CN101697059A

CN101697059A - 投影装置

Info

Publication number: CN101697059A
Application number: CN200910205500A
Authority: CN
Inventors: 林明坤; 吴宗训
Original assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Current assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Priority date: 2009-10-18
Filing date: 2009-10-18
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-18
Also published as: CN101697059B

Abstract

投影装置，用以将影像信息投射至一表面上，包含：光源模块，供产生单一的第一光路；光源均匀器，供输入该第一光路，将第一光路的光施加均匀化效果；照明透镜组，供输入经均匀化效果的第一光路，将第一光路重新导向至第二光路，该第一光路与该第二光路间形成一夹角；反射式影像产生器，供形成该影像信息；棱镜组，供输入该第二光路后，将第二光路投射至反射式影像产生器，其中，反射式影像产生器将第二光路反射后，形成具有该影像信息的第三光路，该第三光路经该棱镜组反射后，产生第四光路；影像投影镜组，位于该第四光路上，供将该影像信息投射至该表面上。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，尤其涉及一种微型投影装置及其光路(程)安排。

背景技术

投影装置近年来由企业用产品市场扩展至家庭用甚至个人用可携式的市场。而可携式的产品应用，投影装置的体积为一主要议题，尤其是在光源模块及投影模块的厚(高)度问题，更是各厂商努力的方向。

目前现有技术，在发光二极管(LED)的光源模块上大都采用合光器(dichroiccombiner)形成单一光路，但这无法有效减小体积。另外，光源均匀器(beamhomogenization)则大都采用光管(light pipe)形式，但其长度亦成为体积无法减小的原因。除此之外，采用一般传统棱镜(prism)组将光源照射至一反射式影像产生器上时，也将造成投影模块整体高(厚)度上的过大。

因此，市场上确实有需要更为微型化的投影装置或模块，以便使投影装置可携，或进一步其它装置结合。

发明内容

本创作的主要目的，是提供一种尺寸或容量较小化的投影装置或模块。

本创作的另一目的，是提供一种微型投影模块，供与手机模块结合，使成一具投影功能的手机。

本创作的再一目的，是提供一种微型投影模块，其中光源可以采用LED光源的单一光路设计。

为了达成上述创作目的，本发明的微型投影装置，供将一影像信息投射至一表面上，包含：一光源模块，供产生一单一的第一光路；一光源均匀器(beamhomogenization)，供输入该第一光路，将第一光路的光施加均匀化(uniform)效果；一照明透镜组(illumination lens)，供输入经均匀化效果的第一光路，将第一光路重新导向至一第二光路，该第一光路与该第二光路间形成一夹角；一反射式影像产生器，供形成该影像信息；一棱镜组，供输入该第二光路后，将第二光路投射至反射式影像产生器，其中，反射式影像产生器将第二光路反射后，形成具有该影像信息的一第三光路，该第三光路经该棱镜组反射后，产生一第四光路；一影像投影镜组，位于该第四光路上，供将该影像信息投射至该表面上。

除了上述第一实施方式，本发明第二实施方式的微型投影装置，供将一影像信息投射至一表面上，包含：一光源模块，供产生一单一的第一光路；一光源均匀器(beam homogenization)，供输入该第一光路，将第一光路的光施加均匀化(uniform)效果；一照明透镜(illumination lens)，供输入经均匀化效果的第一光路，将第一光路进一步强化均匀化与照度效果；一反射式影像产生器，供形成该影像信息；一棱镜组，供输入该强化均匀化与照度效果的第一光路后，将第一光路全反射形成一第二光路照射该反射式影像产生器，其中，反射式影像产生器将第二光路反射后，形成具有该影像信息的一第三光路，该第三光路穿过该棱镜组；一影像投影镜组，位于该第三光路上，供将该影像信息投射至该表面上。

下面结合附图以具体实施方式对本发明做详细说明。

附图说明

图1揭露本发明第一实施方式的投影装置；

图2a揭露第一实施方式中第一棱镜的立体图；

图2b揭露第一实施方式中第一棱镜的右侧视图；

图2c揭露第一实施方式中第一棱镜的顶侧视图；

图3揭露本发明第二实施方式的投影装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的各具体实施方式进一步说明。虽然本发明结合了具体实施方式进行说明，但是应当理解本发明可以有多种方式实施，而不仅限于这里所揭露的具体实施方式；本发明提供的具体实施方式使得本发明公开更加充分和完整，且使得本领域技术人员能够完全掌握本发明的范围。

本发明第一实施方式的投影装置，供用于将一影像信息投射至一表面上，供大众或个人阅览所投影的内容，此投影装置可以构成一单独存在(standalone)的投影机，也得以模块方式存在而与其它可携式装置，例如手机，整合成一体而成为一可携式的复合机装置，例如具有投影功能的手机。

于以下的说明中，所谓“光路(程)”意指光所通过的路径以及光本身，光本身可能未包含任何信息，亦可能因为经过处理(例如经反射式影像产生器反射)而包含信息，供于一表面上投影。而为了让图标易读，图标中的光路只绘示光源的主光线，其余光线并未绘出。

如图1所示，除了其它习知的组件或未来可能生产的附加组件，本发明第一实施方式的投影装置100包含一光源模块110，供产生一单一的第一光路L10；一光源均匀器(homogenization)120，供输入该第一光路L10，将第一光路的光施加均匀化(uniform)效果；一照明透镜组(illumination lens)130，供输入经均匀化效果的第一光路L10，将第一光路L10重新导向至一第二光路L13，该第一光路L10与该第二光路L13间形成一夹角；一反射式影像产生器160，供于其上形成该影像信息；一棱镜组140，供输入该第二光路L13后，将第二光路L13投射至反射式影像产生器160，其中，反射式影像产生器160将第二光路L13反射后，形成具有该影像信息的一第三光路L15，该具有该影像信息的第三光路L15经该棱镜组140全反射后，产生具有该影像信息的第四光路L17；一影像投影镜组170，位于该第四光路L17上，供将该第四光路L17上的该影像信息投射至表面180上。

于图1实施方式的架构下，在某些实施方式中，光源模块110包含LED光源113。而LED光源113采用RGGB的排列方式直接形成该单一的第一光路L10，如图1所示。或者在某些实施方式中(图中未示)，LED光源分别采用R光源、G光源、B光源，然后经由一合光器(dichroic combiner)，光源模块110将R光源、G光源、B光源形成单一的第一光路L10。例如，美国专利申请案US 2006/0279710A1所采用的合光方式，或美国专利申请案US 2006/0164600A1所采用的合光方式，或美国专利核准案US 6644814B2所采用的合光方式。不过，这些方式，会导致较大的投影装置尺寸。

于图1实施方式之下，在某些实施方式中，光源模块110包含一光源113与一光源方位调变模块(115、117)，光源方位调变模块(115、117)输入该光源113所生的光而输出该第一光路L10。关于照射角度的分布，自该光源方位调变模块(115、117)射出的该第一光路L10具有适宜而均匀的分布，此即为光源方位调变模块(115、117)的主要作用、功能。光源方位调变模块(115、117)的实施方式包含常用、习知的准直透镜(collimator)。

于图1实施方式之下，在某些实施方式中，光源均匀器120包含一微型透镜数组(lenslet array)，微型透镜数组形成一光输入平面120I，光输入平面120I成像于反射式影像产生器160上。如熟悉此项技艺人士所知，微型透镜数组包含同一平面的复数个微型透镜，每一微型透镜一般具有相同的焦距(focal length)。

于图1实施方式之下，在某些实施方式中，微型透镜数组中的每一微型透镜的曲率半径约小于2，以便得到较佳的均匀化(uniform)效果。第一光路L10离开光源均匀器120后，即入射照明透镜组(illumination lens set)130，将第一光路L10重新导向至第二光路L13，该第一光路L10与该第二光路L13间形成一夹角。

照明透镜组130主要包含照明透镜131、135与方向导引器133(例如但不限于反射镜面)。如熟悉此项技艺人士所知，照明透镜131、135的主要作用在使光源照明强度(intensity)的分布尽可能的均匀(evenness)，且使低照明强度的不均匀(unevenness)部分，尽量地降低。照明透镜131或照明透镜135的一实施方式可采用习知的聚光透镜(condenser lens)，可使主光线平行此投影装置的光轴，而偏移量降低。方向导引器133用以将将第一光路L10导向至一第二光路L13。

于图1实施方式之下，在某些实施方式中，棱镜组140包含第一棱镜141，其中该第一棱镜141具有一主光输入面SB与一主光输出面SD，如图2a、2b、2c所示。主光输入面SB与一垂直参考面SR间的夹角为一第一角度，该主光输出面SD与该垂直参考面SR间夹角为一第二角度，该第一角度约为28度(±3度)、且该第二角度约为32度(±3度)，以满足该反射式影像产生器160规格所要求的光照(入)射角度。于图一实施方式之下，于某些实施方式中，棱镜组140包含一第二棱镜143，其中该第二棱镜143为一全反射式(total internalreflection--TIR)棱镜。因第二光路L13先穿透第一棱镜141后，经过反射式影像产生器160的反射，取得投影信息后形成第三光路L15，第三光路L15再经第二棱镜140的全反射形成第四光路L17，此一棱镜组140所被应用的架构因而可称之为逆全反射式(reversed total internal reflection)远心(telecentric)光学架构。

如图2a、2b、2c中第一棱镜141的实施方式所示，光由输入面SB进入，由输出面SD射出，此一第一棱镜141(及/或第一棱镜143)所揭露的设计参数，仅为一较佳的实施方式，主要在于一方面满足反射式影像产生器160所要求的光照(入)射角度，另一方面可减少棱镜组140与反射式影像产生器160间的高(厚)度(即Y方向)的差异。回到图1，于图1实施方式之下，于某些实施方式中，该反射式影像产生器160包含一数字微镜装置(digital micromirrors device--DMD)。反射式影像产生器160前方通常会安排一像场透镜(field lens)150，像场透镜150的主要功能在于增加视角。

回到图1，具有投影信息的第三光路L15经第二棱镜143的全反射后形成第四光路L17，此第四光路L17通过影像投影镜组170后，数据被投影至平面180上。影像投影镜组170一般包含多个不同功能的透镜，达成正确放大与投影的功能。

也由于上述关于图1、图2a、图2b、图2c实施方式的揭露，得以达成本发明前述的发明创作目的。经过模拟与实验，使用0.22寸DMD于本发明的架构中，投影装置的尺寸约可达21.5mm(X-长度方向)*6.5mm(Y-厚度方向)*20mm(Z-宽度方向)，其总体积数小于3cc，且能达到10lm/W的光效率。

以下接着叙述第二实施方式。

如图3所示，除了其它习知的组件或未来可能生产的附加组件，本发明第二实施方式的投影装置300包含一光源模块310，供产生单一的第一光路L30；一光源均匀器(homogenization)320，供输入该第一光路L30，将第一光路L30的光施加均匀化(uniform)效果；照明透镜330(illumination lens)，供输入经均匀化效果的第一光路L30，将第一光路L30进一步强化均匀化与照度效果；反射式影像产生器360，供形成该影像信息；棱镜组340，供输入该强化均匀化与照度效果的第一光路L30后，将第一光路L30全反射形成一第二光路L33照射反射式影像产生器360，第一光路L30与第二光路L33形成一夹角，其中，反射式影像产生器360将第二光路L33反射后，形成具有该影像信息的第三光路L37，该第三光路L37穿过该棱镜组340；影像投影镜组370，位于该第三光路L37上，供将该影像信息投射至该表面380上。

于图3实施方式的架构下，在某些实施方式中，光源模块310包含一LED光源313。而LED光源313采用RGGB的排列方式直接形成该单一的第一光路L30，如图1所示。

或者在某些实施方式中(图中未示)，LED光源分别采用R光源、G光源、B光源，然后经由一合光器(dichroic combiner)，光源模块310将R光源、G光源、B光源形成单一的第一光路L30。例如，美国专利申请案US 2006/0279710A1所采用的合光方式，或美国专利申请案US 2006/0164600A1所采用的合光方式，或美国专利核准案US 6644814B2所采用的合光方式。不过，这些方式，会导致较大的投影装置尺寸。

于图3实施方式之下，在某些实施方式中，光源模块310包含一光源313与一光源方位调变模块(315、317)，光源方位调变模块(315、317)输入该光源313所生的光而输出该第一光路L30。关于照射角度的分布，自该光源方位调变模块(315、317)射出的第一光路L30具有适宜而均匀的分布，此即为光源方位调变模块(315、317)的主要作用。光源方位调变模块(315、317)的实施方式包含常用、习知的准直透镜(collimator)。

于图3实施方式之下，于某些实施方式中，光源均匀器320包含一微型透镜数组(lenslet array)，该微型透镜数组形成一光输入平面320I，该光输入平面320I成像于反射式影像产生器360上。

于图3实施方式之下，在某些实施方式中，微型透镜数组中的每一微型透镜的曲率半径约小于2，以便得到较佳的均匀化(uniform)效果。

第一光路L30离开光源均匀器320后，即入射照明透镜组(illumination lensset)330。照明透镜组330主要包含照明透镜331、333。如熟悉此项技艺人士所知，照明透镜331、333的主要作用在使光源照明强度(intensity)的分布尽可能的均匀(evenness)，且使低照明强度的不均匀(unevenness)部分，尽量地降低。照明透镜331或照明透镜333的一种实施方式可采用习知的聚光透镜(condenserlens)，其可使主光线平行光轴，而且偏移量降低。

于图3实施方式之下，在某些实施方式中，棱镜组340包含一第一棱镜341，其中第一棱镜341具有一主光输入面SB与一主光输出面SD，如图2a、2b、2c所示，主光输入面SB与一垂直参考面SR间的夹角为一第一角度，该主光输出面SD与该垂直参考面SR间夹角为一第二角度，该第一角度约为28度(±3度)、且该第二角度约为32度(±3度)，以满足该反射式影像产生器360规格所要求的光照(入)射角度。第一棱镜341系作为一全反射式(total internal reflection--TIR)棱镜。因第一光路L30先经第一棱镜341全反射后，经过反射式影像产生器360的反射，取得投影信息后形成第三光路L37，此一棱镜组340架构于图3的应用因而可称之为全反射式(TIR)远心(telecentric)光学架构。但，第一棱镜341亦可使用一般习知的棱镜，不限于如图2a、2b、2c所示的棱镜。

第一棱镜341(及/或第二棱镜343)的设计参数值，主要需一方面满足反射式影像产生器360所要求的光照(入)射角度，另一方面需可减少棱镜组341与反射式影像产生器360间的高(厚)度(即Y方向)的差异。回到图3，于图一实施方式之下，在某些实施方式中，反射式影像产生器360包含一数字微镜装置(digitalmicromirrors device--DMD)。反射式影像产生器360前方通常会安排一像场透镜(field lens)350，像场透镜350的主要功能在于增加视角。

回到图3，具有投影信息的第三光路L37(由反射式影像产生器360射出)再通过棱镜组340、影像投影镜组370后，数据被投影至平面380上。影像投影镜组370一般包含多个不同功能的透镜，达成精确放大与投影的功能。

也由于上述关于图3、图2a、图2b、图2c第二实施方式的揭露，得以达成本发明前述的发明创作目的。经过实验，使用0.22时DMD于本发明的架构中，投影装置的尺寸约可达21.5mm(X-长度方向)*6.5mm(Y-厚度方向)*20mm(Z-宽度方向)，其总体积数小于3cc，且能达到10lm/W的光效率。

由以上较佳具体实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施方式来对本发明的权利要求范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范围内。

Claims

1.一种投影装置，供将影像信息投射至一表面上，其特征在于包含：

光源模块，供产生单一的第一光路；

光源均匀器，供输入该第一光路，将第一光路的光施加均匀化效果；

照明透镜组，供输入经均匀化效果的第一光路，将第一光路重新导向至第二光路，该第一光路与该第二光路间形成一夹角；

反射式影像产生器，供形成该影像信息；

棱镜组，供输入该第二光路后，将第二光路投射至反射式影像产生器，其中，反射式影像产生器将第二光路反射后，形成具有该影像信息的第三光路，该第三光路经该棱镜组反射后，产生第四光路；

影像投影镜组，位于该第四光路上，供将该影像信息投射至该表面上。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该光源模块包含LED光源，其中该LED光源采用RGGB的排列方式直接形成该单一的第一光路，或者该LED光源采用R光源、G光源、B光源，该光源模块经由一合光器(dichroiccombiner)，将R光源、G光源、B光源形成该单一的第一光路。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：光源模块包含光源与光源方位调变模块，光源方位调变模块输入该光源而输出该第一光路，该第一光路具有适宜的角度分布。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该反射式影像产生器包含数字微镜装置，其中该数字微镜装置包含复数个微镜单元，每一微镜单元因应一控制信号，得以垂直方位或以对角方位为中心翻转。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该光源均匀器包含微型透镜数组，用以组形成一光输入平面，并成像于反射式影像产生器上，其中该微型透镜数组具有复数个微型透镜，每一微型透镜的曲率半径约小于2。

6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该棱镜组包含第一棱镜，其中该第一棱镜具有主光输入面与主光输出面，主光输入面与垂直参考面间的夹角为第一角度，该主光输出面与该垂直参考面间夹角为第二角度，该第一角度为25至31度且该第二角度为29至35度，以满足该反射式影像产生器所要求的照射角度。

7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该棱镜组包含第二棱镜，其中该第二棱镜为全反射式棱镜。

8.一种投影装置，供将影像信息投射至一表面上，其特征在于包含：

光源模块，供产生单一的第一光路；

照明透镜，供输入经均匀化效果的第一光路，将第一光路进一步强化均匀化与照度效果；

反射式影像产生器，供形成该影像信息；

棱镜组，供输入该强化均匀化与照度效果的第一光路后，将第一光路全反射形成一第二光路照射该反射式影像产生器，其中，反射式影像产生器将第二光路反射后，形成具有该影像信息的一第三光路，该第三光路穿过该棱镜组；

影像投影镜组，位于该第三光路上，供将该影像信息投射至该表面上。

9.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于：该光源模块包含LED光源，其中该LED光源采用RGGB的排列方式直接形成该单一的第一光路，或者该LED光源采用R光源、G光源、B光源，该光源模块经由一合光器(dichroiccombiner)，将R光源、G光源、B光源形成该单一的第一光路。

10.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于：光源模块包含光源与光源方位调变模块，光源方位调变模块输入该光源而输出该第一光路，该第一光路具有适宜的角度分布。

11.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于：该反射式影像产生器包含数字微镜装置，其中该数字微镜装置包含复数个微镜单元，每一微镜单元因应一控制信号，得以垂直方位或以对角方位为中心翻转。

12.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于：该光源均匀器包含微型透镜数组，用以组形成一光输入平面，并成像于反射式影像产生器上，其中该微型透镜数组具有复数个微型透镜，每一微型透镜的曲率半径约小于2。

13.如权利要求8所述的投影装置，其特征在于：该棱镜组包含第一棱镜，其中该第一棱镜为全反射式棱镜。