CN1570752A

CN1570752A - 折射投影器用的发光装置

Info

Publication number: CN1570752A
Application number: CN 03132833
Authority: CN
Inventors: 吕兴增; 胡锦标
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-01-26

Abstract

本发明是有关一种折射投影器用的发光装置，主要包括：一光源；一反射式导光板，位于该光源的一侧，用以反射并均匀化来自该光源的光；一绕射镜片组，位于该反射式导光板反射出光的一侧，用以对该反射式导光板反射的光进行集光及降低光散射；一半穿透式镜片，位于该绕射镜片组相对于该反射式导光板的一侧，用以反射由该绕射镜片组所传来的光线；以及一显示单元，位于该半穿透式镜片反射出光的一侧，以接收由该半穿透式镜片所传来的光线并反射之；其中，该绕射镜片组位于该反射式导光扳与该半穿透式镜片之间，该显示单元不位于该绕射镜片组与该反射式导光板形成的直线上。

Description

折射投影器用的发光装置

技术领域

本发明是关于一种发光装置，尤其是指一种适用于各种显示装置光源的折射投影器用的发光装置。

背景技术

目前一般折射投影器皆是利用灯管或灯泡作为发光源，且分置于所欲投射影像的左右或上下两侧，以提供充足的光源，之后通过由其光线照射至所欲投射的影像，而将影像带至后续的折射或投影元件，进行放大及投影。然而灯管占用空间大，且分置于所欲投射影像的左右或上下两侧时，会有光度不均匀的现象，同时其耗电量也相当大。

而现代的投影显示器，均倾向于迎合轻薄短小的趋势，传统的灯管作为发光源，有体积难以缩小的缺点。尤其当体积缩小之后，如何使光线均匀地投射于显示器(例如微显示器)，并减少耗电量，提高亮度，为业界亟欲解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种折射投影器用的发光装置，以便能提供一光度均匀、省电且体积小的光源。

为实现上述的目的，本发明一种折射投影器用的发光装置，主要包括：

一光源；一反射式导光板，位于该光源的一侧，用以反射并均匀化来自该光源的光；一绕射镜片组，位于该反射式导光板反射出光的一侧，用以对该反射式导光板反射的光进行集光及降低光散射；一半穿透式镜片，位于该绕射镜片组相对于该反射式导光板的一侧，用以反射由该绕射镜片组所传来的光线；一显示单元，位于该半穿透式镜片反射出光的一侧，以接收由该半穿透式镜片所传来的光线并反射之；

其中，该绕射镜片组位于该反射式导光扳与该半穿透式镜片之间，该显示单元不位于该绕射镜片组与该反射式导光板形成的直线上；且该光源发射出的光，是经由该反射式导光板反射至该绕射镜片组，并穿透该绕射镜片组，之后经由该半穿透式镜片反射至该显示单元，再经由该显示单元反射并穿透该半穿透式镜片送出。

所述的折射投影器用的发光装置，其中该绕射镜片组包含一水平绕射镜片与一垂直绕射镜片。

所述的折射投影器用的发光装置，其中该半穿透式镜片的光穿透率大于90％。

所述的折射投影器用的发光装置，其中该半穿透式镜片的光反射率小于或等于50％。

本发明折射投影器用的发光装置的光源发出的光种类无限制，可为任何的可见光，较佳为轮流发出红、绿、蓝三原色光。其发出的光的周期为其发光周期小于人体眼睛视觉暂留时间的三分之一。本发明折射投影器用的发光装置的半穿透式镜片，其光穿透率较佳为介于40～90％。本发明折射投影器用的发光装置的半穿透式镜片种类无限制，较佳为偏振分光膜(PBS)。本发明折射投影器用的发光装置的显示单元可为公知的显示器，较佳为微平面显示器，更佳为LCD、LTPS LCD，L-COS微显示器或DMD微显示器。本发明折射投影器用的发光装置的绕射镜片组用以提高自该反射式导光板发出的光线的半辉度角。本发明的发光装置可应用于任何影像、图片、符号及文字显示的显示装置，较佳为眼镜型(Goggle type)或头盔型(Head Mount)折射投影装置。

本发明的发光装置可应用于任何影像、图片、符号及文字显示的显示装置，如眼镜型(Goggle type)或头盔型(Head Mount)折射投影装置、液晶电视、液晶计算机显示器、手提计算机显示器、携带型DVD、汽车、火车、飞机载电视、GPS显示、博彩游戏机、便携电视、儿童学习机、掌上计算机、游戏机、OA工业仪器显示、可视电话等。

为实现上述目的，本发明提供折射投影装置，主要包括：二发光单元，其中每一发光单元包含一光源；一反射式导光板，位于该光源的一侧，用以反射并均匀化来自该光源的光；一绕射镜片组，位于该反射式导光板反射出光的一侧，用以对该反射式导光板反射的光进行集光及降低光散射；一半穿透式镜片，位于该绕射镜片组相对于该反射式导光板的一侧，用以反射由该绕射镜片组所传来的光线；以及一显示单元，位于该半穿透式镜片反射出光的一侧，以接收由该半穿透式镜片所传来的光线并反射之；其中，该绕射镜片组位于该反射式导光板与该半穿透式镜片之间，该显示单元不位于该绕射镜片组与该反射式导光板形成的直线上；且该光源发射出的光，是经由该反射式导光板反射至该绕射镜片组，并穿透该绕射镜片组，之后经由该半穿透式镜片反射至该显示单元，再经由该显示单元反射，并穿透该半穿透式镜片后送出该发光单元；

二反射单元，位于该发光单元的一侧，用以偏折自该发光单元射出的光线，且其中该二发光单元位于该二反射单元之间；二折射镜组，位于该反射单元的一侧，但该折射镜组不位于该反射单元及该发光单元形成的直线，用以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线；以及二虚像成像镜组，是分别位于该二折射镜组的另一侧，以偏折由该折射镜组所传来的光线，且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的影像转换成虚像；其中，该折射镜组位于该反射单元与该虚像成像镜组之间；且该显示单元所显示的影像，是经由该发光单元送出后，经由该反射单元偏折至该折射镜组，并穿透该折射镜组偏折形成一与原影像倒立的实像，再经由该虚像成像镜组转换成与原影像倒立的虚像。

所述的折射投影装置，其中该光源可轮流发出红、绿、蓝三原色光。

所述的折射投影装置，其中该半穿透式镜片的光穿透率大于90％。

所述的折射投影装置，其中该半穿透式镜片的光反射率小于或等于50％。

所述的折射投影装置，其中该半穿透式镜片为一偏振分光膜。

所述的折射投影装置，其中该显示单元为一平面微显示器。

所述的折射投影装置，其中该显示单元为LCD、L-COS微显示器或DMD微显示器。

所述的折射投影装置，其中该绕射镜片组用以提高自该反射式导光板发出的光线的半辉度角。

所述的折射投影装置，其用以提供眼镜型显示装置或头盔型显示装置。

所述的折射投影装置，其中该折射镜组同时具有聚光及放大影像的功能以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线，形成放大实像；且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的实像转换成虚像。

所述的折射投影装置，其中该折射镜组为一聚光镜组。

所述的折射投影装置，其中该折射镜组与该反射单元入射面法线形成一夹角Y；且该夹角Y大于0度，小于90度。

所述的折射投影装置，其中每一折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

所述的折射投影装置，其中该折射镜组为一凸透镜，用以偏折该反射单元的光线，并同时放大穿透该折射镜组的影像。

所述的折射投影装置，其中该反射单元为一具反射功能的三棱镜。

所述的折射投影装置，其中该第二折射镜组为一凸透镜，用以偏折该第二反射单元的光线，并同时放大穿透该第二折射镜组的影像。

所述的折射投影装置，其中每一第二折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

所述的折射投影装置，其中该虚像成像镜组为一凹面镜或凹透镜。

所述的影像显示装置，其中该虚像成像镜组为平面镜。

所述的影像显示装置，其中经该折射镜组形成的实像与该虚像成像镜组之间距小于该虚像成像镜组的焦距。

所述的影像显示装置，其中该夹角Y介于0度及70度之间。

所述的影像显示装置，其中该折射镜组与该虚像成像镜组之间距大于该折射镜组的焦距。

所述的影像显示装置，其中该反射单元反射的像与该折射镜组间距介于该折射镜组的焦距与其两倍焦距之间。

所述的影像显示装置，更包含至少一半固态液晶层遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

所述的影像显示装置，其更包含至少一可调式遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

附图说明

图1是本发明发光装置的剖视图；

图2是本发明发光装置的立体图；

图3是本发明的一实施例眼镜型折射投影装置内部的立体图；

图4是本发明的一实施例眼镜型折射投影装置内部的侧视图与虚像成像原理；

图5是本发明的另一实施例眼镜型折射投影装置内部的立体图；

图6是本发明的又一实施例眼镜型折射投影装置内部的立体图；

图7是图6本发明的又一实施例眼镜型折射投影装置内部的俯视图；

图8是本发明的再一实施例眼镜型折射投影装置内部的立体图。

具体实施方式

为能让贵审查委员能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。

实施例1

请同时参照图1、图2，本发明发光装置的剖视图与立体图。本发明的发光装置1包含一外壳5，内含可轮流发出红、绿、蓝三原色光的光源10，且其发光周期小于人体眼睛视觉暂留时间的三分之一，以于眼睛视觉暂留期间将形成影像的各原色光完全送达眼睛，使眼睛看到完整的影像。反射式导光板20位于光源10的一侧，用以将来自光源10的光反射至绕射镜片组30，并使光均匀化。绕射镜片组30位于反射式导光板20的下侧，包含水平绕射镜片31与垂直绕射镜片32，用以对反射式导光板20反射的光进行集光，即提高光线的半辉度角，使散射的光线可调整成为平行光，同时降低光散射。偏振分光膜(PBS)40，位于绕射镜片组30的下侧，其光反射率为50％，光穿透率为90％，用以反射由绕射镜片组30传来的光线，并使L-COS微显示器50反射的光得以穿透，以节省发光装置的空间。L-COS微显示器50位于偏振分光膜40反射出光的一侧，以接收由偏振分光膜40所传来的光线，并将其反射后再穿通过偏振分光膜40，以将L-COS微显示器50显示的影像送至后续的折射投影器。

光源10发射出的光，是经由反射式导光板20反射至绕射镜片组30，并穿透绕射镜片组30，之后经由偏振分光膜40反射至L-COS微显示器50，再经由L-COS微显示器50反射并带出L-COS微显示器50上显示的影像，然后穿透偏振分光膜40而送出本发明的发光装置1，以将L-COS微显示器50上显示的影像传送至后续的折射投影器，进行放大投影。本发明的发光装置能有效提供显示器高均匀度、省电、及占用空间小的光源，可选择性地与任一影像显示装置相结合，尤其适合作为眼镜型或头盔型显示装置的光源。

实施例2

请参照图3。图3是本发明眼镜型折射投影装置内部的剖面图。本实施例包含一T字型壳体，内含如图1所示的发光装置1与2，二个三菱镜240与241(反射单元)，二非等曲率凸透镜250与251(折射透镜组)，以及二经部分镜面处理的凹面镜260与261(虚像成像单元)。其中，该二发光装置1与2是置于该T字型壳体的中心位置，该二发光装置1与2的另一侧则分别置有三棱镜240与三棱镜241，使得该二发光装置1与2皆位于该二三棱镜240与241之间。三棱镜240与241下方分别置有凸透镜250与251，该凸透镜250与251下方分别为凹面镜260与261。

其中该凸透镜250与251并安排成使由三棱镜240、241来的入射光与该凸透镜250与251与该反射单元入射面法线形成一30度的夹角Y。

由发光装置1与2发出的光线，分别向左右两方进入至三棱镜240与241处。之后再反射至凸透镜250与251处，将原影像转换形成一倒立放大实像，的后再经过该凹面镜260与261，再一次放大，形成一倒立放大虚像。

请参照图4，图4是本发明眼镜型折射投影装置内部的侧视图。此图显示该三棱镜240会将L-COS微显示器50所提供的影像偏折折射至凸透镜250处，是影像271。且该影像271会落在该凸透镜250的焦距与两倍焦距之间某处，并依据凸镜成像原理，在该凸透镜250的另一侧的两倍焦距外会形成一上下倒立，左右方向不变的放大实像272(若有屏幕置于此则可看到一倒立放大实像)，该实像272的放大倍率取决于影像271与凸透镜250的距离，距离愈近则放大倍率愈高。而该实像272须落于该凹面镜260的焦距内，同样的，依据成像原理，在凹面镜260的另一侧会形成一放大虚像273，且该虚像273的放大倍率亦取决于该实像272与该凹面镜260之间的距离。值得注意的是，在本实施例中凸透镜250与凹面镜260之间没有屏幕，无法看到由凸透镜250形成的放大实像；因此，我们看到的现象是光线经由凸透镜250汇聚偏折至凹面镜260，之后于凹面镜260偏折投射至观测者眼中，但该光线无法于眼球上聚焦成实像，所以眼睛会延伸该光线至凹面镜260镜后，形成一与实像272方向相同的放大虚像273。

熟习此技术领域的人可认知到，为实现上述的成像设计，该三棱镜240、凸透镜250与凹面镜260三者须成一特定的相对位置，使得影像271可落于该凸透镜250的焦距与两倍焦距之间，且实像272可落于该凹面镜260的焦距内。

实施例3

本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于该虚像成像单元由凹面镜260置换为平面镜。如此，所形成的影像只经过凸透镜250一次折射与放大作用，之后再经由平面镜转换成虚像，平面镜不具有放大作用。但本实施例构造影像放大的倍率及作用，仍可由折射光线的凸透镜250所完成。

实施例4

本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于该虚像成像单元由凹面镜260置换为具40％反射率的凹透镜；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。但置换成凹透镜之后，观测者在观测影像时可同时看见外界环境。而因为本发明的装置因此折射投影形成虚像，当采用凹透镜作为虚像成像单元，该透射该凹透镜的光线，因为折射偏折角度较大，所以对于站在使用者前，且视线约略等高于眼镜型显示器的人，不会看到使用者正在使用或接收的影像及资料，其保密及隐私性佳，且不会干扰周遭其他人。

实施例5

本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于该虚像成像单元是由一面镜与凹透镜组合而成；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。该面镜可上下抽换，因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

实施例6

本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于该虚像成像单元是由一遮罩与凹透镜组合而成；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。该遮罩可上下抽换，因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

实施例7

本实施例构造大致如同实施例4所述，但不同之处在于该虚像成像单元外部加装一半固态液晶层遮罩350以及一偏光镜片360；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。但该半固态液晶层遮罩于通电时变为透明，使外界的光线通过，使用者可以于接收显示器影像的同时接受影像及监看周遭环境。当使用者关闭液晶层遮罩的电源，遮罩复遮除外界的光线，而为不受外界干扰进行资讯或影像的接收，所以可以通电与否决定其为透光或不透光状态，作为一光栅使用。因此可依观测者需要决定是否只观测影像，或是想同时看见外界环境。

实施例8

请参见图5。本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于该发光装置1、2与三棱镜240、241之间分别置有一视焦距压缩组280；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。视焦距压缩组280可产生景深加大的效果，使影像更为清晰。

实施例9

请参见图6、图7。本实施例构造大致如同实施例2所述，但不同之处在于仅使用一发光装置1，并利用凸透镜220与221及三棱镜230与231来将光线折射或反射至三棱镜240与241处；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。

实施例10

请参见图8。本实施例构造大致如同实施例8所述，但不同之处在于仅使用一发光装置1，并利用凸透镜220与221及三棱镜230与231来将光线折射或反射至三棱镜240与241处；其成像原理与放大倍率皆如同实施例2所述。

需注意的是，上述仅为实施例，而非限制于实施例。譬如此不脱离本发明基本架构，皆应为本专利所主张的权利范围，而应以专利权利要求范围为准。

Claims

1、一种折射投影器用的发光装置，其特征在于，主要包括：

一光源；

一反射式导光板，位于该光源的一侧，用以反射并均匀化来自该光源的光；

一绕射镜片组，位于该反射式导光板反射出光的一侧，用以对该反射式导光板反射的光进行集光及降低光散射；

一半穿透式镜片，位于该绕射镜片组相对于该反射式导光板的一侧，用以反射由该绕射镜片组所传来的光线；

一显示单元，位于该半穿透式镜片反射出光的一侧，以接收由该半穿透式镜片所传来的光线并反射之；

其中，该绕射镜片组位于该反射式导光扳与该半穿透式镜片之间，该显示单元不位于该绕射镜片组与该反射式导光板形成的直线上；且

该光源发射出的光，是经由该反射式导光板反射至该绕射镜片组，并穿透该绕射镜片组，之后经由该半穿透式镜片反射至该显示单元，再经由该显示单元反射并穿透该半穿透式镜片送出。

2、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该光源可轮流发出红、绿、蓝三原色光。

3、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该绕射镜片组包含一水平绕射镜片与一垂直绕射镜片。

4、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片的光穿透率大于90％。

5、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片的光反射率小于或等于50％。

6、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片为一偏振分光膜。

7、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该显示单元为一平面微显示器。

8、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该显示单元为LCD、L-COS微显示器或DMD微显示器。

9、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其中该绕射镜片组用以提高自该反射式导光板发出的光线的半辉度角。

10、根据权利要求1所述的折射投影器用的发光装置，其特征在于，其是用以提供眼镜型或头盔型折射投影装置的光源。

11、一种折射投影装置，其特征在于，主要包括；

二发光单元，其中每一发光单元包含一光源；

一半穿透式镜片，位于该绕射镜片组相对于该反射式导光板的一侧，用以反射由该绕射镜片组所传来的光线；以及

其中，该绕射镜片组位于该反射式导光板与该半穿透式镜片之间，该显示单元不位于该绕射镜片组与该反射式导光板形成的直线上；且

该光源发射出的光，是经由该反射式导光板反射至该绕射镜片组，并穿透该绕射镜片组，之后经由该半穿透式镜片反射至该显示单元，再经由该显示单元反射，并穿透该半穿透式镜片后送出该发光单元；

二反射单元，位于该发光单元的一侧，用以偏折自该发光单元射出的光线，且其中该二发光单元位于该二反射单元之间；

二折射镜组，位于该反射单元的一侧，但该折射镜组不位于该反射单元及该发光单元形成的直线，用以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线；以及

二虚像成像镜组，是分别位于该二折射镜组的另一侧，以偏折由该折射镜组所传来的光线，且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的影像转换成虚像；

其中，该折射镜组位于该反射单元与该虚像成像镜组之间；且

该显示单元所显示的影像，是经由该发光单元送出后，经由该反射单元偏折至该折射镜组，并穿透该折射镜组偏折形成一与原影像倒立的实像，再经由该虚像成像镜组转换成与原影像倒立的虚像。

12、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该光源可轮流发出红、绿、蓝三原色光。

13、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片的光穿透率大于90％。

14、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片的光反射率小于或等于50％。

15、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该半穿透式镜片为一偏振分光膜。

16、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该显示单元为一平面微显示器。

17、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该显示单元为LCD、L-COS微显示器或DMD微显示器。

18、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该绕射镜片组用以提高自该反射式导光板发出的光线的半辉度角。

19、根据权利要求11所述的折射投影装置，其用以提供眼镜型显示装置或头盔型显示装置。

20、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该折射镜组同时具有聚光及放大影像的功能以分别偏折自该反射单元穿透或反射的光线，形成放大实像；且该虚像成像镜组将该折射镜组所形成的实像转换成虚像。

21、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该折射镜组为一聚光镜组。

22、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该折射镜组与该反射单元入射面法线形成一夹角Y；且该夹角Y大于0度，小于90度。

23、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中每一折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

24、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该折射镜组为一凸透镜，用以偏折该反射单元的光线，并同时放大穿透该折射镜组的影像。

25、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该反射单元为一具反射功能的三棱镜。

26、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该第二折射镜组为一凸透镜，用以偏折该第二反射单元的光线，并同时放大穿透该第二折射镜组的影像。

27、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中每一第二折射镜组为二单凸透镜，且该二单凸透镜的曲率不同。

28、根据权利要求11所述的折射投影装置，其特征在于，其中该虚像成像镜组为一凹面镜或凹透镜。

29、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，其中该虚像成像镜组为平面镜。

30、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，其中经该折射镜组形成的实像与该虚像成像镜组之间距小于该虚像成像镜组的焦距。

31、根据权利要求22所述的影像显示装置，其特征在于，其中该夹角Y介于0度及70度之间。

32、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，其中该折射镜组与该虚像成像镜组之间距大于该折射镜组的焦距。

33、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，其中该反射单元反射的像与该折射镜组间距介于该折射镜组的焦距与其两倍焦距之间。

34、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，更包含至少一半固态液晶层遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。

35、根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，其更包含至少一可调式遮罩于该虚像成像单元的一侧，以控制外界光线的进入。