[发明专利]光线导引组件及包含该光线导引组件的投影装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种光学结构，特别是关于应用于投影装置中的光线导引组件及该投影装置。

背景技术

数字光学处理(Digital Light Processing，下称DLP)投影机是一种特殊光源调变方式的投影显示器，是由德州仪器公司(Texas Instruments)所发展出来的投影系统。其最大特点是为一全数字反射式投影机，不仅能使投影影像更为细致，同时能有效缩小投影机的体积与重量，达到轻、薄、短、小的目的。DLP投影机并分为单片式与三片式两种，主要应用在超轻量便携式及高亮度型投影机。

DLP投影机的构造是由光源、色轮、数字微镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)芯片及投影镜头所构成。光源经过光源的光罩集光后，通过透镜的聚焦，通过色轮的红绿蓝三色滤光片，最后入射DMD芯片上。DMD上每个图素的内存会记录该图素的信号数字值，并将数字信号送给驱动电极来产生微小反射镜的正负角度偏转与控制偏转时间。通过色轮转动速度的控制，达到红绿蓝三原色交错的效果以形成全彩色的效果。

如图1所示，是为利用现有的DLP技术的投影装置1的示意图。投影装置1包含一灯源101、一色轮103、一积光柱105、一中继镜组107、一内部全反射(TotalInternal Reflection，TIR)棱镜109(包含：一第一棱镜109a、一第二棱镜109b)、一DMD111以及一投影镜头113。需特别说明的是，色轮103具有光的三原色，红、绿、蓝等，其分别两两相邻，各自成一部份。第一棱镜109a的一表面1091与第二棱镜109b的一表面1092之间留有一气隙(Air Gap)110，且二表面1091、1092实质上是相互平行。

灯源101发出一白色光束(如箭头方向所示)，该白色光束适可穿过可旋转的色轮103，将白色光束区分为不同色光。其次，色光通过积光柱105后射至中继镜组107。需特别说明的是，中继镜组107包含一第一反射镜107a及一第二反射镜107b，当色光自积光柱105出射后，分别通过第一反射镜107a及第二反射镜107b的反射，至第一棱镜109a。第一反射镜107a及第二反射镜107b并非位于同一平面，因而造成经过这些表面反射的光束产生三维方向的旋转。

当色光进入第一棱镜109a后，经过一次内全反射，出射至DMD111。之后，通过DMD111将色光选择性地再反射回第一棱镜109a内，然后依序通过第一棱镜109a、气隙110，以及第二棱镜109b。最后，色光适可进入投影镜头113，以投射出影像。

然而，前述的投影装置1的设计具有以下缺点：

第一、由于现有的投影装置中的积光柱105其剖面几何形状(例如：其边长比例为16：9的一长方形，长方形的长方向位于垂直方向)通常与DMD111剖面的几何形状(例如：边长比例为9：16的一长方形，长方形的长方向位于水平方向)间具有旋转90度的关系。具体说，当光束通过积光柱105后，该光束亦具有长方向在上下垂直方向边长比例为16：9的一长方形剖面，当此入射光束受到第一反射镜107a的旋转导引后，其反射光束的剖面的法线方向相对于入射方向将被旋转一角度，并入射至第二反射镜107b。接着，再通过第二反射镜107b的旋转导引后，其第二次反射光束的剖面法线方向将再被旋转一角度而进入TIR棱镜109，使得进入TIR棱镜109的光束的剖面是为长方向在水平方向具有边长比例为9：16的一长方形，然后经TIR棱镜109的全反射至DMD111后，经投影镜头113成像于外。上述的反射光束将使光束的亮度衰减，因此降低投影装置内光源的利用效率，以至于最后成像亮度不足；

第二、前述投影装置的积光柱与多光源间为了有效收光，因此在光学结构的设计上，采用左、右二光源上、下配置(亦即，以左上、右下或者左下、右上的不对称方式设置二光源)与三个积光柱的方式(亦即，以二个积光柱在靠近光源的一端作上、下配置，另一积光柱则在远离光源的一端，用以整合前述二积光柱的光束)，有效收集光束，如此一来，现有的多光源投影装置的设计相形困难，空间利用效率亦不佳；

第三、前述投影装置1中需利用一固定结构(图未示)定位反射镜组107a、107b，然而由于前述镜组的定位角度直接影响光路，因此必须精准定位这些镜组，以确保光路前进的正确，如此一来，将使镜组的定位程序复杂、繁琐，不利投影装置的大量生产。

有鉴于此，如何改善前述现有的投影装置复杂的光路设计，减少光源亮度耗损等问题，进而提升影像品质以及达成小型化及轻量化的目的，这是业界亟需解决的问题。