光导管及投影显示系统 【技术领域】
本发明关于一种光导管及投影显示系统，特别涉及一种再利用反射光的光导管及投影显示系统。
现有技术
请参考图1，图1显示现有投影显示系统的局部示意图。如图1所示，现有投影显示系统主要包含一光源100，其具有椭圆面(Ellipsoid)聚光罩101及弧光灯(Arc lamp)102；一光导管120设有一导光部110，其中心处具有一圆孔，并由调整光源100与导光部110之间的距离而使光线穿过此圆孔；并且光导管120的周壁内面为反射面121(如图2所示)、而使从导光部110的圆孔进入光导管120的光线进行多次反射后再射出到外界，故得以均匀化光线；及一旋转式滤光器130，由一马达140而使其旋转，故当来自光导管120的光线照射在旋转的滤光器130时，将得以依序产生红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三原色，并由人的视觉暂留，因此，而使依序到达的三原色的光束达到全彩显像的效果。
详言之，如图3所示，在一实施例中，该滤光器130的表面通常形成呈螺旋状配置的三原色滤膜，即红色滤膜、绿色滤膜、及蓝色滤膜，故光线于既定时间照射在旋转的滤光器130时，滤光器130可在过滤后依序产生三原色光束。在使用投影显示系统时，当白光照射在滤光器130的红色薄膜时，则绿色光束及蓝色光束两者被红色滤膜反射而滤除，故此时通过滤光器130而产生的红色光束的亮度仅为原始光线亮度约三分之一、亦即固有的滤光器130将浪费约三分之二的原始光线。
为了减少固有的滤光器130所造成的光线浪费而提高光线的利用效率，现有技术在光导管120的导光部110地圆孔周围内面设置镜面1201或反射膜。因此，反射自滤光器130的特定光束在经过光导管120的反射面121的一次或多次反射后，势必入射在此镜面1201或反射膜而再被反射出光导管120的输出端1202，如此一来，被反射的光线即可再经由光导管120的反射面121及镜面1201的多次反射而加以利用。
然而，上述现有技术具有以下缺点。首先，为了避免自滤光器130反射的光束由该中心圆孔漏出，故必须缩小此圆孔，然而，这将造成无法完全利用弧光灯102所提供的光线的问题。再者，依据现有技术，由于反射自滤光器130的特定光束经由反射面121的反射后，有很大部分光束由圆孔漏出，故而大幅减少可再利用的光线。
有鉴于此，需要一种足以利用光源所提供的大部分光线且免于漏失自一反射面反射的光束，其能提高投影显示系统的光线利用效率且加强显示品质。
【发明内容】
因此，本发明的一目的为提供一种光导管及投影显示系统，其能够充分利用反射自滤光器的光线，从而提高投影显示系统的中的光线利用效率并加强显示品质。
依据本发明的第一实施例的光导管，其用于回收光导管输出端侧的一反射面所反射回的光线，其特征为：设有一接收端供接收光束及一输出端供输出光束，该接收端设有一输入区域及一反射区域，该接收端及输出端间的周壁均为反射面，该输出端还设有一聚光组件，该聚光组件对应该输入区域及反射区域，以当光束由该输入区域入射，部分光线经该聚光组件至光导管外部的反射面反射回光导管后，即由该聚光组件将反射回的光线聚至该反射区域，且因该聚光组件为对称的聚光透镜，其焦距又约略等于聚光组件至反射区域的距离，故可由反射区域将光线反射，无论光线在光导管内经过一次或多次反射，均可再投射出光导管外，以充分利用投射入光导管的光线。
优选地，该输入区域及该反射区域各占该光导管接收端宽度的一半，且该聚光组件的焦距约略等于该聚光组件至该反射区域的距离。
优选地，该聚光组件为一聚光透镜。
依据本发明的第二实施例的投影显示系统，包含：一光源，一光导管，设有一接收端供接收光束及一输出端供输出光束，该接收端设有一输入区域及一反射区域，该接收端及输出端间的周壁均为反射面，该输出端还设有一聚光组件，该聚光组件对应该输入区域及反射区域；一滤光器，用以过滤来自该光导管的光束，同时部分被反射回的光束反射至该光导管的输出端；一调变组件，供接收自该滤光器来的光束；及一投射组件，供放大并投射由该调变组件而来的光束至一屏幕；以当光源所发出的光束由该输入区域入射，经该聚光组件至光导管外部的滤光器反射回光导管后，即由该聚光组件将反射回的光线聚至该反射区域，则光线可由该反射区域再反射出该光导管至该滤光器。
优选地，该输入区域及该反射区域各占该光导管接收端宽度的一半，且该聚光组件的焦距约略等于该聚光组件至该反射区域的距离。
优选地，该聚光组件为一聚光透镜。
优选地，该滤光器为一色轮。
依据本发明的第三实施例，包含：一光源，提供三原色光；一光导管，设有一接收端供接收光束及一输出端供输出光束，该接收端设有一输入区域及一反射区域，该接收端及输出端间的周壁均为反射面，该输出端还设有一聚光组件，该聚光组件对应该输入区域及反射区域；一旋转滤光器，用以循序过滤来自该聚光组件的三原色光束，同时部分被反射回的光束反射至该聚光组件；一调变组件，供接收穿过该滤光器的光束；及一投射组件，供放大并投射由该调变组件而来的光束至一屏幕；以当光源所发出的光束由该输入区域入射，经该聚光组件至光导管外部的滤光器反射回光导管后，即由该聚光组件将反射回的光线聚至该反射区域，则光线即可由该反射区域再反射出该光导管至该滤光器。
优选地，该输入区域及该反射区域各占该光导管接收端宽度的一半，且该聚光组件的焦距约略等于该聚光组件至该反射区域的距离。
优选地，该聚光组件为一聚光透镜。
优选地，该旋转滤光器为一色轮。
优选地，该旋转滤光器为一具有螺旋分色滤膜的色轮。
附图简单说明
图1显示现有投影显示系统的局部示意图。
图2显示现有投影显示系统的光导管的放大示意图。
图3显示一实施例的滤光器局部表面图。
图4显示本发明的第一实施例的光导管及旋转式滤光器的示意图。
图5显示本发明的第二实施例的投影显示系统的示意图。
图6显示本发明的第三实施例图。
符号说明
1200接收端
1210输出端
122输入区域
123反射区域
100光源
101聚光罩
102弧光灯
110导光部
12、120光导管
13、121、17反射面
13’、130滤光器
14、140马达
16聚光组件
18调变组件
19投射组件
20中继透镜
实施方式
请参考图4，图4显示本发明的第一实施例的光导管12及旋转式滤光器130的示意图。
本实施例的光导管12不仅可用于均匀化来自输入区域122的光线、更用于回收其输出端1210侧的反射面13所反射回的光线。
详言之，光导管12的结构特征在于：具有一供接收光束10的接收端1200及一供输出光束的输出端1210，其中该接收端1200设有输入区域122及反射区域123，且接收端1200及输出端1210之间的周壁均为反射面17，并在输出端1210设置聚光组件16，该聚光组件16在本实施例为一对称的聚光透镜，而聚光组件16则面对该输入区域122及反射区域123。如此一来，当光线从输入区域122通过聚光组件16而入射至光导管12的外反射面13、该反射面13再将部分光束反射回光导管12时，则聚光组件16使被反射光线聚集于反射区域123，优选地，不仅使聚光组件16的中心位在光导管12的中心轴线上、还使输入区域122及反射区域123各占光导管12的接收端宽度的二分之一，且聚光组件16的焦距约略等于聚光组件16至反射区域123的距离。
不论来自输入区域122的光线在光导管12内的反射面17经过一次或多次反射，并经由聚光组件16输出至该反射面13，则由该反射面13将部分光线反射回光导管12后，设置在光导管12的输出端1210侧的聚光组件16即将自反射面13反射的光线聚集于反射区域123，且因该聚光组件16为对称的聚光透镜，其凸面面对接收端1200且平面面对反射面13，其焦距又约略等于聚光组件16至反射区域123的距离，故可由反射区域123将光线反射，无论光线在光导管12内经过一次或多次反射，均可再投射出光导管12外，藉以充分利用投射入光导管12的光线，进而提高投影显示系统的中的光线利用效率并加强显示品质。本发明人为了验证本实施例的光导管12与现有光导管120两者再利用现有的旋转式滤光器130的反射光线的效果，理论计算如下：假设光线经过光导管12与现有光导管120的反射损耗为19/20及旋转式滤光器130的光通量为1/3、且现有光导管120的中心圆孔面积为其端面面积的1/2时，则使用本实施例的光导管12及现有光导管120再利用反射光所能达到的总光通量分别为：
本实施例的光导管12：1/3+(2/3×19/20×19/20×1/3)＝0.53＝53％，及
现有光导管120：1/3+〔(2/3×19/20×1/2×19/20)×1/3〕+〔(2/3×19/20×1/2×19/20)×(2/3×19/20×1/2×19/20)×1/3〕+〔(2/3×19/20×1/2×19/20)3×1/3〕+…＝0.42＝42％。
由上可知，使用本实施例的光导管12再利用旋转式滤光器130的反射光所能达到的总光通量(即53％)远大于现有光导管120者(即42％)，故在投影显示系统应用本实施例的光导管12时，将足以提高投影显示系统的中的光线利用效率并大幅提高亮度而加强显示品质。此外，也足以消除因反射光所产生的高温，以解决投影显示系统的中的散热问题。
请参考图5，图5显示本发明的第二实施例的投影显示系统，其中本实施例的投影显示系统除了具有如第一实施例的投影显示系统的所有组件之外、还具有：一形成反射面的旋转式滤光器130，用于过滤来自光导管12的光束；一组中继透镜(Relay lens)20，供将滤光器130输出的光线聚光并进一步地可作像差改善；一调变组件18，该调变组件18在本实施例中为一数字微镜显示面板(DMD，Digital Mirror Device)，实施时并不局限于此种形式面板，用于接收来自中继透镜20的光束；及一投射组件19，用于放大来自调变组件18的光束并投射至屏幕。
因此，类似于第一实施例的投影显示系统，不论来自输入区域122的光线事先在光导管12内经过一次或多次反射，并经由聚光组件16输出至该旋转式滤光器130，则由该旋转式滤光器13将部分光线反射回光导管12后，设置在光导管12的输出端1210侧的聚光组件16即将自旋转式滤光器130反射的光线聚集于反射区域123，且因该聚光组件16为对称的聚光透镜，其焦距又约略等于聚光组件16至反射区域123的距离，故可由反射区域123将光线反射，无论光线在光导管12内经过一次或多次反射，均可再投射出光导管12外至旋转式滤光器130，以充分利用投射入光导管12的光线，进而提高本实施例的投影显示系统的中的光线利用效率并大幅提高亮度而加强显示品质。此外，也足以消除因反射光所产生的高温，以解决投影显示系统的中的散热问题。
请参考图6，图6显示本发明的第三实施例，其中本实施例除了以固定式滤光器13’取代旋转式滤光器130以外，其余的组件皆与图4完全相同，其中，该固定式滤光器13’为贴有单色滤光膜，如红色滤光膜，其光通量为1/2。
此外，本发明人进一步验证本实施例的光导管12与现有光导管120两者再利用现有的光通量为1/2的滤光器反射光线的效果，由理论计算：假设光线经过光导管12与现有光导管120的反射损耗为19/20及滤光器的光通量为1/2、且现有光导管120的中心圆孔面积为其端面面积的1/2时，则使用本实施例的光导管12及现有光导管120再利用反射光所能达到的总光通量分别为：
本实施例的光导管12：1/2+(1/2×19/20×19/20×1/2)＝0.73＝73％，及
现有光导管120：1/2+〔(1/2×19/20×1/2×19/20)×1/2〕+〔(1/2×19/20×1/2×19/20)×(1/2×19/20×1/2×19/20)×1/2〕+〔(1/2×19/20×1/2×19/20)3×1/2〕+…＝0.65＝65％。
由上可知，使用本实施例的光导管12再利用滤光器的反射光所能达到的总光通量(即73％)也远大于现有光导管120者(即65％)，故在投影显示系统应用本实施例的光导管12时，将足以提高投影显示系统的中的光线利用效率并大幅提高亮度而加强显示品质。此外，还足以消除因反射光所产生的高温，以解决投影显示系统的中的散热问题。
因此，类似于第一或第二实施例的投影显示系统，不论来自输入区域122的光线事先在光导管12内经过一次或多次反射，并经由聚光组件16输出至该滤光器13’，则由该滤光器13’将部分光线反射回光导管12后，设置在光导管12的输出端1210侧的聚光组件16即将自滤光器13’反射的光线聚集于反射区域123，以充分利用反射自反射面13的光线，进而提高本实施例的投影显示系统的中的光线利用效率并大幅提高亮度而加强显示品质。此外，还足以消除因反射光所产生的高温，以解决投影显示系统的中的散热问题。
以上所述者，仅为了用于方便说明本发明的优选实施例，而并非将本发明狭义地限制于该优选实施例。依本发明所做的任何变更，都在本发明权利要求的范围内。