专利名称：L形光机用双灯架构的制作方法
技术领域：
本发明与一投影系统的光源模组有关，特别是与用于L型光机投影系统的光源模组有关。
背景技术：
近年来，投影显示系统已广泛的应用于各个领域中，例如在会议厅中常见的投影简报与多媒体展示系统、电影院中的影像投射系统以及越来越普及的家用式前投或背投式电视机等。简单来说，常见的投影系统主要可分成光源模组、分/合光光学元件、光阀模组以及透镜组等主要构件，其中，光源模组是影响投影系统亮度与色彩均匀度最主要的构件。目前投影系统所使用的光源模组主要是由一光源与多个光学镜组所组成。这些光学镜组除了用以调整光线的传递方向外，并且也用于将该光源所发射的光线均匀化。
一般来说，投影系统的光机系统可以根据光线的传递方向而区分成S型光机与L型光机(如图1(A)与图1(B)所示)；其中L型光机由于结构简单，因此更广泛地应用于许多投影系统上。不过，无论是L型光机或S型光机，在光源模组的设计上，通常都会将灯泡的照射方向设计成与投影系统的投射方向垂直，以容许投影系统能够在倾斜的角度下投射出均匀的光线；而对于使用单一灯泡的光源模组来说，无论是L型光机或S型光机都可以容易地依循这个原则来设计。然而，由于市场上对于显示产品的亮度与色彩均匀度的要求越来越高，光源模组的设计也越来越讲究，因而为了有效提升投影系统的亮度，越来越多的投影系统开始采用多灯源的照明架构来提供光源。但当使用多灯源的照明架构时，光源模组在设计上便会开始遭遇新的问题。首先，多灯源照明架构的光源模组必须解决如何让来自不同灯源的光线良好地耦合，以提升光源使用效率，并且避免光线相互干扰，像差产生等问题。其次，在应用L型光机的投影系统中，如何使灯泡的照射方向设计成与投影系统的投射方向维持垂直，也是急需克服的挑战。
为了解决这些问题，本案申请人曾于92年10月13日提出“投影系统之多光源照明架构与积光装置”中国台湾专利申请(第92128258号申请案)，其利用一新型的积光装置，有效地接收来自多光源照明架构的光线，随后再将所接收的光线与予汇整与均化后输出。请参阅图1(A)所示，其表示该专利申请案的一光源模组。该光源模组10主要包含第一灯源组11、第二灯源组12以及一积光装置13；其中各该灯源组11、12中分别包含一灯泡111、121以及一反射灯罩112、122，各该灯泡111、121所发射的光线a、b经过各该反射灯罩112、122反射后即投射到该积光装置13上。该积光装置13的详细构造可以进一步参阅图2(B)的附图来说明。该积光装置13包含第一与第二棱镜柱131、132以及一积光柱133；其中在各该棱镜柱上还分别包含与一入光面1311、1321夹45度的一反射面1312、1322，用以使该入射光线a、b的传递方向往该积光柱133的方向传递。
尽管这样具有双灯架构的光源模组可以有效解决光源使用效率不佳的问题，然而，当其应用到L型光机的投影系统时，因为两个灯源的照射方向与投影系统的投射方向相互平行，因而也限制投影系统所能容许的倾斜角度。再者，在考量光源模组的灯泡寿命与散热设计上，通常两个灯泡的角度都会尽可能设计在小于20度的情况下；因此，对前述的光源模组有必要进行更进一步的改良，以符合这些特殊的设计需求。
综合以上所述，本案的发明动机即由此而产生。尽管申请人先前所提出的“投影系统的多光源照明架构与积光装置”已克服光源使用效率不佳的问题，然对于应用L型光机的投影系统来说，所应用的光源模组必须进一步改良其光源照射方向，始能允许投影系统适用于更广泛的应用范围。因此，本发明是以申请人先前所提出的相关前案“投影系统之多光源照明架构与积光装置”为基础而进一步发展的新颖技术，并同时考量光源模组中灯泡寿命与热管理的需求，以进一步提升该光源模组的可应用范围。
发明内容
本发明的第一构想在于提供一种投影系统的光源模组，该光源模组包含第一与第二光源，用以产生第一与第二光线；第一与第二反射镜，分别位于该第一与第二光线的光路(light path)上，以控制该第一与该第二光线的传递方向；以及一积光装置，具有第一棱镜柱、第二棱镜柱以及一积光柱，该积光装置在光路上配置在该第一与第二反射镜之后。
根据上述构想，其中该第一与第二光线分别经由该第一与第二棱镜柱棱镜所接收，并透过全反射而汇集到该积光柱以进行均化。
根据上述构想，其中该积光柱的一入光面与分别与该第一及第二棱镜柱的出光面相接合，以汇集并均化该第一与第二光线。
根据上述构想，其中该积光装置还包含一金属托架，以固定该第一棱镜柱、该第二棱镜柱以及该积光柱。
根据上述构想，其中该金属托架具多个沟槽，以使该第一棱镜柱、该第二棱镜柱以及该积光柱在一横截面上与该金属托架维持点接触。
根据上述构想，其中该金属托架还包含一基座、第一侧架、第二侧架、一压盖以及一挡板。
根据上述构想，其中该第一与第二棱镜柱的至少一长侧面固定在该基座与该第一侧架之间。
根据上述构想，其中该积光柱的至少一长侧面固定在该基座与该第二侧架之间。
根据上述构想，其中该第一与第二棱镜柱以及该积光柱的前后端面分别藉由该压盖与该挡板所固定。
根据上述构想，其中该光源模组还包含二紫外光滤镜(UV-filter)，分别设置在该第一与第二光源以及该第一与第二反射镜之间。
根据上述构想，其中该第一与第二棱镜柱分别具一入光面以及一反射面，且该入光面与该反射面形成一夹角θ。
根据上述构想，其中该夹角θ满足下列公式θ＝1/2[90°+sin-1(sin(A)/n)]，其中A为光线的入射该入光面的入射角，n为棱镜柱的折射率。
本发明的第二构想在于提供一种投影系统的积光模组，该积光模组包含第一棱镜柱，其具有第一入光面、第一出光面以及第一反射面；第二棱镜柱，其具有第二入光面、第二出光面以及第二反射面，其中该第二棱镜柱沿着该第一棱镜柱的长轴方向平行排列；一积光柱，其具有第三入光面与第三出光面，其中该第一及第二出光面分别与该第三入光面相接合；以及一金属托架，用以承载并校准该第一棱镜柱、第二棱镜组以及该积光柱。
根据上述构想，其中该金属托架还包含一基座、第一侧架、第二侧架、一压盖以及一挡板。
根据上述构想，其中该第一与第二棱镜柱的至少一长侧面固定在该基座与该第一侧架之间。
根据上述构想，其中该积光柱的至少一长侧面固定在该基座与该第二侧架之间。
根据上述构想，其中该第一与第二棱镜柱以及该积光柱之前后端面分别藉由该压盖与该挡板所固定。
根据上述构想，其中该金属托架具多个沟槽，以使该第一棱镜柱、该第二棱镜柱以及该积光柱在一横截面上分别与该金属托架维持点接触。
本发明的第三构想在于提供一投影系统的光源模组，该光源模组包含一灯箱，其具有至少一对灯源与至少一对反射镜，用以发射第一与第二光线；一积光装置，其包含一对棱镜柱与一积光柱，用以传递并均化该第一与第二光线，以及一金属托架，用以承载并校准该对棱镜柱与该积光柱，以降低该第一与第二光线传递并均化过程的损失。
根据上述构想，其中该对棱镜柱的一对出光面系完全接合于该积光柱的一入光面，以使该第一与第二光线经由全反射而传递到该积光柱，并汇集成一均化光源输出。
根据上述构想，其中该第一与第二光线分别经一次反射后入射该对棱镜柱。
根据上述构想，其中该对反射镜分别用以调整该第一与第二光线入射该对棱镜柱的位置。
根据上述构想，其中该对光源与该对反射镜之间还包含一对紫外光滤镜。
根据上述构想，其中该金属托架具多个沟槽，以使该对棱镜柱以及该积光柱在一横截面上分别与该金属托架维持点接触。
根据上述构想，其中该金属托架还包含一基座、第一侧架、第二侧架、一压盖以及一挡板。
根据上述构想，其中该对棱镜柱的至少一长侧面固定在该基座与该第一侧架之间。
根据上述构想，其中该积光柱的至少一长侧面固定在该基座与该第二侧架之间。
根据上述构想，其中该对棱镜柱以及该积光柱的前后端面分别藉由该压盖与该挡板所固定。
综合以上所述，本发明所提供的光源模组，不仅可以提升光源的使用率，也可以使灯泡的照射方向，与投影系统的投射方向维持垂直，以增加投影系统的使用范围。此外，本发明所提供的积光装置，不但可以配合光源位置变化而设计，而且更可以在不增加其他复杂的元件的情况下，简单地的完成该积光装置的固定与定位。
本案将通过下列附图及详细说明，得一更深入的了解
图1(A)与图1(B)分别表示根据光线的传递方向而定义的S型光机与L型光机投影系统；图2(A)表示根据先前技术的一投影系统的光源模组；图2(B)表示图2(A)中的积光装置的组合图；图3表示本发明的一较佳具体实施例的一光源模组的结构示意图；图4所示表示该图3中的第一棱镜柱的结构图；图5(A)与图5(B)则表示根据本发明的积光装置的两种可能的排列方式；图6(A)表示根据本发明的积光模组的组立关系图；图6(B)表示图6(A)中的积光模组的结构组成；图6(C)表示图6(A)的积光模组的截面图。
具体实施例方式
请参阅图3，其表示根据本发明的一较佳具体实施例的一光源模组的示意图。该光源模组300包含第一与第二光源31、32，第一与第二反射镜33、34以及一积光装置35。如图中所示，上述的各项构件，分别固定于一灯箱结构30中；其中，该第一与第二反射镜33、34分别以一倾斜角度而排列于该第一与第二光源31、32开口的相对面，以使该第一与第二光源31、32所产生的第一与第二光线a、b经过该第一与第二反射镜33、34一次反射后，直接入射到该积光装置35上。此外，在该第一与第二光源31、32出口外侧，还可分别设置一紫外光滤镜36、37，以使该第一与第二光线a、b射入该第一与第二反射镜33、34之前，先滤除可能的紫外光。
如图中所示，上述的第一与第二反射镜33、34透过多个螺丝38而固定于该灯箱30上。该多个螺丝38除了用以固定该第一与第二反射镜33、34之外，亦可用来调整该第一与第二反射镜33、34的倾斜角度，以使得该第一与第二光线a、b能以精确地角度投射到该积光装置35上。
另一方面，与已知技术相较，该积光装置35同样具有第一与第二棱镜柱351、352以及一积光柱353，然而该第一与第二棱镜柱351、352在结构上则需配合该第一与第二光源31、32的排列角度而与予变化。请参阅图4所示，其表示该第一棱镜柱351的详细结构的示意图。该第一棱镜柱351对于入射的该第一光线a来说，具有一入光面3511与一反射面3512，且该入光面3511与该反射面3512间形成一夹角θ。在本实施例中，由于该第一光线a不再直射该入光面3511，因此，该第一光线a入射该第一棱镜柱351之后会因为折射现象而产生偏折。因此，若要维持入射的第一光线a在该第一棱镜柱351中的光源使用率，该夹角θ必须随着偏折的角度作出修正。如图中所示，在本实施例中，当该第一与第二光源31、32间具有一角度A时，透过该第一反射镜33的调整，可使该第一光线a以同样的角度A入射该第一棱镜柱351，此时藉由该第一棱镜柱351的折射率n值，便可以计算出该第一光线a的折射角度B，而得出该折射角度B之后便可以对应求出该夹角θ所需要调整的角度。综合以上所述，由于该夹角θ为该折射角度B的函数，而该折射角度B则为该角度A与该折射率n的函数，因此该夹角θ系直接与为该角度A及该折射率n有关。更详细地说，该夹角θ经过几何关系计算后，可以由下列方程式来定义θ＝(90+sin-1((sinA)/n))/2 (1)同理可知，同样的公式也可以用来定义该第二棱镜柱352上的夹角设计。
请继续参阅图5(A)与图5(B)所示，其进一步说明该积光装置35的两种可能的排列方式。如前所述，在本发明的前述实施例中，该第一与第二光源31、32以一夹角A并排设置，因而所配合的第一与第二棱镜柱351、352亦为并排设置(如图5(A)所示)。然而，在某些投影系统中(例如某些DLP光机架构，入射光从面板的45度方向进到面板的情况，积光柱出射的光线历经两次45度反射，于是该出光面的光线旋转90度成像到面板。)积光柱出光面的长轴(如图中的PQ线段)，不在水平方向，而在垂直方向，而使所述的第一与第二棱镜柱351、352也可设计成相互叠置的架构(如图5(B)所示)。不过，在这个实施例中，所配合的其他光学元件仅需对应的更动配置即可，而不需有任何新的元件加入。另一方面，无论是如图5(A)的并排设置架构或是如图5(B)的叠置架构，该积光装置35为了防止光线在传递过程中逸散而降低光线利用率，该第一与第二棱镜柱351、352的出光面必须紧密地与该积光柱353的入光面相接合，因此，该积光柱353入光面的面积会完全符合该第一与第二棱镜柱出光面的面积总合。
请参阅图6(A)-(C)所示，其说明根据本发明另一实施例的一积光模组的组立关系。首先，图6(A)表示该构成该积光模组60的一积光镜组610以及一金属托架620的结构关系图。从图中可知，该积光镜组610主要藉由该金属托架620的多个构件621-625所承载与固定；其中该积光镜组610的结构可进一步参阅图6(B)的图式而详细说明。如图中所示，在本实施例中，该积光镜组610包含第一棱镜柱611、第二棱镜柱612以及一积光柱613，其中该第一棱镜柱611具有第一入光面6111与第一反射面6112以及第一出光面6113；该第棱二棱镜柱612亦具有相对应的第二入光面6121与第二反射面6122以及第一出光面6123；而该积光柱613则具有第三入光面6131与第三出光面6132。从图6(B)可以看出，该第一与第二棱镜柱611与612沿着彼此的长轴方向(如图中ST线段的方向)平行并列，而该积光柱613则紧接于该第一与第二棱镜柱611、612之后。为了防止光线在该积光镜组610传递过程中产生逸散，该第一与第二出光面6113、6123直接与该第三入光面6131相接合。而前述该金属托架620的多个构件621-625即设计来校准该积光镜组610中的各透镜611-613。
从图6(A)中可知，该金属托架620包含一基座621、第一侧架622、第二侧架623、一压盖624以及一挡板625，其中该第一与第二棱镜柱611、612的长侧面(如图中斜线所示的侧面)藉由该基座621与该第一侧架622所固定，而该积光柱613的长侧面则藉由该基座621与该第二侧架623所固定，其中在该第一与第二侧架系透过一固定螺丝628(如图6(C)所示)而与该基座621而固定。而为了使该第一与第二出光面6113、6123紧密地与该第三入光面6131相接合，该积光镜组610的前后端面(分别与该压盖624与该档板625接触的端面)藉由该压盖624与该挡板625顶住，以防止该积光镜组610的接合面松脱。另一方面，由于该积光镜组610藉由全反射而使光线传递，因而为了维持该积光镜组610表面的反射率，该基座621及该第一与第二侧架622、623与该积光镜组610透过凹槽结构626而与该积光镜组610接触。因此，从图6(C)的截面图中，可以清楚看出，该积光镜组610在截面上只会与该金属托架620维持点接触，因此，该积光镜组610的反射率不会因为与该托架620接触而改变。
因此，透过上述实施例中所提供的积光装置，不但该积光镜组配合灯源排列位置而设计，而且更可在不增加其他复杂的元件的情况下，简便且迅速地的完成积光装置在光源模组中的固定与定位。
以上所述，仅用以说明本发明的较佳实施例，然而本发明的范围当不受限于该上述的各项具体实施方式
；且本发明得由熟悉本技术领域者任施匠思而为诸般修饰，然不脱如附申请范围所欲保护范围。
权利要求
1.一投影系统的光源模组，包含第一与第二光源，用以产生第一与第二光线；第一与第二反射镜，分别位于该第一与第二光线的光路上，以控制该第一与该第二光线的传递方向；以及一积光装置，具有第一棱镜柱、第二棱镜柱以及一积光柱，该积光装置在光路上配置在该第一与第二反射镜之后，其中，该第一与第二光线分别经由该第一与第二棱镜柱棱镜所接收，并透过全反射而汇集到该积光柱以进行均化。
2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，该积光柱的一入光面与分别与该第一及第二棱镜柱的出光面相接合，以汇集并均化该第一与第二光线。
3.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，该积光装置还包含一金属托架，以固定该第一棱镜柱、该第二棱镜柱以及该积光柱，其中该金属托架具多个沟槽，以使该第一棱镜柱、该第二棱镜柱以及该积光柱在一横截面上与该金属托架维持点接触；该金属托架还包含一基座、第一侧架、第二侧架、一压盖以及一挡板；该第一与第二棱镜柱的至少一长侧面固定在该基座与该第一侧架之间；该积光柱的至少一长侧面固定在该基座与该第二侧架之间；及/或该第一与第二棱镜柱以及该积光柱之前后端面分别藉由该压盖与该挡板所固定。
4.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，还包含二紫外光滤镜，分别设置在该第一与第二光源以及该第一与第二反射镜之间。
5.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，该第一与第二棱镜柱分别具一入光面以及一反射面，且该入光面与该反射面形成一夹角θ，而该夹角θ满足下列公式θ＝1/2[90°+sin-1(sin(A)/n)]，其中A为光线的入射该入光面之入射角，n为棱镜柱的折射率。
6.一种投影系统的积光模组，其包含第一棱镜柱，其具有第一入光面、第一出光面以及第一反射面；第二棱镜柱，其具有第二入光面、第二出光面以及第二反射面，其中，该第二棱镜柱沿着该第一棱镜柱的长轴方向平行排列；一积光柱，其具有第三入光面与第三出光面，其中该第一及第二出光面分别与该第三入光面相接合；以及一金属托架，用以承载并校准该第一棱镜柱、第二棱镜柱以及该积光柱。
7.一投影系统的光源模组，其包含一灯箱，其具有至少一对灯源与至少一对反射镜，用以发射第一与第二光线；一积光装置，其包含一对棱镜柱与一积光柱，用以传递并均化该第一与第二光线，以及一金属托架，用以承载并校准该对棱镜柱与该积光柱，以降低该第一与第二光线传递并均化过程的损失；其中该对棱镜柱的一对出光面完全接合于该积光柱的一入光面，以使该第一与第二光线经由全反射而传递到该积光柱，并汇集成一均化光源输出。
8.如权利要求7所述的光源模组，其特征在于，该第一与第二光线分别经一次反射后入射该对棱镜柱；及/或该对反射镜分别用以调整该第一与第二光线入射该对棱镜柱的位置。
9.如权利要求7所述的光源模组，其特征在于，该对光源与该对反射镜之间还包含一对紫外光滤镜；及/或该金属托架具多个沟槽，以使该对棱镜柱以及该积光柱在一横截面上分别与该金属托架维持点接触。
10.如权利要求7所述的光源模组，其特征在于，该金属托架还包含一基座、第一侧架、第二侧架、一压盖以及一挡板，其中该对棱镜柱的至少一长侧面固定在该基座与该第一侧架之间；该积光柱的至少一长侧面固定在该基座与该第二侧架之间；及/或该对棱镜柱以及该积光柱的前后端面分别藉由该压盖与该挡板所固定。
全文摘要
本发明提供一种投影系统的光源模组，该光源模组包含第一与第二光源，用以产生第一与第二光线；第一与第二反射镜，分别位于该第一与第二光线的光路上，以控制该第一与该第二光线的传递方向；以及一积光装置，具有第一棱镜柱、第二棱镜柱以及一积光柱，该积光装置在光路上配置在该第一与第二反射镜之后，其中，当该第一与第二光线经过一次反射而入射该积光装置时，各该光线分别经由该第一与第二棱镜柱棱镜所接收，并透过全反射而汇集到该积光柱以进行均化。
文档编号G03B21/20GK1892286SQ20051008186
公开日2007年1月10日 申请日期2005年7月1日 优先权日2005年7月1日
发明者黄俊杰 申请人:台达电子工业股份有限公司