TWI688817B

TWI688817B - 投射光源裝置

Info

Publication number: TWI688817B
Application number: TW108107637A
Authority: TW
Inventors: 鍾佳伸; 林瑤; 周孫棠
Original assignee: 旭智科技股份有限公司; 周孫棠
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-03-21
Also published as: TW202034060A

Abstract

本發明為一種投射光源裝置，其係利用一反射元件反射一發光元件之光源，透過該反射元件上之一第一反射面以及一第二反射面反射複數個光線，使該些個光線經過該第一反射面及第二反射面反射形成一複數個反射面，該反射面位於一出光口之一延伸面內，再利用該聚光元件將該反射光線聚集成一準直光線。

Description

投射光源裝置

本發明係關於一種裝置，特別是一種投射光源裝置。

數位投影機是一種可以通過不同的對接口與電腦、VCD、DVD、BD、遊戲機或DV等機器相連接播放相應的視頻信號的設備。數位投影機可以播放靜態的圖像或動態的影片，有些投影機亦具備輸出聲音的功能，這類設備廣泛用於家庭、辦公室、學校和小型娛樂場所，根據使用方式不同，投影機有LCD、LCOS、DLP、DMD等不同類型。

早期的數位投影機為「三槍投影機」，有三個透鏡，分別投射出紅、綠、藍三原色，而影像乃藉由三種顏色的濃淡混合而成，工作原理與CRT螢幕與電漿電視相似，但因為體積太笨重、亮度低、纜線配置複雜、對焦不便、耗電量大且操作程序繁瑣而逐漸淡出主流市場，且該三槍投影機本身也要安裝在空間夠大的場所中，如卡拉OK包廂、會議室、劇院、客機、郵輪等公共場所。

由於三槍投影機有體積大、不易攜帶等問題，為了解決三槍投影機的缺點而研發出「單槍投影機」，其僅需一個透鏡就可以將影像完整呈現，而且具有方便攜帶性，又因為體積小，因此可以懸掛到天花板上放置，而單槍投影機的使用原理採用了LCD與DLP等數位顯影方式，另外，該單槍投影機優於三槍投影機的其中之一的原因，是因為單槍投影機可以連接VGA端子、S端子與HDMI端子，使其與筆記型電腦連接，方便呈現筆記型電腦中的資料與影像呈現。然而，單槍投影機由於使用單一的鏡頭與燈泡，較三槍投影機容易出現過熱的問題，需要有一段時間散熱或暖機。

由上述可知，單槍投影機又可分為LCD投影機以及DLP投影機，其中，LCD投影機使用3片液晶板，分別作為紅、綠、藍三原色的成像元件，而每一片液晶板上都具有與屏幕圖像像素點一一對應的成像單元，當來自光源的光經過分色單元形成單色光到達各自對應的液晶板後，3片液晶板根據像素點的顏色控制通過的光亮，最後經過聚光單元投射到屏幕，來自3片液晶板的光會聚生成1個像素點，簡單來說LCD投影機使用投射光源的方式來呈現影像。

而不論是LCD投影機亦或是DLP投影機內，均會有光源聚集之問題，而一般投影機在光源前側會放置一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，配合單段式聚焦反射杯，使光源透過反射杯反射光源後，穿透該菲涅爾透鏡形成一準直光源，但由於使用菲涅爾透鏡來投射光線會降低成像品質，因此投影機的成像品質會因此受到限制。

又，傳統LCD投影機所使用的光源均需使用多種反射鏡、分光鏡以及多種透鏡來進行分光折射再聚光之作用，使投影機內部需留下光路之空間，以使光可以透過分光鏡再透過聚光，而DLP投影機，雖然不需於空間預留太多光傳輸路徑，但由於需要將光聚集後再投射，因此放置於投影機光源前側的反射罩高度較高，也由於該反射罩高度原因，使DLP投影機的體積具有一定的限制。

因此，為了改善投影機成像品質以及縮小投影機機體本身之尺寸，本發明改良一種新的聚光罩，透過此種聚光罩使投影機之機器體積可再進一步縮小，達到實現小型短焦投影機之目的。

依據上述內容可知，本發明為提供一種投射光源裝置，其於光源前設置一具有多段焦點聚光罩，搭配凸透鏡或非球面透鏡產生準直光源之裝置。

本發明之一目的，在於提供一種投射光源裝置，其係設置一多段焦點聚光罩，該多段焦點聚光罩具有多反射面，使一光源透過該多段焦點聚光罩反射，使光束角聚合至30°，再配合凸透鏡升降結構使光束角轉變為10°產生準直光源。

針對上述之目的，本發明提供一發光元件；以及一反射元件，其係包含一中心軸、一第一反射面以及一第二反射面，該第二反射面具有一出光口，該第一反射面之一側環設該發光元件，該第一反射面之另一側連接該第二反射面，該第一反射面中心之一第一切線以及該第二反射面中心之一第二切線與該發光元件之一水平線形成一第一角度以及一第二角度，且該第二角度大於該第一角度，該中心軸係連接該出光口之中心點與該發光元件之中心點；其中，該第一反射面以及該第二反射面係反射該發光元件所發射之複數個光線，形成複數個反射光線，該些個反射光線穿射該出光口，且該些個反射光線係位於該出光口之一延伸面內。

本發明提供一實施例，其中該反射元件其係為方型、長方形、圓型、橢圓形或非對稱幾何形狀之底部漸縮之漏斗體，且該第一反射面與該第二反射面之相鄰反射平面或相鄰反射面為非對稱。

本發明提供一實施例，其中該發光元件為一LED或一燈泡。

本發明提供一實施例，其中更包含：一升降機構，其具有一第一管體、一第二管體以及一止擋件，該第一管體具有一第一開口，該第一管體套設該第二管體，該止擋件設置於該第一管體之一側，其位於該第一開口處。

本發明提供一實施例，其中更包含：一聚光元件，其係設置該第二管體之一第二開口，其中，該些個反射光線穿射該聚光元件後形成一準直光線，且該準直光線之出光角度係為10°以下。

本發明提供一實施例，其中更包含一散熱結構，其係設置於該發光元件之下方。

本發明提供一實施例，其中該散熱結構之材料係選自於鋁、鐵及銅之其中之一或其上述任意選擇之一。

本發明提供一實施例，其中該些個反射光線之出光角度係為35°以下。

本發明提供一實施例，其中該聚光元件係選自於凸透鏡及非球面透鏡之其中之一或其上述任意選擇之一。

本發明提供一實施例，其中該反射元件之材料係選自於壓克力、鋁以及玻璃之其中之一或其上述任意選擇之一。

10:發光元件

11:水平線

13:光線

20:反射元件

21:第一反射面

211:第一切線

22:延伸面

23:第二反射面

231:第二切線

25:出光口

27:中心軸

29:反射光線

30:升降機構

31:第一柱體

311:第一開口

33:第二柱體

35:止擋件

37:固定件

40:聚光元件

41:準直光線

50:散熱結構

θ₁:第一角度

θ₂:第二角度

θ₃:第三角度

第1A圖：其為本發明之投射光源裝置之俯視示意圖；第1B圖：其為本發明之投射光源裝置之剖視示意圖；第2A圖：其為本發明之投射光源裝置之局部放大示意圖；第2B圖：其為本發明之投射光源裝置之局部放大示意圖；第3圖：其為本發明之投射光源裝置之反射光線示意圖；第4圖：其為本發明之投射光源裝置之反射光線示意圖；以及第5圖：其為本發明之投射裝置之反射結構示意圖。

為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

本發明之優點，將本發明之光可透過多段焦點反射光源，使光源形成準直光源，然而，一般投影機在光源前側會放置一菲涅爾透鏡，配合單段式聚焦反射杯，使光源透過反射杯反射光源後，穿透該菲涅爾透鏡形成一準直光源，但由於使用菲涅爾透鏡來投射光線會降低成像品質，因此投影機的成像品質會因此受到限制，需要將光聚集後再投射，因此放置於投影機光源前側的反射罩高度較高，也由於該反射罩高度原因，使DLP投影機的體積具有一定的限制。

而本發明之投射光源裝置，其係設置一多段焦點聚光罩，該多段焦點聚光罩具有多個反射面，使一光源透過該多段焦點聚光罩反射將光束角聚合後，再配合透鏡以及升降結構使光束角轉變為準直光源，可使用至投影機內，使投影機體積縮小，實現微型投影設備之構想。

首先，請參閱第1A圖，其為本發明之投射光源裝置之俯視示意圖，以及第1B圖，其為本發明之投射光源裝置之剖視示意圖，如圖所示，其包含一發光元件10、一反射元件20、一升降機構30、一聚光元件40以及一散熱結構50。

由第1B圖之剖視示意圖中可以清楚揭示本發明之投射光源裝置具有該發光元件10以及該反射元件20，該反射元件20具有一中心軸27、一第一反射面21以及該第二反射面23，該第一反射面21一側環設於該發光元件10，其另一側連接該第二反射面23，該第二反射面23具有一出光口25，該中心軸27係連接該出光口25之中心點與該發光元件10之中心點，本實施例之該反射元件20可為反射曲面或反射平面之組合。

其中，請參閱第2A圖以及第2B圖，其為本發明之投射光源裝置之局部放大示意圖，如圖所示，該第一反射面21中心之一第一切線211以及該第二反射面23中心之一第二切線231與該發光元件10之一水平線11形成一第一角度θ1以及一第二角度θ2，且該第二角度θ2大於該第一角度θ1。

接續上述，請接著參考第3圖，其為本發明之投射光源裝置之反射光線示意圖，如圖所示，當該發光元件10之複數個光線13投射於該第一反射面21以及該第二反射面23後，該第一反射面21及該第二反射面23將該些個光源13反射後，形成複數個反射光線29，由於該第一反射面21以及該第二反射面23具有多焦曲率，因此在反射該些個反射光線29時，會使該些個反射光線29以該中心軸27並以一第三角度θ3的光束角射出，其中，光束角(beam angle)，指於垂直光束中心線之一平面上，光強度等於50%最大光強度的二個方向之間的夾角，因此該反射光線29之光束角為2xθ3，其為35°以下光束角，且該些個反射光線29位於該反射元件20之該出光口27的一延伸面22之內側。

本發明更可包含該升降機構30以及該聚光元件40，其中請參考第4圖，其為本發明之投射光源裝置之反射光線示意圖，如圖所示，該些個反射光線29亦可透過該聚光元件40，使該些個反射光線29形成一準直光線41，且該準直光線41之光束角係為10°以下。

且由於該發光元件10係可選用LED或燈泡，不論是使用LED或使用燈泡，均會使該發光元件10之溫度提升，因此為了避免該發光元件10因為溫度過高而讓使用壽命減少，造成維修上的麻煩，因此本發明更可包含該散熱結構50，使該發光元件10可介由該散熱結構50使溫度降低，達到提升該發光元件10使用之年限。

另外，本發明更包含一升降機構30，當該反射元件20形成該些個反射光線29，穿透該聚光元件40形成該準直光線41時，該聚光元件40可設置於該升降結構30上，以透過升降功能來進行該準直光線41之微調整。

其中，請參考第1B圖，如圖所示，該升降結構30更包含一第一管體31、一第二管體33以及一止擋件35，該第一管體31具有一第一開口311，該第一管體31套設該第二管體33，該止擋件35設置於該第一管體31之一側，其位於該第一開口311處，且該聚光元件40係設置該第二管體33之一側，透過轉動調整該升降結構30之升降方式調整適當高度後，可利用一固定件37固定該升降結構30之高度，其中該固定件37係使用螺紋鎖附來進行固定。

本發明之該反射元件20可使用圓形、方型、矩形、橢圓形，本發明之一較佳實施例為圓形，但不以此為限，另外，參考第5圖，其為本發明之投射裝置之反射結構示意圖，本實施例之該反射元件20可為反射曲面或反射平面之組合，該第一反射面21與該第二反射面23之至少一面為非對稱。

另外，在該聚光元件40之選擇使用方面，可以選擇利用凸透鏡或是非球面透鏡，選擇使用凸透鏡或非球面透鏡是由於本發明改良之多焦曲率之反射元件20，在反射光線後，僅需透過該一般凸透鏡或非球面透鏡即可產生該準直光線41，不需要選用傳統所使用的菲涅爾透鏡，以此可以達到降低生產之成本，也不需如傳統投影機之方式，須將光線聚焦透鏡上在進行後續光路之設計。

以上所述之實施例，本發明之方法，其製作一種投射光源裝置，為了改善投影機成像品質以及縮小投影機機體本身之尺寸，本發明改良一種新的聚光罩，其於光源前設置一具有多段焦點聚光罩，搭配凸透鏡或非球面透鏡產生準直光源之裝置，透過此種聚光罩使投影機之機器體積可再進一步縮小，達到實現小型短焦投影機之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。