CN102253581B

CN102253581B - 三维投影装置

Info

Publication number: CN102253581B
Application number: CN 201110198413
Authority: CN
Inventors: 黄俊杰
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: CN102253581A

Abstract

一种三维投影装置，包括一第一光源单元、一第二光源单元、一分光单元、一第一光调制元件、一第二光调制元件、一投影透镜单元、一合光单元以及一投影屏幕。第一光源单元提供一第一光束。第二光源单元提供一第二光束。分光单元接收该第一光束以及该第二光束，并将该第一光束分离为一第一子光束以及一第二子光束，将该第二光束分离为一第三子光束以及一第四子光束。其中第一子光束和第三子光束被送到第一光调制元件，第二子光束和第四子光束被送到第二光调制元件。该合光单元再分别从该第一光调制元件及该第二光调制元件接收该第一子光束、该第二子光束、该第三子光束以及该第四子光束，并将所述多个子光束经过该投影透镜单元，分别投影至该投影屏幕。

Description

三维投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，特别涉及一种三维(3D)投影装置。

背景技术

在现有的三维(3D)投影装置之中，一般是通过分光镜（beam splitter）作为两个时序光源的合光单元。然而，在现有技术中，由于两个时序光源所提供的光束在进入分光镜时，光束一半透射、一半反射，因此造成过半的光束能量未能被输出而被浪费。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有技术的问题而提供一种三维投影装置。

为实现上述目的，本发明的三维投影装置包括一第一光源单元、一第二光源单元、一分光单元、一第一光调制元件、一第二光调制元件、一投影透镜单元、一合光单元以及一投影屏幕。第一光源单元在一第一模态中，提供一第一光束。第二光源单元在一第二模态中，提供一第二光束。分光单元接收该第一光束以及该第二光束，并将该第一光束分离为一第一子光束以及一第二子光束，将该第二光束分离为一第三子光束以及一第四子光束。第一光调制元件从该分光单元接收该第一子光束以及该第三子光束。第二光调制元件从该分光单元接收该第二子光束以及该第四子光束。投影屏幕包括一前端柱面透镜阵列、一后端柱面透镜阵列和一夹持于该前端柱面透镜阵列和该后端柱面透镜阵列之间的扩散面。在第一模态中，该合光单元分别从该第一光调制元件及该第二光调制元件接收该第一子光束以及该第二子光束。该第一子光束以及该第二子光束从该合光单元，经过该投影透镜单元的第一位置和第二位置，分别被该投影屏幕的该后端柱面透镜阵列的一柱面透镜成像至该投影屏幕的该扩散面的一第一成像位置以及一第二成像位置。在第二模态中，该合光单元分别从该第一光调制元件及该第二光调制元件接收该第三子光束以及该第四子光束。该第三子光束以及该第四子光束从该合光单元，经过该投影透镜单元的第三位置和第四位置，分别被投影屏幕后端柱面透镜阵列的一柱面透镜成像至该投影屏幕扩散面的一第三成像位置以及一第四成像位置。其中，该第三成像位置位于该第一成像位置以及该第二成像位置之间，该第二成像位置位于该第三成像位置与该第四成像位置之间。

本发明另提供一种分光单元，包括：一第一内部全反射棱镜和一第二内部全反射棱镜。第一内部全反射棱镜包括一第一入光面、一第一出光面以及一第一临界面；第二内部全反射棱镜包括一第二入光面、一第二出光面以及一第二临界面，该第一临界面相对该第二临界面，该第一临界面与该第二临界面间形成有一第一间隙。

本发明另提供一种合光单元，包括一第三内部全反射棱镜和一第四内部全反射棱镜。第三内部全反射棱镜，包括一第三入光面以及一第三临界面；第四内部全反射棱镜，包括一第四入光面、一第四出光面以及一第四临界面，该第三临界面相对该第四临界面，该第三临界面与该第四临界面间形成有一第二间隙。

应用本发明实施例的三维投影装置，通过由内部全反射棱镜构成的分光单元以及合光单元进行光束的引导以结合，并通过第一光调制元件及第二光调制元件控制子光束的行进方向，因此可充分利用第一光束以及第二光束的能量，避免光能量的浪费。

附图说明

图1显示本发明实施例的示意图；

图2显示本发明实施例的投影装置的光机立体图；

图3A显示照明模块的主要元件以及光路；

图3B显示分光单元的细部结构；

图4A显示成像模块的主要元件以及光路；以及

图4B显示合光单元的细部结构。

其中，附图标记说明如下：

101～第一光束

102～第二光束

103～第一子光束

104～第二子光束

105～第三子光束

106～第四子光束

110～第一光源单元

111、112～光导管

120～第二光源单元

130～分光单元

131～第一内部全反射棱镜

1311～第一入光面

1312～第二入光面

1313～第一临界面

132～第二内部全反射棱镜

1321～第一出光面

1322～第二出光面

1323～第二临界面

133～第一间隙

141～第一光调制元件

142～第二光调制元件

150～合光单元

151～第三内部全反射棱镜

1511～第三入光面

1513～第三临界面

152～第四内部全反射棱镜

1521～第四入光面

1522～第四出光面

1523～第四临界面

153～第二间隙

160～投影透镜单元

161～第一光束位置

162～第二光束位置

163～第三光束位置

164～第四光束位置170～投影屏幕的扩散面

171～第一成像位置

172～第二成像位置

173～第三成像位置

174～第四成像位置

178～投影屏幕的后端柱面透镜阵列

179～投影屏幕的前端柱面透镜阵列

180～观察位置

181、182、183、184～反光镜

191、192、193、194、195、196～透镜

具体实施方式

参照图1，其显示本发明实施例的示意图。本发明的投影装置，包括一第一光源单元110、一第二光源单元120、一分光单元130、一第一光调制元件141、一第二光调制元件142、一合光单元150、一投影透镜单元160、一后端柱面透镜阵列178、一前端柱面透镜阵列179以及一投影屏幕的扩散面170，其中投影屏幕的扩散面170被后端柱面透镜阵列178及前端柱面透镜阵列179夹持于中间。第一光源单元110在一第一模态中，提供一第一光束101。第二光源单元120在一第二模态中，提供一第二光束102。该分光单元130接收该第一光束101以及该第二光束102，并将该第一光束101分离为一第一子光束103以及一第二子光束104，将该第二光束102分离为一第三子光束105以及一第四子光束106。该第一子光束103以及该第三子光束105经过该第一光调制元件141，并由该第一光调制元件141调制其光线角度。该第二子光束104以及该第四子光束106经过第二光调制元件142，并由该第二光调制元件142调制其光线角度。该第一光调制元件141及该第二光调制元件142可以为空间光调制器。

在第一模态中，该合光单元150分别从该第一光调制元件141及该第二光调制元件142接收该第一子光束103以及该第二子光束104，该第一子光束103以及该第二子光束104从该合光单元150，经过该投影透镜单元160的第一位置161和第二位置162，分别被投影屏幕后端柱面透镜阵列178的一柱面透镜成像至该投影屏幕的扩散面170的一第一成像位置171以及一第二成像位置172。

在第二模态中，该合光单元150分别从该第一光调制元件141及该第二光调制元件142接收该第三子光束105以及该第四子光束106，该第三子光束105以及该第四子光束106从该合光单元150，经过该投影透镜单元160的第三位置163和第四位置164，分别被投影屏幕后端柱面透镜阵列178的一柱面透镜成像至该投影屏幕的扩散面170的一第三成像位置173以及一第四成像位置174，其中，该第三成像位置173位于该第一成像位置171以及该第二成像位置172之间，该第二成像位置172位于该第三成像位置173与该第四成像位置174之间。

参照图2，其显示本发明实施例的投影装置的光机立体图，其显示了第一光源单元110、第二光源单元120、分光单元130、第一光调制元件141、第二光调制元件142、合光单元150以及投影透镜单元160。本发明实施例的投影装置更包括了光导管111、光导管121、反光镜181、反光镜182、反光镜183、反光镜184、透镜191、透镜192、透镜193、透镜194、透镜195以及透镜196。光导管、反光镜及透镜用于控制光路以及光束的能量分布。

本发明的投影装置主要包括一照明模块以及一成像模块。照明模块的主要元件包括第一光源单元110、第二光源单元120以及分光单元130。成像模块的主要元件包括第一光调制元件141、第二光调制元件142、合光单元150以及投影透镜单元160。

参照图3A以及图3B，图3A显示照明模块的主要元件以及光路，图3B显示分光单元130的细部结构及其原理。该分光单元130包括一第一内部全反射棱镜131以及一第二内部全反射棱镜132。该第一内部全反射棱镜131包括一第一入光面1311、一第一出光面1321以及一第一临界面1313。该第二内部全反射棱镜132包括一第二入光面1312、一第二出光面1322以及一第二临界面1323。该第一临界面1313相对该第二临界面1323，该第一临界面1313与该第二临界面1323间形成有一第一间隙133。该第一间隙133约介于0.005mm～0.1mm之间。

该第一光束101从该光导管111射出，并于该第一入光面1311进入该分光单元130，该第一子光束103于该第一出光面1321离开该分光单元130，该第二子光束104于该第二出光面1322离开该分光单元130。该第一光束与该第一临界面1313的法线的夹角约介于30°～45°之间。

该第二光束102从该光导管121射出，并于该第二入光面1312进入该分光单元130，该第三子光束105于该第一出光面1321离开该分光单元130，该第四子光束106于该第二出光面1322离开该分光单元130。该第二光束与该第二临界面1323的法线的夹角约介于30°～45°之间。

参照图4A以及图4B，图4A显示成像模块的主要元件以及光路，图4B显示合光单元150的细部结构及其原理。

该合光单元150包括一第三内部全反射棱镜151以及一第四内部全反射棱镜152，该第三内部全反射棱镜151包括一第三入光面1511以及一第三临界面1513，该第四内部全反射棱镜152包括一第四入光面1521、一第四出光面1522以及一第四临界面1523，该第三临界面1513相对该第四临界面1523，该第三临界面1513与该第四临界面1523间形成有一第二间隙153。该第二间隙153约介于0.005mm～0.1mm之间。

在第一模态中，该第一子光束103经该第一光调制元件141调制后，于该第三入光面1511进入该合光单元150；该第二子光束104经该第二光调制元件142调制后，于该第四入光面1521进入该合光单元150，该第一子光束103及该第二子光束104并于该第四出光面1522离开该合光单元150，以进入投影透镜单元160。该第一子光束与该第三临界面法线的夹角约介于25°～40°之间，该第二子光束与该第四临界面法线的夹角约介于35°～50°之间。

在第二模态中，该第三子光束105经该第一光调制元件141调制后，于该第三入光面1511进入该合光单元150；该第四子光束106经该第二光调制元件142调制后，于该第四入光面1521进入该合光单元150，该第三子光束105及该第四子光束106并于该第四出光面1522离开该合光单元150，以进入投影透镜单元160。该第三子光束与该第三临界面法线的夹角约介于25°～40°之间，该第四子光束与该第四临界面法线的夹角约介于35°～50°之间。

当合光单元150的折射率n为1.5168时，第三临界面1513与第三入光面1511间的夹角θ为41.246°；当合光单元150的折射率n为1.71736时，第三临界面1513与第三入光面1511间的夹角θ为35.6117°。

该投影屏幕单元可包括后端柱面透镜阵列178(面对合光单元150)、夹在中间的屏幕扩散面170和前端柱面透镜阵列179(面对观察位置180)。该第一光调制元件141及该第二光调制元件142的像素图像匹配后端柱面透镜阵列178结构的节距(pitch)。前端柱面透镜阵列179结构的节距涵盖两个像素图像以将相邻的像素分别投射向两个不同的方向，因此可得到空间多路(spatial-multiplex)的效果。

第一光源单元110以及第二光源单元120中可分别具有多个不同色光光源(发光二极体)，所述多个光源可分时点亮。

应用本发明实施例的投影装置，通过由内部全反射棱镜构成的分光单元以及合光单元进行光束的分光引导及结合，并通过第一光调制元件及第二光调制元件控制子光束的行进方向，因此可充分利用第一光束以及第二光束的能量，避免光能量的浪费。

虽然本发明已以具体的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种三维投影装置，其特征在于，包括：

一第一光源单元，在一第一模态中，提供一第一光束；

一第二光源单元，在一第二模态中，提供一第二光束；

一分光单元，接收该第一光束以及该第二光束，并将该第一光束分离为一第一子光束以及一第二子光束，将该第二光束分离为一第三子光束以及一第四子光束；

一第一光调制元件，从该分光单元接收该第一子光束以及该第三子光束；

一第二光调制元件，从该分光单元接收该第二子光束以及该第四子光束；

一投影透镜单元；

一投影屏幕，包括一前端柱面透镜阵列、一后端柱面透镜阵列和一夹持于该前端柱面透镜阵列和该后端柱面透镜阵列之间的扩散面；

一合光单元，在第一模态中，该合光单元分别从该第一光调制元件及该第二光调制元件接收该第一子光束以及该第二子光束，该第一子光束以及该第二子光束从该合光单元经过该投影透镜单元的第一位置和第二位置，分别被该投影屏幕的该后端柱面透镜阵列的一柱面透镜成像至该投影屏幕的该扩散面的一第一成像位置以及一第二成像位置，在第二模态中，该合光单元分别从该第一光调制元件及该第二光调制元件接收该第三子光束以及该第四子光束，该第三子光束以及该第四子光束从该合光单元，经过该投影透镜单元的第三位置和第四位置，分别被该投影屏幕后端柱面透镜阵列的一柱面透镜成像至该投影屏幕的该扩散面的一第三成像位置以及一第四成像位置，其中，该第三成像位置位于该第一成像位置以及该第二成像位置之间，该第二成像位置位于该第三成像位置与该第四成像位置之间。

2.如权利要求1所述的三维投影装置，其特征在于，该分光单元包括一第一内部全反射棱镜以及一第二内部全反射棱镜，该第一内部全反射棱镜包括一第一入光面、一第一出光面以及一第一临界面，该第二内部全反射棱镜包括一第二入光面、一第二出光面以及一第二临界面，该第一临界面相对该第二临界面，该第一临界面与该第二临界面间形成有一第一间隙。

3.如权利要求2所述的三维投影装置，其特征在于，该第一间隙介于0.005mm～0.1mm之间。

4.如权利要求2所述的三维投影装置，其特征在于，该第一光束于该第一入光面进入该分光单元，该第一子光束于该第一出光面离开该分光单元，该第二子光束于该第二出光面离开该分光单元。

5.如权利要求4所述的三维投影装置，其特征在于，该第一光束与该第一临界面法线的夹角介于30°～45°之间。

6.如权利要求4所述的三维投影装置，其特征在于，该第二光束于该第二入光面进入该分光单元，该第三子光束于该第一出光面离开该分光单元，该第四子光束于该第二出光面离开该分光单元。

7.如权利要求6所述的三维投影装置，其特征在于，该第二光束与该第二临界面法线的夹角介于30°～45°之间。

8.如权利要求1所述的三维投影装置，其特征在于，该第一光调制元件及该第二光调制元件为空间光调制器。

9.如权利要求1所述的三维投影装置，其特征在于，该合光单元包括一第三内部全反射棱镜以及一第四内部全反射棱镜，该第三内部全反射棱镜包括一第三入光面以及一第三临界面，该第四内部全反射棱镜包括一第四入光面、一第四出光面以及一第四临界面，该第三临界面相对该第四临界面，该第三临界面与该第四临界面间形成有一第二间隙。

10.如权利要求9所述的三维投影装置，其特征在于，该第二间隙介于0.005mm～0.1mm之间。

11.如权利要求9所述的三维投影装置，其特征在于，该第一子光束于该第三入光面进入该合光单元，该第二子光束于该第四入光面进入该合光单元，该第一子光束及该第二子光束并且于该第四出光面离开该合光单元。

12.如权利要求11所述的三维投影装置，其特征在于，该第一子光束与该第三临界面的夹角介于25°～40°之间，该第二子光束与该第四临界面的夹角介于35°～50°之间。

13.如权利要求11所述的三维投影装置，其特征在于，该第三子光束于该第三入光面进入该合光单元，该第四子光束于该第四入光面进入该合光单元，该第三子光束及该第四子光束并且于第四出光面离开该合光单元。

14.如权利要求13所述的三维投影装置，其特征在于，该第三子光束与该第三临界面法线的夹角介于25°～40°之间，该第四子光束与该第四临界面法线的夹角介于35°～50°之间。