束L1转换为影像光束L2。投影镜头40配置于影像光束L2的传递路径上，用以将影像光束L2投影至一屏幕(图未示)上，以形成影像画面。

光机系统30例如包括光阀31及光导引元件32，光阀31用以将照明光束L1转换成影像光束L2。光阀31例如是反射式光阀，而反射式光阀例如为数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)或硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)，但不局限于此。光导引元件32例如为全内反射棱镜或反射镜，用于将照明光束L1反射至光阀31，并用于让来自于光阀31的影像光束L2传递至投影镜头40，但不局限于此。

投影镜头40例如包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。在一实施例中，投影镜头40也可以包括平面光学镜片。本实用新型对投影镜头40的型态及其种类并不加以限制。

投影装置10还可包括多个透镜或其他光学元件，例如透镜50、60。透镜50配置于光源21及光积分柱100之间。透镜60配置于光积分柱100及光导引元件32之间，用以将来自光积分柱100的照明光束L1聚焦至光阀31。以下，再就投影装置10的光积分柱100的详细结构与实施方式作更进一步的描述。

图2是本实用新型一实施例的光积分柱的立体透视图，以虚线绘示透视的部分，并以虚线箭头标示透视部分的元件。图3是图2在XZ平面的示意图。请参考图2及图3，本实施例的光积分柱100具有相对的入光端110及出光端120，当照明光束L1入射于光积分柱100的入光端110后，会经由出光端120离开光积分柱100。出光端120的出光截面121的法向量N不平行光积分柱100的出光方向A，其中光积分柱100的出光方向A为光积分柱100的光轴方向或主光线行进的方向。出光截面121是指照明光束L1从出光端120离开光积分柱100时所经过的平面。光积分柱100例如为可透光的实心柱体或空心柱体，其材质为玻璃、塑胶或反射镜。当光积分柱100为实心柱体时，出光端120的出光截面121例如为出光面；当光积分柱100为空心柱体时，出光端120的出光截面121例如为开口。出光方向A为照明光束L1从出光端120传递至光机系统30的方向，并且与光积分柱100的光轴平行。

光积分柱100例如为方形柱体，但本实用新型并不特别限制光积分柱100的柱体形状，其亦可为多边形柱体、入光端宽且出光端窄、或入光端窄且出光端宽的不同柱体形状(图未示)。请参考图3，在本实施例中，光积分柱100例如还具有位于入光端110及出光端120之间的第一面130、第二面140、第三面150及第四面160，其中第一面130与第二面140相对，第三面150与第四面160相对，第三面150与第四面160连接于第一面130与第二面140之间。

具体而言，第一面130与第二面140的形状例如为矩形，且第一面130的长度H1小于第二面140的长度H2，其中长度H1、H2的延伸方向例如是与出光方向A平行。在一实施例中，第一面130的长度H1与第二面140的长度H2的长度差介于0.1mm～3mm之间，优选为介于0.2mm～2mm之间。

另一方面，第三面150与第四面160的形状例如为梯形，第三面150于入光端110具有第三侧边151，第四面160于入光端110具有第四侧边161，第三侧边151与第四侧边161垂直出光方向A。

本实施例的光积分柱100借由调整第一面130的长度H1与第二面140的长度H2的长度差异，使出光端120的出光截面121的法向量N不平行光积分柱100的出光方向A，因此可补足照明光束L1照射到光阀31各区域的聚焦位置，借此减少因光程差异而导致光斑边缘离焦的现象。例如图4所示，图4是照明光束的光束路径示意图(仅绘示光导引元件32的反射部分功能)，来自光积分柱100的照明光束经由透镜60聚焦及光导引元件32反射至光阀31，使照明光束L1可尽量聚焦至光阀31的各区域(照明光束L1的聚焦平面大致落在光阀31上)而不会产生光斑边缘区域离焦的情况。本实施例的光积分柱100相较于已知以放大光积分柱端口的方式而增加光束入射至光阀的照射面积，来改善离焦现象所造成的缺失，本实施例的光积分柱100不会造成额外的光损耗，因此能提升光利用率。

图5A是使用已知光积分柱时，于光阀上的光斑能量分布示意图。图5B是使用本实施例的光积分柱时，于光阀上的光斑能量分布示意图。图5C是图5A及图5B的光斑边缘区域的能量分布比较图。请先参考图5A，当照明光束L1于光阀31的入射角度增加时，若使用已知的光积分柱则容易在光斑的边缘产生离焦现象，即光斑边缘(上侧及下侧的虚线圈起处)模糊化(边缘处能量发散)。请参考图5B，使用本实施例的光积分柱100后，经由调整照明光束L1照射至光阀31的聚焦面，可以看出上侧及下侧虚线圈起处的光斑显示上较为清晰与锐利化(边缘处能量汇聚)，离焦现象可获得改善，而不需放大光积分柱端口造成额外光损耗。请再参考图5C，比较已知光积分柱在光阀上的光斑边缘区域的能量分布(如图5A的剖线AA)及本实施例的光积分柱在光阀上的光斑边缘区域的能量分布(如图5B的剖线BB)。相较于已知光积分柱，本实施例光积分柱的光斑边缘区域的能量分布较内缩(汇聚)，使得照明光束的使用效率提高。

以图1中影像光束L2投射出投影装置10的亮度为标准，本实施例的光积分柱100由于照明光束L1更聚焦于光阀31，因此相较于已知的光积分柱，至少可使光利用率提升4％。

综上所述，本实用新型实施例的光积分柱借由使出光端的出光截面的法向量不平行光积分柱的出光方向，而调整照明光束进入光阀的聚焦面，进而减少离焦现象的产生，相较于已知以放大光积分柱端口来改善离焦现象的方式，本实用新型的光积分柱不会造成额外的光损耗，因此能提升光利用率。本实用新型的投影装置由于使用上述的光积分柱，因此能提升光利用率。

惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外，本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

附图标记说明：

10：投影装置

20：照明系统

21：光源

30：光机系统

31：光阀

32：光导引元件

40：投影镜头

50、60：透镜

100：光积分柱

110：入光端

120：出光端

121：出光截面

130：第一面

140：第二面

150：第三面

151：第三侧边

160：第四面

161：第四侧边

A：出光方向A

AA、BB：剖线

H1、H2：长度

L1：照明光束

L2：影像光束

N：法向量。

Claims (7)

1.一种光积分柱，其特征在于，所述光积分柱具有相对的入光端及出光端，且所述出光端的出光截面的法向量不平行所述光积分柱的出光方向，

其中，所述光积分柱还具有位于所述入光端及所述出光端之间的第一面、第二面、第三面及第四面，其中所述第一面与所述第二面相对，所述第三面与所述第四面相对，所述第三面与所述第四面连接于所述第一面与所述第二面之间，

其中，所述第一面与所述第二面的形状为矩形，且所述第一面的长度小于所述第二面的长度，所述第一面的长度与所述第二面的长度的差介于0.1mm～3mm之间，以及

其中，所述第三面与所述第四面的形状为梯形，所述第三面在所述入光端还具有第三侧边，所述第四面在所述入光端还具有第四侧边，所述第三侧边与所述第四侧边垂直于所述出光方向。

2.根据权利要求1所述的光积分柱，其特征在于，所述光积分柱为空心柱体，所述出光端为开口。

3.根据权利要求1所述的光积分柱，其特征在于，所述光积分柱为实心柱体，其中所述出光端为出光面。

4.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、透镜、光阀以及投影镜头，其中：

所述照明系统包括光源及光积分柱，所述光源用于提供穿过所述光积分柱的照明光束，所述光积分柱具有相对的入光端及出光端，且所述出光端的出光截面的法向量不平行所述光积分柱的出光方向；

所述透镜配置于所述照明光束的传递路径上，且用于接收来自所述光积分柱的所述照明光束；

所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用于接收来自所述透镜的所述照明光束并将所述照明光束转换为影像光束；以及

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，且用于使所述影像光束投射出所述投影装置，

其中，所述光积分柱还具有位于所述入光端及所述出光端之间的第一面、第二面、第三面及第四面，其中所述第一面与所述第二面相对，所述第三面与所述第四面相对，所述第三面与所述第四面连接于所述第一面与所述第二面之间，

其中，所述光积分柱的所述第一面与所述第二面的形状为矩形，且所述第一面的长度小于所述第二面的长度，所述第一面的长度与所述第二面的长度的差介于0.1mm～3mm之间，以及

其中，所述光积分柱的所述第三面与所述第四面的形状为梯形，所述第三面在所述入光端还具有第三侧边，所述第四面在所述入光端还具有第四侧边，所述第三侧边与所述第四侧边垂直于所述出光方向。

5.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述光积分柱为空心柱体，所述出光端为开口。

6.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述光积分柱为实心柱体，其中所述出光端为出光面。

7.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述光源包括气体放电灯或激光光源或发光二极管光源。

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