TW468060B - Dual lamp illumination system and projection system incorporating same - Google Patents

Description

468 060 五、發明說明（υ 本發明係 該照明系統 影顯示系統 大部份至 關於照明系統，特別是關於平行光照明系統， 適用於至少使用一個電光學光調制器之彩色投 少使用一個電光學光調制器之彩色投影顯示系 單燈白光照明光源；一第一組二向色濾光器， 可將來自該光源之白光分離成原色（紅、藍、綠）成份；及 向色遽光器’可在該等成份完成調制後將其重 統亦使用 第 組二 新結合。 上述之光 顯示面板， 短狐長可產 係光學用語 幾何範圍。 隹若照明光 之大部份。 為求進一 成本，前人 時，燈之弧 度，並使該 不幸的是 大，直到其 之燈具技術 之投射影像 在日本專 調制Is通常係透射式或反射式之動態矩陣液晶 而上述之光源則為一短弧長之高強度放電燈。 生伊田度低、且較為集中之照明光束。伊田度 ’用於定義C利用面積及角範圍）一照明光束之 即使顯示面板尺寸較小（約丨.3英吋或更小）， 束之伊田度較低，仍可使面板得以利兩該光束 步縮小該等複雜顯示面板之尺寸，進而降低其 已做極大之努力。在該等面板尺寸縮小之同 長亦須縮短，如此方可降低照明光束之伊田 投影系統維持足夠之流明輸出。 ，燈具電極内之電流強度會隨弧長之縮短而增 到^ 一極限值為止。不幸的是，就目前最先進 而言，由此一極限值所定出之弧長，其所產生 亮度極低。 利申請案第5-29320號之出版掏要6_242397中

第5頁 468060 五、發明說明（2) 可見一投影顯示裝置*該裝置具有兩光源2 0與2 1，其個別 之照明光束可藉由聚光反射器3 1與3 2而聚光至彼此相對之 反射面27與28上。反射面27與28可將該等光束反射至一聚 光透鏡系統3 3中。 由於該等反射面彼此相鄰，且該等反射面亦鄰近於聚光 透鏡系統3 3之目標點’因此據稱可使該等個別照明光束以 疊加狀態入射於透鏡系統3 3。但由於該等反射面用以反射 該兩光束之反射點係彼此分離，因此疊加狀態並不完全， 而疊加光束之伊田度則將增大。 此外，由於該等反射面之位置須靠近該聚光透鏡之目標 點’致使此一系統之設計自由受到極大之限制。 發明目的及總結 因此，本發明之一目的係為提供一雙燈照明系統，該照 明系統不致增大照明光束之伊田度。 本發明提供一雙燈照明系統，其中兩個具有準直反射器 之燈具之排列方式可使該兩燈具之光束至少在部份之光路 徑上相互重疊，並形成一第一複合光束。此時便可將一對 平面鏡移至該複合光束之路徑中，藉以將部份（例如一半） 之複合光束反射至該光束之路徑外。該等平面鏡之鏡面具 有某一角度’可形成一新複合光束。 複合光束中未被反射至該新複合光束路徑内之光線將在 該等燈具反射器間不斷循環，直到其進入該複合光束中可 到達該等平面鏡面之部份為止，此後，該部份之光線則將 被反射至S亥新複合光束中。

4 6 8 0 6 0 五、發明說明（3) 此一雙燈照 大致仍可維持 統在使用此一 流明輸出即遠 第一複合光 合光束之截面 大致亦無改變 幅極小。 根據本發明 動，使其所反 半，將可進一 鏡進一步移入 如1/2至2倍） 光束之截面積 影系統而言’ 可在「高流明 衡。 根據本發明 動，該軸係對 緣），如此便3 朝向轉動角度 積雖將增加， 增幅不致過大 為增加本發 明系統之優點為：光之輸出量幾為兩倍，但 原結合光束之準直度。因此.’ 一投影顯示系 照明系統後，不需使用昂貴之準直透鏡，其 大於使用單燈之投影顯示系統。 束被反射之部份若為該光束之一半，則新複 積大致全無增加，或增幅極小。由於準直度 1因此光束之伊田度大致亦全無增加，或增 之較佳具體實例，若將該等平面鏡加以移 —. .

Is光東之部份略大於該光束之一 步 > 夫冷 ^ 八机明輸出。舉例而言，若將該等平面 光束中’移動幅度不超過光源直徑之4倍（例 則流明輪出之增量可達20%至30%。然而， =將加’使伊田度因而降低。就一特定投 若&在上述範内調整該等平面鏡之位置，應 輸出」與「低伊田度」之間取得最佳之平 之另 _ ,, —将色，該等平面鏡面可繞一轴而轉 應..於該等平面鏡面之相鄰邊緣（或共用邊 「導引或「操控」新複合光束之方向，.使之 内任一所需之方向，且無發散之現象，截面 —曰a +致過大，伊田度亦將因而增加’但 曰月昭明 $ …糸統之流明輸出，系統内之燈具若不

468060 五、發明說明（4) 以全功率或接近全功率之方式運作，亦可改以較低之 運作，以延長燈具之使用壽命。若採此種低功率之運 式，則一旦其中一燈具發生損壞，僅需使剩餘之燈具 功率運作即可繼續運作。若有需要，可將該等平面鏡 一步移入光束之路徑中，藉以反射有效燈具所射出之 光束。 燈具之型式及尺寸最好大致完全相同，且其排列方 好係彼此相對。另一作法為：可以一或多面鏡子曲折 之光路控。用以反射燈具複合光束之平面.鏡面最好係 於一立方體（或半立方體）之相鄰兩面。 大體而言，本發明之雙燈照明系統包括： 一第一燈具及一第二燈具，每一燈具各包括一光源 準直反射器’用以形成一平行照明光束，該等燈具之 位置可使該第一燈具之光束射入該第二燈具之反射器 該第一燈具之光束則射入該第一燈具之反射器，該等 至少局部重疊，以形成一第一複合光束；第一及第二 鏡面，其方向係彼此相鄰，且其設置之位置可使每一 鏡面均可沿同一軸將該第一複合光束之—部份反射至 方向不同之同一方向，以形成一第二複合光束。 就本發明之另一方面而言，在此提供一投影顯示系 該系統至少包括一光調制顯示面板；一照明系統，用 亮該顯示面板；及一投影透鏡，用於將調制後之光投 一顯不表面上；其特徵為：該照明系統包括本發明之 照明系統。 功率 作方 以全 面進 全部 式最 燈具 形成 及一 相對 s而 光束 平面 平面 與原 統， 於照 射至 雙燈 1 4 68 06 0 五、發明說明~ 本發明亦關於一結合此一雙燈系統之投影系統。 圖式之簡單說明 以下將根據數量有限之具體實例，並參照附圖’對本發 明加以說明，附圖中： 圖1 A為本發明雙燈照明系統一具體實例之設計示意圖； 圖1B係以示意之方式顯示圖1A所示之設計其複合輸出光 束之截面； 圖2為與圖1A類似之設計示意圖，顯示輸出光束具有可 導向性之特色； 圖3 A與圖1 A類似，為本發明雙燈照明系統另一具體實例 Γ 之設計示意圖； 圖3B係以示意之方式顯示圖3A所示之設計其複合輸出光 束之截面； 圖4與圖1 A類似，為本發明雙燈照明系統另一具體實例 之設計示意圖； 圖5則為一使用本發明雙燈照明系統之投影顯示系統之 設計示意圖。 較佳具體實例之說明 圖1A為一設計示意圖，顯示本發明之雙燈照明系統1 〇之 : 一具體實例，其中燈具1 2與1 4之型式及尺寸均相同，每一 燈具各具有：一光源（121，141); 一外殼（122，142)，其 具有一内部反射面（123，143);及一蓋板（124，144)。該 等燈具係彼此相對，其對稱軸Z即為光束路徑之軸A，侔使 其照明光束4在該等燈具間來回循環，藉以產生一複合光

第9頁 ^8 060 468 OS 0 > » . 五、發明說明（6) ^ " 束B。此一循環之發生係因該等外殼（1 2 2，1 4 2 )其反射面 (123，143)之形狀（例如拋物線形）可產生平行之輸出光 束。因此’該等反射器可使入射之光線沿平行路徑返回。 該等燈具可為任一種適用於一般照明、或專門適用於投 影系統之燈具’例如弧光燈（亦稱高強度放電（HiD)燈）， 包括金屬鹵化物燈、氙氣燈、及ii鎢燈。圖示之燈具為同 一尺寸、同一型式之HID金屬鹵化物燈，但只要結合光束b 之伊田度不大於最大獨立光束之彳尹田度，則燈具之尺寸並 不必相同，甚至蛰式亦不必相同。 若將一光學元件1 6局部插入結合光束b之路徑中，即可 得輸出光束C。光學元件16係一半立方體，具有平面鏡面 1 61與1 6 2、及一共用邊緣（頂點）U 3。頂點1 6 3係位於結合 光束路徑（或軸A)之中央。該等反射面之方向係互成9〇 度，並與光線之路徑（準直反射面（123，143)已使該等光 線相互平行）成45度。藉由此種排列方式，結合光束b中將 有一半之光線（標示為Br)射達反射平面161與162，並以平 行於軸D之同一方向反射，形成一新結合光束c。結合光束 C之截面積Ca(如圖1B所示）並不大於結合光束b之截面積， 以下將有所說明。 上述之排列方式亦將使結合光束B中另—半之光線（標示 為Bf)來回循環於反射面123與143之間，直到其自任一燈 具之第一侧Br射出為止。因此，基本上，來自該兩燈具之 所有光線終將進入結合光束C。 圖2顯示圖1 Α所示排列方式之一變化2 〇，其中光學元件

第10頁 4 S8 ΟβΟ___. 五、發明說明（？） 1 6可繞一對應於頂點1 6 3之軸而轉動’如箭頭R所示。如此 一來，吾人便可在一大角度内導引（操控）輸出光束C之方 向，此·一角度之祐圍有部份係決定於燈具與反射平面之鄰 近度。此一操控之動作將使截面積增加，但增幅不致過 大，伊田度亦將因而增加，但增幅不致過大。 圖3A顯示圖U所示排列方式之另一變化30，其中之光學

元件16可沿與軸A正交之轴D移動，且已自位置i6i移至更 深入光束B之新位置1 6 f。舉例而言，若將該元件加以移 動’移動之幅度相當於光源（121，141)之直徑（若為超高 性能（UHP )燈，則約3 / 8至1 / 2英吋），則流明輸出之增量可 （: 達2 0%至3 0%。若將元件16前移，使之更深入光束b，則光 束C之截面積Cb(如圖3B所示）將逐漸加寬D截面積加寬雖 將使光束之伊田度增大，但就一特定投影系統而言，若能 將元件1 6之位置加以調整，應可在r高流明輸出」與「低 伊田度」之間取得最佳之平衡。舉例而言，可將截面積Cb 之加寬程度加以設定，以滿足一具有寬縱橫比之光學開 Π 。 圖4顯示圖ία所示排列方式之另一變化，其中之光學 元件16可沿軸A亦可沿軸D而移動，且已沿該二z軸移至某一 ，置，在此，燈具1 2之整個光束可沿軸D而反射，形成輸 、 =束£。若採此一排列方式，一旦燈具丨4發生損壞且無 么斗件可用時，該照明系統仍可繼續運作。舉例而言，之 ^右為延長燈具之使用壽命而以低於全功率之方式進行燈 ""運作，則在損壞之燈具完成替換前，可以全功率進行

4 68 〇6 ο 五、發明說明（8) 剩餘燈具之運作。 圖5，一投影顯示系統5 0之設計示意圖，包括一與圖1 A 類似之雙燈照明系統52，其具有一輸出光束C，光束C係由 集成器54加以集成，由鏡子56加以反射，並由光調制顯示 面板5 8根據信號輸入來源6 0所提供之顯示資訊加以調制。 調制後之光束Μ係由投影.透鏡2 8投射至一顯示表面（未圖 示）。當照明系統中之一燈具發生損壞、且無法依圖4所式 之方式移動該等平面鏡面以便將剩餘燈具之全部光束反射 至輸出光東之路徑内時，集成器54特別有助於輸出光束其 光線之重新分布。 以上雖已利用數量有限之具體實例對本發明加以說明， 但根據本文所提供之說明及圖示不難想見其他具體實例及 變化，而該等具體實例及變化亦包含在後附之申請專利範 圍中。 因此，在本文中雖係將本發明之照明系統應用於一投影 顯示系統内’但熟知此項技藝之人士不難想見該照明系統 之許多其他用途’例如直觀式顯示系統及直接照明系統， 在該等系統中，輸出光束之伊田度均十分重要。 此外’本發明之照明系統亦可用於許多其他已知之投影 系統。舉例而言，可將輸出光束分離成原色成份，每一成 ^均根據獨立之資訊顯示信號加以調制，例如一彩色視訊 #號之原色成份，而後再將獨立調制後之成份重新結合， 以便在杈射至一顯示表面前形成一全彩影像。獨夂調制之 工作可以晝面順序（f rame〜sequent ial )之方式或色區捲動

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種雙燈照明系統，包括： 一第一燈具（12)及一第二燈具（14)，每一燈具各包括— 光源（121，141)及一準直反射器（123，143)，用以形成一 平行照明光束’該等燈具（1 2，1 4 )之相對位置可使該第一 燈具（12)之光束射入該第二燈具（14)之反射器，而該第二 燈具（14)之光束則射入該第一燈具（12)之反射器，該等光 束至少局部重疊，以形成一第一複合光束Β ; 第一及第二平面鏡面（161，162)，其方向係彼此相鄰， 且其設置之位置可使每一平面鏡面均可沿一共用軸將第— 複合光束Β之一部份反射至與原方向不同之同一方向，以 形成一第二複合光束C。 2 ·如申請專利範圍第1項之雙燈照明系統，其中該第一 及第二燈具（12，14)之光束具有大致相同之截面積。 3.如申請專利範圍第1項之雙燈照明系統，其中該等燈 具（12，14)之設置位置可使位於複合光束Β之區域内之第 一及第二光束具有一共用軸Α。 4 如申請專利範圍第4項之雙燈照明系統’，其中該尊燈 具（1 2，1 4 )之設置位置係沿一共用軸z而彼此相對。 5.如申請專利範圍第1項之雙燈照,明系統，其中該等平 面鏡面（1 6 1，1 6 2 )係相互垂直，並沿一共用邊緣而相接， 該共用邊緣係對應於該等平面鏡面（161 , 162)所對應之幾 何平面之交線。 6 ·如申請專利範圍笫q s ^ ^ q R9W.第3項之雙燈照明系統，其中該等平 面鏡面（161，162)係相石夺 仙互垂直，並沿一共用邊緣1 63而相

   468060 六、申請專利範園 --一- 接，該共用邊緣係對應於該等平面鏡面（1 61，1 6 2 )所對應 之幾何平面之交線。 7. 如申請專利範圍第6項之雙燈照明系統，其中該等平 面鏡面（161 ’162)之設置位置可使共用邊緣163鄰近於光 束之共用軸A並與之垂直。 8. 如申請專利範圍第1項之雙燈照明系統，其中該等平 面鏡面可繞一對應於共用邊緣163之轉動轴而轉動。 9. 如申請專利範圍第5項之雙燈照明系統，其中該等平 面鏡面（161 ’162)至少包括一立方體16其某一部份之相鄰 兩面之反射面。 1 〇.如申請專利範圍第1 .項之雙燈照明系統，其中該等平 面鏡面（1 61 ’ 1 6 2 )可沿一軸而移動，該轴係正交於該第一 結合光束之軸A。 平.如申請專利範圍第1 〇項之雙燈照明系統，其中該等 、’面鏡面（161，162)可沿第一結合光束B之軸A而移動。 1 2，如申請專利範圍第7項之雙燈照明系統’其中共用邊 、j 63係位於結合光束B之共用軸Λ上。 3 ’如申睛專利範圍第7項之雙燈照明系統’其中共用邊 Β 63之位置在新結合光束C之方向上係超出第一結合光束 共用轴A ’超出之幅度不超過該第一光源直徑之$倍。 用‘如申請專利範圍第1 3項之雙燈照明系統’其中該共 光走緣之位置在3亥新結合光束之方向上係超出該第一結合 9 a之共用軸’超出之幅度為第一光源121其直徑之1/2至

   468060 六、申請專利範圍 1 5. —種投影顯示系統5 0，至少包括一光調制顯示面板 5 8 ; —照明系統5 2，用於照亮該顯示面板；及一投影透鏡 6 2，用於將調制後之光投射至一顯示表面上；其特徵為： 照明系統5 2包括如申請專利範圍第1項之雙燈照明系統。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之投影顯示系統，其中一光 集成器5 4係位於照明系統5 2所射出之光東C之路徑中。

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