专利名称:投影机的光源装置的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种投影机的光源装置,尤其涉及一种具有多光束产生器以加强投影机的投影亮度的光源装置。
背景技术:
随着光学科技的不断进步,投影机已广泛地应用于各种场合。一般在设计投影机时,光线亮度通常是一个重要的考量。概括而言,光线越强,投影的亮度越高,投影的效果也越好。
参考图1,图1为公知一投影机10的示意图。投影机10包括一光源装置12、一色轮(color wheel)14,一光管(light pipe)16以及一成像装置18。其中,光源装置12用来产生一光束22并将光束22经色轮14滤光后反射至一光管16内,而色轮14是设置于光源装置12与光管16之间,并以一转轴16为中心旋转,用来依序地以不同的偏光片来偏振(polarize)光束22,以输出红、蓝、绿三种单色光24,进而使成像装置18可针对三种不同单色光进行色彩调配,而光管16先将单色光24均匀化后再输出一道亮度较均匀的光束26至成像装置18。成像装置18处理光管16所输出的光束26,以将一影像画面调变至光束26中而形成一影像光束28,之后再将影像光束28投影至一萤幕20上而形成一影像。另外,光源装置12是由一个灯泡17与一灯罩19构成,其中灯泡17是用来产生光线,而灯罩19则将灯泡17所产生的光线汇聚成光束22,以提供投影机10所需的光线。
然而,因为投影机10中仅有一个灯泡17作为发光体来提供投影机10运作时所需的光线,故若欲提高投影机10所投影的影像的亮度的话,势必须设法增加灯泡17的发光功率。然而,此种通过提高光源功率来增加投影影像亮度的作法并不理想,例如当灯泡的功率提升时,其所产生的余热亦相对地增加,并使其运作时的温度提高,而当温度超过某一预定值时,灯泡即很有可能烧毁。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种具有多光源以增加投影机所投影的影像亮度的光源装置,以解决上述的问题。
在本发明的其中一实施例中公开了一种光源装置,所述光源装置包括一用来折射及反射光线的棱柱体,以及多个光束产生器。每一光束产生器是用来产生一光束并将所产生的光束投射至所述棱柱体。此外,每一光束经一第一次折射而进入所述棱柱体,并于所述棱柱体内产生全反射,之后再经一次第二次折射而射出所述棱柱体并汇聚成一汇聚光束。
在本发明的另一实施例中公开了另一种光源装置,所述光源装置包括一用来反射光线的棱柱体,以及多个光束产生器。每一光束产生器是用来产生一光束并将所产生的光束投射至所述棱柱体,而所述多个光源所产生的光束经所述棱柱体反射后汇聚成一汇聚光束。
图1为公知一投影机的示意图。
图2为本发明第一实施例光源装置安装于一投影机时的示意图。
图3为图2中一棱柱体的示意图。
图4为光线于图3棱柱体中的路径图。
图5为本发明第二实施例光源装置的示意图。
图6为图5光源装置的棱柱体的示意图。
图7为本发明第三实施例光源装置的示意图。
图8为图7光源装置的棱柱体的示意图。
图9为本发明第四实施例光源装置安装于一投影机时的示意图。
图10为本发明第五实施例光源装置的示意图。
图11为本发明第六实施例光源装置的示意图。
图12为本发明第七实施例光源装置安装于一投影机时的示意图。
图13为图12光源装置的示意图。
图14为图13棱柱体顺时针旋转60度后的示意图。
图15为图13棱柱体顺时针旋转120度后的示意图。
图16为图13棱柱体顺时针旋转180度后的示意图。
图17为本发明第八实施例光源装置的示意图。
具体实施例方式
参考图2,图2为本发明第一实施例光源装置50安装于一投影机30时的示意图。投影机30与公知投影机10的不同点在于光源装置50取代了光源装置12而用来产生投影机30所需的光线,而其他诸如色轮14、光管16以及成像装置18皆包含在投影机30内,其功能与安装于投影机10内时的功能相同。光源装置50包括一用来折射及反射光线的棱柱体60,以及多个光束产生器70。每一光束产生器70用来产生一光束76并将所产生的光束76投射到棱柱体60。每一光束产生器70包括一用来产生光线的发光体72以及一集光装置74,其中发光体72可为灯泡或灯管等可发出光线的物品,而集光装置74则可为一抛物面镜用来集中发光体72所产生的光线以形成光束76。棱柱体60的作用在于利用光线的折射与全反射来将光束产生器70所产生的光束76分别导入光管16之中,以形成一汇聚光束80。因此,相较于公知光源装置12,若单一个光束产生器70所产生的光束76的亮度与光源装置12所产生的光束22的亮度相同的话,因为光源装置50是将两光束76汇聚后来提供投影机30所需的光线,故投影机30所投射出来的影像的亮度较投影机10所投射出来的影像的亮度高。另外,与投影机10相同的,色轮14依序地以不同的偏光片来偏振(polarize)汇聚光束80,以依序地输出红、蓝、绿三种颜色的偏光光束81。之后,成像装置18即可由此三种单色的偏光光束81来进行色彩的调配动作,而光管16于之前先将偏光光束81均匀化之后再输出一道亮度较均匀的光束82。之后,成像装置18处理光管16所输出的光束72,以将一影像画面调变至光束82中而形成一影像光束84,然后再将影像光束84投影至一萤幕20上而形成一影像。
为更清楚地说明光源装置50的运作方式,参考图3及图4并一并参考图2,其中图3为图2棱柱体60的示意图,图4为光线于棱柱体60中的路径图。棱柱体60是由一折射率为N1的透明材质(如玻璃)所制成,并包括一第一光学斜面62,一第二光学斜面64与一第三光学斜面66。在本实施例中,第一光学斜面62、第二光学斜面64与第三光学斜面66为具有相同长度与相同宽度的长方形,且任一光学斜面62、64或66的两边分别与另两光学斜面的一边相连,而于其两侧形成两个正三角形的侧面。两光束产生器70分别朝向第一光学斜面62及第二光学斜面64设置,其所产生的光束76分别经由第一光学斜面62与第二光学斜面64射入棱柱体60内,之后再经棱柱体60导引而由第三光学斜面66射出。当两光束76分别由第一光学斜面62与第二光学斜面64进入棱柱体60时,产生第一次折射,而若假设空气的折射率为N2,则入射角α、x与折射角α′、x′具有下列的关系N1N2=sinαsinα′=sinxsinx′]]>因棱柱体60的折射率N1大于空气的折射率N2,故经第一次折射后的两光束76其行进路径分别往第一光学斜面62与第二光学斜面64的法线偏移,亦即折射角α′小于入射角α,而折射角x′小于入射角x。之后,两光束76分别于棱柱体60内的第一光学斜面62与第二光学斜面64处产生全反射,而使两光束76射向棱柱体60的第三光学斜面66,其中反射角θ、y具有下列的关系sinθ≥N1N2,siny≥N2N1]]>当光束76产生全反射后,于第三光学斜面62处产生第二次折射,而其入射角β′、z′与折射角β、z具有下列的关系N1N2=sinβsinβ′=sinzsinz′]]>同样地,因为折射率N1大于折射率N2,故经第二次折射后的两光束76其行进路径偏离第三光学斜面66的法线,亦即折射角β大于入射角β′,而折射角z大于入射角z′。最后两光束76由第三光学斜面66射出并汇聚成汇聚光束80。
参考图5及图6,图5为本发明第二实施例光源装置85的示意图,图6为图5光源装置85的棱柱体90的示意图。光源装置85与光源装置50具有相同的功能,皆用来提供投影机所需要的光线,而两者的差别在于其棱柱体的形状与所包含的光束产生器70的数目。光源装置85的棱柱体90具有四个等面积的正三角形光学斜面一第一光学斜面92、一第二光学斜面94、一第三光学斜面96与一第四光学斜面98,而光源装置85包括三个光束产生器70,用来产生光束76并分别将光束76投射到棱柱体90的第一光学斜面92、第二光学斜面94与第三光学斜面96。三光束76分别在第一光学斜面92、第二光学斜面94与第三光学斜面96产生全反射之后,再经棱柱体90的一第四光学斜面98射出棱柱体100并汇聚成一汇聚光束。另外,第四光学斜面98是朝向投影机的光管设置,而使光管得以接收到光源装置85所产生的汇聚光线。
参考图7及图8,图7为本发明第三实施例光源装置95的示意图,图8为图7光源装置95的棱柱体100的示意图。光源装置95与光源装置85两者最大的差别在于所包含的光束产生器70的数目,光源装置95是具有四个光束产生器70,其所产生的光束76分别被投射到棱柱体100的一第一光学斜面102、一第二光学斜面104、一第三光学斜面106与一第四光学斜面108,而产生全反射,之后再经棱柱体100的一第五光学斜面110射出棱柱体100并汇聚成一汇聚光束。另外,第五光学斜面110是朝向投影机的光管设置,而使光管得以接收到光源装置95所产生的汇聚光线。
需注意的是,本发明的光源装置所包含的光束产生器70的数目以及其棱柱体的形状并不以上述各实施例为限,其他凡具有多个光束产生器70且通过光线的全反射作用来达到汇聚光线目的者,皆应属本发明所欲保护的范畴。
参考图9,图9为本发明第四实施例光源装置125安装于一投影机120时的示意图。投影机120与投影机30的差别在于其光源装置125取代了光源装置50而用来产生投影机120所需的光线,而两者的其他组成元件则相同。光源装置125包括一用来反射光线的棱柱体130以及两光束产生器70。两光束产生器70所产生的光束76分别经由棱柱体130的一第一光学斜面132与一第二光学斜面134反射后汇聚成一汇聚光束136。汇聚光束136经色轮14投射到光管16之内,以使光管16将汇聚光束136均匀化之后再传送到成像装置18。
参考图10,图10为本发明第五实施例光源装置140的示意图。光源装置140与光源装置130具有相同的功能,皆用来提供投影机所需的光线,而两者的差别在于其棱柱体的形状与所包含的光束产生器70的数目。棱柱体150的形状与图6棱柱体90的形状相同,然而其包括用来反射光线的第一光学斜面152、第二光学斜面154与第三光学斜面156。第一光学斜面152、第二光学斜面154与第三光学斜面156相交于一顶点158,而棱柱体150是以顶点158朝向投影机的光管的方式来设置。光源装置140另包括三个光束产生器70,用来产生光束76并分别将之投射到棱柱体150的第一光学斜面152、第二光学斜面154与第三光学斜面156,之后三光束76分别产生反射而汇聚在一起并投射到投影机的光管。
参考图11,图11为本发明第六实施例光源装置155的示意图。光源装置155与光源装置140两者最大的差别在于包含的光束产生器70的数目。光源装置155是具有四个光束产生器70,其所产生的光束76分别被投射到光源装置155的棱柱体160的一第一光学斜面162、一第二光学斜面164、一第三光学斜面166与一第四光学斜面168,之后四光束76分别产生反射而汇聚并投射到投影机的光管。
参考图12及图13,图12为本发明第七实施例光源装置175安装于一投影机170时的示意图,图13为图12光源装置175的示意图。投影机170与图9中的投影机120的差别在于其光源装置175取代了光源装置125以及色轮14的功用,而用来产生投影机170所需的光线并作为滤光之用,至于两者的其他组成元件则相同,故不再赘述。光源装置175包括一用来反射光线的棱柱体180以及两光束产生器70。棱柱体180是以可转动的方式设置于投影机170内,其包括两个第一反射式滤光区R、两个第二反射式滤光区G以及两个第三反射式滤光区B。每一反射式滤光区R、G、B皆用来过滤与反射光线,其中第一反射式滤光区R过滤出光线中的红色单色光后再将红色单色光反射,第二反射式滤光区G过滤出光线中的绿色单色光后再将绿色单色光反射,而第三反射式滤光区B过滤出光线中的蓝色单色光后再将蓝色单色光反射。当棱柱体180沿顺时针方向以角速度ω转动时,两光束76依序地照射到棱柱体180上具有相同滤光性质的两反射式滤光区R、G或B,之后两光束76经反射式滤光区R、G或B过滤并反射后再汇聚成一单色的汇聚光束78并投射到光管16。之后,成像装置18则可利用汇聚光束78来进行色彩的调配动作。
为更清楚说明光源装置175的运作方式,参考图13至图16,其中图14为图13棱柱体180顺时针旋转60度后的示意图,图15为图13棱柱体180顺时针旋转120度后的示意图,图16为图13棱柱体180顺时针旋转180度后的示意图。如上所述,棱柱体180是沿顺时针方向以角速度ω来转动,而当棱柱体180旋转至图13的位置时,两光束76是分别照射到两第一反射式滤光区R,而使成像装置18所输出的汇聚光束78为红色单色光;当棱柱体180旋转60度而至图14的位置时,两光束76是分别照射到两第二反射式滤光区G,而使成像装置18所输出的汇聚光束78为绿色单色光;当棱柱体180旋转120度而至图15的位置时,两光束76是分别照射到两第三反射式滤光区B,而使成像装置18所输出的汇聚光束78为蓝色单色光;当棱柱体180旋转180度而至图16的位置时,两光束76又再度照射到两第一反射式滤光区R。由此可知,光源装置175是以(180度/ω)的周期依序地产生红、绿、蓝三种单色的汇聚光束。
参考图17,图17为本发明第八实施例光源装置185的示意图。光源装置185与光源装置175运作方式相同,两者的差别在于棱柱体所包含的反射式滤光区与光束产生器70的数目。光源装置185包括四个光束产生器70以及一棱柱体190,其中棱柱体190包括交错排列的四个第一反射式滤光区R、四个第二反射式滤光区G以及四个第三反射式滤光区B。同样地,棱柱体190亦以一预定的角速度ω转动,而使得光束76依序地照射到棱柱体180上具有相同滤光性质的四反射式滤光区R、G或B,进而使光源装置185依序地投射出红、绿、蓝这三种单色的汇聚光束。
需注意的是,本发明的光源装置其棱柱体的形状以及反射式滤光区的数目并不以上述各实施例为限,其他凡具有多个光束产生器70且通过光线的反射的作用来达到汇聚光线目的者,皆应属本发明所欲保护的范畴。
与公知的投影机的光源装置相比仅有一个发光体,本发明的投影机的光源装置包括多个光束产生器以及一棱柱体,其中所述棱柱体以折射或反射的方式来汇聚所述多个光束产生器所产生的光束以将所述多个光束产生器所产生的光束汇聚成一汇聚光束,因此采用本发明光源装置的投影机其投影影像的亮度比公知投影机所投射的影像的亮度为高。另外,所述棱柱体可包含多个三种类型的反射式反射区,用来过滤及反射光线,以分别产生红、绿、蓝三种单色光,故公知投影机中的色轮得以省略,进而使得投影机内的使用空间可得到有效的运用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
附图的符号说明10、30、120投影机12、50、85、95、125、140、155、185光源装置14色轮45转轴
16光管17灯泡18成像装置19灯罩20萤幕22、76光束24单色光26、82均匀化光束28、84影像光束60、90、100、130、150、160、180、190棱柱体62、92、102、132、152、162第一光学斜面64、94、104、134、154、164第二光学斜面66、96、106、156、166第三光学斜面70光束产生器72发光体74集光装置78、80、136汇聚光束98、108、168第四光学斜面110第五光学斜面158顶点
权利要求
1.一种光源装置,包括一棱柱体,所述棱柱体具有多个光学斜面使光线产生偏向;以及多个光束产生器,每一光束产生器用来产生一光束并将所产生的光束投射至所述棱柱体;其中所述多个光学斜面使所述多个光束产生器所产生的光束偏向,而使所述多个光束产生器所产生的光束汇聚成一汇聚光束。
2.如权利要求1所述的光源装置,其特征在于所述多个光学斜面是用来反射光线,而所述多个光束产生器所产生的光束经所述多个光学斜面反射后汇聚成所述汇聚光束。
3.如权利要求2所述的光源装置,其特征在于所述多个光束产生器所产生的光束于所述多个光学斜面处产生全反射后再汇聚成所述汇聚光束。
4.如权利要求3所述的光源装置,其特征在于每一光束经一第一次折射而进入所述棱柱体,并于所述棱柱体内产生所述全反射,之后再经一第二次折射而射出所述棱柱体并汇聚成所述汇聚光束。
5.如权利要求3所述的光源装置,其特征在于所述第一光束产生器皆对应于一个所述光学斜面,所述多个光束产生器所产生的光束分别于其所对应的所述光学斜面上产生所述全反射后,再汇聚成所述汇聚光束。
6.如权利要求5所述的光源装置,其特征在于包括两个所述光束产生器,而所述棱柱体包括三个所述光学斜面,分别为一第一光学斜面、一第二光学斜面与一第三光学斜面,所述两个光束产生器所产生的光束分别在所述第一光学斜面和所述第二光学斜面上产生所述全反射后,再经所述第三光学斜面射出所述棱柱体。
7.如权利要求5所述的光源装置,其特征在于包括三个光束产生器,而所述棱柱体包括四个所述光学斜面,分别为一第一光学斜面、一第二光学斜面、一第三光学斜面与一第四光学斜面,所述三光束产生器所产生的光束分别在所述第一光学斜面、所述第二光学斜面与所述第三光学斜面上产生所述全反射后,再经所述第四光学斜面射出所述棱柱体。
8.如权利要求5所述的光源装置,其特征在于包括四个所述光束产生器,而所述棱柱体包括五面所述光学斜面,分别为一第一光学斜面、一第二光学斜面、一第三光学斜面、一第四光学斜面与一第五光学斜面,所述四光束产生器所产生的光束分别在所述第一光学斜面、所述第二光学斜面、所述第三光学斜面与所述第四光学斜面产生所述全反射后,再经所述第五光学斜面射出所述棱柱体。
9.如权利要求2所述的光源装置,其特征在于所述棱柱体是以可转动的方式设置,并包括多个第一反射式滤光区,用来过滤及反射光线,而当所述棱柱体转动一第一角度时,所述多个光束产生器所产生的光束经所述多个第一反射式滤光区过滤并反射后再汇聚成所述汇聚光束;多个第二反射式滤光区,用来过滤及反射光线,而当所述棱柱体转动一第二角度时,所述多个光束产生器所产生的光束经所述多个第二反射式滤光区过滤并反射后再汇聚成所述汇聚光束;多个第三反射式滤光区,用来过滤及反射光线,而当所述棱柱体转动一第三角度时,所述多个光束产生器所产生的光束经所述多个第三反射式滤光区过滤并反射后再汇聚成所述汇聚光束。
10.如权利要求2所述的光源装置,其特征在于每一光束产生器皆对应于一个所述光学斜面,所述多个光束产生器所产生的光束分别于其所对应的光学斜面上产生反射后,再汇聚成所述汇聚光束。
11.如权利要求10所述的光源装置,其特征在于包括三个所述光束产生器,而所述棱柱体包括三个所述光学斜面,所述三个光束产生器所产生的光束分别于其所对应的光学斜面上产生反射后,再汇聚成所述汇聚光束。
12.如权利要求10所述的光源装置,其特征在于包括四个所述光束产生器,而所述棱柱体包括四个光学斜面,所述四个光束产生器所产生的光束分别于其所对应的光学斜面上产生反射后,再汇聚成所述汇聚光束。
13.如权利要求1所述的光源装置,其特征在于是安装于一投影机之中,用来产生所述投影机所需的光线,所述投影机包括一用来均匀化来自所述光源装置的光线的光管;以及一用来处理所述光管所均匀化后的光线以形成一影像画面的成像装置,而所述光管是设置于所述棱柱体与所述成像装置之间。
14.如权利要求13所述的光源装置,其特征在于所述投影机还包括一色轮,所述设置于所述棱柱体与所述光管之间,用来偏振所述汇聚光束,以依序地产生不同颜色的偏光光束。
15.如权利要求1所述的光源装置,其特征在于每一光束产生器包括一用来产生光线的发光体;以及一集光装置,所述集光装置用来集中所述光源所产生的光线,以形成所述光束。
全文摘要
一种安装于一投影机中用来产生一汇聚光束的光源装置,包括多个用来产生光束的光束产生器,以及一用来使所述多个光束产生器所产生的光束产生偏向以将所述多个光束产生器所产生的光束汇聚成所述汇聚光束的棱柱体。所述投影机包括一用来均匀化来自所述光源装置的光线的光管,以及一用来处理所述光管所均匀化后的光线以形成一影像光束的成像装置。
文档编号G03B21/20GK1532627SQ0310732
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月20日 优先权日2003年3月20日
发明者李政光, 林明坤 申请人:明基电通股份有限公司