CN113805415B - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置。投影装置的激发光源用以发出第一光束。第一光束沿第一方向入射光波长转换轮，且光波长转换轮接收第一光束并于第一时序输出第一光束及于第二时序将第一光束转换为第二光束并输出第二光束。第二光束沿第二方向出射光波长转换轮。第一光束及第二光束依序穿透滤光色轮以及匀光元件，使照明系统输出照明光束。照明光束包括第一光束及第二光束。照明光束沿第三方向入射光阀，且借由光阀转换为影像光束。影像光束沿第四方向出射光阀。第一方向、第二方向、第三方向以及第四方向彼此不同且位于同一平面。本发明的投影装置的光路架构有利于体积的缩减及投影距离的缩短。

Description

投影装置
技术领域
本发明涉及一种光学装置，且特别是涉及一种投影装置。
背景技术
一般来说，激光投影装置使用光源模块产生光束。光束经由滤光色轮在各时序产生不同颜色的光束。这些光束穿过匀光元件使光均匀整形后，再借由光阀产生影像光束。影像光束透过投影镜组投射出，使投影装置输出影像画面。
上述的光源模块例如使蓝光激光二极管阵列所发出的蓝色激光经过光学元件准直后，准直后的蓝色激光入射至转动的荧光粉轮(phosphor wheel)上。当蓝色激光打在荧光粉区时，蓝色激光激发荧光粉而转换出黄光，黄光再入射至匀光元件。当蓝色激光照射在荧光粉轮的反射区时，蓝色激光被反射至匀光元件。
上述的光束通过匀光元件后会入射至光阀。光阀通常为数字微镜元件(digitalmicro-mirror device,DMD)。由于数字微镜元件的可动微镜片的翻转角度的限制，入射至光阀的光束通常是选择以下入光或是斜下入光。然而，下入光或是斜下入光的光路架构使得投影装置的体积无法进一步缩减。
除此之外，投影装置内的荧光粉轮与滤光色轮以互相垂直的方式设置。但这样的设置方式使投影装置的系统体积纵深加长，因此不利于投影距离的缩短。
本“背景技术”只是用来帮助了解本发明内容，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所属技术领域中的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发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的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，其光路架构有利于体积的缩减及投影距离的缩短。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例的投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束投射出投影装置。照明系统包括激发光源、光波长转换轮、滤光色轮以及匀光元件。激发光源用以发出第一光束。第一光束沿第一方向入射光波长转换轮，且光波长转换轮接收第一光束并于第一时序输出第一光束及于第二时序将第一光束转换为第二光束并输出第二光束。第二光束沿第二方向出射光波长转换轮。第一光束及第二光束依序穿透滤光色轮以及匀光元件，使照明系统输出照明光束。照明光束包括第一光束及第二光束。照明光束沿第三方向入射光阀，且借由光阀转换为影像光束。影像光束沿第四方向出射光阀。第一方向、第二方向、第三方向以及第四方向彼此不同且位于同一平面。
基于上述，在本发明的一实施例的投影装置中，由于投影装置的光路中的第一方向、第二方向、第三方向以及第四方向彼此不同且位于同一平面，因此，投影装置的系统体积纵深可有效地被缩减，且有利于投影距离的缩短。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的投影装置的示意图。
图2是在本发明的一实施例的投影装置中，照明光束入射于光阀的示意图。
图3是根据本发明的一实施例的投影装置的侧视示意图。
图4是根据本发明的另一实施例的投影装置的示意图。
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较佳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是根据本发明的一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本发明的一实施例的投影装置10A包括照明系统100A、光阀200以及投影镜头300。照明系统100A用以提供照明光束I。光阀200配置于照明光束I的传递路径上，且用以将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头300配置于影像光束IB的传递路径上，且用以将影像光束IB投射出投影装置10A。
详细来说，本实施例的照明系统100A包括合光模块110A、滤光色轮130以及匀光元件140。合光模块110A用以在不同时序输出不同光色的光。合光模块110A包括激发光源111、光波长转换轮112、第一透镜组113、光路切换元件114、透镜115以及反射元件116。其中，激发光源110对应至光路切换元件114的第一区114R1。
在本实施例中，激发光源111用以发出第一光束B1。激发光源111例如是激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或其他合适的光源或其组合，本发明并不局限于此。此外，第一光束B1可为蓝光、红光、绿光或其他光色的光。
以第一光束B1为蓝光为例。在本实施例中，激发光源111所发出的第一光束B1先穿透光路切换元件114的第一区114R1再以偏离第一透镜组113的光轴113A的方式入射至第一透镜组113。光路切换元件114的第一区114R1例如是蓝光穿透且黄光反射的区域。在本实施例中，光波长转换轮112为反射式荧光色轮且包括荧光粉区域以及非荧光粉区域，其中非荧光粉区域例如为一蓝光反射区域，光波长转换轮112的荧光粉区域以及非荧光粉区域例如皆配置有反射膜层，用以反射光束。在第一时序期间，第一光束B1穿透第一透镜组113后，第一光束B1沿第一方向D1入射光波长转换轮112的非荧光粉区域，且光波长转换轮112接收第一光束B1并于第一时序输出第一光束B1’，其中第一光束B1’沿第二方向D2出射光波长转换轮112，且第一光束B1’为第一光束B1的反射光束。再者，被光波长转换轮112的非荧光粉区域反射的第一光束B1’以偏离第一透镜组113的光轴113A的方式穿透第一透镜组113后，第一光束B1’入射至光路切换元件114的第二区114R2。光路切换元件114的第二区114R2例如是蓝光半穿透半反射且黄光反射的区域。因此，第一光束B1’的一部分依序被光路切换元件114的第二区114R2反射、穿透透镜115以及穿透滤光色轮130的蓝光区域再入射至匀光元件140；第一光束B1’的另一部分依序穿透光路切换元件114的第二区114R2、被反射元件116反射、穿透光路切换元件114的第一区114R1、穿透透镜115以及穿透滤光色轮130的蓝光区域再入射至匀光元件140。
在本实施例的第二时序期间，第一光束B1穿透第一透镜组113后，第一光束B1沿第一方向D1入射光波长转换轮112的荧光粉区域，且光波长转换轮112的荧光粉区域将第一光束B1转换为第二光束B2并沿第二方向D2’输出第二光束B2。第二光束B2例如是黄光。也就是说，光波长转换轮112的荧光粉区域可将蓝光转换为黄光且将黄光反射而出射光波长转换轮112，其中第二方向D2’可重合于第一透镜组113的光轴113A。再者，第二光束B2依序穿透第一透镜组113、被光路切换元件114反射、穿透透镜115以及穿透滤光色轮130的黄光区域再入射至匀光元件140。
在本实施例中，第一光束B1’及第二光束B2穿透匀光元件140后，使照明系统100A输出照明光束I。也就是说，照明光束I包括第一光束B1’及第二光束B2。
在本实施例中，匀光元件140使通过的第一光束B1’及第二光束B2均匀化。匀光元件140例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本发明不局限于此。
在本实施例中，照明光束I沿第三方向D3入射光阀200，且借由光阀200将照明光束I转换为影像光束IB。影像光束IB沿第四方向D4出射光阀200。第一方向D1、第二方向D2’、第三方向D3以及第四方向D4彼此不同且位于同一平面(例如图1的XY平面)。
请参考图1，在本实施例中，投影装置10A还包括第一反射器120。第一反射器120在第一光束B1’及第二光束B2的传递路径上设置于光波长转换轮112与滤光色轮130之间，且用以将来自光波长转换轮112的第一光束B1’及第二光束B2反射至滤光色轮130。在图1中，第一反射器120在第一光束B1’及第二光束B2的传递路径上设置于透镜115与滤光色轮130之间。
在本实施例中，投影装置10A还包括第二反射器400。第二反射器400在照明光束I的传递路径上设置于匀光元件140与光阀200之间，且用以反射来自匀光元件140的照明光束I，使来自匀光元件140的照明光束I沿第三方向D3入射至光阀200。
在一实施例中，第一反射器120或第二反射器400可为平面镜、凸面镜、凹面镜或棱镜。在另一实施例中，第一反射器120或第二反射器400可为完全反射镜或白反射片。当第一反射器120或第二反射器400为完全反射镜时，投影装置10A的光能量利用效率较佳。当第一反射器120或第二反射器400为白反射片时，由于白反射片为具有扩散效果的反射片，投影装置10A所产生的光束的均匀度更佳。在本发明的一实施例的投影装置10A中，由于投影装置10A包括了第一反射器120或/及第二反射器400，因此，投影装置10A可在光路中光程较长的部分借由第一反射器120或第二反射器400进行光路的折叠(folding)并改变光束传递方向，使投影装置10A的体积可进一步缩减。
在本实施例中，第一反射器120的反射面120S以及第二反射器400的反射面400S垂直于前述的平面(例如图1的XY平面)。
在一实施例中，第一反射器120或第二反射器400为可动件。例如，投影装置10A的使用者可调整第一反射器120或第二反射器400设置的角度或位置，使投影装置10A所产生的影像画面更佳。
在另一实施例中，第一反射器120或第二反射器400可为固定件，使投影装置10A所产生的影像画面较不受震动等外界因素的影响。因此，投影装置10A所产生的影像画面的品质较为稳定。
请参考图1，在本实施例中，投影装置10A还包括第二透镜组500以及棱镜组600。第二透镜组500以及棱镜组600在照明光束I的传递路径上设置于第二反射器400与光阀200之间。棱镜组600可为两个棱镜所组合成的内部全反射棱镜(total internalreflectionprism,TIR prism)。借由第二反射器400反射后的照明光束I先穿过第二透镜组500再穿透棱镜组600的内斜面600S而沿第三方向D3入射至光阀200。照明光束I借由光阀200转换为影像光束IB，影像光束IB沿第四方向D4出射光阀200。接着，影像光束IB传递至棱镜组600，并借由棱镜组600的内斜面600S而全反射至投影镜头300。
图2是在本发明的一实施例的投影装置中，照明光束入射于光阀的示意图。在本实施例中，光阀200例如是数字微镜元件(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 CrystalPanel,LCD)等空间光调变器。为了使成像效果更佳，光阀200较佳是数字微镜元件。以光阀200是数字微镜元件为例，光阀200具有呈现阵列形式的多个可动微镜片。多个可动微镜片形成有效成像区200R，且有效成像区200R具有长边200L与短边200S。
请同时参考图1与图2，在本实施例中，光阀200的有效成像区200R的长边200L垂直于前述的平面(例如图1的XY平面)，且其短边200S平行于前述的平面(例如图1的XY平面)。照明光束I在光阀200上的投影平行于光阀200的有效成像区200R的短边200S。在本发明的一实施例的投影装置10A中，由于光阀200的有效成像区200R的长边200L垂直于前述的平面，且照明光束I在光阀200上的投影平行于光阀200的有效成像区200R的短边200S，因此，光阀200所转换的影像光束IB可沿平行于前述的平面的第四方向D4出射光阀200，使得投影装置10A的体积可进一步被缩减。
在本实施例中，光波长转换轮112的光学面112S、滤光色轮130的光学面130S以及光阀200的有效成像区200R不互相平行，且光波长转换轮112的光学面112S及滤光色轮130的光学面130S不互相垂直，滤光色轮130的光学面130S以及光阀200的有效成像区200R不互相垂直。因此，投影装置10A的系统体积纵深可有效地被缩减，且有利于投影距离的缩短。于其他实施例中，光波长转换轮的光学面、滤光色轮的光学面以及光阀的有效成像区更可以不互相垂直且不互相平行，可更有效的缩减系统体积。
在本实施例中，光波长转换轮112的光学面112S、滤光色轮130的光学面130S以及光阀200的有效成像区200R垂直于前述的平面(例如图1的XY平面)。因此，投影装置10A的横向体积可有效地被缩减。
在本实施例中，投影镜头300例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、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。本发明对投影镜头300的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，投影镜头300的光轴300A平行于前述的平面(例如图1的XY平面)。此外，投影镜头300具有可移动轴(例如Z轴)。可移动轴垂直于前述的平面，则投影镜头300A的光轴300A可依据需求沿着可移动轴移动。在本发明的一实施例的投影装置10A中，由于投影镜头300具有可移动轴，投影装置10A的影像画面可根据投影环境调整，因此，使用者的使用体验更佳。
图3是根据本发明的一实施例的投影装置的侧视示意图。请参考图1与图3，在本发明的一实施例的投影装置10A中，由于投影装置10A内各光学元件的设置方式，使得光路中的第一方向D1、第二光束B2的第二方向D2’、第三方向D3以及第四方向D4彼此不同且位于同一平面，因此，投影装置10A的系统体积纵深可有效地被缩减，且有利于投影距离的缩短。
图4是根据本发明的另一实施例的投影装置的示意图。请参考图4，图4的投影装置10B与图1的投影装置10A大致相同，其主要差异如下。在本实施例中，照明系统100B的光波长转换轮112B为穿透式荧光色轮且包括荧光粉区域及非荧光粉区域，其中非荧光粉区域例如为一光穿透区域，光波长转换轮112B的荧光粉区域配置有反射膜层，用以反射光束。再者，照明系统100B的合光模块110B还包括反射元件116A与116B。
在本实施例中，光路切换元件114B为波长分光镜，且为蓝光穿透黄光反射之分光镜。激发光源111所发出的第一光束B1先穿透光路切换元件114B，再穿透第一透镜组113。在第一时序期间，穿透第一透镜组113的第一光束B1沿第一方向D1入射光波长转换轮112B的非荧光粉区域，且光波长转换轮112B接收第一光束B1并于第一时序输出第一光束B1’，其中第一光束B1’沿相同于的第一方向D1的第二方向D2穿透出光波长转换轮112B。再者，穿透光波长转换轮112B的第一光束B1’依序透过反射元件116B、116A与116的反射而传递至光路切换元件114B。接着，第一光束B1’再穿透光路切换元件114B而传递至透镜115。
在本实施例的第二时序期间，穿透第一透镜组113的第一光束B1沿第一方向D1入射光波长转换轮112B的荧光粉区域，且光波长转换轮112B的荧光粉区域将第一光束B1转换为第二光束B2并输出第二光束B2。接着，第二光束B2沿第二方向D2’出射光波长转换轮112B，其中第二方向D2’可平行于第一透镜组113的光轴113A，且第二方向D2’相反于第一方向D1。再者，第二光束B2穿透第一透镜组113后而传递至光路切换元件114B。第二光束B2再透过光路切换元件114B反射而传递至透镜115。
在本发明的一实施例的投影装置10B中，由于光波长转换轮112B为穿透式荧光色轮，且投影装置10B包括了多个包括反射元件116、116A与116B，因此，投影装置10B内各光学元件的空间利用率更高，使得投影装置10B的系统体积可进一步被缩减。
综上所述，在本发明的一实施例的投影装置中，由于投影装置内各光学元件的设置方式，使得光路中的第一方向、第二光束的第二方向、第三方向以及第四方向彼此不同且位于同一平面，因此，投影装置的系统体积纵深可有效地被缩减，且有利于投影距离的缩短。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求书不须达成本发明所揭露之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之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“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。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。
附图标记说明：
10A、10B:投影装置
100A、100B:照明系统
110A、110B:合光模块
111:激发光源
112、112B:光波长转换轮
112S、130S:光学面
113:第一透镜组
113A、300A:光轴
114、114B:光路切换元件
114R1:第一区
114R2:第二区
115:透镜
116、116A、116B:反射元件
120:第一反射器
120S、400S:反射面
130:滤光色轮
140:匀光元件
200:光阀
200L:长边
200R:有效成像区
200S:短边
300:投影镜头
400:第二反射器
500:第二透镜组
600:棱镜组
600S:内斜面
B1、B1’:第一光束
B2:第二光束
D1:第一方向
D2、D2’:第二方向
D3:第三方向
D4:第四方向
I:照明光束
IB:影像光束。

Claims (14)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中，所述照明系统用以提供照明光束；所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用以将所述照明光束转换成影像光束；以及所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，且用以将所述影像光束投射出所述投影装置，其中所述照明系统包括激发光源、光波长转换轮、滤光色轮以及匀光元件，其中：
所述激发光源用以发出第一光束，所述第一光束沿第一方向入射所述光波长转换轮，且所述光波长转换轮接收所述第一光束并于第一时序输出所述第一光束及于第二时序将所述第一光束转换为第二光束并输出所述第二光束，所述第二光束沿第二方向出射所述光波长转换轮，所述第一光束及所述第二光束依序穿透所述滤光色轮以及所述匀光元件，使所述照明系统输出所述照明光束，所述照明光束包括所述第一光束及所述第二光束的至少其一；
所述照明光束沿第三方向入射所述光阀，且借由所述光阀转换为所述影像光束，所述影像光束沿第四方向出射所述光阀；
所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向以及所述第四方向彼此不同且位于同一平面；以及
所述光波长转换轮的光学面、所述滤光色轮的光学面以及所述光阀的有效成像区不互相平行，所述光波长转换轮的所述光学面以及所述滤光色轮的所述光学面不互相垂直。
2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光波长转换轮的所述光学面、所述滤光色轮的所述光学面以及所述光阀的所述有效成像区垂直于所述平面。
3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括：
第一反射器，其在所述第一光束及所述第二光束的传递路径上设置于所述光波长转换轮与所述滤光色轮之间，且用以将来自所述光波长转换轮的所述第一光束及所述第二光束反射至所述滤光色轮。
4.根据权利要求3所述的投影装置，其特征在于，还包括：
第二反射器，其在所述照明光束的传递路径上设置于所述匀光元件与所述光阀之间，且用以反射来自所述匀光元件的所述照明光束，使所述照明光束沿所述第三方向入射至所述光阀。
5.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射器或所述第二反射器为平面镜、凸面镜、凹面镜或棱镜。
6.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射器或所述第二反射器为可动件。
7.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射器或所述第二反射器为固定件。
8.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射器的反射面以及所述第二反射器的反射面垂直于所述平面。
9.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影镜头的光轴平行于所述平面。
10.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影镜头具有可移动轴，所述可移动轴垂直于所述平面。
11.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光阀的所述有效成像区的长边垂直于所述平面。
12.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明光束在所述光阀上的投影平行于所述光阀的所述有效成像区的短边。
13.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光波长转换轮为反射式荧光色轮。
14.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光波长转换轮为穿透式荧光色轮。
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