CN101131531A - 以激光led作为光源装置的投影机及其光源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种以激光LED作为光源装置的单片式面板投影机，其包括有：至少一激光LED光源、至少一扩束组件、一合光装置、一导光组件、一棱镜组、一数字微镜显示装置以及一投影镜头组。利用激光LED光源所产生红、绿、蓝三原色的小直径激光束，经由扩束组件、合光装置与导光组件加以放大扩束、合光与导光，的后，使光束经由棱镜组投射至数字微镜显示装置上，并将数字微镜显示装置所显示的影像折向至投影镜头组后再加以投射出外界。本发明通过激光LED的使用，可达到画质更锐利、影像更鲜艳、色彩更饱和，且具体积小、耗电少、反应快、寿命长、及效率高等优点的目的。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种投影机及其光源装置，特别涉及的是一种以激光LED为光源，利用一扩束组件使其激光束通过所述扩束组件时能将光束扩张一定程度范围，并可运用在单片式面板投影机内做为其光源装置。
背景技术
随着科技时代的日新月异，各式各样的信息电子产品以及设备因应而生，而各式的产品零组件均朝着轻薄短小的目标迈进，如何使产品更具人性化，更携带方便符合人因工程，符合消费者便利的需求，是目前市场主要的课题的之一。
我国过去十多年来光电产业的蓬勃发展，建立了相当扎实的光学设计、仿真、制程、及光谱测试的经验与技术，因此往后发展微型化光学电子产品应所述有很大的优势。轻、薄、短、小、成本低是近代电子产品发展的趋势，许多电子产品由在电子硬件，计算机、微处理机的大幅进步，而以惊人的变革速度在更新它们的面貌，而微型化光学电子产品将会具有非常大的发展潜力。例如，商业界频繁使用的简报机器，配合行动技术不断的提升，不仅手提电脑越来越轻巧，如何将所搭配使用的光学投影简报系统相对缩小体积，更加强其色彩的饱和度与流明强度，且大幅改良画质鲜艳度的问题，是相关业界一直想追求的目标。
一般来说，投影机是采用钨卤素灯、金属卤化物灯、超高压汞灯或氙气灯其中之一作为其光源。以上光源除了各有优缺点外，确有共通的光源过热、高耗电、低灯泡寿命、体积过大、重量重、与不易携带等缺点。因此，近年来曾有人研究以相对较低耗电、发热量较少、体积较小、且寿命较长的传统发光二极管(LED)来作为投影机光源。然而，由在受限在传统LED的光学特性、以及其乃是朝各个方向四处散射的发光方式，使得此类使用传统LED为光源装置的现有投影机不仅在其影像的色彩饱和度、鲜艳度与画质锐利度上相对较差，且也因传统LED四处散射的发光方式而造成其光利用效率的降低，进而导致投影机的投影亮度也无法进一步提升。因此，在现今市场消费者对投影机的分辨率及画质需求日益升高的趋势下，如何去符合消费者需求将投影机设计更轻薄短小，拥有影像画质更佳、色彩更鲜艳、更稳定且高亮度的光源输出，乃是目前业界重要的发展课题之一。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种以激光LED作为光源装置的投影机及其光源装置，利用一扩束组件来将激光LED所产生的小直径激光束扩张成一定程度范围，以作为投影机的光源装置来使用。如此，便可因激光LED所产生的小直径激光束可具有光束集中以及可调整光偏振相位的光学特性，而使得投影机的所述激光LED光源装置可提供画质更锐利、色彩更鲜艳、与色彩饱和度更高的功效。
为达上述的目的，本发明是提供一种以激光LED为光源装置的投影机，其包括有：至少一激光LED光源、一合光装置、至少一扩束组件、一导光组件、一棱镜组、一数字微镜显示装置、以及一投影镜头组。其中，所述激光LED光源是可分别产生红、绿、蓝三原色的不同颜色的激光束，此三原色光束分别通过所述合光装置将其红、绿、蓝三原色的不同颜色的激光束集合在同一光轴成为一合光光束，进而将所述合光光束投射在所述扩束组件上，并以较佳的透射放大夹角为30度至60度之间可将所述合光光束投射面积扩大。同时，运用所述导光组件将扩大后的合光光束整合在限定范围内，使所述合光光束可呈一匀光且集中的输出至所述棱镜组，并投射至所述数字微镜显示装置上，且将数字微镜显示装置上的微镜以数字方式来构成画面，再将其影像经由所述投影镜头组予以投影至投影机外。
附图说明
图1为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第一较佳实施例的光路径示意图；
图2A、2B为分别为本发明扩束组件将激光LED光源的光束扩散放大的两种较佳角度示意图；
图3A～3D为本发明的扩束组件的若干变化实施例的具体结构图；
图4为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第二较佳实施例的光路径示意图；
图5为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第三较佳实施例的光路径示意图。
附图标记说明：10-激光LED光源；10a-红激光LED；10b-绿激光LED；10c-蓝激光LED；20～20f-扩束组件；21c～21f-入射面；22c～22f-出射面；30-合光装置；40-导光组件；41-集光导管；42-集光镜片；43-微镜数组；50-棱镜组；60-数字微镜显示装置；70-投影镜头组。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1所示，是为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第一较佳实施例的光路径示意图。其中，所述投影机主要包括有：至少一激光LED(LaserLight Emitting Diode)光源10、至少一扩束组件20、一合光装置(Cross Type ColorFilter)30、一导光组件40、一棱镜组50、一数字微镜显示装置DMD(DigitalMicromirror Device)60以及一投影镜头组70所组合而成。
在本实施例中，所述激光LED光源10是包括有三组分别可产生红、绿、蓝(R、G、B)三原色不同光谱的激光LED(10a、10b、10c)所构成。由在激光LED(10a、10b、10c)独特的发光特性，使其所发出的光源不仅是为一平行集中的小直径光束，且更具有可调整光偏振相位(也就是光偏振相位较为准确且较无杂光)的光学特性。
由此三原色激光LED(10a、10b、10c)所投射出的小直径平行光束，分别通过其所对应的扩束组件20将其各别的红、绿、蓝(R、G、B)三原色光束扩大一定程度的面积范围，进而将其扩束后的各别红、绿、蓝(R、G、B)三原色光束导入所述合光装置30的中。利用所述合光装置30内部所设的两垂直交错的偏光镜，分别将各别红、绿、蓝(R、G、B)三原色光束集合成在同一光轴的合光光束，投射在所述导光组件40的内。同时，将合光光束整合在所述导光组件40所限定的范围内折射，可使其合光光束可经由所述导光组件40将其光斑消除，并呈一匀光状态输出，进而投射至所述棱镜组50的上。并且，更通过所述棱镜组50与所述导光组件40相对应，将所述导光组件40所折射出的匀光投射入所述数字微镜显示装置上(Digital Micromirror Device)60的上。其中，所述数字微镜显示装置60是为一影像产生组件，其位在棱镜组50的后端，可令来自所述棱镜组50的匀光在经由数字微镜显示装置DMD 60芯片上的多数微镜(Micromirror Lens)以数字方式来构成影像画面。的后，再透过所述棱镜组50，把经由数字微镜显示装置60所产生的影像光折向至所述投影镜头组70，进而由投影镜头组70将影像投射出投影机的外界。
参考图2A、2B所示，是分别为本发明扩束组件将激光LED光源的光束扩散放大的两种较佳角度示意图。所述激光LED光源10的小直径平行光束，在投射经所述扩束组件20a、20b后，可令其光束扩大一定程度的面积范围。在本发明中，所述扩束组件20a、20b可以是以玻璃、塑料或压克力等透明材质所构成的透镜结构，且由所述扩束组件20a、20b将所述光束所透射的出射角的放大夹角为介在30度(例如图2A所示)至60度(例如图2B所示)之间较佳。如此，即可满足所述数字微镜显示装置DMD 60所需求的光束接收面积以及相关的光学效能例如亮度等等。
参考图3A、3B、3C、3D所示，是为本发明的扩束组件的若干变化实施例的具体结构图。其中，如图3A所示，所述扩束组件20c可以是以BK7型号的玻璃(ND＝1.516800；VD＝64.17)材质所构成的一凹透镜结构，其在光束的入射面21(亦即图3A的左侧面)是为一半径为-1.4mm的内凹球面(半径值为负值表示其圆心位在球面的左侧)，而光束的出射面22(亦即图3A的右侧面)则为一直径为2.8mm的平面，至在，扩束组件20c的厚度t则为0.6mm。在图3B中，扩束组件20d同样是玻璃材质且是呈凸透镜结构，其在光束的入射面21d是为一直径为2.8mm的凸球面(直径值为正值表示其圆心位在球面的右侧)、出射面22d为2.8mm的平面、且厚度t是为3.4mm。在图3C中，扩束组件20e的入射面21e为一半径为-2mm的内凹球面、出射面22e为一半径为-9.05846的凸球面、扩束组件20e的厚度t则为20mm。在图3D中，扩束组件20f的入射面21f为一半径为1.5mm的凸球面、出射面22f为一半径为10mm的凸球面、扩束组件20f的厚度t则为20mm。
请参考图4所示，是为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第二较佳实施例的光路径示意图。有别在第一较佳实施例中先行将红、绿、蓝(R、G、B)三原色不同光谱的激光LED光源(10a、10b、10c)投射入个别的所述扩光组件20内进行各别扩束。本创作第二较佳实施例中，是令所述三种红、绿、蓝(R、G、B)三原色不同光谱的激光LED光源(10a、10b、10c)先行直接投射在所述合光装置(Cross Type Color Filter)30内。接着，利用所述合光装置30将个别红、绿、蓝(R、G、B)三原色光束集合成在同一光轴的合光光束，同时进一步投射在所述扩束组件20上，使其合光光束扩大一定程度的面积范围，进而投射在后方的所述导光组件40内。其中，所述导光组件40可以是一集光导管(Light Pipe)41，并与所述扩束组件20相互连结成一体，其可将扩束后的合光光束整合在所述集光导管41所限定范围内折射并将光斑消除，进而呈现一匀光状态投射至相对应的所述棱镜组50上。再通过所述棱镜组50将所述导光组件40所折射出的匀光投射在所述数字微镜显示装置60来构成影像画面后，再由棱镜组50将所述影像光折向所述投影镜头组70并投射出投影机外。
请参考图5所示，是为本发明以激光LED作为光源装置的投影机的第三较佳实施例的光路径示意图。由在图5所示的第三较佳实施例大体上是与图4所示的第二较佳实施例类似，故相同的组件与结构以下将不再赘述。
在图5所示的第三较佳实施例的不同点在于，所述导光组件40更包括有一集光镜片42以及一微镜数组MLA(Micromirror Lens Array)43所组合而成。所述集光镜片42是为一折射是数与扩束组件20相对应(例如相反)的透镜，且其位置是与所述扩束组件20成一直线对应，可将扩束后的光束加以集光并转换成一扩大且平行光束，之后再投射在所述微镜数组43上。并运用所述微镜数组43上所设的复数个微透镜可将其扩大且平行光束消除光斑并呈一匀光投射至所述棱镜组50上。
综上所述，本发明所提出的以激光LED作为光源装置的投影机，其通过激光LED光源10与扩束组件20的搭配使用，使得本发明可充分利用激光LED(10a、10b、10c)的独特发光特性，亦即，所发出的光源是为一平行集中的小直径光束、且具有可调整光偏振相位(也就是光偏振相位较为准确且较无杂光)的光学特性。因此，本发明所提出的以激光LED作为光源装置的投影机不仅可达到色彩影像更加鲜明饱和、影像锐利度更高、亮度较传统LED光源更亮、且更能提升投影机的光效能利用的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而并非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内，可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用在投影机的激光LED光源装置，其特征在于，其包括有：
至少一激光LED光源，用于产生一平行集中的光束；以及
至少一扩束组件，其是对应于所述激光LED光源，将所述激光LED光源所产生的平行光束以一预定夹角加以放大扩束。
2.如权利要求1所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述激光LED光源具有三个激光LED，其分别产生红、绿、蓝三原色的平行光束。
3.如权利要求1所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述扩束组件至少包括有：一凸透镜或一凹透镜两者其中之一。
4.如权利要求1所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述扩束组件材质为玻璃或透明压克力其中之一。
5.如权利要求1所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述扩束组件的放大扩束的预定夹角是介在30度至60度之间。
6.如权利要求2所述的激光LED光源装置，其特征在于，其还包括有：
一合光装置，是对应于所述激光LED光源，将所述激光LED光源的红、绿、蓝三原色光束经由所述合光装置集合成在同一光轴的合光光束；
一导光组件，是与所述扩束组件相对应，将扩束后的合光光束整合在限定范围内折射；
一棱镜组，是与所述导光组件相对应，将来自导光组件的光束进行折向；
一数字微镜显示装置，是与所述棱镜组相对应，接受来自棱镜组的光束并产生影像光后再反射回棱镜组；以及
一投影镜头组，将来自所述数字微镜显示装置且经所述棱镜组所折向出的影像光予以投影至投影机外界。
7.如权利要求6所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述导光组件为一集光导管、或是一集光镜片与一微镜数组的组合的两者其中之一。
8.如如权利要求6所述的激光LED光源装置，其特征在于，所述微镜数组是由包括复数个微透镜组合而成。
9.一种以激光LED作为光源装置的投影机，其特征在于，其包括有：
至少一激光LED光源，可用于产生一平行集中的光束；
至少一扩束组件，接受所述激光LED光源所产生的平行光束并以一预定夹角加以放大扩束；
一导光组件，是与所述扩束组件相对应，将扩束后的光束整合在限定范围内折射；
一棱镜组，是与所述导光组件相对应，将来自导光组件的光束进行折向；
一数字微镜显示装置，是与所述棱镜组相对应，接受来自棱镜组的光束并产生影像光后再反射回棱镜组；以及
一投影镜头组，将来自所述数字微镜显示装置且经所述棱镜组所折向出的影像光予以投影至投影机外界。
10.一种适用在投影机的激光LED光源装置，其特征在于，其包括有：
至少一激光LED光源，其包括有至少三个激光LED分别产生平行光束；
一合光装置，是对应于各激光LED，可将各激光LED所产生的光束集合成在同一光轴的平行合光光束；以及，
至少一扩束组件，是对应在所述合光装置，可将来自合光装置的平行合光光束以一介于30度至60度之间的预定夹角加以放大扩束。
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