本節將對先前光學模擬之設計結果以 pro/engineer 軟體建構成 光機。由模擬結果得知，需要機構固定的光學元件有：燈泡、濾光片、
色輪、積分柱、聚反光鏡片組、DMD 及鏡頭。
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首先是燈泡的固定，考量到燈泡是一種消耗品，壞掉後或使用壽 命到期時需更換，所以需要將燈泡於光機系統內獨立出來成為一個模 組並加以固定。本實驗所使用的燈泡為歐斯朗 280 瓦的燈泡，先將燈 廠提供的 3D 檔 Import 至 Pro/E 內，並開始建立固定燈泡與 UV-IR 的 承靠件，因為燈泡會產生高溫，所以此料件以鋁鎂合金件製作。承靠 件完成後再來是固定件，因為燈泡會熱漲冷縮，所以固定件通常以有 彈性的不銹鋼材料製作。最後，因為燈泡需插拔與電源插頭，所以需 要設計燈泡底座。
圖 4-19 燈模組
考慮到模具拆模可行性與組裝可拆性，所以將光學料件分成三部 份來固定，先將色輪、積分柱、Condensor 1與Condensor 2此4個光 學零件利用彈片固定的方式鎖附於光機基座，因為Condensor 1與
60
Condensor 2為圓形，考慮模具拆模因素，將固定Condensor 1與 Condensor 2的區域設計成只固定半圓。其中因為色輪有馬達的原 故，所以需要有橡膠件來減少震動的發生。
圖 4-20 鏡片模組
再來將Relay與Mirror以彈片固定方式鎖附於光機下蓋，因為熱 會從燈泡端一直傳導至鏡頭端，所以為了斷熱，此光機下蓋將以熱固 性塑膠(BMC)的材料來製作。
61
圖 4-21 下光機模組
最後，考量DMD晶片與鏡頭的固定公差需保持在0.05mm之內，所 以將此二個光學零件固定於光機上蓋，光機上蓋除了DMD晶片、電路 板與鏡頭，還需考量off光與DMD晶片的散熱，因為投影機長時間的點 燈，熱的能量累積是很可觀的，所以需設計散熱片，以保獲光學零件 的壽命。
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圖 4-22 上光機模組 4.6 組裝流程
本節將由pro/engineer軟體建構成的機構模型製作成樣品，並對 此光機進行實體組立、調整及相關功能測試等工作。為了瞭解實際操 作狀況，先對組立流程與結果、調整治具與調整流程與結果加以說明。
將彈片固定燈泡於燈泡承靠件上，並用螺絲鎖附於基座，基座上 裝上電源插座與插拔件，最後燈泡前端再裝上UR-IR鏡片，成為燈泡 模組。
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圖 4-23 燈模組實體圖
將off光散熱片鎖附於光機上蓋，並依序套上橡膠墊、擋雜散片、
DMD晶片、DMD電路板與DMD散熱片，成為光機上蓋模組。
圖 4-24 上光機模組實體圖
64
利用彈片鎖附將Relay 與Mirror固定於光機下蓋，成為光機下蓋 模組。
圖 4-25 下光機模組實體圖
利用彈片鎖附將Rod固定於光機基座，再將Condensor 1與 Condensor 2與色輪固定於光機基座另一側，成本光機基座模組。
圖 4-26 鏡片模組實體圖
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將光機上蓋模組、光機下蓋模組、光機基座模組，利用螺絲鎖附 的方式組於光機測試治具上。
圖 4-27 光機模組實體圖
最後將光機組上電源供應模組，並外掛一個風扇即完成組立。
圖 4-28 投影機實體圖
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五、實驗系統架構的設計與量測數據
在確認組立與基本操作功能符合預期後，對光機模組進行進一步 的規格測試，為了確認設計結果可以符合系統需求，需比較實際光機 測量亮度與均勻度，使用的設備與相關資料以及測試結果與相關改善 對策也在本文中被紀錄與提出。
5.1 實驗設備與材料 實驗設備︰
1. PC 1台
2. Chroma 訊號產生器2326(Pattern generator) 1台 3. Chroma Meter/Light Meter 色彩照度計CL-200 1台 4. 暗房 1間
5. 光學平台 1台
色彩照度計上有三個位置顯示資料，從左至右依序為光照度(Lux) 與色座標(x，y)，光照度代表單位面積的流明值，必須乘以總面積才 是總光通量。
圖 5-1 光照度計
67 稱做SAMPLE 1，另一台投影機稱做SAMPLE 2，以第三章節介紹的量測 規範做九點的量測，得到結果如下：
表 5-1 亮度量測值
SAMPLE 1 九點亮度值
2547 2870 2488
2846 3411 3177
3318 3676 3160
SAMPLE 2 九點亮度值
2444 2791 2388
2897 3399 3160
3249 3590 3084
由於面積同樣為0.92mx1.22m，將九點亮度值除面積後可得 SAMPLE 1亮度為3456流明，SAMPLE 2亮度為3233流明，SAMPLE 1亮度 值與系統設計模擬時的結果相同，但是SAMPLE 2的亮度值少了200流 明，經確認後與組裝無關，需分析光機各個相關光學零件的相關參數。
68
5.3 魚骨圖分析
根據田口玄一（Genichi Taguchi）博士在1949 年所提出的「品 質工程」的基本原理，以實驗進行系統參數最佳化設計的方法，重視
LAMP HOLDER
影響亮度變異
LENS
RELAY COLOR WHEEL
ROD CONDENSOR 1
LAMP
ENGINE BOTTOM
CONDENSOR 2
69
70 Original-average 4
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3430 3477 3492 3491 3477 3419 3421 3489 3408 3443 3492 3408 3455 Original-average -1
實驗2為CONDENSOR 2參數
表 5-3 CONDENSOR 2 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3261 3229 3228 3225 3237 3230 3228 3239 3256 3236 3261 3225 3237 Original-average 4
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3475 3437 3437 3414 3436 3439 3473 3518 3464 3486 3518 3414 3458 Original-average 2
實驗3為ENGIEN BOTTOM參數
表 5-4 ENGINE BOTTOM 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3248 3233 3221 3231 3259 3246 3231 3227 3238 3240 3259 3221 3237 Original-average 4
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3414 3436 3439 3470 3437 3435 3518 3473 3464 3486 3518 3414 3457 Original-average 1
實驗4為MIRROR參數
71
表 5-5 MIRROR 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3235 3224 3207 3224 3240 3201 3228 3241 3259 3244 3259 3201 3230 Original-average -3
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3437 3437 3424 3442 3441 3455 3518 3443 3486 3475 3518 3424 3456 Original-average 0
實驗5為CONDENSOR 1參數
表 5-6 CONDENSOR 1 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3233 3259 3246 3255 3233 3221 3227 3231 3238 3240 3259 3221 3238 Original-average 5
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3438 3447 3422 3469 3447 3468 3439 3460 3483 3478 3483 3422 3455 Original-average -1
實驗6為ROD參數
表 5-7 ROD 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3245 3266 3244 3230 3240 3234 3264 3236 3225 3237 3266 3225 3242 Original-average 9
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3460 3438 3447 3422 3470 3439 3473 3474 3464 3447 3474 3422 3453 Original-average -3
實驗7為POWER參數
表 5-8 POWER 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3257 3235 3229 3248 3232 3245 3248 3245 3240 3244 3257 3229 3242 Original-average 9
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3476 3443 3415 3418 3447 3460 3431 3502 3503 3478 3503 3415 3457
72
Original-average 1
實驗8為ENGINE TOP參數
表 5-9 ENGINE TOP 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3271 3250 3257 3252 3244 3270 3237 3236 3253 3236 3271 3236 3251 Original-average 18
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3439 3460 3483 3478 3408 3424 3422 3469 3447 3468 3483 3408 3450 Original-average -6
實驗9為COLORWHEEL參數
表 5-10 COLORWHEEL 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3238 3237 3311 3220 3236 3271 3224 3256 3314 3246 3314 3220 3255 Original-average 22
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3492 3491 3477 3419 3421 3489 3408 3443 3430 3477 3492 3408 3455 Original-average -1
實驗10為LENS參數
表 5-11 LENS 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3319 3249 3238 3244 3315 3225 3236 3273 3231 3259 3319 3225 3259 Original-average 26
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3518 3464 3486 3475 3437 3437 3414 3436 3439 3473 3518 3414 3458 Original-average 2
實驗11為DMD參數
表 5-12 DMD 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3228 3266 3296 3281 3296 3293 3251 3261 3289 3251 3296 3228 3271
73
Original-average 38
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3440 3489 3484 3466 3497 3498 3443 3434 3495 3406 3498 3406 3465 Original-average 9
實驗12為LAMP參數
表 5-13 LAMP 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min average
Sample 1 3223 3289 3276 3269 3252 3240 3309 3276 3287 3299 3209 3309 3209 3270 Original-average 47
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3460 3443 3515 3516 3490 3488 3455 3428 3431 3459 3516 3428 3468 Original-average 12
實驗13為LAMP HOLDER參數
表 5-14 LAMP HOLDER 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3295 3261 3281 3337 3270 3269 3262 3346 3253 3283 3346 3253 3286 Original-average 53
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3439 3473 3486 3489 3447 3460 3438 3472 3422 3470 3489 3422 3460 Original-average 4
實驗14為ENGINE參數
表 5-15 ENGINE 亮度值
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 1 3233 3270 3280 3309 3307 3281 3289 3275 3289 3310 3294 3310 3270 3291 Original-average 58
互換物料 Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 max min agerage
Sample 2 3456 3415 3418 3447 3460 3431 3502 3503 3478 3476 3443 3503 3415 3457 Original-average 1
74
圖5-7所示為sample 1和sample 2以魚骨圖分析的14個 因子在分別置換10個零件後的亮度趨勢線比較圖，X軸表示 14個因子次數，1為RELAY因子、2為CONDENSOR 2因子、3為 ENGINE BOTTOM因子、4為MIRROR因子、5為CONDENSOR 1因子、
6為ROD因子、7為LVPS+LAMP DRIVER因子、8為ENGINE TOP因
75 ENGINE與LAMP HOLDER的組裝定位與ENGINE TOP的結構設計，此三因 素目前仍待改善，需重新設計並加以定義生產公差。
76
表5-16為改變CONDENSOR 1參數後所得的模擬結果，直徑30.5mm 為原本的直徑尺寸，分別做30.45mm、30.4mm、30.55mm、30.6mm直徑 的變化後，結果顯示CONDENSOR 1 在原本直徑30.5mm時亮度為3450 流明，若直徑改為30.45mm時亮度為3433，直徑在30.4mm時亮度為
rod input 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 DMD 56.4346 56.401 56.4003 56.49356 56.5122 DMD_overfill 11.6004 11.4011 11.2419 11.6004 11.6004 DMD+overfill 68.035 67.8021 67.6422 68.09396 68.1126 screen 45.5342 45.3122 45.19235 45.5883 45.6421
0.167921 0.165036 0.162732 0.167921 0.167921 overfill eff.
screen eff. 0.65913 0.655916 0.654181 0.659913 0.660692 亮度 3450 3433.18 3424.099 3454.099 3458.175
表5-17為改變CONDENSOR 2直徑參數後所得的模擬結果，直徑 18mm為原本的直徑尺寸，分別做17.95mm、17.9mm、18.05mm、18.1mm 直徑的變化後，結果顯示CONDENSOR 1 在原本直徑18mm時亮度為3450 流明，若直徑改為17.95mm時亮度為3433，直徑在17.9mm時亮度為
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rod input 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 DMD 56.4346 56.4168 56.4041 56.4835 56.5134 DMD_overfill 11.6004 11.4243 11.2247 11.6444 11.6988 DMD+overfill 68.035 67.8411 67.6288 68.1279 68.2122 screen 45.5342 45.3146 45.1873 45.5764 45.6344
overfill eff. 0.167921 0.165372 0.162483 0.168558 0.169346 screen eff. 0.65913 0.655951 0.654108 0.659741 0.66058 亮度 3450 3433.362 3423.716 3453.197 3457.592 表5-18為改變LAMP出廠亮度值參數後所得的模擬結果，亮度
燈泡流明 12990 12000 11500 11000 13500 14000
rod input 69.0823 69.473 69.7315 69.3452 71.6031 72.5135 DMD 56.4346 55.2339 54.7476 55.9839 55.4786 55.4266 DMD_overfill 11.6004 13.0372 13.6765 12.2262 12.8879 12.8897 DMD+overfill 68.035 68.2711 68.4241 68.2101 68.3665 68.3163
78
screen 45.5342 44.5363 43.177 42.1916 47.9924 48.3161
overfill eff. 0.167921 0.187659 0.196131 0.176309 0.179991 0.177756 screen eff. 0.65913 0.641059 0.619189 0.608429 0.670256 0.666305 亮度 3450 3374.392 3271.401 3196.74 3536.251 3560.777
表5-19為改變MIRROR長寬尺寸參數後所得的模擬結果，長寬分別
69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 56.4487 56.4544 56.4651 56.4711 56.2339 56.2076 56.1239 56.0986 11.6014 11.6327 11.2847 11.4006 11.0372 11.5765 11.2262 11.8879 68.0501 68.0871 67.7498 67.8717 67.2711 67.7841 67.3501 67.9865 45.5227 45.5139 45.5072 45.4967 45.5163 45.5007 45.4916 45.4224
0.167936 0.168389 0.163352 0.165029 0.159769 0.167575 0.162505 0.172083 0.658963 0.658836 0.658739 0.658587 0.658871 0.658645 0.658513 0.657511 3449.129 3448.462 3447.954 3447.159 3448.644 3447.462 3446.772 3441.529
表5-20為改變DMD反射率的參數後所得的模擬結果，分別模擬反
79
射率在增減1%的變化，透過模擬，結果顯示DMD反射率的變化與光機 亮度變化成正比，亮度與反射率變化區間
在100流明之內。
表 5-20 ASAP 模擬 DMD 反射率參數變化後的亮度值
rod input 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 DMD 56.4346 56.0697 55.6113 55.1158 55.6968 55.2339 54.7476 55.9839 DMD_overfill 11.6004 12.0014 12.6327 13.2847 12.4006 13.0372 13.6765 12.2262 DMD+overfill 68.035 68.0711 68.244 68.4005 68.0974 68.2711 68.4241 68.2101 screen 45.5342 45.2027 44.8639 44.5072 44.8767 44.5363 44.177 45.1916
overfill eff. 0.167921 0.173726 0.182864 0.192303 0.179505 0.18872 0.197974 0.17698 screen eff. 0.65913 0.654331 0.649427 0.644263 0.649612 0.644685 0.639484 0.65417 亮度 3450 3424.883 3399.213 3372.187 3400.183 3374.392 3347.169 3424.042
表5-21為改變ROD長寬尺寸參數後所得的模擬結果，分別模擬艮
rod input 69.0823 69.143 69.4064 69.6645 69.2091 69.473 69.7315 DMD 56.4346 56.0697 55.6113 55.1158 55.6968 55.2339 54.7476 DMD_overfill 11.6004 12.0014 12.6327 13.2847 12.4006 13.0372 13.6765 DMD+overfill 68.035 68.0711 68.244 68.4005 68.0974 68.2711 68.4241 screen 45.5342 45.2027 44.8639 44.5072 44.8767 44.5363 44.177
80
overfill eff. 0.167921 0.173574 0.182011 0.190695 0.179176 0.187659 0.196131 screen eff. 0.65913 0.653757 0.646394 0.638879 0.648422 0.641059 0.63353 亮度 3450 3424.883 3399.213 3372.187 3400.183 3374.392 3347.169
表5-22為改變COLOR WHEEL參數後所得的模擬結果，分別模擬穿
rod input 69.0823 69.0823 69.0823 69.0823 DMD 56.4346 56.4487 56.4544 56.4651 DMD_overfill 11.6004 11.6014 11.6327 11.2847 DMD+overfill 68.035 68.0501 68.0871 67.7498 screen 45.5342 45.4102 45.2908 45.1085
overfill eff. 0.167921 0.167936 0.168389 0.163352 screen eff. 0.65913 0.657335 0.655606 0.652968 亮度 3450 3440.605 3431.558 3417.746
表5-23為改變ENGINE與LAMP HOLDER組裝位置參數在分別變化 0.1mm後所得的模擬結果，結果顯示ENGINE與LMAP HOLDER的位置變 化，相對影響光線進入光機內的能量，位置變化值與光機亮度變化值 成正比，亮度受尺寸變化區間甚大，在200流明之內。
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DMD_overfill 11.60 11.89 12.00 11.93 12.28 12.06 12.13 12.67 12.82 12.53 12.88 12.98 13.98 12.22 12.406 DMD+overfill 68.05 67.92 67.74 67.85 67.91 67.99 67.45 67.72 67.41 67.97 68.31 68.23 68.23 68.21 68.094
screen 45.53 45.05 44.64 44.98 44.50 44.87 44.53 43.41 42.79 43.83 42.91 43.11 43.71 43.39 43.477
overfill eff. 0.167 0.174 0.177 0.174 0.181 0.175 0.179 0.188 0.191 0.185 0.192 0.193 0.206 0.181 0.1848
screen eff. 0.65 0.66 0.66 0.65 0.65 0.65 0.66 0.64 0.63 0.649 0.64 0.642 0.64 0.64 0.647
亮度 3450 3413 3382 3408 3372 3400 3374 3289 3242 3321 3251 3266 3311 3287 3294
5.6 燈源承托支架(Lamp holder)的設計改良
由實驗結果得知，影響亮度極大的因素為 LAMP、DMD、COLOR WHEEL 與 LENS，但是此四因素皆可透過品質的管控而獲得控制，但 ENGINE 與 LAMP HOLDER 的組裝定位與 ENGINE TOP 的結構設計為設計問題，
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以取代使用鋁鎂合金作支撐燈模組之設計，達到氣密性與散熱效果和 降低成本的目標。
圖 5-8 新的燈泡模組定位支架模組圖
另外如圖 5-9、5-10 所示，設計一燈模組定位支件並在燈模組固 定件上新增定位 PIN 特徵(高度 5mm)。
圖 5-9 新的燈泡模組定位支架圖
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圖 5-10 新的燈泡模固定件
如圖 5-11 所示，將燈模組定位支架固定於風扇模組支架上，
利用燈模組支架定位 PIN 於組裝時可插入風扇模組支架的定位板金 件，完成燈模組之定位方式。
圖 5-11 組裝示意圖
1.利用一燈模組定位板金件解決下蓋塑膠件因射出的些微變形因
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素，造成燈模組光束路徑不正確所產生的亮度不穩定問題，並確保 燈模組與整體光機系統的聯結性。
2.不影響系統風扇對燈模組的散熱效果與系統燈模組區域的氣密性。
3.燈模組之固定藉由螺絲鎖附於下蓋塑膠上，如下蓋塑膠因射出產生 些微變形，則燈模組即隨下蓋塑膠的變形，造成燈的光束路徑偏移，
導致燈的亮度不穩定，如圖5-12 所示，此設計利用定位 PIN 的結構 來確保燈模組的位置與光束路徑之正確性和整體光機系統的聯結 性，使燈的亮度穩定。
圖 5-12 組裝示意圖
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5.7 執行新燈源承托支架(Lamp holder)定位設計實驗
將新設計的 lamp holder 取 10 個零件，將之裝入 sample 1 和
sample 2 後量測其亮度資料如下：
表 5-24 導入新定位設計後的亮度值
物料 Original LP HR 1 LP HR 2 LP HR 3 LP HR 4 LP HR 5 LP HR 6 LP HR 7 LP HR 8 LP HR 9 LP 10 max min agerage Sample 1 3233 3488 3364 3486 3475 3337 3437 3414 3336 3439 3473 3488 3414 3455
物料 Original LP HR 1 LP HR 2 LP HR 3 LP HR 4 LP HR 5 LP HR 6 LP HR 7 LP HR 8 LP HR 9 LP 10 max min agerage Sample 2 3456 3435 3473 3486 3389 3447 3460 3438 3472 3352 3470 3489 3422 3459
由實驗數據得知，Engine 與 Lamp Holder 組裝經由新的定位設
計，原本有50%的不良生產比率降為 30%的不良生產比率，結果顯 示此控制因子獲得相當大的改善，但仍無法滿足組裝公差在正負 0.1mm 以內調整的微調範圍需求，因此，本研究將在第六章設計新型 燈源可調模組(Lamp module)的機構，並模擬分析其微調機制對於亮
計，原本有50%的不良生產比率降為 30%的不良生產比率，結果顯 示此控制因子獲得相當大的改善，但仍無法滿足組裝公差在正負 0.1mm 以內調整的微調範圍需求，因此，本研究將在第六章設計新型 燈源可調模組(Lamp module)的機構，並模擬分析其微調機制對於亮