TWI270736B - Illumination system for videoprojector utilizing on one or more LED diode matrices - Google Patents

Description

1270736 ⑷年丨月你 九、發明說明： 【技術領域】 本發明提供-雜用光源的影像投影細照明祕，包含有 至少—組發光二極體矩陣，其舰在於二極體矩陣與其後之聚焦 系統是設置在由整合透鏡形成的矩陣之間。 · 【先前技術】 、 機械U型化和半導體特有技術的同時使用，使得微機電系統 得以實現，例如DMI)(數位微型反射鏡元件）、LCD (液晶顯示器）φ 及LCoS (反射式石夕液晶）’這類元件廣泛運用在體積小重量輕的 衫像投影機之製造上’並能同時確保高品質映像。 簡言之’數位微型反射鏡元件或面板包含有—組小型的銘製 正方形鏡面，每邊長為_，每—鏡面形成影像投射之元件，即 映像點。鏡面可繞對角線旋轉，其順、逆時針兩方向的旋轉是由 二設置於鏡面下旋轉軸相反位二電極所造成。若鏡面依某一 方向旋轉’投射其上的光會依不進入投射透鏡的路徑反射，因而馨 不會傳送到螢幕’亦即映像點是在官，狀態；若旋轉是發生在相 反方向’所反射的光會傳送到榮幕則映像點是在"m LCD和LCoS元件中，映像點是由夾在二相互平行崎反或電極· =間的液晶層構成；料束傳送至面板時，穿越液晶層的光線數 量可由施加在電極上的電壓和使用適當的極化器控制。在「傳輪」 型態的元件（通常為LCD)中，兩電極皆為透明的；因此光束進= 一面板’受控制後的光束則從另一面板出去並被傳送至螢幕。在 1270736 "ίΚ [ η χ ! λ: 編 ............... ...................................'... ί 「反射」·的it件中，-般為LCoS，面板之—為透明的，另一 面板則為可反射的；’光束被送往透明面板，受控制後的光 束則朝同一面板反射並傳送至螢幕。 -組映像點形成面板的活動表面，投射影像則成形於其上。 根據需求的亮度和螢幕尺寸，影像投影機可仙—個或多個 元件’明顯地這些元件皆為相同型式。 知、明系統之選擇對影像投影機之性能與可靠度特別重要。 通系所使關是釋放兩光強度的弧光燈，雖然它們存在有一 —重要的缺點.第―’燈俩平均壽命相當短，需要頻繁的維修 服務和繼之絲的歸；再者，燈泡在影像投影機喊生相當可 蘭熱度（通常超過聰），因此需要適當的冷卻系統以免降低 的可罪度’其他燈泡造成的缺點還包括結晶現象減損光流量 的印質以及所謂可糾起影像閃爍的弧形跳躍最 後’在僅使用一項元件（數位微型反射鏡元件，LCD或LC〇S其中一 項)口的影像投影機中’可經由過濾，帶有色環的燈泡所發出的光束 取得三原色’ 物鍋來源 述所有缺點皆降低了系統亮度。 為m述缺點’業界提出—種由—個或多個發光二極體 减的絲’域顧方案排除了麵财缺點 =:車:平:壽命估計約為_小時，遠比燈泡的二 ’、人a光—極體光輻射之顏色三角比經由與色淨相 —之標雜光燈所取得的還魏；因此，在做用—個元件時， 1270736 能有較好的色觀果，亦即可產线觀調。 …而因為—極體在放射角度内並非平均地發光（在中央強 度最強，逐漸向兩端減弱），此外，在二極體之間被迫存在有I!

白：、=矩陣發出的光束非瞻，減損了相當程度的光J k疋和接又的’特別是在製造大螢幕用的影像投 【内容】 .本發明之主要目的’是在提供一種具發光二極體的照明系 統丄能避免前述缺點並確保高可#度、長持續力，並能同時可達 到南性能之影像投影機之製造。 、為達此目標’本發明的目的是在提供—種包含申請專利範圍 所述特徵之光學纽，其為本_書中之何或缺的部份。 本發明進-步的目的及優點將表現在後文提供做為範例的詳 細内容及關中。不關式中__驗触之區域執行 之功能。 【實施方式】 根據本發日狀照财、統’參第—圖，財之影像投影機只單 獨使用-個數位微型反射鏡元件；然而本發明亦適用使用⑽或 Lc〇S元件的應肚。圖巾參縣數〇、丨，、Γ)触區域代表三個 不同的二次疏陣之俯視圖，每—個矩陣中的發光二極體且有相 同的原色’例如：矩陣⑴由發出紅光的發光二極體組成，矩陣〇，） 由發出綠光的發光二極體組成’而矩陣(Γ)由發出藍光的發光二 極體組成。 1270736 竹f必 \ 為了確保能均勻有效地收集矩陣所發出的光並取得同質性的 平行光束，對二個矩陣分別使用三個整合系統（2、2,、2”），浚 第-圖中所示之參照號數。整合器是由一組小矩形整合透鏡組 成，每-透鏡面向相應矩陣發光二極體，例如第二圖所示之矩陣 ⑴與其關聯的整合系統⑵。詳言之，第2a)圖說明矩陣⑴與整 合系統⑵之舰圖；第2b)隨日陣⑴中轩料二極體之前 視圖’·紙）圖說猶彡成整合纽⑵之轩整合透鏡之前視圖； 而第2d)圖則說明發光二極體矩陣⑴與整合系統⑵之整體前視 圖1二圖之表示明顯亦可應用在矩陣〇，、n與整合系統(Μ，，） 上母整合透鏡之焦距與其與相關聯之發光二極體相隔距離相 等；為了使照明最有效地進行，最好是使用矩形的整合透鏡，盆 中長寬比等於使«置_縣寬比，讀錄型反雜元件為 例，其較佳比例為4:3或16:9。 由二矩陣G、Γ、Γ)的發光二極體所發出的光是由對應整^ 錢收集’經由整合_2、2,、2，，）出去之三束_平行光衫 對相乂成9G。的雙色向滤光鏡(17，⑻相會。雙色向濾光細 係依此種方式安排，以依單—方向傳送整合系統(2、2,、2”) 束單―圖姊：輪(I?、⑻皆使整 二敕^輸㈣平行光束之顏色(如：綠色)通過，濾、光鏡⑽ 合_)輪二:束::色:顏:藍色)’而能使整 M敕人么 仃先束之顏色（如.紅色）通過。濾光鏡(18X5 統(2)輸出的平行光束之贿如：邮，並能使整合! 1270736 - ·:ι I …一⑽一一丄…一一一™—™5^ 、、、、2)輪出的平行光束之顏色(如··藍色)通過。以這種過濾選擇 為基礎，當其他二整合纽(2、2，，胞的平行光束分勤它們各 自百次相會的雙色向濾光鏡(17、⑻反射時，整合系統⑺輸出的 平仃光束將持續筆直地通過二雙色向濾光鏡(17，⑻並抵達非球 狀聚光鏡⑶，因而減射之絲將與整合纟統(2，)輸it{之光束光 行。 这二束光束由在整合棒(4)入口處聚光的非球狀聚光鏡(3)所 收集，非球狀聚光鏡(3)是由一光學玻璃平行六面體組成，能使聚 光鏡輸出的光束一致。 整合棒(4)輸出的光是由透鏡與反射鏡系統收集，其在測試的 例子中具有三面名為中繼透鏡的聚合透鏡(5、5,、5”)及一面反射 鏡(6)。這些透鏡傳送光至數位微型反射鏡元件（9)，於其上形成 一集中影像，其擴大了整合棒(4)所輸出的影像。從整合棒(4)至 數位微型反射鏡元件（9)的光學路徑，在圖中以虛線及箭頭表示， 歷經兩次偏向：第一次偏向是由於一反射表面，本例中為反射鏡 (6)，第二次偏向則是由於棱鏡(7)。棱鏡(7)將光束向數位微型反 射鏡元件（9)傳送，是TIR (全反射）的一種，因而具有反射的特 性，像鏡子一樣，所有入射光束之角度為所選擇之稜鏡之特有角 度。數位微型反射鏡元件（9)反射的光束會通過棱鏡(7)而不被反 射，這是因為光束和棱鏡壁間的入射角之安排乃是在避免該光束 的反射。既然由數位微型反射鏡元件(9)反射之光束實際上是作用 中矩陣的發光二極體所產生的一組光束，其中每一光束跟隨著稍 1270736 \Ψ：·! ^ \ 微不同之路徑造成鮮—絲延遲的結果；為了矯正這錢遲， 在稜鏡⑺與投射影像於螢幕(第一圖中未示)上之投射鏡頭⑽ 其間没置有一稜鏡(8)。 二發光二極體矩陣0、Γ、。依一種相繼模式開啟關閉，每 -瞬間只有—轉會被啟動而三原色之對應光束職相繼送往數 位微型反射鏡元件⑼；因而色環（eQlQr wheei)在光學系統要 求更冋放率時不再疋必需的，因為就本發明之,_魏與燈泡的 照明系統等量的反差而言，光源（亦即發光二極體）僅需要較低 的免度。例如’使用光強度為7ed的紅色，1Ged的綠色触d的藍 色之發光二極體’可藉由採腦G發光二極體獅矩陣取得良好 的,、、'明，同叫·二矩陣之總消耗率僅約43瓦。因此，可由影像投影 機内消耗的少量熱能並取得極大的強度。 第一圖為根據本發明之照明系統在具有三個數位微型反射鏡 元件（9、9、9 )的影像投影機之例子。在此結構中，三發光二極 體矩陣（1、1、1 )為永返開啟，而由三原色構成的一束光束貝I】到 達非球狀聚光鏡(3)。為了取得彩色影像，一組稜鏡(19)將光束劃 分為三基本元素，送往相關的數位微型反射鏡元件（9、9,、9，，）， 並將數位被型反射鏡元件（9、9’、9’’）所反射的光束重設為穿過稜 鏡(7、8)送往投射鏡頭（1〇)的單一光束。 本發明可依照一些熟知本項技術者所知之簡單的改變應用在 前投影或後投影式影像投影機。 明顯地根據本發明之照明系統可做許多改變而不跳脫本發明 1270736 Ψ { >(〇 \ 的新穎性原則。 舉例來說，若不要求影像投影機放射出非常高的亮度，可僅 使用項元件，例如由一放射白光的發光二極體矩陣及相應整合 系統照明的數位微型反射鏡元件，如第四圖所示的發光二極體矩 陣（1’”)及整合系統(2，，，）。白光發光二極體矩陣由一套三件一組式 發光二極體組成，其分別對應三原色紅、綠、藍，可分別被啟動。 因此，可由相繼啟動此三件一組發光二極體取得彩色影像，例如 首先點亮綠光發光二極體，之後為紅光發光二極體，最後則為該 光發光二極體。因此，相應於三原色之三束單色光束便能抵達數 位微型反射鏡元件。 【圖式簡單說明】 第一圖：根據本發明照明系統之第一實施例 第二圖··根據本發明照明系統之詳圖 第三圖：根據本發明之第二實施例 第四圖：根據本發明之第三實施例 【主要元件符號說明】 〔本發明〕 (1、1、Γ、1”’)發光二極體矩陣 (2、2、2”、2”’）整合系統 (17、18)濾光鏡 （3)非球狀聚光鏡 (4)整合棒 （5、5,、5，，）聚合透鏡 cf j U, 1270736 (6)反射鏡 （7、8、19)棱鏡 (9、9’、9”）數位微型反射鏡元件 (10)投射鏡頭

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Claims (1)

1. 气艰7自7§6修(象)正本 β 十、申請專利範圍： • 丨· 一種影像投影機用照明系統，其使用之光源包含至少一發光 二極體矩陣，其特徵在於： 該矩陣之組成為具有整合透鏡設置於其與隨後之聚焦系統之 間； 每一矩陣之發光二極體與一整合透鏡相聯合； 該整合透鏡之焦距和其與相聯合之發光二極體相隔之距離大 體相等。 2·根據申請專利範圍第1項之影像投影機照明系統，其中該影 像投影機使用至少一數位微型反射鏡元件。 3·根據申請專利範圍第1項之影像投影機照明系統，其中該影 像投影機使用三個數位微型反射鏡元件。 4·依據申請專利範圍第1項之影像投影機用照明系統，其中該 影像投影機使用至少一液晶（LCD)元件。 5·依據申請專利範圍第1項之影像投影機用照明系統，其中嗦 影像投影機使用三個液晶（LCD)元件。 6·依據申請專利範圍第丨項之影像投影機用照明系統，其中唁 影像投影機使用至少一反射式矽液晶（Lc〇s)元件。 人 7·依據申請專利範圍第1項之影像投影機用照明系統，其中於 該影像投影機使用三個反射式矽液晶（Lc〇s)元件。 ； 8·依據申請專利範圍第1至7項之影像投影機用照明系統，其 整合透鏡侧邊的長寬比與所用裝置活動表面側邊之長寬比相等中 13

   •依據申請專利範圍第8項之影像投影機用照明系統，其中側邊 的長寬比為4:3。 1270736 1〇·依據申請專利範圍第8項之影像投影機用照明系統，其中側 邊的長寬比為16:9。 U·依據申請專利範圍第1項之影像投影機用照明系統，其中利 用三個發光二極體矩陣。 12·依據申請專利範圍第11項之影像投影機用照明系統，其中每 矩陣發出與三原色(RGB)相符的光束。 13·依據申請專利範圍第1丨項之影像投影機用照明系統，其中由 發光二極體矩陣發出並由相對應透鏡整合的光束射入實質上依9〇 置放的二雙色向濾光鏡。 认依據申請專利範圍第丨項之影像投影機用照明系統，其中使 用至少一可發出白光之二極體矩陣。 15·依據申請專利範圍第丨4項之影像投影機用酬系統，其中該 矩陣包含複數個二件—組之組件，每—組件包含三個發光二極 體，每一發光二極體發出不同原色之光束。 16.依據申請專利範圍第（5項之影像投影機用照明系統，其中卞 組件之發光二極體可一個接一個地啟動。 17·依據申請專利範圍第15項之影像投影機卿月系統 一組件與一整合透鏡相結合。 /、、 旦队依據申請專利範圍第丨項之影像投影_照日騎統，其怜 衫像投影機是使用在前投影上。 Λ 14 1270736

   19.依據申請專利範圍第1項之影像投影機用照明系統，其中該 影像投影機使用在後投影上。

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