TWI432779B - 非對稱式照明系統及非對稱式投影裝置 - Google Patents

Description

非對稱式照明系統及非對稱式投影裝置

本發明係關於一種照明系統及投影裝置，特別關於一種非對稱式照明系統及非對稱式投影裝置。

近年來，投影裝置已被廣泛地使用於會議室、大型會場、電影院與家庭劇院組等等場合以提供大面積的影像。一般而言，較常見的投影裝置為液晶顯示(Liquid Crystal Display，LCD)投影裝置、數位光處理(Digital Light Processing，DLP)投影裝置以及矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，以下簡稱為LCoS)投影裝置。液晶顯示投影裝置因運作時光線係以穿透的方式通過液晶顯示面板，屬於穿透式投影機。而數位光處理投影裝置與矽基液晶投影裝置則是靠光線以反射的方式進行投射，屬於反射式投影機。其中，液晶顯示投影裝置與矽基液晶投影裝置的所使用的光線皆為線性偏振(Linear Polarized)光。

無論是液晶顯示投影裝置、數位光源處理投影裝置或矽基液晶投影裝置，為了使投射至螢幕上的影像之亮度均勻，在投影裝置中會利用透鏡陣列以使投影裝置中光源所射出的光線可以均勻化。由於目前市面上連接投影裝置的顯示裝置皆具有四比三或十六比九的顯示畫面，因此，習知的透鏡陣列中每一透鏡係設計為一矩形透鏡，使得發光單元所發射出的光線經過透鏡陣列中每一透鏡後形成一矩形光束(長寬比為四比三或十六比九，請參照「第1A圖」，係為習知透鏡陣列於第三平面的俯視結構示意圖，其中，第三平面為XY平面，長寬比為P:Q)，進而使得投射於面板上的投影面積為矩形，以迎合實際顯示裝置所需投射面積的長寬比。請參照「第1B圖」與「第1C圖」，係分別為光線入射二個習知透鏡陣列於第一平面與第二平面的剖面示意圖。其中，透鏡陣列60a對應透鏡陣列60b，也就是說，透鏡10a對應於透鏡12a，透鏡10b對應於透鏡12b，透鏡10c對應於透鏡12c，透鏡10d對應於透鏡12d，透鏡11b對應於透鏡13b，透鏡11c對應於透鏡13c，透鏡11d對應於透鏡13d。由於光線需經過相對應的二透鏡才可被投影裝置有效地利用，然而習知透鏡陣列中每一透鏡係為一矩形透鏡，使得於第一平面(即XZ平面)入射透鏡10a與透鏡12a的有效光線角度θ_X 大於於第二平面(即YZ平面)入射透鏡10a與透鏡12a的有效光線角度θ_Y ，造成於第二平面入射透鏡10a與透鏡12a的有效光線少於第一平面入射透鏡10a與透鏡12a的有效光線，進而造成第二平面有效可利用的光能量損失(透鏡陣列60a與透鏡陣列62a中其他相對應的二透鏡則以此類推)。因此，習知投影裝置具有光線使用率不高的問題。

鑒於以上問題，本發明提出一種非對稱照明系統與非對稱投影裝置，藉以解決習知技術所存在的問題，以提高光線使用率。

依據本發明所揭露之非對稱照明系統包括一透鏡陣列與一聚光組件。聚光組件於一第一軸向具有一第一焦距，於一第二軸向具有一第二焦距，其中，第一焦距不等於第二焦距。透鏡陣列接收光線以形成多個正方形光束，聚光組件接收每一正方形光束，並調整每一正方形光束的長寬比，以投射出一矩形光束。

在一實施例中，透鏡陣列包括多個第一透鏡，每一第一透鏡係為一正方形透鏡。

依據本發明所揭露之非對稱式投影裝置包括一非對稱式照明系統與一面板。非對稱式照明系統包括一透鏡陣列與一聚光組件。聚光組件於一第一軸向具有一第一焦距，於一第二軸向具有一第二焦距，其中，第一焦距不等於第二焦距。透鏡陣列接收光線以形成多個正方形光束，聚光組件接收每一正方形光束，並調整每一正方形光束的長寬比，以投射一矩形光束至面板。

在一實施例中，面板係為一數位微型鏡裝置(Digital Micromirror Device，DMD)。

在一實施例中，投影裝置更包括一偏極化分光單元，透鏡陣列配置於偏極化分光單元與聚光組件之間，偏極化分光單元使部分光線經過透鏡陣列與聚光組件而入射於面板。

在一實施例中，面板係為一矽基液晶面板(Liquid Krystal on Silicon Panel，LCoS Panel)。

在一實施例中，透鏡陣列包括多個第一透鏡，每一第一透鏡係為一正方形透鏡。

依據本發明所揭露之非對稱照明系統與非對稱投影裝置，可藉由透鏡陣列的設置，而獲得均勻的正方形光束。可藉由聚光組件於第一軸向與第二軸向上具有不同焦距的設計，調整正方形光束的長寬比，以達到照明或投射畫面的需求。

以上關於本發明的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範及解釋本發明的精神及原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參照「第2A圖」與「第2B圖」，係分別為依據本發明所揭露之非對稱式投影裝置的一實施例於第一平面與第二平面的剖面結構示意圖。非對稱式投影裝置100包括非對稱式照明系統102與面板104。在本實施例中，非對稱式投影裝置100可為但不限於數位光處理投影機(Digital Light Processing Projector，DLP Projector)，面板104可為但不限於數位微型鏡裝置(Digital Micromirror Device，DMD)。非對稱式照明系統102可包括但不限於光源模組110、透鏡陣列112a、透鏡陣列112b、照明透鏡組70與聚光組件108。光源模組110用以發出光線，透鏡陣列112a、112b配置於光線的傳遞路徑上，照明透鏡組70配置於光源110與透鏡陣列112a、112b之間。在本實施例中，非對稱式照明系統102所包括的透鏡陣列數量可為但不限於二個，但本實施例並非用以限定本發明，也就是說，非對稱式照明系統102所包括的透鏡陣列數量亦可為一個，需注意的是，當透鏡陣列數量為一個時，透鏡陣列的相對兩側面分別具有相對應的曲面。其中，光源模組110可依據不同時間選擇性地發出紅光光線、綠光光線或藍光光線，且光源模組110可包括多個發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，照明透鏡組70可為但不限於遠心透鏡組，但本實施例並非用以限定本發明。

在本實施例中，請參照「第3A圖」，係為依據「第1A圖」之一透鏡陣列的於第三平面的俯視結構示意圖。其中，第三平面為XY平面。透鏡陣列112a可包括但不限於二十五個第一透鏡72，每一第一透鏡72係為一正方形透鏡。在本實施例中，二十五個第一透鏡72係以5×5的正方形陣列方式沿第一軸向(即X軸)與第二軸向(即Y軸)排列，第一軸向與第二軸向相互垂直，但本實施例並非用以限定本發明。也就是說，第一透鏡72亦可以環形陣列進行排列，實際第一透鏡72的排列方式需依據實際需求進行調整。需注意的是，每一第一透鏡72的長度L與寬度W的比例為一比一。

請參照「第3B圖」與「第3C圖」，係分別為光線入射「第1A圖」之二透鏡陣列於第一平面與第二平面的剖面示意圖。從「第3B圖」與「第3C圖」可知，透鏡陣列112a中的第一透鏡72以一對一的方式相對應於透鏡陣列112b中的第一透鏡72。由於第一透鏡72係為正方形透鏡，使得沿第一軸向(即X方向)入射相對應二透鏡的有效光線角度θ_X ^’ 等於沿第二軸向(即Y方向)入射相對應二透鏡的有效光線角度θ_Y ^’ ，進而使光線經過透鏡陣列112a與透鏡陣列112b後形成多個均勻的正方形光束52。

請參照「第2A圖」與「第2B圖」，聚光組件108於第一軸向(即X軸)具有第一焦距，於第二軸向(即Y軸)具有第二焦距，其中，第一焦距不等於第二焦距。在本實施例中，聚光組件108可包括但不限於第二透鏡114與第三透鏡116，因此第一焦距與第二焦距可藉由調整第二透鏡114與第三透鏡116之間的相對關係與參數(例如但不限於材質、相對距離或曲率半徑)進行調整。

接著，請參照「第2A圖」、「第2B圖」與「第4圖」，「第4圖」係為依據「第1A圖」之正方形光束與矩形光束的截面示意圖。光源模組110所發出的光線(即紅光光線、綠光光線或藍光光線)經過照明透鏡組70而投射於透鏡陣列112a、112b中的每一第一透鏡72而形成多個正方形光束52。由於每一第一透鏡72於第三平面(即XY平面)的長度L與寬度W的比例為一比一，故光線經過每一第一透鏡72後形成一正方形光束52(如「第4圖」所示)。聚光組件108接收正方形光束52，並將每一正方形光束52的長寬比(即L:W=1:1)調整成矩形光束54的長寬比(也就是面板104的長寬比(即D:C))，以投射至面板104。其中，面板104的長寬比可為但不限於四比三或十六比九，可依據實際需求進行調整。需注意的是，聚光組件108的第一焦距與第二焦距的比例與面板104的長寬比有關。

以下針對上述實施例進行實驗。當聚光組件108的第一焦距為34毫米(millimeter，mm)，第二焦距為23毫米時，面板104於第一軸向(即X軸)所獲得的影像(即面板104的長度C)為5.22毫米，面板104於第二軸向(即Y軸)所獲得的影像(即面板104的寬度D)為3.5毫米。從上述實驗可知，第一焦距與第二焦距的長度比約略等於面板104的長寬比(即聚光組件108的第一焦距與第二焦距的比例與面板104的長寬比有關)，但本實驗並非用以限定本發明。

上述實施例所描述的投影裝置為數位光處理投影機，但本實施例並非用以限定本發明。也就是說，依據本發明所揭露之非對稱式投影裝置亦可為矽基液晶投影機(Liquid Crystal on Silicon Projector，LCoS Projector)。詳細的描述請參照「第5A圖」與「第5B圖」，係分別為依據本發明所揭露之非對稱式投影裝置的另一實施例於第一平面與第二平面的剖面結構示意圖。在本實施例中，非對稱式投影裝置200可包括非對稱式照明系統102與面板104外，另可包括偏極化分光單元202。偏極化分光單元202配置於光源110與透鏡陣列112之間，以使部分光線經過透鏡陣列112與聚光組件108後而入射於面板104。其中非對稱式投影裝置200可為但不限於矽基液晶投影機，面板104可為但不限於矽基液晶面板。

更詳細地說，由於矽基液晶投影機係由具有特定偏振狀態的光線投射於面板104而產生畫面，因此，當非對稱式投影裝置200為矽基液晶投影機時，非對稱式投影裝置200需具有偏極化分光單元202而使部分光源100所發出光線經過透鏡陣列112a、112b與聚光組件108後可投射於面板104，以產生畫面。其中，特定偏振狀態可為P型偏振態，亦可為S型偏振態，可依據實際需求進行調整。

依據本發明所揭露之非對稱照明系統與非對稱投影裝置，可藉由透鏡陣列的設置，而獲得均勻的正方形光源。可藉由聚光組件於第一軸向與第二軸向上具有不同焦距的設計，調整正方形光束的長寬比，以達到照明或投影的需求，進而增加光線使用率。其中，第一焦距與第二焦距的比例與面板104的長寬比有關。

雖然本發明以前述的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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

10a、10b、10c、10d．．．透鏡

12a、12b、12c、12d．．．透鏡

11b、11c、11d．．．透鏡

13b、13c、13d．．．透鏡

52．．．正方形光束

54．．．矩形光束

60a、60b、112a、112b．．．透鏡陣列

70．．．照明透鏡組

72．．．第一透鏡

100、200．．．非對稱式投影裝置

102．．．非對稱式照明系統

104．．．面板

108．．．聚光組件

110．．．光源模組

114．．．第二透鏡

116．．．第三透鏡

202．．．偏極化分光單元

第1A圖係為習知透鏡陣列於第三平面的俯視結構示意圖。

第1B圖係為光線入射二個習知透鏡陣列於第一平面的剖面示意圖。

第1C圖係為光線入射二個習知透鏡陣列於第二平面的剖面示意圖。

第2A圖係為依據本發明所揭露之投影裝置的一實施例於第一平面的剖面結構示意圖。

第2B圖係為依據本發明所揭露之投影裝置的一實施例於第二平面的剖面結構示意圖。

第3A圖係為依據第1A圖之一透鏡陣列的於第三平面的結構示意圖。

第3B圖係為光線入射第1A圖之二透鏡陣列於第一平面的剖面示意圖。

第3C圖係為光線入射第1A圖之二透鏡陣列於第二平面的剖面示意圖。

第4圖係為依據第1A圖之正方形光束與矩形光束的截面示意圖。

第5A圖係為依據本發明所揭露之投影裝置的另一實施例於第一平面的剖面結構示意圖。

第5B圖係為依據本發明所揭露之投影裝置的另一實施例於第二平面的剖面結構示意圖。

70．．．照明透鏡組

100．．．非對稱式投影裝置

102．．．非對稱式照明系統

104．．．面板

108．．．聚光組件

110．．．光源模組

112a、112b．．．透鏡陣列

114．．．第二透鏡

116．．．第三透鏡

Claims (7)

1. 一種非對稱式照明系統，包括：一透鏡陣列，用以接收一光線而形成多個正方形光束；以及一聚光組件，於一第一軸向具有一第一焦距，於一第二軸向具有一第二焦距，該第一焦距不等於該第二焦距，該聚光組件接收該些正方形光束，並調整該些正方形光束的長寬比，以投射出一矩形光束。
2. 如請求項1所述之非對稱式照明系統，其中，該透鏡陣列包括多個第一透鏡，每一該第一透鏡係為一正方形透鏡。
3. 一種非對稱式投影裝置，包括：一面板；一透鏡陣列，用以接收一光線而形成多個正方形光束；以及一聚光組件，於一第一軸向具有一第一焦距，於一第二軸向具有一第二焦距，該第一焦距不等於該第二焦距，該聚光組件接收該些正方形光束，並調整該些正方形光束的長寬比，以投射一矩形光束至該面板。
4. 如請求項3所述之非對稱式投影裝置，該面板係為一數位微型鏡裝置(Digital Micromirror Device，DMD)。
5. 如請求項3所述之非對稱式投影裝置，其中，該投影裝置更包括一偏極化分光單元，該透鏡陣列配置於該偏極化分光單元與該聚光組件之間，該偏極化分光單元使部分該光線經過該透鏡陣列與該聚光組件而入射於該面板。
6. 如請求項5所述之非對稱式投影裝置，其中，該面板係為一矽基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon Panel，LCoS Panel)。
7. 如請求項3所述之非對稱式投影裝置，其中，該透鏡陣列包括多個第一透鏡，每一該第一透鏡係為一正方形透鏡。