投影系統的制作方法

專利名稱：投影系統的制作方法
技術領域：
本發明關于一投影系統；特別是利用一數字微鏡裝置(Digital Micromirror Device)進行兩光源模塊間切換的投影系統。
背景技術：
隨著科技快速發展，信息顯示科技日新月異，投影機的應用也越來越普及。 除了在辦公室、會議使用比例的增加外，投影機更逐漸成為家庭中不可或缺的娛樂 家電。在應用各種顯示技術的投影機中，采用美國德州儀器公司提供的核心技術與 元件所構成的數字光學處理(Digital Light Processing, DLP)投影機，因同時 具備了對比高、體積小且重量輕等優點，而逐漸成為市場主流。其中，為了提高投 影機的可靠度、延長光源壽命以及增加顯示亮度，業界更提出了一種可時序性切換 交替使用的雙光源模塊，俾增進數字光學處理投影機的顯示品質。
如圖1所示，其為一種傳統的投影裝置1，投影裝置l包含一光源系統ll及 一成像系統13。光源系統ll用以提供成像所需的光線，其包含一鏡輪lll、 一第 一光源模塊113、 一第二光源模塊115以及一控制器(圖未示出)。鏡輪111具有 交錯排列的多個反射區域及多個穿透區域，用以配合第一光源模塊113與第二光源 模塊115的切換使用。各光源模塊113、 115均具有一綠色、 一紅色及一藍色發光 二極管。
控制器分別控制第一光源模塊113及第二光源模塊115根據一第一主時序及 一第二主時序而發射出光束，以形成投射至鏡輪111的反射區域的一第一光線及投 射至鏡輪111的穿透區域的一第二光線。而所形成的第一光線與第二光線分別經由 鏡輪111的反射區域與穿透區域進入成像系統13以進行成像。
于此傳統的投影裝置l中，由于鏡輪111需以馬達驅動，導致整體裝置的體 積增加且產生噪音。再加上鏡輪lll為機械式的轉動結構，切換速度較慢，于時序 性切換時、抑或在反射區域與穿透區域交界處均造成光線散失，同時降低了光線的瞬時光通量。
如圖2所示，其為另一傳統的雙光源投影裝置2，其包含一光源系統21以及 一成像系統23。光源系統21用以提供成像所需的光線，其包含一第一光源(圖未 示出)、 一第二光源(圖未示出)、 一色輪211、 一光源驅動器213、 一數字微鏡 裝置驅動器215以及一第一數字微鏡裝置(Digital Micromirror Device, DMD) 217。其中數字微鏡裝置驅動器215用以輸出一第一控制信號210a以及一第二控制 信號210b，分別控制第一數字微鏡裝置217上的多個微鏡旋轉至一第一角度212a 或一第二角度212b。
第一光源根據第一時序而形成一第一光線214a，并投射至第一數字微鏡裝置 217，經過第一數字微鏡裝置217上旋轉至第一角度212a的微鏡裝置(圖未示出) 反射后，第一光線214a通過色輪211并繼續投射至成像系統23。而第二光源則根 據第二時序而形成一第二光線214b，投射至第一數字微鏡裝置217，經過第一數字 微鏡裝置217上旋轉至第二角度212b的微鏡裝置反射后，第二光線214b通過色輪 211并繼續投射至成像系統23。成像系統23所包含的一第二數字微鏡裝置231則 根據第一光線214a及第二光線214b，分別調整其微鏡裝置(圖未示出)，進而將 成像投射至一屏幕233。
于此先前技術中，投影裝置2系以信號控制第一數字微鏡裝置217進行雙光 源間的切換，與投影裝置l相較下，可提供較快的切換速度以及較小的系統體積。 然而，與其它投影裝置多出的第一數字微鏡裝置217相較下，同時也增加了光損耗， 使成像亮度降低；而多出昂貴的數字微鏡裝置更大幅增加了裝置成本。
由上述可知，現有的投影裝置或以機械式進行切換而導致效率不佳，或以昂 貴的數字微鏡裝置進行切換而折損亮度并增加成本。是故，在具有一定的使用可靠 度、延長光源壽命以及增加成像亮度等基礎上，使具有雙光源的投影裝置能夠在雙 光源間快速切換，且能兼顧體積、成本、亮度及成像品質，便為此業界所亟需共同 努力的目標。

發明內容
本發明的一目的在于提供一投影系統，此投影系統系基于雙光源模塊的架構下，以既有的數字微鏡裝置經由電子信號控制光源模塊間的切換，不僅能延長光源 壽命進而提高系統的可靠度，更能提升切換速度、減少光線損耗、降低成本及整體 體積。
為達上述目的，本發明的投影系統包含一第一光源模塊、 一第二光源模塊、 一棱鏡模塊、 一數字微鏡裝置以及一透鏡裝置。第一光源模塊及第二光源模塊依照 一預設的時序，分別提供第一光線及第二光線，并投射進入棱鏡模塊。棱鏡模塊包 含三個棱鏡以及兩個間隙，藉以定義一第一反射機制與一第二反射機制。棱鏡模塊 接收第一光源模塊及第二光源模塊所提供的第一光線及第二光線后，分別利用第一 反射機制與第二反射機制，將光線反射至數字微鏡裝置。數字微鏡裝置中的多個微 鏡可旋轉至一第一角度或一第二角度。當多個微鏡位于第一角度時，適可將第一光 線成像并投射至一屏幕；當多個微鏡位于第二角度時，適可將第二光線成像并投射 至屏幕。通過電子信號控制既有的數字微鏡裝置中的微鏡角度，便能選擇配合時序 發光的光源模塊，達到光源切換的功效。
在參閱附圖及隨后描述的實施方式后，本發明所屬技術領域中具有通常知識 者便可了解本發明的目的，以及本發明的技術手段及實施態樣。


圖l為一傳統投影裝置示意圖； 圖2為另一傳統投影裝置示意圖3A為本發明第一實施例中投影系統的第一光線的光路示意圖； 圖3B為本發明第一實施例中投影系統的第二光線的光路示意圖； 圖4為本發明第一實施例投影系統的棱鏡模塊中各棱鏡內角示意圖； 圖5為本發明第一實施例的元件電性連接圖6A為本發明第二實施例投影系統中光源模塊疊置的示意圖；以及
圖6B為本發明第二實施例投影系統中散熱模塊鄰設于光源模塊的示意圖。
具體實施例方式
本發明的第一實施例為一投影系統3，其光路示意圖 圖3A及圖3B所示， 電路控制圖則如圖5所示。于此實施例中，投影系統3為一數字光學處理投影機projector, DLP projector)。投影系統3包含一雙光源模塊， 分別為一第一光源模塊31及一第二光源模塊33，該投影系統3還包含一棱鏡模塊 35、 一數字微鏡裝置(Digital Micromirror Device, DMD) 37、 一透鏡裝置39、 一 時序控制器50、 一第一光源驅動器51、 一第二光源驅動器52、 一第一開關53以 及一第二開關54。需說明的是，為便于說明及簡化圖式，投影系統3的部分光學 元件并未描述及繪出；前述各元件(例如第一光源模塊31、第二光源模塊33及棱 鏡模塊35間)的尺寸及間距亦僅為示意，并非確切比例；而各元件的相對位置亦不 限于本文所述，熟悉此項領域技術者可輕易推及至其它實施態樣。
經由電路控制，第一光源模塊31以及第二光源模塊33適可分別提供一第一 光線312以及一第二光線332。詳細而言，請參考圖5，第一光源驅動器51通過第 一開關53與第一光源模塊31及第二光源模塊33電性連接，第二光源驅動器52 則通過第二開關54與第一光源模塊31及第二光源模塊33電性連接。而時序控制 器50則與第一開關53及第二開關54電性連接。
時序控制器50輸出預設的一第一時序信號及一第二時序信號，其分別代表一 第一時序以及一第二時序，而第一時序信號及第二時序信號均傳送至第一開關53、 第二開關54及數字微鏡裝置37，以控制該等光源模塊31、 33依據該等時序信號 交替式地提供成像所需的光線。
更詳細而言，時序控制器50發出第一時序信號(相當于輸出一脈沖電壓)至 第一開關53及第二開關54，使第一光源驅動器51及第二光源驅動器52所提供的 電流通過，驅動第一光源模塊31，使其發出第一光線312，同時第二光源模塊33 不提供光線；另一方面，時序控制器50同時亦以第一時序信號控制數字微鏡裝置 37。
時序控制器50發出第二時序信號(相當于輸出另一脈沖電壓)至第一開關53 及第二開關54，使第一光源驅動器51及第二光源驅動器52所提供的電流通過， 驅動第二光源模塊33，使其發出第二光線332，同時第一光源模塊31不提供光線； 另一方面，時序控制器50同時亦以第二時序信號控制數字微鏡裝置37。
需說明的是，上述的時序控制器50的配置方式與數量，并不以此為限，舉例 而言，時序控制器50亦可分別裝置于該等光源模塊31、 33中，并用以分別提供該 等光源模塊31、 33時序性的控制信號。棱鏡模塊35包含一第一棱鏡351、 一第二棱鏡353以及一第三棱鏡355，并 具有一第一入光面352、一第一出光面354、一第二入光面356及一第二出光面358; 于此實施例中，棱鏡模塊35為一全反射棱鏡(Total Internal Reflection prism， TIR prism)。第一棱鏡351具有一第一側邊351a、 一第二側邊351b及一底邊351c， 第二棱鏡353具有一斜邊353a、 一側邊353b及一底邊353c，第三棱鏡355具有一 斜邊355a及一底邊355b。
第一棱鏡351的第一側邊351a與第三棱鏡355的一底邊355b相互對應且接 近，其間并定義有一第一間隙(air gap) 32，通過此第一間隙32及兩側的第一棱 鏡351與第三棱鏡355便構成了一第一反射機制；第一棱鏡351的第二側邊351b 與第二棱鏡353的一斜邊353a相互對應且接近，其間并定義有一第二間隙34，通 過此第二間隙34及兩側的第一棱鏡351與第二棱鏡353便構成了一第二反射機制。
同時，第一棱鏡351的底邊351c定義為棱鏡模塊35的第一入光面352，第二 棱鏡353的側邊353b以及底邊353c則分別定義棱鏡模塊35的一第二入光面356 以及一第一出光面354，第三棱鏡355的斜邊355a則是定義為棱鏡模塊35的第二 出光面358。
于此實施例中，各棱鏡均具有一相同折射率n，配合參閱圖4，其中第一棱鏡 351為一等腰三角形，具有一第一內角2(D，此第一內角20>為等腰三角形的頂角； 第二棱鏡353與第三棱鏡355均為一直角三角形，且均具有一第二內角0)。于其它 較佳實施態樣中，第一棱鏡351可為一正三角形。
再回到圖3A及圖3B，數字微鏡裝置37鄰設于第一出光面354，且具有數個 微鏡371(未完全繪出)，此等微鏡371適面對第一出光面354。如前所述，數字微 鏡裝置37與時序控制器50電性連接，當時序控制器50輸出第一時序信號時，更 輸出影像相關信息(例如一第一影像信號)至數字微鏡裝置37，以同時控制微鏡 371旋轉至第一角度372;而當時序控制器50輸出第二時序信號時，更輸出影像相 關信息(例如一第二影像信號)至數字微鏡裝置37，以同時控制微鏡371旋轉至 第二角度374，其中第二角度374與第一角度372之值實質相等且呈鏡像相反。
于此，將該等微鏡371所旋轉的第一角度372及第二角度374的絕對值設為S， 依其間所具有的對應關系，定義為下式0>=sin-l(l/n)-sin-l(sinS/n)。根據此式，熟 知此項技術領域者便能在棱鏡角度①、棱鏡折射率n以及微鏡旋轉角度絕對值5三個變量中進行調整，相互配合設計出不同實施態樣。舉例而言，此實施例的第一
角度372及第二角度374的絕對值(亦即5)均釆用12°。
透鏡裝置39鄰設于第二出光面358，用以集中來自第一光源模塊31及第二光源模塊33的第一光線312及第二光線332并投射出影像。下文將詳述各元件的運作過程及相關光線路徑。
請先參考圖3A，第一光源模塊31接受到第一時序信號時，便依第一時序產生第一光線312。第一光線312經由第一入光面352進入棱鏡模塊35，透過第一反射機制反射后，第一光線312將自第一出光面354射出，繼而投射至數字微鏡裝置37的該等微鏡371上。同時，時序控制器50更控制該等微鏡371依據影像相關信息旋轉至第一角度372，用以將第一光線312成像并且反射，通過第一出光面354返回棱鏡模塊35，而后第一光線312將經由第二出光面358射出，進入透鏡裝置39加以聚集，并投影至一屏幕(圖未示出)上形成影像畫面。
請再參考圖3B，第二光源模塊33接受到第二時序信號時，便依第二時序產生第二光線332。第二光線332經由第二入光面356進入棱鏡模塊35，透過第二反射機制反射后，第二光線332將自第一出光面354射出，繼而投射至數字微鏡裝置37的該等微鏡371上。同時，時序控制器50更控制該等微鏡371依據影像相關信息旋轉至第二角度374，用以將第二光線332成像并且反射，通過第一出光面354返回棱鏡模塊35，而后第二光線332如同第一光線312而經由第二出光面358射出，進入透鏡裝置39加以聚集，并投影至一屏幕上形成影像畫面。需說明的是，由于第二光源模塊33是相對第一光源模塊31設置于棱鏡模塊35的另一側，是故兩光源模塊31、 33對數字微鏡裝置37的入射光方向成鏡像相反。因此，對于同一影像，用以配合第二光線332而形成該影像的第二影像信號，需與用以配合第一光線312而形成該影像的第一影像信號呈相反表示。詳言之，若第一影像信號表示為正向(high)信號，則第二影像信號則表示為反向(low)信號，反之亦然。
于第一實施例中，第一光源模塊31及第二光源模塊33均為一高壓汞燈，于其它實施態樣中亦可利用發光二極管模塊作為雙光源模塊31、 33的發光來源，同
時配合時序交替地使用，謹舉例說明如下。
本發明的第二實施例如圖6A所示，于此實施例中，投影系統3'的雙光源模塊為第一發光二極管模塊31'及第二發光二極管模塊33'。每一發光二極管模塊31'、33'分別包含一紅色發光二極管31a及33a、 一綠色發光二極管31b、 33b以及一藍色發光二極管31c及33c，并利用合光板311、 313(例如十字分光鏡片組(X plate))匯聚各個顏色的發光二極管所產生的色光，而后發光二極管模塊31'、 33，所產生的光線，便被引導至棱鏡模塊35。
詳細而言，第一發光二極管模塊31'接收到第一時序信號后，依第一時序產生第一光線312，根據實際上的光路需求，經由一第一集光柱41a及至少一反射鏡43a、43b反射后再透過第一入光面352進入棱鏡模塊35。另一方面，第二發光二極管模塊33，接收到第二時序信號后，依第二時序產生第二光線332，并根據實際上的光路需求，經由一第二集光柱41b及至少一反射鏡43c、 43d反射后，透過第二入光面356進入棱鏡模塊35。進入棱鏡模塊35之后，第一光線312與第二光線332的光路便與第一實施例相同，故于此不另贅述。
以本實施例而言，如圖6A所示，第一發光二極管模塊31'及第二發光二極管模塊33'以堆棧方式設置。于此實施例中，投影系統3'中更設置有散熱模塊，用以針對各發光二極管模塊31'、 33'散熱，而該等散熱模塊亦可以堆棧方式設置。
如圖6B所示，散熱模塊包含一第一散熱模塊36及一第二散熱模塊(圖未示出)。第一散熱模塊36與第一發光二極管模塊31'對應設置。相似地， 一第二散熱模塊(圖未示出)與第二發光二極管模塊33'對應設置。其中，第一散熱模塊36及第二散熱模塊(圖未示出)均由多個風扇36a、多個散熱片36b及多個空氣流道36c組成。更詳細而言，第一散熱模塊36與第二散熱模塊(圖未示出)分別環繞于發光二極管模塊31'、 33，周圍，并以多個散熱片36b鄰接各個發光二極管。通過多個風扇36a的抽風及排風作用，使冷卻氣流行經多個散熱片36b及多個空氣流道36c，達成散熱的功效。
藉此，各發光二極管模塊31'、 33'及該等散熱模塊以堆棧方式集中設置于投影系統3'中，可有效簡化結構設計的復雜性，使投影系統3'的整體體積有效減小。較佳地，該等散熱模塊更可一體成型，以便更進一步精簡設計結構，并同時增加散熱功效。需說明的是，本實施例的散熱模塊僅用以說明，熟知此領域技術者當可輕易推及其它設置態樣。上述的實施例較佳地應用于以發光二極管作為發光光源的投影裝置，以增加投影影像的亮度。須注意的是，上述僅用于說明，并非用以限制本發明。于本發明的投影系統中，其雙光源模塊的使用改善了過去單光源損壞導致投影系統無法使用的狀況，提升了投影系統的亮度及可靠性。而于使用雙光源的投影系統中，本發明與現有機械式或以額外的數字微鏡裝置進行光源切換的方式相較下，更具有切換迅速、體積小、成本低廉且不易有光線漏失等優點，符合業界及使
用者所需。
上述實施例僅為例示性說明本發明的原理及其功效，以及闡釋本發明的技術特征，而非用于限制本發明的保護范疇。任何熟悉本技術者的人士均可在不違背本發明的技術原理及精神的情況下，可輕易完成的改變或均等性的安排均屬于本發明所主張的范圍。因此，本發明的權利保護范圍以權利要求為準。
權利要求
1.一種投影系統，包含一棱鏡模塊，具有一第一入光面、一第二入光面、一第一出光面及一第二出光面，并定義一第一反射機制及一第二反射機制；一第一光源模塊，提供一第一光線；一第二光源模塊，提供一第二光線；一數字微鏡裝置，鄰設于該第一出光面，且具有多個微鏡，面對該第一出光面，該等微鏡適可自一第一角度旋轉至一第二角度；以及一透鏡裝置，鄰設于該第二出光面；其中該第一光線適可自該第一入光面進入該棱鏡模塊，經由該第一反射機制反射后，自該第一出光面射出至該數字微鏡裝置的該等微鏡上，當該等微鏡處于該第一角度時，該第一光線適可由該等數字微鏡反射回該棱鏡模塊內，而后由該第二出光面射出，進入該透鏡裝置；該第二光線適可自該第二入光面進入該棱鏡模塊，經由該第二反射機制反射后，自該第一出光面射出至該數字微鏡裝置的該等微鏡上，當該等微鏡處于該第二角度時，該第二光線適可由該等數字微鏡反射回該棱鏡模塊內，而后由該第二出光面射出，進入該透鏡裝置。
2. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，該棱鏡模塊為一內部全反射 棱鏡模塊。
3. 如權利要求2所述的投影系統，其特征在于，該棱鏡模塊包含-一第一棱鏡，具有一底邊以界定該第一入光面；一第二棱鏡，具有一側邊以界定該第二入光面,及一底邊以界定該第一出光面；以及一第三棱鏡，具有一斜邊以界定該第二出光面。
4. 如權利要求3所述的投影系統，其特征在于該第一棱鏡另包含一第一側邊及一第二側邊，第三棱鏡另包含一底邊，其中該 第一側邊與該第三棱鏡的該底邊互相對應且接近，以構成該第一反射機制；及該第二棱鏡另包含一斜邊，該第二棱鏡的該斜邊與該第二側邊互相對應且接 近，以構成該第二反射機制。
5. 如權利要求3所述的投影系統，其特征在于，該第一棱鏡與該第三棱鏡之間定義有一第一間隙，該第一棱鏡與該第二棱鏡之間定義有一第二間隙。
6. 如權利要求3所述的投影系統，其特征在于，該第一棱鏡為一等腰三角形， 該第二棱鏡與該第三棱鏡均為一直角三角形。
7. 如權利要求6所述的投影系統，其特征在于，該等微鏡所旋轉的該第一角 度及該第二角度的絕對值均為S，各該棱鏡均具有一折射率n，該第一棱鏡具有一 第一內角20)，該第二棱鏡與該第三棱鏡均具有一第二內角0)，且其間具有一對應 關系0=sin-l(l/n)-sin-1(sin 5/n)。
8. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，該第二角度與該第一角度的 值實質相等且呈鏡像相反。
9. 如權利要求8所述的投影系統，其特征在于，該第一角度及該第二角度的 絕對值均為12°。
10. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，該第一光源模塊與該第二 光源模塊為一高壓汞燈。
11. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，各該光源模塊具有一紅色 發光二極管、 一藍色發光二極管與一綠色發光二極管。
12. 如權利要求11所述的投影系統，其特征在于，該第一光源模塊與該第 二光源模塊系堆棧設置，而該第一光線及該第二光線分別經至少一反射鏡反射后， 進入該第一入光面及該第二入光面。
13. 如權利要求12所述的投影系統，其特征在于，更包含一第一散熱模塊 與一第二散熱模塊，分別與該第一光源模塊及該第二光源模塊對應設置，其中該第一散熱模塊與該第二散熱模塊是堆棧設置。
14. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，該第一光源模塊與該第二 光源模塊依一時序交替提供該第一光線及該第二光線。
15. 如權利要求14所述的投影系統，其特征在于，更包含一第一光源驅動 器及一第二光源驅動器。
16. 如權利要求15所述的投影系統，其特征在于，該第一光源驅動器通過一第一開關與該第一光源模塊及該第二光源模塊電性連接。
17. 如權利要求16所述的投影系統，其特征在于，該第二光源驅動器通過 一第二開關與該第一光源模塊及該第二光源模塊電性連接。
18. 如權利要求17所述的投影系統，其特征在于，更包含一時序控制器與 該第一開關及該第二開關電性連接。
19. 如權利要求1所述的投影系統，其特征在于，該投影系統為一數字光學 處理投影系統。
全文摘要
本發明提供一種投影系統，其包含一第一光源模塊、一第二光源模塊、一棱鏡模塊、一透鏡裝置以及一數字微鏡裝置。上述二光源模塊依特定時序分別提供第一光線及第二光線；棱鏡模塊中定義有一第一反射機制及一第二反射機制；數字微鏡裝置具有多個微鏡。第一光線進入棱鏡模塊并經第一反射機制反射后，射出至微鏡上，當微鏡處于第一角度時，適可將第一光線反射至透鏡裝置以進行成像。第二光線進入棱鏡模塊并經第二反射機制反射后，射出至微鏡上，當微鏡處于第二角度時，適可將第二光線反射至透鏡裝置以進行成像。因此配合特定時序及微鏡角度，便能在兩個光源模塊間進行切換。
文檔編號G03B21/16GK101598890SQ20091014895
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月4日 優先權日2008年6月5日
發明者黃俊杰 申請人:臺達電子工業股份有限公司