專利名稱：均光裝置及包含該均光裝置的數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一均光裝置，特別是一種用于一數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)內(nèi)的均光裝置。
背景技術(shù)：
隨著投影技術(shù)的成熟，投影機(jī)的使用也越來(lái)越廣泛，消費(fèi)者對(duì)于投影機(jī)有了更多 元的選擇，相對(duì)的，對(duì)其成像品質(zhì)的要求也隨之增加。 一般而言，投影系統(tǒng)主要包含照明子 系統(tǒng)以及成像子系統(tǒng)，其中業(yè)界特別著重于照明子系統(tǒng)中提高元件配置可靠性、減小整體 體積以及增加光源效率，藉此進(jìn)而加強(qiáng)后端成像子系統(tǒng)的成像亮度。 照明子系統(tǒng)包含有光源組件、透鏡及均光裝置，而于一現(xiàn)有數(shù)字光學(xué)處理 (digital light processing, DLP)投影系統(tǒng)中，為了改善成像亮度的不足，大多采用多光 源組件以提供更充足的光線。由于光源組件是以散射的方式傳播光線，形成一分布不均勻 的光源，使得照射在投影系統(tǒng)內(nèi)的一成像元件的光線亦不均勻。因此，在設(shè)計(jì)上通常還會(huì)利 用一反射罩將散射光線反射至一預(yù)設(shè)的光路，并通過(guò)均光裝置將光線均勻化，繼而形成一 方形的亮區(qū)而投射于成像元件上，使成像元件充分均勻受光，而形成投影影像；實(shí)務(wù)上，均 光裝置是一積分柱(integrator)，而成像元件是一數(shù)字微鏡裝置(digital micromirror device, DMD)。須說(shuō)明的是，所述亮區(qū)必須完全涵蓋住整個(gè)數(shù)字微鏡裝置，方能使數(shù)字微鏡 裝置反射出完整的投影影像。 由數(shù)字微鏡裝置所形成的投影影像是往投影鏡頭投射，而后于屏幕上形成一正立 的影像以供使用者正常觀看。由于某些規(guī)格要求或設(shè)計(jì)需求，使得數(shù)字微鏡裝置需偏轉(zhuǎn)一 角度設(shè)置，造成數(shù)字微鏡裝置相對(duì)亮區(qū)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)而使數(shù)字微鏡裝置的某些部分超出亮區(qū)所 涵蓋的范圍，影響投影影像。此時(shí)，上述方形的亮區(qū)必須隨數(shù)字微鏡裝置呈同一角度偏轉(zhuǎn)， 方能使數(shù)字微鏡裝置再度被亮區(qū)完全涵蓋住，而形成完整的投影影像。 詳細(xì)而言，如圖1所示，若均光裝置1未隨著數(shù)字微鏡裝置而偏轉(zhuǎn)，則通過(guò)均光裝 置l所射出的一光線12無(wú)法使數(shù)字微鏡裝置D完全為亮區(qū)X(如圖1中斜線部分)所涵蓋， 導(dǎo)致無(wú)法正常成像。為了使亮區(qū)X以最小的面積完全涵蓋且均勻地照射在數(shù)字微鏡裝置D 上，均光裝置1的設(shè)置必須隨著數(shù)字微鏡裝置D偏轉(zhuǎn)一角度。于上述情況下，為了使均光裝 置能接受一最大的光通量，需使照明子系統(tǒng)整體隨著偏轉(zhuǎn)該一角度，而照明子系統(tǒng)中的多 光源組件也跟著傾斜一角度。 然而，多光源組件的傾斜設(shè)置不僅造成投影系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)變?yōu)閺?fù)雜、龐 大，同時(shí)傾斜擺放的光源組件使得散熱風(fēng)扇無(wú)法有效地產(chǎn)生一流暢的對(duì)流流場(chǎng)，將導(dǎo)致散 熱效能不佳。再者，由于熱空氣上升的原理，光源組件所產(chǎn)生的大量廢熱亦將累積于傾斜的 燈泡以及反射罩的前端上緣處，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的影響，過(guò)高的溫度將縮減燈泡壽命并導(dǎo)致 光源組件損壞。 為了達(dá)成均光裝置輸出的光照偏轉(zhuǎn)，另一種作法是在均光裝置后端使用較為復(fù)雜 的中繼透鏡(relay lens)，藉以引導(dǎo)光線均勻且完整的涵蓋到數(shù)字微鏡裝置上，因此均光 裝置可不必偏轉(zhuǎn)設(shè)置，同時(shí)避免了多光源組件必須傾斜設(shè)置的缺失。但此作法相對(duì)地將增
3加投影系統(tǒng)的配置的復(fù)雜性，同時(shí)成本亦隨之提高。 綜上所述，現(xiàn)行數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)在配合多光源組件等內(nèi)部條件的限制下，
光源組件必須隨著積分柱的偏轉(zhuǎn)而傾斜設(shè)置，造成了結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)的復(fù)雜、整體體積的增加
以及光源組件的散熱不良，并非解決之道。而為了避免光源組件的傾斜設(shè)置而增設(shè)額外的
中繼透鏡，則會(huì)使得成本相對(duì)的增加；此外，光學(xué)路徑行程過(guò)長(zhǎng)亦將造成光學(xué)效率的降低；
同時(shí)，過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與過(guò)多的光學(xué)元件，也將導(dǎo)致投影系統(tǒng)體積的增加。 因此，為避免上述因偏轉(zhuǎn)一角度而造成的缺失，同時(shí)又能達(dá)到成本控制，減小投影
系統(tǒng)的整體體積，而于投影系統(tǒng)中提供更有效的成像光源，此為此業(yè)界所亟需共同努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一均光裝置，此均光裝置是應(yīng)用于一種具有多個(gè)光源的數(shù)字光學(xué)處理
投影系統(tǒng)，以接受多個(gè)光源所產(chǎn)生的光束，進(jìn)而將光束均勻的涵蓋照射在投影系統(tǒng)內(nèi)而相 對(duì)于均光裝置呈現(xiàn)一角度偏轉(zhuǎn)的數(shù)字微鏡裝置，且多光源系統(tǒng)不需傾斜設(shè)置。 為達(dá)上述目的，本發(fā)明的均光裝置包含一入光面、一出光面以及界定于其間的一
均光部，其中，入光面具有一第一外形輪廓，而出光面具有與第一外形輪廓相同的一第二外 形輪廓。出光面的第二外形輪廓對(duì)于一投影平面的投影，相對(duì)關(guān)于入光面的一第一外形輪 廓對(duì)于上述投影平面的投影，關(guān)于均光裝置的一縱長(zhǎng)軸向成一旋轉(zhuǎn)角度。 透過(guò)設(shè)置上述的均光裝置，數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)光源所發(fā)出的光束， 適可由入光面進(jìn)入均光裝置并于均光部?jī)?nèi)逐次反射，通過(guò)出光面形成一均勻光束而射出， 光束適可完整地涵蓋成像系統(tǒng)的數(shù)字微鏡裝置，以便數(shù)字微鏡裝置進(jìn)行成像。藉此，多光源 系統(tǒng)是可以一較簡(jiǎn)易的方式水平設(shè)置于投影系統(tǒng)的中，同時(shí)亦不必再透過(guò)額外的中繼透鏡 即可將光束涵蓋照射于數(shù)字微鏡裝置上，更可避免多光源系統(tǒng)因傾斜設(shè)置對(duì)投影系統(tǒng)所造 成不良的影響。


為讓本發(fā)明的上述目的、技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文將配合附圖對(duì)本發(fā) 明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中 圖1是現(xiàn)有的自均光裝置所投射出的均勻光束未能完全涵蓋一數(shù)字微鏡裝置的 示意圖； 圖2A是本發(fā)明的均光裝置的一實(shí)施例的實(shí)心積分柱立體圖；
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一照明子系統(tǒng)立體圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的均光裝置的一第一外形輪廓與一第二外形輪廓分別于一 投影平面的投影圖；以及 圖4是本發(fā)明的均光裝置的一實(shí)施例的空心積分柱立體圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一實(shí)施例是一均光裝置，其示意圖請(qǐng)參考圖2A所示，此均光裝置2是 應(yīng)用于數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)(圖未示出)。詳細(xì)而言，數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)包含一照明子系統(tǒng)3(如圖2B所示，且為了便于說(shuō)明，圖中僅顯示部分必要的元件)以及一成像子系統(tǒng)(圖未示出)。 請(qǐng)參考圖2B，照明子系統(tǒng)3包含多個(gè)光源33a、33b、33c及33d及均光裝置2，藉此提供一均勻光束至成像子系統(tǒng)以供成像用。于本實(shí)施例中，照明子系統(tǒng)3還包含一現(xiàn)有均光裝置31，延伸連接至本發(fā)明的均光裝置2。現(xiàn)有均光裝置31包含一上部31a和一下部31b，以分別接受前段的多光源33a和33d及后段的多光源33b和33c，以得到光源的最大光通量。于本實(shí)施例中，均光裝置2、現(xiàn)有均光裝置31中的上部31a和下部31b均為個(gè)別元件；然而于其它實(shí)施例中，均光裝置2、均光裝置31的上部31a和下部31b還可一體成型。成像子系統(tǒng)具有一數(shù)字微鏡裝置(圖未示出)以及一投影鏡頭(圖未示出)，數(shù)字微鏡裝置適以接受由均光裝置2所投射出的均勻光束，并轉(zhuǎn)動(dòng)于其上的多個(gè)微鏡(圖未示出)，將光束繼續(xù)反射至投影鏡頭，其中由均光裝置2所射出的均勻光束于數(shù)字微鏡裝置上形成一亮區(qū)，并且使該亮區(qū)得以完全涵蓋數(shù)字微鏡裝置，以便數(shù)字微鏡裝置得以完整且均勻受照。投影鏡頭包含多個(gè)透鏡(圖未示出)，由數(shù)字微鏡裝置反射的光束藉由穿過(guò)多個(gè)透鏡，投射于一屏幕上，而形成投影影像。 如圖2A所示，均光裝置2包含一入光面21、一出光面23以及界定于其間的一均光部25。入光面21具有一第一外形輪廓，出光面23與入光面21平行且具有一第二外形輪廓，于此實(shí)施例中，第一外形輪廓適與第二外形輪廓相同，兩者具有相同的尺寸，且面積相等。然而于其它實(shí)施態(tài)樣中，第一外形輪廓亦相同于第二外形輪廓，且出光面23的第二外形輪廓是入光面21的第一外形輪廓的一相同比例下的放大尺寸，使具有較大的面積，藉以配合相應(yīng)的數(shù)字微鏡裝置的尺寸，雖然附圖未逐一標(biāo)明，但均屬可行的替代方案。
請(qǐng)同時(shí)參考圖3，其為均光裝置2于一投影平面P的投影圖，其中，投影平面P是與入光面21及出光面23平行。相對(duì)應(yīng)于出光面23暨其第二外形輪廓可于投影平面P上正向投影而產(chǎn)生一呈矩形的第一投影23';相同地，相對(duì)應(yīng)于入光面21暨其第一外形輪廓亦可于投影平面P上正向投影而產(chǎn)生一呈矩形的第二投影21'。而第一投影23'與第二投影21'是以均光裝置2的一縱長(zhǎng)軸向22(縱長(zhǎng)軸向22與投影平面P的交點(diǎn)于圖3中是以一交叉點(diǎn)22'示出)為中心，相對(duì)地形成一旋轉(zhuǎn)角度9 。詳細(xì)而言，亦即于圖3中，縱長(zhǎng)軸向22所代表的交叉點(diǎn)22'與各投影21'、23'的左上角的二頂點(diǎn)e、e'(分別相對(duì)應(yīng)于圖2A中的頂點(diǎn)a、a')各自連線后，會(huì)形成夾角e ;于本實(shí)施例中，此旋轉(zhuǎn)角度e為7.25° 。配合實(shí)際應(yīng)用時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度9不大于90° 。 于此實(shí)施例中，由于數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)中的主要成像元件是一具有矩形外形
的數(shù)字微鏡裝置。因此，本實(shí)施例的均光裝置2，其入光面21的第一外形輪廓與出光面23
的第二外形輪廓皆為一矩形，以便于與現(xiàn)有的數(shù)字微鏡裝置搭配應(yīng)用。 又如圖2A所示，界定于入光面21與出光面23之間的均光部25是由多個(gè)連續(xù)外
表面2a所構(gòu)成。于本實(shí)施例中，多個(gè)連續(xù)外表面2a是相鄰的三角形表面。詳細(xì)而言，均光
裝置2的均光部25是相鄰的八個(gè)三角形表面，有別于如圖1所示的傳統(tǒng)均光裝置1的均光
部的外表面(其是由四個(gè)相鄰的矩形所組成，而各相鄰矩形互為垂直)。 更詳細(xì)而言，如圖2A所示，均光裝置2的入光面21具有四個(gè)頂點(diǎn)，分別為a、 b、 c
及d ;相同地，出光面23亦具有四個(gè)頂點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于入光面21的四個(gè)頂點(diǎn)分別為a' 、b' 、c'及
d'，其中頂點(diǎn)d'由于視角關(guān)系，圖中并未示出。均光部25的外形是各相對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)(即a對(duì)應(yīng)a' 、 b對(duì)應(yīng)b' 、 c對(duì)應(yīng)c'以及d對(duì)應(yīng)d')以直線連接的關(guān)系而界定于入光面21及出光面23之間。本實(shí)施例中均光部25由相鄰的八個(gè)三角形表面構(gòu)成，然而于其它實(shí)施例中，均光部還可基于上述的構(gòu)成關(guān)系，由多個(gè)任意多邊形平面甚或曲面相鄰構(gòu)成，只要如圖3所示，維持入光面21與出光面23的各外形輪廓于投影平面P的各投影21' 、23'，關(guān)于代表縱長(zhǎng)軸向22的交叉點(diǎn)22'間的相對(duì)關(guān)系即可，并不以本實(shí)施例為限。
本實(shí)施例的均光裝置2是如圖2A所示的一實(shí)心積分柱(integration rod)，其外表面2a鍍有一反射膜；而于其它實(shí)施例中，均光裝置2'亦可為圖4所示的一空心積分柱?？招姆e分柱具有一殼體27及形成于殼體中的一光通道(light tu皿el)29，而光通道29所形成的容置空間具有相似于圖2A的實(shí)心積分柱的外形，而空心積分柱的光通道29所形成的容置空間，其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)線條，圖中并未示出?？招姆e分柱的外殼27的一內(nèi)表面2b鍍有一反射膜。藉此，無(wú)論為實(shí)心積分柱的均光裝置2或空心積分柱的均光裝置2'，均可利用上述鍍于各表面2a、2b的反射膜，將光線逐次反射，而達(dá)到將入射至均光裝置的各光線均勻射出的效果。 另一方面，為了配合于數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)中不同類別的光源選用，均光裝置的材質(zhì)可針對(duì)不同強(qiáng)度的光源，而選自石英、玻璃及塑料所組成的群組，舉例而言，石英是用于高功率光源，例如氙氣燈或某些水銀燈，而較低功率的水銀燈則可使用BK7材質(zhì)。而其它光源(如發(fā)光二極管)則可使用塑料制成的均光裝置。需說(shuō)明的是，反射膜可視實(shí)際需求而設(shè)置，而均光裝置所采用的材料并不以上述為限。 借助上述的結(jié)構(gòu)與特征，本發(fā)明的均光裝置設(shè)置于數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)中，當(dāng)多個(gè)光源所提供的光線入射至入光面21，其適可由入光面21入光并進(jìn)入均光裝置2中，各光線于均光部25內(nèi)逐次反射均勻化后，形成一均勻光束，再通過(guò)出光面23投射出。因?yàn)檫@些外形輪廓呈矩形，而分別于投影平面P上的投影亦呈矩形，藉此，光線因第二外形輪廓而自出光面23射出后所形成矩形的亮區(qū)，得以與呈矩形的數(shù)字微鏡裝置搭配，該亮區(qū)得以完全涵蓋數(shù)字微鏡裝置，以供形成完整的投影影像。 綜上所述，借助本發(fā)明的均光裝置結(jié)構(gòu)特征，適可將由入光面射入的光束，經(jīng)過(guò)均光部均勻化后，由出光面射出而完全涵蓋照射于數(shù)字微鏡裝置上。藉此，包含本發(fā)明均光裝置的數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)中，照明子系統(tǒng)不需如現(xiàn)有技術(shù)那樣隨數(shù)字微鏡裝置而偏轉(zhuǎn)設(shè)置，而多光源亦可以一較簡(jiǎn)易的水平方式配置，可避免復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成系統(tǒng)體積的增加，亦可避免傾斜的照明子系統(tǒng)導(dǎo)致散熱效能降低；另一方面，本發(fā)明均光裝置亦可改善于現(xiàn)有技術(shù)中，須由額外的中繼透鏡方能使光束完全涵蓋數(shù)字微鏡裝置的缺失，藉此縮短光學(xué)路徑、增進(jìn)光學(xué)效率，同時(shí)節(jié)省成本。 上述實(shí)施例僅為例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，以及闡釋本發(fā)明的技術(shù)特征，而非用于限制本發(fā)明的保護(hù)范疇。任何熟悉本技術(shù)的人士均可在不違背本發(fā)明的技術(shù)原理及精神的情況下，可輕易完成的改變或均等性的安排均屬于本發(fā)明所主張的范圍。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍應(yīng)如后述的本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍所列。
權(quán)利要求
一種均光裝置，用于一數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)中，包含一入光面，具有一第一外形輪廓；一出光面，與該入光面平行，其具有一第二外形輪廓，與該第一外形輪廓相同；以及一均光部，界定于該入光面及該出光面之間；其中，該第二外形輪廓對(duì)于一投影平面的一第一投影，相對(duì)于該第一外形輪廓對(duì)于該投影平面的一第二投影，關(guān)于該均光裝置的一縱長(zhǎng)軸向，形成一旋轉(zhuǎn)角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該旋轉(zhuǎn)角度系不大于90。。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該入光面的該第一外形輪廓與該出光面的該第二外形輪廓均為一矩形，且具有實(shí)質(zhì)相同的一比例。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該入光面的該第一外形輪廓與該出光面的該第二外形輪廓均為一矩形，且該第二外形輪廓是該第一外形輪廓的一放大比例。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該均光部是由多個(gè)連續(xù)外表面所組合而成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的均光裝置，其特征在于各該外表面是一三角形表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該均光裝置是一實(shí)心積分柱以及一空心積分柱其中之一，該空心積分柱具有一殼體及形成于該殼體中的一光通道。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的均光裝置，其特征在于該實(shí)心積分柱的一外表面鍍有一反射膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的均光裝置，其特征在于該空心積分柱的殼體的一內(nèi)表面鍍有一反射膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置，其特征在于該均光裝置的材質(zhì)是選自石英、玻璃及塑料所組成的群組。
11. 一種數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)，包含一照明子系統(tǒng)，提供一均勻的光束，該照明子系統(tǒng)具有多光源；及根據(jù)權(quán)利要求1所述的均光裝置；其中該多光源的光線的至少一部份，是自該均光裝置的入光面進(jìn)入該均光裝置，并通過(guò)該均光部的均勻化后，由該出光面投射出該均勻的光束；一成像子系統(tǒng)，具有一數(shù)字微鏡裝置；及一投影鏡頭；其中該均勻的光束是得以完全涵蓋該數(shù)字微鏡裝置。
全文摘要
本發(fā)明是一種均光裝置及及包含該均光裝置的數(shù)字光學(xué)處理投影系統(tǒng)。均光裝置包含一入光面、一出光面以及界定于其間的一均光部，其中入光面與出光面分別具有第一外形輪廓及第二外形輪廓，而第二外形輪廓對(duì)于一投影平面的一第一投影，相對(duì)于第一外形輪廓對(duì)于該投影平面的一第二投影，關(guān)于均光裝置的一縱長(zhǎng)軸向形成一旋轉(zhuǎn)角度。藉此，提供成像所需光線的光源可簡(jiǎn)易地設(shè)置于投影系統(tǒng)中，不需隨著數(shù)字微鏡裝置而傾斜設(shè)置，亦不需額外增加中繼透鏡，即可透過(guò)將光線投射至均光裝置后，產(chǎn)生均勻光束完全涵蓋數(shù)字微鏡裝置，以進(jìn)行成像。
文檔編號(hào)G03B21/00GK101726972SQ20081016974
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者周清文, 湯姆·海文, 羅夫·瓦庭, 道格拉斯·M·包頓 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司