TWI258054B - Illumination system for videoprojector utilizing a plurality of DMD devices - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 •本發明是關於一種使用多個數位微型鏡面元件 (Digital Microiirror j)evice，DMD) 投影用照 明系統。 【先前技術】 通《數位Μ型鏡面元件或面板是由一組邊長1 4 m的小 型鋁製方形鏡面組成，每一鏡面形成被投射影像的元件， 如·映像點。鏡面可繞者一特定角度（如± 1 2。）的對角線旋 轉’而在每一方向的旋轉是由位於鏡面下方旋轉軸二側相 反位置的二電極製造。 一 ^鏡面在止」位置時，亦即不被二電極吸引時， 光依大約與鏡面表面的垂面成26。的角度射入鏡面。若鏡 面依某一方向旋轉，射入的光會依不進入投射透鏡的方式 反射，因此不會被傳送至螢幕，亦即映像點是在"off ” 的狀悲，若旋轉是發生在相反方向，映像點則在” 0 n ”的 狀態’而反射的光會被傳送至螢幕。 在較經濟型的投影機中只使用單一數位微型鏡面元件 ’在這種例子中該數位微型鏡面元件的鏡面藉由傳送轉環 (即習知之色環）的照明燈泡的光線，連續依次由三基本 顏色紅、綠、藍照亮。 該色環分為三個扇形，每一扇形由一與三原色（紅、 綠、藍）其中一色相符之雙色向慮光鏡組成；該雙色向濾 光鏡事實上為多層組成，其依序可以為低折射率或高折射 率，依據雙色向濾光鏡的層數與蜇式，可取得紅、綠、藍

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---一案號 93125671 五、發明說明（2) 等基本著色。 此外，這些雙色向濾光鏡具有非常特殊的特徵，當豆 ，:擾原理下運作時，將白色光束來源基本分割為二色/，、 其中一色被傳送，而與第一色互補的另一色則被反射。 f此裝設有分別與三原色相應的雙色向濾光鏡的色環 之旋轉，允許照明燈泡發出的光的路徑被不同型式的雙色 :濾光鏡阻擋，根據該色環的位£，能允許光束由雙色向 濾光鏡傳送，以依序取得與三基本單色元素（紅、綠、藍 )相應之顏色。該單色元素其後被送至數位微型鏡面元件 ^ §需要相當高的亮度時，例如要照亮大螢幕，便在投 影機中使用較多數量的數位微型鏡面元件，通常為三個， f ^例中燈泡的光被稜鏡分為三單色元素紅、綠、藍，每 單色元素分別被送往不同的數位微型鏡面元件。 味第圖為、用使用二個數位微型鏡面元件照明系統之 簡圖，為求簡化，只有表現***為三基本單色元素（紅、 、、’彔 I )光束’此三個數位微型鏡面元件其後之照明及單 色元素重設為單一光束的相關部份。 直線所代表的是白色光束（1 )，為同質性構成，由習 知程序聚焦（圖中未示）。 棱鏡（2 )為習知的内部全反射，τ〗R型式，並因大氣層 的存在而在全反射中運作，大氣層將棱鏡（2)與其相組合 之弟一棱鏡（3)分開。 白色光束（1 )之後由内部全反射稜鏡（2 )朝稜鏡（4 )反 射；將稜鏡（4 )與稜鏡（5 )隔開的雙色向表面由第一雙色向

INVENT20040824PI49-2.ptc 第7頁 1258054 案號 93125671 五、發明說明（3) 濾光鏡（F 1 )組成，其，舉例來說，可傳送白色光束（丨）的 綠、藍色單色元素並反射紅單色元素。後者因而依虛線及 箭頭所指的路程’隨著路徑a-b-c首先照亮數位微型鏡面 元件（8)，並依照路徑c-d-f-n由數位微型鏡面元件（8)朝 向投射透鏡（7 )反射。 共同形成青綠光束的綠、藍單色元素，依照路徑a 一 e 通過稜鏡（5)並抵達稜鏡（5、6)的分隔表面。 该稜鏡（5、6)間的分隔表面形成一第二雙色向淚光鏡 (F 2)’反射藍單色元素；同時綠單色元素，如第一圖虛線 所示，依照路徑e-g，照射數位微型鏡面元件（9)，後者將 其依路徑g-h-f-n朝投射透鏡（7)反射。 同樣地’如圖虛線所示，藍單色元素由雙色向濾鏡（F 2)依路徑e-i-1反射，照射數位微型鏡面元件（1〇)，該藍 單色元素之後由數位微型鏡面元件（10)依路徑丨―m —h 朝向雙色向；慮光鏡（FI、F2)反射，抵達投射透鏡（7)。 第一圖的習知照明系統中，三單色光元素一旦被數位 微型鏡面元件（8、9、1〇)反射，為了形成一單一光束（11) ，以依此被送往投射透鏡（7)及之後的螢幕（圖中未示）， 必須在f點上重疊。 因此’第一圖所示之習知照明系統存在有一些缺點。 ，第一個缺點為濾光鏡（1?1、F2)皆是在白光***為被分 別送往數位微型鏡面元件（8、9、i 〇 )的三單色元素之階段 =及被數位微型鏡面元件（8、9、10)反射的光束重設為^ 一光束（11)以送往投射透鏡（7 )之階段運作。 _有^^於此’如第一圖所示，被送往數位微型鏡面元件

INVENT20040824PI49-2.ptc 第8頁 1258054 _ 案號 93l25fi71 修正 曰 五、發明說明（4) (8、9、1〇)的單色元素光束入射雙色向濾光鏡（FI、F2)是 不同於數位微型鏡面元件（8、9、1 〇)所反射的單色元素入 射雙色向濾光鏡（F 1、f 2 )的角度。雙色向濾光鏡的擺置因 此相當困難而顯色效果並非最佳。 此外’因為數位微型鏡面元件（8、9、1 0 )的運作表面 必須完全被照射到，白色光束（2 )和單色元素的單一光束 必須具有足夠寬的面積，而考慮到系統不一的容限，此意 味著整個照明系統亮度的減少並增加了内部全反射稜鏡 (2)及稜鏡（4、5、6)的尺寸，其分隔面是做為雙色向濾光 鏡（FI、F2)。 “ 再者’單色元素光束的一部份無論如何都會被任一數 位4型鏡面元件（8、9、1〇)的「swhched off」映像點反 射，在稜鏡（4、5、6)中放射並影響到其他二個數位微型 鏡面元件，使得對比降低。 發明内容】 /本發^之目的即是在提供一種影像投影機用之光學照 明系統，藉由消除前述缺點，確保影像投影機在簡 = 的同時能增加效能。 衣& 為了達成目標，本發明的目的是在提供一種具 請專利範圍所述特徵之影像投影機用之照明系統， 利範圍為構成整體說明書所需的部份。 月 本發明進一步目的與優點將經由後文詳細說明奎 及附圖體現，㈣書及附圖僅為本發明之實施例，：:： 以限定實施之範圍。 田+月匕 實施方式】

INVENT20040824PI49-2.pt( 第9頁 1258054 案號 93125671 五、發明說明（5) 根據本發明之影像投影機用之照明系統之第一實施例 ，如第二圖所示，提供有多個將光束（丨、丨，）***為單色 元素的第一組件（在此以雙色向濾光鏡（丨2、1 2，、i ^做 為實施）；多個反射一單色元素的數位微型鏡面元件（8、 9、1 0);將單色元素傳送向數位微型鏡面元件（8、9、i 〇 ) 的多個元件（在此以鏡面（1 4、1 4，、1 4 ”、1 4，π、 ‘ μ入 ^ 丄* 」、内部全 反射稜鏡（16、18、20)、稜鏡（17、19、21)做為實施）； 並提供有不同於第一組件（雙色向濾光鏡（12、12，、 13))之第二組件（在此以雙色向濾光鏡（μ、〇2、28、 29)、稜鏡（22、25)、内部全反射稜鏡（23、24)及敦置 (2 7)做為實施），做為將來自數位微型鏡面元件（89、 10)之單色元素重設為單一光束（Π)，以傳送至投射透鏡 (7)。在所述系統中，使用三個數位微型鏡面元件（8、9、 10)。 光束（1)是由白色光束組成，被送往雙色向濾光鏡 (1 2 )’其將綠、藍單色元素朝一雙色向濾光鏡（丨3 )反射並 傳送紅單色元素。 該紅單色元素，被與稜鏡（1 7 )相結合的内部全反射稜 鏡（1 6 )依照虛線及箭頭指示之k - 〇 - c - p - q - η路徑送往數位 微型鏡面元件（8 )，該數位微型鏡面元件（8 )再將其朝與稜 鏡（2 2 )相結合的内部全反射稜鏡（2 3 )反射。内部全反射稜 鏡（2 3 )將紅單色元素朝向内部全反射稜鏡（2 3 )面對内部全 反射稜鏡（2 4 )的表面上之點q反射；此表面構成一反射紅 單色元素並傳送綠、藍單色元素之雙色向濾光鏡（D1)，因 此紅單色元素自點q被反射向點η，然後向投射透鏡（7 )。

INVENT20040824PI49 - 2.p t c 第 10 頁 1258054 __案號93125671_年 月 日 倏正___ 五、發明說明（6) 由綠、藍單色元素組成的光束，在被雙色向濾光鏡（1 2) 反射後，與雙色向濾光鏡（丨3)相遇，該雙色向濾光鏡（1 3) 傳送藍單色元素並將綠單色元素反射至鏡面（14，）。後 者（綠單色元素），依隨圖中虛線及箭頭所示路徑r-s — t-g ’被鏡面（1 4 ’）朝向與棱鏡（1 9 )相結合的内部全反射棱鏡 (1 8 )反射，並依此至數位微型鏡面元件（9 )。 數位微型鏡面元件（9 )將綠單色元素朝向棱鏡（2 5 )反 射’内部全反射稜鏡（24)面向稜鏡（25)之表面構成雙色向 濾光鏡（D2)，反射藍單色元素並傳送綠單色元素，因此綠 單色元素可沿著路徑g-u-q-η持續直到點η，並依此至投射 透鏡（7)。 藍單色元素在穿過雙色向濾光鏡（13)後，由鏡面 反射，並依隨虛線及箭頭指示之路徑v_z —in —^經由 與稜鏡（2 1 )相結合的内部全反射棱鏡（2 〇 )傳送，首先朝向 數位微型鏡面元件（1 〇 )，而後朝向與内部全反射稜鏡（2 3 ) 相結合的内部全反射稜鏡（2 4 )，内部全反射稜鏡（2 3 )將其 朝向稜鏡（2 5 )反射；既然如上所述，雙色向濾光鏡（D 2 )反 射藍單色元素，後者被反射向點q，之後向投射透鏡（7 )， 因此，在點Q時，紅、綠、藍基本元素重新被組合成一單 一光束（1 1 )，被送往投射透鏡（7 )。 大致上，使用雙色向濾光鏡（丨2、i 3 )使光束（丨）*** 為基本元素（紅、藍、綠），然後每一基本單色元素分別 被送往分別與數位微型鏡面元件（8、9、10)相結合的内部 全反射稜鏡（16、18、20)。

INVENT20040824PI49-2·p t c 第11頁 案號 93125671 年 1258054

五、發明說明（7) 素重設為單一光束（11): 第一雙色向濾光鏡（D1) ’由内部全反射稜鏡（23)面向 内部全反射稜鏡（24)之表面取得，其反射紅單色元素並傳 送綠、藍單色元素； 第二雙色向濾光鏡（D2) ’由内部全反射稜鏡（24)面向 稜鏡（25)之表面取彳于’其反射藍單色元素並傳送綠單多: 素，

第一内部全反射稜鏡（2 3 )，用以將紅單色元素朝點Q 傳送，依此紅單色元素可由雙色向濾光鏡（D丨）朝投射透鏡 (7)反射； 第二内部全反射稜鏡（24)，用以將藍單色元素朝雙色 向濾光鏡（D 2 )反射，該雙色向渡鏡（])2 )是做為將藍單色元 素朝向點q，最後向投射透鏡（7)反射。 來自數位微型鏡面元件（9)的綠單色元素由雙色向濾 光鏡（D1、D2)傳送，因此綠單色元素本身與藍單色元素在 雙色向濾光鏡（D2)的點u重組，並與紅單色元素在雙色向 濾光鏡（D 1 )的點q重組。依此使得單色元素重設為一單一 光束（11)。 因為雙向色濾光鏡（1 2、1 3)只是做為將白色光束分解 為基本單色元素（紅、綠、藍），雙色向濾光鏡（1 2、1 3 )的 取得因而較為簡單而系統的定位更為容易。 同樣的考量亦對雙色向濾、光鏡（D 1、D 2 )有效，其只在 單色元素重組為光束（1 1 )的階段中使用，允許單色元素的 光束與單一光束（1 1 )的尺寸最佳化，因而增加整體照明系 統的效能。

INVENT20040824PI49-2.ptc 第12頁 1258054 案—號 93125671 五、發明說明（8) 通常在本發明的影像投影機的照明系統中，雙色向遽 光鏡（12、13、D1、D2)和内部全反射稜鏡（16、18、2〇、 23、24)以及與内部全反射稜鏡（23、24)相結合的稜鏡 (2 2、2 5)的尺寸與習知照明系統的相比已縮小了。 内部全反射稜鏡（23、24)與稜鏡（25)分別面向數位微 型鏡面元件（8、9、1 0)的表面（第二圖粗線部份，其前視 圖顯示在第三圖），分別具有一光學孔徑（2 6 )(例如：矩 形），僅允許數位微型鏡面元件（8、9、1 〇 )各別 ” switched on”的映像點之反射光通過，同時”㈣“以以 off 映像點發散的光則被表面的其他部份阻擂。

该光學孔徑（2 6 )因而使得控制每一數位微型鏡面元件 (8、9、1 〇)傳送到投射透鏡（7 )的任何單色元素光束之大 小更加容易，依此能避免”switched 〇ff，，的映像點發散 的光抵達其他二數位微型鏡面元件，造成對比的降低。X 光學孔徑（26)更可視為能將出現在來自數位微型鏡面 元件（8、9、10)的單色元素中可能的假性彩色元素過濾出 ，使產生的色彩更加純真。 ^ 、 第四圖為本發明之第二實施例，具有多個將光束*** 為單色元素之第一組件（在此以雙色向濾光鏡（12、12，: 13)做為實施）；多個反射一單色元素的數位微型鏡面元 件（8、9、1 0 ),多個將單色元素傳送向數位微型鏡面元件 (8、9、1 〇 )的元件（在此以鏡面（j 4、！ 4，、i 4，，、i 4，”）、 内部全反射稜鏡（1 6、1 8、2 0 )、稜鏡（1 7、1 9、2 1)做為實 施）；另外每一數位微型鏡面元件（8、9、1〇)組合有具有 光> 學孔徑（2 6 )的元件（在此以内部全反射棱鏡（2 3、2 4 )

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ΙΕ·· 第13頁 1258054 ____案號 93125671_ ^ ^ s_修正 _ 五、發明說明（9) 、稜鏡（2 5 )、裝置（2 7 )做為實施），可控制由每一數位微 型鏡面元件（8、9、10)送至投射透鏡（7)的單色元素光束 之大小。 光束（1)***成基本單色元素以及基本單色元素向數 位微型鏡面元件（8、9、1 0 )的反射顯示在第二圖中，除此 之外，為了將綠單色元素朝數位微型鏡面元件（9 )傳送， 除鏡面（1 4 ’）外，更使用有鏡面（1 4 n、1 4，"）。 由數位微型鏡面元件（8、9、1 0)所反射的三單色元素 經由二雙色向濾光鏡（28、29)重組為一單一光束（11)，雙 色向濾光鏡（28、29)在它們之間依互相垂直的方式排列並 依照使單色元素之入射角度約4 5度的方向傾斜。 該雙色向濾光鏡（28、29)通常設置於直立棱鏡上並構 成一裝置（27)，其具有一般平行六面體的特徵及形態。 第五圖為裝置（27)的立體圖；使用時，是置放於根據 本發明之影像投影機用照明系統，三個分別與數位微型鏡 面元件（8、9、10)平行設置的面；每一面具有與第三圖所 示的相同結構，因此目前所做之考量仍然具有效果。 參考第四圖，雙色向濾光鏡（28、29)皆傳送綠單色元 素，而雙色向濾光鏡（28)反射紅單色元素並傳送藍單色元 素’雙色向濾光鏡（29)反射藍單色元素並傳送紅單色元素 。雙色向濾光鏡（2 8、2 9)基本上將來自數位微型鏡面元件 (8、9、10)的三單色元素重設為一單一光束（11)。 、 光束（11)之後被送至投射透鏡（7 );後者如第四圖所 示，虛線指出投射透鏡（7 )必須定位在與雙色向濾光鏡（1 2 、13)與反射表面（14、14 )所在平面不同之平面，以避免

INVENT20040824PI49 -2.p t c 第14頁 1258054 -_案號_93125671_年__月 曰 佟t__ 五、發明說明（10) 可能的機械及光學干擾。 在第四圖所示之實施例中，光束（丨）***為被送往數 位微型鏡面元件（8、9、10)的基本單色元素是利用雙色向 濾光鏡（1 2、1 3 );相反的，來自該數位微型鏡面元件（8、 9、1 0)的單色元素重組成單一光束（1 1 )則是利用雙色向濾 光鏡（2 8、2 9 )。 " 例如第六圖所示，根據本發明之影像投影機用照明系 統，亦可使用二個數位微型鏡面元件（8、9 )。 在本實施例中，光束（1，）依序由紅、綠單色元素形成 的黃色光束以及由紅、藍單色元素形成的紫紅色光束構成 忒备、紅色及頁色光束是藉由傳送白色光束至色環（第 六圖中未示）取得，色環在本例中係分為二扇形，第一扇 形疋由反射藍單色兀素及傳送黃色光束（丨，）的雙色向濾光 鏡組成，第二扇形則是由反射綠單色元素並傳送紫紅色光 束（1 )的雙色向濾、光鏡組成。 j色向濾光鏡（12，）依序反射黃色或紫紅色光束（丨，） 的紅單色元素為；該紅單色元素之後因反射表面（14)而偏 向内部全反射稜鏡（16)並因此朝向數位微型鏡面元件（8) 雙色向濾光鏡（12,）更可傳送黃色光束（1，）的綠單色 兀素及紫紅色光束（1，）的藍單色元素；既然此綠、藍單色 兀素為依序被送往雙色向濾光鏡（丨2,）的光束的一部份， '八將此二疋素反射在數位微型鏡面元件（9 )上。

便=序因反射表面（14”）而偏向將内部全反射稜鏡（⑻

1258054 _案號 93125671_年月日__ 五、發明說明（11) 裝置（2 7 )只有二個作用表面，分別轉向數位微型鏡面 元件（8、9)，每一面包含如前所述之光學孔徑（26);再 者，在裝置（27)中只具有雙色向濾光鏡（28)，其將紅單色 元素反射向投射透鏡（7)並在綠、藍單色元素依序被數位 微型鏡面元件（9)反射後傳送此二元素。 因此，第六圖所示的實施例中，雙色向濾光鏡（1 2 ’） 將光束（1’）***為構成光束的二單色元素，而雙色向濾光 鏡（28)允許基本單色元素重組以形成光束（Π)。

INVENT20040824PI49 - 2.p t c 第16頁 1258054 _案號 93125671_年月日_修正 圖式簡單說明 【圖示簡單說明】 第 一 圖 習 知 昭 明 系 統 〇 第 二 圖 根 據 本 發 明 昭 明 系 統 之 第 一 實 施 例。 第 -- 圖 為 第 -— 圖 所 示 昭 明 系 統 之 詳 圖 〇 第 四 圖 根 據 本 發 明 昭 明 系 統 之 第 二 實 施 例。 第 五 圖 使 用 第 四 圖 所 示 實 施 例 之 昭 明 糸 統之詳圖。 第 六 圖 根 據 本 發 明 昭 明 系 統 之 第 —一- 實 施 例。 【主要元件符號說明】 (1、Γ 、11)光束 (12、12’ 、13、Dl、D2、28、29)雙色向濾光鏡 (14、14’ 、14π、14’ ）鏡面 (1 6、1 8、2 0、2 3、2 4)内部全反射稜鏡 (17 ^ 19、2 1、2 2、2 5)稜鏡 (2 6 )光學孔徑 (27)裝置 (7 )投射透鏡 (8、9、1 0)數位微型鏡面元件

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Claims (1)

1258054 案號 Q3125671__年月日_修正 _ 六、申請專利範圍 1 · 一種影像投影機用之照明系統，包含：光束；多個 第一組件，做為將該光束***為單色元素；多個數位微型 鏡面元件’每一數位微型鏡面元件反射一單色元素；多個 元件，做為將該單色元素傳送向多個數位微型鏡面元件； 其改良在於：提供有不同於第一組件之第二組件，是 做為將來自該數位微型鏡面元件之單色元素重設為單一光 束，以傳送至投射透鏡。 2 ·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其該多個元件包含内部全反射稜鏡。 3 ·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其每一數位微型鏡面元件組合有一内部全反射稜鏡。 4·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其於影像投影機使用三個數位微型鏡面元件。 5 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項所述影像投影機 用照明系統，其於影像投影機使用二個數位微型鏡面元件 〇 6 ·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其於該做為將光束***為多個單色元素之第一組件包含 雙色向濾光鏡。 7 ·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其於該將來自數位微型鏡面元件重設為單一光束之第二 組件包含雙色向濾光鏡。 8 ·如申請專利範圍第1項所述影像投影機用照明系統 ，其於該將來自數位微型鏡面元件重設為單一光束之第二

第18貢 INVENT20040824PI49>2.ptc 1258054 銮號 93125671 一月 曰 修正 六、申請專利範圍 組件包含内部全反射稜鏡。 9· 一種影像投影機用照明系統，包含：光束；多個第 一組件，做為將该光束***為單色元素；多個數位微型鏡 面元件，每一數位微型鏡面元件反射一單色元素；多個元 件，做為將該單色兀素傳送向多個數位微型鏡面元件； 其改良在於·每一數位微型鏡面元件組合有具有一光 學孔徑的元件，可控制由每一數位微型鏡面元件送至投射 透鏡的單色元素光束之大小。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述影像投影機用照明系統 ，其於該元件為直立稜鏡。 統 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項所述影像投影機用照明系 其於該直立稜鏡為内部全反射稜鏡。 統 1 2 ·如申請專利範圍第1 〇項所述影像投影機用照明系 其於該直立稜鏡為具平行六面體形狀的裝置。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述影像投影機用照明系 統 其於該裝置包含雙色向濾光鏡。 1 4 ·如申請專利範圍第9項所述影像投影機用照明系統 ，其於該光學孔徑可被視做過濾町能出現在由該數位微型 鏡面元件反射的單色元素中的假性彩色元素° 1 5 ·如據申請專利範圍第9或1 4項所述影像投影機用照 明系統，其於該光學孔徑為矩形。 _____

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