TWI234686B - Illumination system for a projector - Google Patents

Description

1234686 -----塞一塞_92102340-_ 年月曰_修正 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種投影機之裝置，且特別是有關於一種 投影機的照明系統。 ' 【先前技術】 投影機自從發明以來，隨著科技的發展被運用到各種領 域’由消費產品至高科技產品，其應用範圍一直在擴展當 中’例如應用於大型會礒演講上以投影系統放大投影物， 或是應用於商業上之投影式螢幕或電視，以配合簡報之内 容做即時圖式畫面之呈現。然而，因為投影機應用的範圍 越來越廣，對於其色彩對比與輝度的要求也相對提高。而 在投影機中，照明系統最能決定其色彩對比與輝度的表 現。 第1圖是習知投影機中照明系統之示意圖。請參照第1圖， 現行架構係利用橢球面反射罩1 0 4，將光源1 0 2放置於橢球 面反射罩104的第一焦點122，而光通道（light tunnel) 108的入口放置於橢圓型反射罩1〇4的第二焦點 1 24。利用橢球面的光學反射特性，將位於第一焦點1 22之 光源1 0 2發出的光聚焦於位於第二焦點1 2 4之光通道1 〇 8的 入口’此時光會先通過色輪（c〇l〇r wheel)106，再經過光 通道1 0 8的傳輸均勻化輸出至數位微鏡元件（d i g i t a 1 micro-mirror device, DMD)晶片（第1圖中未表示）上。 如第1圖所示之架構，光線之集光效率（光通道1 〇 8輸出的 光與光源1 0 2發出的光之比率）在此架構中只有7 5% 。其原 I234686 ^^-__案號 92102340 _ 年月 _ 五、發明說明（2) ^ <固為當光線由光源1 〇 2向外發出時，除了沿光路徑1 1 〇 行進的光線外，還有沿光路徑丨丨2行進的光線。這些沿光 、二1 1 2行進的光線因為沒有被橢球面反射罩1 〇 4反射，無 入光通道1 0 8而造成光線的浪費。 :疋’若延長橢球面反射罩1 〇 4的兩翼側邊，使其能夠反 、沿光路徑1 1 2行進的光時，卻會造成光線進入光通道1 〇 8 的角度太大，使得光線通過光通道1 〇 8後輸出至DMD晶片的 角度也跟著太大，超出DMD晶片的接收角度，使晶片上的 微鏡在開/關的切換間，無法完全造成光學狀態的轉換， 亦即在微鏡轉至「關」的方向時，這些大角度的光線仍會 反射進投影鏡頭，使晝面不夠暗，減低投影機的明暗對 比。 再者’照明系統的散熱一直是投影機設計上的最重要的問 題之一。若延長橢球面反射罩1 0 4的兩翼側邊，則橢球面 反射罩1 0 4内的熱能更無法對外發散，如此不但會影響散 熱效果’更會降低光源1 0 2的發光效率與壽命。 【發明内容】 因此本發明的目的就是在提供一種投影機的照明系統，用 以改善習知投影機中照明系統發光效率與散熱不佳的問 題。 …、 根據本發明之上述目的，提出一種投影機的照明系統，將 球面反射罩置於橢球面反射罩未遮擋的位置，且球面反射 罩的球心與橢球面反射罩的焦點重疊。為了改善散熱不佳 1234686 __ 案號 92102340__ 五、發明說明（3) ^___ 的問題，特別在橢球面與球面反射罩 射薄膜。此反射薄膜只反射投影機所;^彼覆一層特殊的反 要之光線則會穿透此反射薄膜向外散常之光線’其餘不需 反射罩内的光線能量不會造成熱能^出’使橢球面與球面 在橢球面與球面反射罩外，另有一 積。此外’本發明更 外殼的内表面則彼覆可吸收上述不I金屬材質的外殼’此 吸收上述不需要之光線後，再利用:，之光線的薄膜’以 將不需要之光線轉為熱能並向外散出屬優良的導熱性質’ 依照本發明一較佳實施例，該 狀，且具有一開口 ，該外殼亦 位於橢球面反射罩兩焦點所連 小皆由光線進入該光通道的角 線為可見光，該不需要光線為 膜層的材質至少包含冷光鏡的 本發明之反射罩架構，利用外 率提高至8 5%以上，而且進入 比原本設計的發散角度更小。 輝度有決定性的影響，而光線 此本發明可以對製造高輝度與 助。 球面月ώ &射罩為一半球面形 目 ’、、 〜外殼開口 ，兩開口皆 成的直線上。開口形狀與大 度與功率來決定。該所需光 ^ β光與紫外光，該反射薄 材質。 力的球面反射罩可使集光效 光通遒的光線發散角度可以 由於集光效率對於投影機的 發散角度則與對比有關，因 高對比的投影機有很大的幫 本發明在反射罩上的反射薄膜有特殊的設計，並加上具有 相對應吸收薄膜的外殼於反射罩之外來解決這個問題。經 由這種設計’可以讓投影機所需的光線進入光通道被投影 機所利用’而其他的光線則穿透橢球面與球面反射罩到達

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1234686 —___ 案號 92102340 五、發明說明（4)

曰 修正

外殼後，被外殼上的吸收材質吸收而產生熱能，再利用外 殼本身易散熱的材質將熱能快速地散失，以減少照明系統 中的熱能，降低溫度過高的影響。 、、 【實施 為了改 題，本 本發明 且球面 利用球 反射罩 球面反 再被橢 再者， 球面反 射投影 薄膜向 造成熱 外，另 吸收上 後，再 能並向 方式】 善習知 發明提 係將球 反射罩 面的光 反射後 射罩反 球面反 本發明 射罩上 機所需 外散出 能累積 有一層 述不需 利用散 外散出 投影機 出一種 面反射 的球心 學反射 將延原 射的光 射罩反 為了改 披覆一 之光線 ’使橢 。此外 散熱材 要之光 熱材質 中照明系 投影機的 罩置於橢 與橢球面 特性，由 路徑回到 ’經由球 射而進入 善散熱不 層特殊的 ’其餘不 球面與球 ’本發明 質的外殼 線的薄膜 的導熱性 統發光效率 照明系統。 球面反射罩 反射罩的焦 球心位置發 球心位置， 面反射罩反 光通道。 佳的問題， 反射薄膜。 需要之光線 面反射罩内 更在擴球面 ’此外殼的 ’以吸收上 質，將不需 與散熱不佳的 未遮擋的位置 點重疊。如此 出的光線被球 將原本沒有被 射通過球心後 特別在橢球面 此反射薄膜只 則會穿透此反 的光線能量不 與球面反射罩 内表面則披覆 述不需要之光 要之光線轉為

$ 9頁 1234686 案號 92102340 年 月 曰 修正 五、發明說明（5) 請參照第2圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的示意 圖。本發明係在橢球面反射罩2 0 2之兩旁不能遮播的位 置’加上一球面反射罩2 0 4。光源1 〇 2為一電孤光源，係位 於橢球面反射罩2 0 2之第一焦點2 2 2，球面反射罩2 〇 4的球 心位置則與橢球面反射罩2 0 2之第一焦點2 2 2重疊。 由光源1 0 2發出的光線有兩種主要的行進路徑，一種光路 徑2 1 〇是光線由光源1 0 2發出後，由橢球面反射罩2 〇 2反射 至位於擴球面反射罩之弟^ —焦點2 2 4的光通道108，其中光 線會在進入光通道10 8之前先經過色輪106。另一種光路徑 2 1 2則是光線由光源1 0 2發出後，先被球面反射罩2 〇 4反 射，然後循原路回到第一焦點2 2 2後，再由橢球面反射罩 2 0 2反射至位於橢球面反射罩之第二焦點2 2 4的光通道 108，其中光線也會在進入光通道1〇 8之前先經過色輪 106〇 第2圖中球面反射罩2 0 4具有一個開口 2 0 6，光線2 1 0與2 1 2 可通過開口 2 0 6而進入光通道1 〇 8。開口 2 0 6的大小與形狀 係由光線進入光通道1 〇 8的角度與功率來決定。球面反射 罩2 0 4係為一部分球殼體，且其大小最大為一半球面，橢球 面反射罩2 0 2之大小則也取決於光線進入光通道1 〇 8的角 度’而且球面反射罩204要大於橢球面反射罩202，如此才 能反射原本橢球面反射罩2 0 2未能反射的光線。 此外’本發明中橢球面反射罩2〇2與球面反射罩2 0 4的材質 為可透光材料，在其反射表面上披覆一層特殊的反射薄 膜。此反射薄膜只反射投影機所需之光線，其餘不需要之

第10頁 1234686 案號92102340_年月曰 |正 五、發明說明（6) 光線則會穿透此反射薄膜向外散出。依照本實施例，此反 射薄膜為一冷光鏡（cold mirror)薄膜，冷光鏡薄膜為可 見光穿透率< 5%而紅外光穿透率> 8 0%的薄^ :可使得 投影機所需的可見光被反射，而產生熱能的紅外光以及其 他的紫外光則穿透出橢球面反射罩2 0 2與球面反射罩2 〇 外。 請參照第3圖，第3圖繪示依照本發明另一較佳實施例的示 意圖。第3圖與第2圖的架構相同，且在橢球面反射罩2〇2 與球面反射罩2 0 4的外圍再加上一外殼3 0 2，外殼3 〇 2的形 狀當視投影機内部的配置而定，第3圖中僅以球型外殼為 例。該外殼3 0 2也具有一外殼開口 3 0 6供光線通過以進入光 通道1 0 8之中。外殼開口 3 0 6的大小與形狀亦由光線進入光 通道1 0 8的角度與功率來決定。本發明在外殼2 〇 2的内表面 披覆一層吸收薄膜，以吸收穿透過橢球面反射罩2 〇 2與球 面反射罩2 0 4的光線。在本實施例中，該外殼3 0 2為金屬材 質，而吸收薄膜則被用來吸收紅外光與紫外光。 弟4圖係繪示第3圖之實施例的光線行進示意圖。橢球面反 射罩2 0 2與球面反射罩2 0 4的内表面披覆反射薄臈4 0 2，外 殼3 0 2的内表面則披覆吸收薄膜4 0 4。光線由光源1 〇 2發出 後，可見光會被橢球面反射罩2 0 2與球面反射罩2 0 4的反射 薄膜4 0 2反射，經由光路徑4 1 2 (第4圖中的實線路徑）通過 開口 2 0 6與外殼開口 3 0 6 ;其他的光線如紫外光與紅外光則 會穿透橢球面反射罩20 2與球面反射罩204，由光路徑 4 2 2 (第4圖中的虛線路徑）而被外殼3 0 2上的吸收薄膜4 0 4吸

第11頁 1234686 -案號 92102340 年 五、發明說明^ ^^~ 收而被轉換成熱能4 3 2向外發散 應用本發明具有下列優 由上述本發明較佳實施例可知， 點。 光六；务明之反射罩架構，利用外加的球面反射罩可使集 可放率提馬至8 5%以上，而且進入光通道的光線發散角度 以比原本設計的發散角度更小。由於集光效率對於投影 ^的輝度（luminance)有決定性的影響，而光線發散角度 則共對比有關，因此本發明可以對製造高輝度與比的 投影機有很大的幫助。 、

、2·因為系統中有將近一半的光線經由球面反射罩反射回 光源，若反射回光源的光線包含了紅外光，則會造成光源 ^溫度升高而影響光源的壽命。本發明在反射罩上的反射 薄膜有特殊的設計，並加上具有相對應吸收薄膜的外殼於 反射罩之外來解決這個問題。 經由這種設計，可以讓投影機所需的光線進入光通道被投 影機所利用，而其他的光線則穿透橢球面與球面罩到 =卜”，被外殼上的吸收材質吸收而產生再利用 外设本身易散熱的材質將熱能快速地散失， : 統中的熱能，降低溫度過高的影響。 减vh、、 ’、

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，钬 、 定本發明，任何熟習此技藝者，在不 :並非用以限 範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因 發明之精神和 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。發明之保護範

第12頁 1234686 _案號92102340_年月曰 修正_ 圖式簡單說明 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 第1圖是習知投影機中照明系統之示意圖。 第2圖繪示依照本發明一較佳實施例的示意圖。 第3圖係繪示依照本發明另一較佳實施例的示意圖。 第4圖係繪示第3圖之實施例的光線行進示意圖。 【元件代表符號簡單說明】 1 0 2 :光源 1 0 4 :橢球面反射罩 1 0 6 :色輪 1 0 8 :光通道 I 1 0 :光路徑 II 2 :光路徑 1 2 2 ··第一焦點 1 2 4 :第二焦點 2 0 2 :橢球面反射罩 2 0 4 :球面反射罩 2 0 6 :開口 2 1 0 :光路徑 2 1 2 :光路徑 2 2 2 :第一焦點

第13頁 1234686 修正 案號 92102340 圖式簡單說明 2 2 4 :第二焦點 3 0 2 :外殼 3 0 6 :外殼開口 4 0 2 :反射薄膜 4 0 4 ··吸收薄膜 4 1 2 :光路徑 4 2 2 :光路徑 能 43 2 ：

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Claims (1)

1234686 _案號92102340_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 1 . 一種投影機的照明系統，該投影機的照明系統至少包 含： 一橢球面反射罩，該橢球面反射罩之内表面彼覆一反射薄 膜層，該反射薄膜層反射一所需光線且使一不需要光線穿 透過該橢球面反射罩； 一光源位於該橢球面反射罩之一第一焦點； 一光通道位於該橢球面反射罩之一第二焦點；以及 一球面反射罩，該球面反射罩之球心與該第一焦點重疊， 該球面反射罩具有一開口 ，該球面反射罩之内表面披覆該 反射薄膜層。 2.如申請專利範圍第1項所述之投影機的照明系統，其中 該開口之形狀與大小係由光線進入該光通道的角度與功率 來決定。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之投影機的照明系統，其中 該球面反射罩為一部分球殼體。 4.如申請專利範圍第1項所述之投影機的照明系統，其中 該開口位於該第一焦點與該第二焦點所連成的直線上。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之投影機的照明系統，其中 該光源至少包含一電孤光源。

第15頁 1234686 _案號92102340_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 6 .如申請專利範圍第1項所述之投影機的照明系統，其中 當該所需光線為可見光，該不需要光線為紅外光與紫外光 時，該反射薄膜層的材質至少包含冷光鏡的材質。 7 . —種投影機的照明系統，該投影機的照明系統至少包 含·· 一橢球面反射罩，該橢球面反射罩之内表面披覆一反射薄 膜層，該反射薄膜層反射一所需光線且使一不需要光線穿 透過該橢球面反射罩； 一光源位於該橢球面反射罩之一第一焦點； 一光通道位於該橢球面反射罩之一第二焦點； 一半球面反射罩，該半球面反射罩之球心與該第一焦點重 疊，該球面反射罩具有一開口，該球面反射罩之内表面披 覆該反射薄膜層；以及 一外殼位於該橢球面反射罩與該球面反射罩之外，該外殼 具有一外殼開口，該外殼之内表面彼覆一吸收薄膜層，該 吸收薄膜層吸收該不需要光線。 8. 如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其中 該開口與該外殼開口之形狀與大小係由光線進入該光通道 的角度與功率來決定。 9. 如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其中 該球面反射罩為一部分球殼體。

第16頁 1234686 _案號92102340_年月日_修正 _ 六、申請專利範圍 1 0 .如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其 中該開口與該外殼開口位於該第一焦點與該第二焦點所連 成的直線上。 11.如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其 中該光源至少包含一電弧光源。 1 2.如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其 中該外殼之材質為一易散熱材質。 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之投影機的照明系統，其 中該易散熱材質至少包含金屬。 1 4.如申請專利範圍第7項所述之投影機的照明系統，其 中當該所需光線為可見光，該不需要光線為紅外光與紫外 光時，該反射薄膜層的材質至少包含冷光鏡的材質。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之投影機的照明系統，該 吸收薄膜層的材質至少包含可吸收紅外光與紫外光的材 質。

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