投影机的制作方法

本发明涉及一种投影机，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-crystaldisplay,lcd)、数字光处理(digitallightprocessing,dlp)与硅基液晶(liquidcrystalonsilicon,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：

本发明的一实施例提供了一种投影机，包括光源、萤光轮、棱镜、第一光阀、第二光阀以及合光光学元件。光源可输出第一色光束；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第二色光束，第一色光束则可经由第二区域，继续光程；棱镜设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，棱镜具有分光介面，分光介面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，第一色光束及第三色光束可经由第一出光介面输出，第四色光束可经由第二出光介面输出；第一光阀设于第一出光介面之光路下游，可将第一色光束及第三色光束转换为第一影像光束；第二光阀设于第二出光介面之光路下游，可将第四色光束转换为第二影像光束；合光光学元件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、第三色光的颜色及第四色光束的颜色，为不同的。

根据本发明的另一观点，提供了一种投影机，包括光源、萤光轮、分光光学元件、第一光阀、第二光阀、合光光学元件。光源可输出第一色光束；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第二色光束，第一色光束则可经由第二区域，继续光程；分光光学元件设于第一色光束及第二色光束的行进路径上，第一分光光学元件具有入光介面、分光介面、第一出光介面及第二出光介面，第二色光束入射入光介面时与入光介面之法向量方向的夹角小于15度，分光介面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，第一色光束及第三色光束可经由第一出光介面输出，第四色光束可经由第二光介面输出；第一光阀设于第一出光介面之光路下游，可将第一色光束及该第三色光束转换为第一影像光束；第二光阀设于第二出光介面之光路下游，可将第四色光束转换为第二影像光束；合光光学元件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、第三色光的颜色及第四色光束的颜色，为不同的。

以上列实施例为例，相较单光阀架构，本发明的双光阀设计可有效提升整体亮度。而藉由棱镜的使用，使得第二色光束入射棱镜的入光介面时与入光介面的法向量的夹角小于特定角度，在这样的结构设计下，当光线碰到棱镜的入射面时，因为司乃耳定律(snell`slaw)的影响，可减少光线入射至中心镀膜层的角度，进而有效降低色彩偏移(colorshift)现象的产生。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、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为本发明的第一实施例的投影机的示意图。

图2为本发明的第一实施例的分光光学元件的示意图。

图3为本发明的第二实施例的投影机的示意图。

具体实施方式

有关本发明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。

本发明所谓光学元件，是指元件具有部份或全部可反射或穿透的材质所构成，通常包括玻璃或塑胶所组成。本发明所谓合光，系指可将一个以上光束，合成一光束输出。本发明所谓透镜，是指至少能允许部份光线穿透，且其入、出光表面之至少一者的曲率半径非为无限大的光学元件；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，则非为本发明所指的透镜。

图1绘述了本发明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，则包括分光光学元件410、棱镜420、光阀430、棱镜440、光阀450、合光光学元件460、透镜组470、透镜组480。而镜头30则系包括了复数枚透镜及一光圈。

本发明的光源110可以是发光二极体晶片、雷射二极体晶片、前述两种晶片之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为一雷射二极体矩阵，而雷射二极体矩阵包括多个可发出蓝光的雷射二极体封装体111。而各个雷射二极体封装体包括一雷射二极体晶片、光学胶体及晶片上方的一微透镜111a，微透镜111a用于调整各相对应的雷射封装体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)系介于400至470之间，且该光束实质为蓝色。于本实施例中，前述所指的蓝光为第一色光束l1。

本发明的透镜组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，主要用作收光之用。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。

本发明的分光元件130是指带通滤光片(bandpassfilters)、带拒滤光片(bandstopfilters)、分色滤光片(dichroicfilter)、分色镜(dichroicmirror)、分色棱镜(dichroicprism)、x型合光滤镜组(xplate)、x型合光棱镜(xprism)等元件之任一者，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(dichroicfilter)，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。并于实施例中，前述所指的黄光为第二色光束l2。

本发明的透镜组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。

本发明的萤光轮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、反射式或为两者之混合。穿透式萤光轮150系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并经入光面之相反表面输出，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之反方向输出。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。基板上设置有第一区域与第二区域，第一区域为一萤光粉层区150a，第二区域为一光学作用区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，使之可接受一短波长光线后被激发并输出一长波长光线。而反射层系包括有一反射膜，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之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之。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。此外，在一实施例中，萤光轮150的基板更具有第三区域，第三区域为另一萤光粉层区，此萤光粉层区表面的萤光粉层可接受蓝光并被激发出红光或绿光。

本发明的透镜组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。

本发明的反射镜组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，反射镜组170于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。

本发明的复眼透镜(fly-eye)180的表面设置有复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(onepieceformed)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，用于光线之均匀化。

本发明的透镜组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。

值得一提的是，在本实施例中，复眼透镜180具有第一光轴181，透镜组190具有第二光轴191，透镜组190的第二光轴191倾斜于复眼透镜180的第一光轴181。

本发明所谓的分光光学元件410是指带通滤光片(bandpassfilters)、带拒滤光片(bandstopfilters)、彩色滤光片(dichroicfilter)、分色镜(dichroicmirror)、分色棱镜(dichroicprism)、x型合光滤镜组(xplate)、x型合光棱镜(xprism)等可对特定光学特性的光线进行穿透或反射的光学元件，或包括前述各者之至少一者及其组合。于本实施例中，分光光学元件410为一分色棱镜(dichroicprism)。分光光学元件410具有入光介面411、分光介面412、第一出光介面413及第二出光介面414。于本实施例中，黄光入射入光介面412时与入光介面412的的法向量415的夹角小于15度。前述所谓夹角的计算方式是指如图2所示，当黄光于入射棱镜的入光介面412时，黄光与入光介面411的法向量415之間具有最大夹角θ1(正值)以及最小夹角θ2(负值)，而上述黄光入射入光介面412时与入光介面412的法向量415的夹角即是最大夹角θ1以及最小夹角θ2总和除以二，即(θ1+θ2)/2。举例来说，若甲光线进入入光介面411的最大夹角θ1及最小夹角θ2分别为+20及-30度时，则甲光线与入光介面411的夹角为负5度。分光介面412可将黄光转换输出为光路不同的红光及绿光，而于本实施例中，分光光学元件410的分光介面412可让蓝光及红光的波长通过，并让绿光波长被反射，且蓝光及红光的波长可藉由分光光学元件410的第一出光介面413输出，而绿光的波长可藉由分光光学元件410的第二出光介面414输出。而于另一实施例中，分光光学元件410的分光介面412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，且绿光的波长可藉由分光光学元件410的第一出光介面413输出，而蓝光及红光的波长可藉由分光光学元件410的第二出光介面414输出。而于另一例中，分光光学元件410对红光及绿光的穿特性可与前例相反，本发明不对此多加限制。

本发明所谓的棱镜420及棱镜440是指一包括全反射棱镜(tirprism)组或反向全反射棱镜(rtirprism)组或是前述二元件之组合及变型的棱镜。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或以多枚折射率不同的材料所制的棱镜来组合而成，亦得有近似的效果。

本发明所谓的光阀430、450分别指一可将照明光转换成影像光的光学元件，亦即是数位微反射晶片、液晶面板、硅基液晶面板等元件之任一者。而光阀430、450于本实施例中为一数位微反射晶片(dmd)。

本发明所谓的合光光学元件460是指透镜、反射镜、带通滤光片(bandpassfilters)、带拒滤光片(bandstopfilters)、彩色滤光片(dichroicfilter)、分色镜(dichroicmirror)、分色棱镜(dichroicprism)、x型合光滤镜组(xplate)、x型合光棱镜(xprism)等可让特定光学特性的光线穿透或使其反射的光学元件，或包括前述各者之至少一者及其组合。于本实施例中，合光光学元件460为一分色棱镜(dichroicprism)。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，本发明不对此多加限制。

本发明所谓的透镜组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之效。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。

本发明所谓的镜头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，亦即其透镜总数系小于等于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发出的蓝色雷射光束会先透过透镜组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。有部分的黄色光束会向分光元件130方向照射，而有另一部分则会向萤光轮150的反射层方向照射，但反射层会将该部分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，故蓝光会穿透该色轮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。后方一词，除指物理上的后方外，亦得指光路的后方。再者，蓝光会再随之被第三反射镜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，蓝光及黄光会离开透镜组190并进入分光光学元件410。分光光学元件410中有分光介面412。分光介面412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，前述所指的红光为第三色光束。同时分光介面412选会让黄光中的绿光部份以形成一绿色光束，于本实施例中，前述所指的绿光为第四色光束。分光光学元件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，穿透分光光学元件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。

图3绘述了本发明的第二实施例的投影机的示意图。请参阅图3，本例中，相较于第一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。

本发明相较单光阀架构，本发明的双光阀设计可有效提升整体亮度。而藉由棱镜的使用，使得第二色光束入射棱镜的入光介面时与入光介面的法向量的夹角小于15度，在这样的结构设计下，当光线碰到棱镜的入射面时，因为司乃耳定律(snell`slaw)的影响，可减少光线入射至中心镀膜层的角度，进而有效降低色彩偏移(colorshift)现象的产生。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。