TWI447512B - 投影裝置及其光源裝置 - Google Patents

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TWI447512B
TWI447512B TW100125375A TW100125375A TWI447512B TW I447512 B TWI447512 B TW I447512B TW 100125375 A TW100125375 A TW 100125375A TW 100125375 A TW100125375 A TW 100125375A TW I447512 B TWI447512 B TW I447512B
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Description

投影裝置及其光源裝置
本發明係有關於一種顯像裝置，且特別是有關於一種投影裝置。
為縮小採用發光二極體(light emitting diode,LED)之小型投影機的體積，通常小型投影機會使用複眼透鏡(fly eyes)來作為光學元件之一。但是經數位微鏡裝置(digital micro device,DMD)反射而進入鏡頭的光展量(Etendue)小於發光二極體的時候，經準直鏡(collimator)後射入複眼透鏡的光線，將無法被複眼透鏡完全傳遞，進而浪費許多能量。
由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能避免發光二極體所產生的光線無法被有效利用，進而造成能量浪費的問題，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。
本發明內容之一目的是在提供一種光源裝置，藉以改善發光二極體所產生的光線無法被有效利用，進而造成能量浪費的問題。
為達上述目的，本發明內容之一技術樣態係關於一種光源裝置。 光源裝置包含至少一發光二極體、至少一分色鏡、集光器以及複眼透鏡。發光二極體用以產生至少一光線。分色鏡與發光二極體相對配置以使光線經過分色鏡時，由分色鏡將光線合在同一光路。集光器與分色鏡相對配置以使光線經過集光器時，由集光器將光線聚集。複眼透鏡與集光器相對配置以使光線經過複眼透鏡時，由複眼透鏡將光線均勻化。
根據本發明一實施例，複眼透鏡包含複數個小透鏡。當光線經過前述些小透鏡時，產生複數個影像。
根據本發明另一實施例，光源裝置更包含凹透鏡以及集光器組。凹透鏡與複眼透鏡相對配置以使前述些影像經過凹透鏡時，由凹透鏡將影像重疊於數位微鏡裝置上。集光器組與凹透鏡相對配置，集光器組包含第一集光器與第二集光器，第一集光器與第二集光器係配置以控制光源裝置的角放大率。
根據本發明再一實施例，光源裝置更包含數位微鏡裝置以及反式內部全反射稜鏡。數位微鏡裝置與複眼透鏡相對配置。反式內部全反射稜鏡在同一光路中相對配置於數位微鏡裝置之前，以使光線經過反式內部全反射稜鏡時，反式內部全反射稜鏡將光線投射在數位微鏡裝置上，由數位微鏡裝置控制以使光線再度入射反式內部全反射稜鏡，並經由鏡頭投射到螢幕上。
根據本發明又一實施例，光源裝置更包含至少一準直鏡。準直鏡在同一光路中相對配置於分色鏡之前，以使光線經過準直鏡時，由準直鏡將光線平行化。
根據本發明另再一實施例，發光二極體包含紅色發光二極體、綠 色發光二極體以及藍色發光二極體。紅色發光二極體、綠色發光二極體以及藍色發光二極體分別用以產生紅光、綠光以及藍光。
為達上述目的，本發明內容之一技術樣態係關於一種投影裝置。投影裝置包含至少一發光二極體、至少一準直鏡、至少一分色鏡、集光器、複眼透鏡、數位微鏡裝置以及反式內部全反射稜鏡。發光二極體用以產生至少一光線。準直鏡與發光二極體相對配置以使光線經過準直鏡時，由準直鏡將光線平行化。分色鏡與準直鏡相對配置以使光線經過分色鏡時，由分色鏡將光線合在同一光路。
此外，集光器與分色鏡相對配置以使光線經過集光器時，由集光器將光線聚集。複眼透鏡與集光器相對配置以使光線經過複眼透鏡時，由複眼透鏡將光線均勻化。數位微鏡裝置與複眼透鏡相對配置。反式內部全反射稜鏡在同一光路中相對配置於數位微鏡裝置之前，以使光線經過反式內部全反射稜鏡時，反式內部全反射稜鏡將光線投射在數位微鏡裝置上，由數位微鏡裝置控制以使光線再度入射反式內部全反射稜鏡，並經由鏡頭投射到螢幕上。
根據本發明一實施例，複眼透鏡包含複數個小透鏡。當光線經過前述些小透鏡時，產生複數個影像。
根據本發明另一實施例，投影裝置更包含凹透鏡以及集光器組。凹透鏡與複眼透鏡相對配置以使前述些影像經過凹透鏡時，由凹透鏡將影像重疊於數位微鏡裝置上。集光器組與凹透鏡相對配置，集光器組包含第一集光器與第二集光器，第一集光器與第二集光器係配置以控制投影裝置的角放大率。
根據本發明再一實施例，發光二極體包含紅色發光二極體、綠色發光二極體以及藍色發光二極體。紅色發光二極體、綠色發光二極體以及藍色發光二極體分別用以產生紅光、綠光以及藍光。
因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種光源裝置或投影裝置，藉以改善發光二極體所產生的光線無法被有效利用，進而造成能量浪費的問題。
110‧‧‧複眼透鏡
120‧‧‧傅立葉透鏡
130‧‧‧數位微鏡裝置
200‧‧‧光源裝置
210‧‧‧發光二極體
212‧‧‧紅色發光二極體
214‧‧‧綠色發光二極體
216‧‧‧藍色發光二極體
220‧‧‧準直鏡
222‧‧‧第一準直鏡
224‧‧‧第二準直鏡
226‧‧‧第三準直鏡
230‧‧‧分色鏡
240‧‧‧集光器
250‧‧‧複眼透鏡
260‧‧‧凹透鏡
270‧‧‧集光器組
272‧‧‧第一集光器
274‧‧‧第二集光器
280‧‧‧反式內部全反射稜鏡
290‧‧‧數位微鏡裝置
300‧‧‧投影裝置
310‧‧‧發光二極體
312‧‧‧紅色發光二極體
314‧‧‧綠色發光二極體
316‧‧‧藍色發光二極體
320‧‧‧準直鏡
322‧‧‧第一準直鏡
324‧‧‧第二準直鏡
326‧‧‧第三準直鏡
330‧‧‧分色鏡
340‧‧‧集光器
350‧‧‧複眼透鏡
360‧‧‧凹透鏡
370‧‧‧集光器組
372‧‧‧第一集光器
374‧‧‧第二集光器
380‧‧‧反式內部全反射稜鏡
390‧‧‧數位微鏡裝置
H001‧‧‧鏡頭
I001‧‧‧反射面鏡
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種光源裝置之光學元件的原理示意圖。
第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種光源裝置之示意圖。
第3圖係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置之示意圖。
為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。
其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
第1圖係依照本發明一實施例繪示一種光源裝置之光學元件的原 理示意圖。
如第1圖所示，複眼透鏡110之焦長為f，在距離D處配置一傅立葉透鏡120(Fourier lens)其焦長為F，經過複眼透鏡110的光線成像於數位微鏡裝置130處，且設入射到複眼透鏡110的光範圍x1之圓錐角為α 1，數位微鏡裝置130上之光範圍x2之圓錐角為α 2，複眼透鏡110之間距為p。
則有下列關係式： 可整理成：
當D=F時光學元件可使投射於數位微鏡裝置130的光為平行光(telecentric)，因此，-1/F(α 1f-np)=α 2=數位微鏡裝置翻轉角度的最大值。當α 1≧p/2f，則R/F≒α 2=數位微鏡裝置翻轉角度的最大值(R為入射複眼透鏡110的光範圍)。由此可知， 為縮小光學元件的尺寸，F需越小，即R需要縮小。LED光經準直鏡作用，使三色光通過分色鏡有高反射率，但α 1太小(<p/2f)，故發明實施例應用集光器以收斂光的範圍，使R約等於數位微鏡裝置的寬度時，讓α 1≧p/2f則體積與光效率有最佳化。
第2圖係依照本發明另一實施例繪示一種光源裝置200的示意圖。光源裝置200包含至少一發光二極體210、至少一分色鏡230、集光器240以及複眼透鏡250。發光二極體210用以產生至少一光線。分色鏡230與發光二極體210相對配置以使光線經過分色鏡230時，由分色鏡230將光線合在同一光路。集光器240與分色鏡230相對配置以使光線經過集光器240時，由集光器240將光線聚集。複眼透鏡250與分色鏡230相對配置以使光線經過複眼透鏡250時，由複眼透鏡250將光線均勻化。
如上所述，本發明實施例採用集光器240將光線聚集，如此一來，當光線聚集時，入射到複眼透鏡250的光範圍相對被縮小，因此可縮小複眼透鏡250的尺寸，進而使光源裝置200微型化。
在一實施例中，複眼透鏡250包含複數個小透鏡(如第1圖之複眼透鏡110所示)。當光線經過前述些小透鏡時，產生複數個影像。
此外，光源裝置200可更包含凹透鏡260以及集光器組270。凹透鏡260與複眼透鏡250相對配置以使前述些影像經過凹透鏡260時，由凹透鏡260將影像重疊於數位微鏡裝置290上。集光器組270與凹透鏡260相對配置，集光器組270包含第一集光器272與第二集光器274，第一集光器272與第二集光器274係配置以控制光源裝置200的角放大率。
在另一實施例中，光源裝置200可更包含數位微鏡裝置290以及反式內部全反射稜鏡280。數位微鏡裝置290與複眼透鏡250相對配置。反式內部全反射稜鏡280在同一光路中相對配置於數位微鏡裝置290之前，以使光線經過反式內部全反射稜鏡280時，反式內部全反射稜鏡280將光線投射在數位微鏡裝置290上，由數位微鏡裝置290控制以使光線再度入射反式內部全反射稜鏡280，並經由鏡頭H001投射到螢幕(圖中未示)上。
如上所述，本發明實施例藉由集光器240可調整入射複眼透鏡250之光範圍，使入射複眼透鏡250之光範圍約相等於數位微鏡裝置290的寬度，此時可使光的效率達到最佳化。
在又一實施例中，光源裝置200可更包含至少一準直鏡220。準直鏡220在同一光路中相對配置於分色鏡230之前，以使光線經過準直鏡220時，由準直鏡220將光線平行化。
舉例而言，在光源裝置200中的發光二極體210包含紅色發光二極體212、綠色發光二極體214以及藍色發光二極體216，準直鏡220包含第一準直鏡222、第二準直鏡224以及第三準直鏡226。紅色發光二極體212、綠色發光二極體214以及藍色發光二極體216分別用以產生紅光、綠光以及藍光，且分別由第一準直鏡222、第二準直鏡224以及第三準直鏡226將紅光、綠光以及藍光平行化。接著，由分色鏡230將紅光、綠光以及藍光合在同一光路。
第3圖係依照本發明又一實施例繪示一種投影裝置300與其光線行進示意圖。
請參照第3圖，投影裝置300包含至少一發光二極體310、至少一 準直鏡320、至少一分色鏡330、集光器340、複眼透鏡350、數位微鏡裝置390以及反式內部全反射稜鏡380。發光二極體310用以產生至少一光線。準直鏡320與發光二極體310相對配置以使光線經過準直鏡320時，由準直鏡320將光線平行化。分色鏡330與準直鏡320相對配置以使光線經過分色鏡330時，由分色鏡330將光線合在同一光路。
舉例而言，在投影裝置300中的發光二極體310包含紅色發光二極體312、綠色發光二極體314以及藍色發光二極體316，準直鏡320包含第一準直鏡322、第二準直鏡324以及第三準直鏡326。紅色發光二極體312、綠色發光二極體314以及藍色發光二極體316分別用以產生紅光、綠光以及藍光，且分別由第一準直鏡322、第二準直鏡324以及第三準直鏡326將紅光、綠光以及藍光平行化。接著，由分色鏡330將紅光、綠光以及藍光合在同一光路。
此外，集光器340與分色鏡330相對配置以使光線經過集光器340時，由集光器340將光線聚集。在同一光路中，受集光器340聚集的光線，會由反射面鏡I001將光線反射至複眼透鏡350。複眼透鏡350與集光器340相對配置以使光線經過複眼透鏡350時，由複眼透鏡350將光線均勻化。
如上所述，本發明實施例採用集光器340將光線聚集，如此一來，當光線聚集時，入射到複眼透鏡350的光範圍相對被縮小，因此可縮小複眼透鏡350的尺寸，進而使投影裝置300微型化。
再者，數位微鏡裝置390與複眼透鏡350相對配置。反式內部全反射稜鏡380在同一光路中相對配置於數位微鏡裝置390之前，以使 光線經過反式內部全反射稜鏡380時，反式內部全反射稜鏡380將光線投射在數位微鏡裝置390上，由數位微鏡裝置390控制以使光線再度入射反式內部全反射稜鏡380，並經由鏡頭H001投射到螢幕(圖中未示)上。
如上所述，本發明實施例藉由集光器340可調整入射複眼透鏡350之光範圍，使入射複眼透鏡350之光範圍約相等於數位微鏡裝置390的寬度，此時可使光的效率達到最佳化。
在一實施例中，複眼透鏡350包含複數個小透鏡，當光線經過前述些小透鏡時，產生複數個影像。
在任選的一實施例中，投影裝置300更包含凹透鏡360以及集光器組370，凹透鏡360以及集光器組370係配置於同一光路上的複眼透鏡350以及數位微鏡裝置390之間，並用以對光線進行分光處理，其處理方式如下所述：凹透鏡360與複眼透鏡350相對配置以使前述些影像經過凹透鏡360時，由凹透鏡360將影像重疊於數位微鏡裝置390上。集光器組370與凹透鏡360相對配置，集光器組370包含第一集光器372與第二集光器374，第一集光器372與第二集光器374係配置以控制投影裝置300的角放大率。
由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種光源裝置200或投影裝置300，藉由集光器240、340可調整入射複眼透鏡250、350之光範圍，使入射複眼透鏡250、350之光範圍約相等於數位微鏡裝置290、390的寬度，此時可使光的效率達到最佳化，因而改善發光二極體所產生的光線無法被有效利用，進而造成能量浪費的問題。
此外，本發明實施例採用集光器240、340將光線聚集，如此一來，當光線聚集時，入射到複眼透鏡250、350的光範圍相對被縮小，因此可縮小複眼透鏡250、350的尺寸，進而使光源裝置200或投影裝置300微型化。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧光源裝置
210‧‧‧發光二極體
212‧‧‧紅色發光二極體
214‧‧‧綠色發光二極體
216‧‧‧藍色發光二極體
220‧‧‧準直鏡
222‧‧‧第一準直鏡
224‧‧‧第二準直鏡
226‧‧‧第三準直鏡
230‧‧‧分色鏡
240‧‧‧集光器
250‧‧‧複眼透鏡
260‧‧‧凹透鏡
270‧‧‧集光器組
272‧‧‧第一集光器
274‧‧‧第二集光器
280‧‧‧反式內部全反射稜鏡(Reverse TIR Prism)
290‧‧‧數位微鏡裝置
H001‧‧‧鏡頭
I001‧‧‧反射面鏡

Claims (10)

  1. 一種光源裝置，包含：至少一發光二極體，用以產生至少一光線；至少一分色鏡，與該發光二極體相對配置以使該光線經過該分色鏡時，由該分色鏡將該光線合在同一光路；一集光器，與該分色鏡相對配置以使該光線經過該集光器時，由該集光器將該光線聚集；以及一複眼透鏡，與該集光器相對配置以使聚集後之該光線經過該複眼透鏡時，由該複眼透鏡將該光線均勻化。
  2. 如請求項1所述之光源裝置，其中該複眼透鏡包含：複數個小透鏡，當該光線經過該些小透鏡時，產生複數個影像。
  3. 如請求項2所述之光源裝置，更包含：一凹透鏡，與該複眼透鏡相對配置以使該些影像經過該凹透鏡時，由該凹透鏡將該影像重疊於一數位微鏡裝置上；以及一集光器組，與該凹透鏡相對配置，該集光器組包含一第一集光器與一第二集光器，該第一集光器與該第二集光器係配置以控制該光源裝置的角放大率。
  4. 如請求項1所述之光源裝置，更包含：一數位微鏡裝置，與該複眼透鏡相對配置；以及一反式內部全反射稜鏡，在同一光路中相對配置於該數位微鏡裝置之前，以使該光線經過該反式內部全反射稜鏡時，該反式內部全反射稜鏡將該光線投射在該數位微鏡裝置上，由該數位微鏡裝 置控制以使該光線再度入射該反式內部全反射稜鏡，並經由一鏡頭投射到一螢幕上。
  5. 如請求項1所述之光源裝置，更包含：至少一準直鏡，在同一光路中相對配置於該分色鏡之前，以使該光線經過該準直鏡時，由該準直鏡將該光線平行化。
  6. 如請求項1所述之光源裝置，其中該發光二極體包含：一紅色發光二極體、一綠色發光二極體以及一藍色發光二極體，分別用以產生一紅光、一綠光以及一藍光。
  7. 一種投影裝置，包含：至少一發光二極體，用以產生至少一光線；至少一準直鏡，與該發光二極體相對配置以使該光線經過該準直鏡時，由該準直鏡將該光線平行化；至少一分色鏡，與該準直鏡相對配置以使該光線經過該分色鏡時，由該分色鏡將該光線合在同一光路；一集光器，與該分色鏡相對配置以使該光線經過該集光器時，由該集光器將該光線聚集；一複眼透鏡，與該集光器相對配置以使聚集後之該光線經過該複眼透鏡時，由該複眼透鏡將該光線均勻化；一數位微鏡裝置，與該複眼透鏡相對配置；一反式內部全反射稜鏡，在同一光路中相對配置於該數位微鏡裝置之前，以使該光線經過該反式內部全反射稜鏡時，該反式內部全反射稜鏡將該光線投射在該數位微鏡裝置上，由該數位微鏡裝置控制以使該光線再度入射該反式內部全反射稜鏡，並經由一鏡頭投射到一螢幕上。
  8. 如請求項7所述之投影裝置，其中該複眼透鏡包含： 複數個小透鏡，當該光線經過該些小透鏡時，產生複數個影像。
  9. 如請求項8所述之投影裝置，更包含：一凹透鏡，與該複眼透鏡相對配置以使該些影像經過該凹透鏡時，由該凹透鏡將該影像重疊於該數位微鏡裝置上；以及一集光器組，與該凹透鏡相對配置，該集光器組包含一第一集光器與一第二集光器，該第一集光器與該第二集光器係配置以控制該投影裝置的角放大率。
  10. 如請求項7所述之投影裝置，其中該發光二極體包含：一紅色發光二極體、一綠色發光二極體以及一藍色發光二極體，分別用以產生一紅光、一綠光以及一藍光。
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