用于投影装置的集光装置的制作方法

专利名称：用于投影装置的集光装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用于一投影装置的集光装置，尤其是指一种制作简易、且适 用于多光源投影装置的集光装置。
背景技术：
一般而言，数字光处理(Digital Light Processing, DLP)投影系统包括有光源、 分光元件、合光元件和数字微镜装置(Digital Micromirror Device, DMD)等部件， 光线通过各个部件处理后，便能产生影像。而在数字光处理投影系统中，为了整合 光线并提升其均匀度，通常会在光源之后的光路径上设置集光柱(integration rod)。 光线自光源射出后，便可进入集光柱，在集光柱内部经过多次反射后，再从集光柱 的出光面射出。借此，将光线整合并进一步均匀化。
长久以来，数字光处理投影系统有着光展量(6tendue)守恒的限制，意指仅 为有限的光源面积及光线角度内始为有效光，造成亮度普遍不足的情况。为提高数 字光处理投影系统的亮度，可考虑采用多光源照明架构，利用提高光源数量，进而 增加光源面积及光线角度，以提高成像亮度。
为将多光源所发射的光线加以结合、并进而均匀化，集光柱的设计便更显重要。 先前技术中，己揭露一种用于投影系统的多光源照明架构及其集光装置，如图1A 及图IB所示。此现有的照明架构1包含有一第一光源11、 一第二光源13、 一第 一集光柱15、 一第二集光柱17以及一第三集光柱19。其中，第一光源ll与第二 光源13是相对设置，各个集光柱15、 17、 19分别具有入光面151、 171、 191及出 光面153、 173、 193，第一集光柱15与第二集光柱17还具有反射面155、 175。第 一光源U所发射的第一光线111通过入光面151进入第一集光柱15，并通过反射 面155反射后，于出光面153射出；同样地，第二光源13的第二光线131通过入 光面171穿透进入第二集光柱17，并经第二集光柱17的反射面175反射后，于出 光面173射出；于出光面153、 173射出的光线，随即进入第三集光柱19中，并经出光面193离开，然后投射至后端的其它光学元件。借此，便可将二不同光源的光 线整合、并加以均匀化，同时也减少因合光所需要的元件，进而减少光源系统整体 体积。
由于前述的集光装置于结构上颇为复杂，于制造上具有一定困难度。具体说， 由于此集光装置的结构是由三个集光柱加以组合，加上各集光柱尺寸极小，欲将第
一集光柱15及第二集光柱17结合至第三集光柱19上具有一定的技术难度。此外， 集光柱间的耦合不易，光路通过耦合部分的次数愈多，光损耗将愈大。此外，反射 面155、 175的面积小，精确地涂布(coating)反射材料十分不易。
另一方面，因数字光处理投影系统的数字微镜装置的长宽比具有一定的尺寸比 例(通常为4: 3、 16: 9或16: 10)，设计时若欲使集光柱的出光面193符合数 字微镜装置的长宽比，以及考量光源受本身的限制，必须尽可能水平设置投影机内； 投影装置内部势必设置额外的光学元件，以将光线正确投影至数字微镜装置，这不 但增加成本也会导致更多的光损耗。
而且，现有的集光装置仅适以配合二光源使用，较难适用于多光源的投影装置， 应用上较不具弹性。
综上所述，现有多光源照明架构虽可配合二光源使用，然而集光装置却具有制 造难度高、及耦合光线易损耗等缺点。因此，提供一种可应用于多光源照明的投影 装置，且易于加工制造、集光效率高且尺寸小的集光装置，为此业界所亟需。

发明内容
本发明的一目的在于提供一种用于投影装置的集光装置，此集光装置可整合多 个光源的光线，以提供投影装置所需的亮度，并且符合数字微镜装置的尺寸比例， 及有效利用投影装置的内部空间。
本发明的另一 目的在于提供一种用于投影装置的集光装置，此集光装置的结构 简单，故具有制作容易、成本较低等优点。
本发明的又一目的在于提供一种用于投影装置的集光装置，于此设计中，减少 光路通过集光柱间耦合部分的机会，故此集光装置可大幅降低光耗损的风险，进而 获得较佳的光耦合效率。
为达上述目的，本发明的集光装置包含一第一集光柱，其具有一本体部、 一纵
长方向、 一入光端部以及一出光端部。其中，入光端部包含一第一入射面及一第一 反射面，第一入射面与第一反射面相邻且形成一夹角，而出光端部是相对于入光端 部。于实际使用时， 一第一光线适可通过入光端部的第一入射面穿透，进入集光柱 的本体部，循纵长方向朝出光端部行进；而一第二光线适可进入第一集光柱的本体 部，通过入光端部的第一反射面反射，循纵长方向朝出光端部行进。


通过以下参阅附图对本发明具体实施方式
的描述，所属技术领域具有通常知识 者便可了解本发明的目的，以及本发明的技术手段及实施态样；其中 图1A是先前技术中，集光装置与各光源的配置示意图； 图1B是图1A的现有集光装置的放大示意图； 图2A是本发明第一实施例的集光装置的立体示意图； 图2B是根据图2A的集光装置，配合光源的光路示意图； 图3A是本发明第二实施例的集光装置的立体示意图； 图3B是根据图3A的集光装置，配合光源的光路示意图； 图4A是本发明第三实施例的集光装置的立体示意图； 图4B是根据图4A的集光装置，配合光源的光路示意图； 图5是根据图3A的集光装置的另一实施态样的立体示意图； 图6A是根据图4A的集光装置的又一实施态样的立体示意图； 图6B是根据图6A的集光装置，配合光源的光路示意图； 图7A是根据图6A的集光装置，入光端部的投影面示意图； 图7B是根据图6A的集光装置，出光端部的投影面示意图； 图8A是根据图3A的集光装置的又一实施态样的立体示意图；以及 图8B是根据图8A的集光装置，配合光源的光路示意图。
具体实施例方式
本发明揭露一种用于一投影装置的集光装置，于图2A、 2B所示的第一实施例 中，投影装置(图未示出)包含一集光装置2、 一第一光源20与一第二光源22， 其中，集光装置2的立体图如图2A所示，集光装置2配合光源的俯视图则如图2B
所示，须说明的是，本发明的附图是示意元件间的关系，非用以限制各元件的尺寸。 此集光装置2包含一第一集光柱21 ，用以收集并均匀化投影装置中的第一光源20
与第二光源22所产生的光束。此外，于此实施例中，第一光源20与第二光源22 均为超高压汞灯(Ultra High Pressure Lamp， UHP)，但不以此为限，亦可采用其 他光源装置。
第一集光柱21具有一本体部211、 一纵长方向213、 一入光端部215以及相对 于入光端部215的一出光端部217。本体部211是沿纵长方向213延伸；入光端部 215位于本体部211的一端，其包含一第一入射面215a、 一第一反射面215b及一 第二入射面215c,出光端部217包含一第一出射面217a。第一入射面215a与第一 反射面215b相邻且形成一夹角，第二入射面215c恰与第一入射面215a垂直相交， 且斜向相对于第一反射面215b。于此实施例中，第一反射面215b上涂布有一反射 材料层，以具有反射的功效。
第一光源20产生的第一光线200适可通过入光端部215的第一入射面215a 穿透，进入第一集光柱21的本体部211，循着纵长方向213朝出光端部217行进； 而第二光源22产生的第二光线220则先通过第二入射面215c穿透，进入第一集光 柱21的本体部211后，适可通过入光端部215的第一反射面215b反射，改变行进 方向而循纵长方向213，以朝出光端部217行进。借此，第一光线200与第二光线 220便可加以均匀化。需注意的是，于此实施例中，各光源产生的光线均包含了一 主光线(chief ray)和一边缘光线(marginal ray)，以下叙述的各光线均仅采用主光线及 其行进方向以便说明。
本发明的第二实施例是进一步于第一实施例的第一集光柱21上形成另一集光 柱，以满足多灯源的实施态样。投影装置(图未示出)包含一集光装置3、 一第一 光源30、 一第二光源32与一第三光源34。集光装置3的立体图如图3A所示，集 光装置3配合光源的俯视图则如图3B所示。此集光装置3包含一第一集光柱31 与一第二集光柱33，第一集光柱31是用以收集并均匀化投影装置中第一光源30 与第二光源32所产生的光束；第二集光柱33则用以收集并均匀化第三光源34所 产生的光束。第二集光柱33邻设于第一集光柱31，于此实施例中，第一集光柱31 与第二集光柱33分别为具有切削角的集光柱；同样地，第一光源30、第二光源32 与第三光源34可均为超高压汞灯，但不以此为限。
具体说，第一集光柱31具有一第一本体部311、 一纵长方向313、 一第一入光 端部315、以及相对于第一入光端部315的一第一出光端部317。本体部311是沿 纵长方向313延伸；第一入光端部315位于本体部311的一端，其包含一第一入射 面315a、 一第一反射面315b及一第二入射面315c,第一出光端部317则包含一第 一出射面317a。第一入射面315a与第一反射面315b相邻且形成一夹角，第二入 射面315c恰与第一入射面315a垂直相交，且斜向相对于第一反射面315b。其中， 第一反射面315b涂布有一反射材料层，以具有反射的功效。
第一光源30产生的第一光线300适可通过第一入光端部315的第一入射面 315a穿透，进入第一集光柱31的第一本体部311，循着纵长方向313，朝第一出 光端部317行进;而第二光源32产生的第二光线320则通过第二入射面315c穿透， 进入第一集光柱31内部后，适可通过第一入光端部315的第一反射面315b反射， 改变行进方向而改循纵长方向313，以朝第一出光端部317行进。
而第二集光柱33具有一第二本体部331、 一第二入光端部335以及一第二出 光端部337。第二集光柱33的第二入光端部335具有一第三入射面335a与一第二 反射面335b，第二集光柱33的第二出光端部337则具有一第二出射面337a，其中 第二出射面337a是与第二反射面335b相对。第二反射面335b可涂布一反射材料 层，以具有反射的功效。借此，第三光源34产生的第三光线340通过第三入射面 335a进入第二集光柱33的第二本体部331后，适可通过第二反射面335b反射， 改变行进方向而循纵长方向313，朝第二出射面337a行进。
于此实施例中，第一出光端部317的第一出射面317a与第二出光端部337的 第二出射面337a是位于同一平面上，且第一集光柱31与第二集光柱33是一体， 故事实上，第一光线300、第二光线320于第一集光柱31中进行均匀化，而第三 光线340是于第二集光柱33中进行均匀化，经二集光柱均匀化后的光线自同一平 面射出。此外，由于第一光线300与第二光线320在同一集光柱中行进，可避免集 光柱接合部分导致光损耗。而第二光源32与第三光源34恰错置于相对侧，可有效 减小多光源的设置空间。此外，于此实施例中，以上各光线的叙述同样均仅采用主 光线以便说明。
可想而知，本发明的集光装置可与更多的光源配合使用。本发明的第三实施例 所揭示的投影装置(图未示出)包含一集光装置4与一第一光源40、 一第二光源 42、 一第三光源44与一第四光源46,集光装置4的立体图如图4A所示，而集光 装置4配合这些光源的俯视图则如图4B所示。此集光装置4包含一第一集光柱41 、 一第二集光柱43与一第三集光柱45,用以收集并均匀投影装置中的第一光源40、 第二光源42、第三光源44与第四光源46所产生的光束。第二集光柱43邻设于第 一集光柱41，且第三集光柱45则邻设于第二集光柱43的另一侧。于此实施例中， 第一集光柱41、第二集光柱43与第三集光柱45分别为具有切削角的集光柱；第 一光源40、第二光源42、第三光源44与第四光源46均可为超高压汞灯，但不以 此为限。
第一集光柱41具有一第一本体部411、 一第一入光端部415以及与该第一入 光端部415相对的一第一出光端部417，并定义出一纵长方向413。第一本体部411 是沿纵长方向413延伸；第一入光端部415位于第一本体部411的一端，其包含一 第一入射面415a、 一第一反射面415b及一第二入射面415c，第一出光端部417包 含一第一出射面417a。第一入射面415a与第一反射面415b相邻且形成一夹角， 第二入射面415c恰与第一入射面415a垂直相交，且斜向相对于第一反射面415b。 第一反射面415b涂布有一反射材料层，以具有反射的功效。
第一光源40产生的第一光线400适可通过第一入光端部415的第一入射面 415a穿透，进入第一集光柱41的第一本体部411,循着纵长方向413朝出第一出 光端部417行进；而第二光源42产生的第二光线420则通过第二入射面415c穿透， 进入第一本体部411后，适可通过第一入光端部415的第一反射面415b反射，改 变行进方向而改循纵长方向413，以朝第一出光端部417行进。
第二集光柱43具有一第二本体部431、 一第二入光端部435以及一第二出光 端部437。第二集光柱43的第二入光端部435具有一第三入射面435a与一第二反 射面435b，第二集光柱43的第二出光端部437则具有一第二出射面437a，其中第 二出射面437a是与第二反射面435b相对。第二反射面435b尚可涂布一反射材料 层，以具有反射的功效。借此，第三光源44产生的第三光线440通过第三入射面 435a进入第二集光柱43的第二本体部431后，适可通过第二反射面435b反射， 改变行进方向而循纵长方向413朝第二出射面437a行进。
第三集光柱45则具有一第三本体部451、 一第三入光端部455以及一第三出 光端部457。第三集光柱45的第三入光端部455具有一第四入射面455a与一第三
反射面455b，第三集光柱45的第三出光端部457则具有一第三出射面457a，其中 第三出射面457a是与第三反射面455b相对。第三反射面455b可涂布反射材料层， 以具有反射的功效。借此，第四光源46产生的第四光线460通过第四入射面455a 进入第三集光柱45的第三本体部451后，适可通过第三反射面455b反射，改变行 进方向而循纵长方向413朝第三出射面457a行进。
于此实施例中，第一出光端部417的第一出射面417a、第二出光端部437的 第二出射面437a与第三出光端部457的第三出射面457a是位于同一平面上，且第 一集光柱41、第二集光柱43与第三集光柱45是一体，故第一光线400与第二光 线420于第一集光柱41中进行均匀化，而第三光线440与第四光线460分别由第 二集光柱43与第三集光柱45中进行均匀化，经三集光柱均匀化后的光线自同一平 面射出。此外，由于第一光线400与第二光线420是于同一集光柱中行进，可避免 集光柱接合部分的光损耗。第二光源42、第三光源44与第四光源46恰错置于相 对侧，以减小多光源所需的设置空间。同样地，于此实施例中各光线的叙述亦均仅 采用主光线以便说明。
须说明的是，前述反射面所涂布的反射材料层，皆可以反射镜加以替代。如图 5所示，以第二实施例为例，可于第一反射面315b上设置一第一反射镜51，以利 进行光线的反射，并于第二反射面335b上设置一第二反射镜53，以利进行光线的 反射。此外，上述各集光装置亦可同时并用涂布反射材料层及设置反射镜的反射面。
若进一步考量集光装置于出射面所提供的光线分布，以配合数字微镜装置的尺 寸比例，上述各实施例可具有又一实施态样。以第三实施例为例，此实施态样的立 体图如图6A所示，集光装置4'配合光源的俯视图则如图6B所示。第一集光柱41'、 第二集光柱43，与第三集光柱45，整体而言是断面呈一矩形的锥体，自三者的入光 端部至出光端部具有一递增的截面积。第一入射面与各个反射面(对应于图4A的 第一反射面415b、第二反射面435b与第三反射面455b)于垂直纵长方向的一投影 面的面积总和，是小于各个出射面(对应于图4A的第一出射面417a、第二出射面 437a与第三出射面457a)于垂直纵长方向的一投影面的面积，简而言之，集光装置 4'的入光端部的投影面是小于出光端部的投影面。
更明确而言，请参阅图7A及图7B，图7A所示为集光装置于入光端部的投影 面示意图，而图7B所示为集光装置于出光端部的投影面示意图，其中，第一入射
面415a、第一反射面415b、第二反射面435b与第三反射面455b所形成的投影面 701、 703、 705、 707，可使入光端部形成边长实质上比例为2: 1的矩形，而各个 集光柱的出光端部(出射面)所形成的投影面711、 713、 715、 717由于是等比例 递增，则使该出光端部亦形成边长实质上比例为2: 1的矩形；为配合数字微镜装
置的各种规格，当然亦可使入光端部及出光端部形成边长实质等比例的4: 3、 16: 9或16: IO的矩形；另外，亦可使入光端部形成边长实质上比例为16: 8的矩形， 而出光端部形成边长实质上为等比例为16: 9的矩形。上述实施态样端视所配合的
数字微镜装置的规格而定，无论入光端部的尺寸为何，借助渐缩或渐扩的集光柱设 计，皆可使得出光端部可具有较佳的长宽比，现有此项技术亦可轻易推得具有不同 边长比例的态样。
除上述各实施例所描述的第二集光柱与第三集光柱的形态，设于第一集光柱上 方的各集光柱(包含但不限于第二集光柱及/或第三集光柱)亦可为其他结构型式，举 例而言，其形状可与上述各实施例的第一集光柱相同。以第二实施例为例，此实施
态样的立体图如图8A所示，集光装置3，配合光源的俯视图则如图8B所示。集光 装置3'的第二集光柱33'亦邻设于第一集光柱31，且第二集光柱33'同样具有一第 二本体部331'、 一第二入光端部335'以及一第二出光端部337'。
然而，与第二实施例不同的是，采用此集光装置3，的投影装置除包含一第三 光源34'，还可多采用一第四光源36，此外，第二集光柱33'的第二入光端部335' 具有一第三入射面335a，与一第二反射面335b';第二出光端部337'具有与第二反 射面335b，相对的一第二出射面337a';其中，第二反射面335b'可涂布一反射材料 层，以具有反射的功效。借此，第三光源34'产生的第三光线340'适可通过第二入 光端部335，的第三入射面335a，穿透，进入第二集光柱33，的第二本体部331，，循 纵长方向313，以朝第二出射面337a'行进。第四光源36产生的第四光线360亦可 进入第二集光柱33'的第二本体部331'，通过第二入光端部335'的第二反射面335b' 反射，改变行进方向而改循纵长方向313，朝第二出光端部337'的第二出射面337a' 行进。
本发明的集光装置可采用切削方式对单一集光柱进行加工，或者以一体成型的 方式，其工艺相对简易。借此结构，光路不会因为接合面而减损光耦合效率。此外， 本发明仅采用单一集光柱便能均匀多个光源产生的光线，借助本发明的结构设计，
各个光源适可相错布置，大幅减少了光源设置的空间，使得采用此集光装置的投影 装置的整体尺寸更为縮小。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并 非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均 属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以本申请权利要求范围为准。
权利要求
1.一种用于一投影装置的集光装置，包含一第一集光柱，其特征在于该第一集光柱具有一纵长方向；一本体部，沿该纵长方向延伸；一入光端部，位于该本体部的一端并包含一第一入射面及一第一反射面，该第一入射面与该第一反射面相邻且形成一夹角；以及一出光端部，位于该本体部上并位于该入光端部的相对端；其中，一第一光线适可通过该第一入射面穿透，进入该第一集光柱的本体部，循该纵长方向朝该出光端部行进；而一第二光线适可进入该第一集光柱的本体部，通过该入光端部的该第一反射面反射，循该纵长方向朝该出光端部行进。
2. 根据权利要求1所述的集光装置，其特征在于该入光端部还包含一第二入射 面，该第二光线是通过该第二入射面穿透，进入该第一集光柱本体部。
3. 根据权利要求1所述的集光装置，其特征在于该第一反射面上涂布有一反射 材料层。
4. 根据权利要求1所述的集光装置，其特征在于还包含一第一反射镜，其设于 该第一反射面上。
5. 根据权利要求1所述的集光装置，其特征在于该第一集光柱是呈一锥体，自 该入光端部沿该纵长方向至该出光端部，具有一递增的截面积。
6. 根据权利要求5所述的集光装置，其特征在于该第一入射面与该第一反射面 于垂直该纵长方向的一投影面的面积总和，是小于该出光端部的一第一出射面于垂 直该纵长方向的一投影面的面积。
7. 根据权利要求6所述的集光装置，其特征在于该第一出射面所形成的该投影 面为一矩形，且该矩形的长宽比为4:3、 16:9或16:10。
8. 根据权利要求1所述的集光装置，其特征在于还包含一第二集光柱，其邻设 于该第一集光柱，该第二集光柱具有一第二反射面、与该第二反射面相对的一第二 出射面，借此， 一第三光线可进入该第二集光柱的一本体部，通过该第二反射面反 射循该纵长方向朝该第二出射面行进。
9. 根据权利要求2所述的集光装置，其特征在于还包含一第二集光柱，其邻设 于该第一集光柱，该第二集光柱具有一第三入射面、 一第二反射面及与该第二反射 面相对的一第二出射面，借此， 一第三光线适可通过该第三入射面穿透，进入该第 二集光柱的一本体部，循该纵长方向朝该第二出射面行进；而一第四光线适可进入 该第二集光柱的本体部，通过该第二反射面反射，循该纵长方向朝该第二出射面行 进。
10. 根据权利要求8或9所述的集光装置，其特征在于该第二反射面上涂布有 一反射材料层。
11. 根据权利要求8或9所述的集光装置，其特征在于还包含一第二反射镜， 其设于该第二反射面。
12. 根据权利要求8或9所述的集光装置，其特征在于该第二集光柱是呈一锥体。
13. 根据权利要求12所述的集光装置，其特征在于该第一入射面、该第一反射 面及该第二反射面于垂直该纵长方向的一投影面的面积总和，是小于该出光端部的 一第一出射面及该第二出射面于垂直该纵长方向的一投影面的面积总和。
14. 根据权利要求13所述的集光装置，其特征在于该第一出射面及该第二出射 面，所形成的该投影面为一矩形，且该矩形的长宽比为4:3、 16:9或16:10。
15. 根据权利要求8或9所述的集光装置，其特征在于该第一集光柱及该第二 集光柱是一体成形。
全文摘要
本发明提供一种用于投影装置的集光装置，该集光装置至少包含一集光柱，其具有一本体部、一纵长方向、一入光端部以及一出光端部。入光端部包含一入射面及一反射面，入射面与反射面相邻且形成一夹角；而出光端部与入光端部相对。其中，一第一光线适可通过入光端部的入射面穿透，进入集光柱的本体部，并循纵长方向朝出光端部行进，而一第二光线适可进入集光柱的本体部，通过入光端部的反射面反射并循纵长方向朝出光端部行进。
文档编号G03B21/14GK101359157SQ200710141328
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者黄俊杰 申请人:台达电子工业股份有限公司