TWI564646B - 光線供應裝置和投影系統 - Google Patents

Description

光線供應裝置和投影系統

本發明係有關於一種光線供應裝置。更具體地來說，本發明有關於一種降低光展量和改變光分布之光線供應裝置。

習知具有裸視3D功效的投影系統通常是利用雷射來提供光源，然而，使用雷射會導致投影系統之生產成本增加，且使用時若不慎照射至眼睛可能會造成傷害，因此目前為止並不普及。

發光二極體是一種能發光的半導體電子元件，時至今日，其能夠發出的光已遍及可見光、紅外線光及紫外線光，具有非常高的亮度。以發光二極體來作為前述投影系統內之光源時，容易產生光展量過大導致畫面顯示不清、以及所提光之光線無法順利穿過鏡頭之問題，因此，如何利用發光二極體作為投影系統內之光源，始成一重要之課題。

為了解決上述習知之問題點，本發明提供一種光線供應裝置，包括一光導引元件、一發光二極體以及一光分布調整元件，其中發光二極體設置於光導引元件上。光導引元件具有一開口，光分布調整元件具有一入口和一出口，前述入口 連接前述開口，且入口之尺寸或形狀相異於出口。藉由發光二極體產生之複數光線穿過開口和入口進入光分布調整元件，並經由出口離開光分布調整元件。前述光線於入口處具有一第一光角度分布，且於出口處具有一第二光角度分布，其中第一光角度分布與第二光角度分布的大小和入口與出口之尺寸成反比。

本發明一實施例中，前述光導引元件具有一散布螢光粉之角柱結構，發光二極體貼附於角柱結構上，其中前述光線至少部分藉由發光二極體激發螢光粉產生。

本發明一實施例中，前述光導引元件包括一第一端和相反於第一端之一第二端，其中第一端之面積大於第二端之面積，且前述開口形成於第二端。

本發明一實施例中，前述光分布調整元件包括一複合拋物面聚光結構。

本發明一實施例中，前述入口之截面積小於出口之截面積。

本發明一實施例中，前述出口具有一方形剖面。

本發明一實施例中，前述發光二極體為紫外線發光二極體或藍光發光二極體。

本發明一實施例中，前述螢光粉為紅光螢光粉、綠光螢光粉、藍光螢光粉或黃光螢光粉。

本發明一實施例中，前述光導引元件具有一弧形結構並包括一基板和一弧狀蓋體，其中弧狀蓋體連接基板，前述開口形成於弧狀蓋體上，且發光二極體設置於基板與弧狀蓋 體之間。

本發明一實施例中，前述弧狀蓋體具有一弓形剖面或一拋物線形剖面。

本發明一實施例中，前述開口形成於弧狀蓋體之中心。

本發明一實施例中，前述發光二極體設置於基板上並對齊前述開口。

本發明一實施例中，前述光導引元件更包括一鍍膜，設置於發光二極體之一發光面上。

本發明一實施例中，前述出口之截面積小於入口之截面積。

本發明一實施例中，前述出口具有一方形剖面。

本發明一實施例中，前述發光二極體為紅光發光二極體、綠光發光二極體或藍光發光二極體。

本發明更提供一種投影系統，包括一或複數個前述光線供應裝置、一合光模組、一聚光透鏡、一偏轉鏡以及一影像裝置，其中光線供應裝置供應之光線藉由合光模組形成一白光，前述白光穿過聚光透鏡後藉由偏轉鏡於影像裝置上形成複數個平行影像。

本發明一實施例中，前述合光模組包括一合光稜鏡。

本發明一實施例中，前述影像裝置包括一菲利普稜鏡組和複數個數位微形反射鏡元件。

10‧‧‧光源

20‧‧‧偏轉鏡

30‧‧‧影像裝置

31‧‧‧鏡頭

32‧‧‧菲利普稜鏡組

33‧‧‧數位微形反射鏡元件

100‧‧‧光線供應裝置

110‧‧‧光導引元件

111‧‧‧第一端

112‧‧‧第二端

113‧‧‧開口

120‧‧‧發光二極體

130‧‧‧光分布調整元件

131‧‧‧入口

132‧‧‧出口

200‧‧‧光線供應裝置

210‧‧‧光導引元件

211‧‧‧基板

212‧‧‧弧狀蓋體

213‧‧‧開口

220‧‧‧發光二極體

230‧‧‧光分布調整元件

231‧‧‧入口

232‧‧‧出口

240‧‧‧鍍膜

300‧‧‧合光模組

310、320‧‧‧紅光、藍光反射光學濾片

400‧‧‧聚光透鏡

M‧‧‧反射鏡

S‧‧‧屏幕

第1圖係表示本發明一實施例之投影系統示意圖。

第2圖係表示本發明一實施例之光源示意圖。

第3圖係表示本發明一實施例之光線供應裝置示意圖。

第4A圖係表示本發明一實施例之光分布調整元件示意圖。

第4B圖係表示本發明一實施例中光線於入口和出口處之光分布示意圖。

第5圖係表示本發明另一實施例之光分布調整元件示意圖。

第6圖係表示本發明另一實施例之光線供應裝置示意圖。

第7圖係表示本發明另一實施例之光分布調整元件示意圖。

第8A圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8B圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8C圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8D圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8E圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8F圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

第8G圖係表示本發明另一實施例之光源示意圖。

以下說明本發明實施例之光線供應裝置以及投影系統。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及 科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

如第1圖所示，本發明一實施例之投影系統如主要包括一光源10、一偏轉鏡20、一影像裝置30以及一反射鏡M。前述光源10可將一白光投射至偏轉鏡20，偏轉鏡20藉由音圈馬達驅動以掃描前述白光，使影像裝置30可獲得複數個平行排列的影像，影像裝置30再將平行排列的影像投射至一屏幕S上。其中，更明瞭地說，影像裝置30所獲得的複數個平行排列的影像是形成一光源影像(light spot)。應注意的是，前述平行排列的影像分別具有不同的偏光效果，且被投射於屏幕S之相異位置，因此在屏幕S前方觀看的使用者不需要其他輔助工具(例如3D眼鏡)即可產生立體的視覺觀感。

於本實施例中，白光可被偏轉鏡20掃描並於影像裝置30中形成四個平行影像，如此平行影像可具有較充裕的空間通過影像裝置30之鏡頭31。於一些實施例中，白光可被偏轉鏡20掃描並於影像裝置30中形成三至二十個平行影像(例如十五個)。此外，前述影像裝置30可包括一菲利普稜鏡組32(philips prism)和複數個數位微形反射鏡元件33(digital micromirror device,DMD)。

反射鏡M係用以反射和引導白光，因此可依設計需求改變其數量、位置和設置角度，並不限於第1圖所示之狀態。

請參閱第2圖，前述光源10內可包括複數個光線供應裝置100、200、一合光模組300以及一聚光透鏡400。於本實施例中，合光模組300包括紅光、藍光反射光學濾片310、320，以形成的一合光稜鏡組(X-cube)。合光模組300可將前述光線供應裝置100、200提供之光線混合為一白光，接著此白光可穿過聚光透鏡400後照射至前述偏轉鏡20上，使偏光鏡20得以掃描前述白光。

如第3圖所示，光線供應裝置100包括一光導引元件110、複數個發光二極體120以及一光分布調整元件130。光導引元件110具有一角柱結構，光導引元件110包括一本體B和一濾光膜F(dichroic filter)，並具有一第一端111和一相反之第二端112，其中第一端111之面積大於第二端112之面積。除了位於第二端112之本體的側壁外，濾光膜F塗布於本體B之其餘壁面，使一開口113形成於第二端112，且發光二極體120貼附在光導引元件110的濾光膜F上並位於第一端111和第二端112之間。

因為光導引元件110之本體B內散布著螢光粉，故當一外部電力供應至發光二極體120時，發光二極體120可激發前述光導引元件110使其放出光線。又由於濾光膜F僅能使前述發光二極體120產生之光線通過，光引導元件110發出之光線僅能由開口113離開光導引元件110內部，且開口113具有較小之孔徑，因此，由開口113離開的光線可具有較小的光展量(etendue)。其中，更明瞭地說，所謂開口113具有較小之孔徑，係指相對於前述之光源影像而言，即開口113的大小係與前述 光源影像之大小對應，為達到產生較小光展量之目的。

請繼續參閱第3圖，光分布調整元件130具有一入口131和一出口132，入口131和出口132分別位於光分布調整元件130之相對兩端，其中入口131與光導引元件110之開口113連接。

請參閱第4A圖，於本實施例中，光分布調整元件130具有一角柱結構，入口131及出口132皆具有一方形剖面，且入口131之截面積係小於出口132之截面積。藉由前述結構，可確實地改變光線的分布情形，以利於應用在前述投影系統。如第4B圖所示，在光導引元件110之開口113為圓形之情況下，進入入口131之光線會產生一圓形之第一光角度分布A1，而經過在光分布調整元件130內與壁面接觸產生的多次反射之後，由出口132離開之光線會大致形成一長方形之第二光角度分布A2，其中第二光角度分布A2之尺寸係小於第一光角度分布A1之尺寸，即第一光角度分布A1與第二光角度分布A2的大小和入口131與出口132之尺寸成反比。

如第5圖所示，於本發明另一實施例中，前述光分布調整元件130可具有一複合拋物面聚光結構(compound parabolic concentrator,CPC)，藉此可縮一短光分布調整元件130所需的長度。應注意的是，第二光角度分布A2的形狀和尺寸與入口131和出口132相關，因此使用者可依需求調整兩者的尺寸及形狀，前述發光二極體120之數量亦可依需求調整。

於本實施例中，光線供應裝置100係提供一綠光，故光導引元件110包括綠光螢光粉，且發光二極體120為藍光發 光二極體或紫外光發光二極體。於一些實施例中，光線供應裝置100亦可提供紅光、藍光、黃光，只要光導引元件110相應地包括紅光螢光粉、藍光螢光粉、黃光螢光粉。又於一些實施例中，光線供應裝置100可直接提供一白光，此時光導引元件110係包括黃光螢光粉，而發光二極體120為藍光發光二極體且設置於本體B內部，因此，發光二極體提供之光線(藍光)除可激發黃光螢光粉使其產生黃光外，亦可與黃光混合而直接產生白光。應注意的是，在光線供應裝置100直接提供白光的實施例中，投影系統可省略其餘光線供應裝置200，亦即僅具有單一的光線供應裝置100，此外，前述合光模組300亦可被省略。

接著請參閱第6圖，與光線供應裝置100類似，光線供應裝置200包括一光導引元件210、一發光二極體220以及一光分布調整元件230，其中光導引元件210具有一弧形結構，包括一基板211和一弧狀蓋體212。一開口213形成於弧狀蓋體212之中心，發光二極體220則設置於基板211上並位於基板211和弧狀蓋體212之間，且對齊前述開口213。此外，一鍍膜240係形成於發光二極體220之發光面上，用以使光線產生不規則反射。

於本實施例中，弧狀蓋體212具有一弓形剖面(或半圓形剖面)，而於一些實施例中，弧狀蓋體212可具有一拋物線形剖面。因此，發光二極體220發出之光線在接觸弧狀蓋體212後，會反射回發光二極體220所在之位置，一部分反射回來的光線經由鍍膜240反射後會穿過開口213而離開光導引元件210，其餘光線則繼續反射直到穿出開口213，即，更明瞭地說， 部分發光二極體220發出之光線會開口213和發光二極體220之間所形成的空間中來回反射。其中，開口213的大小係與前述光源影像之大小對應。

請一併參閱第6、7圖，光分布調整元件230具有一入口231和一出口232，入口231和出口232分別位於光分布調整元件230之相對兩端，其中入口231與光導引元件210之開口213連接。配合開口213，入口231具有一圓形之剖面，而出口232則具有一方形之剖面，且出口232之截面積小於入口231之截面積。由於光線僅能由出口232離開光分布調整元件230，且出口232具有較小之孔徑及特定的形狀(如方形)，因此，由出口232離開的光線可具有較小的光展量及較小的光分布。換言之，於入口231處之光線具有第一光角度分布，而於出口232處之光線具有第二光角度分布，其中第二光角度分布大於第一光角度分布，即第一光角度分布與第二光角度分布的大小和入口231與出口232之尺寸成反比。需特別說明的是，出口132和出口232應具有大致相同的光角度分布，以利於合光模組300混合。

如第2圖所示，本實施例中之投影系統具有兩個光線供應裝置200，分別提供紅光和藍光，故其中的發光二極體220亦分別為紅光發光二極體和藍光發光二極體。於一些實施例中，投影系統亦可包括提供綠光之光線供應裝置200，此時發光二極體220為綠光發光二極體。

不同實施例中之投影系統中，光源10可包括不同數量的光線供應裝置100和光線供應裝置200。如第8A圖所示，一些實施例中之光源10可包括三個光線供應裝置100，分別提 供紅光、藍光和綠光。如第8B圖所示，一些實施例中之光源10可包括三個光線供應裝置200，分別提供紅光、藍光和綠光。如第8C圖所示，一些實施例中之光源10可包括一個光源供應裝置100和兩個光線供應裝置200，其中光源供應裝置100提供綠光時，兩個光線供應裝置200對應地分別提供紅光和藍光。如第8D圖所示，一些實施例中之光源10可包括兩個光源供應裝置100和一個光線供應裝置200，其中光源供應裝置200提供藍光時，兩個光線供應裝置100對應地分別提供紅光和綠光。

如第8E圖所示，一些實施例中之光源10可包括一光源供應裝置100和一個光線供應裝置200，其中光線供應裝置100提供黃光，而光線供應裝置200提供藍光。如第8F圖所示，一些實施例中之光源10可包括兩個光線供應裝置100，其中一個光線供應裝置100提供藍光，而另一個光線供應裝置100提供黃光。如第8G圖所示，一些實施例中之光源10可僅包括單一光線供應裝置100，直接提供白光，此時前述合光模組300可被省略。

綜上所述，本發明提供一種供應裝置以及投影系統，藉由光導引元件和光分布調整元件，使得發光二極體產生之光線可具有較小的光展量和適合的光分布，更可以使光均勻化，有利於裸視立體投影及其他相關產業的應用。

雖然本發明的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本發明之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製 程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本發明使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本發明之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本發明以前述數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。此外，每個申請專利範圍建構成一獨立的實施例，且各種申請專利範圍及實施例之組合皆介於本發明之範圍內。

10‧‧‧光源

100‧‧‧光線供應裝置

110‧‧‧光導引元件

120‧‧‧發光二極體

130‧‧‧光分布調整元件

200‧‧‧光線供應裝置

210‧‧‧光導引元件

220‧‧‧發光二極體

230‧‧‧光分布調整元件

240‧‧‧鍍膜

300‧‧‧合光模組

310、320‧‧‧紅光、藍光反射光學濾片

400‧‧‧聚光透鏡

Claims (21)

1. 一種光線供應裝置，提供光源以在一影像裝置上形成光源影像，該光線供應裝置包括：一光導引元件，具有一開口，該開口之大小係與該光源影像的大小對應；一發光二極體，設置於該光導引元件上；以及一光分布調整元件，具有一入口和一出口，該入口連接該開口，且該入口之尺寸或形狀相異於該出口，其中藉由該發光二極體產生之複數光線穿過該開口和該入口進入該光分布調整元件，並經由該出口離開該光分布調整元件，其中該些光線於該入口處具有一第一光角度分布，且於該出口處具有一第二光角度分布，該第一光角度分布與該第二光角度分布的大小和該入口與該出口之尺寸成反比，其中部分之該些光線於該開口和該發光二極體之間所形成的空間中來回反射。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光線供應裝置，其中該光導引元件具有一角柱結構並包括複數顆螢光粉，該複數顆螢光粉散布於該光導引元件中，該發光二極體貼附於該角柱結構上，其中該些光線至少部分藉由該發光二極體激發該螢光粉產生。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置，其中該光導引元件包括一第一端和相對於該第一端之一第二端，其中該第一端之面積大於該第二端之面積，且該開口形成於該第二端。
4. 如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置，其中該光分布調整元件包括一複合拋物面聚光結構。
5. 如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置，其中該入口之截面積小於該出口之截面積。
6. 如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置，其中該出口具有一方形剖面。
7. 如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置，其中該發光二極體為紫外線發光二極體或藍光發光二極體。
8. 如申請專利範圍第2項或第7項中之一所述之光線供應裝置，其中該螢光粉為紅光螢光粉、綠光螢光粉、藍光螢光粉或黃光螢光粉。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光線供應裝置，其中該光導引元件具有一弧形結構並包括一基板和一弧狀蓋體，其中該弧狀蓋體連接該基板，該開口形成於該弧狀蓋體上，且該發光二極體設置於該基板與該弧狀蓋體之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該弧狀蓋體具有一弓形剖面或一拋物線形剖面。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該開口形成於該弧狀蓋體之中心，且該發光二極體設置於該基板上並對齊該開口。
12. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該光導引元件更包括一鍍膜，設置於該發光二極體之一發光面上。
13. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該出 口之截面積小於該入口之截面積。
14. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該出口具有一方形剖面。
15. 如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置，其中該發光二極體為紅光發光二極體、綠光發光二極體或藍光發光二極體。
16. 一種投影系統，包括：一如申請專利範圍第1項或第2項中之一所述之光線供應裝置；一聚光透鏡；一偏轉鏡；以及一影像裝置，其中該光線供應裝置所供應之光線形成一白光，該白光穿過該聚光透鏡後藉由該偏轉鏡於該影像裝置上形成複數個平行影像。
17. 如申請專利範圍第16項所述之投影系統，更包括一如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置和一合光模組，其中該些光線供應裝置所供應之光線藉由該合光模組形成該白光。
18. 如申請專利範圍第17項所述之投影系統，其中該合光模組包括一合光稜鏡。
19. 如申請專利範圍第16項所述之投影系統，其中該影像裝置包括一菲利普稜鏡組和複數個數位微形反射鏡元件。
20. 一種投影系統，包括：複數個如申請專利範圍第2項所述之光線供應裝置； 一合光模組；一聚光透鏡；一偏轉鏡；以及一影像裝置，其中該些光線供應裝置所供應之光線藉由該合光模組形成一白光，該白光穿過該聚光透鏡後藉由該偏轉鏡於該影像裝置上形成複數個平行影像。
21. 一種投影系統，包括：複數個如申請專利範圍第9項所述之光線供應裝置；一合光模組；一聚光透鏡；一偏轉鏡；以及一影像裝置，其中該些光線供應裝置所供應之光線藉由該合光模組形成一白光，該白光穿過該聚光透鏡後藉由該偏轉鏡於該影像裝置上形成複數個平行影像。