CN102402008B

CN102402008B - 光学系统与投影机

Info

Publication number: CN102402008B
Application number: CN201010284125.3A
Authority: CN
Inventors: 谭力; 郭海成
Original assignee: Himax Display Inc
Current assignee: Himax Display Inc
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN102402008A

Abstract

本发明提供一种光学系统与运用该光学系统的一投影机，其可避免倾斜投影的情形，进而避免倾斜投影所造成的梯形失真(keystone distortion)的发生。本发明的光学系统包含有一透镜组以及一反射层。该透镜组包含有多个透镜元件。每一透镜元件的形状实质上相同于一旋转对称的透镜的一半。该反射层设置于该透镜组之下，并且用以反射一入射光线。通过这样的设计，本发明的光学系统可用来引导一输出光线，致使该输出光线投射于实质上高于一基准线的一区域。

Description

光学系统与投影机

技术领域

本发明涉及光学系统，尤其是涉及一种光学系统与运用该光学系统的一投影机。

背景技术

通常，投影机会产生一影像来源，并运用一投影镜头将对应的图像投射至一投影屏幕。在某些情形中，投影机的摆设可能会偏离投影屏幕的中心轴。请参考图1a、图1b所示的范例，投影机100摆置于一平面110。此时，由于不适当的摆置方式，投影机100所输出的部分投射光线将会被平面110所遮蔽。因此，投影机100需被摆置至一倾斜角度，才能避免投射光线被遮蔽，但却会因此使得投影机100的摆置位置偏离投影屏幕120的中心轴。这种情形为倾斜投影，将可能会导致投射至投影屏幕120的影像有着梯形状的几何失真。一般来说，这种失真称作梯形失真(keystone distortion)。

为了消除这种失真，传统上会运用数字或光学的方式来进行失真校正。数字的失真校正方法是在影像被投射至投影屏幕之前，先对影像进行缩放/压缩的演算。压缩演算将会对整张图像中几何形状中不匀称的部分进行压缩，以使得梯形状的失真部分得以恢复至匀称的矩形状。然而，这种失真会带来不理想的侧边效应(side effects)，使影像的分辨率降低，进而造成投影屏幕上的投射影像的影像品质低落。

光学的失真校正较常使用于液晶类型的投影机，这种失真校正方式是利用额外的移动机构来对投影镜头进行水平或垂直的移动，以避免光线遮蔽的情形。光学的失真校正可在不降低影像分辨率的情形下，提供较好的梯形失真校正效果；然而，由于投影镜头需要额外的移动机构元件，会使得投影镜头与投影机整体的体积增加。

显然，传统的梯形失真校正方式中仍有许多存有问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种以光学方式来校正因倾斜投影所导致的梯形失真的概念。本发明所提供的概念，不须增添额外的元件，故不会增加投影机或投影镜头的体积。

本发明是将传统旋转对称的投影镜片水平地对半切割以制成本发明光学系统的透镜元件。之后，再将一镜面置于本发明的透镜元件的底部，进而形成一光学系统。本发明所提供的这种光学系统有着偏移投射(offsetprojection)的效果，故可维持其输出光线被投射至高于特定水平位准的区域。

本发明也将对半切割所制成的半镜片所组成的光学系统，运用于投影机中。由于这种光学系统仅有传统投影机中的投影镜头的一半大小，所以运用本发明的光学系统的投影机可拥有比传统投影机更轻薄的重量与机身。

依据本发明的一实施例，其是提供一种光学系统。该光学系统包含：一反射层与一透镜组。该透镜组包含有多个透镜元件，设置于该反射层上。每一透镜元件具有一截面、面向一物方的一光入射面、以及面向一像方的一光发射面，其中每一透镜元件的该截面位于该光入射面与该光发射面之间。此外，每一透镜元件的形状实质上相同于一旋转对称的透镜的一半，以及每一透镜元件的该截面接触于该反射层。

依据本发明的一实施例，其提供一种投影机。该投影机包含：一投影模块与一光学系统。该投影模块用以产生对应于一欲投影图像的一输出光线。该光学系统用以引导该输出光线，使其成像于实质上高于一基准线的一区域。该光学系统包含：一反射层与一透镜组。该反射层沿着该基准线而设置。该透镜组包含有多个透镜元件，并设置于该反射层上。每一透镜元件具有一截面、面向一物方的一光入射面、以及面向一像方的一光发射面。再者，每一透镜元件的该截面位于该光入射面与该光发射面之间。每一透镜元件的形状实质上相同于一旋转对称的透镜的一半，以及每一透镜元件的该截面接触于该反射层

因此，在大多数的情形下，由于本发明的投影机可避免其所输出的投影光线被遮蔽，所以不会发生倾斜投影的情形，故本发明的投影机的摆置位置也不需偏离投影屏幕的中心轴。

附图说明

图1a、图1b为一概念图用以解释发生于传统投影机的倾斜投影的情形；

图2为依据本发明的一实施例所绘示的光学系统；

图3为依据本发明的一实施例所绘示的投影机；

图4为依据本发明的另一实施例所绘示的投影机。

主要元件符号说明

100、300 投影机

110 平面

120 投影屏幕

200 光学系统

210 透镜组

211～215 透镜元件

211’～215’ 透镜

211a～215a 光入射面

211b～215b 光发射面

211c～215c 截面

220、317 反射层

230 区域

OBS 物方

IMG 像方

310 投影模块

320 显示面板

具体实施方式

请参考图2，其是依据本发明的实施例所绘示的光学系统。如图所示，光学系统200包含有一透镜组210以及一反射层220。透镜组210具有多个透镜元件211～215，并且用以引导进入透镜组210的一输入光线。此外，透镜组210设置于反射层220上。较佳者，透镜元件211～215中每一透镜元件211～215的形状实质上相同于一旋转对称的透镜(如透镜211’～215’)的一半；换言之，每一透镜元件211～215皆非为旋转对称。透镜元件211～215中每一透镜元件具有一截面(亦即，截面211c～215c)、面向一物方OBS的一光入射面(亦即，截面211a～215a)以及面向一像方IMG的一光发射面(亦即，截面211b～215b)，其中，每一透镜元件211～215的截面211c～215c分别位于光入射面211a～215a与光发射面211b～215b之间。再者，每一透镜元件211～215的截面211c～215c接触于反射层220。

透镜元件211～215可能通过将传统旋转对称的透镜进行水平地对半切割而制成。然而，透镜元件211～215也可能以其他制作工艺来制造。较佳者，透镜元件211～215包含有(依序由物方OBS至像方IMG)：一第一透镜元件211、一第二透镜元件212、一第三透镜元件213、一第四透镜元件214以及一第五透镜元件215。第一透镜元件211具有实质上相同于一平凸透镜211’的一半的形状，其中第一透镜元件211的光入射面211a为一平面，以及第一透镜元件211的光发射面211b为一凸面。第二透镜元件212具有实质上相同于一平凸透镜212’的一半的形状，其中第二透镜元件212的光入射面212a为一凸面，以及第二透镜元件212的光发射面212b为一平面。第三透镜元件213具有实质上相同于一凸凹透镜213’的一半的形状，其中第三透镜元件213的光入射面213a为凸面，以及第三透镜元件213的光发射面213b为一凹面。第四透镜元件214具有实质上相同于一凸凹透镜214’的一半的形状，其中第四透镜元件214的光入射面214a为凹面，以及第四透镜元件214的光发射面214b为一凸面。第五透镜元件215具有实质上相同于一平凸透镜215’的一半的形状，其中第五透镜元件215的光入射面215a为平面，以及第五透镜元件215的光发射面215b为一凸面。请注意，以上所提及的透镜组210中的透镜元件种类与数目仅代表本发明众多可能实施态样中之一，而非本发明的限制。

反射层220设置于透镜组210之下，并且用来反射一入射光线(其可能源自于输入光线)。在较佳的实施例中，透镜组210中的每一透镜元件211～215直接接触于反射层220，并且粘合于反射层220。再者，反射层220可能为平面，并且透镜元件211～215的截面211c～215c镀有一反射材质。反射层220与透镜元件211～215的截面211c～215c可反射传输路径正向于反射层220与透镜元件211～215的截面211c～215c的该入射光线。

本发明的光学系统200可使源自于该输入光线的一输出光线，投射至一实质上高于一基准线L的一区域(如：区域230)，其中，反射层220是沿着基准线L而设置。因此，若是一投影机配备有本发明的光学系统200，则该投影机可以避免倾斜投影的情形。这是因为，不论该投影机一开始摆置在什么位置，都不会被其所摆置的平面所遮蔽(因投射影像的成像位置必然高于摆置平面)，故投影机的摆置位置不需再改变以致于偏离投影屏幕的中心轴。因此，本发明也提供一种运用前述的光学系统的投影机。

请参考图3，其是依据本发明的实施例所绘示的投影机。如图所示，本发明的投影机300包含有一投影模块310以及前述的光学系统200。投影模块310用来产生对应于欲投射的一影像来源的一输出光线。图2与图3中以相同数字标示的元件具有相同的结构与功能，故在此将不再重复关于这些元件的详细说明。在本发明的投影机300之中，光学系统200中的透镜组210用于引导对应于该影像来源的该输出光线，并且致使影像来源成像于实质上高于基准线L的一区域。反射层220可反射一入射光线(其可能源自于投影模块310的该输出光线)。

投影模块310可能包含(但不限定于)一光源(未示出)、一显示面板320、一聚光镜(未示出)以及一偏光板(未示出)。显示面板320用来显示所欲投射的一影像来源，该影像来源则依据供应至投影机300的一影像信号而产生。显示面板320的一底部被设置在高于基准线L与反射层220的位置。并且，显示面板320的该底部与反射层220之间的距离为可调整。在较佳实施方式中，显示面板320以一液晶覆硅(liquid crystal on silicon，LCOS)面板来实施；然而，此非本发明的限制。在操作时，显示面板320会先依据该影像信号来产生并在其上显示该影像来源，而由该光源所辐射出的光线则会通过该聚光镜，而被提供至该偏光板。接着，该偏光板会提供被偏光后的光线至显示面板320。接着，显示面板320将产生对应于该影像来源的该输出光线。最后，该输出光线将会通过本发明光学系统200。通过本发明光学系统200，源自于该输出光线的一投射光线可因此被产生，并且，该投射光线会被投射至一投影屏幕。光学系统200会引导该输出光线，致使该输出光线被投射至实质上高于基准线L的一区域。在较佳的实施方式中，投影模块310又包含有一反射层317。请参考图4，由此图可知，反射层317设置于投影模块310的底部，并且沿着基准线L而被设置。这样的设置可反射原本传导路径并非正向光学系统200的该输出光线，以致使该输出光线必定会通过光学系统200。

总结来说，本发明光学系统可用以引导投影机所产生的输出光线，使输出光线被投射于实质上高于一基准线或一反射层的一区域，以避免倾斜投影的情况。本发明的另一个优点则在于本发明光学系统中的透镜组的特殊形状，其仅有传统投影镜头组的一半，故投影机的体积可因而缩小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种光学系统，包含：

反射层；以及

透镜组，其包含有多个透镜元件，设置于该反射层上，每一透镜元件具有一截面、面向一物方的一光入射面、以及面向一像方的一光发射面，其中每一透镜元件的该截面位于该光入射面与该光发射面之间，该多个透镜元件从该物方依序包含有：

第一透镜元件，具有实质上相同于一平凸透镜的一半的形状，其中该第一透镜元件的该光入射面为一平面，以及该第一透镜元件的该光发射面为一凸面；

第二透镜元件，具有实质上相同于一平凸透镜的一半的形状，其中该第二透镜元件的该光入射面为一凸面，以及该第二透镜元件的该光发射面为一平面；

第三透镜元件，具有实质上相同于一凸凹透镜的一半的形状，其中该第三透镜元件的该光入射面为一凸面，以及该第三透镜元件的该光发射面为一凹面；

第四透镜元件，具有实质上相同于一凸凹透镜的一半的形状，其中该第四透镜元件的该光入射面为一凹面，以及该第四透镜元件的该光发射面为一凸面；以及

第五透镜元件，具有实质上相同于一平凸透镜的一半的形状，其中该第五透镜元件的该光入射面为一平面，以及该第五透镜元件的该光发射面为一凸面；

其中每一透镜元件的形状实质上相同于一旋转对称的透镜的一半，以及每一透镜元件的该截面粘合于该反射层，该截面镀有一反射材质。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中该反射层为平面，以及每一透镜元件的该截面也为平面。

3.如权利要求1所述的光学系统，其中每一透镜元件的该截面镀有一反射材质。

4.一种投影机，包含：

投影模块，用以产生对应于一欲投影图像的一输出光线；以及

光学系统，用以引导该输出光线，使其成像于实质上高于一基准线的一区域，该光学系统包含：

反射层，沿着该基准线而设置；以及

透镜组，包含有多个透镜元件，设置于该反射层上，每一透镜元件具有一截面、面向一物方的一光入射面、以及面向一像方的一光发射面，其中每一透镜元件的该截面位于该光入射面与该光发射面之间，该多个透镜元件从该物方依序包含有：

5.如权利要求4所述的投影机，其中该投影模块包含有一显示面板，该显示面板的一底部设置于该基准线的上方。

6.如权利要求5所述的投影机，其中该显示面板为一液晶覆硅(liquidcrystal on silicon，LCOS)面板。

7.如权利要求4所述的投影机，其中该投影模块另包含有沿着该基准线而设置的一反射层。

8.如权利要求4所述的投影机，其中该反射层为平面，以及每一透镜元件的该截面也为平面。

9.如权利要求4所述的投影机，其中每一透镜元件的该截面镀有一反射材质。