TW201608325A - 投影機 - Google Patents

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Abstract

一種投影機，包括一光源模組、一光機、一光閥及一投影鏡頭。光源模組提供一第一照明光束且包括多個光源、多個光纖及一光積分柱。各光源提供一照明子光束。各照明子光束藉由對應的光纖而傳遞至光積分柱，並通過光積分柱而射出以形成第一照明光束。光機包括一螢光粉輪，螢光粉輪位於第一照明光束的傳遞路徑上且將第一照明光束轉換為一第二照明光束。光閥位於第二照明光束的傳遞路徑上且將第二照明光束轉換成一影像光束。投影鏡頭位於影像光束的傳遞路徑上且將影像光束投影至投影機外。

Description

投影機
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種投影機。
投影機為一種用以隨時隨地產生畫面的顯示裝置。投影機的成像原理是將光源所產生的照明光束藉由光閥轉換成影像光束，再將影像光束通過鏡頭投射到螢幕或牆面上以形成影像。隨著投影技術的進步及製造成本的降低，投影機的使用已從商業用途逐漸拓展至家庭用途。
一般來說，投影機具有光源模組，以提供投影畫面所需的光線。圖6是一種習知的投影機600的部分構件示意圖，投影機600包括光源模組610以及光機620，其中光源模組610包括多個光源612、合光元件614(combiner)以及準直透鏡616(collimator)，光機620包括螢光粉輪622(phosphor wheel)以及多個中繼透鏡624(relay lens)，其中光源612例如是以多個藍光雷射二極體(laser diode)作為光源，透過合光元件614將多個藍光雷射二極體發出的藍光集中並傳遞至準直透鏡616，然後透過中繼透 鏡624等光學元件將所述藍光傳遞至螢光粉輪622，以藉由螢光粉輪622將部分藍光轉換為紅光及綠光。為了提升投影畫面的亮度，在投影機的設計中通常會增加雷射二極體的使用數量，然而隨著雷射二極體的數量增加，合光元件614的尺寸需相應地增大，以有效地集中這些雷射二極體發出的藍光，如此將會增加光源模組610的製造成本。此外，隨著合光元件614的尺寸增大，部分雷射二極體發出的光束需在通過合光元件614後以較大的彎折角度往準直透鏡616傳遞，如此將會大幅提高光源模組610的設計難度。
台灣專利編號TWM337114揭露一種照明系統，其光源發出的光線依序通過積分柱及聚焦單元而到達色輪。中國專利編號CN101063519揭露一種照明系統，其利用光纖對光源發出的光線進行導引。美國專利編號US20090168025揭露一種照明系統，其光源發出的光線經由光纖而抵達積分器。台灣專利編號TW439993揭露積分柱可分為空心積分柱及實心積分柱。
本發明提供一種投影機，其光源模組具有較低的製造成本及設計難度，且可提供均勻的照明光束至螢光粉輪。
本發明的投影機包括一光源模組、一光機、一光閥及一投影鏡頭。光源模組適於提供一第一照明光束且包括多個光源、多個光纖及一光積分柱(light integration rod)。各光源適於提供一照明子光束。各光纖具有相對的一第一末端及對應於第一末端的 一第二末端，這些第一末端分別對位於這些光源。光積分柱具有一入光端及一出光端，其中這些第二末端對位於入光端，各照明子光束適於藉由對應的光纖而傳遞至入光端，並通過光積分柱而從出光端射出以形成第一照明光束。光機包括一螢光粉輪，其中螢光粉輪位於第一照明光束的傳遞路徑上，螢光粉輪適於將第一照明光束轉換為一第二照明光束。光閥位於第二照明光束的傳遞路徑上且適於將第二照明光束轉換成一影像光束。投影鏡頭位於影像光束的傳遞路徑上且適於將影像光束投影至投影機外。
基於上述，在本發明的光源模組中，多個光源發出的照明子光束分別藉由多個光纖的導引而被集中至光積分柱，而非藉由合光元件被集中，故光源模組不需因光源的數量較多而配置較大尺寸的合光元件，進而不會導致照明子光束通過大尺寸合光元件後以較大的彎折角度傳遞，如此可節省光源模組的製造成本並降低光源模組的設計難度。此外，在這些照明子光束被這些光纖集中並通過光積分柱之後，這些照明子光束的分佈會被光積分柱均勻化，以提供均勻的照明光束至螢光粉輪，使投影機具有良好的投影效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、600‧‧‧投影機
110、610‧‧‧光源模組
112、612‧‧‧光源
112a‧‧‧雷射二極體
112b‧‧‧準直透鏡
112c‧‧‧耦合透鏡
114‧‧‧光纖
114a‧‧‧第一末端
114b‧‧‧第二末端
116‧‧‧光積分柱
116a‧‧‧入光端
116b‧‧‧出光端
118‧‧‧集束件
119‧‧‧準直中繼透鏡
124、624‧‧‧中繼透鏡
120、620‧‧‧光機
122、622‧‧‧螢光粉輪
130‧‧‧光閥
140‧‧‧投影鏡頭
614‧‧‧合光元件
616‧‧‧準直透鏡
L1、L1’‧‧‧第一照明光束
L2‧‧‧第二照明光束
L3‧‧‧影像光束
SL‧‧‧照明子光束
圖1是本發明一實施例的投影機的方塊圖。
圖2是圖1的投影機的部分構件示意圖。
圖3A繪示光源模組未配置光積分柱時第一照明光束在螢光粉輪處的分佈。
圖3B繪示光源模組配置光積分柱時第一照明光束在螢光粉輪處的分佈。
圖4是圖2的光源模組的局部放大圖。
圖5是圖4的光源模組沿I-I線的剖面圖。
圖6是一種習知的投影機的部分構件示意圖。
圖1是本發明一實施例的投影機的方塊圖。圖2是圖1的投影機的部分構件示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的投影機100包括一光源模組110、一光機120、一光閥130及一投影鏡頭140。光源模組110適於提供一第一照明光束L1，其中光源模組110例如為藍色雷射光源且第一照明光束L1為其所提供的藍光。光機120包括一螢光粉輪122，螢光粉輪122位於第一照明光束L1的傳遞路徑上且適於將第一照明光束L1轉換為一第二照明光束L2，其中螢光粉輪122例如是將部分所述藍光轉換為紅光及綠光而形成第二照明光束L2。光閥130位於第二照明光束L2的傳遞路徑上且適於將第二照明光束L2轉換成一影像光束L3。投影鏡頭140位於影像光束L3的傳遞路徑上且適於將影像光束L3 投影至投影機100外。
詳細而言，本實施例的光源模組110如圖2所示包括多個光源112、多個光纖114，圖2中示意性地繪示為5個光源112及5條光纖114，數量不以此為限，以及一光積分柱116。各光源112包括一雷射二極體112a、一準直透鏡112b及一耦合透鏡112c，各光纖114具有一第一末端114a及相對於第一末端114a的一第二末端114b，每一光纖114的第一末端114a分別對位於每一光源112的耦合透鏡112c。各光源112的雷射二極體112a適於提供一照明子光束SL，照明子光束SL通過準直透鏡112b而往對應的光纖114的第一末端114a傳遞，並藉由耦合透鏡112c導入第一末端114a以增加光線利用率。
光積分柱116具有一入光端116a及一出光端116b，每一光纖114的第二末端114b皆對位於光積分柱116的入光端116a。各光源112所提供的各照明子光束SL適於藉由對應的光纖114而傳遞至光積分柱116的入光端116a，並通過光積分柱116而從出光端116b射出以形成所述第一照明光束L1。
在光源模組110的上述配置方式之下，這些光源112發出的照明子光束SL分別藉由這些光纖114的導引而集中至光積分柱116，而非藉由習知的合光元件集中，故光源模組110不會如同習知的投影機中因光源112的數量增加而必需配置較大尺寸的合光元件，因此也不會導致照明子光束SL通過大尺寸合光元件後以較大的彎折角度傳遞，如此可節省光源模組110的製造成本，光 源模組110的設計難度也大幅降低。此外，在這些照明子光束SL被這些光纖114集中並通過光積分柱116之後，這些照明子光束SL的分佈會被光積分柱均勻化，以提供均勻的第一照明光束L1至螢光粉輪122，使投影機100具有良好的投影效果。
以下藉由圖式舉例說明光積分柱116對第一照明光束L1之均勻化效果。圖3A繪示光源模組未配置光積分柱時，第一照明光束在螢光粉輪處的分佈，圖3B繪示光源模組配置光積分柱時，第一照明光束在螢光粉輪處的分佈。請參考圖2、圖3A以及圖3B，當光源模組110未配置光積分柱116時，第一照明光束L1’在螢光粉輪122上的分佈將如圖3A所示較為集中而不均勻。因此本發明藉由光積分柱116的配置，令第一照明光束L1可被光積分柱116均勻化，而使第一照明光束L1在螢光粉輪122上的分佈如圖3B所示較為均勻而不會導致螢光粉輪122因光束分布過於集中而燒燬。
圖4是圖2的光源模組的局部放大圖。圖5是圖4的光源模組沿I-I線的剖面圖。請參考圖4及圖5，在本實施例中，光積分柱116例如為空心柱體且其截面例如為矩形(如圖5所示)。光源模組110更包括一集束件118，集束件118例如為金屬套環或其它適當之集束結構，這些光纖114的這些第二末端114b藉由集束件118而集束，且集束件118及這些第二末端114b的至少部分位於所述空心柱體內而固定於光積分柱116的入光端116a。在其它實施例中，光積分柱116可為實心柱體且集束件118及這些第二 末端114b可藉由其它適當結構而被固定於所述實心柱體的入光端處，本發明不對此加以限制。
由於光積分柱116的截面如上述般為非軸對稱的矩形，故在圖2所示的各照明子光束SL從對應的光纖114之第二末端114a進入光積分柱116之後，各照明子光束SL的軸對稱分佈可有效地被具有非軸對稱截面的光積分柱116破壞，以產生更為均勻的照明光束L1。在其它實施例中，光積分柱116的截面可為圓形、六角形或其它適當形狀，本發明不對此加以限制。
請參考圖2，本實施例的光源模組100更包括一準直中繼透鏡119，準直中繼透鏡119對位於光積分柱116的出光端116b，且光機120包括多個中繼透鏡124。從光積分柱116之出光端116b射出的第一照明光束L1通過光源模組110的準直中繼透鏡119及光機120的部分中繼透鏡124而往螢光粉輪122傳遞。第一照明光束L1被螢光粉輪122轉換成第二照明光束L2後通過光機120的另一部分中繼透鏡124而往圖1所示的光閥130傳遞。
在其它實施例中，可將圖2所示之光源模組110應用於其它形式的光機，本發明不對此加以限制。舉例來說，光機120除了可如圖2所示藉由這些中繼透鏡124及螢光粉輪122的配置而構成穿透式的光機形式，亦可依設計上的需求將這些中繼透鏡124及螢光粉輪122搭配反射元件以及分光元件而構成反射式的光機形式。
綜上所述，在本發明的光源模組中，多個光源發出的照 明子光束分別藉由多個光纖的導引而被集中至光積分柱，而非藉由合光元件被集中，故光源模組不需因光源的數量較多而配置較大尺寸的合光元件，進而不會導致照明子光束通過大尺寸合光元件後以較大的彎折角度傳遞，如此可節省光源模組的製造成本並降低光源模組的設計難度。此外，在這些照明子光束被這些光纖集中並通過光積分柱之後，這些照明子光束的分佈會被光積分柱均勻化，以提供均勻的照明光束至螢光粉輪，使投影機具有良好的投影效果。再者，光積分柱的截面可為非軸對稱的形狀，如此一來，在各照明子光束從對應的光纖之第二末端進入光積分柱之後，各照明子光束的軸對稱分佈可有效地被具有非軸對稱截面的光積分柱破壞，以產生更為均勻的照明光束而進一步提升投影機的投影效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧光源模組
112‧‧‧光源
112a‧‧‧雷射二極體
112b‧‧‧準直透鏡
112c‧‧‧耦合透鏡
114‧‧‧光纖
114a‧‧‧第一末端
114b‧‧‧第二末端
116‧‧‧光積分柱
116a‧‧‧入光端
116b‧‧‧出光端
119、124‧‧‧中繼透鏡
120‧‧‧光機
122‧‧‧螢光粉輪
L1‧‧‧第一照明光束
L2‧‧‧第二照明光束
SL‧‧‧照明子光束

Claims (7)

  1. 一種投影機，包括：一光源模組，適於提供一第一照明光束且包括：多個光源，各該光源適於提供一照明子光束；多個光纖，各該光纖具有相對的一第一末端及一第二末端，該些第一末端分別對位於該些光源；以及一光積分柱，具有一入光端及相對於入光端的一出光端，其中該些第二末端對位於該入光端，各該照明子光束適於藉由對應的該光纖而傳遞至該入光端，並通過該光積分柱而從該出光端射出以形成該第一照明光束；一光機，包括一螢光粉輪，其中該螢光粉輪位於該第一照明光束的傳遞路徑上，該螢光粉輪適於將該第一照明光束轉換為一第二照明光束；一光閥，位於該第二照明光束的傳遞路徑上且適於將該第二照明光束轉換成一影像光束；以及一投影鏡頭，位於該影像光束的傳遞路徑上且適於將該影像光束投影至該投影機外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中該光源模組包括一集束件，該些第二末端藉由該集束件而集束。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的投影機，其中該光積分柱為一空心柱體，該集束件及該些第二末端的至少部分位於該空心柱體內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中該光積分柱的截面為一矩形。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中該光源模組包括至少一準直中繼透鏡，該至少一準直中繼透鏡對位於該出光端，該第一照明光束通過該至少一準直中繼透鏡而往該螢光粉輪傳遞。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中各該光源包括一雷射二極體及一準直透鏡，該雷射二極體適於發出該照明子光束，該照明子光束通過該準直透鏡而往對應的該第一末端傳遞。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的投影機，其中各該光源還包括一耦合透鏡，位於該準直透鏡及該第一末端之間，用以將通過該準直透鏡的該照明子光束導入該第一末端。
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