专利名称：照明系统的导光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种投影仪的装置，尤其涉及一种照明系统的导光装置。
背景技术：
投影仪自发明以来，随着科技的发展被运用到各种领域，由消费产品至高科技产品，其应用范围一直在扩展当中，例如应用于大型会议演讲上以投影系统放大投影物，或是应用于商业上的投影式屏幕或电视，以配合演示文稿的内容做实时图式画面的呈现。
图1是现有投影仪中照明系统与导光装置的示意图。请参照
图1，现行架构是利用椭球面的光学反射特性，光源102的光被椭球面反射罩104收集并反射后，通过色轮(color wheel)106，再进入光通道(light tunnel)108中。由于光通道108的出口端为方形，因此光线在光通道108内经过多次通道内的反射后，会形成一方形的光线均匀地射出。而后，方形光线会再通过数片透镜组成的透镜组(relay lens)110与光路转折装置112将光投射至数字微镜组件(digitalmicro-mirror device，DMD)芯片114上。在此例中，光路转折装置112为全反射棱镜(total internal reflection prism，TIR prism)，在DMD芯片114上所产生的影像讯号会由光路转折装置112转向，再经过投影镜头(projection lens)116投射至屏幕118上。
图1中的透镜组110为一导光装置，作为光从光通道108与DMD芯片114之间的传递装置。现有的导光装置为多片透镜所组成的透镜组110，用来调整光通道108射出的方形光线，使其能够符合DMD芯片114所需的角度与面积尺寸。透镜组110通常是利用三面以上的透镜所组成，然而，透镜本身即有像差的问题，会使通过后的方形光线的边缘扭曲或模糊，造成光点的不均匀。此外，因为光源102的光是由不同波长的光所组成，这些不同波长的光在通过透镜时又会产生色差的问题。
虽然通过光学设计可以减低这些像差与色差的问题，使成像质量提高到一定程度，但多片透镜在设计上较复杂，成本也较高。再者，若是在透镜组110中加入更多片的补偿像差或色差的透镜，却不免造成光强度的损失，这些损失都会降低投影仪的性能表现。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种照明系统的导光装置，用以解决现有投影仪中照明系统的导光装置的像差与色差问题。
根据本实用新型的上述目的，提出一种照明系统的导光装置。将光通道的出口置于椭球面反射罩的一焦点，且光通道本身与椭球面反射罩的长轴之间会形成一角度。利用该角度与椭球面反射罩的离心率即可调整光通道射出的方形光线，使光线到达DMD芯片时，能够符合DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
依照本实用新型一较佳实施例，椭球面反射罩为一部分椭球壳体，其面积必须大于光线的发散角投射至椭球面反射罩上的面积，使光线能够完全地被反射。此外，在椭球面反射罩与DMD芯片的光路间加上光学补偿组件，此光学补偿组件包含楔形棱镜与补偿透镜，用以补偿椭球面反射罩所造成不对称的像差。
依照本实用新型另一较佳实施例，使用两片椭球面反射罩来导光，通过椭球面反射罩的相对角度与离心率的调整，将不对称的像差减到低，达到均匀光点的目的。而且，由于此实施例是使用椭球面反射罩来反射光线，因此完全不会有色差的问题。
本实用新型利用椭球面反射罩取代现有的透镜组，可免除现有透镜组造成的色差等问题。再加入对色差影响很小的光学补偿组件后，可一并解决像差的问题。再者，如使用上述两片椭球面反射罩的组合，则可得到无色差且最小像差的光点分布。
本实用新型是利用反射的原理来导光，可大幅提升光强度，提高导光装置的效率。而且本实用新型的导光装置较现有的多片透镜组合的透镜组设计简单，且其组成的组件较少，不但维修容易，更可降低生产成本。
本实用新型提供一种照明系统的导光装置，该照明系统的导光装置至少包含一第一椭球面反射罩，该第一椭球面反射罩为一部分椭球壳体；以及一光通道；其中该光通道所发出的光线被该第一椭球面反射罩反射并聚焦至一DMD芯片，且该光通道与该第一椭球面反射罩的长轴形成一第一夹角，通过该第一夹角与该第一椭球面反射罩的离心率调整该光通道所发出的光线以符合该DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
所述的导光装置，其中该导光装置还包含一光路转折装置，该光路转折装置安装于该第一椭球面反射罩与该DMD芯片之间的光线路径中，用以转向该DMD芯片所产生的影像。
所述的导光装置，其中该光路转折装置至少包含一全反射棱镜。。
所述的导光装置，其中该导光装置还包含一光学补偿组件，该光学补偿组件安装于该第一椭球面反射罩与该光路转折装置之间的光线路径中，用以补偿该第一椭球面反射罩所造成的像差。
所述的导光装置，其中该光学补偿组件至少包含一楔形棱镜。
所述的导光装置，其中该光学补偿组件至少包含一补偿透镜。
所述的导光装置，其中该光学补偿组件为一第二椭球面反射罩，该第二椭球面反射罩为一部分椭球壳体，该第二椭球面反射罩的一第三焦点与该第一椭球面反射罩的一第二焦点重叠，该第一椭球面反射罩的长轴与该光线的路径在该第三焦点形成一第二夹角，该第一椭球面反射罩的长轴与该第二椭球面反射罩的长轴形成一第三夹角，通过该第一夹角、该第二夹角、该第三夹角、该第一椭球面反射罩的离心率以及该第二椭球面反射罩的离心率调整该光通道所发出的光线以符合该DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
本实用新型提供另一种照明系统的导光装置，该照明系统的导光装置至少包含一第一椭球面反射罩，该第一椭球面反射罩为一部分椭球壳体；一光通道，该光通道与该第一椭球面反射罩的长轴形成一第一夹角；以及一第二椭球面反射罩，该第二椭球面反射罩为一部分椭球壳体；其中该光通道所发出的光线依序被该第一椭球面反射罩与该第二椭球面反射罩反射并聚焦至一DMD芯片，且该第一椭球面反射罩的长轴与该光线的路径在该第三焦点形成一第二夹角，该第一椭球面反射罩的长轴与该第二椭球面反射罩的长轴形成一第三夹角，通过该第一夹角、该第二夹角、该第三夹角、该第一椭球面反射罩的离心率以及该第二椭球面反射罩的离心率调整该光通道所发出的光线以符合该DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
所述的导光装置，其中该导光装置还包含一光路转折装置，该光路转折装置安装于该第二椭球面反射罩与该DMD芯片之间的光线路径中，用以转向该DMD芯片所产生的影像。
所述的导光装置，其中该光路转折装置至少包含一全反射棱镜。
附图简要说明
以下结合附图，通过对本实用新型的较佳实施例的详细描述，将使本实用新型的技术方案和有益效果显而易见。
附图中，
图1是现有投影仪中照明系统与导光装置的示意图；图2是依照本实用新型一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图；图3A是依照本实用新型另一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图；图3B是依照本实用新型又一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图；图4是依照本实用新型再一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图。
具体实施方式
本实用新型利用椭球面反射罩来取代现有的透镜组110。将光通道的出口置于椭球面反射罩的一焦点上，且光通道本身与椭球面反射罩的长轴之间会形成一角度。利用该角度与椭球面反射罩的离心率即可调整光通道射出的方形光线，使光线到达DMD芯片时，能够符合DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
请参照图2，其为依照本实用新型一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图。光通道108的出口端位于椭球面反射罩210的第一焦点222，且光通道108与椭球面反射罩210的长轴212形成一夹角214。利用椭球面的光学反射特性，椭球面反射罩210会收集并反射位于第一焦点222的光通道108所发出的光至椭球面反射罩210的另一焦点的接收端。但是，光线在到达另一焦点之前必须先经过光路转折装置112，此光路转折装置112会稍微改变光的路径，因此负责接收光线的DMD芯片114不与椭球面反射罩的另一焦点重叠。
由于光通道108的出口端的发散角216与开口面积为固定值，本实施例利用夹角214与椭球面反射罩210的离心率来调整由光通道108射出的光线，使其符合DMD芯片114所需的进入角度与作用面积。椭球面反射罩210为一部分椭球壳体，其面积必须大于光线由发散角216投射至椭球面反射罩210上的面积，使光线能够完全地被反射。在此较佳实施例中，光路转折装置为112为一全反射棱镜，然而其它类型的光路转折装置也可适用于本实用新型中，不受本实施例所限制。
本实用新型利用椭球面反射罩210来取代现有的透镜组110(如
图1中所示)，由于光线是被椭球面反射罩210直接反射，因此可避免不同波长的光穿过透镜的介质时所产生的色差问题以及减少光经过多片透镜后光强度的损失。但是，由于光通道108的光线对于椭球面反射罩210是离轴(off-axis)成像，不是通过椭球面反射罩210的对称轴入射，所以投射在DMD芯片114上的光点会有不对称分布的像差。此时可在椭球面反射罩210与DMD芯片114的光路间加上光学补偿组件，使光点均匀化。
请参照图3A，其为依照本实用新型一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图。此较佳实施例是在图2中加入一片楔形棱镜(wedge prism)302，来补偿椭球面反射镜210所造成不对称的像差。光线由光通路108发出，经过椭球面反射罩210反射后，到达楔形棱镜302。光线在不同介质中所行走的速度不同，利用楔形棱镜302的厚度变化来做路径的补偿，调整光线在楔形棱镜302的不同区域中所走的路径长。如此，可减少投射在DMD芯片114上的光点的不对称像差。
请参照图3B，其为依照本实用新型另一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图。此较佳实施例与图3A类似，是在图2中加入一片补偿透镜(compensation lens)304，利用补偿透镜304的两个轴向的不对称来做补偿，调整光线在补偿透镜304中所走的路径长，来消除椭球面反射镜210所造成不对称的像差。
上述的两较佳实施例是利用在光通道108与DMD芯片114的光路间加上光学补偿组件，例如楔形棱镜302或补偿透镜304，利用光线在光学补偿组件的介质中所走的路径长短不同来补偿椭球面反射镜210所造成的不对称像差。虽然，加入光学补偿组件还是会造成色差的问题，但是此处所利用的单片光学补偿组件的厚度很薄(楔形棱镜302)且其曲率很小(补偿透镜304)，因此对色差的影响远小于现有多片组合的透镜组110。
请参照图4，其为依照本实用新型又一较佳实施例的照明系统与导光装置的示意图。此较佳实施例是使用两片椭球面反射罩来导光，通过椭球型反射罩的相对角度与离心率的调整，将不对称的像差减低，达到均匀光点的目的。而且，由于此实施例是使用椭球面反射罩来反射光线，因此完全不会有色差的问题。
如图4所示，光通道108的出口端位于第一椭球面反射罩210的第一焦点422，第一椭球面反射罩210的第二焦点424与第二椭球面反射罩402的第一焦点重叠。光线由光通道108发出，先由第一椭球面反射罩210收集后反射至第二焦点424，通过第二焦点424后再由第二椭球面反射罩402收集并反射至第二椭球面反射罩402另一焦点的接收端。与图2的实施例相同，在此接收端有一光路转折装置112，此光路转折装置112会稍微改变光的路径，因此负责接收光线的DMD芯片114不与第二椭球面反射罩402的另一焦点重叠。
光通道108与第一椭球面反射罩210的第一长轴412会形成第一夹角404，第一长轴412与主要的光线路径416在第二焦点424形成第二夹角406，第一长轴412与第二椭球面反射罩402的第二长轴414形成第三夹角408。此实施例利用第一夹角404、第二夹角406、第三夹角408以及第一椭球面反射罩210的离心率与第二椭球面反射罩402的离心率来调整由光通道108射出的光线，使其符合DMD芯片114所需的进入角度与作用面积。
第一与第二椭球面反射罩210、402皆为部分椭球壳体，其面积必须大于光线投射至椭球面反射罩上的面积，使光线能够完全地被椭球面反射罩所反射。在一更佳实施例中，上述的第三夹角408的角度等于第一夹角404与第二夹角406的角度和。在此条件下，DMD芯片114所接收的光点的像差最小。
由上述本实用新型较佳实施例可知，应用本实用新型具有下列优点。
1、本实用新型利用椭球面反射罩取代现有的透镜组，可免除现有透镜组造成的色差等问题。再加入对色差影响很小的光学补偿组件后，可一并解决像差的问题。再者，如使用上述实施例中两片椭球面反射罩的组合，则可得到无色差且最小像差的光点分布。
2、利用现有透镜组的方式光线则必须穿透透镜，不免会损失光强度，且产生像差与色差。而本实用新型系利用反射的原理来导光，可大幅提升光强度，提高导光装置的效率。
3、本实用新型的导光装置较现有的多片透镜组合的透镜组设计简单，且其组成的组件较少，不但维修容易，更可降低生产成本。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应属于本实用新型后附的权利要求的保护范围。
权利要求1.一种照明系统的导光装置，其特征在于，该照明系统的导光装置至少包含一第一椭球面反射罩，该第一椭球面反射罩为一部分椭球壳体；以及一光通道；其中该光通道所发出的光线被该第一椭球面反射罩反射并聚焦至一DMD芯片，且该光通道与该第一椭球面反射罩的长轴形成一第一夹角，通过该第一夹角与该第一椭球面反射罩的离心率调整该光通道所发出的光线以符合该DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
2.根据权利要求1所述的导光装置，其特征在于，该导光装置还包含一光路转折装置，该光路转折装置安装于该第一椭球面反射罩与该DMD芯片之间的光线路径中，用以转向该DMD芯片所产生的影像。
3.根据权利要求2所述的导光装置，其特征在于，该光路转折装置至少包含一全反射棱镜。
4.根据权利要求2所述的导光装置，其特征在于，该导光装置还包含一光学补偿组件，该光学补偿组件安装于该第一椭球面反射罩与该光路转折装置之间的光线路径中，用以补偿该第一椭球面反射罩所造成的像差。
5.根据权利要求4所述的导光装置，其特征在于，该光学补偿组件至少包含一楔形棱镜。
6.根据权利要求4所述的导光装置，其特征在于，该光学补偿组件至少包含一补偿透镜。
7.根据权利要求4所述的导光装置，其特征在于，该光学补偿组件为一第二椭球面反射罩，该第二椭球面反射罩为一部分椭球壳体，该第二椭球面反射罩的一第三焦点与该第一椭球面反射罩的一第二焦点重叠，该第一椭球面反射罩的长轴与该光线的路径在该第三焦点形成一第二夹角，该第一椭球面反射罩的长轴与该第二椭球面反射罩的长轴形成一第三夹角，通过该第一夹角、该第二夹角、该第三夹角、该第一椭球面反射罩的离心率以及该第二椭球面反射罩的离心率调整该光通道所发出的光线以符合该DMD芯片所需的进入角度与作用面积。
专利摘要一种照明系统的导光装置，至少包含一光通道以及一椭球面反射罩。光通道的出口置于椭球面反射罩的一焦点，且光通道本身与椭球面反射罩的长轴之间会形成一角度；利用该角度与椭球面反射罩的离心率即可调整光通道射出的光线，使光线到达数字微镜组件芯片时，能够符合数字微镜组件芯片所需的进入角度与作用面积。
文档编号G02B27/18GK2615690SQ03201588
公开日2004年5月12日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者张绍雄, 林益弘 申请人:台达电子工业股份有限公司