專利名稱：多光源投影裝置及其合光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學投影裝置，更詳細來說，是涉及一種具有多光源的投影裝置及其合光模塊。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今投影裝置產(chǎn)品非常多元，舉凡數(shù)字式光處理投影裝置(DLP)、液晶投影裝置(LCD)以及反射式單晶硅(LCOS)投影裝置等，皆各自提供給不同的消費群體。以目前市面上常見的數(shù)字式光處理投影裝置(DLP)為例，DLP投影裝置以微機電系統(tǒng)(MEMS)為技術(shù)基礎(chǔ)，配合采用德州儀器公司(TI)開發(fā)的DMD芯片(digital micromirror device)，構(gòu)成該投影裝置的主要構(gòu)架。一般而言，DLP投影裝置的成像原理為光線自光源射出后，即通過色輪(color wheel)進行分色，一般將顏色細分為綠、藍以及紅色后，進入光機，通過光導管將光線整合后，再進入DMD芯片，通過DMD芯片接收圖像輸入信號，使其上細微的鏡片偏轉(zhuǎn)，將正確的光線及圖像投射進入鏡頭，最后通過鏡頭的投影方向，將圖像呈現(xiàn)在熒幕上。相較于其他原理制造的投影裝置，DLP投影裝置具有高亮度、色彩重現(xiàn)性正確、高對比、可使機身迷你輕巧化等優(yōu)點。
由于DLP投影裝置在畫面表現(xiàn)上的優(yōu)異，因此各家廠商無不重視于DLP投影裝置及其周邊配合組件的開發(fā)研究，以達到盡善盡美的投影效果。一般而言，應用DLP投影裝置作為圖像顯示工具時，因其必須具有高亮度、可投射畫面大等特色，因此于DLP投影裝置中，采用雙光源的合光系統(tǒng)，以提高其圖像亮度，有其必要。
如前所述(參照圖1)，典型的單光源投影光機構(gòu)架中，光源11所投射出的光束，會先經(jīng)過色輪15的分色后，再進入光導管14中，將所分色的光線均勻化后送出至光機10的后端，進行圖像處理后，再由鏡頭16將圖像朝投影方向17發(fā)射出。其中，該經(jīng)過色輪15的光束，必需是單一光束，方可進行分色。
因此如圖2所示的雙光源11，12，其所產(chǎn)生的雙光束，必須先經(jīng)過適當?shù)暮瞎鈾C制，合成單一光束后，才能穿過色輪，送入單一光導管，否則即需預設(shè)多個不同的光導管，以分別接收不同光源所產(chǎn)生的多光束；此種狀況下，因多光束尚未耦合，將導致色輪的分色動作不得先光導管的光線均勻化動作進行，故機構(gòu)的配置上，色輪便需置于光導管的后端，使光束先進入光導管，將已均勻化的光線使用某種機制耦合后，再行分色。故圖1的單光源構(gòu)架與圖2的雙光源構(gòu)架，因光導管14與色輪15間的相對位置不同，故二者不可能共用光機10。
再以三角棱鏡13的合光元件為例，若欲采用雙光源11，12構(gòu)架，使雙光束通過棱鏡13后，得合為較趨近于單一光束的光束，使其先通過色輪，則上述這些光源所發(fā)射出的光束，勢必通過接近三角棱鏡13的頂點131，方能克竟其功；此狀況若不將光源內(nèi)移，則必需將三角棱鏡13外移一段距離，若再加上容置色輪15的空間，則合光后原本強度即已減損的單一光束，再進入色輪15前，尚必需經(jīng)歷該段距離，勢必使得合光后的強度進一步減損，無異破壞合光效率，使圖像亮度及色彩皆受到影響。
通常使用于DLP投影裝置的雙光源11，12為橢球燈，一般業(yè)界所采用的橢球燈，因發(fā)出強光所產(chǎn)生的高熱，會因空氣浮力而上移至兩個電極之間的上方，而形成高熱區(qū)，為確保橢球燈的電極壽命，廠商通常會要求使用者在使用中，不得將橢球燈進行上、下仰、俯角度超過20度之調(diào)整，以避免電極部分處于該高熱區(qū)，而遭高溫破壞。如圖2所示的安排，兩相對橢球燈的燈芯所在連接線，與鏡頭16的圖像投射方向17實質(zhì)上平行，此狀況無異是當鏡頭16依使用者的投影需要，而向上或向下調(diào)整超過20度，即很容易導致雙橢球燈的其中之一，超過該安全的臨界狀態(tài)，此也為現(xiàn)有技術(shù)所潛在的一項嚴重瑕疵。
承上所述，為了發(fā)揮DLP投影裝置中雙燈合光的最大效能，與延長光源壽命等目的，實有必要構(gòu)建一種投影裝置及其合光模塊，通用于單燈、雙燈甚至多光源投影系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一目的，在于提供一種多光源投影裝置，包含光線輸入?yún)^(qū)域；光導管(light tunnel)、色輪、合光模塊及多光源，皆設(shè)于該光線輸入?yún)^(qū)域；其中該合光模塊，包含合光裝置，聚光裝置及反射裝置；該多光源投射出多光束，通過該合光裝置，合為實質(zhì)上的單一光束后，通過該聚光裝置及反射裝置后，通過該色輪及該光導管。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種用于多光源投影裝置中的合光模塊，該多光源投影裝置包含光線輸入?yún)^(qū)域；光導管、色輪、合光模塊及多光源，皆設(shè)于該光線輸入?yún)^(qū)域上；該合光模塊包含合光裝置，聚光裝置及反射裝置；該多光源投射出多光束，通過該合光裝置，合為實質(zhì)上的單一光束后，通過該聚光裝置及反射裝置后，通過該色輪及該光導管。
本發(fā)明的多光源投影裝置以及合光模塊，可共用原來單燈構(gòu)架下的光機，且由于可將色輪配置在導光管的前端，因而可維持較佳的色彩表現(xiàn)。再者，光源的排列方向?qū)嵸|(zhì)上垂直于圖像投影方向，而使機身不會因使用上需要調(diào)整傾斜時，影響到光源的壽命。此等設(shè)計不僅有效地提高合光效率，并使光線強度及均勻度均有所提高，且有效地延長投影裝置的光源使用壽命。
在參照附圖及隨后描述的實施方式后所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員便可了解本發(fā)明的其他目的，以及本發(fā)明的技術(shù)手段及實施方式。


圖1是為公知具有單燈構(gòu)架的投影裝置示意圖；圖2是為公知具有雙燈構(gòu)架的投影裝置示意圖；圖3是為本發(fā)明多光源投影裝置的示意圖；及圖4是為本發(fā)明合光效率對于焦距比值的曲線圖。
主要元件標記說明10光機11光源12光源13棱鏡131頂點 14光導管15色輪16鏡頭17投影方向40投影裝置42光機421鏡頭422投影方向 43光導管431前端 432后端433中心軸 44色輪46合光模塊460棱鏡462反射鏡 464第一聚光透鏡466第二聚光透鏡 468第三聚光透鏡47光源48光源49耦合光束具體實施方式
由于本發(fā)明的發(fā)明特征著重在合光模塊及應用其技術(shù)的多光源投影裝置，因此以下的說明，主要以投影裝置中的合光模塊、其配置、光路徑及周邊相關(guān)的元件為主，其余元件及其投影裝置的基本技術(shù)茲不贅述。
參照圖3，投影裝置40主要包含光機(optical engine)42，該光機具有光線輸入?yún)^(qū)域及圖像輸出區(qū)域。光導管(light tunnel)43、色輪(colorwheel)44、合光模塊46及至少兩光源47、48，皆設(shè)于該光線輸入?yún)^(qū)域；鏡頭421，則設(shè)于該圖像輸出區(qū)域。其中，光源種類應用上以高壓氣體放電燈(high intensity discharge；HID)的橢球形燈為較佳的實施例說明。
光導管43具有前端431及與該前端431相對的后端432，通過該光線輸入?yún)^(qū)域的色輪44及光導管43后的光束，將通過光機42內(nèi)部進行圖像處理，而使處理過的圖像，沿投影方向422(如圖中的虛線箭頭所示)，自鏡頭421投射而出。
較佳者，本發(fā)明所披露的合光模塊46包含合光棱鏡460、反射鏡462、第一聚光透鏡464及第二聚光透鏡466。于本發(fā)明的較佳實施例中，合光模塊46還包含第三聚光透鏡468，位于第一聚光透鏡464及反射鏡462之間。更佳者，第三聚光透鏡468的位置是可依據(jù)需求而調(diào)整，以進一步調(diào)整自合光棱鏡460耦合的光束49的聚焦程度。同理，合光棱鏡460也可調(diào)整位置，以調(diào)整光源47、48的入射光束進入合光棱鏡460的光線耦合強度。通常所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，該合光棱鏡460，及該第一聚光透鏡464、第二聚光透鏡466及該第三聚光透鏡468是可依需求改變數(shù)目，及單獨或整體設(shè)計為可調(diào)整位置的元件，以便對其聚焦位置及光線強度進行控制。另外，聚焦透鏡464、466、468選擇式地設(shè)于反射鏡462的前端、后端或前后兩端，因其皆可不同程度地達到相當?shù)墓饩€匯聚功能，故皆屬可行的作法。
進一步地說，合光棱鏡460接收分別來自光源47、48的入射光束后，將入射光束耦合，并轉(zhuǎn)折其方向，以產(chǎn)生耦合光束49。耦合光束49依次地通過第一聚光透鏡464、第三聚光透鏡468，經(jīng)實質(zhì)上與該光導管432的中心軸433呈實質(zhì)上45度角的反射鏡462反射后，即沿該中心軸433方向運行，通過該第二聚光透鏡，再通過色輪44，到達光導管43的前端431后，再通過后端432穿出，通過光機42的圖像處理后，最后所處理過的圖像即沿鏡頭421的投影方向422投射出，而形成圖像于顯示屏(圖中未表示)上。上述具有聚焦裝置及反射裝置的合光模塊設(shè)計，將使得自合光裝置耦合的光線，再到達色輪44及光導管45前，不論光線強度及位置精確度，皆仍能保持相當?shù)乃疁?，故自光導?3穿出的光線，其色彩飽和度與單燈構(gòu)架相同，亮度卻較單燈構(gòu)架突出許多。
由圖3可看出，光源47、48的中心所構(gòu)成的連接線，較佳是垂直于投影方向422，此設(shè)計是基于光源的壽命考慮。首先，先簡單地介紹橢球形氣體放電燈的基本原理，該橢球燈內(nèi)具有兩個相對電極。當電場施加于兩個電極時，自由電子將被此外加電場加速。當被加速的自由電子與氣體原子碰撞后，氣體原子吸收了自由電子的動能(kinetic energy)而處于受激發(fā)狀態(tài)(excited state)。當此受激發(fā)狀態(tài)的原子返回基態(tài)(ground state)后，所吸收的能量就會以輻射的方式釋放出來，因而產(chǎn)生光線。在氣體放電燈工作過程中，會不斷釋放熱，該熱通過熱氣上升原理，一般會集中于兩個電極位置間的上方，形成高熱區(qū)。
制造燈具的廠商，通常會要求使用者在使用中，不得將橢球燈進行上、下仰、俯角度超過20度的調(diào)整，以避免電極部分處于該高熱區(qū)，而遭高溫破壞。如圖3所示，兩個相對橢球燈的燈芯所在連接線，與鏡頭421的圖像投射方向422實質(zhì)上垂直的設(shè)計，使得當鏡頭421依使用者的投影需要，而向上或向下調(diào)整，由于該調(diào)整是沿兩個相對橢球燈燈芯所在連接線為虛擬軸線的方式轉(zhuǎn)動，故不會牽動雙橢球燈的上下擺動(如圖2所示公知技術(shù)即會牽動橢球燈上下擺動)，因此，不容易導致雙橢球燈，超過上述所言的安全臨界溫度，使燈具的壽命得以延長。
如前所述，于本發(fā)明的較佳實施例中，第三聚光鏡468是設(shè)置于第一聚光透鏡464及反射鏡462之間。若第一聚光透鏡464具有焦距f1，第二聚光透鏡466具有焦距fb，第三聚光透鏡468具有焦距f3。其中焦距f1與焦距f3的合成焦距fa，其關(guān)系式為，1fa=1f1+1f3-df1f3]]>其中d代表第一聚光透鏡與第三聚光透鏡間的距離。合成焦距fa與第二聚光鏡的焦距fb的比值r＝fa/fb。圖4表示該焦距比值r與合光效率的關(guān)系圖，其中縱軸為合光效率，橫軸為焦距比值r。通過調(diào)整第三聚光透鏡468的位置，即可調(diào)整合光效率，由圖中可看出，當r介于1.07～1.09的范圍內(nèi)有最佳的合光效率。因此，相較于公知技術(shù)，本發(fā)明通過單獨調(diào)整第三聚光透鏡468的位置，可達到依照使用者需求，而調(diào)整合光效率的目的。
本發(fā)明的另一實施例，在于提供一種合光模塊，用以執(zhí)行如同公知所述的功能。此合光模塊包含棱鏡、第一聚光透鏡、第二聚光透鏡及反射鏡，合光模塊還可包含可調(diào)整位置的第三聚光透鏡。此合光模塊的元件功能已于前項說明，且能夠執(zhí)行公知所述的功能，故在此不贅述。
以上實施例僅用以例舉本發(fā)明的實施方式，以及闡明本發(fā)明的技術(shù)特征，并非用來限制本發(fā)明的范疇。舉例而言，聚光透鏡可采用其他類似功能的聚光裝置。色輪也未限定必須設(shè)置于光導管的前端，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員也可在不同的考慮需求，將色輪安排于光導管的后端。因此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，均可在不違背本發(fā)明的技術(shù)原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本案之權(quán)利范圍應以上述權(quán)利要求所主張的內(nèi)容為依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種多光源投影裝置，其特征是包含光線輸入?yún)^(qū)域；光導管、色輪、合光模塊及多光源，皆設(shè)于該光線輸入?yún)^(qū)域；其中該合光模塊，包含合光裝置，聚光裝置及反射裝置；該多光源投射出多光束，通過該合光裝置，合為實質(zhì)上的單一光束后，通過該聚光裝置及反射裝置后，通過該色輪及該光導管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光源投影裝置，其特征是該合光裝置為合光棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光源投影裝置，其特征是該聚光裝置具有第一聚光透鏡，設(shè)于該反射裝置的前端；及第二聚光透鏡，設(shè)于該反射裝置的后端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多光源投影裝置，其特征是該聚光裝置還具有第三聚光透鏡，設(shè)于該第一聚光透鏡與該反射裝置之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光源投影裝置，其特征是該反射裝置為反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多光源投影裝置，其特征是該多光源是包含兩個光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多光源投影裝置，其特征是該光導管具有中心軸，該通過該反射裝置后的光束實質(zhì)上沿該中心軸運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光源投影裝置，其特征是還包含圖像輸出區(qū)域，該圖像輸出區(qū)域包含鏡頭，使已處理的圖像沿投影方向投射出，其中該光導管的中心軸與該反射鏡實質(zhì)上呈45度角，而與該投影方向?qū)嵸|(zhì)上垂直。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光源投影裝置，其特征是該兩個光源關(guān)于該合光裝置是相對設(shè)置，且該兩個光源的中心的連接線，實質(zhì)上與該投影方向垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光源投影裝置，其特征是各該光源是高壓氣體放電燈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多光源投影裝置，其特征是各該光源是橢球型燈。
12.一種用于多光源投影裝置中的合光模塊，其特征是該多光源投影裝置包含光線輸入?yún)^(qū)域；光導管、色輪、合光模塊及多光源，皆設(shè)于該光線輸入?yún)^(qū)域上；該合光模塊包含合光裝置，聚光裝置及反射裝置；該多光源投射出多光束，通過該合光裝置，合為實質(zhì)上的單一光束后，通過該聚光裝置及反射裝置后，通過該色輪及該光導管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的合光模塊，其特征是該合光裝置為合光棱鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的合光模塊，其特征是該聚光裝置具有第一聚光透鏡，設(shè)于該反射裝置的前端；及第二聚光透鏡，設(shè)于該反射裝置的后端。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的合光模塊，其特征是該聚光裝置還具有第三聚光透鏡，設(shè)于該第一聚光透鏡與該反射裝置之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的合光模塊，其特征是該反射裝置為反射鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的合光模塊，其特征是該多光源是包含兩個光源。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的合光模塊，其特征是該光導管具有中心軸，該通過該反射裝置后的光束實質(zhì)上沿該中心軸運行。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的合光模塊，其特征是還包含圖像輸出區(qū)域，該圖像輸出區(qū)域包含鏡頭，使已處理的圖像沿投影方向投射出，其中該光導管的中心軸與該反射鏡實質(zhì)上呈45度角，而與該投影方向?qū)嵸|(zhì)上垂直。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的合光模塊，其特征是該兩個光源關(guān)于該合光裝置是相對設(shè)置，且該兩個光源的中心的連接線，實質(zhì)上與該投影方向垂直。
全文摘要
一種多光源投影裝置及其合光模塊。多光源投影裝置包含光線輸入?yún)^(qū)域；光導管、色輪、合光模塊及多光源，皆設(shè)于光線輸入?yún)^(qū)域。合光模塊，包含合光裝置，聚光裝置及反射裝置；多光源投射出多光束，通過合光裝置，合為實質(zhì)上的單一光束后，通過聚光裝置及反射裝置后，通過色輪及光導管。
文檔編號G02B27/12GK101078862SQ200610081509
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者林宏英 申請人:臺達電子工業(yè)股份有限公司