CN102508402B - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的投影装置包括光源、光阀、投影镜头以及远心照明光学系统。光源用于提供第一光束，沿预定方向前进。光阀接收并反射第一光束，且具有显示面，其中显示面具有中心点，且显示面于X方向上具有一宽度。远心照明光学系统设于预定方向上，且包括具有反射面的棱镜。第一光束经反射面反射后以第二光束射出该棱镜，且反射面具有对应中心点的特定点。投影镜头接收第二光束，且具有光轴，其中光轴与特定点于预定方向上的距离大于或等于宽度的四分之一。通过本发明，可提升投影装置所投影的影像沿着平行于地面的水平方向的偏移量。

Description

投影装置

技术领域

本发明关于一种投影装置，尤指一种可产生沿着平行于地面的水平方向的影像偏移的投影装置。

背景技术

随着科技日新月异，投影装置在家庭、娱乐或商务用途上已逐渐扮演着不可或缺的角色。近几年来，大尺寸平面显示器的需求大幅成长，消费者对显示画面的尺寸与显像品质的要求也越来越严苛，相关的投影技术也随之进步。投影装置技术是利用光学投影方式将影像投射至幕布上，借着光学的方法使画面尺寸放大，以突破平面显示器尺寸限制的瓶颈，使得机身厚度变薄且重量变轻。

然而，传统投影装置在投射影像时只能产生沿着垂直于地面的垂直方向的影像偏移，使投影装置必须设置在幕布的正前方，才能投影出矩形的影像。因此，投影装置需具有较长的信号线与电源线等线路，才能电性连接至位于墙角的电源插座或位于角落的信号源。如此一来，使用者容易受到线路绊倒，或者太长的信号线亦容易造成信号的衰减以及过多的噪声。并且，若将投影装置倒吊于天花板，于安装投影装置时容易产生碰撞。虽然已有发展出具有非远心照明系统的投影装置来提高水平方向的影像偏移，但非远心照明系统的透镜在设置位置上与投影镜头接近而容易彼此干涉，甚至须切割部分透镜，而形成缺口，因此影响整体成像品质。并且，邻近光阀的投影镜头的透镜的直径较小，因此不易接收偏移量太大的影像，且当影像偏移太大时，远离光阀的投影镜头的透镜需具有较大的直径，才能接收影像，因此增加投影装置的成本与制造的困难度。

有鉴于此，在避免增加成本与制造困难度的情况下提升投影装置所投影的影像沿着平行于地面的水平方向的偏移量实为业界努力的目标。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种投影装置，以提升投影装置所投影的影像沿着平行于地面的水平方向的偏移量。

为达上述的目的，本发明提供一种投影装置。投影装置包括光源、光阀、投影镜头以及远心照明光学系统。光源用于提供第一光束，沿预定方向前进。光阀接收并反射第一光束，且光阀具有显示面，其中显示面具有中心点，且显示面于X方向上具有一宽度，并于Y方向上具有一高度。远心照明光学系统设于预定方向上，并将第一光束导引至光阀上，且远心照明光学系统包括棱镜，其中棱镜具有反射面，第一光束经反射面反射后以第二光束射出棱镜，且反射面具有对应中心点的特定点。投影镜头接收第二光束，且投影镜头具有光轴，其中光轴与特定点于预定方向上的距离大于或等于宽度的四分之一。

根据本发明所述的投影装置，第二光束与光轴具有夹角，该夹角大于或等于2度，并小于或等于30度。特定点与光轴于预定方向上的距离小于或等于该宽度。特定点与光轴于Y方向上的距离大于或等于该高度的四分之一，且小于或等于该高度。棱镜为直角棱镜(right-angle prism)。光阀为反射式显示面板或数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)。

本发明的投影装置设置投影透镜的光轴与棱镜的特定点于第一光束的预定方向上的距离大于或等于显示面的宽度的四分之一，且小于或等于显示面的宽度，使所投影出的影像具有50％至200％的偏移量。并且，本发明的投影装置是使用远心照明光学系统，使邻近光阀的投影镜头的透镜的直径较非远心照明系统中邻近光阀的投影镜头的透镜的直径大。因此，可有效提升偏移较大的第二光束的接收量。并且，因本发明的投影装置使用远心照明光学系统，所以其远离光阀的投影镜头的透镜相较于非远心照明系统不需具有较大的直径，藉此可避免增加投影装置的成本与制造的困难度。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的投影装置的上视示意图。

图2为本发明较佳实施例的投影装置的侧视示意图。

图3绘示第二光束射出棱镜的示意图。

图4为本发明较佳实施例的投影装置所投影的影像与无偏移影像的上视示意图。

图5为本发明较佳实施例的投影装置所投影的影像与无偏移影像的侧视示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参考图1与图2，图1为本发明一较佳实施例的投影装置的上视示意图，且图2为本发明较佳实施例的投影装置的侧视示意图。如图1与图2所示，投影装置100设置于由X方向、Y方向以及Z方向所定义的三维空间中。投影装置100包括光源108、光阀110、投影镜头112以及远心(telecentric)照明光学系统114。于本实施例中，光源108用于提供第一光束116，且第一光束116沿预定方向116a前进。光源108可为复数个具有不同颜色的发光二极体或灯泡与色轮来产生不同颜色的第一光束116，但不限于此。本实施例第一光束116的预定方向116a与Z方向相同，但不限于此。远心照明光学系统114设于第一光束116的预定方向116a上，并用于将第一光束116导引至光阀110。远心照明光学系统114包括透镜组118以及至少一棱镜120，且具有第一光轴122，位于Z方向上。透镜组118位于棱镜120与光源108之间的第一光束116的传递路径上。光阀110接收并反射第一光束116，且将第一光束116转换为具有影像的光束。光阀110可为反射式显示面板或数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不限于此。并且，光阀110具有复数个像素单元，用于分别反射部分第一光束116，使反射的光线成为具有影像的光束。光阀110具有显示面110a，用于显示影像，且显示面110a平行于XY平面，并面对远心照明光学系统114。显示面110a于X方向上具有宽度W，且于Y方向上具有高度H，并具有中心点110b。另外，棱镜120具有反射面120a，垂直于XZ平面，并面对光源108。反射面120a可用于反射第一光束116并以第二光束124射出棱镜120。投影镜头112接收第二光束124，且设于第二光束124的传递路径上，并将第二光束124投射至幕布126上，以于幕布126上显示出影像。投影镜头112具有第二光轴128，沿着X方向设置。

于本实施例中，棱镜120另具有第一镜面120b与第二镜面120c，其中第一镜面120b平行于显示面110a，并面对显示面110a，且第二镜面120c平行于YZ平面，并面对投影镜头112。并且，反射面120a与第一镜面120b以及第二镜面120c分别具有夹角，皆为45度，亦即第一镜面120b于X方向上的长度与第二镜面102c于Z方向上的长度相同，因此本实施例的棱镜为直角棱镜(right-angle prism)。于本实施例中，由光源108射出的第一光束116经过透镜组118后会穿过反射面120a射入棱镜120，然后从第一镜面120b射出，进而射至光阀110。接着，从光阀110反射的第一光束116会从第一镜面120b射入，且经过反射面120a反射后以第二光束124从第二镜面120c射出，再透过投影镜头112投射至幕布126上。由此可知，本实施例的棱镜120的设置方式为第一光束116先穿透棱镜120，经过光阀110反射后再透过棱镜120的反射面120a反射，因而为反向全内反射(reverse total internal reflectance，RTIR)棱镜的设计，但本发明的远心照明光学系统114并不限于此。于本发明的其他实施例中，棱镜的设置方式亦可为全内反射(total internal reflectance，TIR)棱镜的设计。其中，第一镜面平行于YZ平面，且第二镜面平行于XY平面。并且，显示面平行第一镜面，使第一光束先由反射面反射至光阀后再经由光阀反射，最后以第二光束从棱镜的反射面射出。另外，远心照明光学系统114也可另包括楔型棱镜，或者棱镜为其他种类的棱镜，且不以此为限。

值得注意的是，反射面120a具有对应中心点110b的特定点130。本实施例的特定点130为从中心点110b于预定方向116a对应至其上的一点，且在第一光束110遇到反射面120a仍符合全反射的条件下，特定点130与投影镜头112的第二光轴128于预定方向116a上的距离d1大于或等于显示面110a的宽度W的四分之一，使投影装置100投影至幕布126上的影像于预定方向116a上可具有大于或等于50％的偏移量，且特定点130与投影镜头112的第二光轴128于预定方向116a上的距离d1小于或等于显示面110a的宽度W，使投影装置100投影至幕布126上的影像于预定方向116a上可具有小于或等于200％的偏移量。并且，特定点130与投影镜头112的第二光轴128于Y方向上的距离d2大于或等于显示面110a的高度H的四分之一，且小于或等于显示面110a的高度H，使投影装置100投影至幕布126上的影像于Y方向上可具有大于或等于50％的偏移量，且小于或等于200％的偏移量。此外，由于投影镜头112的第二光轴128位于特定点130的左侧，因此第二光束124是从投影镜头112的第二光轴128的右侧射入。并且，本实施例的投影镜头112为一次成像的透镜组，因此具有影像的第二光束124经过投影镜头112后会成像于投影镜头112的第二光轴128的左侧，且投影至幕布126上的影像朝第二光轴128的左侧偏移。于本实施例中，投影镜头112包括第一透镜组132与第二透镜组134，其中第一透镜组132位于第二透镜组134与棱镜120之间，且第二透镜组134位于第一透镜组132与幕布126之间。并且，第一透镜组132包括四透镜132a，且第二透镜134包括四透镜134a。

请参考图3，图3绘示第二光束射出棱镜的示意图。如图3所示，第二光束124与投影镜头112的第二光轴128具有夹角θ。由于第二光轴128沿着X方向设置，因此夹角θ亦可视为第二光束124与X方向的夹角。本实施例的夹角θ大于或等于2度，并小于或等于30度，藉此在第一光束110遇到反射面120a符合全反射的条件下，第二光束124经过投影镜头112的投影可于预定方向上产生大于或等于50％的偏移量且小于或等于200％的偏移量。

以下将进一步说明本实施例的投影装置所产生的影像偏移量。请参考图4与图5，且一并参考图1与图2。图4为本发明较佳实施例的投影装置所投影的影像与习知投影装置的无偏移影像的上视示意图，且图5为本发明较佳实施例的投影装置所投影的影像与习知投影装置的无偏移影像的侧视示意图。如图1与图4所示，第一影像136为无偏移的情况下，亦即特定点130与第一影像136的中心点136a位于X方向的情况下，投影装置100所投射出的影像。第二影像138为投影镜头112的第二光轴128与特定点130于Z方向的距离d1等于显示面110a的宽度W的四分之一的情况下投影装置100所投射出的影像，且第二影像138较第一影像136向右偏移了四分之一的影像宽度。因此，当投影镜头112的第二光轴128与特定点130于Z方向的距离d1等于显示面110a的宽度W的四分之一时，投影装置100所投影出的第二影像138相较于无偏移的第一影像136会偏移四分之一的影像宽度，且偏移量为偏移的影像宽度除以第一影像136的宽度的比值乘以200％。因此，偏移四分之一的影像宽度即为50％的偏移量。如图2与图5所示，第三影像140为投影镜头112的第二光轴128与特定点130于Y方向的距离d2等于显示面110a的高度H的四分之一的情况下投影装置100所投射出的影像，且第三影像140较第一影像136向右偏移了四分之一的影像高度。因此，当投影镜头112的第二光轴128与特定点130于Y方向的距离d2等于显示面110a的高度H的四分之一时，投影装置100所投影出的第三影像140相较于无偏移的第一影像136会偏移四分之一的影像高度，亦即50％偏移量。

综上所述，本发明的投影装置设置投影透镜的光轴与棱镜的特定点于预定方向上的距离大于或等于显示面的宽度的四分之一，且小于或等于显示面的宽度，使所投影出的影像具有50％至200％的偏移量。并且，本发明的投影装置使用远心照明光学系统，使邻近光阀的投影镜头的透镜的直径较非远心照明系统中邻近光阀的投影镜头的透镜的直径大。因此，可有效提升偏移较大的第二光束的接收量。并且，因本发明的投影装置使用远心照明光学系统，所以其远离光阀的投影镜头的透镜相较于非远心照明系统不需具有较大的直径。藉此，可避免增加投影装置的成本与制造的困难度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种投影装置，设置于由X方向、Y方向以及Z方向所定义的三维空间中，该投影装置包括：

光源，用于提供第一光束，沿预定方向前进；

光阀，接收并反射该第一光束，且该光阀具有显示面，其中该显示面具有中心点，且该显示面于X方向上具有一宽度，并于Y方向上具有一高度；

远心照明光学系统，设于该预定方向上，并将该第一光束导引至该光阀上，且该远心照明光学系统包括棱镜，其中该棱镜具有反射面，该第一光束经该反射面反射后以第二光束射出该棱镜；以及

投影镜头，接收该第二光束，且该投影镜头具有光轴；

其特征在于，该预定方向与Z方向相同，该反射面具有对应该中心点的特定点，该光轴与该特定点于该预定方向上的距离大于或等于该宽度的四分之一。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该第二光束与该光轴具有夹角，该夹角大于或等于2度，并小于或等于30度。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该特定点与该光轴于该预定方向上的距离小于或等于该宽度。

4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该特定点与该光轴于该Y方向上的距离大于或等于该高度的四分之一，且小于或等于该高度。

5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该棱镜为直角棱镜。

6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于该光阀为反射式显示面板或数字微镜元件。

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