TWI230805B - Lighting optical system and projector using the same - Google Patents

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TWI230805B
TWI230805B TW091103468A TW91103468A TWI230805B TW I230805 B TWI230805 B TW I230805B TW 091103468 A TW091103468 A TW 091103468A TW 91103468 A TW91103468 A TW 91103468A TW I230805 B TWI230805 B TW I230805B
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optical system
light
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TW091103468A
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Hisashi Iechika
Takeshi Takizawa
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Description

1230805 A7 ___B7 _________ 五、發明説明（彳） 【產業上之技術區域】 本發明’是關於照明光學系及使用該光學系之投影機 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 【技術背景】 第1 1圖，是顯示以往之投影機的槪略說明圖。該投 影機’具備有：照明光學系5 2 0、及色光分離光學系 530、及中繼光學系540、及3片液晶面板550R 、550G、550B、及交叉分色稜鏡560、以及投 射光學系5 7 0。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 照明光學系5 2 0，係具備有光源單元5 1 0、及第 1與第2透鏡陣列5 2 1、5 2 2、及偏光轉換元件 5 2 3、及重疊透鏡524。第1透鏡陣列521，是含 有複數個小透鏡，將來自光源單元5 1 0之光分割爲複數 個光線束。第2透鏡陣列5 2 2及重疊透鏡5 2 4，是使 第1透鏡陣列之各小透鏡之像，成像於液晶面板上。又， 重疊透鏡5 2 4，是使各光線束重疊於液晶面板5 5 0 R 、550G、550B上。又，藉由偏光轉換元件523 ’使得由照明光學系5 2 0所射出之光的偏光方向，可一 致於單一種類的偏光方向。
由照明光學系5 2 0所射出之光W，在色光分離光學 系530，被分離成紅（R)、綠（G)、藍（B)等3 色光。各色光R、G、B，分別夾介平行化透鏡5 34、 535、536，射入3片液晶面板550R、550G 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 1230805 A7 B7 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、5 5 0B。又，藍色光b，是通過中繼光學系540而 射入液晶面板5 5 〇B。液晶面板5 5 OR、5 5 0G、 5 5 0 B，依據所給與的影像資訊，將各色光R、G、B 予以調變。被調變後之各色光，是藉由交叉分色稜鏡 5 6 0而被合成，再藉由投射光學系5 7 0將合成光投射 銀幕上。 投影機’係具備有用以裝載上述各光學零件之基框（ 圖示省略）。並且，各光學零件，是藉由被設置在基框之 凹部或凸部等之定位部所定位。 然而’如上述之投影機中，因應機種得變更光學系或 基框。例如’當因應機種，變更投射光學系或液晶面板等 ’隨著該變更，照明光學系也得變更。然後，隨著投影機 之光學系的變更，基框也要變動。也就是說，在以往，對 於每一光學系相異之機種，就得準備專用的基框。因此， 在以往，對於投影機之設計變更上，具有必須十分費時之 問題。而且，此一問題，並非僅侷限於投影機，乃共通於 具備照明光學系之裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【發明所欲解決之課題】 本發明，是用以解決在先行技術之上述課題而發明， 其目的是在提供一種可以容易對投影機等之具備照明光學 系裝置進行設計變更。 用以解決上述課題之至少一部分，本發明之第1裝置 ，係針對於用以照明特定照明區域之照明光學系，以具備 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 1230805 A7 B7 五、發明説明（4) 裝置予以緊緻地構成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於上述之裝置，構成上述重疊透鏡系之各透鏡，也可 以以使用彈性構件來安裝在上述基框之方式。 或者是，於上述之裝置，在構成上述重疊透鏡系的複 數個透鏡之中，以至少有1個透鏡是使用彈性構件來安裝 在上述基框之方式亦可。 如此一來，則可以容易地進行透鏡之裝卸。 又，於上述之裝置，在構成上述重疊透鏡系的複數個 透鏡之中，以至少有1個透鏡是夾介用以夾持上述透鏡之 夾持框來安裝在上述基框之方式亦可。 如此一來，則可以使透鏡容易地被安裝於基框。 於上述之裝置，於上述夾持框與上述基框，以分別設 有用來將上述夾持框導引於上述基框之第1導引部與第2 導引部，並在上述2個導引部之間，形成有一定之間隙， 而能夠於上述一定之間隙內調整與上述夾持框之光軸呈正 交方向上的位置，並且藉由上述定位部來決定上述夾持框 之上述光軸方向上的位置爲理想。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 若依此實施，由於能夠調整與構成重疊透鏡系之透鏡 光軸呈正交方向之位置，所以特定之照明區域與照明光學 系之照射區域有偏離於上下方向或是左右方向之情形時， 可以將照明光學系之照射區域整合一致於液晶面板之有效 顯示區域。 於上述之裝置，夾介上述夾持框被安裝在述基框之上 述至少1個透鏡，是包含有上述第2透鏡爲理想。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1230805 B7 五、發明説明（7) 、410G、410B、及交叉分色稜鏡420、及投射 光學系4 0。 第2圖，是將第1圖所示之照明光學系3 0 0予以放 大的說明圖。照明光學系3 0 0 ’是具備有光源單元2 0 、及第1與第2透鏡陣列320、340、及遮光板 3 5 0、及偏光轉換元件陣列3 6 0、及重疊透鏡系 - 3 7 0° 光源單元20，是具備光源燈210及凹面鏡212 。來自光源燈2 1 0呈放射狀所射出之光（放射光），是 藉由凹面鏡2 1 2所反射。反射光爲約略平行光線束，朝 向第1透鏡陣列3 2 0射出。又，作爲光源燈2 1 0，可 以使用鹵素燈、複金屬燈、高壓水銀燈。又，作爲凹面鏡 2 1 2者，可以使用拋物面鏡。 第1透鏡陣列3 2 0，具有將來自光源單元2 0所射 出約略平行之光線束分割成複數個部分之光線束之機能。 第3圖是顯示第1透鏡陣列3 2 0之外觀的說明圖。第3 圖（A)爲正面圖、第3圖（B)爲側視圖。第1透鏡陣 列320，具有排列成縱方向2xN列（在此N=4)、 橫方向Μ行（在此Μ = 1 0 )之矩陣狀的複數個矩形小透 鏡3 2 1。由光之前進方向觀察各小透鏡3 2 1時所見之 外型形狀，是與作爲照明區域（被照明體）之液晶面板 4 1 0 R、4 1 0 G、4 1 0 Β之外型形狀大致相似。例 如，液晶面板之有效顯示區域（影像成形區域）之縱橫比 (橫與縱之寸法比）爲4 ·· 3之時，各小透鏡3 2 1之縱 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-10- 1230805 A7 ___ B7__ 五、發明説明（8) 橫比亦設定爲4 : 3。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第2透鏡陣列3 4 0 (第2圖），係與重疊透鏡系 3 7 0 —起，具有將第1透鏡陣列之各小透鏡之影像成像 於液晶面板上之機能。第2透鏡陣列3 4 0是與第1透鏡 陣列3 2 0大致相同，具有與構成第1透鏡陣列3 2 0之 小透鏡數量相同數量之小透鏡3 4 1。又，第1及第2透 鏡陣列3 2 0、3 4 0，亦稱之爲積分透鏡（integrator lens ) 〇 偏光轉換元件陣列3 6 0 (第2圖），具備有2個部 分偏光轉換元件陣列3 6 1、3 6 2。2個部分偏光轉換 元件陣列（以下，亦僅稱之爲「部分元件陣列」），是對 光軸呈對稱配置。又，在以下，雖僅注重於對第1部分元 件陣列3 6 1做說明，但該說明對於第2部分元件陣列 3 6 2亦相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第4圖是第1部分偏光轉換元件陣列3 6 1之外觀的 立體圖。第1部分元件陣列3 6 1，是具備有偏光光束分 光陣列3 6 3，以及選擇性被配置在偏光光束分光陣列 3 6 3之光射出面的λ/2相位差板3 6 4 ( λ爲光波長 )。偏光光束分光陣列3 6 3，是被貼合具有複數個平行 四邊形斷面之柱狀的透光性構件3 6 5所形成。在各透光 性構件3 6 5之界面，交互地形成有偏光分離膜3 6 6與 反射膜3 6 7。λ / 2相位差板3 6 4，是選擇性地貼附 在對應偏光分離膜3 6 6之區域。 部分元件陣列3 6 1，具有將射入之無偏光光線轉換 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1230805 A7 _ B7 五、發明説明（9) 成1種類之直線偏光光線（S偏光光線或是p偏光光線） 而射出之機能。第5圖，是將第4圖所示之第1部分偏光 轉換元件陣列3 6 1的一部分予以放大的說明圖。射入部 分元件陣列3 6 1之光射入面，含有s偏光成分與p偏光 成分之非偏光光線（具亂射偏光方向之光線），是藉由偏 光分離膜3 6 6而分離成s偏光光線與p偏光光線。s偏 光光線，是藉由偏光分離膜3 6 6而反射，再藉由反射膜 3 6 7反射後而射出。另一方面，P偏光光線，是透過偏 光分離膜366，藉由λ/2相位差板364，轉換成s 偏光光線後而射出。因此，要由部分元件陣列3 6 1，僅 射出s偏光光線。又，要由部分元件陣列3 6 1僅射出ρ 偏光光線時，只要將λ / 2相位差板3 6 4，選擇性地配 置在對應於反射膜3 6 7之區域。又，也可以取代λ / 2 相位差板，而使用λ / 4相位差板來使偏光方向一致亦可 。又，將所期望之相位差板，設置在Ρ偏光光線之射出面 與s偏光光線之射出面雙方來使偏光方向一致亦可。 又，如第4圖所示，包含有相鄰1組偏光分離膜 366及反射膜367，以及1個λ/2相位差板364 之塊體，可視爲1個偏光轉換元件3 6 8。第1部分偏光 轉換元件陣列3 6 1，是使該偏光轉換元件3 6 8在正交 於光線進行方向上以排列複數個而構成。 遮光板3 5 0 (第2圖），是在偏光轉換元件陣列 3 6 0之射入面，具有讓光線僅射入對應於偏光分離膜 3 6 6區域之機能。第6圖是顯示遮光板3 5 0之正面圖 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-12- 1230805 A7 B7 __ __ 五、發明説明（七 。遮光板350，是在大致呈矩形之板狀體，設有複數個 開口部3 5 1而構成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 重疊透鏡系3 7 0 (第2圖），是含有以一定間隔配 置的2個透鏡371、372，具有使來自偏光轉換元件 陣列3 6 0所射出的複數部分的光線束，重疊於液晶面板 410R、410G、410B上之機能。又，在本實施 例之照明光學系3 0 0，如第1圖所示，是在第1透鏡 3 7 1與第2透鏡3 7 2之間，配置反射鏡3 7 9。反射 鏡3 7 9，是將從第1透鏡3 7 1所射出之光線，以大致 呈直角屈曲反射，導入於色光分離光學系3 8 0之方向。 如此地，藉由使用反射鏡3 7 9，可以使投影機緊緻地構 成。又，沒有需要曲折光線進行方向時，則省略反射鏡 3 7 9 ° 如上述，由光源單元2 0所射出略呈平行之光線束， 藉由第1透鏡陣列3 2 0，而被分割成複數個部分光線束 2 0 2。然後，各部分光線束2 0 2，經由第2透鏡陣列 3 4 0，在靠近偏光轉換元件陣列3 6 0之偏光分離膜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 6 6處集光。射入偏光轉換元件陣列3 6 0的複數個部 分光線束，變換成1種類之直線偏光光線而射出。然後， 由偏光轉換元件陣列3 6 0所射出之複數個部分光線束， 藉由重疊透鏡系3 7 0，重疊於液晶面板4 1 0 R、 4 1 0G、4 1 0B上。又，在本實施例中，由照明光學 系所射出之光線，由於被集合一致成1種類之偏光方向， 所以於液晶面板，可以將光線有效地利用。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 1230805 A7 _ B7 五、發明説明（〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 色光分離光學系38 0(第1圖），是具備有2個分 色反射鏡382、386、及反射鏡384，具有將來自 照明光學系3 0 0所射出之光，分離爲紅、綠、藍等3色 光之機能。第1分色反射鏡3 8 2，是使由照明光學系 3 0 0所射出之光線之中，讓紅色光成分透過之同時，使 藍色光成分與綠色光成分反射。透過第1分色反射鏡 3 8 2之紅色光，在反射鏡3 8 4被反射，通過平行化透 鏡4 0 0而到達紅色光用之液晶面板4 1 0 R。平行化透 鏡4 0 0，是具有將由照明光學系3 0 0所射出之各部分 光線束，相對其主光線（中心之光線）變換成平行之部分 光線束之機能。又，設置在其他液晶面板4 1 0 G、 4 1 0 B之光射入面側的平行化透鏡4 0 2、4 0 4亦爲 相同功用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第1分色反射鏡3 8 2含有被反射後的藍色光成分 及綠色光成分之光線之中，藉由第2分色反射鏡3 8 6所 反射後之綠色光，係通過平行化透鏡4 0 2而到達綠色光 用之液晶面板4 1 0 G。另一方面，透過第2分色反射鏡 386之藍色光，通過中繼光學系390，也就是，通過 入射側透鏡3 9 2與第1反射鏡3 9 4與中繼透鏡3 9 6 與第2反射鏡3 9 8，然後再通過平行化透鏡4 0 4而到 達藍色光用之液晶面板4 1 0B。又，中繼光學系，是用 來防止由於光線擴散等起因所造成藍色光利用效率降低而 設置。 3片液晶面板4 1 0 R、4 1 0 G、4 1 〇 B，是依 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） -14- 1230805 A7 B7 五、發明説明（^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 據所給與之影像資訊（影像信號），具有調變光線之機會g 之光調變裝置（光調變元件）。射入3片液晶面板之各色 光，是依據所給與之影像資訊被調變而形成各色影像。又 ，在各液晶面板之光射入面側以及光射出面側，設有沒有 圖示出之偏光板。液晶面板與2片偏光板之群組，是被稱 之爲液晶光閥。 由3片液晶面板4 1 0 R、4 1 0 G、4 1 0 B所射 出的3色調變光，是射入於交叉分色稜鏡4 2 0。交叉分 色稜鏡4 2 0，是將3色之調變光合成，產生顯現彩色影 像之合成光。亦即，交叉分色稜鏡420，是具有作爲色 光合成稜鏡之機能。合成光，是以投射光學系4 0之入射 瞳之方向而射出。 投射光學系4 0，是包含有複數個透鏡之組裝體。投 射光學系4 0，是將在交叉分色棱鏡4 2 0所得之合成光 投射至銀幕上。藉此，在銀幕上顯示彩色影像。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 如上所述，投影機，具備有複數個光學零件（光學元 件）。並且，投影機，具備有用以裝載複數個光學零件之 基框（亦稱之爲「光導向設備（light guide)」）。各光 學零件，是由被設置在基框之凹部或凸部等之定位部而被 定位。又，關於基框，於後更詳述之。 A - 2 · 照明光學系之設計： 如前所述，投影機，得因應機種而變更光學系。例如 ，當因應機種，變更投射光學系或液晶面板等，隨著該變 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 1230805 A7 B7 五、發明説明（^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 更，照明光學系之F數値或倍率等也得變更。並且，在以 往，隨著投影機之光學系的變更，基框也得變更。亦即， 在以往，必須依每一種不同光學系之機種，準備專用的基 框。如此地，必須要有專用之基框，是由於如第1 1圖所 示，在以往之投影機中，重疊透鏡系是僅由1個重疊透鏡 5 2 4構成所致。也就是，在變更照明光學系之F數値或 倍率時，就要去變更重疊透鏡5 2 4之曲率，同時必須變 更其配置。然而，對於已決定好多數光學零件之配置位置 之基框而言，重疊透鏡5 2 4之變更，是難以不干涉其他 光學零件配置。如此，就以往之投影機而言，設計變更之 自由度極低。 在此，在本實施例之投影機中，藉由以2個透鏡 3 7 1、3 7 2來構成重疊透鏡系，來提高設計變更之自 由度。具體而言，是無須變更構成重疊透鏡系各透鏡的位 置，就能夠變更照明光學系之F數値或倍率。因此，在相 異機種之間得以利用通用之基框，其結果，可以使投影機 之設計變更容易進行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖是以模式圖方式顯示重疊透鏡系3 7 0之機能 的說明圖。如圖示，構成重疊透鏡系3 7 0的2個透鏡， 是隔以一定距離D而設置。 照明光學系300之F數値，大多以f 0/(2 · d )表示。在此，「f〇」，是從重疊透鏡系370之主點 (第2主點）Η到成像側焦點（液晶面板4 1 0 R、 410G、410B)之距離。「2·d」爲光線束之尺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16 - 1230805 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（& 寸（寬幅），是由光源單元2 0所決定。亦即，以2個透 鏡371、372所構成之重疊透鏡系370，是等價於 具備有被設置在2個透鏡間之1焦點距離f 0的假想透鏡 (聚光鏡（condenser lens))。 例如，若將第2透鏡3 7 2之表面曲率假設爲零之平 面，則假想透鏡之位置，是位於第1透鏡3 7 1之位置。 此時，照明光學系之F數値，大致以f 1 / ( 2 · d )表 示。且，「f 1」，是由第1透鏡3 7 1至液晶面板 4 1 〇 R、4 1 0 G、41 0 B之距離，爲在該假設例中 ，第1透鏡3 7 1之焦點距離。相反的，若將第1透鏡 3 7 1之表面曲率假設爲零之平面，則假想透鏡之位置， 爲第2透鏡3 7 2之位置。此時，照明光學系之F數値， 大致以f2/(2.d)表示。又，「f2」，是由第2 透鏡372至液晶面板410R、410G、410B之 距離，爲在該假設例中第2透鏡3 7 2之焦點距離。 由上述之說明可得知，藉由變更2個透鏡3 7 1、 3 7 2之表面曲率，可將假想透鏡之位置，設定在2個透 鏡371、372間之所期望的位置上。換言之，藉由變 更2個透鏡371、372之焦點距離，是無須變更2個 透鏡的配置，就能夠將照明光學系3 0 0之F數値設定在 所期望之値。又，若採用負曲率之透鏡時，則亦能夠將假 想透鏡之位置，設定在2個透鏡的外側位置。 在以下，說明當因應機種，投射光學系或液晶面板需 要被變更之情形。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 暴
、1T
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -17- 1230805 A7 B7 五、發明説明（士 ~^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (a )當因應機種，投射光學系4 〇iF數値被變更 之情形下，也必須變更照明光學系3 〇 〇iF數値。亦即 ，投射光學系4 0之F數値，是與照明光學系3 〇 數値大致相同，或是被設定在其以下。此時，投射光學系 4 0，具有與照明光學系3 0 〇大致同等以上之明亮度。 將投射光學系4 0之F數値變成較小之情形時，照明 光學系3 0 0之F數値亦變更成較小。具體而言，是使構 成重疊透鏡系3 7 0之第1透鏡3 7 1的焦點距離設定在 比較大的値。又’第2透鏡3 7 2之焦點距離，以設定在 比較小的値爲理想。此時’假想透鏡之位置，是被設定在 比較接近液晶面板的位置，而能夠將照明光學系之fT數値 設定成較小。 又，透鏡之焦點距離，藉由變更透鏡之屈折率或曲率 而能夠調整。例如，將透鏡之焦點距離設定成較小之情形 時，只要增大透鏡之屈折率，或增大透鏡之曲率 (=1/半徑）。 (b)當因應機種，液晶面板4 1 OR、4 1 0G、 經濟部智慧財產局g (工消費合作社印製 4 1 0 B之構成被變更之情形下，也必須變更照明光學系 3 0 0之F數値。液晶面板，爲了增大光線之通過量，有 時在內部具備有微透鏡。 液晶面板具備有微透鏡之情形時，照明光學系3 0 〇 之F數値便被設定成較大値。具體而言，是使第1透鏡 3 7 1之焦點距離被設定成較小値。又，第2透鏡3 7 2 之焦點距離，是以設定成大於第1透鏡3 7 1之焦點距離 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇x297公釐） -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1230805 A7 __B7 五、發明説明（士 之値爲理想。此時，假想透鏡之位置，是被設定在離液晶 面板較遠之位置，就能將照明光學系之F數値設定成較大 。其結果，可以抑制照明光學系之明亮度之同時，也可以 使得於微透鏡不會產生光擴散。 另一方面，對液晶面板不具備有微透鏡之情形時，照 明光學系3 0 0之F數値便設定成較小値。具體而言，是 使第1透鏡3 7 1之焦點距離被設定成較大値。又，第2 透鏡3 7 2之焦點距離，是以設定成小於第1透鏡3 7 1 之焦點距離之値爲理想。此使，假想透鏡之位置，是被設 定在比較接近液晶面板之位置，就能將照明光學系之F數 値設定成較小。其結果，液晶面板，可以有效地利用照明 光。 (c )當因應機種，液晶面板之尺寸被變更之情形下 ，也必須變更照明光學系3 0 0之倍率。在此，所謂照明 光學系3 0 0之倍率，是意指液晶面板4 1 0 R、 4 1 0G、4 1 0B之尺寸相對於第1透鏡陣列3 2 0之 各小透鏡3 2 1之尺寸之比。所謂倍率，是將第1透鏡陣 列3 2 0之各小透鏡3 2 1的焦點距離當作爲f a時，大 致以f 0/ f a表不。 當使液晶面板之尺寸變大時，照明光學系3 0 0之倍 率也變大。具體而言，是使第2透鏡3 7 2之焦點距離被 設定成較大値。又，第1透鏡3 7 1之焦點距離，是以設 定成較小之値爲理想。另一方面，當使液晶面板之尺寸變 小時，照明光學系3 0 0之倍率也變小。具體而言，是使 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-19- 1230805 Α7 Β7 五、發明説明（β 第2透鏡3 7 2之焦點距離被設定成較小値。又，第1透 鏡3 7 1之焦點距離，是以設定成較大値爲理想。 又，因應機種要將液晶面板之尺寸予以變更時，也可 以變更構成重疊透鏡系3 7 0之各透鏡的焦點距離，同時 藉由變更第1透鏡陣列3 2 0之各小透鏡3 2 1之尺寸或 焦點距離，來變更照明光學系之倍率。 如此地，變更照明光學系3 0 0之F數値時，主要是 變更設於較近於光源單元2 0位置之第1透鏡3 7 1的焦 點距離。又，變更照明光學系3 0 0之倍率時，主要是變 更設於較遠於光源單元2 0位置之第2透鏡3 7 2的焦點 距離。此乃由於，第1透鏡3 7 1於變更照明光學系 3 0 0之F數値能力較高於第2透鏡3 7 2，第2透鏡 3 7 2於變更照明光學系3 0 0之倍率能力較高於第1透 鏡3 7 1。換言之，設在較近於光源單元2 0位置的第1 透鏡3 7 1 ，主要具有決定照明光學系之F數値之機能， 而設於較遠位置的第2透鏡3 7 2，則主要具有決定照明 光學系之倍率之機能。 第8圖，是在基框裝載有重疊透鏡系3 7 0時之模樣 的說明圖。如圖所示，在本實施例中，於投影機之筐體內 部，構成重疊透鏡系370的2個透鏡371、372， 爲能夠裝卸地被固定在基框1 0 0。具體而言，在基框 1 00，是被設有2個溝1 1 0、1 30以及2個直立壁 120、140，來作爲將2個透鏡371、372定位 之定位部。又，2個溝1 1 0、1 3 0之間之距離，以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Ρ. 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 -20- 1230805 A7 B7 五、發明説明（^ 2個直立壁1 2 0、1 4 0之間之距離，是被設定爲一定 之距離D(第7圖）。第1透鏡371 ，是藉由夾持直立 壁1 2 0與第1透鏡3 7 1之彈性夾1 6 0所固定。同樣 地，第2透鏡372，是藉由夾持直立壁140與第2透 鏡3 7 2之彈性夾1 7 0所固定。又，於直立壁1 2 0、 1 4 0，分別形成有使光通過之開口 1 2 1、1 4 1。 如此地，利用彈性構件之彈性力，藉由能夠將構成重 疊透鏡系3 7 0之各透鏡3 7 1、3 7 2裝卸於基框 100，使各透鏡371、372，可以容易地更換具有 不同焦點距離（有不同曲率）之透鏡。 如以上所說明，本實施例之投影機，具備有：照明光 學系3 0 0、及依據影像資訊，用以將來自照明光學系所 投與之光線予以調變之液晶面板4 1 0 R、4 1 0 G、 4 1 0 B、及投射調變後之光線之投射光學系4 0、及裝 載有從照明光學系至投射光學系之光線路徑上所配置的複 數個光學零件之基框1 0 0。並且，照明光學系3 0 0， 係含有光源單元2 0、及包含複數個小透鏡3 2 1 ，用以 將由光源單元所射出之光線分割成複數個光線束之第1透 鏡陣列3 2 0、及將複數個光線束重疊於液晶面板上之重 疊透鏡系370。基框100，係具備有用以將重疊透鏡 系定位之溝1 10、130或直立壁120、140等之 定位部。重疊透鏡系370，是由2個透鏡371 、 3 7 2所構成，在比較接近光源單元2 0之位置，設有主 要作爲決定照明光學系之F數値的第1透鏡3 7 1 ，在比 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - A7 1230805 B7 五、發明説明（^ 較遠離光源單元2 0之位置，設有主要作爲決定照明光學 系之倍率的第2透鏡3 7 2。 又，在本實施例中，基框1 0 0，雖裝載有從照明光 學系至投射光學系之光線路徑上所配置的複數個光學零件 ，但取而代之，以使用僅裝載照明光學系之部分基框之方 式亦可。若爲此種情形時，則部分基框，至少裝載有從第 1透鏡陣列至重疊透鏡系爲止之光線路徑上所配置的複數 個光學零件。並且，部分基框，再被裝載於整體基框上。 在上述之投影機中，因應投射光學系或液晶面板之更 動，藉由變更構成重疊透鏡系之各透鏡的焦點距離，而無 須變更重疊透鏡系3 7 0之配置，就能夠變更照明光學系 3 0 0之F數値倍率。因此，在不同機種間，可以使用共 通之基框，此結果，能夠容易地進行投影機之設計變更。 而且，隨著照明光學系之變更，亦具有毋需變動投影機整 體光學系之尺寸便可完成之優點。 又，於以往之投影機，重疊透鏡系是僅由1個透鏡所 構成。如此之情形時，透鏡厚度有較厚之傾向。透鏡厚度 較厚時，由於收縮差之關係，所顯示之影像較會產生偏離 。然而，在本實施例中，由於重疊透鏡系是由較薄的2個 透鏡所構成，所以收縮差小，而能夠降低顯示影像之偏離 〇 又，雖說照明光學系之倍率，是以照射於液晶面板有 效顯示區域之整體區域之方式所決定，但實際上，並無法 使該有效顯示區域之整體區域都被照射到，因此有時候會 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 1230805 A7 ______ B7 ___ 五、發明説明（& (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 導致產生有顯示陰影。在如此之情形時，也能夠藉由變更 照明光學系之F數値，來變更照明光學系之倍率，以使液 晶面板有效顯示區域之整體區域均被光線所照射之方式來 調整。亦即，藉由變更照明光學系之F數値，就能夠實質 地變更照明光學系之倍率。 B . 第2實施例： 第9圖，是於第2實施例之重疊透鏡系3 7 0A的說 明圖。該重疊透鏡系370A，是由3個透鏡所構成。具 體上，是在第1實施例中之2個透鏡371、372之間 ，追加第3透鏡（凹透鏡）3 7 3。以如此之方式，要以 3個以上之透鏡來構成重疊透鏡系3 7 0 A也可以。一般 而言，重疊透鏡系是至少包含2個透鏡即可。又，如第1 實施例，只要以2個透鏡構成重疊透鏡系，由於構造簡單 ’具有容易進行重疊透鏡系之設計變更之優點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 重疊透鏡系由3個以上的透鏡所構成時，亦是以在最 接近光源單元之位置，設置主要作爲決定照明光學系之F 數値的第1透鏡設，在最遠離光源單元之位置，設置主要 作爲決定照明光學系之倍率的第2透鏡爲理想。 又，構成重疊透鏡系的各透鏡，爲能夠容易地進行更 換，以設置成可以對基框進行裝卸之方式爲理想。 C · 第3實施例： 在第1實施例中，構成重疊透鏡系3 7 〇之各透鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) '一- ~ -23- 1230805 A7 _^_B7 ___ 五、發明説明（2)1 (諸先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 371、372，是直接被裝載在基框100，取而代之 地，也可以夾介夾持框來裝載。 i 第1 0圖，是使用夾持·框，將第2透鏡3 7 2裝載於 基框之樣態的說明圖。如圖所示，第2透鏡3 7 2，是藉 由夾持框70所夾持。具體而言，第2透鏡372 ’是使 其周緣嵌入在夾持框7 0內，在其底部以夾件7 9來固定 〇 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 在夾持框7 0之兩側面，設有用以將夾持框7 0導引 於基框1 0 0 A之卡合部（第1導引部）7 1。相對於此 ，在基框1 0 0A，形成有與夾持框7 0的2個卡合部 71卡合的2個被卡合部（第2導引部）101。又，被 卡合部1 0 1 ，形成有朝上方開口之細縫狀。卡合部7 1 ，是由上方而被插入於被卡合部1 0 1內，卡合部7 1與 被卡合部1 0 1之間，形成有餘裕量（間隙）。具體而言 ，在卡合部7 1與被卡合部1 〇 1之間，於上下方向及左 右方向（亦即，與光軸成正交之方向），形成有餘裕量。 另一方面，在卡合部7 1與被卡合部1 0 1之間，於前後 方向（亦即，光軸方向）則不設餘裕量。又，餘裕量之大 小，在左右方向以設定爲± 1 m m〜± 2 m m爲理想。 又，在夾持框7 0下面，設有2個圓柱狀的凸部7 2 。相對於此，在基框1 0 0 A之底面，形成有與夾持框 70之2個凸部72卡合的2個長孔102。又，長孔 1 0 2之短邊，是被設定於光軸方向，長邊則被設定爲與 光軸正交之方向。並且，長孔1 0 2之短邊尺寸，是設定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 1230805 A7 B7 五、發明説明（d 成與圓柱狀凸部7 2之直徑尺寸大致相等。 在夾持框7 0的上面，形成有可藉由治具來操作夾持 框的2個孔7 3。2個孔7 3，是用以讓構成治具之一對 爪9 0之先端部來插入。治具，乃藉由將一對爪9 0之先 端部予以開啓閉合，可以撐取或放離夾持框7 0。 當夾持框7 0藉由治具而被裝載於基框1 Ο 0A時， 是使夾持框7 0之卡合部7 1卡合於基框1 Ο 0A之被卡 合部1 0 1，使夾持框7 0之凸部7 2卡合於基框 100A之長孔102。此時，夾持框70 (第2透鏡 3 7 2 )，相對於基框1 0 0 A，僅可以移動於與光軸方 向正交之方向上的餘裕量大小，而抑制在光軸方向之移動 。並且，藉由讓夾持框7 0在與光軸方向呈正交之方向上 移動，來進行第2透鏡之位置調整。又，該位置調整作業 ，例如，是利用操作使治具在三次元方向移動之移動裝置 來進行。 當第2透鏡之位置調整完畢後，夾持框7 0，是被固 定在基框1 0 0A。具體而言，在卡合部7 1之側面（與 被卡合部101近接之側面），形成有可充塡接著劑之凹 部7 5，藉由將接著劑充塡於凹部7 5，使卡合部7 1與 被卡合部101接著固定。 如以上所說明’在本實施例中，第2透鏡3 7 2，是 夾介夾持框7 0，而被安裝在基框中。如此一來，就可以 容易地將構成重疊透鏡系之各透鏡安裝於基框。 又，在本實施例中，於夾持框70與基框100A， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1230805 B7 五、發明説明（2¾ 分別設有用來將夾持框導引與基框的2個卡合部7 1和2 個被卡合部1 0 1 ，在卡合部7 1與被卡合部1 0 1之間 ，形成有一定之間隙（餘裕量）。並且，正交於夾持框 7 0之光軸方向之位置，可在一定之間隙內做調整，而夾 持框7 0在光軸方向之位置，可由2個被卡合部1 0 1與 2個長孔1 0 2所決定。 若採用如此之構成，由於能夠調整正交於構成重疊透 鏡系3 7 0之透鏡3 7 2之光軸方向之位置，使得液晶面 板之有效顯示區域與照明光學系之照射區域，在上下方向 或是左右方向有所偏離之情形時，可以有效地將照明光學 系之照射區域整合一致於液晶面板之有效顯示區域，由此 結果，便能夠提升光線的利用效率。 又，在本實施例中，夾持框70，雖是適用在構成重 疊透鏡系3 7 0之第2透鏡3 7 2，但同樣地，也可以適 用於第1透鏡371。又，第1透鏡371 ，是與第1實 施例相同樣地，也可以使用彈性構件，直接裝載於基框 1 0 0。一般而言，夾持框，至少是以適用於被設置在離 光源最遠位置之第2透鏡3 7 2爲理想。此乃由於被設置 在離光源最遠位置之第2透鏡3 7 2，具有最後決定照明 光學系之照射區域形成位置之機能。如此一來，可以比較 容易地將上述之照明光學系之照射區域整合一致於液晶面 板之有效顯示區域。 又’本發明並非僅侷限於上述之實施例或實施形態， 在不脫離其要旨之範圍內可以實施種種之形態，例如可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ -26- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
1230805 A7 B7____ 五、發明説明（d 是如下之變形例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (1 )在上述實施例中，作爲色光合成光學系者，雖 是使用沿著4個三角柱狀之直角稜鏡的接著面’形成2種 類之色選擇面之分色稜鏡，但取而代之，也可以將形成1 種類之色選擇面之分色棱鏡，與偏光束分光鏡等，以複數 組合之方式來使用。又，也可以在大致呈六面體之透光性 箱中設置光選擇面，藉由在箱中充塡液體，來形成分色稜 鏡亦可。 (2 )在上述實施例中，雖是將本發明以適用在使用 透過型液晶面板之投影機之情形來做說明，但本發明，也 可以應用在使用反射型液晶面板之投影機。又，取代液晶 面板，也可以使用微反射鏡型之光調變裝置。一般而言， 光調變裝置，只要是可依據光影像資訊，將來自照明光學 系所給與之光線予以調變即可。 (3 )在上述實施例中，雖是將本發明以適用在顯示 彩色影像之投影機之情形來做說明，但本發明，也可以適 用在顯示黑白影像之投影機。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (4 )作爲投影機者，有從觀察投射影像之方向進行 投射之前面投射型顯示裝置，以及從相反於與觀察投射影 像之方向進行投射之背面投射型顯示裝置，但本發明，任 一型皆可適用之。 【產業上之利用可能性】 本發明，是能夠適用在照明光學系及使用該光學系之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' _ ^ -27- A7 1230805 B7___ 五、發明説明（4 投影機等之各種裝置。 【圖面之簡單說明】 第1圖是應用本發明之投影機（投射型顯示裝置）的 說明圖。 第2圖是放大第1圖所示之照明光學系3 0 0的說明 圖。 第3圖是第1透鏡陣列3 2 0之外觀的說明圖。 第4圖是第1部分偏光轉換元件陣列3 6 1之外觀的 立體圖。 第5圖是將第4圖所示之第1部分偏光轉換元件陣列 3 6 1之一部分予以放大的說明圖。 第6圖是遮光板3 5 0的正面圖。 第7圖是以模式圖方式顯示重疊透鏡系3 7 0之機能 的說明圖。 第8圖是在基框裝載重疊透鏡系3 7 0之模樣的說明 圖。 第9圖是於第2實施例之重疊透鏡系3 7 0A的說明 圖。 第1 0圖是使用夾持框，將第2透鏡3 7 2裝載於基 框的說明圖。 第1 1圖是以往之投影機的槪略說明圖。 主要元件符號對照表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -28- 1230805 A7 B7 五、發明説明（4 2 0 :光源單元 4 0 :投射光學系 7 0 :夾持框 7 1 :卡合部 7 3 :孔 7 5 :凹部 7 9 :夾件 9 0 :爪 1 0 0 ·•基框 101:被卡合部 1 0 2 :長孔 1 1 0、1 3 0 ··溝 1 2 0、1 4 0 :直立壁 2 1 0 :光源燈 2 1 2 :凹面鏡 3 0 0 :照明光學系 3 2 0、3 4 0 :透鏡陣列 3 2 1 :小透鏡 3 5 0 :遮光板 3 6 0 :偏光轉換元件陣列 363:偏光光束分光陣列 3 6 4 :相位差板 3 6 5 :透光性構件 3 6 6 :偏光分離膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^^衣· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29 - A7 1230805 B7 五、發明説明（4 3 6 7 :反射膜 370、524 :重疊透鏡 3 7 9 :反射鏡 3 8 0 :色光分離光學系 3 8 2、3 8 6 :分色反射鏡 384、398:反射鏡 390:中繼光學系 3 9 6 :中繼透鏡 4 0 2、4 0 4 :平行化透鏡 4 1 0 R、4 1 0 G、4 1 0 B : 液晶面板 420:交叉分色稜鏡 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -30-

Claims (1)

1230805 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 域之照明 其特 包含 線分割成 用以 之重疊透 用來 系爲止之 含有用來 上述 上述光源 F數値之 要作爲決 2 · 重疊透鏡 六、申請專利範圍 第9 1 1 0 3 4 6 8號專利申請案 中文申請專利範圍修 一種照明光學系，係針對於用以照明特定照明區 光學系， 徵爲：具備有光源；及 複數個小透鏡，用以將來自上述光源所射出之光 複數個光線束之透鏡陣列；及 讓上述複數個光線束重疊於上述特定照明區域上 鏡系；及 裝載至少配置有從上述透鏡陣列至上述重疊透鏡 光線路徑上的複數個光學零件之基框，且至少包 定位上述重疊透鏡系之定位部之上述基框， 重疊透鏡系，是至少包含有2個透鏡，在最接近 之位置，設置有主要作爲決定上述照明光學系之 弟1透鏡’在離上述光源最遠之位置，設置有主 定上述照明光學系之倍率之第2透鏡。 如申請專利範圍第1項之照明光學系，其中上述 系，是由2個透鏡所構成。 如申請專利範圍第2項之照明光學系，其中在上 述2個透鏡之間，配置有用以使光線之進行方向屈曲之反 射鏡。 4 ·如申請專利範圍第1項之照明光學系，其中構成 表紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
1230805 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ^ 上述重疊透鏡系之各透鏡，是使用彈性構件來安裝在上述 基框。 5 ·如申請專利範圍第1項之照明光學系，其中在構 成上述重疊透鏡系的複數個透鏡之中，至少有1個透鏡是 使用彈性構件來安裝在上述基框。 6 ·如申請專利範圍第1項之照明光學系，其中在構 成上述重疊透鏡系的複數個透鏡之中，至少有1個透鏡是 夾介用以夾持上述透鏡之夾持框來安裝在上述基框。 7 ·如申請專利範圍第6項之照明光學系，其中於上 述夾持框與上述基框，分別設有用來將上述夾持框導引於 上述基框之第1導引部與第2導引部， 並在上述2個導引部之間，形成有一定之間隙， 而能夠於上述一定之間隙內調整與上述夾持框之光軸 呈正交方向上的位置，並且藉由上述定位部來決定上述夾 持框之上述光軸方向上的位置。 8 ·如申請專利範圍第7項之照明光學系，其中夾介 上述夾持框被安裝在述基框之上述至少1個透鏡，是包含 有上述第2透鏡。 9 .如申請專利範圍第1項之照明光學系，其中在上 述透鏡陣列與上述重疊透鏡系之間，配置有使.來自上述照 明光學系所射出之光線的偏光方向予以集合一致之偏光轉 換元件。 1 0 . —種投影機，其特徵爲： ‘ 具備有照明光學系；及 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁)
-2 - 05 08 3 2 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 依據影像資訊，用以將來自上述照明光學系所給與之 光線予以調變之光調變裝置；及 投射上述調變後之光線之投射光學系；及 裝載有配置在從上述照明光學系至上述投射光學系爲 止之光線路徑上的複數個光學零件之基框， 上述照明光學系，係具備有光源；及 包含複數個小透鏡，用以將來自上述光源所射出之光 線分割成複數個光線束之透鏡陣列；及 用以讓上述複數個光線束重疊於上述光調變裝置上之 重疊透鏡系； v 上述基框，係至少包含有用以將上述重疊透鏡系予以 定位之定位部， 上述重疊透鏡系，是至少包含有2個透鏡，在最接近 上述光源之位置，設置有主要作爲決定上述照明光學系之 F數値之第1透鏡，在離上述光源最遠之位置，設置有主 要作爲決定上述照明光學系之倍率之第2透鏡。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之投影機，其中上述 重疊透鏡系，是由2個透鏡所構成。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之投影機，其中在上 述2個透鏡之間，配置有用以使光線之進行方.向屈曲之反 射鏡。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之投影機，其中構成 上述重疊透鏡系之各透鏡，是使用彈性構件來安·裝在上述 基框。 本張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（2I0X297公嫠） — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-3- 1230805 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^、申請專利範圍 1 4 ·如申請專利範圍第1 〇項之投影機，其中在構 成上述重疊透鏡系的複數個透鏡之中，至少有1個透鏡是 使用彈性構件來安裝在上述基框。 1 5 ·如申請專利範圍第1 〇項之投影機，其中在構 成上述重疊透鏡系的複數個透鏡之中，至少有1個透鏡是 夾介用以夾持上述透鏡之夾持框來安裝在上述基框。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之投影機，其中於上 述夾持框與上述基框，分別設有用來將上述夾持框導引於 上述基框之第1導引部與第2導引部設， 並在上述2個導引部之間，形成有一定之間隙， 而能夠於上述一定之間隙內調整與上述夾持框之光軸 呈正交方向上的位置，並且藉由上述定位部來決定上述夾 持框之上述光軸方向上的位置。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之投影機，其中夾介 上述夾持框被安裝在述基框之上述至少1個透鏡，是包含 有上述第2透鏡。 1 8 ·如申請專利範圍第1 〇項之投影機，其中在上 述透鏡陣列與上述重疊透鏡系之間，配置有使來自上述照 明光學系所射出之光線的偏光方向予以集合一致之偏光轉 換元件。 1 9 ·如申請專利範圍第1 0項之投影機，其中上述 光調變裝置，爲液晶面板。 2 0 · —種照明光學系，係針對於用以照明特定照明 區域之照明光學系， 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-4 - 1230805 as B8 C8 D8六、申請專利範圍 其特徵爲：具備有光源；及 包含複數個小透鏡，用以將來自上述光源所射出之光 線分割成複數個光線束之透鏡陣列；及 用以讓上述複數個光線束重疊於上述特定照明區域上 之重疊透鏡系， 上述重疊透鏡系，是包含有複數個透鏡， 上述複數個透鏡，是被配置成能夠與具有不同焦點距 離之透鏡進行更換。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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