專利名稱：投影機(jī)和光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域I
本發(fā)明涉及一種光學(xué)弓摩，特別是涉及一種元件可靠性高及影像對比度高的光學(xué)弓摩。
背景技術(shù)：
數(shù)字光學(xué)處理(Digital Light Processing, DLP)投影機(jī)是由德州儀器公司(TI)所發(fā)展出來的投影系統(tǒng)，，鏡面反射原理成像，具有全數(shù)字化、高對比及影像細(xì)膩等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)用此技術(shù)的，機(jī)能有效地縮小其體積與龍，而達(dá)到輕、薄、短、小的目的。
一般DLP投影機(jī)中都具有一光學(xué)弓摩，光學(xué)弓摩內(nèi)部具有光束產(chǎn)生、處as傳播等動(dòng)作，故會(huì)產(chǎn)生許多的熱量。若光學(xué)引擎內(nèi)部常常處于高溫的狀態(tài)，貝U其內(nèi)部各元件的可靠駄4頓絲都會(huì)大幅度衰減。因此，光學(xué)引擎大部傷、會(huì)有散熱設(shè)計(jì)。
請參照圖1，其中示出常規(guī)的具有散熱錢的光學(xué)弓摩的示意圖。光學(xué)引擎10至少包括光源系統(tǒng)11、殼體12、數(shù)字微鏡面元件(DigitalMcromkror Device, DMD) 13 (簡稱DMD)、鏡頭14及散熱^g 16。
光源系統(tǒng)11可由光源裝置、彩色濾光片轉(zhuǎn)皿聚光鏡片等元件配置組合而成，用于H^入射光束111。
DMD 13被設(shè)置于殼體12內(nèi)，且位于入射光束111的傳3I^各徑(光路)上，用以接收光源系統(tǒng)ll所發(fā)出的入射光束lll，并將入射光束lll調(diào)變而反射成一影像光束112(ONlight)或一拋棄光束113(OFF鵬。
其中，DMD 13具有許多微小的可動(dòng)鏡片，用以將入射光束lll反射出去。DMD 13通過數(shù)字信號(hào)控制每一個(gè)可動(dòng)鏡片的偏轉(zhuǎn)角度，而礎(chǔ)出，影像光束112或拋棄光束113。由于每一可動(dòng)鏡片是以不同的預(yù)定角度反射出影像光束112及拋棄光束113，因此影像光束112及拋棄光束113的光路是可以預(yù)測的。
鏡頭14連接于殼體12，且位于影像光束112的光路上，用以將影像光束112iW至一外部的屏幕，而形成一影像畫面。
殼體12開設(shè)有一開口 15，位于拋棄光束113的光路上，且開口 15的尺寸可使拋棄光束113完全SM至開口 15中。散熱，16固定于殼體12上，并覆蓋住開口 15。因此，拋棄光束113便會(huì)娜到散熱體16上，且其熱量可經(jīng)由散熱驢16吸收，并進(jìn)《豫熱。另外，散熱裝置16與殼體12之間還具有一隔熱裝置17，用以隔絕散熱裝置16與殼體12之間的熱傳導(dǎo)，以避免散熱體16的熱傳導(dǎo)至殼體12。
然而，圖1戶際的光學(xué)弓摩10通常仍具有下列問題
一、仍有部分拋棄光束113會(huì)被散熱裝置16的內(nèi)面所反射或t^t而挪到鏡頭14或殼體12內(nèi)面。此時(shí)，艦到鏡頭14的此部分拋棄光束113會(huì)影響至征常的影像畫面，造成對比度的斷氐；'微到殼體12內(nèi)面的
此部分拋棄光束113則^t成光學(xué)引擎io整m度的上升。
二由于殼體12屬于氣密的狀態(tài)，故當(dāng)拋棄光束113被散熱裝置16吸收時(shí)，散熱裝置16的驢會(huì)高于DMD13及鏡頭14的驢，而造成熱對流J嫁，此時(shí)熱量會(huì)在殼體12內(nèi)部循環(huán)，使DMD13及鏡頭14有被加熱的情況。同時(shí)，熱量也^^由鵬射的方式加熱DMD13及鏡頭14。因此，部分拋棄光束113的熱量會(huì)蓄積在殼體12，而造成DMD 13及鏡頭14等元件的老化，進(jìn)而影響光學(xué)引擎10的可靠M^OT壽命。
在臺(tái)灣專利1281091中提到具有散熱設(shè)計(jì)的光學(xué)引擎的兩種實(shí)施例，分別如圖2A及圖2B所示。
請先參照圖2A，圖2A的實(shí)施例與圖1的技術(shù)類似。光學(xué)引擎20包括光源系統(tǒng)21、殼體22、 DMD23、鏡頭24、第一散熱，25及隔熱裝置26。光源系統(tǒng)21 ^f共入射光束211至DMD 23，接著DMD 23接收光源系統(tǒng)21所發(fā)出的入射光束211，并將入射光束211調(diào)變并目成一影像光束212(ONlight)或一拋棄光束213(OFFlight)。其中，影像光束212被傳遞至鏡頭24，以挪至一外部的屏幕，而形成一影像畫面，拋棄光束213則被第一散熱體25所吸收，且第一散熱裝置25 CT過隔熱體26隔絕與殼體22之間的熱傳導(dǎo)。另外，此實(shí)施例還具有一第二散熱體27，設(shè)置于DMD23的背面，用以吸收DMD23的熱量。
請參照圖2B，敘匕實(shí)施例中，拋棄光束213^M:—透光板28而投射至一遮光裝置29上。此設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于透光板28的透光面及遮光裝置29的表面仍會(huì)反射(f^f)部分的拋棄光束213，而使此部分的拋棄光束213回到殼體22內(nèi)。
鑒于戰(zhàn)常規(guī)技術(shù)中仍有不^處，故^i共一實(shí)際有效的解決方案，成為當(dāng)前技術(shù)所必需。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于通過光學(xué)引擎的腔體型態(tài)的設(shè)計(jì)來改變拋棄光束的^m徑，使其產(chǎn)生多次反射，以衰減拋棄光束的能量。由此，反射式光閥及鏡頭等重要元件所處的第一腔^^頓降低，以離反射式光閥與鏡頭的熱負(fù)載，進(jìn)而提高元件可靠度及^ffi^。
本發(fā)明的另一 目的在于通過光學(xué)引擎的腔體型態(tài)的設(shè)計(jì)來改變拋棄光束的行itl^徑，使其第一次反射的方向遠(yuǎn)離鏡頭，并產(chǎn)生多次反射，以衰減拋棄光束的能量。由此，拋棄光束便不會(huì)挪至鏡頭，而影響到鏡頭所娜的影像畫面，故本發(fā)明可以有效提升投影畫面的對比度。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。
為達(dá)到戰(zhàn)之一或部份或鄉(xiāng)目的或是其它目的，本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)引飽含一光源系統(tǒng)、 一反射式光閥、 一第一腔體、— 竟頭及一第二腔體。
光源系統(tǒng)用以提供入射光束。反射式光閥設(shè)置于第一腔體內(nèi)，且位于
入射光束的傳3I^各徑(光路)上。反射式光閥用以接收光源系統(tǒng)所發(fā)出的入射光束，并調(diào)^A射光束而反射出一影像光束或一拋棄光束。
第一腔體的內(nèi)部具有入射光束、影像光束及拋棄光束的光路，且第一腔體形，一開口，位于拋棄光束的^ 各上。
鏡頭連接于第一腔體，且位于影像光束的光路上，用以接收影像光束，并將影像光束糊才成影像畫面。
第二腔體連接于第一腔體，_§3131第一開口與第一腔做目 。其中，拋棄光ra過第一開口:SA第二腔體內(nèi)，且在第二腔體內(nèi)進(jìn)行二次以上的反射。并且，第二腔體的內(nèi)面適于吸收拋棄光束的育巨量。
在本發(fā)明實(shí)施例中，拋棄光束于第二腔體內(nèi)的第一次鄉(xiāng)的方向遠(yuǎn)離鏡頭。
關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神，以及更詳細(xì)的實(shí)施方式，可以M31以下的實(shí)施方式以及附圖得到進(jìn)一步的了解。
通過以下詳細(xì)的描述結(jié)合附圖，將可輕易地了解戰(zhàn)內(nèi)容及本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1是常規(guī)的具有散熱裝置的光學(xué)引擎的示意圖2A與圖2B是臺(tái)灣專利1281091中具有散熱設(shè)計(jì)的光學(xué)弓摩的兩種實(shí)施例；
圖3是本發(fā)明光學(xué)弓摩的第一實(shí)施例；圖4是本發(fā)明光學(xué)弓摩的第二實(shí)施例；以及圖5是本發(fā)明光學(xué)引擎的第三實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
有關(guān)本發(fā)明的前艦其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合附圖的
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚:felkM現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，4頓的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
請參照圖3，其中示出本發(fā)明光學(xué)弓摩的第一實(shí)施例。如圖所示，光學(xué)引擎30包含一光源系統(tǒng)31、 一反射式光閥33、 一第一腔體32、 一鏡頭34及一第二腔體36。
光源系統(tǒng)31可由光源，、彩色、濾光片轉(zhuǎn)M聚光鏡片等元件配置組合而成，其用以^j共入射光束311。
反射式光閥33設(shè)置于第一腔體32內(nèi)，且位于入射光束311的傳鵬徑(光路)上。反射式光閥33用以接收光源系統(tǒng)31所發(fā)出的入射光束311 ，并調(diào)^A射光束311而礎(chǔ)出影像光束312或拋棄光束313。在較佳實(shí)施例中，反射式光閥33可為數(shù)字微鏡面元件(Digital Mcromkror Device,DMD)或者可為單晶硅反射式液晶(Liquid Crystal on Silicon)芯片。
第一腔體32的內(nèi)部具有入射光束311、影像光束312及拋棄光束313的光路，皿一腔體32形成一第一開口35，位于拋棄光束3D的光路上。其中，第一開口 35的尺寸可使拋棄光束313完全鄉(xiāng)魏一開口 35中。
鏡頭34連接于第一腔體32，且位于影像光束312的光路上。鏡頭34用以接收影像光束312，并將影像光束312im成一影像畫面。
第二腔體36連接于第一腔體32，且M:第一開口 35與第一腔體32相M。其中，拋棄光束313f條一腔體32內(nèi)的反射微閥33反射出來后，Mil第一開口 35駄第二腔體36內(nèi)。拋棄光束313駄第二腔體36后，可在第二腔體36內(nèi)進(jìn)行二次以上的反射。《直得注意的是，拋棄光束313于第二腔體36內(nèi)的第一次反射的方向遠(yuǎn)離鏡頭34。
此外，第二腔體36的內(nèi)面適于吸收拋棄光束313的育遣，由此，拋棄光束313在第二腔體36內(nèi)面經(jīng)數(shù)次反射后，拋棄光束313 M逐漸衰減，甚至消失。因此，第二腔體36的設(shè)置可有效避免拋棄光束313 iSA鏡頭34內(nèi)。同時(shí)，拋棄艦313的熱量也幾乎!綠二腔體36所吸收，而不會(huì)影響到反射式光閥33及鏡頭34等重要元件所處的第一腔體32。由于熱氣流有纟±±升的特性，所以在一較佳實(shí)施例中，第一開口35可設(shè)置于第一腔體32的上方，也就是第一腔體32內(nèi)的熱氣g升的方向上。
為了使第二腔體36可以有效地吸收拋棄光束313，第二腔體36可具有下列不同的實(shí)施例。
一、利用涂布或f鵬的方式，在第二腔體36的內(nèi)面形成光吸收層或抗反射層。
二第二腔體36本身即禾,光吸收材質(zhì)或抗反|#才質(zhì)制造。
另外，為了避免第二腔體36的熱量傳導(dǎo)魏一腔體32，第二腔體36本身可利用熱傳導(dǎo)性低于第一腔體32的材質(zhì)來制造，例如塑料。
請參照圖4，其示出本發(fā)明光學(xué)引擎的第二實(shí)施例。與第一實(shí)施例的差異在于第二實(shí)施例的第二腔體36的內(nèi)面形成1面散射結(jié)構(gòu)362。表面Mf結(jié)構(gòu)362可使拋棄光束313于第二腔體36內(nèi)面產(chǎn)生多次蹈寸，并增加光吸收面積，以更有效地去除拋棄光束313。
請參照圖5，其示出本發(fā)明光學(xué)弓摩的第三實(shí)施例。與第一實(shí)施例的差異在于第三實(shí)施例的第二腔體36形成一第二開口37，且第二開口37位于拋棄光束313的光路上。同時(shí)，第三實(shí)施例的光學(xué)引擎30還包括一第三腔體38，第三腔體38連接于第二腔體36，且M第二開口 37與第二腔體36相連通。
拋棄光束313 l錢二腔體36的內(nèi)面反射后，通過第二開口 37 iSA第三腔體38內(nèi)，且^三腔體38內(nèi)進(jìn)行多次的反射。同樣地，第三腔體38的內(nèi)面也適于吸收拋棄光束313的能量。因此，利用第三腔體38的設(shè)置，可增加!旭棄光束313的反射次im光吸i^面積、。
值得注意的是，本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)引擎30通常裝設(shè)于一投影機(jī)內(nèi)，以作為投影機(jī)的最核心的裝置。并且，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，常規(guī)技術(shù)的投影畫面的畫質(zhì)對比度為2400， DMD的溫度為68.3"C(環(huán)境溫變?yōu)?5°C)。而采用本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)引擎30時(shí)，投影畫面的畫質(zhì)對比度為2600， DMD33的溫度為63.3。C(環(huán):^顯度為25°C)，對比度與溫度都明顯i也優(yōu)于常^見技術(shù)。
綜上所述，上述實(shí)施例的光學(xué)弓摩具有下列優(yōu)點(diǎn)I 、光學(xué)引擎的腔體型態(tài)的設(shè)計(jì)可有效改變拋棄光束的行3S^各徑，使其產(chǎn)生多次反射，以衰減拋棄光束的能量。由此，反射式光閥及鏡頭等重要元件所處的第一腔體的agiEST斷氏，以減輕反射式光閥與鏡頭的熱負(fù)載，進(jìn)而提高元件可靠細(xì)頓絲。
二光學(xué)弓摩的腔體型態(tài)的設(shè)計(jì)可有效改變拋棄光束的行3^各徑，使其第一次反射的方向遠(yuǎn)離鏡頭，并產(chǎn)生多次反射，以衰減拋棄光束的能量。由此，拋棄光束便不會(huì)娜至鏡頭，而影響到鏡頭所挪的影像畫面。故可有效提升投影畫面的對比度。
三、本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)弓IW應(yīng)用到目前所剤頓DMD技術(shù)的投影機(jī)，且制造容易，不會(huì)增加帝隨成本，并可達(dá)到較常規(guī)技術(shù)更佳的效果。
以上戶腐僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，艮呔凡依本發(fā)明權(quán)利要求書及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，都仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。另夕卜本發(fā)明的任一實(shí)施例或權(quán)利要求不須達(dá)成本發(fā)明所揭露的全部目的或優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)。財(cái)卜，摘要部分和標(biāo)題僅是用來輔助專利文倂叟尋之用，并非用來限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。
ii
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)引擎，包括一光源系統(tǒng)，用以提供入射光束；一反射式光閥，位于該入射光束的光路上，用以接收該光源系統(tǒng)所發(fā)出的該入射光束，并調(diào)變該入射光束而反射出影像光束或拋棄光束；一第一腔體，該第一腔體的內(nèi)部具有該入射光束、該影像光束及該拋棄光束的光路，且該第一腔體提供第一開口，位于該拋棄光束的光路上；一鏡頭，連接于該第一腔體，且位于該影像光束的光路上，用以接收該影像光束，并將該影像光束投射成影像畫面；以及一第二腔體，連接于該第一腔體，且通過該第一開口與該第一腔體相連通，其中該拋棄光束通過該第一開口進(jìn)入該第二腔體內(nèi)，且在該第二腔體內(nèi)進(jìn)行二次以上的反射，該第二腔體的內(nèi)面適于吸收該拋棄光束的能量。
2. 如權(quán)利要求1 /湖的光學(xué)引擎，其中該拋棄光束于織二腔體內(nèi)的 第一次反射的方向遠(yuǎn)離該鏡頭。
3. 如權(quán)禾腰求1戶腿的光學(xué)引擎，其中織二腔體的內(nèi)面形成光吸收 層或抗反射層。
4. 如權(quán)利要求1戶腿的光學(xué)引擎，其中織二腔體的內(nèi)面麟表面散 射結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)禾腰求1戶腿的光學(xué)引擎，其中織二腔體的材質(zhì)為熱傳導(dǎo)性 低于該第一腔體的材質(zhì)。
6. 如權(quán)利要求5戶做的光學(xué)引擎，其中織二腔體的材質(zhì)為塑料。
7. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，其中該第一開口位于該第一腔體內(nèi) 的熱氣流上升的方向上及，一腔體的上方。
8. 如權(quán)利要求1戶腿的光學(xué)引擎，其中織二腔^Ji^第二開口，該 第二開口位于該拋棄光束的光路上，該光學(xué)引擎還包括第三腔體，該第三 腔體連接于i，二腔體，JS3M;該第二開口與，二腔體相M，該拋棄 光束ffi31該第二開口^A，三腔體內(nèi)，該第三腔體的內(nèi)面適于吸收該拋 棄光束的能量。
9. 如權(quán)利要求l戶脫的光學(xué)引擎，其中該反射敬閥為數(shù)字微鏡面元件。
10. 如權(quán)禾腰求1戶脫的光學(xué)引擎，其中該反射式光閥為單晶硅反射 式液晶芯片。
11. 一種投影禾幾，具有光學(xué)引擎，該光學(xué)引m括一光源系統(tǒng)，用以Jlf共入射光束；一反射式光閥，位于該入射光束的光路上，用以接收該光源系統(tǒng)所發(fā)出的該/J寸光束，并調(diào)變^A射光束而g出影像光束或拋棄光束；一第一腔體，該第一腔體的內(nèi)部具有i^A射光束、該影像光束及該拋 棄光束的光路，且，一腔#^{共第一開口，位于該拋棄光束的光路上；1頭，連接于該第一腔體，且位于該影像光束的光路上，用以接收該影像光束，并將該影像光束微成影像畫面；以及一第二腔體，連接于該第一腔體，5il過，一開口與，一腔體相 iiil，其中該拋棄光^il過該第一開口aA，二腔體內(nèi)，且在，二腔 體內(nèi)進(jìn)行二次以上的蹈寸，該第二腔體的內(nèi)面適于吸收該拋棄光束的能量。
12. 如權(quán)禾腰求ll戶脫的投影機(jī)，其中該拋棄光束于織二腔體內(nèi)的第一次反射的方向遠(yuǎn)離該鏡頭。
13. 如權(quán)利要求11所述的投影機(jī)，其中該第二腔體的內(nèi)面形成光吸收 層或抗反射層。
14. 如權(quán)禾腰求ll戶腐的投影機(jī)，其中織二腔體的內(nèi)面Jli共表面散 射結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)禾腰求ll戶腿的投影機(jī)，其中織二腔體的材質(zhì)為熱傳導(dǎo)性 低于該第一腔體的材質(zhì)。
16. 如權(quán)禾腰求15戶脫的投影機(jī)，其中i織二腔體的材質(zhì)為塑料。
17. 如權(quán)利要求ll戶服的投影機(jī)，其中織一開口位于織一腔體內(nèi) 的熱氣流上升的方向上及i織一腔體的上方。
18. 如權(quán)利要求ll所述的投影機(jī)，其中該第二腔^Mf共第二開口，該 第二開口位于該拋棄光束的光路上，iM:學(xué)引擎還包括第三腔體，該第三 腔體連接于i織二腔體，Jil31i^二開口與i^二腔體相M，該拋棄 光束艦該第二開口駄織三腔體內(nèi)，該第三腔體的內(nèi)面適于吸收該拋 棄光束的能量。
19. 如權(quán)利要求11項(xiàng)戶腿的投影機(jī)，其中該反射式光閥為數(shù)字微鏡面 元件。
20. 如權(quán)利要求ll項(xiàng)所述的投影機(jī)，其中該反射式光閥為單晶硅反射 式、液晶芯片。
全文摘要
一種光學(xué)引擎，包括提供入射光束的光源系統(tǒng)、反射式光閥、第一腔體、鏡頭及第二腔體。反射式光閥設(shè)置于第一腔體內(nèi)，用以接收光源系統(tǒng)所發(fā)出的入射光束，并反射出影像光束或拋棄光束。第一腔體形成第一開口，位于拋棄光束的光路上。鏡頭連接于第一腔體，用以接收影像光束，并將其投射成影像畫面。第二腔體連接于第一腔體，且通過第一開口與第一腔體相連通。其中，拋棄光束通過第一開口進(jìn)入第二腔體內(nèi)，且在第二腔體內(nèi)進(jìn)行二次以上的反射。并且，第二腔體的內(nèi)面適于吸收拋棄光束的能量。
文檔編號(hào)G03B21/16GK101604114SQ20081012543
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者林宗慶, 黃文瑞 申請人:中強(qiáng)光電股份有限公司