导光件及包含该导光件的物与其制造及装配方法

专利名称：导光件及包含该导光件的物与其制造及装配方法
导光件及包含该导光件的物与其制造及装配方法技术领域
本发明是有关于一种用以接收光线的组件，且特别是有关于一种导光件、含导光件的光源套件、含导光件的光引擎、导光件的制造方法以及光源套件的装配方法。
背景技术：
导光管与导光件的应用十分广泛，导光件可自光源接收光线并将光线在光损失最小的情况下传送一定的距离，例如，来自至少一发光二极管的光线可藉导光件传至另一个地方。导光件也可透过特定方式处理光线，例如导光件可将具有不同颜色的光线加以整合， 或者导光件可用以使光线准直化。而导光件可能的应用之一就是将其安装到投影机里。
就技术的角度而言，将装有导光件的投影机及相关装置微型化是有益的，而微型化投影机的潜在应用项目之一例如是手机，因此，对于投影机及其它光学装置而言，较小的组件乃其需求。然而，目前对于如何制造出微型化且具可信赖的高质量的导光件是业界的一大挑战。
此外，如何组装装设有导光件的装置也是挑战之一。以往常需耗费大量的时间和人力来将导光件与光源和其它光学组件对齐，以使光线能有效地传递，另一方面，组装也因装置的微型化而更显困难。
再者，装设有导光件的装置在使用时可能会因为晃动而掉落或损坏，进而使得当中的导光件产生失准的问题。发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中具有导光件的装置组装困难、可能会因晃动而掉落使导光件失准的缺陷，提供一种导光件及包含该导光件的物与其制造及装配方法，导光件可稳固地设置在拟设置的位置，并避免导光件在使用过程中发生失准。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种导光件。导光件包括集光柱以及透镜。集光柱包括第一端以及第二端，第一端用以接收光线，第二端做为光线出口且透镜光耦合地连结第二端。
本发明还提供了一种单件式导光件。单件式导光件包括集光柱以及透镜。集光柱包括第一端以及第二端，且可能包括介于第一端与第二端之间的至少一侧面，而第一端用以接收光线，第二端做为光线出口，且透镜光耦合地连结第二端。集光柱可以是整合式光轴组件，集光柱可以是实心的。单件式导光件更包括介于集光柱与透镜间的至少一间隔部，间隔部具有超出光线出口的外表面，而间隔部的外表面的至少一部分本质上是平面。
本发明还提供了一种导光件。导光件包括集光柱、透镜以及介于集光柱或透镜间的至少一间隔部。集光柱包括第一端以及第二端，第一端用以接收光线，第二端具有光线出口，且透镜光耦合地连结集光柱的第二端。间隔部具有超出光线出口的至少一外表面。在一实施例中，间隔部的至少一部份在第一方向上的剖面与透镜在第一方向上的剖面形状不一致，而第一方向系正交于集光柱的第一端往第二端的方向。在一实施例中，夕卜表面的至少一部分本质上是平面。在一实施例中，集光柱是整合式光轴组件。
本发明还提供了一种单件式导光件。单件式导光件包括第一手段以及第二手段， 其中第一手段是自光源撷取并传递光线的手段，而第二手段则是将来自于第一手段的光线准直化的手段，且第一手段与第二手段是一体连接成型。
本发明还提供了一种单件式导光件的制造方法。单件式导光件的制造方法包括形成具有集光柱及透镜的单件式构件。其中，集光柱具有第一端以及第二端，第一端用以接收光线，第二端具有光线出口，且透镜光耦合地连结集光柱的第二端。单件式导光件可以射出成型的方式制造。单件式导光件更包括位于集光柱与透镜间的间隔部。间隔部具有超出光线出口的外表面。而间隔部的外表面的至少一部分本质上是平面。
本发明还提供了一种导光件的制造方法。导光件的制造方法包括形成集光柱、形成透镜以及形成介于集光柱与透镜间的间隔部。集光柱包括第一端以及第二端，第一端可用以接收光线，第二端具有光线出口，且透镜光耦合地连结集光柱的第二端。间隔部具有超出光线出口的外表面。在一实施例中，包括集光柱、透镜及间隔部的导光件是以射出成型法制得。
本发明还提供了一种光引擎。光引擎包括光源以及单件式导光件。单件式导光件包括集光柱及透镜，其中集光柱包括第一端、第二端以及介于第一端与第二端之间的至少一侧面，且第一端用以接收光线，第二端做为光线出口，而透镜光耦合地连结第二端。光引擎更包括围绕于导光件周围的壳体。壳体在集光柱的光线入口到光线出口的范围内，与集光柱的至少一部分相接触。
本发明还提供了一种光引擎。光引擎包括光源、导光件以及壳体。导光件包括具有第一端以及第二端的集光柱，第一端用以自光源接收光线，第二端则有光线出口。集光柱自第二端朝向第一端呈锥状。导光件具有透镜，光耦合地连结集光柱的第二端。壳体具有圆锥状的内部构件可支撑集光柱。
本发明还提供了一种光引擎。光引擎包括光源以及导光件。导光件包括整合式光轴组件、透镜以及介于整合式光轴组件与透镜间的至少一间隔部。整合式光轴组件包括第一端以及第二端，第一端用以自光源接收光线，第二端则有光线出口，且透镜光耦合地连结整合式光轴组件的第二端。间隔部具有超出光线出口的至少一外表面。在一实施例中，光引擎包括面板模块，用以成像，而导光件则将光线提供予用以成像的面板模块。
本发明还提供了一种光源套件。光源套件包括导光件及壳体。导光件包括集光柱， 其中集光柱包括用以接收光线的第一端以及具有光线出口的第二端，且集光柱自第二端朝向第一端呈锥状。导光件包括透镜，光耦合地连结集光柱的第二端。壳体具有可支撑导光件的圆锥状部分。导光件包括介于集光柱与透镜间的第一间隔部以及第二间隔部。第一间隔部包括超出第二间隔部及光线出口的突出部。壳体可藉由固定该突出部而使导光件固定。
本发明还提供了一种光源套件的装配方法。光源套件的装配方法包括采用包含有集光柱与透镜的导光件，其中集光柱包括第一端以及第二端，第一端用以接收光线，第二端具有光线出口。集光柱自第二端朝向第一端呈锥状。导光件具有透镜，透镜光耦合地连结集光柱的第二端。光源套件的装配方法包括将导光件置入壳体，而壳体具有可支撑集光柱的圆锥状部分。光源套件的装配方法更包括将壳体装配于导光件的突出部周围。
藉此，导光件可稳固地设置在拟设置的位置，进而避免导光件在使用过程中发生失准等问题。另一方面，介于集光柱与透镜间的至少一间隔部亦有助于导光件与壳体间的装配。


为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下
图1绘示本发明一实施例的导光件的立体图。
图2绘示图1的另一视角的立体图。
图3A绘示图1的第一侧面的侧面图。
图3B绘示图1的第二侧面的侧面图。
图3C绘示图1的第三侧面的侧面图。
图3D绘示图1的第四侧面的侧面图。
图4A绘示图1的俯视图。
图4B绘示图1的仰视图。
图5绘示本发明一实施例的集光柱与透镜间不具间隔部的导光件的平面图。
图6绘示本发明一实施例的光耦合至发光二极管模块的导光件的示意图。
图7A绘示本发明一实施例的设有导光件的光引擎的的方块图。
图7B绘示本发明一实施例的包含运用光传递技术的面板模块的光引擎的方块图。
图7C绘示本发明一实施例的设有导光件的光引擎的平面图。
图8A绘示本发明一实施例的壳体的立体图。
图8B绘示本发明一实施例的壳体的俯视图。
图SC绘示本发明一实施例的壳体及发光二极管模块的剖面图。
图8D绘示本发明一实施例的内含导光件的壳体的侧视图。
图SE绘示本发明一实施例的围绕于导光件周边的壳体的内部构件的立体图。
图8F绘示本发明一实施例的两件式壳体的立体图。
图9A绘示本发明一实施例的壳体内部构件的侧面图。
图9B绘示图9A沿B-B线的剖面图。
图9C绘示图9A沿C-C线的剖面图。
图10绘示本发明一实施例的壳体及导光件的剖面图。
图11绘示本发明一实施例的壳体及导光件的剖面图。
图12绘示本发明一实施例的制法的流程图。
图13绘示本发明一实施例的将光源套件装配至光引擎的装配方法的流程图。
图13A绘示本发明一实施例的装配光源套件的装配方法的细部流程图。
图13B绘示本发明一实施例的装配光源套件的装配方法的细部流程图。
具体实施方式
以下揭示导光件、包含导光件的光引擎、包含导光件的光源套件、导光件的制造方法以及光源套件的装配方法。
单件式的导光件及其制造方法揭露如下。本发明一实施方式的单件式的导光件包含集光柱及透镜。在本发明一实施例中，集光柱可将具有不同色彩的光线加以整合。在本发明一实施例中，透镜是准直透镜。在本发明一实施例中，单件式的导光件是以射出成形而成且单件式的导光件的制造并不昂贵。此外，单件式的导光件无需依据集光柱调整透镜。要知道，某些传统导光件尚需将透镜与集光柱或导光件本身相对齐，故而耗时且容易失准。而本发明一实施例的单件式的导光件的透镜可确实且适当地与集光柱对齐。
本发明一实施方式的单件式的导光件更包含围绕于导光件的壳体。前述的壳体与导光件(可能包括其它配件)可合称为光源套件。壳体可承载集光柱。举例而言，壳体可包含圆锥形孔洞以容置锥形的集光柱。因此，集光柱可稳固地被设置进而在使用过程中避免发生失准的问题。壳体有助于导光件与光源间的准直化，且壳体亦可辅助导光件，使其更容易装配至装置(例如光引擎)上。因此，本发明一实施方式的光源套件的装配可快速、准确且符合经济效益。
本发明一实施方式的导光件包含至少一位于集光柱与透镜间的间隔部。此间隔部可协助导光件与壳体对齐及/或稳固地置入壳体。间隔部的外表面有可能与壳体相接触。 要知道，对于某些以内部反射的方式传递光线的传统导光件而言，若内部组件与装置的外侧相接触，那么光线反倒可能散失而不会进行内部反射。相较之下，本发明一实施例的间隔部的外表面与壳体间的接触并不会造成光损失。举例而言，间隔部的外表面可设计成远离光学路径，例如使间隔区的外表面不位在介于集光柱与透镜间的光学路径上，如此一来，当光线穿过间隔部时，只有少部份的光被用以进行内部反射，甚至根本不进行内部反射。
图1、2、3A至3D及4A至4B绘示本发明一实施例的导光件100。图1、2均为立体图。图3A至3D为侧面图。图4A是俯视图。图4B是仰视图。有关下述说明请一并参见图 I 至 4B。
导光件100包含集光柱102及透镜104。导光件100更包含位于集光柱102与透镜104间的间隔部106及间隔部108。由于间隔部106及间隔部108在部份实施例中是设在集光柱102与透镜104之间，因此光线至少会穿过间隔部106及间隔部108的一部份。以下进一步说明间隔部106及间隔部108。
在本发明一实施例中，集光柱102的第一端包含光线入口 110以接收或撷取光线。 光线可自光源撷取，光源例如是至少一发光二极管(图未不)，但光源亦可为雷射光。如图I 至4B所示，光线入口 110具平坦表面，但平坦表面并非必要。在其它实施例中，光线入口 110的表面可以是曲面。曲面型的表面有助于增加光线撷取效率，而效率增加的幅度则视光源的形状而定。在本发明一实施例中，光源是单一颗发光二极管，光线入口 110的表面是曲面。此外，光线入口 110的表面亦可包含有涂层以增加光线撷取效率，但前述涂层并非必要。
集光柱102包含第二端，用以做为光线出口 112 (例如图2所示)，因此集光柱102 可撷取并传递光线。而光线可藉光线出口自集光柱102射出。需注意的是，光线出口 112 可与导光件100的其它部份如间隔部106相接。因此，光线不一定非要自光线出口 112离开导光件100。光线出口 112亦可设于集光柱102与间隔部106的交界。
光线出口 112可以是矩形，但亦可以是矩形以外的形状。在本发明一实施例中，光线出口 112的形状是相近于拟照射的目标区的形状。举例而言，若导光件100拟设置在欲投射出16:9的画面比例的投影器内的光引擎里，则光线出口 112的形状可为前述比例。然而，光线出口 112的形状并不一定非要相近于拟照射的目标区的形状，只要有其它组件可以在光线离开导光件100后能引导光线成形即可。
集光柱102自光线出口 112朝光线入口 110的方向呈锥状，举例而言，集光柱102 愈往光线入口 Iio的方向会愈来愈窄。在本发明一实施例中，介于光线出口 112与光线入口 110之间的集光柱102具有四个侧面及四个侧边。但集光柱102的侧面可以少于四个也可以多于四个。同样地，集光柱102的侧边亦可以是少于或多于四个。且集光柱102也不一定非要是锥状。
在部份实施例中，集光柱102的侧面本质上与光行进(或光学轴)方向相平行，且是平滑的，而平滑的侧面可增加光转移的效率。集光柱102的外表面可选择性地上漆，或采某些形式的涂布以增加光转移的效率。涂布的形式及/或涂布的颜色可选用有助于避免光线自集光柱102侧壁散失者。
在部份实施例中，光线是利用全内反射 经集光柱102而传递。在一实施例中，光线在经集光柱102而传递的过程中反射了近两次，举例而言，在给定的参数条件下，如锥状及光频率范围，则长度7 8mm的集光柱102可使光线反射两次。但是，集光柱102也可短于 7mm或长于8mm η
在一实施例中，集光柱102可将不同颜色的光线加以混合或整合。举例而言，光线入口 110可自至少一红、蓝、绿色的发光二极管撷取光线，且集光柱102可使来自发光二极管的光线均匀地扩散，但光源亦可为单一颜色的光线。据此，光线出口 112可输出单一颜色的光线(例如红光)，换言之，集光柱102并非一定要用以使不同颜色的光均匀地扩散。
在本发明实施例中的集光柱102可当成整合式光轴组件，而这表示集光柱102具有将不同色彩的光线加以整合的能力。
在一实施例中，光线入口 110的尺寸约1. 15mmXl. 26_。但光线入口 110的尺寸不以此为限，可以更大或更小。在一实施例中，光线出口 112的尺寸约2. 16_X1.26mm。因此光线出口的对角线(d)约为2. 5mm。
在一实施例中，透镜104呈凸面状，例如是凸透镜，换言之，透镜104的剖面本质上为曲面，但凸面状并非所有实施例的必要条件。在一实施例中，透镜104的形状可比半个球体还小。在一实施例中，透镜104的半径约3_，但透镜的半径(R)并不以此为限，可更大或更小。因此在一实施例中，R/d比约为1.2，但R/d比并不以此为限，可更大或更小。透镜 104的光圈约为5. 2mm。而透镜104的表面可具有抗反射涂层，举例而言，正常入射至透镜 104的光线仅有约1%甚至更低的反射，但抗反射涂层并非必要。
在一实施例中，导光件100的透镜104是准直透镜。然而，在某些实施例中，透镜 104亦可具备准直以外的功能，例如透镜104可以是聚焦镜。因此，在所有实施例中，透镜 104并不一定非要用于使光线准直。
透镜104可光耦合地连结至(集光柱102的第二端的)光线出口 112。而来自光线出口 112的光线在传递至透镜104之前会先经过间隔部106及/或间隔部108的一部份。 前述的光耦合地连结包括经过至少一间隔部如间隔部106及/或间隔部108的间接式的光耦合连结。
导光件100可由光学级材料制得，而光学级材料包括但不限于丙烯酸树脂CN 102980138 A书明说6/13 页(acrylic resins)、聚碳酸酯(polycarbonates)、环氧树脂(epoxies)及玻璃。在一实施例中，整个导光件100都是用同一种材料制得，但在某些实施例中，导光件100可由两种以上的不同材料制得。在一实施例中，集光柱102是实心结构，举例而言，集光柱102可以是实心的整合式光轴组件。在一实施例中，集光柱102是中空结构。
在某些实施例中，导光件100可以一体成型的方式制造而为单件式，例如以射出成型的方式制造导光件100，这也表示透镜104不需要依据集光柱102进行调整。在一实施方式中 ，凸件107 (参见图3A、3B、4A及4B)是因射出成型而产生，其并没有存在的必要性。 射出成型的步骤可能包括盖上模具以及自模具的注入孔注入材料。凸件107可能与模具的注入孔吻合。在一实施例中，凸件107可用以辅助导光件100使其适当地置入壳体内，光线出口 112可以是矩形，而凸件107可用以辅助使光线出口 112设在适当位置。
本技术领域的人员可以理解，本发明的单件式导光件100并不限于上述形式的集光柱102和透镜104，事实上，包括用以接收与传递来自光源的光线的第一手段和用以准直化来自于该第一手段的光线的第二手段的单件式导光件100都包括在本发明的范围内，其中，该第一手段与该第二手段一体连接成型，且该第二手段光耦合地连结该第一手段。该第一手段用以整合来自该光源的光线。
单件式的导光件100如其名称所述是单一对象，而集光柱102与透镜104均是其中的一部分，且材料上是一体的。请注意，单件式的导光件100和透镜有少部分与集光柱 102相接(以光学级环氧树脂相接)的导光件并不相同。如前所述，单件式的导光件100在组装的容易度及成本上更具效益，当然也有更精准的准直度。
在某些实施例中，导光件100不是单件式单元。举例而言，在一实施例中，透镜104 与集光柱102是个别制造的，而透镜104可与集光柱102或者与介于集光柱102与透镜104 间的至少一间隔部106、间隔部108相接。
如同前述，导光件100包括介于集光柱102与透镜104间的至少一间隔部(如间隔部106、间隔部108)。一般而言，这些间隔部106、间隔部108的剖面大小及/或形状可与集光柱102及透镜104的剖面不同，此处所称的剖面指得是与光学轴正交的那个面。
举例而言，间隔部106的剖面可大于集光柱102的光线出口 112的剖面，而间隔部 106的形成也不需要与集光柱102相同。在一实施例中，间隔部106的剖面本质上是矩形 (所谓矩形包含正方形)，但是间隔部106的四个角可以是圆角或截角。
间隔部106具下表面(如图I的116)、至少一上表面(如图2的119)以及至少一侧面(如图2的126)。如图2的实施例所示，导光件100具有四个上表面119及八个侧面 126。但上表面119的数量并不以此为限，亦可为多于或少于四个，而侧面126也可以是多于或少于八个，举例而言，导光件100可以仅具四个侧面126。而至少一个的侧面126本质上是平面。
间隔部108的大小及/或形状可明显有别于集光柱102及透镜104。在一实施例中，间隔部108的剖面为多边形，此处所称的剖面指得是垂直于光学轴的那个面。举例而言，间隔部108具有八个侧边，但侧边的数量也可以是多于或少于八个。
间隔部108具有外表面或称侧面(如图2中的136)。如图2的实施例所示，间隔部 108具有八个侧面136，但间隔部108的侧面也可以是多于或少于八个。在一实施例中，间隔部108的四个侧面与间隔部106的四个侧面相对齐。但间隔部108的另四个侧面则在某9种程度上相对于间隔部106向内缩，以使间隔部106相对于间隔部108具有相对超出的部分(突出部)，而相对超出的范围可用上表面119定义，且突出部也可以是超出光线出口及/ 或透镜的。突出部对于导光件100装配至壳体有所帮助，且突出部可将导光件100稳固地装配至欲装配的位置。
在一实施例中，集光柱102、间隔部106及/或间隔部108以及透镜104的折射率本质上相同。
如同前述，导光件100并不一定需要介于集光柱102及透镜104间的间隔部106、 间隔部108。图5即绘示本发明一实施例的不具间隔部的导光件100。由图5可见，透镜 104是直接衔接集光柱102的光线出口 112。在一实施例中，导光件100为单件式且其中的集光柱102与透镜104相接。
图6绘示本发明一实施例的光耦合至光源模块604的导光件100。光源模块604 包括至少一设于印刷电路板619或其均等物上的发光二极管。在某些实施例中，一个红色、 一个蓝色以及两个绿色的发光二极管是以贝尔模式(Bayer pattern)的形式设置。光源模块604包括热敏电阻以感测发光二极管附近的温度。
导光件100的光线入口 110设在可撷取来自光源640的光线的位置，而导光件100 的光线入口 Iio的形状大小可设计成与光源640相符，举例而言，光线入口 110的表面可以是平面。但光线入口 110的表面也可以是凹面，以使光源640至少有一部分能与凹槽相契八口 ο
光线入口 110可尽可能地以靠近光源640的方式设置，以增加光线撷取效率。在某些实施例中，光源640与导光件100之间有间距。而间距之间的空气会导致菲涅尔损失 (Fresnel loss)进而使得光线的撷取有所损失。在一实施例中，光线入口 110的表面仅较光源640来得大一些，而这有助于抑制因间距之间的空气所导致的菲涅尔损失(Fresnel loss)。前述间距可以填入材料以改善光学性质。在一实施例中，光源640与光线入口 110 间设有一光通量聚焦镜以提升光线撷取效率。
在某些实施例中，光源640与导光件100相接,举例而言,光源640可藉光学级的环氧树脂黏接至光线入口 110，在此情况下，光通量的撷取率可达100%。但是光源640并不一定非要与导光件100相接。
而光源640不一定非要是发光二极管，光源640也可以是至少一雷射二极管。
在一实施例中，可利用脉宽调变(pulse width modulation, PWM)来控制光源640 (例如是发光二极管)的光色及/或强度。在一实施例中，每个发光二极管均可藉个别的脉宽调变信号进行个别控制。脉宽调变信号可控制流向发光二极管的电流进而开启或关闭发光二极管。在一实施例中，脉宽调变信号包括了一系列具有固定频率的脉波，而将脉波宽度予以模式化以控制发光二极管的光线强度，又脉宽调变信号的控制可藉处理器来达成，不过光源640的控制也可藉由脉宽调变信号以外的控制信号来达成。
图7A绘示了本发明一实施例的光引擎700的方块图。光引擎700内设有本发明一实施例的导光件100，光引擎700可用以投射出画面，包括静态画面与动态画面。光引擎 700包含光源模块604、导光件100、壳体800、继光器(relay lenses and mirror) 712、偏极分光镜(Polarization Beam Splitter, PBS)706、面板模块710、预偏器(pre-polarizer) 714、后偏器(post polarizer) 717以及投影镜头模块708。请留意,某些组件未绘示于图中，举例而言，光引擎700可包括用以调整投影镜头708的复数个齿轮。
在一实施例中，光源模块604可包括至少一发光二极管。在某些实施例中，所使用的发光二极管具有一种以上的颜色，例如使用的是至少一红、绿、蓝色的发光二极管。在一实施例中，该些发光二极管是以贝尔模式(Bayer pattern )的形式设置，且发光二极管可设置在电路板上。另一方面，亦可以雷射模块(或其它发光技术)取代发光二极管。
本发明前述的任一种实施例的导光件100均可用于光引擎700。导光件100以壳体800围绕，藉此有助于使导光件100适当地与光源模块604对齐，而壳体800、光源模块 604以及导光件100三者可合称为光源套件。
导光件100可将发光二极管的光线整合并准直化，而准直化后的光线可藉由继光器712传递至预偏器714，又继光器712可包括第一中继镜片、反射镜片以及第二中继镜片。
预偏器714可使准直化的光线产生线性极化。举例而言，预偏镜714可将光线极化成S型的偏振态(S polarization state)(例如是与入射平面相垂直)。预偏器714亦可配合偏极分光镜706而增加光线对比，细节将说明如后。
偏极分光镜706可包括两个棱镜，且两棱镜的斜边相接，其中一棱镜自预偏器714 接收光线。偏极分光镜706可将偏振态(如S型偏振态)的光线传递至面板模块710 ;偏极分光镜706亦可将P型极化的光线传递至面板模块710 (若面板模块710是设置在不同于图中的其它地方)。举例而言，在图7A中，面板模块710可设于偏极分光镜706的上方,藉此偏极分光镜706可使P型偏振态的光线直直地穿过两棱镜而传至面板模块710。在此实施例中，预偏器714可将光线极化成P型偏振态。
需注意，偏极分光镜706并无法将所有光线均极化成S型或P型也无法阻挡其它的光线，换言之，偏极化的选择性并非100%。一般为了使投影出的画面具有高对比度，偏极分光镜706必须具有高度的偏极化选择性(例如极化成S型或P型)。另一方面，预偏器714 可在偏极分光镜706之前先将光线极化，此有助于提升对比度以及偏极分光镜706的偏极化选择性。
在一实施例中，面板模块710包括娃液晶(liquid crystal on silicon, LCoS) 丰旲块。娃液晶装置可包括娃基板，用以承载液晶。而液晶的下方可包括反射表面。液晶可根据其状态来调整光线方向，例如在液晶规则排列的状态下，光线不会受到影响，对于某些装置而言，欲使液晶规则排列可施予电压或电流。但在液晶排列不规则的情况下，光线方向则会受其影响而改变。液晶分子的状态可藉由互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)晶体管的主动式矩阵来控制，因此液晶模块的控制可达画素等级(pixel level)，举例而言，晶体管可选择性地旋转液晶分子的对称轴。
因此，面板模块710包括具有改变光偏极方向能力的画素点，，例如S型偏极光可被转成P型偏极光。同样地，若偏极分光镜706将P型偏极光传递至面板模块710,则面板模块710亦可将其转成S型偏极光。不管如何，总之一种偏极态代表白，另一种偏极态则代表黑，因此，藉由结合白与黑的画素，即可形成一个画面。
自面板模块710离开的光线会传回偏极分光镜706以及后偏器717。后偏器717 有助于提升画面对比度。在某些实施例中，偏极分光镜706主要会将P型偏光朝向投影镜头模块708传送。而自面板模块710离开的S型偏光则会因偏极分光镜706而往远离后偏器717的地方反射。然而，基于光极化效率的先天限制，偏极分光镜706仍会将部分S型偏光朝投影镜头模块708传送。但由于后偏器717可滤除S型偏光，因此画面对比度仍可获得提升。
投影镜头模块708可将画面的光扩大并投射出去以呈现预设的全彩画面。投影镜头模块708可包括数个镜片，而该些镜片可透过齿轮或其它机制来控制以使画面对焦。
请留意，前述的光引擎700的面板模块710具有硅液晶装置，然而面板模块710亦可应用其它技术，例如是数字微镜面(digital micro mirror)技术。
亦请留意，在一实施例中，光引擎700的面板模块710应用了光反射的技术，但其亦可采用光传递的技术。在前述情况下，偏极分光镜706有可能不是必要的。所谓光传递的技术例如是液晶显示器的成像器(IXD imager)。图7B绘示本发明一实施例的包含运用光传递技术的面板模块710的光引擎750的方块图。光引擎750可包括本发明任一实施例所述的导光件100。光源模块604可包括至少一不同颜色的发光二极管。导光件100可提供准直化的光线给偏光器754。偏光器754可将光线极化为第一偏振态,举例而言，偏光器 754可将光线极化成S型偏振态。另一偏光器757则可将极化成另一偏振态的光线(如P型偏振态)传至投影镜头模块708。藉此，导光件100可提供准直化的光线予光传递装置，例如是液晶显示器的成像器。
图7C绘示绘示本发明一实施例的设有导光件100的光引擎700的细节。图7C绘示图7A中的光引擎700的细部构造。在本实施例中，光源模块604包括一个光源640以及印刷电路板619。在一实施例中，光源640包括四个发光二极管，但发光二极管并不以四个为限，而光源640也可以是不同型态的光源，例如是雷射光。在本实施例中，继光器712可包括中继镜片733、反射镜片737以及中继镜片735。在本实施例中，面板模块710包括位于基板744上的硅液晶组件742。在本实施例中，投影镜头模块708包括镜片762、镜片764、 镜片766及镜片768。后偏器717则绘示成投影镜头模块708的一部分，但其亦可独立于投影镜头模块708之外。
如同前述，在某些实施例中，有壳体800围绕于导光件100外。图8A绘示本发明一实施例的壳体的立体图。图8B绘示本发明一实施例的壳体的俯视图。图SC绘示本发明一实施例的壳体及发光二极管模块的剖面图。以下说明请并同参见图8A至SC。壳体800 可包括孔洞801以容置集光柱102。由图8A可见，孔洞801周围有平台803。平台803可支撑导光件100。在某些实施例中，孔洞801为圆锥形。图8C以剖视的角度呈现实施例的圆锥形孔洞801。图SB则以俯视的角度呈现孔洞。内表面823是孔洞801内部的表面。边界841为壳体的孔洞801与平台803间的交界，而边界842为圆锥形孔洞801底部的边界。
孔洞801的形状可根据集光柱102的形状来设计。举例而言，可参考图2，其中集光柱是锥形。故锥形集光柱102可插入圆锥形孔洞801。此外，锥形集光柱可受到壳体800 的支撑。细部说明如下。
如同前述，壳体800具有平台803可用以支撑导光件100或用以与导光件100的间隔部106的下表面116相接触。请参见图8A，壳体800具有表面805，可用以支撑导光件 100或用以与导光件100的间隔部108的侧面相接触。
壳体800包括对齐凸块821，可供壳体800对齐装进光引擎(如光引擎700、光引擎 750)或其它光学装置中。举例而言，光引擎可包括能对应对齐凸块821的孔洞。藉此，光引擎中的导光件100可精确地与光学组件相对齐，且导光件100也可稳固地设置在光引擎中，而不会因为摇晃或振动等情形而产生移位失准的问题。
壳体800有助于将导光件100适当地与光源640 (如发光二极管)相对齐。由图 8C可知,光源640位在孔洞801的底部。但光源640也可位在光源模块604上方的印刷电路板(或其均等物)619上。壳体800的形状可设计得与光源模块604更为契合以使对齐更加容易。如同前述，光源亦可以是发光二极管以外的光源。
图8D绘示本发明一实施例的内含导光件100的壳体800的侧视图。在本实施例中，壳体800具外部构件820及内部构件810。简言之，内部构件810具有孔洞801，可用以支撑集光柱102，而外部构件820则可辅助导光件100，使其稳固地设于壳体800中。此两构件，即内部构件810及外部构件820详述如下。
图8E绘示围绕于导光件100周边的壳体800的内部构件810的立体图。导光件 100的间隔部106具有下表面116 (下表面116未绘示于图8E)，其与内部构件810的平台 803相接触(平台803未绘示于图SE)。请参照图1，可见间隔部106的下表面116，并请参照图8A及8B，下表面116设于平台803上。
图8F绘示本发明一实施例的两件式壳体800的立体图。由图8F可同时看见内部构件810和外部构件820。内部构件810与图8E所绘示者相同。而外部构件820有助于导光件100固设于壳体800内，细说如下。
图9A至9C绘示本发明一实施例的壳体800的内部构件810。其与图8E所绘示的内部构件810相似。如同前述，内部构件810具有一个孔洞801，可藉以支撑导光件100。 图9A绘示的是侧面图。图9B则绘示图9A沿B-B线的剖面图。图9C则绘示图9A沿C-C 线的剖面图。
请参见图9B及9C，在孔洞801处可见到集光柱102的剖面。由于在一实施例中， 集光柱102呈锥状，故图9C中的集光柱102的剖面面积会大于图9B。在一实施例中，内部构件810与集光柱102的边缘相接触，而不与其侧面相接触。内部构件810基本上是在集光柱102的光线入口 110到光线出口 112的范围内与集光柱102相接触，但范围也未必一定要是完整地从光线入口 110 —直到光线出口 112。举例而言，请参照图9A，集光柱102靠近光线入口 110的部份并没有与内部构件810相接触。
内部构件810包括内部813及外部817。内部813可以是圆锥形且能支撑集光柱 102，外部817则环绕在内部813的周围。请参见图9B，内部813及外部813是藉四个区块相接，但相接的区块数量亦可更多或更少。请参照图9C，内部813是愈靠近壳体顶部就愈大且其一部分甚至与外部817合在一起。在一实施例中，内部813是黑色，可用以吸收来自集光柱102的漫射光。
在运用过程中，壳体800的内部构件810可用以支撑集光柱102，也因此壳体800 可避免集光柱102在使用过程中发生弯曲、变形、失准等问题。导光件100可用于微型装置中，前述微型装置可以是手机。举例而言，导光件可用在手机或其它可携式电子组件的投影机(或其它光学装置)中。而装置有可能摔落，此时壳体800有助于使集光柱102适当地对齐。
对于某些装置(如手机)以及某些安全标准而言，共振频率须大于2kHz，而某些实施例中的导光件100可用于该些装置中。某些实施例中的壳体800可支撑集光柱102，避免集光柱102在使用过程中发生变形，而某些实施例中的集光柱102及/或壳体800对于形成大于2kHz的共振频率也有所帮助。
图10绘示本发明一实施例的壳体800及导光件100的剖面图。在本实施例中，壳体800包括两个构件。图10的视角与图8D相同。图10绘示围绕在集光柱102周围的内部构件810。由图中可知，内部构件810并未沿着集光柱102的侧边与集光柱102接触。请参见回图9B及9C，从中可知，内部构件810可以仅与集光柱102的四个侧边相接触。事实上，内部构件810与集光柱102的侧边的至少两个相接触，但该孔洞801不与该些侧面相接触，即可起到定位作用。请留意，图10并未绘出集光柱102的侧边。
内部构件810包括两个相接的对象。由图10可见，位在中间的内部813与平直的外部817相连接。位在中间的内部813可使集光柱102的插入更为灵活。举例而言，当集光柱102插入孔洞801时，内部813可扩展一定程度。对于尺寸大小不同的集光柱102而言，可使之有更好的接触。但是在某些实施例中，内部构件810不需要包括两个对象内部 813及外部817，而只要是单一构件即可。
在图10中，间隔部106的下表面116是位在内部构件810的平台803上。而壳体 800的外部构件820可固定导光件100。外部构件820可与间隔部106的至少一上表面119 相接触。外部构件820可与间隔部108的至少一侧面136相接触。
如同前述,在本实施例中，壳体800包括两个独立的构件。藉此有助于导光件100 与壳体800间的装配。举例而言，首先，可将导光件100置入内部构件810的孔洞801中(此时尚无外部构件820较妥)，之后装上外部构件820，使外部构件820位于间隔部106的上表面119上并与间隔部108的至少一侧面136相邻接，以将导光件100固定在适当的位置。
当导光件100置于壳体800内，则导光件100的至少一侧壁将与壳体800相接触。 举例而言，间隔部108的侧面136的某些部分会与壳体800相接触，而间隔部106的下表面 116的某些部分也有可能与壳体800相接触。虽然在某些实施例中，导光件100是以全内反射的方式运作，但因为前述的接触而造成的光损失只会有一小小部分，甚至没有任何光损失。这是因为导光件100与壳体800相接触的侧壁是远离介于光线出口 112与透镜104间的光通道的。
图11绘示本发明一实施例的壳体800及导光件100的剖面图。在本实施例中，壳体800是单一构件。间隔部106的下表面116与壳体800的平台表面1103相接触。平台表面1103等同于前述壳体800是包括两对象的实施例中的平台803。图11中仅能看到平台表面1103的边缘。
在图11所揭示的实施例中，间隔部106的侧面126 (未绘于图11)与壳体800相接触。因此导光件100可轻易且准确地置入壳体800中，且集光柱102将位在孔洞801里。 也因此，单件式的壳体800也可用以支撑集光柱102。在壳体为单件式的实施例中，孔洞801 是圆锥状，以支撑锥形的集光柱102。
至少一部件1104可用以辅助导光件100，使其稳固地置入壳体800。部件1104可贴附在壳体800上，以使导光件100置入壳体800。举例而言,部件1104可贴附于壳体800 的侧壁，或者，部件1104可改贴附于导光件100的某个部分，但此做法并非必要。在某些实施例中，部件1104与导光件100的至少一表面相接触，以将导光件100稳固地设于其欲设置的位置。部件1104可与间隔部106的上表面119 (未绘于图11中)及/或间隔部108的侧面136 (未绘于图11中)相接触。
在壳体800为单件式的实施例中，壳体800可附接于光源模块604。藉此,集光柱 102可以精确地与光源640相对齐。
图12绘示本发明一实施例的单件式的导光件100的制造方法1200的流程图。制造方法1200可用以形成许多揭示如前的单件式导光件100。
步骤1202包括形成包含集光柱102及透镜104的单件式导光件。导光件100可选择性地包括介于集光柱102与透镜104间的至少一间隔部(如间隔部106及/或间隔部 108)。
在某些实施例中，单件式导光件100是以射出成型的方式制造，包括使用可使单件式导光件成型的模具。导光件100可利用光学级的材料制得，光学级的材料包括但不限于丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂及玻璃。在某些实施例中，导光件100整体是由同一种材料制得；但在某些实施例中，导光件100也可以是以两种或两种以上的材料制得。在一实施例中，集光柱102是实心的。举例而言,集光柱102可以是实心的整合式光轴组件。在一实施例中，集光柱102则是中空的。
图13绘示本发明一实施例的将光源套件装配至光引擎的装配方法1300的流程图。装配方法1300可用以组立许多揭示如前的光源套件900。不论是单件式或是两件式的壳体，装配方法1300均适用。
于步骤1302中，将导光件100的集光柱102置入壳体800的孔洞801。孔洞801 可以是圆锥状，而集光柱102可以是锥状。集光柱102的边缘可与壳体800相接触，如同图 9B及9C所示般，而圆锥状的部份可用以支撑集光柱102。在一实施例中，凸件107可用以使集光柱102对齐放入壳体800，进而使光线出口 112位在适当的位置。举例而言，光线出口 112可以是矩形。凸件107可用以将矩形定向，使光可以投射出预设的长宽比。
同样地，间隔部106的下表面116可与壳体800的至少一平台803或平台表面1103 相接触。由图10可知间隔部106的下表面116是如何地与壳体相接触(请留意，于步骤1302 中，尚无外部构件820较妥)。由图11可知，间隔部106的下表面116是如何地以另一种方式与壳体相接触。然而在步骤1302中，尚无部件1104较妥。图13A及13B进一步绘示本发明一实施例的步骤1302的细部流程图。
于步骤1304中，将壳体800装配于导光件100的周围。换言之，在步骤1304中， 导光件100将稳固地设于壳体800内。在一实施例中，导光件100包括突出部，位于集光柱 102与透镜104之间。于步骤1304中，壳体是装配在该突出部的周围。图13A及13B进一步绘示本发明一实施例的步骤1304的细部流程图。
于步骤1306中，壳体800附接于光源模块604。图8D即绘示附接于光源模块604 的光源套件900。请留意，除了发光二极管模块外，亦可使用其它类型的光源。
于步骤1308中，光源套件900设置在光引擎(例如光引擎700、光引擎750)中。在某些实施例中，壳体800包括辅助用的对齐凸块821。光引擎可包括具有复数个小孔的箱体以对应容置对齐凸块821。
图13A绘示本发明一实施例的装配光源套件900的装配方法1320的细部流程图。 装配方法1320可用以实现装配方法1300的步骤1302至1304。装配方法1320可用于采两件式壳体800的实施例中。
于步骤1322中，集光柱102可置入壳体800的内部构件810的孔洞801中，而间隔部106的下表面116设于平台803上。步骤1322是步骤1302的实施例之一。
于步骤1324中，壳体800的外部构件820装配于导光件100的周围。在一实施例中，当外部构件820设于内部构件810的外围后，两构件相互啮合。举例而言，两构件在外部构件820不动的情况下相扣合。另一方面，外部构件820与内部构件810也可用黏着剂 (例如是环氧化合物)加以黏接。藉由步骤1324可使得导光件100稳固地设置在壳体800 中。由图10可见本发明一实施例的外部构件820设于导光件100的周围。此外，步骤1324 为步骤1304的实施例之一。
图13B绘示本发明一实施例的装配光源套件900的装配方法1340的细部流程图。 装配方法1340可用以实现装配方法1300的步骤1302至1304。装配方法1340可用于采单件式壳体800的实施例中。
于步骤1342中，集光柱102可置入壳体800的孔洞801中，且步骤1342是步骤 1302的实施例之一。请参照图11，集光柱102可设置于孔洞801中，且间隔部106的下表面116与壳体800的平台表面1103相接触。请留意，此时尚无部件1104较妥。
于步骤1344中，于壳体800加上部件1104，以使导光件100稳固地设置在壳体800 内。请参照图11，壳体800加上至少一部件1104，以辅助导光件100稳固地设置在壳体800 内。举例而言，部件1104可贴附于壳体800的侧壁。部件1104也可加在导光件100的某个部分上，但此做法并非必要。在某些实施例中，部件1104与导光件100的至少一表面相接触，以将导光件100稳固地设于其欲设置的位置。部件1104可与间隔部106的上表面119 及/或间隔部108的侧面136相接触。此外，步骤1344为步骤1304的实施例之一。
虽然本发明已以实施方式及实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种单件式导光件，其特征在于，包含 集光柱，其包括； 第一端，用以接收光线 '及 第二端，具光线出口 ；以及 与所述集光柱一体连接成型的透镜，光耦合地连结该光线出口。
2.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该透镜与该集光柱是以相同材料一体连接成型。
3.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该集光柱是实心的整合式光轴组件。
4.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该集光柱自该第二端朝向该第一端呈锥形。
5.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该透镜是凸透镜。
6.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该透镜是准直透镜。
7.如权利要求I所述的导光件，其特征在于，该导光件更包括 至少一间隔部，介于该集光柱与该透镜间，且该至少一间隔部包括 至少一外表面，该外表面超出该光线出口且该外表面的至少一部分本质上是平面。
8.如权利要求7所述的导光件，其特征在于，该至少一间隔部包括 第一间隔部，具有突出部；及 第二间隔部； 其中，该突出部超出该第二间隔部和该光线出口。
9.一种导光件的制造方法，其特征在于，包含 形成单件式构件，该单件式构件包括 集光柱，包括 第一端，用以接收光线 '及 第二端，具有光线出口 '及 透镜，该透镜光耦合地连结该集光柱的该光线出口。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，形成该单件式构件的步骤包括 以同一射出成型法形成该集光柱与该透镜。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，形成该单件式构件的步骤包括 以相同的材料形成该集光柱与该透镜。
12.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，形成该单件式构件的步骤更包括 形成间隔部，该间隔部介于该集光柱与该透镜之间，且该间隔部包括 外表面，该外表面超出该光线出口且该外表面的至少一部分本质上是平面。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，形成该间隔部的步骤更包括 形成关出部，该关出部超出该弟~^而和光线出口。
14.一种光引擎，其特征在于，包含 光源；以及 单件式导光件，其包括 集光柱，包括 第一端，用以自该光源接收光线；第二端，具光线出口 '及 至少一侧面，介于该第一端与该第二端之间 '及 透镜，光耦合地连结该集光柱的该光线出口。
15.如权利要求14所述的光引擎，其特征在于，更包括 壳体，围绕于该导光件； 其中该壳体在该集光柱的该第一端到该第二端的范围内与该集光柱的至少一部分相接触，但该壳体不与该侧面相接触。
16.如权利要求15所述的光引擎，其特征在于，该集光柱自该第二端朝向该第一端呈 锥形，且该壳体具圆锥形孔洞，用以支撑该集光柱。
17.如权利要求15所述的光引擎，其特征在于，该集光柱包括 复数个侧面；及 复数个侧边，与该些侧面相连接； 其中该些侧面与该些侧边自该集光柱的该第一端向该第二端延伸，且该壳体与该些侧边的至少其中的两个相接触，但该壳体不与该些侧面相接触。
18.如权利要求14所述的光引擎，其特征在于，该光源为复数个光源并发射复数种颜色的光线，且该集光柱整合该些颜色的光线。
19.如权利要求14所述的光引擎，其特征在于，该单件式导光件包括 间隔部，介于该集光柱与该透镜间，且该间隔部包括 外表面，该外表面超出该光线出口且该外表面的至少一部分本质上是平面。
20.如权利要求19所述的光引擎，其特征在于，该间隔部具突出部。
21.如权利要求20所述的光引擎，其特征在于，更包括 壳体，围绕于该单件式导光件周围，该壳体在该集光柱的该第一端到该第二端的范围内与该集光柱的至少一部分相接触，且该突出部设于该壳体内。
22.—种单件式导光件，其特征在于，包含 第一手段，用以接收与传递来自光源的光线；以及 第二手段，用以准直化来自于该第一手段的光线； 其中，该第一手段与该第二手段一体连接成型，且该第二手段光耦合地连结该第一手段。
23.如权利要求22所述的单件式导光件，其特征在于，该第一手段用以整合来自该光源的光线。
全文摘要
本发明提供一种导光件、一种含导光件的光源套件、一种含导光件的光引擎、一种导光件的制造方法以及一种光源套件的装配方法。导光件包含集光柱及透镜。集光柱包括第一端及第二端，其中第一端用以接收光线第二端则具光线出口，且透镜光耦合地连结第二端。导光件可以射出成型法形成。导光件可包括介于集光柱与透镜间的至少一间隔部。导光件可配备壳体，而壳体具有孔洞用以支撑集光柱。导光件可配备光源，而导光件自光源接收光线。
文档编号F21V17/00GK102980138SQ201210325819
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月5日 优先权日2011年9月6日
发明者熊坚智, 黄郁湘, 杨弘光, 洪文郎 申请人:亚洲光学股份有限公司