TW588163B - Light consolidating system - Google Patents

Description

验】2.. 2 年 月 588163 屋23415 修正 曰 玉'發明說明（1) 【發明之應用領域】 本發明係關於一種合光系統，特別是一種應用於投影 機之多光源合光系統。 一發明背景】 機 目刖所揭露的投影技術主要可以分為兩類：液晶投影 (Liquid Crystal Display，LCD)與數位光學處理式 投 W機（Digital Light Processing，DLP)。所謂數位 光學處f式投影機係由德州儀器所發展的投影技術，使用

DE^eT ( DIGITAL MICR〇MIRR〇R 生非常明A及^^被曰曰片上的極微小鏡片反射光源，以產 是數位光；史射影像'然而無論是液晶投影機或 影像所需t ^式投影機，多半是採用單一燈泡作為投_ 機因此’如欲獲得更高輸出流明 以C利用光學原理以合光的方率之燈 影機輸出高流明數之投影影像。成尚輪出功率 相對地:功率燈泡存在的問題是，功率越士 用高功；：越短’且因發光效率低而更ί i的燈泡’ c燈泡所增加的零件成本。因此更=，更遑論採 疋一個最佳之選擇。 N功率燈泡作為 第出。如『第1圖上〜在第合，為較高功率 根據Sne ^ ;2的焦點處放置第-光源2:第物 '鏡1 1與 光源21發出的光線抛

第6頁 硬之t 了採用高功率燈泡外，習知技；r女 之:光方法將產生自低 有揭露以光學原 588163 _案號 91123415 五、發明說明（2) 92. ί2. 12 年月曰_ 右跑籍由 學原 源的 發光 【發 光系 功率 以橢 物面鏡1 1的反射後，投射到第二拋物面鏡1 2，再 拋物面鏡1 2反射到直角稜鏡3 〇，再經由直角稜鏡 進入光導管40中。同樣的，第二光源22發出的光 由第一拋物面鏡1 1的反射後直接投射到直角稜鏡 直角稜鏡30反射至光導管4〇中。而第二拋物面鏡 的光線2 2 A與光線2 2 B亦依造同樣的行徑路徑進入 中。藉由直角稜鏡3 0的投射，使得來自第一光源 一光源2 2的光線進入光導管4 〇中，以聚合第一光 二光源2 2的能量。 在『第1圖』所揭露的合光系統，其利用拋与 及直角稜鏡的特性，合光效率約在13至14之間 能量損失仍然存在有改進的空間。除此之外，拋 於非球面加工技術，仍屬相當難的技術，因此拋 稜鏡角度的誤差將使得最終輸出之光束不易達成 束，而降低合光之效率。 、 lu 乂上相對功率平乂瓜m 理j合光系統達到等同的輸出流明數，進 t，效率，而少了高功率燈泡的所存在之 > ;、的缺點，貫屬必要解決之技術課題。 明之目的及概述】 經由第二 3 0的反射 線2 2 B經 30，再由 1 2所發出 光導管40 21與與第 源2 1與第 b面鏡以 ，燈泡的 物面鏡屬 物面鏡及 平行光 ，藉由光 k南多光 耗電與低 供一種合 增加輸出 光系統， 點特性， ，於=上的問題，本發明的主要目的在於 、、仏以一個以上燈源透過光學合光原理 投影系統增加影像透射之流明數。 X月的另一目的在於提供一 ^ ^ ^ ^ 裡向双干 、兄為光線反射之鏡面，藉由橢圓之

588163 ^ 12. 12 _案號91123415_年月日__ 五、發明說明（3) 使得位於橢面鏡第一焦點之光源，其光線經由橢面鏡反射 後，將匯聚於第二焦點處，以減少光線反射後的能量損 失，進而提高合光的效率。 根據本發明所揭露之合光系統，其第一較佳實施例係 為一光源之合光系統，包括有一燈源，位於一橢圓之焦點 處；以及一導光裝置，位於該橢圓之長短與短軸之交會 處，用以將該燈源所發出之光線匯聚至該橢圓之短軸延伸 處其中之一側輸出。 上述之燈源更包含有一第一燈罩，係形成一橢面，該 燈源係配置於該橢面之一第一焦點上，用以將該對應之燈 源所產生之光線匯聚至該導光裝置。另，更包含一第二燈 罩，係形成一橢面，配置於該第一燈罩之相對側，使該燈 源之所發出之光線匯聚至該第二燈罩之第一焦點處。藉由 第一燈罩與第二燈罩之聚焦特性，減少光線於傳輸時的散 失，以提高光線合光之效率。上述之導光裝置更包括有一 分光器與一反射鏡，亦可為一稜鏡。 本發明之第二較佳實施例係為採用兩個光源之合光系 統，包括有兩燈源，位於一橢圓之焦點處；以及一導光裝 置，位於該橢圓之長短與短軸之交會處，用以將該燈源所 發出之光線匯聚至該橢圓之短轴延伸處其中之一側輸出。 上述之燈源更包含一燈罩，係形成一橢面，用以將該對應 之燈源所產生之光線匯聚至該導光裝置。藉由燈罩之聚焦 特性，減少光線於傳輸時的散失，以提高光線合光之效 率。上述之導光裝置更包括有一分光器與一反射鏡，亦可 為一'稜鏡。

588163 91123415 12. 12 修正 Λ：__^日 五、發明說明（4) 為使對本發明的目的、構造、特徵、及其功能有進一 步的暸解與遇識’茲配合貫施例詳細說明如下。 【發明之詳細說明】 以下說明為方便頊者瞭解，燈源部份將以橢圓燈罩為 說明例’事實上只要能光線匯聚於一焦點的燈源皆可使用 在本發明中。 首先請參考『第2圖』，為本發明之所揭露之合光系 統之第一較佳實施例之系統架構圖。如圖所示，為兩個光 源所組成之合光系統’包括有一第一橢面鏡51、一第二橢 面鏡52、一第一光源6卜一第二光源62、一分光哭7卜一 反射鏡72、]以及一光導管40。第一橢面鏡51與^二橢面 鏡52之内侧係鍍有一全反射膜，以反射入射於第一橢面 51與第二橢面鏡52之光線。第一橢面鏡51與第二橢面鏡52 係用以作為第一光源61與第二光源62之燈罩。分光器71盥 反射鏡72則用以作為導光裝置，將第一光源“第二:源μ 發出的光線導引至輸出側輸出。 本發明所揭露的合光系統，在反射鏡部分係捨棄習知 技術所用之拋物面鏡（Parabo 1 i ds M i r r or)，而採用擴 面鏡。其理由是因為目前技術所揭露的多光源合光系統伏 以拋物面鏡使置放在拋物面鏡焦點的光源經由拋物面鏡2 射後形成一束平行光輸出，藉由一垂直稜鏡的反射，而得 到平行光束的輸出。但光線多半會經歷多次反射才輸出了 因此拋物面鏡及稜鏡角度的誤差將使得光束平行輸出不 達成。 ’ 依據橢圓的幾何性質，·係具有兩的焦點，分別為第—

588163 _案號91123415_车 月曰 修正_ 五、發明說明（5) 焦點與第二焦點。在一完整且鍍有全反射膜之橢圓内，經 由第一焦點發出的光線，在經過反射膜之反射將匯聚於第 二焦點處，同樣地，第二焦點所發出的光線將匯聚於第一 焦點處。因此採用匯聚光束對於光束進入光導管的入射角 度較容易控制，因而可容許較大的誤差範圍而具有較大的 彈性。 本發明所揭露的合光系統，係利用橢圓的焦點性質， 將第一光源6 1置於第一橢面鏡5 1之第一焦點處，而將第二 光源6 2係位於第二橢面鏡5 2之第一焦點處，第一橢面鏡5 1 與第二橢面鏡5 2所放置的位置恰形成一橢圓，使第一橢面 鏡5 1的第一焦點與第二橢面鏡5 2的第二焦點相疊合，第一 橢面鏡5 1的第二焦點與第二橢面鏡5 2的第一焦點相疊合。 光導管4 0與反射鏡7 2分別位於第一橢面鏡5 1以及第二橢面 鏡5 2所形成之橢圓平面之短軸延伸處之兩側。光導管用以 將經過合光過程後的光線，導引至下一個光學系統中，光 導管4 0可視系統所需的元件而使用，亦可為一聚焦稜鏡， 將匯聚之光線再度會匯聚於一焦點處。 分光器7 1係位於第一橢面鏡5 1以及第二橢面鏡5 2所形 成之橢圓平面之長軸與短軸交會處，用以反射來自第一焦 點與第二焦點之光線，而未反射而自分光器7 1透射之光線 則將經由橢面鏡的反射而由分光器反射至光導管4 0中。而 反射鏡7 2係用以將散射出去的光線再度反射回分光器，以 減少光線的損失。 分光器7 1可由一薄平板玻璃，在其中一面度上高反射 膜，另一面鍍上抗反射膜（AR coating)而製成，·即可達

第10頁 588163 92. 12. 12 —-麵91123415__年月日 修正__ 五、發明說明（6) 倒兩面反射。或者，兩面同時鍍上高反射膜亦可。最常見 的缚平板玻壤如§ch〇t t公司所生產的Borofloa ΐ耐熱玻 璃’其厚度從〇 . 7 m m到3 . 8 m m都有。 續請參考『第3 A圖』，說明第一光源6 1所發出光線 6 1 A與光線6 1 B的傳遞路徑。如圖所示，根據S n e 1 1 ’ s L a w ’光線6 1 A經由第一橢面鏡5 1的反射後，會傳遞到第二 橢面鏡5 2，續經由第二橢面鏡5 2上的反射後到達分光器 71，再經由分光器71的反射到光導管40中。而光線61&經 由第一橢面鏡5 1的反射後，會到達分光器7 1，經由分光器 7 1的反射後會到達反射鏡7 2，經由反射鏡7 2的反射後會回 到第一橢面鏡5 1。續經由第一橢面鏡5 1反射到第二橢面鏡 52,再反射到分光器71，最後經由分光器71反射到光導管 4 0中。 、 由光線6 1 A、以及光線6 1 B的路徑，可以得知光線不論 經由第一橢面5 1抑或第二橢面鏡5 2反射，均可藉由分光器 了1及反射鏡72的作用，將第一光源61發出的光線匯聚於Z 導管4 0處。 『第3B圖』，則說明第二光源62發出的光線匯聚之過 私。苐一光源6 2發出的光線6 2 A，根據s n e 1 1，s L a w，經過 第二橢面鏡5 2的反射後，光線6 2 A將投射至分光器7 1，、轉 由分光器71的反射進入光導管40中。光線62B會被第二2 面鏡5 2反射到第一橢面鏡5 1，經由第一橢面鏡5 1反射到分 光器71，再由分光器71反射到反射鏡72。根據Snel Γ s Law ’光線6 2B會在被反射到分光器7 1，續經由第一橢面鏡 5 1、第二橢面鏡5 2及分光器7 1的反射，而進入光導管4 〇

588163 92 12. i£ _案號 91123415_年° 月日__ 五、發明說明（7) 中 〇 而未被分光器7 1反射的光線，則會分光器7 1而透射， 同樣根據S n e 1 1 ’ s L a w以及上述的光路，透射的光線同樣 會聚集至光導管40中。 由上所述可以得知，光線不論經由第一橢面鏡5 1抑或 第二橢面鏡5 2，均可藉由分光器7 1的作用，將第二光源6 2 發出的光線匯聚於光導管4 0處。最後，再藉由一反射鏡 7 2，將散射出的光線反射回第一橢面鏡5 1或第二橢面鏡5 2 中，減少光線因反射而損失。其整體的光路請參考『第4 圖』。 因此，不論是來自第一光源6 1抑或第二光源6 2中任一 之光線，經過第一橢面鏡5 1以及第二橢面鏡5 2之全反射以 及分光器7 1的反射與透射作用，最後均自分光器7 1而匯 聚，使得來自不同兩個光源之能量經過反射後可以累加以 得到較大功率之光源。 本實施例所揭露之合光系統，並不一定要同時運用兩 個光源，而僅利用一個光源，利用第一橢面鏡與第二橢面 鏡之焦點特性，即可提高合光之效率。而在分光器部分， 可在靠近第二橢面鏡之光輸出側鍍上一分光柵（圖中未 示），使得光線在進入光導管前，即可分離為紅光、綠 光、白光。 另導光裝置中之分光器7 1以及反射鏡7 2除了『第2 圖』中所示之架構外，反射鏡7 2亦可為如『第5圖』所示 之橢面鏡，第三橢面鏡5 3係用以將自分光器7 1反射之光 線，藉由聚焦作用將光線再度反射回方光器7 1、第一橢面

第12頁 588163 修正 曰 案號？m 23415 五、發明說明（8) 鏡5 1或第2橢面鏡上，以減少光線散射的損失。 此外，導光裝置亦可採用稜鏡73作為導光裝置，如 『第6圖』所示，稜鏡7 3係位於橢圓之長轴與短軸交會 處，用以將第一光源61與第二光源62藉由第一橢面鏡胃51與 第二橢面鏡5 2之聚焦特性，將光線匯聚後輸出。 52之ί = 為如圖所示之三角棱鏡’ 621係第二橢面鏡 Γΐ係使光績轴，6 22係621經棱鏡反射後之光軸，稜鏡角度 徑而進入^射後之能由光轴621、62 2之路 等，端視事實上，01與0 2未必需要相 卑:橢面鏡51與第二橢面鏡52的放置位 系統之i — 第1 7圖』，為本發明之所揭露之合光 光源所組成ΐ:Γ::之糸統架構圖。如圖所示，為三個 橢面鏡52、_二2她、包括有一第—橢面鏡51、一第二 62、-第三二：橢：：53二-第-光源6卜一第二光源 光導管4〇。m二碘、刀光f 7卜一反射鏡72、、以及一 53之内侧# s = 51、第二橢面冑52以及第三橢面鏡 51、第二一全反射膜，以反射入射於第-橢面鏡 第二/面鏡52與第三橢面鏡53之光線。 焦點性ΐ露的合光系統，同樣利用搞圓的 處，而將第二光62^ 1置於第一糖面鏡51之第-焦點 第一擴菊^ ^ ί於第二擴面鏡52之第一焦點處， 圓，使苐1 ::二鏡52所放置的位置恰形成-橢 點互相重義:松=她$，一焦點與第二擴面鏡5 2的第二焦. 弟 一 ' '、、、 第一焦點 互相重疊 橢面鏡.51的第二焦點與第二橢面鏡72:

第13頁 588163 _案號91123415_年月曰 修正_ 五、發明說明（9) 而第三光源6 3係置於第三橢面鏡5 3之第一焦點處。第 一橢面鏡5 1與第二橢面鏡5 2所形成之橢圓之短軸與第三橢 面鏡之橢圓之長轴係重疊， 而光導管4 0則位於第三橢面鏡5 3之第二焦點處，用以 將經過合光過程後的光線，導引至下一個光學系統中，光 導管可視系統所需的元件而使用，亦可為一稜鏡。 分光器7 1係位於第一橢面鏡5 1以及第二橢面鏡5 2所形 成之橢圓平面之長轴與短軸交會處，用以反射來自第一焦 點與第二焦點之光線，而未反射而自分光器7 1透射之光線 則將經由橢面鏡的反射而由分光器7 1反射至光導管4 0中。 而反射鏡係用以將散射出去的光線再度反射回分光器，以 減少光線的損失。 第一光源6 1與第二光源6 2所發出的光線之路徑與匯聚 過程如第一實施例所述。而第三光源6 3經由第三橢面鏡5 3 反射後，同樣經由分光器7 1的作用匯聚於光導管處。 本實施例所揭露之合光系統，並不一定要同時運用三 個光源，而僅利用一個或兩個光源，利用橢面鏡之焦點特 性，即可提高合光之效率。同樣地，在分光器部分，可在 靠近第二橢面鏡一侧鍍上一分光柵（圖中未示），使得光 線在進入光導管前，即可分離為紅光、綠光、白光。 本發明所揭露的合光系統，係利用流明數較低之光 源，經過光學反射原理將不同流明數的光源之功率相加， 以得到較大功率輸出。然而，本發明之實際應用，亦可僅 打開其中一個光源，在每一個光源處設計一功率檢測電路 與一切換電路，當其中一個光源之使用壽命降低時，另一

588163 92.12. 12 _案號91123415_年月曰 修正_ 五、發明說明（10) 個光源極可自動切換。亦可以採用手動切換開關之方式， 提供使用者選擇不同的光源，兩組光源亦可採用不同的輸 出流明，以適用不同情況之照明。因此，可以藉由光源之 切換，而達到較長使用壽命之目的。 【發明之功效】 本發明所揭露的合光系統所產生的合光效果，藉由橢 圓之雙焦點特性，使得光線不經由第一焦點出發或第二焦 點出發，最後，將會匯聚於另一焦點，再透過一導光裝置 將光線導引至光輸侧輸出。亦即，本發明所揭露的合光系 統，其合光效率至少達1 . 5以上，與習知技術相較提提高 許多。 此外，本發明所揭露之架構，減少習知技術中光導管 的配置，在架構上較為精簡，製造容易，有利於零件模組 成本之降低。 雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明 之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定 者為準。

588163 修正 案號 91123415 圖式簡單說明 第1圖，為習知合光系統之架構圖； 第2圖，係為本發明所揭露之合光系統之第一較佳實施例 之架構圖； 第3A圖，係為本發明所揭露之合光系統之第一光源發出的 光線匯聚之過程； 第3 B圖，係為本發明所揭露之合光系統之第二光源發出的 光線匯聚之過程； 第4圖，係為本發明所揭露之合光系統之光線匯聚之過 程；

第5圖，係為本發明所揭露之合光系統之導光裝置之另一 實施例； 第6圖，係為本發明所揭露之合光系統之導光裝置之另一 實施例；以及 第7圖，係為本發明所揭露合光系統之第二較佳實施例之 糸統圖。 【圖示符號說明】 11 第一拋物面鏡 12 第二拋物面鏡 21 第一光源

2 1 A 光線 2 1 B 光線 2 2 第二光源 2 2 A 光線 2 2 B 光線

第16頁 588163 12. 12 案號91123415_年月日 修正 圖式簡單說明 40 光導管 51 第一橢 面鏡 52 第二橢 面鏡 53 第三橢 面鏡 61 第一光 源 61 A 光線 61B 光線 62 第二光 源 62A 光線 62B 光線 63 第三光 源 71 分光器 72 反射鏡 73 稜鏡 621 光轴 622 光轴

Claims (1)

1. 588163 92. 12. 12 _案號91123415_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 1. 一種合光系統，包括有： 一第一燈源，位於一橢圓之一第一焦點處；以及 一導光裝置，位於該橢圓之長短與短轴之交會處， 用以將該第一燈源所發出之光線匯聚至該橢圓之短軸延 伸處其中之一側輸出。 2 .如申請專利範圍第1項所述之合光系統，其中該第一燈 源更包含有一第一燈罩，用以將該對應之第一燈源所產 生之光線匯聚至該導光裝置。 3 .如申請專利範圍第2項所述之合光系統，其中該第一燈

   罩係於該橢圓上形成一第一橢面，該第一燈源係配置於 該第一橢面之該第一焦點上。 4.如申請專利範圍第1項所述之合光系統，其中更包含一 第二燈罩，配置於該第一燈罩之相對侧。 5 .如申請專利範圍第4項所述之合光系統，其中該第二燈 罩係於該橢圓上形成一第二橢面，使該第一燈源所發出 之光線匯聚至該第二橢面之一第二焦點處。 6 .如申請專利範圍第5項所述之合光系統另包含有一第二

   燈源，位於該第二橢面之該第二焦點處，該第二燈罩係 用以將該第二燈源所發出之光線匯聚置該第一燈罩之該 第一焦點處。 7.如申請專利範圍第1項所述之合光系統，其中該導光裝 置更包括有： 一分光器，係配置於該橢圓之中心處；以及 一反射鏡，係配置於該橢圓短軸延伸處之另一側。

   第18頁 588163 a2, 12. 12 _案號91123415_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 8 .如申請專利範圍第7項所述之合光系統，其中該反射鏡 係為一平面鏡。 9 .如申請專利範圍第8項所述之合光系統，其中該反射鏡 係為一橢面鏡。 1 0 .如申請專利範圍第1項所述之合光系統，其中該導光裝 置係為一稜鏡。 11. 一種合光系統，包括有：

   二燈源，分別位於一橢圓之二焦點處；以及 一導光裝置，位於該橢圓之長短與短轴之交會 處，用以將該二燈源所發出之光線匯聚至該橢圓之短 軸延伸處其中之一側輸出。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項所述之合光系統，其中該二燈 源分別具有一燈罩，用以將該對應之燈源所產生之光 線匯聚至該導光裝置。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之合光系統，其中該二燈 罩係分別地形成一第一橢面及一第二橢面，該二燈源 係分別地配置於該第一橢面之一第一焦點及該第二橢 面之一第二焦點上。

   1 4 .如申請專利範圍第1 1項所述之合光系統，其中該導光 裝置更包括有： 一分光器，係配置於該橢圓之中心處；以及 一反射鏡，係配置於該橢圓短轴延伸處之另一 側。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之合光系統，其中該反射

   第19頁 588163 案號 91123415 92. 12. 12 年 月 日 修正 六、申請專利範圍 鏡係為一平面鏡。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所述之合光系統，其中該反射 鏡係為一橢面鏡。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述之合光系統，其中該橢面 鏡更包括有一燈源位於該橢面鏡之一第三焦點處。 1 8 .如申請專利範圍第1 1項所述之合光系統，其中該導光 裝置係為一稜鏡。

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