投影机的制作方法

本实用新型涉及一种投影机，尤其涉及一种双光阀架构的投影机。

背景技术：

科技的发展推进时代的进步，且由于消费者的需求变化大，因此市面上的投影机不断地推陈出新。在数字投影机，多利用光阀可将照明光转为影像光，而数字投影机产品一般即以光阀构造的不同，作为区分投影机的方式。而依照光阀的类型来区分，主要的技术可分为液晶显示器(Liquid-Crystal Display,LCD)、数字光处理(Digital Light Processing,DLP)与硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon,LCOS)三种。而为因应消费者对亮度需求的提高，开始有业者利用多光阀结构来同时提供多个波长的影像藉以提高投影机的整体亮度。

其中，使用双光阀的设计，可以达到较佳的亮度，却又没有使用三光阀设计、生产的难度，是一个相当值得努力的方向。

技术实现要素：

本实用新型的一实施例提供了一种投影机，包括光源、透镜组、分光元件、透镜组、萤光轮、透镜组、反射镜组、复眼透镜、透镜组。光源可输出一第一色光束；萤光轮设有第一区域及第二区域，第一区域可接收第一色光束并激发输出一第二色光束，第一色光束则可经由第二区域，继续光程；复眼透镜设于第一色光束及第二色光束的行进路径上；第一分光元件设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，分光元件可将第二色光束转换输出为光路不同的一第三色光束及一第四色光束；第一光阀设于第一色光束及第三色光束的行进路径上，可将第一色光束及第三色光束转换为第一影像光束；而第二光阀设于第四色光束的行进路径上，可将第四色光束转换为第二影像光束；而合光光学元件则可结合第一影像光束及第二影像光束；其中，第一色光束的颜色、第二色光束的颜色、第三色光束的颜色及第四色光束的颜色， 为不同的。

根据本实用新型的另一观点，提供了一种投影机，其包括了第一空间光调变器机，包括光源、萤光轮、第一分光元件、第二分光元件、复眼透镜、第一空间光调变器、第二空间光调变器以及第三分光元件等元件组合。

光源可输出一第一色光束；另外，萤光轮中具有一萤光粉层区及一光学作用区，萤光粉层区可接收第一色光束并输出一第二色光束，光学作用区可使第一色光束穿透或反射后离开萤光轮。第一分光元件是设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，第一分光元件可将第二色光束的部份反射形成一第三色光束，并可让第二色光束的另一部份穿透形成一第四色光束。第二分光元件是设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，第二分光元件可反射第一色光束及第二色光束的任一者，并可让另一者穿透。复眼透镜是设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，并设置于第一分光元件及第二分光元件的光路行进之间。第一空间光调变器可以接收第一色光束与第三色光束并转换为第一影像光束。第二空间光调变器可以接收穿透第四色光束，并转换为第二影像光束。第三分光元件，设于第一影像光束与第二影像光束的光路上，可反射第一影像光束及第二影像光束的任一者，并可让另一者穿透。

根据本实用新型的另一观点，提供了一种投影机，其包括了第一空间光调变器机，包括光源、萤光轮、第一分光元件、第二分光元件、复眼透镜、第一空间光调变器、第二空间光调变器以及第三分光元件等元件组合。光源可输出一色光束。萤光轮可设有第一区域及第二区域，第一区域可接收第一色光束并激发输出二色光束，第一色光束则可经由第二区域，继续光程。第一分光元件可设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，第一分光元件可将第二色光束转换输出为光路不同的第三色光束及第四色光束。一复眼透镜可设于第一色光束及第三色光束的行进路径上。二复眼透镜可设于第四色光束的行进路径上。光阀可设于第一色光束及第三色光束的行进路径上，可将第一色光束及第三色光束转换为第一影像光束。第二光阀可设于第四色光束的行进路径上，可将第四色光束转换为第二影像光束。以及一合光光学元件可结合第一影像光束及第二影像光束。第一色光束的颜色、第二色光束的颜色、第三色光束的颜色及第四色光束的颜色，为不同的。

本实用新型相较单光阀架构，本实用新型的双光阀设计可有效提升整体亮度。而藉由复眼透镜的使用，系统整体的空间需求得以被减少并减少所需 透镜的数量，使得系统体积可以更小。而相较三光阀架构，本实用新型在设计、生产难度小且亮度可达到与三光阀架构接近的效果。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的投影机的示意图。

图2为本实用新型的第二实施例的投影机的示意图。

图3为本实用新型的第三实施例的投影机的示意图。

图4为本实用新型的第四实施例的投影机的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。另外，下列实施例中所使用的用语”第一”、”第二”是为了辨识相同或相似的元件而使用，并非用以限定所述元件。另外，以下实施例只针对投影机做进一步的说明，本领域技术人员可依照实际需求而将此连接系统应用于任何所需要的状况。

本实用新型所谓光学元件，指元件具有部份或全部可反射或穿透的材料所构成，通常包括玻璃或塑胶所组成。本实用新型所谓合光，是指可将一个以上光束，合成一光束输出。本实用新型所谓透镜，是指至少能允许部份光线穿透，且其入、出光表面的至少一者的曲率半径非为无限大；换句话说，透镜的入、出光面的至少其中一者需非为平面。而例如是平板玻璃，则非为本实用新型所指的透镜。

图1绘述了本实用新型的第一实施例的投影机的示意图。请参阅图1，由图可见，投影机主要包括照明装置、成像装置及投影镜头。

以下先说明照明装置的设计。于本实施例中，照明装置10，依光的行进方向，依序包括有光源110、透镜组120、分光元件130、透镜组140、萤光轮150、透镜组160、反射镜组170、复眼透镜180、透镜组190。而成像装置20，则包括全内反射元件210、分光元件220以及两枚空间光调变器230、 240。而镜头30则包括了数个枚透镜及一光圈。

本实用新型的光源110可以是发光二极管芯片、激光二极管芯片、前述两种芯片的封装体或是其他可提供照明光线的光源。于本实施例中，光源110为一激光二极管矩阵，而激光二极管矩阵包括多个可发出蓝光的激光二极管封装体111。而各个激光二极管封装体包括一激光二极管芯片、光学胶体及芯片上方的一微透镜111A，微透镜111A用于调整各相对应的激光封装体111所发出光线的光型。另外，前述所指的蓝光是指一光束，光束有一光谱，而光谱中的峰值波长(WP)是介于400nm至470nm之间，且所述光束实质为蓝色。于本实施例中，前述所指的蓝光為第一色光束L1。

本实用新型的透镜组120由一枚或以上的透镜所组成。而除了透镜外，透镜组120内亦得包括其他非透镜元件。而于本实施例中，透镜组120包括了两枚透镜，各透镜的屈光度，依光行进的顺序为正及负。第一枚透镜121的屈光度为正，主要用作收光用。而第二枚透镜122的屈光度总和为负，主要用于光线的准直，故可视为准直透镜。

本实用新型的分光元件130是指带通滤光片(bandpass filters)、带拒滤光片(bandstop filters)、分色滤光片(Dichroic filter)、分色镜(dichroic mirror)、分色棱镜(Dichroic prism)、X型合光滤镜组(X Plate)、X型合光棱镜(X Prism)等元件的任一者，或包括前述各者的至少一者及其组合。于本实施例中，滤光片为彩色滤光片(Dichroic filter)，其可让指定波长的光线反射，让另一波长范围的光线穿透。而于本实施例中，分光元件130反射蓝光并让黄光穿透。而于另一实施例中，分光元件130亦可为反射黄光并让蓝光穿透亦可。于本实施例中，前述所指的黄光為第二色光束L2。

本实用新型的透镜组140由一枚或以上的透镜所组成。而除了透镜外，透镜组120内亦得包括其他非透镜元件。于本实施例中，透镜组140的屈光度总和为正，且包括两枚透镜，用以将光线汇聚至萤光轮的表面。

本实用新型的萤光轮150是指一表面设有萤光粉层且可旋转的轮状光学元件。萤光轮150可为穿透式、反射式或为两者的混合。穿透式萤光轮150是指其表面的萤光粉被激发输出被激发光后，至少部份被激发光会穿过萤光轮150并经入光面的相反表面输出，亦即入光方向及出光方向为一致。而反射式萤光轮150中，被激发光会被萤光轮150的反射层所反射，而使光线沿 入光方向的反方向输出。于本实施例中，萤光轮150为一部份穿透，部份反射的萤光轮150。在实施例中，萤光轮150还可包括一马达151及一与马达151连接的基板，马达151的轴心与圆型基板的圆心接合且为连动，马达151会转动轴心连带驱动基板旋转。基板上设置有一萤光粉层区150A及一光学作用区150B，萤光粉层区150A及光学作用区150B结合成一大致环状。基板上的萤光粉层区150A处的表面设有一萤光粉层及一反射层，基板藉由反射层与萤光粉层连接，萤光粉层中包括有至少可部份透光的萤光粉及胶体的混合物，使可接受一短波长光线后被激发并输出一长波长光线。而反射层包括有一反射膜，例如是银膜或是铝膜，让光线反射。另外，于本实施例中，光学作用区150B的基板为至少部份透明的，允许特定波长或是特性的光线穿透。于本实施例中，萤光粉层区150A表面的萤光粉层可接受蓝光并被激发出黄光，而反射层为一银膜。另一方面，其光学作用区150B的基板则为透明，可让任意波长的光线通过。而需注意的是，光学作用区150B中，除了基板除了利用透明材料来作为透明区外，基板亦可省略透明材料，而在透明材料的原位置以开口或缺口的方式让光线直接经由空气经过亦可。而附带一提的是，在穿透式萤光轮150中，前述萤光粉层区150A中将不包括反射层，而基板亦至少为部份透明，以让被激发光可通过。另外，在反射式萤光轮150中，前述的光学作用区150B除了可以是前述的透明设计以外，亦可以采用前述反射层的设计的。亦即，换句话说，视萤光轮架构的不同，蓝色光的第一色光束会穿透光学作用区150B或被光学作用区150B反射后离开萤光轮150。

本实用新型的透镜组160包括一枚或以上的透镜。而除了透镜外，透镜组160内亦得包括其他非透镜元件。于本实施例中，透镜组160的屈光度总和为正，且包括两枚透镜161、162，用以使光线准直。

本实用新型的反射镜组170包括两枚以上反射镜。于本实施例中，反射镜组170依光线的行进路径，依序包括了第一反射镜171、第二反射镜172、透镜174及第三反射镜173。第一反射镜171、第二反射镜172及第三反射镜173分别为一反射镜，且无波长选择功能。而第一反射镜171与第二反射镜172之间的夹角约为九十度，而第二反射镜172与第三反射镜173之间的夹角亦为九十度。在实际应用时，各反射镜的光学路径之间得分别设有一透镜，而于本实施例中，第二反射镜172及第三反射镜174的光学路径之间设 置有一透镜174，用以维持光线的准直状态。

本实用新型的复眼透镜(FLY-EYE)180的表面设置有数个矩阵排列的光学结构，由于复眼透镜已为广泛使用的元件，故仅将简单说明其结构。按材料分，复眼透镜的材料可为塑胶或是玻璃制。而按制程设计分，复眼透镜可以是单一元件形式(ONE PIECE FORMED)或是由多枚光学元件所组合而成的。而于本实施例中，复眼透镜是利用玻璃模压(MOLDING)成型的且为单一元件形式，用于光线的均匀化。

本实用新型的透镜组190包括一枚或以上的透镜。而除了透镜外，透镜组190内亦得包括其他非透镜元件。于本实施例中，透镜组190包括了一枚屈光度为正的透镜191。

本实用新型所谓的全反射光学元件210是指一利用全反射来进行光路调整的光学元件，在实施例中，是指一包括全反射棱镜(TIR PRISM)组或反向全反射棱镜(RTIR PRISM)组或是前述二元件的组合及变型。而于本实施例中，全反射光学元件210为一全反射棱镜组。需注意的是，单一个棱镜组之中有可能由数枚独立设置且未连接的棱镜所构成，在实施例中，为创造全反射面，各棱镜间可选择性的设置有一空气空隙。

本实用新型所谓的分光元件220是指带通滤光片(bandpass filters)、带拒滤光片(bandstop filters)、彩色滤光片(Dichroic filter)、分色镜(dichroic mirror)、分色棱镜(Dichroic prism)、X型合光滤镜组(X Plate)、X型合光棱镜(X Prism)等可让特定光学特性的光线穿透或使其反射的光学元件，或包括前述各者的至少一者及其组合。于本实施例中，滤光片为一分色棱镜(Dichroic prism)。分色棱镜的波长选择介面221可让指定波长的光线反射，让另一波长范围的光线穿透。而于本实施例中，波长选择介面221让蓝光及红光的波长被反射，并让绿光波长通过。而于另一实施例中，滤光片亦可让红光对应的波长被反射并让蓝光及绿光波长的光线被通过。而于另一例中，滤光片对红光及绿光的穿特性可与前例相反，本实用新型不对此多加限制。

本实用新型所谓的空间光调变器230、240(Spatial Light Modulator,SLM)，包含有许多独立单元，它们在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应、光折变效 应等)改变自身的光学特性，从而对照明在所述数个独立单元的照明光进行调制，并输出影像光。在实施例中，本实用新型所谓的空间光调变器为数字微透镜阵列芯片(DMD)、液晶面板(LCD)及硅基液晶面板(LCOS)等的任一者。而数字微透镜阵列(DMD)、液晶面板(LCD)及硅基液晶面板(LCOS)等的任一者可作为光阀使用，以将照明光转换为影像光。而于本实施例中，空间光调变器230为一数字微型反射镜元件(DMD)并作为光阀使用以将照明光转换为影像光。亦即，于本实施例中，空间光调变器230中的所谓独立单元是指其表面的各个微型反射镜，微型反射镜可分别独立转动并将入射光线沿特定角度反射以形成影像光。

本实用新型所谓的镜头30包括了复数枚透镜，于本实施例中，镜头30中的透镜由十枚透镜所组成，亦即其透镜总数小于等于10枚的。而于另一例中，本实施例中的镜头30中的透镜由20枚透镜所组成，亦即，其透镜数可小于等于20枚的。

以下将就前述各元件的相对关系进行说明。于本实施例中，光源110发出的蓝色激光光束会先通过透镜组120准直并到达分光元件130，分光元件130及透镜组120的光轴是呈约45度的夹角的，亦即其入光角约为45度。而分光元件130会反射蓝光并使蓝光经由透镜组140聚焦在萤光轮150的表面。

期间，萤光轮150持续的旋转，蓝光会依序照射到萤光轮150上的不同区域。于本实施例中，萤光轮上包括了萤光粉层区150A及光学作用区150B。当蓝光照射到萤光轮150上的萤光粉层区150A时，萤光粉层区150A中的萤光粉会可接收蓝色光束并产生并输出一黄色光束。有部份的黄色光束会向分光元件130方向照射，而有另一部份则会向萤光轮150的反射层方向照射，但反射层会将所述部份的光线重新反射至分光元件130。而当蓝光照射到萤光轮150上的光学作用区150B时，由于光学作用区为实质透明，故蓝光会穿透所述色轮150，而被其后方的反射镜组170的第一反射镜171及第二反射镜172所依序反射后，会被透镜174所准直，再随被第三反射镜173反射以到达分光元件130相对萤光轮150及光源110的另一表面。

分光元件130会将蓝色光线反射并进入复眼透镜180。另一方面，被激发的黄色光束会被反射往分光元件130并穿透进入复眼透镜180。蓝光及黄光输出复眼透镜180后，蓝光及黄光会经过透镜组190进行收光及均直。接 着，蓝色光束及黄色光束会分别经过一全反射棱镜210，并被全反射棱镜210的透明光学介面因全反射现象而反射。

接着，蓝色光束及黄色光束会离开全反射棱镜210并进入分光元件220。分光元件220中有一波长选择介面221。波长选择介面221让蓝光穿透以及让黄光中的红光部份反射以形成一红、蓝色光束；于本实施例中，前述所指的红光為第三色光束。同时波长选择介面221选会穿透黄光中的绿光部份以形成一绿色光束，于本实施例中，前述所指的绿光為第四色光束。穿透波长选择介面221的红色光束及蓝色光束会在不同的时序进入空间光调变器240，而空间光调变器240亦会分别将蓝光光束及红光光束反射并转换为一蓝、红色影像光束。随后，蓝、红色影像光束会穿透分光元件220的波长选择介面221，而进入并穿透全反射棱镜210。同样地，当绿色光束穿透分光元件220的波长选择界面221后，会进入空间光调变器230，空间光调变器230亦会将绿色光束转换为绿色影像光束后反射，绿色影像光束会穿透分光元件220的波长选择介面221并进入及穿透全反射棱镜210。而待蓝、红、绿三色的影像光线穿出全反射棱镜210后，三色影像光会进入投影镜头30并投影为影像。而需注意的是，本架构的双空间光调变器230、240的设计可使双空间光调变器230、240分别同时且持续地输出红光及绿光影像光。藉此，无需浪费特定波长的光线，使系统的整体光效得以大幅提升。

以下将说明本实用新型的第二实施例的设计。下例中，仅将就与第一实施例不同处进行说明。于本实施例中，光线输出透镜组190前与前例均为相同。而不同处如下。

于本实施例中，投影机在透镜组190的光路后方设有分光元件410、透镜组470、透镜组480、棱镜420、光阀430、棱镜440、光阀450及合光光学元件460。

本实用新型所谓的分光元件410是指带通滤光片(bandpass filters)、带拒滤光片(bandstop filters)、彩色滤光片(Dichroic filter)、分色镜(dichroic mirror)、分色棱镜(Dichroic prism)、X型合光滤镜组(X Plate)、X型合光棱镜(X Prism)等可对特定光学特性的光线进行穿透或反射的光学元件，或包括前述各者的至少一者及其组合。于本实施例中，分光元件410为一彩色滤光片(Dichroic filter)。而于本实施例中，分光元件410可让蓝光及红光的波长通过，并让绿光波长被反射。而于另一实施例中，滤 光片亦可让红光对应的波长通过并让蓝光及绿光波长的光线被反射。而于另一例中，分光元件对红光及绿光的穿特性可与前例相反，本实用新型不对此多加限制。

本实用新型所谓的透镜组470、480包括一枚或以上的透镜。而除了透镜外，透镜组470、480内亦得包括其他非透镜元件。于本实施例中，透镜组470、480包括了一枚屈光度为正的透镜以为准直的效果。而于另一例中，透镜组470、480分别由两枚相互倾斜且屈光度为正的透镜所组成；而两枚之中至少有一枚可为非球面透镜。

本实用新型所谓的棱镜420及棱镜440是指一包括全反射棱镜(TIR PRISM)组或反向全反射棱镜(RTIR PRISM)组或是前述二元件的组合及变型。而于本实施例中，棱镜420、440为一全反射棱镜组，亦即，其分别为全反射光学元件的一种。需注意的是，单一个棱镜组之中有可能由数枚独立设置且未连接的棱镜所构成，在实施例中，为创造全反射面，各棱镜间可选择性的设置有一空气空隙。

本实用新型所谓的光阀430、450分别指一可将照明光转换成影像光的光学元件，亦即是数字微反射芯片、液晶面板、硅基液晶面板等元件的任一者。而光阀430、450于本实施例中为一数字微反射芯片(DMD)。

本实用新型所谓的合光光学元件460是指透镜、反射镜、带通滤光片(bandpass filters)、带拒滤光片(bandstop filters)、彩色滤光片(Dichroic filter)、分色镜(dichroic mirror)、分色棱镜(Dichroic prism)、X型合光滤镜组(X Plate)、X型合光棱镜(X Prism)等可让特定光学特性的光线穿透或使其反射的光学元件，或包括前述各者的至少一者及其组合。于本实施例中，合光光学元件460为一分色棱镜(Dichroic prism)。而于本实施例中，合光光学元件460可反射让蓝光及红光的波长，并让绿光波长穿透。而于另一实施例中，视光阀位置及其入光光束颜色的不同，亦可让红光对应的波长通过并让蓝光及绿光波长的光线被反射。而于另一例中，合光光学元件460对红光及绿光的穿特性可与前例相反，本实用新型不对此多加限制。

与前例较不同的地方在于，光线在经过透镜组190后，会经过一分光元件410。分光元件410于本实施例中，让蓝色光束及红色光束穿透，并反射绿色光束。绿色光束被反射后会经过透镜组480被准直后进入棱镜420，并 经由棱镜420的全反射介面被反射至光阀430表面。而光阀430会将绿色光束转换成绿色的影像光束后，经由及穿透合光光学元件460输出至投影镜头30以为投影。另一方面，穿透分光元件410的蓝色光束及红色光束会分别在不同的时间经过透镜组470准直后，经由棱镜440的全反射介面被反射至光阀450的表面，而光阀450会将蓝色光束及红色光束转换为一蓝色及红色影像光束。而蓝色及红色影像光束会经由合光光学元件460反射至投影镜头30以为投影。

以下将说明本实用新型的第三具体实施例的设计。下例中，仅将就与第二实施例不同处进行说明。于本实施例中，分光元件410为一分色棱镜。于第二具体实施例中利用分色镜(Dichoric Mirror)进行分光时，入射光进入分色镜的角度越大时，其色彩偏移(Color Shift)就会越大，导致整个画面的色彩控制也就困难。而于本实施例中，改用分色棱镜后，当光线碰到棱镜的入射面时，因为斯涅尔定律(Snell`s Law)的影响，可减少光线入射至中心镀膜层的角度。此外，于本实施例中，分色棱镜的各个出光介面分别设有一相对应于通过光束的颜色的滤光涂层，使经过光束颜色进一步纯化。

以下将说明本实用新型的第四具体实施例的设计。下例中，仅将就与第三实施例不同处进行说明。相较于第三实施例将单一复眼透镜180置放于分光元件410及滤光镜130的光学路径之间的设计，于本实施例中，将前述的复眼透镜180移除并于分光元件410、透镜组480及棱镜420的光学路径之间设置有一复眼透镜491；以及于分光元件410、透镜组470及棱镜440的光学路径之间设置有另一复眼透镜492，以进一步改善光束的均匀性。

本实用新型相较单光阀架构，本实用新型的双光阀设计可有效提升整体亮度。而藉由复眼透镜的使用，系统整体的空间需求得以被减少并减少所需透镜的数量，使得系统体积可以更小。而相较三光阀架构，本实用新型在设计、生产难度小且亮度可达到与三光阀架构接近的效果。虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。例如在各个光学元件之间设置透镜或是其他用以调整光型的光学元件，或是，例如是第一实施例中，使用的萤光轮可以依不同时序反射蓝光及黄光而省略后续的反射镜组等等均可。故本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。