專利名稱：一種投影光學(xué)系統(tǒng)及其光學(xué)投影方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種投影光學(xué)系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種使用激光光源的投 影光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的投影機(jī)或背投光機(jī)皆使用超高效能燈源(Ultra High Performance) 作為投影光源，因此在色彩的表現(xiàn)上以及燈源使用壽命上皆有不足之處，且 使用超高效能燈源需要再額外使用可隔離紫外光的濾光片、陣列透鏡、偏極 性轉(zhuǎn)換器以及透鏡組，且還需要分光系統(tǒng)及合光系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生均勻R、 G、 B的 光源，不但需要很多高成本的光學(xué)元件且組裝相當(dāng)不易，造成批量生產(chǎn)困難； 并且光機(jī)體積大，不易發(fā)展手持式的小型化投影光機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種使用單色激光作為光源的投影光學(xué)系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種投影光學(xué)系統(tǒng)，包括 光源模塊，用以提供色光光束； 整形片；
成像面板；以及
鏡片組，其中所述光束通過(guò)所述整形片后形成面光源,所述成像面板利 用所述面光源產(chǎn)生影像，并經(jīng)由所述鏡片組將所述影像投射至屏幕上。 在本發(fā)明所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中，所述光源模塊包括 第一色光源、第二色光源和第三色光源；
第一反射鏡，用以將所述第一色光源發(fā)射的第一色光反射至光路中； 第一濾光片，用以透射所述第一色光，并將所述第二色光源發(fā)射的第二
4色光反射至所述光路中；
第二濾光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源發(fā)射 的第三色光至所述光路中；
其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合后直接導(dǎo)向所 述整形片。
在本發(fā)明所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中，所述光源模塊包括 第一色光源、第二色光源和第三色光源；
第一反射鏡，用以將所述第一色光源發(fā)射的第一色光反射至光路中； 第一濾光片，用以透射所述第一色光，并將所述第二色光源發(fā)射的第二
色光反射至所述光路中；
第二濾光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源發(fā)射
的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光
路中混合；
第二反射鏡，用于將所述第一、第二和第三色光的混合光反射到所述整 形片。
在本發(fā)明所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中，包括
擴(kuò)散片，放置在所述光路中所述整形片之后，用以均勻所述面光源上之 各區(qū)域的亮度；以及
往復(fù)機(jī)構(gòu)，用以安置所述擴(kuò)散片，使所述擴(kuò)散片于垂直所述面光源之法 線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中，其中所述成像面板包括液晶裝置，用 以透射所述面光源。
在本發(fā)明所述的投影光學(xué)系統(tǒng)中，其中所述成像面板包括數(shù)字微透鏡裝 置，用以反射所述面光源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)投影方法，包括下列步驟
提供激光光束；
利用整形片將所述光束整形為面光源； 利用成像面板將所述面光源轉(zhuǎn)換成影像；以及經(jīng)由鏡片組將所述影像投射至屏幕上。
在本發(fā)明所述的光學(xué)投影方法中，包括，利用擴(kuò)散片均勻所述面光源上 之各區(qū)域的亮度，以投射出均勻光源。
在本發(fā)明所述的光學(xué)投影方法中，包括利用往復(fù)機(jī)構(gòu)安置所述擴(kuò)散片， 使所述擴(kuò)散片于垂直所述面光源之法線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明所述的光學(xué)投影方法中，所述激光光束由三束單色光混合而成， 所述方法包括
利用第一反射鏡反射所述三束單色光中的第一色光；
利用第一濾光片透射所述第一色光，并反射所述光三束單色光中的第二 色光；
利用第二濾光片透射所述第一、第二色光，并反射所述三束單色光中的 第三色光；以及
第二反射鏡，將所述第一、第二、第三色光反射至所述整形片。
實(shí)施本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)及方法，由于使用單色激光作為光源，無(wú)需 采用可隔離紫外光的濾光片、陣列透鏡、偏極性轉(zhuǎn)換器以及分光系統(tǒng)及合光 系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生均勻R、 G、 B的光源，因而所需要的光學(xué)元件少，組裝簡(jiǎn)單、成 本低，組裝后的投影儀體積小，方便攜帶；并且光源使用壽命長(zhǎng)、亮度高。
為了讓本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一 較佳實(shí)施例，并配合所示附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1為本發(fā)明投影光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，主要元件符號(hào)說(shuō)明如下 A 光路； 5 屏幕；
10 第一激光光源(綠光光源)； 20 第二激光光源(紅光光源)； 30 第三激光光源(藍(lán)光光源)；
640 整形片；
50 擴(kuò)散片；
52 承座；
60 成像面板；
70 鏡片組；
80 往復(fù)機(jī)構(gòu)；
82 馬達(dá)；
84 齒條；
91 第一反射鏡；
92 第一濾光片；
93 第二反射鏡；
94 第二濾光片；
100 投影光學(xué)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明使用紅、綠、藍(lán)的激光光源作為投影機(jī)的光源，并使用繞射元件 的光束整形片將激光的點(diǎn)光源整形成長(zhǎng)方形的面光源再經(jīng)過(guò)擴(kuò)散片
(Diffuser)將光源透過(guò)擴(kuò)散產(chǎn)生漫射，使面光源形成每一點(diǎn)的亮度值都一致 的均勻的面光源，再經(jīng)過(guò)鏡片組將成像面板上的影像投影出來(lái)，并利用時(shí)序 變換的往復(fù)機(jī)構(gòu)方式將激光光源所造成的光斑效應(yīng)(Speckle)消除。
本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)100如圖1所示，包括第一激光光源(綠光光源) 10、第二激光光源(紅光光源)20、第三激光光源(藍(lán)光光源)30、整形片 40、擴(kuò)散片50、成像面板60、鏡片組70、往復(fù)機(jī)構(gòu)80、第一反射鏡91、第 二反射鏡93、第一濾光片92以及第二濾光片94。
來(lái)自第一激光光源10的綠色光(第一色光)經(jīng)由第一反射鏡91反射至 光路A中，該綠色光在光路A中行進(jìn)，然后透射第一濾光片92，來(lái)自第二激 光光源20的紅色光(第二色光)經(jīng)由第一濾光片92反射而進(jìn)入光路A中并 與綠色光混合，混合后的綠色光與紅色光透射第二濾光片94，來(lái)自第三激光光源93的藍(lán)色光(第三色光)藉由第二濾光片94反射而進(jìn)入光路A中，并 與光路A中的綠色光與紅色光混合成混合光，混合光經(jīng)由第二反射鏡93反射 后，通過(guò)整形片40，使原本的點(diǎn)光源的光束擴(kuò)散成矩形的光束，藉此將點(diǎn)光 源的光轉(zhuǎn)換成面光源的光，矩形的光束通過(guò)擴(kuò)散片50使矩形光束更加地均 勻，往復(fù)機(jī)構(gòu)80連接于擴(kuò)散片50,并使擴(kuò)散片50在垂直于矩形光束的行進(jìn) 方向的方向上做往復(fù)移動(dòng)，藉此消除由激光產(chǎn)生的光斑效應(yīng)。
均勻化后的光束通過(guò)成像面板60后形成影像，然后經(jīng)由鏡片組70投射 至屏幕5上。
成像面板60在此實(shí)施例中可包括液晶裝置(LCD)，藉由光束穿過(guò)該液 晶裝置而形成影像。在另一實(shí)施例中，成像面板60可包括一數(shù)字微透鏡裝置 (DMD),光束經(jīng)由數(shù)字微透鏡裝置的反射也可形成影像。
往復(fù)機(jī)構(gòu)80包括馬達(dá)82以及齒條84,齒條84是形成于擴(kuò)散片50的承 座52上，而馬達(dá)82的轉(zhuǎn)軸上結(jié)合一齒輪(未圖示)，當(dāng)馬達(dá)82旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn) 軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)齒條84，進(jìn)而使承座52移動(dòng)，藉此達(dá)成往復(fù)移動(dòng)的 效果。當(dāng)然，上述齒輪與齒條所構(gòu)成的往復(fù)機(jī)構(gòu)只是一實(shí)施例，本發(fā)明并不 限于此種構(gòu)造，只要達(dá)到使擴(kuò)散片往復(fù)移動(dòng)的效果即可。
需要說(shuō)明的是，還可用與圖1所示的實(shí)施例不相同的方式來(lái)實(shí)施本發(fā)明 投影光學(xué)系統(tǒng)中的光源模塊。例如在本發(fā)明另一實(shí)施例(未圖示)中，可以不 設(shè)置第二反射鏡。這種情況下，圖1中所示的光路A要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，三 個(gè)激光光源的安置方位也要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度?？傊诒景l(fā)明中光源模塊用 以提供由至少兩束(實(shí)施例中是三束)單色激光混合而成的激光光束。也就是 說(shuō)，在整形片之前，光源模塊應(yīng)當(dāng)完成各個(gè)單色光束的混合工作，使得到達(dá) 整形片的光波為混合光束，并且在到達(dá)整形片時(shí)該混合光束行進(jìn)的方向應(yīng)與 整形片的法線方向一致。
另外作為特殊應(yīng)用，本發(fā)明還可以采用二種單色光源、四種單色光 源等復(fù)數(shù)種顏色的單色光源來(lái)實(shí)施。這種情況下，只需在光源模塊 中相應(yīng)地減少一個(gè)或增加一個(gè)單色光源及濾光片即可，而不用以限 定本發(fā)明。本發(fā)明使用激光光源，可以具有較佳的色彩表現(xiàn)，光源的壽命比傳統(tǒng)的
UHP燈源長(zhǎng)，而且由于使用三個(gè)單色光源，因此不需要先做分光再實(shí)施合光 的過(guò)程，可以相當(dāng)程度地減少元件的數(shù)量，利用時(shí)序變換的方式將激光光源 所造成的光斑效應(yīng)(Speckle)消除，從而提升影像質(zhì)量。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與潤(rùn) 飾，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括光源模塊，用以提供色光光束；整形片；成像面板；以及鏡片組，其中所述光束通過(guò)所述整形片后形成面光源，所述成像面板利用所述面光源產(chǎn)生影像，并經(jīng)由所述鏡片組將所述影像投射至屏幕上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模塊包括第一色光源、第二色光源和第三色光源；第一反射鏡，用以將所述第一色光源發(fā)射的第一色光反射至光路中；第一濾光片，用以透射所述第一色光，并將所述第二色光源發(fā)射的第二 色光反射至所述光路中；第二濾光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源發(fā)射 的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合后直接導(dǎo)向所 述整形片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源模塊包括第一色光源、第二色光源和第三色光源；第一反射鏡，用以將所述第一色光源發(fā)射的第一色光反射至光路中； 第一濾光片，用以透射所述第一色光，并將所述第二色光源發(fā)射的第二色光反射至所述光路中；第二濾光片，令所述第一、第二色光透射，并反射所述第三色光源發(fā)射的第三色光至所述光路中；其中，所述第一色光、第二色光及第三色光在光路中混合；第二反射鏡，用于將所述第一、第二和第三色光的混合光反射到所述整形片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括 擴(kuò)散片，放置在所述光路中所述整形片之后，用以均勻所述面光源上之各區(qū)域的亮度；以及往復(fù)機(jī)構(gòu)，用以安置所述擴(kuò)散片，使所述擴(kuò)散片于垂直所述面光源之法 線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，其中所述成 像面板包括液晶裝置，用以透射所述面光源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的投影光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，其中所述成 像面板包括數(shù)字微透鏡裝置，用以反射所述面光源。
7. —種光學(xué)投影方法，其特征在于，包括下列步驟 提供激光光束；利用整形片將所述光束整形為面光源； 利用成像面板將所述面光源轉(zhuǎn)換成影像；以及 經(jīng)由鏡片組將所述影像投射至屏幕上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)投影方法，其特征在于，包括，利用擴(kuò)散 片均勾所述面光源上之各區(qū)域的亮度，以投射出均勻光源。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)投影方法，其特征在于，包括利用往復(fù) 機(jī)構(gòu)安置所述擴(kuò)散片，使所述擴(kuò)散片于垂直所述面光源之法線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)投影方法，其特征在于，所述激光光束 由三束單色光混合而成，所述方法包括利用第一反射鏡反射所述三束單色光中的第一色光； 利用第一濾光片透射所述第一色光，并反射所述光三束單色光中的第二 色光；利用第二濾光片透射所述第一、第二色光，并反射所述三束單色光中的 第三色光；以及第二反射鏡，將所述第一、第二、第三色光反射至所述整形片。
全文摘要
一種投影光學(xué)系統(tǒng)，包括光源模塊、整形片、成像面板以及鏡片組。光源模塊提供由單色激光混合而成的激光光束，該光束通過(guò)該整形片后形成面光源，該成像面板利用該面光源產(chǎn)生影像，并經(jīng)由該鏡片組將該影像投射至一屏幕上。實(shí)施本發(fā)明的投影光學(xué)系統(tǒng)，由于使用單色激光作為光源，無(wú)需采用可隔離紫外光的濾光片、陣列透鏡、偏極性轉(zhuǎn)換器以及分光系統(tǒng)及合光系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生均勻R、G、B的光源，因而所需要的光學(xué)元件少，組裝簡(jiǎn)單、成本低，組裝后的投影儀體積小，方便攜帶；并且光源使用壽命長(zhǎng)、亮度高。
文檔編號(hào)G03B21/14GK101446749SQ20071019702
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者周源栩, 李康源 申請(qǐng)人:亞洲光學(xué)股份有限公司