专利名称：一种投影光学系统及其光学投影方法
技术领域：
本发明系有关于一种投影光学系统，特别是关于一种使用激光光源的投 影光学系统。
背景技术：
传统的投影机或背投光机皆使用超高效能灯源(Ultra High Performance) 作为投影光源，因此在色彩的表现上以及灯源使用寿命上皆有不足之处，且 使用超高效能灯源需要再额外使用可隔离紫外光的滤光片、阵列透镜、偏极 性转换器以及透镜组，且还需要分光系统及合光系统来产生均匀R、 G、 B的 光源，不但需要很多高成本的光学元件且组装相当不易，造成批量生产困难； 并且光机体积大，不易发展手持式的小型化投影光机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种使用单色激光作为光源的投影光学系统。 根据本发明的一方面，提供一种投影光学系统，包括 光源模块，用以提供色光光束； 整形片；
成像面板；以及
镜片组，其中所述光束通过所述整形片后形成面光源,所述成像面板利 用所述面光源产生影像，并经由所述镜片组将所述影像投射至屏幕上。 在本发明所述的投影光学系统中，所述光源模块包括 第一色光源、第二色光源和第三色光源；
第一反射镜，用以将所述第一色光源发射的第一色光反射至光路中； 第一滤光片，用以透射所述第一色光，并将所述第二色光源发射的第二
4色光反射至所述光路中；
第二滤光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源发射 的第三色光至所述光路中；
其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合后直接导向所 述整形片。
在本发明所述的投影光学系统中，所述光源模块包括 第一色光源、第二色光源和第三色光源；
第一反射镜，用以将所述第一色光源发射的第一色光反射至光路中； 第一滤光片，用以透射所述第一色光，并将所述第二色光源发射的第二
色光反射至所述光路中；
第二滤光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源发射
的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光
路中混合；
第二反射镜，用于将所述第一、第二和第三色光的混合光反射到所述整 形片。
在本发明所述的投影光学系统中，包括
扩散片，放置在所述光路中所述整形片之后，用以均匀所述面光源上之 各区域的亮度；以及
往复机构，用以安置所述扩散片，使所述扩散片于垂直所述面光源之法 线方向往复运动。
在本发明所述的投影光学系统中，其中所述成像面板包括液晶装置，用 以透射所述面光源。
在本发明所述的投影光学系统中，其中所述成像面板包括数字微透镜装 置，用以反射所述面光源。
根据本发明的另一方面，提供一种光学投影方法，包括下列步骤
提供激光光束；
利用整形片将所述光束整形为面光源； 利用成像面板将所述面光源转换成影像；以及经由镜片组将所述影像投射至屏幕上。
在本发明所述的光学投影方法中，包括，利用扩散片均匀所述面光源上 之各区域的亮度，以投射出均匀光源。
在本发明所述的光学投影方法中，包括利用往复机构安置所述扩散片， 使所述扩散片于垂直所述面光源之法线方向往复运动。
在本发明所述的光学投影方法中，所述激光光束由三束单色光混合而成， 所述方法包括
利用第一反射镜反射所述三束单色光中的第一色光；
利用第一滤光片透射所述第一色光，并反射所述光三束单色光中的第二 色光；
利用第二滤光片透射所述第一、第二色光，并反射所述三束单色光中的 第三色光；以及
第二反射镜，将所述第一、第二、第三色光反射至所述整形片。
实施本发明的投影光学系统及方法，由于使用单色激光作为光源，无需 采用可隔离紫外光的滤光片、阵列透镜、偏极性转换器以及分光系统及合光 系统来产生均匀R、 G、 B的光源，因而所需要的光学元件少，组装简单、成 本低，组装后的投影仪体积小，方便携带；并且光源使用寿命长、亮度高。
为了让本发明上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一 较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下
图1为本发明投影光学系统的结构示意图。 其中，主要元件符号说明如下 A 光路； 5 屏幕；
10 第一激光光源(绿光光源)； 20 第二激光光源(红光光源)； 30 第三激光光源(蓝光光源)；
640 整形片；
50 扩散片；
52 承座；
60 成像面板；
70 镜片组；
80 往复机构；
82 马达；
84 齿条；
91 第一反射镜；
92 第一滤光片；
93 第二反射镜；
94 第二滤光片；
100 投影光学系统。
具体实施例方式
本发明使用红、绿、蓝的激光光源作为投影机的光源，并使用绕射元件 的光束整形片将激光的点光源整形成长方形的面光源再经过扩散片
(Diffuser)将光源透过扩散产生漫射，使面光源形成每一点的亮度值都一致 的均匀的面光源，再经过镜片组将成像面板上的影像投影出来，并利用时序 变换的往复机构方式将激光光源所造成的光斑效应(Speckle)消除。
本发明的投影光学系统100如图1所示，包括第一激光光源(绿光光源) 10、第二激光光源(红光光源)20、第三激光光源(蓝光光源)30、整形片 40、扩散片50、成像面板60、镜片组70、往复机构80、第一反射镜91、第 二反射镜93、第一滤光片92以及第二滤光片94。
来自第一激光光源10的绿色光(第一色光)经由第一反射镜91反射至 光路A中，该绿色光在光路A中行进，然后透射第一滤光片92，来自第二激 光光源20的红色光(第二色光)经由第一滤光片92反射而进入光路A中并 与绿色光混合，混合后的绿色光与红色光透射第二滤光片94，来自第三激光光源93的蓝色光(第三色光)藉由第二滤光片94反射而进入光路A中，并 与光路A中的绿色光与红色光混合成混合光，混合光经由第二反射镜93反射 后，通过整形片40，使原本的点光源的光束扩散成矩形的光束，藉此将点光 源的光转换成面光源的光，矩形的光束通过扩散片50使矩形光束更加地均 匀，往复机构80连接于扩散片50,并使扩散片50在垂直于矩形光束的行进 方向的方向上做往复移动，藉此消除由激光产生的光斑效应。
均匀化后的光束通过成像面板60后形成影像，然后经由镜片组70投射 至屏幕5上。
成像面板60在此实施例中可包括液晶装置(LCD)，藉由光束穿过该液 晶装置而形成影像。在另一实施例中，成像面板60可包括一数字微透镜装置 (DMD),光束经由数字微透镜装置的反射也可形成影像。
往复机构80包括马达82以及齿条84,齿条84是形成于扩散片50的承 座52上，而马达82的转轴上结合一齿轮(未图示)，当马达82旋转时，转 轴上的齿轮转动而带动齿条84，进而使承座52移动，藉此达成往复移动的 效果。当然，上述齿轮与齿条所构成的往复机构只是一实施例，本发明并不 限于此种构造，只要达到使扩散片往复移动的效果即可。
需要说明的是，还可用与图1所示的实施例不相同的方式来实施本发明 投影光学系统中的光源模块。例如在本发明另一实施例(未图示)中，可以不 设置第二反射镜。这种情况下，图1中所示的光路A要顺时针旋转90度，三 个激光光源的安置方位也要顺时针旋转90度。总之，在本发明中光源模块用 以提供由至少两束(实施例中是三束)单色激光混合而成的激光光束。也就是 说，在整形片之前，光源模块应当完成各个单色光束的混合工作，使得到达 整形片的光波为混合光束，并且在到达整形片时该混合光束行进的方向应与 整形片的法线方向一致。
另外作为特殊应用，本发明还可以采用二种单色光源、四种单色光 源等复数种颜色的单色光源来实施。这种情况下，只需在光源模块 中相应地减少一个或增加一个单色光源及滤光片即可，而不用以限 定本发明。本发明使用激光光源，可以具有较佳的色彩表现，光源的寿命比传统的
UHP灯源长，而且由于使用三个单色光源，因此不需要先做分光再实施合光 的过程，可以相当程度地减少元件的数量，利用时序变换的方式将激光光源 所造成的光斑效应(Speckle)消除，从而提升影像质量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 本领域技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润 饰，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1. 一种投影光学系统，其特征在于，包括光源模块，用以提供色光光束；整形片；成像面板；以及镜片组，其中所述光束通过所述整形片后形成面光源，所述成像面板利用所述面光源产生影像，并经由所述镜片组将所述影像投射至屏幕上。
2. 根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源模块包括第一色光源、第二色光源和第三色光源；第一反射镜，用以将所述第一色光源发射的第一色光反射至光路中；第一滤光片，用以透射所述第一色光，并将所述第二色光源发射的第二 色光反射至所述光路中；第二滤光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源发射 的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合后直接导向所 述整形片。
3. 根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，所述光源模块包括第一色光源、第二色光源和第三色光源；第一反射镜，用以将所述第一色光源发射的第一色光反射至光路中； 第一滤光片，用以透射所述第一色光，并将所述第二色光源发射的第二色光反射至所述光路中；第二滤光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源发射的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合；第二反射镜，用于将所述第一、第二和第三色光的混合光反射到所述整形片。
4. 根据权利要求2或3所述的投影光学系统，其特征在于，包括 扩散片，放置在所述光路中所述整形片之后，用以均匀所述面光源上之各区域的亮度；以及往复机构，用以安置所述扩散片，使所述扩散片于垂直所述面光源之法 线方向往复运动。
5. 根据权利要求2或3所述的投影光学系统，其特征在于，其中所述成 像面板包括液晶装置，用以透射所述面光源。
6. 根据权利要求2或3所述的投影光学系统，其特征在于，其中所述成 像面板包括数字微透镜装置，用以反射所述面光源。
7. —种光学投影方法，其特征在于，包括下列步骤 提供激光光束；利用整形片将所述光束整形为面光源； 利用成像面板将所述面光源转换成影像；以及 经由镜片组将所述影像投射至屏幕上。
8. 根据权利要求7所述的光学投影方法，其特征在于，包括，利用扩散 片均勾所述面光源上之各区域的亮度，以投射出均匀光源。
9. 根据权利要求8所述的光学投影方法，其特征在于，包括利用往复 机构安置所述扩散片，使所述扩散片于垂直所述面光源之法线方向往复运动。
10. 根据权利要求7所述的光学投影方法，其特征在于，所述激光光束 由三束单色光混合而成，所述方法包括利用第一反射镜反射所述三束单色光中的第一色光； 利用第一滤光片透射所述第一色光，并反射所述光三束单色光中的第二 色光；利用第二滤光片透射所述第一、第二色光，并反射所述三束单色光中的 第三色光；以及第二反射镜，将所述第一、第二、第三色光反射至所述整形片。
全文摘要
一种投影光学系统，包括光源模块、整形片、成像面板以及镜片组。光源模块提供由单色激光混合而成的激光光束，该光束通过该整形片后形成面光源，该成像面板利用该面光源产生影像，并经由该镜片组将该影像投射至一屏幕上。实施本发明的投影光学系统，由于使用单色激光作为光源，无需采用可隔离紫外光的滤光片、阵列透镜、偏极性转换器以及分光系统及合光系统来产生均匀R、G、B的光源，因而所需要的光学元件少，组装简单、成本低，组装后的投影仪体积小，方便携带；并且光源使用寿命长、亮度高。
文档编号G03B21/14GK101446749SQ20071019702
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者周源栩, 李康源 申请人:亚洲光学股份有限公司