投影装置及光机模块的制作方法

本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种投影装置及其光机模块。

背景技术：

投影装置所使用的光源种类随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，从超高压汞灯(uhplamp)、发光二极体(lightemittingdiode,led)进化到激光二极体(laserdiode,ld)。

在高亮度投影领域，单一数字微镜元件(digitalmicromirrordevice,dmd)投影系统的亮度较难符合需求。此外，数字微镜元件的昂贵价格，导致整体产品的竞争力不佳。

本“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种投影装置，以兼顾投影亮度与生产成本。

本发明提供一种光机模块，以兼顾投影亮度与生产成本。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的一种投影装置包括光源模块、光机模块以及投影镜头。光源模块用于提供照明光束。光机模块包括第一分色元件(dichroicelement)、第一光阀、第二光阀、合光元件、第一聚光元件、第二聚光元件、第一光导引元件以及第二光导引元件。第一分色元件配置于照明光束的传递路径上，且用于将照明光束分成第一色光束及第二色光束。第一色光束用于穿过第一分色元件，第二色光束用于被第一分色元件反射。第一光阀配置于第一色光束的传递路径上，且用于将第一色光束转换成第一影像光束。第二光阀配置于第二色光束的传递路径上，且用于将第二色光束转换成第二影像光束。合光元件配置于来自于第一光阀的第一影像光束与来自于第二光阀的第二影像光束的传递路径上。第一聚光元件配置于第一光阀与合光元件之间。第二聚光元件配置于第二光阀与合光元件之间。第一光导引元件配置于第一分色元件、第一光阀与合光元件之间，且用于将第一色光束导引至第一光阀。第二光导引元件配置于第一分色元件、第二光阀与合光元件之间，且用于将第二色光束导引至第二光阀。投影镜头配置于来自于合光元件的第一影像光束与第二影像光束的传递路径上。合光元件配置于投影镜头、第一光阀与第二光阀之间，合光元件配置于投影镜头、第一聚光元件与第二聚光元件之间，且合光元件配置于投影镜头、第一光导引元件与第二光导引元件之间。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的一种光机模块包括第一分色元件、第一光阀、第二光阀、合光元件、第一聚光元件、第二聚光元件、第一光导引元件以及第二光导引元件。第一分色元件用于将照明光束分成第一色光束及第二色光束。第一色光束用于穿过第一分色元件，第二色光束用于被第一分色元件反射。第一光阀配置于第一色光束的传递路径上，且用于将第一色光束转换成第一影像光束。第二光阀配置于第二色光束的传递路径上，且用于将第二色光束转换成第二影像光束。合光元件配置于来自于第一光阀的第一影像光束与来自于第二光阀的第二影像光束的传递路径上。第一聚光元件配置于第一光阀与合光元件之间。第二聚光元件配置于第二光阀与合光元件之间。第一光导引元件配置于第一分色元件、第一光阀与合光元件之间，且用于将第一色光束导引至第一光阀。第二光导引元件配置于第一分色元件、第二光阀与合光元件之间，且用于将第二色光束导引至第二光阀。

本发明实施例的光机模块因采用两个光阀的架构，所以能符合高亮度的投影需求。此外，由于光机模块具有配置于第一光阀与合光元件之间的第一聚光元件以及配置于第二光阀与合光元件之间的第二聚光元件，来自于第一光阀转换的第一影像光束与来自于第二光阀转换的第二影像光束在分别穿过第一聚光元件与第二聚光元件之后张角会缩小，因此合光元件的尺寸可以缩小。如此，整个光机模块的体积可以缩小，且光机模块中用以回避光线干涉的空间可以缩小/省略，当光机模块应用于投影装置时，可以缩短背焦距离(backfocallength,bfl)，降低投影镜头的设计难度。另外，由于入射投影镜头的影像光束的光斑(lightspot)缩小，所以位于投影镜头的入光侧(面向合光元件的一侧)的透镜可选用直径较小的镜片。如此，有助于选用体积较小的投影镜头，并可降低制造成本。因此，本发明实施例的投影装置能符合高亮度的投影需求、低生产成本以及缩小化的整体体积。

为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。

图2是本发明一实施例的光机模块的示意图。

图3为本发明一实施例的光源模块与第一分色元件的示意图。

图4a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图4b是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图4c是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图5是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图6a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图6b是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图7a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

图7b是本发明另一实施例的光机模块的示意图。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。请参照图1，本实施例的投影装置10包括光源模块20、光机模块100以及投影镜头30。光机模块100配置于光源模块20与投影镜头30之间。光源模块20用于提供照明光束l至光机模块100。光机模块100配置于照明光束l的传递路径上，以将照明光束l转换成影像光束la。投影镜头30配置于影像光束la的传递路径上，影像光束la用于穿过投影镜头30而使投影镜头30形成投影光束30l，投影镜头30用于将投影光束30l投射至屏幕或墙面(图未示)上。以下，再针对图1所示的光机模块100的详细结构与实施方式作更进一步的描述。

图2是本发明一实施例的光机模块的示意图。请参照图2，本实施例的光机模块100包括第一分色元件(dichroicelement)110、第一光阀120、第二光阀130、合光元件140、第一聚光元件150、第二聚光元件160、第一光导引元件170以及第二光导引元件180。在本实施例中，第一聚光元件150/第二聚光元件160例如是凸透镜，但不以此为限。第一分色元件110配置于照明光束l的传递路径上，且用于将照明光束l分成第一色光束l1及第二色光束l2。第一色光束l1用于穿过第一分色元件110，第二色光束l2用于被第一分色元件110反射。第一光阀120配置于第一色光束l1的传递路径上，且用于将第一色光束l1转换成第一影像光束la1。第二光阀130配置于第二色光束l2的传递路径上，且用于将第二色光束l2转换成第二影像光束la2。合光元件140配置于来自于第一光阀120的第一影像光束la1与来自于第二光阀130的第二影像光束la2的传递路径上。第一聚光元件150配置于第一光阀120与合光元件140之间(between)。第二聚光元件160配置于第二光阀130与合光元件140之间(between)。第一光导引元件170配置于第一分色元件110、第一光阀120与合光元件140之间(among)，且用于将第一色光束l1导引至第一光阀120。第二光导引元件180配置于第一分色元件110、第二光阀130与合光元件140之间(among)，且用于将第二色光束l2导引至第二光阀130。

在本实施例中，第一聚光元件150例如是配置于合光元件140与第一光导引元件170之间，而第二聚光元件160例如是配置于合光元件140与第二光导引元件180之间。此外，在本实施例中，第一光阀120与第二光阀130为反射式光阀，例如数字微镜元件(digitalmicromirrordevice,dmd)、液晶显示器(liquidcrystaldisplay,lcd)或硅基液晶面板(liquidcrystalonsiliconpanel,lcospanel)，但不以此为限。

本实施例的第一光导引元件170例如为第一全内反射棱镜(totalinternalreflectionprism,tirprism)，而第二光导引元件180例如为第二全内反射棱镜。第一光导引元件170用于将第一色光束l1反射至第一光阀120，并用于让来自于第一光阀120的第一影像光束la1穿过而传递至合光元件140。第二光导引元件180用于将第二色光束l2反射至第二光阀130，并用于让来自于第二光阀130的第二影像光束la2穿过而传递至合光元件140。

本实施例的合光元件140例如是合光棱镜，其具有分色(dichroic)膜141。在一实施例中，分色膜141例如是镀膜，但不以此为限。来自于第一光阀120的第一影像光束la1会被分色膜141反射，且来自于第二光阀130的第二影像光束la2会穿过分色膜141。被分色膜141反射的第一影像光束la1与穿过分色膜141的第二影像光束la2朝同一方向传递并合并为影像光束la。在另一实施例中，合光元件140也可采用分色(dichroic)片。在一实施例中，分色片例如是光学膜片(opticalfilm或opticalsheet)，但不以此为限。此外，在合光元件140为合光棱镜的实施例中，第一聚光元件150与第二聚光元件160也可以配置于合光元件140的两个表面上。例如，第一聚光元件150与第二聚光元件160可选用平凸透镜，而分别以平面连接于合光元件140的两个表面上；或者，第一聚光元件150、第二聚光元件160与合光元件140例如一体成型，则合光元件140的两个聚光凸面便可以，而作为上述的第一聚光元件150与第二聚光元件160。在本实施例中，第一聚光元件150与第二聚光元件160例如配置于合光元件140的相邻的两表面上，但不以此为限。

请同时参考图1与图2，本实施例的投影镜头30配置于来自于合光元件140的影像光束la(即第一影像光束la1和第二影像光束la2)传递路径上，其中合光元件140配置于投影镜头30、第一光阀120与第二光阀130之间，合光元件140配置于投影镜头30、第一聚光元件150与第二聚光元件160之间，且合光元件140配置于投影镜头30、第一光导引元件170与第二光导引元件180之间。在另一实施例中，合光元件140亦可用于反射来自于第二光阀130的第二影像光束la2并用于使来自于第一光阀120的第一影像光束la1穿过，而投影镜头30的位置对应地调整以接收来自于合光元件140的影像光束la(即第一影像光束la1和第二影像光束la2)。

在一实施例中，影像光束la例如包括三种颜色的影像光束(如红、绿、蓝)，以显示彩色影像，其中第一影像光束la1/第二影像光束la2例如包括两种颜色的光束，但不以此为限。以下将说明如何使第一影像光束la1/第二影像光束la2包括两种颜色的光束。

图3为本发明一实施例的光源模块及第一分色元件的示意图。请参照图3，本实施例的光源模块20包括激发光源21、波长转换元件22、第二分色元件23以及反射元件组28。激发光源21用于提供激发光束lb。在本实施例中，激发光源21例如是激光光源、发光二极管光源或其他固态光源，但不以此为限。波长转换元件22配置于激发光束lb的传递路径上，用于将激发光束lb的第一部分转换成转换光束lb1并反射转换光束lb1，且让激发光束lb的第二部分lb2穿过。波长转换元件22例如是萤光粉转轮，并具有萤光粉区块(图未示)及穿透区块(图未示)，但不以此为限。当波长转换元件22转动时，激发光束la轮流地照射萤光粉区块与穿透区块。在本实施例中，激发光束lb的第一部分照射萤光粉区块且被荧光粉区块反射，而激发光束lb的第二部分lb2照射穿透区块且穿过波长转换元件22的激发光束la。激发光束lb及其第二部分lb2/第一部分例如是蓝光，而转换光束lb1例如是黄光。此外，萤光粉区块也可有多种颜色的萤光粉，使转换光束lb1依时序分成多种颜色。

第二分色元件23配置于激发光源21与波长转换元件22之间，且用于让激发光束lb的第二部分lb2穿过，并用于反射转换光束lb1。图3的反射元件组28例如包括三个反射元件24、25、26，例如反射镜，但不以此为限。反射元件组28配置于激发光束lb的第二部分lb2的传递路径上，且用于將激发光束lb的第二部分lb2反射至第二分色元件23以让激发光束lb的第二部分lb2穿过第二分色元件23。而后，穿过第二分色元件23的激发光束lb的第二部分lb2与被第二分色元件23反射的转换光束lb1朝同一方向传递以形成上述的照明光束l，即本实施例的照明光束l由转换光束lb1及激发光束lb的第二部分lb2所组成。

上述第一分色元件110用于将照明光束l中的转换光束lb1分成具有不同颜色(例如红色、绿色)的第一子光束lb11与第二子光束lb12，且用于让第一子光束lb11及激发光束lb的第二部分lb2穿过，并用于反射第二子光束lb12。如此，图2中的第一色光束l1例如由第一子光束lb11及激发光束lb的第二部分lb2所组成，而第二色光束l2例如由第二子光束lb12所组成，但不以此为限。换言之，第一色光束l1例如包括两种颜色的光束，而第二色光束l2例如包括一种颜色的光束，但不以此为限。

在另一实施例中，第一分色元件110用于让第一子光束lb11穿过，并用于反射第二子光束lb12及激发光束lb的第二部分lb2，以使第一色光束l1例如由第一子光束lb11所组成，而第二色光束l2例如由第二子光束lb12及激发光束lb的第二部分lb2所组成，但不以此为限。

上述光源模块20还可包括多个透镜或其他光学元件，例如透镜201、202、203。透镜201、202、203配置于激发光束lb的第二部分lb2的传递路径上。此外，上述光源模块20还可包括匀光装置27，例如光积分柱(lightintegrationrod)或透镜阵列(lensarray)，但不以此为限。匀光装置27配置于照明光束l的传递路径上。

本实施例的投影装置10中，由于光机模块100采用两个光阀的架构，所以能符合高亮度的投影需求。此外，由于第一聚光元件150配置在第一光阀120与合光元件140之间，第二聚光元件160配置在第二光阀130与合光元件140之间，第一影像光束la1与第二影像光束la2在分别穿过第一聚光元件150与第二聚光元件160时张角会缩小，因此合光元件140的尺寸可以缩小，使得需要预留来回避光线干涉的空间可以缩小，因而可以缩短背焦距离，还可降低投影镜头30的设计难度。另外，由于影像光束la投射在投影镜头30的光斑缩小，所以位于投影镜头30的入光侧(面向合光元件140的一侧)的透镜可选用直径较小的镜片。如此，有助于选用体积较小的投影镜头30，并降低制造成本。

图4a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。请参照图4a，本实施例的光机模块100a与上述的照明系统100结构及优点相似，以下针对其结构的主要差异处进行说明。本实施例的光机模块100a例如还包括第一光路径调整元件193以及第二光路径调整元件194。第一光路径调整元件193配置于第一光阀120旁，且位于第一影像光束la1的传递路径上。第二光路径调整元件194配置于第二光阀130旁，且位于第二影像光束la2的传递路径上。具体而言，第一光路径调整元件193例如是配置于第一聚光元件150与第一光导引元件170之间，而第二光路径调整元件194例如是配置于第二聚光元件160与第二光导引元件180之间。在本实施例中，第一光路径调整元件193以及第二光路径调整元件194为受致动器(actuator)作动/致动而其角度可作微量转动的光学元件(element)/组件(assembly)，使入射的第一影像光束la1及第二影像光束la2可对应不同的转动角度而产生偏移/偏转，进而可提升投影画面的影像解析度。

本实施例的光机模块100a还可进一步包括第一盖片191以及第二盖片192。第一盖片191例如是配置于第一光导引元件170与第一光路径调整元件193之间，而第二盖片192例如是配置于第二光导引元件180与第二光路径调整元件194之间。第一盖片191以及第二盖片例如是玻璃(coverglass)，用于提供防尘的功能。

在图4b所示的另一实施例的光机模块100b中，第一聚光元件150可配置于第一光导引元件170与第一盖片191之间，而第二聚光元件160可配置于第二光导引元件180与第二盖片192之间。

上述实施例中，第一聚光元件150例如是配置在第一光导引元件170与合光元件140之间，而第二聚光元件160例如是配置在第二光导引元件180与合光元件140之间。在其他实施例中，第一聚光元件150可配置在第一光导引元件170与第一光阀120之间，而第二聚光元件160可配置在第二光导引元件180与第二光阀130之间，如图4c所示。图4c是本发明另一实施例的光机模块的示意图。图4c的实施例的光机模块100c与上述的光机模块100a结构及优点相似，主要差异在于：图4c的实施例的第一聚光元件150配置于第一光阀120与第一光导引元件170之间，而第二聚光元件160配置于第二光阀130与第二光导引元件180之间。此外，在另一实施例中，如图5所示，光机模块100d例如不具有上述第一光路径调整元件193以及第二光路径调整元件194，第一聚光元件150也可配置于第一光阀120与第一光导引元件170之间，第二聚光元件160也可配置于第二光阀130与第二光导引元件180之间。

图6a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。请参照图6a，本实施例的光机模块100e与上述的光机模块100结构及优点相似，以下针对其结构的主要差异处进行说明。本实施例的第一光导引元件170a例如为第一逆全内反射棱镜(reversaltotalinternalreflectionprism,rtirprism)，而第二光导引元件180a例如为第二逆全内反射棱镜。第一光导引元件170a用于让第一色光束l1穿过而传递至第一光阀120，并用于将来自于第一光阀120的第一影像光束la1反射至合光元件140。第二光导引元件180a用于让第二色光束l2穿过而传递至第二光阀130，并用于将来自于第二光阀130的第二影像光束la2反射至合光元件140。

图6b是本发明另一实施例的光机模块的示意图。请参照图6b，本实施例的光机模块100f与上述的光机模块100e结构相似，主要差异在于第一聚光元件150配置于第一光阀120与第一光导引元件170a之间，第二聚光元件160配置于第二光阀130与第二光导引元件180a之间。

图7a是本发明另一实施例的光机模块的示意图。请参照图7a，本实施例的光机模块100g与上述的光机模块100结构及优点相似，以下针对其结构的主要差异处进行说明。本实施例的第一光导引元件170b与第二光导引元件180b皆为反射镜。第一光导引元件170b用于将第一色光束l1反射至第一光阀120，且第一光导引元件170b偏离第一影像光束la1的传递路径以避免反射第一影像光束la1。第二光导引元件180b用于将第二色光束l2反射至第二光阀130，且第二光导引元件180b偏离第二影像光束la2的传递路径以避免反射第二影像光束la2。本实施例的第一光导引元件170b与第二光导引元件180b可视需求而选用平面反射镜或有屈光度的曲面反射镜。

图7b是本发明另一实施例的光机模块的示意图。请参照图7b，本实施例的光机模块100h与上述的光机模块100g结构相似，主要差异在于第一聚光元件150配置于第一光阀120与第一光导引元件170b之间，第二聚光元件160配置于第二光阀130与第二光导引元件180b之间。

综上所述，本发明实施例的光机模块因采用两个光阀的架构，所以能符合高亮度的投影需求。此外，由于光机模块在第一光阀与合光元件之间配置有第一聚光元件以及在第二光阀与合光元件之间配置有第二聚光元件，使第一影像光束与第二影像光束在分别穿过第一聚光元件与第二聚光元件时张角会缩小，因此合光元件的尺寸可以缩小，进而使光机模块的尺寸可以缩小以及生产成本可以降低。相较于已知技术，本发明实施例的光机模块回避光线干涉的空间可以缩小/省略，因此可以缩短背焦距离，降低投影镜头的设计难度。另外，由于影像光束投射在投影镜头的光斑缩小，所以投影镜头入光侧(面向合光元件的一侧)的透镜可选用直径较小的镜片。如此，有助于选用体积较小的投影镜头，并可降低制造成本。因此，本发明实施例的投影装置能符合高亮度的投影需求、低生产成本以及缩小化的整体体积。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或申请专利范围中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

附图标记

10：投影装置

20：光源模块

21：激发光源

22：波长转换元件

23：第二分色元件

24、25、26：反射元件

27：匀光装置

28：反射元件组

30：投影镜头

30l：投影光束

100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h：光机模块

110：第一分色元件

120：第一光阀

130：第二光阀

140：合光元件

141：分色膜

150：第一聚光元件

160：第二聚光元件

170、170a、170b：第一光导引元件180、180a、180b：第二光导引元件191：第一盖片

192：第二盖片

193：第一光路径调整元件

194：第二光路径调整元件

201、202、203：透镜

l：照明光束

l1：第一色光束

l2：第二色光束

la：影像光束

la1：第一影像光束

la2：第二影像光束

lb：激发光束

lb1：转换光束

lb11：第一子光束

lb12：第二子光束

lb2：激发光束的第二部分