CN110488563B - 投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投影机，其包含有光源模组、波长转换模组、第一准直透镜、第二准直透镜、分光元件以及反射元件。该光源模组用来提供第一光束。该波长转换模组具有反射盘以及波长转换涂层。该分光元件用来反射第一部分的该第一光束以形成第二光束，及允许第二部分的该第一光束通过或绕过而形成第三光束。该第二光束经该第一准直透镜缩束投射到该波长转换涂层以受激生成第四光束。该第三光束经该第二准直透镜缩束投射到该反射盘以反射生成第五光束。该第五光束依序经该反射元件与该分光元件的反射而与该第四光束结合。

Description

投影机
技术领域
本发明涉及一种投影机，尤指一种具有节省成本、降低噪音及体积最小化优点的投影机。
背景技术
如美国专利号US 9618737B2，激光投影机一般使用蓝光激光源提供照明光束。照明光束需经由波长转换装置(如：局部涂覆萤光粉/量子点的色轮)转化为其它颜色的受激光束，再与照明光束进行合光以供使用。传统的合光模组利用分光片反射照明光束而投往色轮，色轮具波长转换材质处相应生成受激光束，且受激光束可直接穿透分光片。此外，部分照明光束会穿越色轮无波长转换材质处，且经由多个反射件返回分光片，并经分光片反射与受激光束合光。由此可知，传统合光模组需配置多种光学元件，不仅大幅提高硬体成本，亦增加产品重量与体积。
发明内容
本发明提供一种具有节省成本、降低噪音及体积最小化优点的投影机，以解决上述问题。
本发明的提出一种投影机，其包含：
光源模组，用来提供第一光束；
波长转换模组，具有反射盘以及波长转换涂层，该波长转换涂层为设置在该反射盘的环状结构；
第一准直透镜，设置相对于该波长转换模组；
第二准直透镜，设置相对于该波长转换模组；
分光元件，设置在该光源模组与该第一准直透镜之间，用来反射第一部分的该第一光束以形成第二光束，及允许第二部分的该第一光束通过或绕过而形成第三光束，该第二光束经该第一准直透镜缩束投射到该波长转换涂层以受激生成第四光束，该分光元件还允许该第四光束穿透；以及
反射元件，设置在该分光元件与该第二准直透镜之间，该第三光束经该第二准直透镜缩束投射到该反射盘以反射生成第五光束，该第五光束依序经该反射元件与该分光元件的反射而与该第四光束结合。
较佳的，还包含：
聚光模组，设置在该光源模组与该分光元件之间，用来收敛该第一光束的投射面积。
较佳的，还包含：
扩散元件，设置在该分光元件与该波长转换模组之间。
较佳的，该波长转换涂层以该反射盘的中心为基准形成该环状结构。
较佳的，该第二光束及该第三光束分别照射该波长转换模组的第一处及第二处，且该第一处不同于该第二处。
较佳的，该中心位于该第一处及该第二处之间。
较佳的，该波长转换涂层的该环状结构为实心涂层。
较佳的，该波长转换模组还具有扩散涂层，以环状模式设置在该反射盘，且贴齐该波长转换涂层的内侧或外侧。
较佳的，该波长转换模组为可转动的。
较佳的，该第一光束、该第二光束、该第三光束与该第五光束为蓝光，该分光元件反射该蓝光且允许其它色光穿透，该第四光束为黄光。
较佳的，该第三光束经该反射元件反射至该反射盘与该波长转换涂层。
较佳的，该第一部分的该第一光束系投射到该分光元件，该第二部分的该第一光束自该分光元件旁投射至该反射元件；或者，该分光元件具有相连结的第一区段与第二区段，该第一区段用来反射该第一光束且允许该第四光束穿透，该第二区段则允许该第一光束与该第四光束穿透。
较佳的，该第一光束系完全投射在该分光元件；
较佳的，其中该分光元件允许第一偏振态光束穿透且反射第二偏振态光束，该投影机还包含有：
第一相位延迟件，设置在该光源模组与该分光元件之间，用来将该第一光束转换为具有第一偏振态的该第三光束与具有第二偏振态的该第二光束；以及
第二相位延迟件，设置于该分光元件及该波长转换模组之间，用来生成具有第二偏振态的该第五光束。
较佳的，该分光元件包含镀膜层，该镀膜层能够反射该第一部分的该第一光束、且允许该第二部分的该第一光束穿透。
较佳的，该反射盘的半峰半宽度介于1～4度。
本发明的投影机利用可将光源模组所提供光束分为两部分的分光元件，搭配能够局部反射照明光束及局部生成受激光束的波长转换模组、分别对齐波长转换图层与反射盘的两个准直透镜、及帮助光束转向的反射元件，架构成有限空间里最少元件数的合光模组以进行光束结合。分光元件可藉由调整其摆放位置或镀膜层材料允许光束通过或绕过；分光元件还可具有多种应用态样，例如其中一种反射特定色彩光束且允许其它色彩光束穿透，另一种则允许特定偏振态光束穿透且反射其它偏振态光束。配合不同特性的分光元件，投影机的光源模组、分光元件与相位延迟件的摆放位置也会随着相应改变。
附图说明
图1为本发明第一实施例的投影机的示意图。
图2为本发明实施例的波长转换模组的示意图。
图3为本发明实施例的反射盘所生成扩散光束的能量分布图。
图4为本发明第二实施例的投影机的示意图。
图5为本发明第三实施例的投影机的示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参阅图1与图2，图1为本发明第一实施例的投影机10的示意图，图2为本发明实施例的波长转换模组14的示意图。投影机10可包含光源模组12、波长转换模组14、第一准直透镜16、第二准直透镜18、分光元件20、反射元件22、聚光模组24以及扩散元件26。波长转换模组14可具有反射盘28与波长转换涂层30，且波长转换涂层30为设置在反射盘28的环状结构。第一准直透镜16与第二准直透镜18可分别设置相对于波长转换模组14。分光元件20可设置在光源模组12与第一准直透镜16之间。反射元件22则可设置在分光元件20与第二准直透镜18之间。聚光模组24和扩散元件26为选择性配件。聚光模组24可设置在光源模组12与分光元件20之间。扩散元件26可设置在分光元件20与波长转换模组14之间。
光源模组12可用来提供第一光束B1。第一光束B1通过聚光模组24收敛其投射面积，并投向分光元件20。第一实施例中，第一光束B1的第一部分B1_1可为分光元件20反射而形成第二光束B2。第一光束B1的第二部分B1_2则绕过分光元件20形成第三光束B3。第二光束B2可经由第一准直透镜16的缩束而投射到波长转换模组14，由波长转换涂层30受激生成第四光束B4。第四光束B4可穿透分光元件20往收光区A传递。第三光束B3则利用反射元件22转向至第二准直透镜18，经由第二准直透镜18的缩束投射到波长转换模组14，让反射盘28反射生成第五光束B5。第五光束B5依序经过反射元件22与分光元件20的反射往收光区A传递，进而与第四光束B4结合。
若光源模组12提供的第一光束B1为蓝光，第二光束B2、第三光束B3与第五光束B5皆会为蓝光。分光元件20具有反射蓝光且允许其它色光穿透的特性，因此第四光束B4为蓝光以外的色光，例如黄光。第一光束B1的颜色依光源模组12的发光二极体特性决定，第四光束B4的颜色依波长转换模组14的材料特性决定，实际应用不限于前揭实施态样提及的蓝光与黄光。第四光束B4与第五光束B5在收光区A结合而可生成白光。
波长转换模组14具有可转动特性，反射盘28安装在转轴(未绘制于图中)，波长转换涂层30以反射盘28的中心C为基准形成的环状结构。一般来说，环状结构为实心涂层，意即在环状结构的轮廓内完整涂布波长转换材料，如图2所示，然实际应用不限于此。举例来说，波长转换涂层30可以包含多个涂布块(未绘制于图中)，由多个涂布块间隔排列而形成环状结构。此外，波长转换模组14还可进一步具有扩散涂层32，其以环状模式设置在反射盘28上。图2所示实施态样将扩散涂层32贴齐波长转换涂层30的外侧，然实际应用不限于此；例如扩散涂层32亦可贴齐波长转换涂层30的内侧。在波长转换模组14的旋转过程中，经第一准直透镜16缩束的第二光束B2可持续地投射到波长转换涂层30，经第二准直透镜18缩束的第三光束B3则持续地投射到反射盘28或扩散涂层32。在其它实施例中，扩散涂层32亦可同时直接覆盖反射盘28和波长转换涂层30。可通过印刷或喷砂的方式形成环状的波长转换涂层30及扩散涂层32。
波长转换模组14的可转动特性能用来解决第四光束B4与第五光束B5结合所生光束同调性过高的缺点。除此之外，也可利用加强反射盘28的粗糙度，改善第四光束B4与第五光束B5的结合光束同调性过高的缺点。本发明中，反射盘28的粗糙度以半峰半宽度(HalfWidth At Half-Maximum,HWHM)介于1～4度为佳。请参阅图3，图3为本发明实施例的反射盘28所生成扩散光束的能量分布图。反射盘28的粗糙度能对光束进行扩束。扩散光束的扩散角度越大，所对应的能量分布比会越低。图3的曲线100表示扩散光束的扩散角度与能量分布关系，符号α为扩散光束的几何中心线与光束边缘的夹角。图3中L点与R点之间对应的扩散角度定义为全峰半宽度(Full Width At Half-Maximum,FWHM)F1，全峰半宽度F1的一半即为半峰半宽度H1。
如图2所示，第二光束B2与第三光束B3分别照射波长转换模组14的第一处及第二处，形成光点P1与光点P2。第一处不同于第二处，且反射盘28的中心C位于第一处及第二处之间。反射盘28的中心C位于第一处及第二处之间，可以是第一处和第二处位于同一条经过中心C的直线上，也可以是第一处、中心C与第二处三点构成的以中心C顶点的角的角度为钝角。第一实施例中，第三光束B3经由第二准直透镜18的缩束投射到反射盘28；若反射盘28上涂布了扩散涂层32，第三光束B3则是投射到扩散涂层32。然而，如有调整投影机10的投影画面色域的需求，也可以将第三光束B3经由反射元件22的反射与第二准直透镜18缩束同时投射至反射盘28与波长转换涂层30(或是同时投射至扩散涂层32与波长转换涂层30)，如图2所示的光点P2’。
特别一提的是，扩散元件26的位置不限于图2所示第二准直透镜18与波长转换模组14之间，也可以设置在分光元件20与反射元件22之间、或是反射元件22与第二准直透镜18之间。只要位置介于分光元件20与波长转换模组14之间，皆属于本发明的扩散元件26的设计范畴。
第一实施例的分光元件20有部分区域没有位于第一光束B1的光路内；第一部分B1_1的第一光束B1投射到分光元件20造成反射时，第二部分B1_2的第一光束B1自分光元件20旁投射到反射元件22，意即第二部分B1_2的第一光束B1会绕过分光元件20形成第三光束B3，以投射至反射元件22；本发明还可利用其它方式区分第一光束B1的第一部分B1_1与第二部分B1_2的。请参阅图4，图4为本发明第二实施例的投影机10’的示意图。第二实施例中，与第一实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。第二实施例和第一实施例的差异在于，投影机10’的分光元件20’具有相连结的第一区段34及第二区段36。第一区段34可用来反射第一光束B1且允许第四光束B4穿透。第二区段36则能允许第一光束B1与第四光束B4穿透。
第二实施例中，分光元件20’的第二区段36可具透光性质，允许第一光束B1的第二部分B1_2通过来形成第三光束B3。分光元件20’另将镀膜层38设置在第一区段34而相对于第一光束B1的第一部分B1_1。光源模组12提供的第一光束B1完全投射在分光元件20’。投射于第一区段34的第一光束B1属于第一部分B1_1，进而被镀膜层38反射形成第二光束B2；投射于第二区段36的第一光束B1属于第二部分B1_2，不受镀膜层38的影响而会穿透第二区段36形成第三光束B3。镀膜层38的材料性质及其反射率与穿透率依投影机10’的设计需求可有不同的调整变化，故此不再详加说明。
在其它实施例中，还可通过设置分光元件20相对于第一光束B1的光路的尺寸比例，来获得适当的混色比例。在另一实施例中，还可通过调整分光元件20相对于第一光束B1的光路的位置，进而改变分光元件20位于第一光束B1的光路中的尺寸比例，来调整混色比例。
请参阅图5，图5为本发明第三实施例的投影机10”的示意图。第三实施例中，与前揭实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。第三实施例和前揭实施例的差异在于，投影机10”的分光元件20”可允许第一偏振态光束穿透且反射第二偏振态光束，且投影机10”可进一步包含第一相位延迟件40以及第二相位延迟件42。第一相位延迟件40可设置在光源模组12与分光元件20”之间。第二相位延迟件42可设置在分光元件20”与波长转换模组14之间。第三实施例中，只要设置在分光元件20”与反射元件22之间、或是反射元件22与第二准直透镜18之间、或是第二准直透镜18与波长转换模组14之间的相位延迟件皆属于本发明的第二相位延迟件42的设计范畴。
光源模组12提供的第一光束B1依序穿过聚光模组24与第一相位延迟件40后，会被转换为具有第一偏振态的第三光束B3和具有第二偏振态的第二光束B2。具有第二偏振态的第二光束B2可视为第一光束B1的第一部分B1_1，具有第一偏振态的第三光束B3则视为第一光束B1的第二部分B1_2。具有第二偏振态的第二光束B2经由第一准直透镜16的缩束投射到波长转换涂层30，受激生成第四光束B4；第四光束B4穿透分光元件20往收光区A传递。具有第一偏振态的第三光束B3通过第二相位延迟件42，且经由反射元件22的反射和第二准直透镜18的缩束投射到反射盘28，反射生成具有第二偏振态的第五光束B5。第五光束B5再利用反射元件22与分光元件20往收光区A传递，与第四光束B4结合。
在一较佳的实施例中，第一相位延迟件40为二分之一波片，第二相位延迟件42为四分之一波片。
综上所述，本发明的投影机利用可将光源模组所提供光束分为两部分的分光元件，搭配能够局部反射照明光束及局部生成受激光束的波长转换模组、分别对齐波长转换图层与反射盘的两个准直透镜、及帮助光束转向的反射元件，架构成有限空间里最少元件数的合光模组以进行光束结合。分光元件可藉由调整其摆放位置或镀膜层材料允许光束通过或绕过；分光元件还可具有多种应用态样，例如其中一种反射特定色彩光束且允许其它色彩光束穿透，另一种则允许特定偏振态光束穿透且反射其它偏振态光束。配合不同特性的分光元件，投影机的光源模组、分光元件与相位延迟件的摆放位置也会随着相应改变。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (15)

1.一种投影机，其特征在于，包含：
光源模组，用来提供第一光束；
波长转换模组，具有反射盘以及波长转换涂层，该波长转换涂层为设置在该反射盘的环状结构；
第一准直透镜，与该波长转换模组相对设置；
第二准直透镜，与该波长转换模组相对设置；
分光元件，设置在该光源模组与该第一准直透镜之间，用来反射该第一光束的第一部分以形成第二光束，及允许该第一光束的第二部分通过或绕过而形成第三光束，该第二光束经该第一准直透镜缩束投射到该波长转换涂层以受激生成第四光束，该分光元件还允许该第四光束穿透；以及
反射元件，设置在该分光元件与该第二准直透镜之间，该第三光束经该第二准直透镜缩束投射到该反射盘以反射生成第五光束，该第五光束依序经该反射元件与该分光元件的反射而与该第四光束结合。
2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，还包含：
聚光模组，设置在该光源模组与该分光元件之间，用来收敛该第一光束的投射面积。
3.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，还包含：
扩散元件，设置在该分光元件与该波长转换模组之间。
4.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该波长转换涂层以该反射盘的中心为基准形成该环状结构。
5.如权利要求4所述的投影机，其特征在于，该第二光束及该第三光束分别照射该波长转换模组的第一处及第二处，且该第一处不同于该第二处。
6.如权利要求5所述的投影机，其特征在于，该中心位于该第一处及该第二处之间。
7.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该波长转换涂层的该环状结构为实心涂层。
8.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该波长转换模组还具有扩散涂层，以环状模式设置在该反射盘，且贴齐该波长转换涂层的内侧或外侧。
9.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该波长转换模组为可转动的。
10.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第一光束、该第二光束、该第三光束与该第五光束为蓝光，该分光元件反射该蓝光且允许其它色光穿透，该第四光束为黄光。
11.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第三光束经该反射元件反射至该反射盘与该波长转换涂层。
12.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第一光束的该第一部分投射到该分光元件，该第一光束的该第二部分自该分光元件旁投射至该反射元件；或者，该分光元件具有相连结的第一区段与第二区段，该第一区段用来反射该第一光束且允许该第四光束穿透，该第二区段则允许该第一光束与该第四光束穿透。
13.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第一光束完全投射在该分光元件；
其中该分光元件允许第一偏振态光束穿透且反射第二偏振态光束，该投影机还包含有：
第一相位延迟件，设置在该光源模组与该分光元件之间，用来将该第一光束转换为具有第一偏振态的该第一光束的该第二部分与具有第二偏振态的该第一光束的该第一部分；以及
第二相位延迟件，设置于该分光元件及该波长转换模组之间；该第一光束的该第二部分通过该第二相位延迟件，以及该反射元件的反射和该第二准直透镜的缩束投射到该反射盘，反射生成具有第二偏振态的该第五光束。
14.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该分光元件包含镀膜层，该镀膜层能够反射该第一光束的该第一部分、且允许该第一光束的该第二部分穿透。
15.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该反射盘的半峰半宽度介于1~4度。
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