专利名称：投影系统的制作方法
技术领域：
本发明关于一种投影系统，并且特别地，本发明关于一种利用场透镜提升光源使用效率的投影系统。
背景技术：
在现有的显示装置中，投影机由于具有不占空间以及可大面积显示等优点而广泛 应用于政府机关、工商业以及教育机关中。由于投影机的成像原理是将影像投射于远处的 屏幕或是墙壁上，因此，投影机所能显示的影像大小是根据投影机与屏幕或墙壁的距离而 决定，相较于仅能显示一定大小的其它显示装置而言，其应用上较为便利，并且在大面积显 示上亦具有低成本的优势。传统的投影机以白光灯泡作为光源，经过投影机内部的光学系统而将影像投射于 屏幕或墙壁上。由于所投射出的影像需清晰可见，因此所使用的白光灯泡需具有高亮度，并 且每一两年就必须更换灯泡，故会对使用者造成不便。针对上述问题，现今的投影机发展出 发光二极管投影机，其用以作为发光源的发光二极管的寿命高达2万小时。相较于白光灯 泡作为光源的传统投影机，发光二极管投影机具有能够长时间投影而不损坏的优势。另一方面，由于现今电子产品小型化的潮流，以往用于大面积显示的投影机也发 展出个人使用的小型投影机，此种小型投影机可用来当作个人计算机或电视。此外，上述发 光二极管投影机可适用于个人使用的小型投影机，其大小甚至能做到可置于口袋中而能随 身携带，对使用者而言甚为方便。然而，随着投影机的小型化，其内部空间亦越来越狭窄，相对的，投影机的光源所 发出的光线于投影机内部的行经路径也会越来越短。习知技术的投影机由于其内部的光学 系统(例如各种透镜)的规格限制，当其体积缩小时，光学系统所形成的出射光瞳将会偏离 投影镜头的入射光瞳，导致部分光线会被投影镜头阻挡，无法被投射出投影机，进而降低投 影机的光源使用效率。为了要维持其应有的照度，投影机的光源势必要发出亮度更高的光 线，导致投影机更耗能并且内部零件耗损加速，并且其产生的热量加大而使散热问题变得 更严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用场透镜来提升光源使用效率的投影系统，用以解 决上述问题。根据一具体实施方式
，本发明的投影系统包含光源、聚光装置、成像装置以及投影 镜头。光源可用以发出第一光线。聚光装置包含光圈以及透镜，并且光圈以及透镜依序接 收第一光线并产生第二光线自该聚光装置射出。成像装置包含场透镜以及反射光阀，反射 光阀则邻近场透镜。场透镜以及反射光阀可依序接收第二光线，并且经过折射以及反射而 形成出射光瞳。投影镜头具有入射光瞳，并且此入射光瞳与成像装置的场透镜以及反射光 阀所形成的出射光瞳在光路上大体上重叠。
于本具体实施方式
中，入射光瞳与出射光瞳的尺寸大体上相同，或者入射光瞳的 尺寸大于出射光瞳，同时由于入射光瞳大体上重叠出射光瞳，由光源所投射出的光线经过 聚光装置以及成像装置后将会落在入射光瞳的范围内而能完全被投影镜头所接收进而能 完全将光线投射出投影系统。因此，投影系统具有良好的光源使用效率。此外，根据设计场 透镜的焦距以及其与反射组件间的距离，出射光瞳的位置及尺寸可被调整，进而缩短光线 于投影系统中行进的路径，因此，本发明投影系统的体积可更为缩减而适用于个人式投影 机。关于本发明的 优点与精神可以由以下的具体实施方式
及
得到进一步的 了解。
图1绘示根据本发明的一具体实施方式
的投影系统的示意2绘示图1的投影系统的场透镜以及反射光阀形成等效场透镜的示意图。图3绘示根据本发明的另一具体实施方式
的投影系统的示意图。图4绘示根据本发明的另一具体实施方式
的投影系统的示意图。图5绘示根据本发明的另一具体实施方式
的投影系统的示意图。
具体实施例方式请参阅图1，图1绘示根据本发明的一具体实施方式
的投影系统1的示意图。如图 1所示，投影系统1包含光源10、聚光装置12、成像装置14以及投影镜头16。于本具体实施方式
中，光源10用以发出第一光线100。于实际应用中，光源10可 为体光源或者较佳地可为平面光源，例如发光二极管。光源10所发出的第一光线100可投 射至聚光装置12，聚光装置12包含有光圈120以及透镜122，其中透镜122邻近光圈120。 如图1所示，第一光线100会依序经过光圈120以及透镜122。此外，聚光装置12可进一 步包含光路改变单元124。通过光圈120以及透镜122的第二光线150可到达光路改变单 元124并由光路改变单元124改变其行径路线。本具体实施方式
中，光路改变单元124以 两个反射面镜所组成，但于实际应用中，反射面镜的数量以及设置的位置端看使用者或设 计者需求而定，并不限于本具体实施方式
。自光路改变单元124所发射出的第二光线150可到达成像装置14。成像装置14 包含场透镜140以及邻近场透镜140的反射光阀142，于实际应用中，反射光阀142可为数 字微型反射镜组件(DMD =Digital micromirror device)或其它类似的反射型微显示面板， 本发明不对此加以限制。自聚光装置12而来的第二光线150会先穿过场透镜140抵达反 射光阀142，接着由反射光阀142将第二光线150产生为影像光束170反射后再穿透场透 镜140。由于光圈120限制来自于光源10所发出的第一光线100的通过量，因此，成像装置 14会根据光圈120的位置于空间中产生出射光瞳144，换言之，出射光瞳144的位置由光圈 120、透镜122、场透镜140与反射光阀142在光路上的位置与其成像的参数所决定。投影镜头16具有入射光瞳160，其中，入射光瞳160代表投影镜头16所能接受的 光线范围。于实际应用中，由于投影镜头16本身具有一定的光学规格，因此其入射光瞳160 亦具有一定尺寸以及相对于投影镜头16的相对位置。于本具体实施方式
中，投影系统1的内部各单元可经过设计而使投影镜头16的入射光瞳160的位置大体上与成像装置14所产 生的出射光瞳144重叠，此外，入射光瞳160的尺寸大于或等于出射光瞳144的尺寸。第二 光线150经由成像装置14折射以及反射后，由于入射光瞳160的尺寸大于或等于出射光瞳 144的尺寸并且两者大体上重叠，影像光束170将会完全通过入射光瞳160而被投影镜头 16所接收，再由投影镜头16将光线投射出投影系统1。如上所述，光源10所发出的第一光 线100可由成像装置14的场透镜140以及反射光阀142而完全被投影镜头16所接收，因 此，投影系统1的光源使用效率得以提升。此外，由于成像装置14的场透镜140的作用，第二光线150于投影系统1内部的 行走距离可较先前技术的投影系统的光线行走距离短，因此，本发明的投影系统的体积可 随之减缩。请参阅图2，图2绘示图1的投影系统1的场透镜140以及反射光阀142形成等效 场透镜140’的示意图。由于第二光线150自聚光装置12射出并到达成像装置14时，会先 穿透场透镜140并到达反射光阀142，接着，经由反射光阀142反射后再次穿透场透镜140。 请注意，图2为了清楚起见，将穿越两次场透镜140以对称反射光阀142的反射面两侧的两 个场透镜来表示。此外，本具体实施方式
的场透镜140与反射光阀142的间的距离为d。
如图2所示，上述第二光线150穿透场透镜140后抵达反射光阀142并被反射光阀 142反射后再次穿透场透镜140的现象可被视为第二光线150穿透一个等效场透镜140’。 本具体实施方式
的等效场透镜140’具有一个主平面1400’，并且此主平面1400’至聚光装 置12的光圈120的距离可定义为u (物距)，同时主平面1400’至出射光瞳144的距离可定 义为ν (像距)。请注意，于本具体实施方式
中，光圈120邻近透镜122，故透镜122至主平 面1400，的距离亦大体上等于U。为了让光源使用效率提高，可令自聚光装置12发出并穿透场透镜140的第二光线 150被反射光阀142完全反射，因此，反射光阀142所具有的宽高比要大体上等于光源10的 发光区的宽高比，如此才能有效地将第二光线150完全反射。此外，透镜122的焦距F2可 近似等于距离u，藉此，穿透透镜122的第二光线150可以有效地聚焦于成像装置14，并进 一步地能被反射光阀142完全反射。若透镜122的焦距F2大于或小于距离u，则第二光线 150抵达成像装置时会发散而可能无法被反射光阀142完全反射，导致光源损失。光线发散 的程度根据焦距F2与距离u间的差距而定。如图1以及图2所示，本具体实施方式
的光圈120以及透镜122至主平面1400’ 的距离u大于主平面1400’至出射光瞳144的距离v，亦即v/u < 1，则此投影系统1可有 效缩减其体积。于本具体实施方式
中，场透镜140具有焦距为Fl的薄透镜，并且场透镜140与反 射光阀142间的距离为d，因此，图2的等效场透镜140’具有焦距F’ =F1VOF1Idh此 夕卜，根据薄透镜公式1/F’ = (l/u) + (l/v),M = v/u以及上述等效场透镜的公式，其中M为 放大率，由设计场透镜140的焦距以及其与反射光阀142间的距离可决定出射光瞳144的 大小以及位置，进而使得出射光瞳144大体上重叠投影镜头16的入射光瞳160，并且出射光 瞳144的尺寸可被控制为小于或等于入射光瞳160的尺寸。请参阅图3，图3绘示根据本发明的另一具体实施方式
的投影系统2的示意图。如 图3所示，本具体实施方式
的投影系统2具有光源20、聚光装置22、成像装置24、投影镜头26以及准直装置28，其中，准直装置28用来接收光源20所发出的第一光线200并使第一光线200形成平行光。请注意，本具体实施方式
的投影系统2的其它单元与上一具体实施 方式的相对应单元大体上相同，故于此不再赘述。准直装置28可包含准直透镜280以及合光板282，用来将第一光线200调整为平 行光。此外，合光板还可将不同光源所发出的光线混合，举例而言，请参阅图4，图4绘示根 据本发明的另一具体实施方式
的投影系统3的示意图。如图3所示，投影系统3具有第一 光源30、第二光源30’以及第三光源30”，准直装置38则具有第一准直透镜380、第二准直 透镜380，以及第三准直透镜380”分别接收第一光源30、第二光源30’以及第三光源30” 所发出的第一光线300、第二光线300’以及第三光线300”，并将三者混合成为平行光而射 向聚光装置32。举例而言，三个光源可分别为R、G、B三色的发光二极管并分别发出三种颜 色的光，三色光经由合光板合成平行光后射向聚光装置，藉由调整三色光的比例，可调整投 影镜头所接收到光线的颜色。同样地，本具体实施方式
的投影系统3的其它单元与上述具 体实施方式的相对应单元大体上相同，故于此不再赘述。请参阅图5，图5绘示根据本发明的另一具体实施方式
的投影系统4的示意图。如 图5所示，本具体实施方式
与上述各具体实施方式
不同处，在于本具体实施方式
的光路改 变单元424为全反射(Total internal reflection)透镜，藉由全反射透镜，出射光瞳444 可形成并大体上与投影镜头46的入射光瞳460重叠。请注意，为了图面简洁起见，投影系 统4的其它单元并未绘示于图5中，此外，投影系统4的其它单元与上述各具体实施方式
相 对应单元大体上相同，故于此不再赘述。于本具体实施方式
中，自光源(未绘示于图5中)所发出的第一光线400经过光 圈以及透镜(未绘示于图5中)后可穿透光路改变单元424，接着到达成像装置44。成像 装置44的反射光阀442可反射第二光线450使其回到光路改变单元424，的后，光路改变单 元424改变第二光线450的方向而使其朝向投影镜头46，并且在投影镜头46的入射光瞳 460附近形成入射光瞳444。相较于先前技术，本发明的投影系统以包含场透镜以及反射组件的成像装置形成 出射光瞳邻近投影镜头的入射光瞳，并且出射光瞳的尺寸小于或等于入射光瞳的尺寸。因 此，光源所发出的光线可藉由场透镜以及反射组件完全由投影镜头所接收，进而提升投影 系统的光源使用效率。此外，藉由设计场透镜的焦距以及其与反射组件间的距离，出射光瞳 的位置及尺寸可被调整，进而缩短光线于投影系统中行进的路径，因此，投影系统的体积可 更为缩减而适用于个人式投影机。由以上较佳具体实施方式
的详，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并 非以上述所揭露的较佳具体实施方式
来对本发明加以限制。
权利要求
一种投影系统，其特征在于包含光源，用以发出第一光线；聚光装置，包含光圈以及透镜，该光圈以及该透镜依序接收该第一光线并产生第二光线自该聚光装置射出；成像装置，包含场透镜以及反射光阀，该反射光阀邻近该场透镜，该场透镜以及该反射光阀依序接收该第二光线并产生出射光瞳；以及投影镜头，该投影镜头具有入射光瞳，该入射光瞳与该出射光瞳重叠。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于所述聚光装置进一步包含光路改变 单元，用以改变该第二光线的方向。
3.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于所述投影系统进一步包含准直装置， 用以接收该第一光线并使该第一光线形成平行光，其中该准直装置进一步包含准直透镜以 及合光板。
4.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于所述入射光瞳的尺寸大于或等于该 出射光瞳的尺寸。
5.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于该场透镜及该反射光阀形成等效场 透镜，用来产生该出射光瞳，该等效场透镜等效于该场透镜及该反射光阀依序接收该第二 光线，且该反射光阀反射该第二光线至该场透镜。
6.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于所述等效场透镜具有主平面，该主平 面至该光圈的距离定义为U，该主平面至该出射光瞳的距离定义为V，并且v/u < 1。
7.根据权利要求5所述的投影系统，其特征在于该场透镜为薄透镜。
8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于该场透镜的焦距定义为，该场透镜 至该反射光阀的距离定义为d，该等效场透镜的焦距定义为f/，并且f/、f\以及d的关 系为<formula>formula see original document page 2</formula>
9.一种投影系统，其特征在于包含 光圈；透镜，邻近该光圈； 光路改变单元； 场透镜；反射光阀，邻近该场透镜，光线依序经由该光圈以及该透镜后经由该光路改变单元改 变方向投射至该反射光阀产生影像光束，该影像光束经由该场透镜产生出射光瞳；以及 投影镜头，该投影镜头具有入射光瞳，该入射光瞳与该出射光瞳重叠。
10.根据权利要求9所述的投影系统，其特征在于该场透镜及该反射光阀形成等效场 透镜，用来产生该出射光瞳，该等效场透镜等效于该场透镜及该反射光阀依序接收该光线， 且该反射光阀发射该影像光束至该场透镜。
11.根据权利要求10所述的投影系统，其特征在于该等效场透镜具有主平面，该主平 面至该光圈的距离定义为U，该主平面至该出射光瞳的距离定义为V，并且v/u < 1。
12.根据权利要求11所述的投影系统，其特征在于该场透镜的焦距定义为该场透 镜至该反射光阀的距离定义为d，该等效场透镜的焦距定义为f/，并且f/、f\以及d的 关系为 <formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本发明揭露一种投影系统，包含光源、聚光装置、成像装置以及投影镜头。该光源用以发出第一光线，该聚光装置则包含光圈以及透镜以依序接收该第一光线并产生第二光线。该成像装置包含场透镜以及反射光阀，该反射光阀邻近该场透镜，并且该场透镜以及该反射光阀用以依序接收该第二光线并产生出射光瞳。该投影镜头具有入射光瞳，该入射光瞳大体上重叠该出射光瞳。本发明相较于传统投影系统具有更好的光源使用效率。此外，本发明投影系统的出射光瞳的位置及尺寸可被调整，进而缩短光线于投影系统中行进的路径，因此，本发明投影系统的体积可更为缩减而适用于个人式投影机。
文档编号G03B21/00GK101819327SQ201010105489
公开日2010年9月1日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者徐坚镪 申请人:苏州佳世达光电有限公司;佳世达科技股份有限公司