TWI461818B

TWI461818B - 投影機

Info

Publication number: TWI461818B
Application number: TW099103090A
Authority: TW
Inventors: Ming Te Lin; Wen Pin Yeh; Chun Hsun Wang
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2014-11-21
Also published as: TW201128287A

Description

投影機

本發明涉及一種投影機。

投影機可採用鹵素燈或半導體發光二極體(Light Emitting Diodes，LED)作為光源。但是鹵素燈的壽命較短，一般為一千小時左右，而且鹵素燈一般只有2~3%的能量轉換成光能，其他的能量都變成熱量。相對於鹵素燈，LED的能量利用率比較高，因此廣泛應用於投影機光源中。先前的投影機LED光源一般包括紅色LED光源、綠色LED光源及藍色LED光源，同時為了提高投影機所投射的圖像的光亮度，因此每種單色光源均包括複數LED，從而形成三個光源陣列，使得投影機的體積被大大增大。

有鑒於此，有必要提供一種小型化的投影機。

一種投影機，其包括一個單色光源陣列、一個分光裝置、一個光轉換裝置及一個光導管。所述單色光源陣列用於發出第一單色光。所述分光裝置設置於所述第一單色光的光路上，用於透射部分所述第一單色光及反射部分所述第一單色光。所述光轉換裝置設置於所述分光裝置的透射光路上，用於將所述第一單色光轉換為第二單色光及第三單色光並將所述第二單色光及第三單色光反射到所述分光裝置。所述分光裝置還用於反射所述第二單色光及第三單色光。所述光導管設置於所述分光裝置的反射光路上，用於將所述第一單色光、所述第二單色光及所述第三單色光混合為白光。

一種投影機，其包括一個單色光源陣列、一個分光裝置、一個光轉換裝置及一個光導管。所述單色光源陣列用於發出一第一單色光。所述分光裝置設置於所述第一單色光的光路上，用於透射所述第一單色光。所述光轉換裝置設置於所述分光裝置的透射光路上，用於將所述第一單色光轉換為白光，並將所述白光反射到所述分光裝置。所述分光裝置還用於反射所述白光。所述光導管設置於所述分光裝置的反射光路上。

本發明的投影機，利用一個單色光源陣列與光轉換裝置，就能夠得到一個白色光源，並且配合相應的光路設計，使得在提高單色光源陣列的光利用率的同時，使投影機更趨於小型化。

1、4‧‧‧投影機

10、410‧‧‧單色光源陣列

20、420‧‧‧反射鏡陣列

30、430‧‧‧聚光透鏡組

31‧‧‧第一透鏡

32‧‧‧第二透鏡

40、440‧‧‧分光裝置

41‧‧‧第一分光鏡

42‧‧‧第二分光鏡

50、450‧‧‧凸透鏡

60、460‧‧‧光轉換裝置

61、461‧‧‧基板

62、462‧‧‧螢光粉

70、470‧‧‧中繼透鏡組

71‧‧‧第一中繼透鏡

72‧‧‧第二中繼透鏡

80、480‧‧‧反射鏡

90、490‧‧‧光導管

100、500‧‧‧色輪

110、510‧‧‧TIR棱鏡系統

120、520‧‧‧數位微鏡裝置

130、530‧‧‧鏡頭

圖1係本發明第一實施方式的投影機的示意圖；圖2係本發明第二實施方式的投影機的示意圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明第一實施方式提供的一種投影機1，其包括沿光路依次設置的單色光源陣列10、反射鏡陣列20、聚光透鏡組30、分光裝置40、凸透鏡50、光轉換裝置60、中繼透鏡組70、反射鏡80、光導管90、色輪100、TIR棱鏡系統110、數位微鏡裝置120及鏡頭130。

所述單色光源陣列10用於發出第一單色光。在本實施方式中，所述單色光源陣列10為一個3*7的LED陣列，形成一個發光面較大的平行光源。所述第一單色光為藍光。可以理解，所述單色光源陣列10也為鐳射二極體(Laser Diode，LD)陣列。

所述反射鏡陣列20與單色光源陣列10的延伸方向的夾角為45度，用於將所述單色光源陣列10所發出的第一單色光反射到所述聚光透鏡組30中。可以理解，由於LED或者LD的準直性很高，即在光線的傳遞方向的發散角度較小，因此第一單色光全部被所述反射鏡陣列20反射，然後全部被所述聚光透鏡組30進行彙聚，使得光線的利用率高。

所述聚光透鏡組30位於所述反射鏡陣列20反射的第一單色光的出射光路上，用於彙聚所述單色光源陣列10所發射出的平行光源。

所述分光裝置40由第一分光鏡41及第二分光鏡42交叉組合而成。所述第一分光鏡41朝向所述凸透鏡50傾斜，用於反射10%的第一單色光，透射90%的第一單色光，並將從所述光轉換裝置60出射的第二單色光及第三單色光全部進行透射。所述第二分光鏡42朝向所述聚光透鏡組30傾斜，用於將所述第一單色光全部進行透射，並將從所述光轉換裝置60出射的第二單色光及第三單色光全部進行反射。可以理解，所述第一分光鏡41及第二分光鏡42的分光特性係由其表面所鍍的膜層來決定的，可根據不同需要來選擇合適的膜層，從而實現對光的反射及透射。

所述凸透鏡50設置於所述分光裝置40的透射光路上，即所述分光裝置40及所述光轉換裝置60之間，用於將所述第一單色光進行彙聚。同時，所述凸透鏡50還能將所述光轉換裝置60反射的光線大部分變成平行光線。

所述光轉換裝置60用於將經過所述凸透鏡50的第一單色光轉換為第二單色光及第三單色光，並將第二、第三單色光反射到所述分光裝置40中。所述光轉換裝置60包括一個不透光的基板61及塗敷在所述基板61上的螢光粉62。可以理解，螢光粉62係一種能夠將外部能量轉換為光的物質，其性質係根據化學成分來確定的。在本實施方式中，所述螢光粉62係YAG螢光粉，其主要成分係釔鋁石榴石(Y₃Al₅O₁₂Ce)，可將藍光轉換成紅光及綠光之混合光。

所述中繼透鏡組70包括相互垂直設置的第一中繼透鏡71及第二中繼透鏡72。所述反射鏡80傾斜設置與所述第一中繼透鏡71及第二中繼透鏡72之間，用於將從所述第一中繼透鏡71出射的光線反射到所述第二中繼透鏡72中。所述第一中繼透鏡71位於所述分光裝置40的反射光路上，用於將分光裝置40反射的第一、第二及第三單色光轉換成平行光。所述第二中繼透鏡72用於所述反射鏡80反射出來的平行光彙聚，並射入所述光導管90。

所述光導管90用於將所述第一單色光、第二單色光及第三單色光混合成亮度均勻的白光，並將所合成的白光投射在高速旋轉的色輪100上。

所述色輪100高速旋轉，用於將從所述光導管90出射的白光分成紅光、綠光及藍光。

所述TIR棱鏡系統110由兩塊棱鏡組成。所述TIR棱鏡系統110可使進入其內部的光束不斷的發生反射及折射，從而改變光束的方向。當從中繼透鏡組250射出的光束進入所述TIR棱鏡系統110之後，光束的方向就被改變成數位微鏡裝置120工作所需的方向和角度。且當從數位微鏡裝置120中射出的光束再次進入所述TIR棱鏡系統110之後，光束的方向就被改變，使光束可進入所述鏡頭130中。

所述數位微鏡裝置120為一微鏡反射陣列，這些微鏡受圖像訊號的控制，各微鏡獨立翻轉，分別處於開或關狀態，形成一個圖像源，其中開狀態的微鏡將從TIR棱鏡系統110射出的光束反射回TIR棱鏡系統110，並經過所述TIR棱鏡系統110被反射入鏡頭130。

所述鏡頭130位於先經過數位微鏡裝置120再經過TIR棱鏡系統110的光線的出射光路中，用於接收從TIR棱鏡系統110中射出的光線，然後在螢幕(未圖示)上成像。

光線的傳遞過程如下所述：所述單色光源陣列10發出的第一單色光，被所述反射鏡陣列20反射後，進入所述聚光透鏡組30，將第一單色光進行彙聚，接著進入所述分光裝置40，部分第一單色光被反射到第一中繼透鏡71，部分第一單色光被透射到所述凸透鏡50，所述凸透鏡50將第一單色光彙聚後，射在所述光轉換裝置60上，將第一單色光轉換成第二單色光及第三單色光；接著所述第二、第三單色光經過所述凸透鏡50後，被所述分光裝置40反射到所述第一中繼透鏡71，所述第一中繼透鏡71將所述第二、第三單色光轉換成平行光；所述反射鏡80將第一、第二、第三單色光反射到所述第二中繼透鏡72中，被第二中繼透鏡72彙聚到所述光導管90內，被混合成亮度均勻的白光；從光導管90射出的白光經過高速旋轉的色輪100後，被分成紅光、綠光及藍光；然後紅光、綠光及藍光分別依時間順序進入所述TIR棱鏡系統110，然後進入數位微鏡裝置120中，接著又被數位微鏡裝置120中的處於開狀態的微鏡反射回TIR棱鏡系統110，最後光束進入鏡頭130中，將圖像投影在螢幕(未圖示)上。

可以理解，所述單色光源陣列也可以為紅色LED，所述光轉換裝置能夠將紅光轉換成綠光及藍光之混合光，所述螢光粉的化學成分為硫代鎵鹽(MGa₂S₄)。

所述單色光源陣列還可以為綠色LED，所述光轉換裝置能夠將綠光轉換成紅光及藍光之混合光，所述螢光粉的化學成分為氟砷酸鎂及鹼土金屬鹵磷酸(Ca₁₀(PO₄)₅Cl₂)。

請參閱圖2，為本發明第二實施方式提供的一種投影機4，其包括沿光路依次設置的單色光源陣列410、反射鏡陣列420，聚光透鏡組430，分光裝置440，凸透鏡450，光轉換裝置460，中繼透鏡組470，反射鏡480，光導管490，色輪500，TIR棱鏡系統510、數位微鏡裝置520及鏡頭530。所述投影機4與投影機1的主要區別在於，所述單色光源陣列410所發出的光為紫外光；所述光轉換裝置460用於將紫外光轉換成白光，其包括一個不透光的基板461及塗敷在所述基板461上的螢光粉462，所述螢光粉462的化學成分為RGB螢光粉；所述分光裝置440僅包括一個分光鏡，用於將所述單色光源陣列410所發出的紫外光全部進行透射，並將經過所述光轉換裝置460的白光全部反射到中繼透鏡組470，進而使白光進入所述光導管490。

本發明的投影機，利用一個單色光源陣列與光轉換裝置，就能夠得到一個白色光源，並且配合相應的光路設計，使得在提高單色光源陣列的光利用率的同時，使投影機更趨於小型化。同時由於所述鏡頭與光導管垂直設置，因此在所述鏡頭與光導管所形成的區域內能夠擺放盡可能多的單色光源，可大大提高投影機所投射的圖像的亮度，且不會額外的增大投影機的體積。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

1‧‧‧投影機

10‧‧‧單色光源陣列

20‧‧‧反射鏡陣列

30‧‧‧聚光透鏡組

31‧‧‧第一透鏡

32‧‧‧第二透鏡

40‧‧‧分光裝置

41‧‧‧第一分光鏡

42‧‧‧第二分光鏡

50‧‧‧凸透鏡

60‧‧‧光轉換裝置

61‧‧‧基板

62‧‧‧螢光粉

70‧‧‧中繼透鏡組

71‧‧‧第一中繼透鏡

72‧‧‧第二中繼透鏡

80‧‧‧反射鏡

90‧‧‧光導管

100‧‧‧色輪

110‧‧‧TIR棱鏡系統

120‧‧‧數位微鏡裝置

130‧‧‧鏡頭

Claims

一種投影機，其包括一個單色光源陣列、一個分光裝置、一個光轉換裝置及一個光導管，所述單色光源陣列用於發出一第一單色光，所述分光裝置設置於所述第一單色光的光路上，用於透射部分所述第一單色光及反射部分所述第一單色光，所述光轉換裝置設置於所述分光裝置的透射光路上，用於將所述第一單色光轉換為第二單色光及第三單色光，並將所述第二單色光及第三單色光反射到所述分光裝置，所述分光裝置還用於反射所述第二單色光及第三單色光，所述光導管設置於所述分光裝置的反射光路上，用於將所述第一單色光、所述第二單色光及及第三單色光混合為白光。
如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中，所述光轉換裝置包括一個不透光的基板及塗敷在所述基板上的螢光粉。
如申請專利範圍第2項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列發出的第一單色光為藍光，所述螢光粉係YAG螢光粉，主要成分係釔鋁石榴石，能夠將藍光轉換成紅光及綠光之混合光。
如申請專利範圍第2項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列發出的第一單色光為紅光，所述螢光粉的化學成分為硫代鎵鹽，能夠將紅光轉換成綠光及藍光之混合光。
如申請專利範圍第2項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列發出的第一單色光為綠光，所述螢光粉的化學成分為氟砷酸鎂及鹼土金屬鹵磷酸，能夠將綠光轉換成紅光及藍光之混合光。
如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中，所述分光裝置由第一分光鏡及第二分光鏡交叉組合而成，所述第一分光鏡朝向所述單色光源陣列傾斜，用於反射部分第一單色光，透射部分第一單色光，且透射第二單色光及第三單色光；所述第二分光鏡朝向所述光轉換裝置傾斜，用於反射第二單色光及第三單色光，且透射第一單色光。
如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列為LED陣列或LD陣列。
一種投影機，其包括一個單色光源陣列、一個分光裝置、一個光轉換裝置及一個光導管，所述單色光源陣列用於發出一第一單色光，所述分光裝置設置於所述第一單色光的光路上，用於透射所述第一單色光，所述光轉換裝置設置於所述分光裝置的透射光路上，用於將所述第一單色光轉換為白光，並將所述白光反射到所述分光裝置，所述分光裝置還用於反射所述白光，所述光導管設置於所述分光裝置的反射光路上。
如申請專利範圍第8項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列發出紫外光。
如申請專利範圍第8項所述的投影機，其中，所述單色光源陣列為LED陣列或LD陣列。