本实用新型是有关于一种投影装置，且特别是有关于一种架构简单的照明系统与投影装置。
背景技术：
一般投影装置的结构，例如激光投影机，往往会使用至少两片具有相反镀膜条件的分色镜(dichroic mirror)来安排不同色光的光路径，然而，相反镀膜条件的这些分色镜会让投影装置的光束在传递过程中耗能增加，并且此种架构的体积有缩减上的限制，机构件制作复杂，要求的精准度也较高，因此如何改善上述问题也是目前投影装置研究的课题之一。
“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”段落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。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种投影装置，具有结构简单的优点，能缩减结构体积，并且降低投影装置的耗能，提升投影装置的轻便度与光学效率。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种投影装置，包括：照明系统、分合光元件、至少二个光阀以及成像镜头。照明系统用以提供照明光束，照明光束包括第一色光以及第二色光。分合光元件配置于照明光束的传递路径上，用以允许第一色光穿透，且反射第二色光。至少二个光阀分别配置于来自分合光元件的第一色光及第二色光的传递路径上，且用以分别将第一色光及第二色光分别转换成第一色影像光及第二色影像光。成像镜头配置于来自至少二个光阀的第一色影像光以及第二色影像光的传递路径上，且将第一色影像光以及第二色影像光转换成投影光束，其中，来自第一色光的第一色影像光穿透分合光元件至成像镜头，且来自第二光束的第二色影像光被分合光元件反射至成像镜头。
基于上述，本实用新型实施例的投影装置对于分合光元件的数量要求降低，可达到仅使用单片分合光元件的结构，因此结构简单化，使得机构件较易设计以及组装，可将投影装置体积微小化，此外，也不需要使用不同的镀膜，因此能够降低投影装置的耗能，提升投影装置的轻便度与光学效率，且降低生产成本。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的一视角示意图。
图2是依照本实用新型图1的实施例的投影装置的俯瞰示意图。
图3是依照本实用新型图1的实施例的投影装置的侧视示意图。
图4是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的一视角示意图。
图5是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的侧视示意图。
图6是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的侧视示意图。
图7是依照本实用新型的一实施例的一种第一色光滤光片的波长对穿透率变化的示意图。
图8是依照本实用新型的一实施例的一种第二色光滤光片的波长对穿透率变化的示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的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实用新型。
图1是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的一视角示意图，图2是依照本实用新型图1的实施例的投影装置的俯瞰示意图，图3是依照本实用新型图1的实施例的投影装置的侧视示意图。请参考图1至图3，投影装置100包括照明系统110、分合光元件120、至少二个反射元件，例如反射元件M1与反射元件M2、至少二个光阀，例如光阀130与光阀140，以及成像镜头150。
照明系统110用以提供照明光束IL，其中照明光束IL包括第一色光R与第二色光G。分合光元件120配置于照明光束IL的传递路径上，照明光束IL传递至分合光元件120后，分合光元件120用以将照明光束IL中第一色光R与第二色光G的光路径分开，即分合光元件120允许第一色光R穿透，并反射第二色光G，在本实施例中，照明光束IL可以为黄色光束，而第一色光R可以为红色光束，第二色光G可以为绿色光束，即黄色光束中至少包括红色波段及绿色波段的光束，本实用新型对此并不限制。上述的反射元件M1与反射元件M2用以反射入射光束，分别配置于来自分合光元件120的第一色光R与第二色光G的传递路径上，以改变第一色光R与第二色光G的传递方向。
光阀130配置于被反射元件M1反射后的第一色光R的传递路径上，用以将反射后的第一色光R转换成第一色影像光IB1；光阀140则配置于被反射元件M2反射后的第二色光G的传递路径上，且用以将反射后的第二色光G转换成第二色影像光IB2。
此外，在本实施例中的投影装置100中，还包括第一棱镜组160以及第二棱镜组170，第一棱镜组160与第二棱镜组170内具有一至多个棱镜，用于控制光束的传递路线或是将光束进行分光。第一棱镜组160配置于反射元件M1与光阀130之间的第一色光R的传递路径上，第二棱镜组170配置于反射元件M2与光阀140之间的第二色光G的传递路径上。第一色光R被反射元件M1反射后从表面S1(即第一面)进入第一棱镜组160，且从表面S2(即第二面)离开第一棱镜组160并传递至光阀130，被光阀130转换成第一色影像光IB1，第一色影像光IB1再从表面S2进入第一棱镜组160，且从表面S3(即第三面)离开第一棱镜组160后传递至分合光元件120。第二色光G被反射元件M2反射后从表面S4(即第四面)进入第二棱镜组170，且从表面S5(即第五面)离开第二棱镜组170并传递至光阀140，被光阀140转换成第二色影像光IB2，第二色影像光IB2再从表面S5进入第二棱镜组170，且从表面S6(即第六面)离开第二棱镜组170而传递至分合光元件120。
成像镜头150配置于来自光阀130的第一色影像光IB1以及来自光阀140的第二色影像光IB2的传递路径上。由第一色光R转换的第一色影像光IB1再次穿透分合光元件120而传递至成像镜头150，且由第二光束G转换的第二色影像光IB2再次被分合光元件120反射而传递至成像镜头150，成像镜头150将接收的第一色影像光IB1以及第二色影像光IB2转换成投影光束PB，以显示投影画面。
在本实施例中，照明系统110以及成像镜头150配置于分合光元件120的同一侧，并且第一色影像光IB1以及第二色影像光IB2于分合光元件120与成像镜头150之间的传递方向平行且相反于照明光束IL于照明系统110与分合光元件120之间的传递方向。
于以下段落中会详细地说明上述各元件以及上述各元件之间的配置关系。
举例来说，照明系统110可以包括用以发出光束的发光元件、光扩散元件或波长转换装置等。发光元件例如是包括发光二极体或激光二极体晶片(Laser Diode,LD)的二极体模块或者是由多枚二极体模块所组成的矩阵，用以提供单色的光束，例如蓝色激光、红色激光，但不以此为限制。绿色光束代表其峰值波长(Peak Wavelength)落在500纳米(nanometer)至565纳米的波长区间内。红色光束代表其峰值波长落在625纳米至740纳米的波长区间内。蓝色光束代表其峰值波长落在400至470纳米的波长区间内，峰值波长被定义为光强度最大处所对应的波长。
波长转换装置是用以使短波长光束转换成相对于短波长光束的长波长转换光束的光学元件。举例来说，波长转换装置可以是荧光粉轮(Phosphor Wheel)，荧光粉轮上设置有光致发光材料(例如是荧光粉)，其可以接收短波长光束并藉由光致发光现象产生相对应的转换光束，但不以此为限制。在一实施例中，当光致发光材料为可激发出黄色光束的荧光粉且发光元件提供波长较短的蓝色光束照射可激发出黄色光束的荧光粉时，荧光粉可被蓝色光束激发而将至少部分的蓝色光束转换成黄色光束，其中，黄色光束具有黄光光谱，其峰值波长介于535纳米至570纳米之间；当光致发光材料为可激发出绿色光束的荧光粉时，转换光束相对应为绿色光束。而当荧光粉轮上具有孔隙(Slot)时，蓝色光束通过荧光粉轮。光扩散元件为用以使通过此光扩散元件的光束扩散/散射的光学元件，例如是扩散轮(Diffusor Wheel)、振动扩散器、扩散板(Diffusion Plate)或者是其他动件的扩散器，本实用新型并不以此为限制。
关于照明系统110的详细步骤及具体实施方式可以由上述说明与所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
分合光元件120为具有分光及合光功能的光学元件。在本实施例中，分合光元件120为分色镜(Dichroic Mirror,DM)，表面上具有分色镀膜，其具有波长选择性，为利用波长(颜色)进行分色或合光的分色片，但不以此为限制。在本实施例中，分合光元件120被设计为可使属于红色光束的第一色光R通过，而反射属于绿色光束的第二色光G，而由第一色光R转换的第一色影像光IB1(即红色影像光)再次穿透分合光元件120，由第二光束G转换的第二色影像光IB2(即绿色影像光)再次被分合光元件120反射，进而使第一色影像光IB1及第二色影像光IB2于分合光元件120合光后传递至成像镜头150。然而在另一实施例中，分合光元件120被设计为可反射红色光束，而使绿色光束通过，本实用新型对此不加以限制。
光阀130或光阀140是指数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel,LCD)等空间光调变器的任一者，于本实施例中，光阀的数量例如是2个(光阀130与光阀140)，且为数字微镜元件。详细来说，光阀130用以接收第一色光R，并将第一色光R转换成第一色影像光IB1。光阀140用以接收第二色光G，并将第二色光G转换成第二色影像光IB2。在本实施例中，光阀130与光阀140将接收的单色光束转换为影像光束的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
成像镜头150例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。在一实施例中，成像镜头150也可以包括平面光学镜片。本实用新型对成像镜头150的型态及其种类并不加以限制。成像镜头150配置于上述第一色影像光IB1与第二色影像光IB2的传递路径上。在本实施例中，成像镜头150用以将第一色影像光IB1与第二色影像光IB2转换成投影光束PB，并将投影光束PB投射至投影媒介上。投影媒介例如是投影布幕、投影墙或是电子白板等，本实用新型并不以此为限制。
图4是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的一视角示意图。请参照图4，本实施例的投影装置100’可适用于上述的投影装置100。
在本实施例中，投影装置100’还包括光积分柱(Rod)112与第一光学镜片组114。光积分柱112与第一光学镜片组114先后配置于照明光束IL的传递路径上。光积分柱112用以将光线均匀化，使通过的光束能均匀且准确地投射出来，第一光学镜片组114内具有一至多个光学镜片，用以准直光束。照明光束IL经由光积分柱112与第一光学镜片组114后会传递至分合光元件120。
请参考如图1所绘示的投影装置100或如图4所绘示的投影装置100’，分合光元件120可被分为相邻的两区域，在此，分合光元件120被分为上下两部分：来自照明系统110的照明光束IL会入射的第一区域BR，以及来自光阀130与光阀140的影像光(包括第一色影像光IB1、第二色影像光IB2)会入射的第二区域TR。即照明光束IL入射分合光元件120的第一区域BR后第一色光R及第二色光G的光路径会分开，而来自光阀130与光阀140的影像光入射分合光元件120的第二区域TR后，第一色影像光IB1、第二色影像光IB2会被合光并传递至成像镜头150。
换句话说，影像光IB1、IB2与照明光束IL虽然通过同一片分合光元件120，但所照射的区域会错开。第一区域BR以及第二区域TR的排列方向，如图1或图4中所显示的z方向，会垂直于照明光束IL于照明系统110与分合光元件120之间的传递方向，如图1或图4中所显示的正x方向，也会垂直于第一色影像光IB1以及第二色影像光IB2于分合光元件120与成像镜头150之间的传递方向，如图1或图4中所显示的负x方向。即第一色影像光IB1以及第二色影像光IB2于分合光元件120与成像镜头150之间的传递方向(负x方向)平行且相反于照明光束IL于照明系统110与分合光元件120之间的传递方向(正x方向)。
接续，请参考图4所示，在本实施例中，反射元件M1与反射元件M2分别反射来自第一区域BR的第一色光R与第二色光G以通过第一棱镜组160与第二棱镜组170而传递至光阀130与光阀140。第一棱镜组160与第二棱镜组170在此以三个分光棱镜所组成的棱镜组为例，但本实用新型对于第一棱镜组160与第二棱镜组170的棱镜数量、光学路径与分光设计不加以限制。
在本实施例中，反射元件M1与第一棱镜组160之间的光束传递路径上配置了第二光学镜片组162，反射元件M2与第二棱镜组170之间的光束传递路径上还配置了第三光学镜片组172，用以分别准直反射后的第一色光R与第二色光G。
同上述的实施例，光阀130与光阀140分别配置于第一棱镜组160与第二棱镜组170的其中一侧，并且第一色光R进入第一棱镜组160的入光面与第一色影像光IB1离开第一棱镜组160的出光面是不相同的面，相似的，第二色光G进入第二棱镜组170的入光面与第二色影像光IB2离开第二棱镜组170的出光面也是不相同的面。
第一色影像光IB1与第二色影像光IB2分别离开第一棱镜组160与第二棱镜组170入射分合光元件120的第二区域TR，第一色影像光IB1会穿透分合光元件120的第二区域TR而传递至成像镜头150，第二色影像光IB2会被分合光元件120的第二区域TR反射至成像镜头150。
在本实施例中，投影装置100’的照明系统110所提供照明光束IL除了包括第一色光R与第二色光G外，还包括第三色光B，在此以蓝色光束为例，分合光元件120允许第三色光B穿透，因此来自分合光元件120的第三色光B的传递路径会与第一色光R相同，然而本实用新型对此并不限于此，在另一实施例中，分合光元件120会反射第三色光B，因此来自分合光元件120的第三色光B的传递路径会与第二色光G相同。其中，光阀130与光阀140的其中之一可将第三色光B转换成第三色影像光IB3，因此，第三色影像光IB3可以依照第一色影像光IB1与第二色影像光IB2的其中之一的光学路径传递至成像镜头150。
第一色影像光IB1、第二色影像光IB2以及第三色影像光IB3藉由第一棱镜组160与第二棱镜组170以及成像镜头150形成投影光束PB，以在投影媒介上形成投影画面，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
图5是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的侧视示意图。请参照图5，本实施例的投影装置700可适用于上述的投影装置100与投影装置100’。
投影装置700的实施方式与元件之间的配置关系类似于投影装置100与投影装置100’，主要差异在于投影装置700不仅包括光积分柱112，还包括了至少二个滤光片，滤光片180与滤光片182。滤光片180配置于穿透分合光元件120的第一色光R的传递路径上，且位于分合光元件120与光阀130之间，而滤光片182配置于被分合光元件120反射的第二色光G的传递路径上，且位于分合光元件120与光阀140之间。
图6是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的侧视示意图。请参照图6，本实施例的投影装置800可适用于上述的投影装置100、投影装置100’或投影装置700。投影装置800的实施方式与元件之间的配置关系类似于投影装置700，主要差异在于，相较于投影装置700，一样包括滤光片180与滤光片182，但投影装置800没有使用光积分柱112，而是以透镜阵列模块184代替。透镜阵列模块184配置于照明光束IL的传递路径上，且照明光束IL经由透镜阵列模块184后传递至分合光元件120。透镜阵列模块184例如是由两组彼此背对并且对齐排列的透镜阵列组成，其中，透镜阵列的凸起面视为正面，平坦面视为背面，在此对齐排列是表示两组透镜阵列的透镜单元的位置是彼此对齐。光束通过透镜阵列模块184可以使光线分布均匀。
图7是依照本实用新型的一实施例的一种第一色光滤光片的波长对穿透率变化的示意图，图8是依照本实用新型的一实施例的一种第二色光滤光片的波长对穿透率变化的示意图。请参照图7与图8，投影装置700与投影装置800的滤光片180的波长对穿透率变化可以如图7的穿透率410所示，第一色光R是红色光束，第一色光R通过滤光片180后可以过滤非红色光的其他色光，让红色更纯粹，第三色光B是蓝色光束，第三色光B通过滤光片180后可以过滤非蓝色光的其他色光，让蓝色更纯粹，例如第一色光滤光片180对于波长小于470纳米的蓝色光束(第三色光B)及波长大于620纳米的红色光束(第一色光G)具有百分之百穿透率。滤光片182的波长对穿透率变化可以是图8的穿透率510所示，第二色光G是绿色光束，第二色光G通过滤光片180后可以过滤非绿色光的其他色光，让绿色更纯粹，例如第二色光滤光片182对于波长范围在500纳米至565纳米之间的绿色光束具有百分之百穿透率。特别说明的是，本实用新型并不限制滤光片180与滤光片182的配置位置，在图5与图6中的实施例仅作为一个示例，在其它的实施例中，滤光片可以配置在单色光束(第一色光R或第二色光G)的传递路径上的任一位置。本实用新型并亦不限制滤光片180与滤光片182所能滤除的色光波段的范围，其可以允许较窄波段的色光通过，以使色光更纯粹。
投影装置700与投影装置800的具体实施方式可以由上述的实施例的说明获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
综上所述，本实用新型的示范实施例中提供一种投影装置，包括：照明系统、分合光元件、至少二个反射元件、至少二个光阀以及成像镜头。照明系统用以提供照明光束。分合光元件配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束分为第一色光与第二色光，并允许第一色光穿透，且反射第二色光。至少二个反射元件分别反射第一色光及第二色光。至少二个光阀分别用以分别将反射后的第一色光及第二色光分别转换成第一色影像光及第二色影像光，并且第一色影像光及第二色影像光传递至上述的分合光元件，其中，第一色影像光穿透分合光元件至成像镜头，且第二色影像光被分合光元件反射至成像镜头。成像镜头将第一色影像光以及第二色影像光转换成投影光束。藉此，本实施例的投影装置对于分合光元件的数量要求降低，可达到仅使用单片分合光元件的结构，也不需要多种镀膜，因此能够提升光学效率。此外，本实施例的投影装置的照明系统与成像镜头可位于同一侧，能缩小投影装置的体积进而提升投影装置的轻便度。
以上所述，仅为本实用新型之优选实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。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
100、100’、700、800：投影装置
110：照明系统
112：光积分柱
114：第一光学镜片组
162：第二光学镜片组
172：第三光学镜片组
120：分合光元件
M1、M2：反射元件
130、140：光阀
150：成像镜头
160：第一棱镜组
170：第二棱镜组
180、182：滤光片
184：透镜阵列模块
410、510：穿透率
IL：照明光束
R：第一色光
G：第二色光
B：第三色光
IB1：第一色影像光
IB2：第二色影像光
IB3：第三色影像光
PB：投影光束
BR：第一区域
TR：第二区域
S1～S6：表面
x、y、z：方向