专利名称：具偏离光线回收及再利用功能的光学投影系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种光学投影系统；具体而言，本发明是关于一种具 有偏离光线回收及再利用功能的光学投影机。
背景技术：
在大尺寸影像输出设备上，投影机一直为无法替代的主要影像输出 设备之一。目前投影机的主流技术是采用灯泡产生光源，再以液晶面板、 数字镜反射芯片(Digital Micromirror Device Chip, DMD Chip)或 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等光源调变装置控制产生的影像。为了提 升投影机输出影像整体的亮度，往往需要通过由灯泡的亮度来加以达成。 然而由于需考虑耗电量的问题，且顾及灯泡的寿命有限，所以不可能无 止尽的通过由增加电流量来增加灯泡的亮度。因此如何将灯泡所发出的 光线作最有效率的应用，就成为投影机设计上的重大客题。图la所示为现有的液晶显示投影机的系统示意图。如图la所示， 液晶显示投影机主要包含光源10、光机30、影像控制装置20及投影镜 头组50。光源IO通过由灯泡ll及反射罩13产生平行光线并将之输出至 光机30。光机30中包含各式光学组件，例如镜片数组(Integrator)35、偏 振光转换器(PBS)数组37、聚光镜38等。光机30的主要目的在于使输出 的光线具有规则及均匀的性质，以输出至影像控制装置20。影像控制装 置20主要包含液晶面板及其它分光及合光的光学组件，使输出的光线得 以经由投影镜头组50的放大后投射于屏幕40上并产生影像。然而在此种投影机的系统中，由于光源10所产生的光线不可能全为 平行光，且遮光罩15亦无法阻挡全部未进入光机30的光线，故少部分 的光线经由遮光罩15及光机30间之间隙漏失。此外，光机30中各个光 学组件的亦可能因入射光线的不规则性，部分光线通过光学组件之后亦 会产生散射而未进入下一个光学组件，进而形成光机30的偏离光线，并 使电能耗损增加。图lb所示为现有DLP(Digital Light Projector)投影机的系统示意图。 如图lb所示，设置于光机30后端的数字镜反射芯片(DMD Chip)21将光 机30的光线反射至投影镜头组50。为控制影像的形成，数字镜反射芯 片21上的画素反射镜产生偏转，分别将光源10的输出光线选择性反射 至投影镜头组50或偏转反射区。当数字镜反射芯片21上某一画素反射 镜将光线反射至投影镜头组50时，表示形成于屏幕40的影像中此一画 素是为一亮点。当数字镜反射芯片21产生偏转，将光线反射至偏转反射 区时，表示影像中此一画素是为暗点。由于被反射至偏转反射区的光线 不会再回到系统内部，因此造成光线使用效率不佳以及能量的浪费。发明内容本发明的一 目的在于提供一种光学投影系统，具有偏离光线回收及 再利用的功能。本发明的另一目的在于提供一种光学投影系统，可提高光线的利用率。本发明的另一 目的在于提供一种光学投影系统，可产生额外的电能。 本发明的光学投影系统主要包含光源装置、光学系统、投影镜头组 及光电转换装置。光学系统包含入光端及出光端。光学系统的入光端是 对应于光源装置，而出光端则对应于投影镜头组。光源装置主要包含光 源及设置于光源外的遮光罩。光电转换装置则设置于光源装置遮光罩外 的偏离光区域。
光电转换装置较佳是设置对应于遮光罩及光学系统间之间隙。然而 在不同实施例中，光电转换装置亦可形成一环状结构，环绕光学系统的 入光端。此外，光电转换装置亦可设置对应于光学系统中各光学组件之 间之间隙，以接收漏失的光线。在另一实施例中，光学系统的出光端所设置的影像控制装置是包含 一光反射装置。光电转换装置是设置于光学系统出光端之后，并位于对 应光反射装置的偏转反射区。为控制影像的形成，光反射装置上的画素 反射镜产生偏转，分别将光学系统的输出光线选择性反射至投影镜头组 或偏转反射区。当光反射装置上某一画素反射镜将光线反射至投影镜头 组时，表示形成于屏幕的影像中此一画素是为一亮点。当光反射装置产 生偏转，将光线反射至偏转反射区时，表示影像中此一画素是为暗点。 此时被反射至偏转反射区的光线即被光电转换装置所吸收，并转换为电
图la为现有液晶显示投影机的系统示意图；图lb为现有DLP(Digital Light Projector)投影机的系统示意图；图2为本发明光学投影系统的实施例示意图；图3为光电转换装置设置于遮光罩与光学系统间的实施例剖面图； 图4为光电转换装置设置于光学系统各光学组件间隙的实施例剖面图；图5为光电转换装置环绕于光学系统入光端的实施例剖面图；图6为光电转换装置设于光反射装置的偏转反射区的实施例剖面图；图7为光电转换装置环绕投影镜头组的实施例剖面图；图8为光学投影系统的另一实施例示意图。
主要组件符号说明10光源ll灯泡13反射罩15遮光罩20影像控制装置21数字镜反射芯片30光机35镜片数组37偏振光转换器数组38聚光镜40屏幕50投影镜头组IOO光源装置iio光源130反射罩150遮光罩200影像控制装置210光反射装置300光学系统301光导管310入光端330出光端350镜片数组370偏振光转换器数组380聚光镜400屏幕500投影镜头组 700光电转换装置 710接收面 730环形接收面830储能装置 850供电装置 870电流输出接口具体实施方式
本发明是提供一种光学投影系统，具有偏离光线回收及再利用的功 能。在较佳实施例中，光学投影系统是为一投影机。此处所言的投影机 包含穿透式投影机、反射式投影机及其它类形的投影机。穿透式投影机 主要液晶显示投影机，而反射式投影机则包含DLP投影机及LCOS投影机。本发明的光学投影系统主要包含光源装置100、光学系统300、投影 镜头组500及光电转换装置700。在图2所示的较佳实施例中，光学系 统300包含入光端310及出光端330。光学系统300的入光端330是对应 于光源装置100，而出光端330则对应于投影镜头组500。当光源装置100 产生的光线经由光学系统300进行聚光、分光或其它光学程序后，随即 进入设置于出光端330的影像控制装置200。在较佳实施例中，影像控 制装置200是包含液晶面板或数字镜反射芯片(DMD Chip)。光线经影像 控制装置200处理后，随即进入投影镜头组500中，并经由投影镜头组 500成像于投影屏幕400上。光电转换装置700主要设置于上述光源装置100、光学系统300及
投影镜头组500所构成光学传输信道的偏离光区域。偏离光区域主要存在于上述光源装置100、光学系统300及投影镜头组500之间、光学系 统300中各光学组件之间，或是其它可能产生偏离光的位置。
图3所示为本发明较佳实施例的剖面示意图。如图3所示，光源装 置IOO主要包含光源110、反射罩130及遮光罩150。光源IIO较佳是包 含灯泡，其种类包含卤素灯、金属卤化物灯(Metal Halide)、超高压汞灯 (UHP)等。光源110是设置于反射罩130内，而遮光罩150则设置于反射 罩130的外侧。在此较佳实施例中，光源装置IOO是为平行光源装置， 亦即光源装置100输出的光线大部分为平行光线。 一部分光源110产生 的光线直接朝光学系统300的入光端310行进，而另部分向其它方向发 散的光线则经由反射罩130反射而平行朝入光端310行进。遮光罩150 则用以阻挡大部分散射而未进入光学系统300入光端310的光线。
在此实施例中，光学系统300较佳是包含镜片数组(Integrator)350、 偏振光转换器(PBS)数组370、聚光镜380等。镜片数组350主要是将入 射的光线分布重新整理，使光线的能量分布均匀。偏振光转换器数组370 则将镜片数组350输出的光线的P偏光转换为S偏光，以提升光使用效 率。聚光镜380的功效则在于使光路维持收敛状态，使光能量平行传递。
光学系统300的出光端330设置有影像控制装置200。在此实施例 中，影像控制装置200内是设置有液晶面板以及配合的分光及合光光学 组件。经由分光及合光光学组件以及液晶面板的配合，通过由改变液晶 面板上每一画素的信号，可控制输出光线的影像。影像控制装置200输 出含有影像的光线随即进入投影镜头组500,再加强放大输出至屏幕400 上。必需强调的是，虽然图3中所示由光源装置100、光学系统300及 投影镜头组500所形成的光传输信道为直线设置，然而为配合光学投影 系统的整体设计，可利用折射镜或其它类似光学组件改变光传输信道为 不同线形。光电转换装置700是设置于遮光罩150外，并位于系统整体的偏离 光区域中。在图3所示的实施例中，光电转换装置700是设置于遮光罩 150与光学系统300的入光端310间。光电转换装置700较佳是具有一接 收面710，且接收面710平行于光学系统3QD的光行进方向。如图3所示， 光电转换装置700是设置于光传输通道的外，且分别设置于遮光罩150 的上方及下方。然而光电转换装置700亦可采环形设置的方式，围绕整 个遮光罩150或是光学系统300的入光端310外缘。光电转换装置700较佳是为太阳能集能板；然而在不同实施例中， 光电转换装置700亦可为其它可将光能转换为电能的类似装置。当光源 装置100产生的光线直间或经由反射罩130间接射出光源装置100时， 大部分未朝向光学系统300行进的光线均被遮光罩150所阻挡。然而仍 有少部分未朝向光学系统300行进的光线未被遮光罩150所阻挡，从而 被光电转换装置700所吸收。换言之，由于光源装置IOO所产生的光线 不可能全为平行光，且遮光罩150亦无法阻挡全部未进入光学系统300 的光线，故少部分的光线经由遮光罩150及光学系统300间的间隙射入 光电转换装置700。在如图4所示的实施例中，光电转换装置700是设置对应于光学系 统300各光学组件间的间隙。所谓的光学组件即包含前述的镜片数组 (Integrator)350、偏振光转换器(PBS)数组370、聚光镜380等。由于入射 光线的不规则性，部分光线通过光学组件之后亦会产生散射而未进入下 一个光学组件，进而形成光学系统300的偏离光线。当此状况产生时， 自光学系统300散射的偏离光线即被光电转换装置700所吸收，从而被 转换为电能。在图5所示的实施例中，光学系统300是包含一光导管301。光导 管301的入光端受光面积远小于前述实施例中的光学系统300受光面积。
为配合光导管301的使用，光源装置100是采用一集中光源装置。所谓 集中光源装置，是指经由反射罩130反射后，光源装置IOO所输出的光 线具有聚焦的特性，会集中于一特定点上。换言的，光导管301的入光 端是设置于光源装置100所产生光线的聚焦处，以接收光源装置100的 光线。此外，在此实施例中，光学系统300的出光端330所设置的影像控 制装置是包含一光反射装置210。在较佳实施例中，光反射装置210包 含一数字镜反射芯片(Digital Micromirror Device Chip, DMD Chip)。光反 射装置210反射光学系统300的光线进入投影镜头组500，通过以控制 成像于屏幕400上的影像。如图5所示，光电转换装置700形成围绕于光学系统300入光端310 外的环状结构。光电转换装置700具有环形接收面730，且环形接收面730 是面对于光源装置IOO。在如图4所示的较佳实施例中，环形接收面730 垂直于光导管301的光线行进方向；然而在不同实施例中，环形接收面 730亦可与光导管301的光线行进方向夹不同的角度，以与光源装置100 有较好的对应。在如图6所示的实施例中，光源装置100、光学系统300、影像控制 装置200及投影镜头组500均采与图5所示实施例相似的配置。然而在 此实施例中，光电转换装置700是设置于光学系统300出光端330之后， 并位于对应光反射装置210的偏转反射区。为控制影像的形成，光反射 装置210上的画素反射镜产生偏转，分别将光学系统300的输出光线选 择性反射至投影镜头组500或偏转反射区。当光反射装置210上某一画 素反射镜将光线反射至投影镜头组500时，表示形成于屏幕400的影像 中此一画素是为一亮点。当光反射装置210产生偏转，将光线反射至偏 转反射区时，表示影像中此一画素是为暗点。此时被反射至偏转反射区 的光线即被光电转换装置700所吸收，并转换为电能。
在如图7所示的实施例中，光源装置IOO、光学系统300、影像控制 装置200及投影镜头组500均采与图3所示实施例相似的配置。然而在 此实施例中，光电转换装置700是设置于光学系统300出光端330之后。 光电转换装置700形成围绕于投影镜头组500入光端的环状结构。光电 转换装置700具有环形接收面730，且环形接收面730是面对于光源装 置100。在如图7所示的较佳实施例中，环形接收面730垂直于投影镜 头组500;然而在不同实施例中，环形接收面730亦可与投影镜头组500 夹不同的角度。此外，在不同实施例中，光电转换装置700亦可设置对应于光学系 统300出光端330与投影镜头组500间之间隙，且平行于光学系统300 与投影镜头组500间的光行进方向。此时光电转换装置700是供吸收自 光学系统300出光端330与投影镜头组500间散射的偏失光线，并将的 转换为电能。如图8所示，光电转换装置700是电连接一检测回路810。光电转 换装置700将吸收的光能转换成为一电信号，并将的传送至检测回路 810。由于随着使用时间的增加，光源IIO所产生散射的光线量会增加， 故通过由分析或比对自光电转换装置700接收的电信号，即可判断光源 110的使用时间或预测光源110所剩余的使用寿命。在此较佳实施例中，检测回路810是包含一光源数据库815。光源 数据库815储存有一或数种光源的信号/使用时间关是数据，以满足更换 不同光源灯泡时的需要。检测回路810将检测所得的电信号与光源数据 库815储存的信号/使用时间关是数据比对，即可得到所使用光源目前的 使用时间。检测回路810并可根据此比对而来的使用时间，进一步决定 光源的使用状态为堪用状态或应更换状态。此外，检测回路810并电连 接一警示装置820。当检测回路810决定使用状态为应更换光源的状态 时，检测回路810即据以发出状态信号至警示装置820。警示装置820 则根据所接收的状态信号来发出警示信号。此处所言的警示信号是包含 灯光信号、颜色信号、声音信号及文字信号等。此外，光电转换装置700亦可电连接一储能装置830。光电转换装 置700将吸收的光能转换成电能，并储存于储能装置830。储能装置830 较佳是为一电池，然而亦可为其它不同具储备电能的装置。储能装置830 可另行连接于光学投影系统内的供电装置850以提供额外的电力；或是 连接一电流输出接口 870，以提供输出电力的需求。本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本 发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。 相反地，包含于申请专利范围的精神及范围的修改及均等设置均包含于 本发明的范围内。
权利要求
1、一种具偏离光线回收及再利用功能的光学投影系统，其特征在于包含一光源装置，是包含一光源及一遮光罩，其中该光源是设置于该遮光罩内；一光学系统，包含一入光端及一出光端，其中该入光端是对应该光源装置，并接收光源装置输出的光线；一投影镜头组，是对应该光学系统的该出光端，并接收该出光端输出的光线；以及一光电转换装置，是设置于该光源装置的该遮光罩外的一偏离光区域。
2、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光源装 置、该光学系统及该投影镜头组共同形成一光传输通道，该偏离光区域 是设置于该光传输通道的外部。
3、 如权利要求2所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电转 换装置是设置于该遮光罩及该光学系统的该入光端之间。
4、 如权利要求3所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电转 换装置具有一接收面，该接收面是平行该光学系统。
5、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电转 换装置是形成一环状结构，且围绕该光学系统的该入光端设置。
6、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光学系 统是包含复数个光学组件，该光电转换装置是设置对应于该光学组件间 之间隙。
7、 如权利要求2所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电转 换装置是设置于该光学系统的该出光端之后。
8、 如权利要求7所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电转换装置是设置于该出光端及该投影镜头组之间，且平行于该光传输通道。
9、 如权利要求7所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光学系 统的该出光端设置一光反射装置，该光反射装置选择性反射光线至该投 影镜头组及一偏转反射区其中的一，该光电转换装置是设置于该偏转反 射区并对应该光反射装置，以接收反射至该偏转反射区的光线。
10、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，所述该光电 转换装置是包含一太阳能集能板。
11、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，进一步包含 一检测回路，该检测回路是电连接该光能转换装置，其中该检测回路接 收该光能转换装置的电信号，并判断该光源的一使用状态。
12、 如权利要求11所述的光学投影系统，其特征在于，所述该检测 回路包含一光源数据库，该光源数据库储存有至少一信号/使用时间关是 数据，供检测回路比对以得到该使用状态。
13、 如权利要求11所述的光学投影系统，其特征在于，进一步包含 一警示装置，该警示装置是电连接该检测回路，其中该检测回路根据该 使用状态传输一状态信号至该警示装置，该警示装置根据该状态信号发 出一警示信号。
14、 如权利要求1所述的光学投影系统，其特征在于，进一步包含 一储能装置，该储能装置电连接该光电转换装置，并储存该光电转换装 置产生的电能。
全文摘要
本发明一种具偏离光线回收及再利用功能的光学投影系统，主要包含光源装置、光学系统、投影镜头组及光电转换装置。光学系统包含入光端及出光端。光学系统的入光端是对应于光源装置，而出光端则对应于投影镜头组。光源装置主要包含光源及设置于光源外的遮光罩。光源装置、光学系统及投影镜头组共同形成一光传输通道。光电转换装置则设置于光源装置遮光罩外的偏离光区域，供吸收自光传输通道散失的光线，并将之转换为电能。
文档编号G03B21/00GK101126888SQ200610109820
公开日2008年2月20日 申请日期2006年8月16日 优先权日2006年8月16日
发明者吴景淼 申请人:普立尔科技股份有限公司