CN103376626B - 投影装置 - Google Patents

Abstract

一种投影装置，包括一影像源、一成像模组及一分光模组。影像源提供一影像光束。成像模组配置于影像光束的传播路径上，且具有一孔径光阑。分光模组配置于影像光束的传播路径上，且位于孔径光阑上或附近。分光模组包括多个子孔径光阑区，且分光模组使影像光束的分别照射于不同的这些子孔径光阑区的多个子影像光束分离。这些子影像光束在传播至这些子孔径光阑区之后，分别朝向不同的方向出射。

Description

投影装置

技术领域

本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种投影装置。

背景技术

随着显示技术的进步，各种采用不同显示原理的显示器不断地推陈出新，例如从传统的阴极射线管(cathode ray tube，CRT)演进为液晶显示器、电浆显示器、有机发光二极管显示器(organic light-emitting diode display，OLED display)、投影装置等。

虽然各种显示器不断地推陈出新，但投影装置总是能够保持其不可或缺的角色，这是因为投影装置能够以相对小的装置尺寸来产生比装置尺寸大很多倍的影像画面，且能以相对小的成本来产生大影像画面。相较之下，液晶显示器、电浆显示器、有机发光二极管显示器等的装置尺寸通常略大于其所产生的影像画面的尺寸，如此不但使得成本大幅提升而不符合经济效益，且如此大的显示器相当占空间，不利于室内空间的利用。

为了产生拼接式的超大影像画面，如产生由M×N个影像画面所拼接而成的超大影像画面时，已知技术是采用M×N台投影装置来分别投射出此M×N个影像画面。然而，采用M×N台投影装置表示装置体积变为M×N倍以上，且成本也至少变为M×N倍。

美国专利第7593629号揭露了一种光学系统，包含第一镜群、第二镜群、光圈、反射镜、第三镜群、第四镜群及第五镜群。此外，台湾专利公开第200535547号揭露了一种投影系统，包含光源、显像单元、投影单元、屏幕及驱动单元。

发明内容

本发明提供一种投影装置，此投影装置可以低成本产生拼接式影像画面。

本发明提供一种投影装置，该投影装置可以应用于商品货架上的显示装置，可显示货品的价格、数量或货品名称等资讯，例如为货架显示器(shelfdisplay)。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，该投影装置包括一影像源、一成像模组及一分光模组。影像源提供一影像光束。成像模组配置于影像光束的传播路径上，且具有一孔径光阑(aperture stop)。分光模组配置于影像光束的传播路径上，且位于孔径光阑上或附近。分光模组包括多个子孔径光阑区，且分光模组使影像光束的分别照射于不同的这些子孔径光阑区的多个子影像光束分离。这些子影像光束在传播至这些子孔径光阑区之后，分别朝向不同的方向出射。

本发明的实施例的投影装置可达到下列优点的至少其一：在本发明的实施例的投影装置中，分光模组配置于孔径光阑上或附近，且子孔径光阑区将照射其上的子影像光束分离。因此，这些子影像光束便能够被投射于成像面上的不同位置而形成多个画面。如此一来，便能够利用一台投影装置来产生多个画面所组合而成的拼接画面。所以，本发明的实施例的投影装置可以低成本产生拼接式影像画面。

附图说明

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1A为本发明的实施例的投影装置的俯视示意图。

图1B为图1A中的分光模组的前视示意图。

图1C为图1B的分光模组的立体图。

图2为图1A的投影装置所产生的影像的示意图。

图3A为本发明的另一实施例的投影装置的俯视示意图。

图3B为图3A中的分光模组的前视示意图。

图3C为图3B的分光模组的立体图。

图4为图3A的投影装置所产生的影像的示意图。

图5A为本发明的又一实施例的投影装置的俯视示意图。

图5B为图5A的投影装置的立体示意图。

图6A示出图5A中的影像源的显示的第二内容。

图6B示出图5B中的影像的第一内容。

图7为本发明的再一实施例的投影装置的俯视示意图。

图8示出图5A的投影装置的另一变化。

图9为本发明的另一实施例的分光模组的正视示意图。

【主要元件符号说明】

100、100d、100e、100f：投影装置

110：影像源

112：影像光束

113、113a、113b、113c：子影像光束

120、120d、120g：分光模组

122、122a、122b、122c、122d、122ad、122bd、122cd、122g：子孔径光阑区

130：照明系统

132：照明光束

140：屏幕

200、200d、200e、200f：成像模组

210：后透镜群

220：前透镜群

230、230e、230e’、230f：第二反射器

240f：第三反射器

A：区

A1、A2、A3：第二内容

A1′、A2′、A3′：第一内容

C：几何中心

D：边缘

L1：水平线

M1、M2、M3、M1d、M2d、M3d、M1e、M2e、M3e、M1t、M2f、M3f：影像

P：光轴

R：参考直线

R1：第一参考直线

R2：第二参考直线

S：孔径光阑

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1A为本发明的实施例的投影装置的俯视示意图，图1B为图1A中的分光模组的前视示意图，图1C为图1B的分光模组的立体图，而图2为图1A的投影装置所产生的影像的示意图。请参照图1至图1C及图2，本实施例的投影装置100包括一影像源110、一成像模组200及一分光模组120。影像源110提供一影像光束112。在本实施例中，投影装置100还包括一照明系统130，照明系统130用以提供一照明光束132。影像源110例如为一光阀，光阀配置于照明光束132的传播路径上，可将照明光束132转换成影像光束112。在本实施例中，光阀例如为一数字微镜元件(digitalmicro-mirror device，DMD)、一硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)、一穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)或其他适当的空间光调制器(spatial light modulator)。然而，在其他实施例中，影像源110亦可以是自发光显示器，且影像源110本身就会发出影像光束112，此种自发光显示器例如为发光二极管阵列显示器、有机发光二极管阵列显示器、场发射显示器、电浆显示器或其他适当的自发光显示器。

成像模组200配置于影像光束112的传播路径上，且具有一孔径光阑(aperture stop)S。孔径光阑S亦即为成像模组200的光圈。分光模组120配置于影像光束112的传播路径上，且位于孔径光阑S上或附近。在本实施例中，分光模组120是以位于孔径光阑S上为例。分光模组120包括多个子孔径光阑区122(在图1A至图1C中是以子孔径光阑区122a、122b及122c为例)，且分光模组120让影像光束112的分别照射于不同的这些子孔径光阑区122的多个子影像光束113(在图1A中是以子影像光束113a、113b及113c为例)分离。这些子影像光束113a、113b及113c在传播至这些子孔径光阑区122之后，分别朝向不同的方向出射。具体而言，子影像光束113a在传播至子孔径光阑区122a后，被投射至成像面50上以形成影像M1。子影像光束113b在传播至子孔径光阑区122b后，被投射至成像面50上以形成影像M2。子影像光束113c在传播至子孔径光阑区122c后，被投射至成像面50上以形成影像M3。

在本实施例中，成像模组200包括一后透镜群210及多个前透镜群220。后透镜群210配置于影像光束112的传播路径上，且位于影像源110与孔径光阑S之间。这些前透镜群220分别配置于这些子影像光束113(如子影像光束113a、113b、113c)的传播路径上。

在本实施例中，这些子孔径光阑区122(如子孔径光阑区122a、122b、122c)分别是由多个第一反射器(亦即同样是由标号122a、122b及122c所标示的元件)所形成，这些第一反射器分别将这些子影像光束113往不同方向反射。在本实施例中，这些子孔径光阑区122a、122b及122c沿着一参考直线R排列。具体而言，分光模组120所在的立体空间可以彼此互相垂直的x轴、y轴与z轴所构成的直角坐标系来定义，其中z轴垂直于形成子孔径光阑区122b的第一反射器，y轴平行于参考直线R，而x轴平行于形成子孔径光阑区122b的第一反射器，且垂直于y轴与z轴。此外，形成子孔径光阑区122a的第一反射器所在的方位是从形成子孔径光阑区122b的第一反射器所在的方位以参考直线R为轴往顺时针旋转后所变成的方位，而形成子孔径光阑区122c的第一反射器所在的方位是从形成子孔径光阑区122b的第一反射器所在的方位以参考直线R为轴往逆时针旋转后所变成的方位。由于子孔径光阑区122a、122b及122c所在的方位不同，因此能使子影像光束113a、113b及113c往不同方向出射。

在本实施例中，投影装置100还包括一屏幕，配置于该成像面50(代表成像面50所示出的直线亦即为屏幕所在位置)上，且成像模组200将这些子影像光束113a、113b及113c投影至成像面50上的不同区域，例如分别投射于影像M1所在的区域、影像M2所在的区域及影像M3所在的区域。这些子影像光束113a、113b及113c在成像面50上分别形成多个影像M1、M2及M3，且这些影像M1、M2及M3彼此相邻。在本实施例中，这些影像M1、M2及M3彼此相接，以形成一拼接式影像画面，如图2所示。

在本实施例的投影装置100中，分光模组120配置于孔径光阑S上或附近，且子孔径光阑区122将照射其上的子影像光束113分离。因此，这些子影像光束113便能够被投射于成像面50上的不同位置而形成多个画面(例如影像M1、M2及M3)。如此一来，便能够利用一台投影装置100来产生多个画面所组合而成的拼接画面。所以，本实施例的投影装置100可以低成本产生拼接式影像画面。亦即，本实施例的投影装置100可以较少数量的装置及较小的系统体积来产生拼接式影像画面。

此外，在本实施例中，由于分光模组120配置于孔径光阑S上或附近，因此影像源110的各个场(field)所发出的光束的主光线(chief ray)会通过孔径光阑S的中心(即后透镜群210的光轴与孔径光阑S的交会处)，而影像源110的各个场(field)所发出的光束的边缘光线(marginal ray)会通过孔径光阑S的边缘。换言之，每一个场所发出的光束皆会充满整个孔径光束S。因此，当孔径光阑S被分割成多个子孔径光阑区122后，传播至每一个子孔径光阑区122的子影像光束113仍然能够携带整个影像源110的影像资讯，因此影像M1、M2及M3皆能够各自呈现整个影像源110的影像，只是当影像源110的影像被分成多个时，每一个影像M1、M2、M3的亮度会低于当孔径光阑S没有被分割时而成像模组只形成一个影像的亮度。由于这些影像M1、M2及M3皆来自于同一个影像源110，因此各影像M1、M2、M3彼此间的色彩度差异会比利用多个不同影像源(如利用多个不同投影机)所形成的多个影像彼此间的色彩度差异来得小，因此本实施例的投影装置100的色彩调校较为容易。此处“分光模组120配置于孔径光阑S附近”中的“附近”的定义是当分光模组120在此位置时，皆能够使影像M1、M2及M3的各自的内容皆实质上能够源自于整个影像源110所显示的内容，而几乎不会遗失影像源所显示的部分内容。

图3A为本发明的另一实施例的投影装置的俯视示意图，图3B为图3A中的分光模组的前视示意图，图3C为图3B的分光模组的立体图，而图4为图3A的投影装置所产生的影像的示意图。本实施例的投影装置100d与图1A的投影装置100类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的投影装置100d中，这些子孔径光阑区122d之一为一光穿透区(例如子孔径光阑区122bd为光穿透区)，而其他子孔径光阑区122d为反射区(例如子孔径光阑区122ad与122cd为反射区)，且这些子影像光束113在传播至光穿透区与反射区后，分别往不同的方向出射。换言之，将图1C的分光模组120中的形成子孔径光阑区122b的第一反射器移除后，就可产生本实施例的光穿透区(即子孔径光阑区122bd)。在本实施例中，这些反射区是由多个第一反射器所分别形成。然而，在其他实施例中，当孔径光阑S分割成一个反射区与一个光穿透区时，第一反射器的数量可为一个，且第一反射器形成此反射区。在本实施例中，子影像光束113b在传播至子孔径光阑区122bd(即光穿透区)后，会通过子孔径光阑区122bd，并接着被位于图3A中央的前透镜群220投影至成像面50，而形成影像M2d。此外，子影像光束113a与113c在传播至子孔径光阑区122ad与122cd后，会分别被形成子孔径光阑区122ad与122cd的第一反射器反射，并接着被位于图3A两侧的前透镜群220投影至成像面50，以分别形成影像M1d与M3d。

此外，在本实施例中，穿透光穿透区(如子孔径光阑区122bd)的子影像光束113b传播至成像面50上的区域(即影像M2d所在的区域)不同于被反射区(如子孔径光阑区122ad与122cd)反射的子影像光束113a与113c传播至成像面50上的区域(即影像M1d与M3d所在的区域)。

再者，在本实施例中，成像模组200d还包括至少一第二反射器230(在图3A中是以两个第二反射器230为例)，配置于被反射区(如子孔径光阑区122ad、122cd)反射的子影像光束113(如子影像光束113a、113c)的传播路径上，以将被反射区反射的子影像光束113a、113c反射至影像M1d、M3d所在的区域。

在图1A的投影装置100中，由于子影像光束113a与子影像光束113c是斜向入射成像面50，因此影像M1与影像M3会有梯形失真(keystonedistortion)的情形产生。然而，在本实施例中，由于采用了光穿透区搭配第二反射器230的设计，因此子影像光束113a、113b、113c皆可实质上垂直地入射成像面50，所以影像M1d、M2d及M3d皆可以实质上没有梯形失真。

此外，由于光穿透区处可以不采用反射器，因此本实施例的投影装置100可以节省反射器的使用数量，进而降低光损失。另外，在本实施例中，由于子影像光束113a、113c所行经的光路径较子影像光束113b所行经的光路径长，因此配置于子影像光束113a、113c的光路径上的前透镜群220的投射比(throw ratio)可与配置于子影像光束113b的光路径上的前透镜群220的投射比不同。通过适当设定这些前透镜群220的投射比，可使影像M1d、M2d及M3d的尺寸实质上相同。

图5A为本发明的又一实施例的投影装置的俯视示意图，图5B为图5A的投影装置的立体示意图，图6A示出图5A中的影像源的显示的第二内容，图6B示出图5B中的影像M1e、M2e及M3e的第一内容，其中为了让读者便于观看部分元件的在空间中的立体位置关系，图5B中省略了照明系统、前透镜群与后透镜群。请参照图5A至图5B及图6A至图6B，本实施例的投影装置100e与图3A的投影装置100d类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的投影装置100e中，可通过适当地调整第二反射器230e的方位而使影像M1e、M2e及M3e产生在垂直的方向(即y方向)上错位的效果。举例而言，可将图3A左方的第二反射器230往图面内翻转，即形成图5A左方的第二反射器230e，且可将图3A右方的第二反射器230往图面外翻转，即形成图5A右方的第二反射器230e。具体而言，在本实施例的投影装置100e中，每一影像M1e、M2e、M3e具有一边缘D，这些影像M1e、M2e及M3e在一实质上平行于这些边缘D的第一参考直线R1上分别具有多个第一内容A1′、A2′及A3′，且这些第一内容A1′、A2′及A3′分别来自于影像源110的多个第二参考直线R2上的多个第二内容A1、A2及A3。在本实施例中，这些第二参考直线R2彼此实质上平行但不重合。此外，第一参考直线R1例如是平行于影像M1e、M2e及M3e的水平方向，且第二参考直线R2是平行于影像源110的水平方向。换言之，原本在垂直方向排列的第二内容A1、A2及A3在经过分光模组120d与成像模组200e的作用后，会在屏幕140上形成水平方向排列的第一内容A1’、A2’及A3’。在本实施例中，屏幕140的对应于第一内容A1’、A2’及A3’的A区可为光散射区或光漫射区，而屏幕的A区以外的区域可为遮光区或吸光区，如此一来，使用者会看到位于A区中的第一内容A1’、A2’及A3’，但不会看到A区以外的内容。因此，影像M1e、M2e及M3e可分别形成不同的影像画面，并拼接成一拼接画面。或者，在另一实施例中，屏幕亦可只设在A区中，亦即这些影像M1e、M2e及M3e的落在屏幕上的部分(即第一内容A1’、A2’及A3’)分别来自于影像源的不同区域(即分别来自于第二内容A1、A2及A3所在的区域)。如此，使用者亦能够只看到A区中的拼接画面。在本实施例中，应用于商品货架上的显示装置，可显示货品的价格、数量或货品名称等资讯，投影装置100e例如为货架显示器，亦即投影装置100e采用背投影的原理，其中屏幕140位于使用者与影像源110之间，而屏幕140的A区则为透光的散射区。

在本实施例中，由于子影像光束113b是穿透子孔径光阑区122bd而不采用反射器将其反射，且反射镜230e是采用倾斜摆设的方式让影像M1e、M2e及M3e产生错位的效果，因此投影装置100e在y方向上的厚度可以缩小，进而缩减投影装置100e的整体体积。

图7为本发明的再一实施例的投影装置的俯视示意图。请参照图7，本实施例的投影装置100f与图5A的投影装置100e类似，而两者的差异如下所述。在本实施例中，成像模组200f还包括至少一第三反射器240f(图7中是以两个第三反射器240f为例)，配置于被第二反射器230f反射的子影像光束113a、113c的传播路径上，以将被第二反射器230f反射的子影像光束113a、113c反射至影像M1f与M3f所在的区域。在本实施例中，第二反射器230f将来自于分光模组120d的子影像光束113a与113c分别反射至第三反射器240f。

由于本实施例的投影装置100f同时采用了第二反射器230f与第三反射器240f来反射出彼此在垂直方向上错位的影像M1f及M3f，因此第二反射器230f与第三反射器240f在反射子影像光束113a与113c时的自由度便可以较大。如此一来，通过第二反射器230f与第三反射器240f的适当倾斜(例如往图面内翻转而倾斜或往图面外翻转而倾斜)，便可使影像M1f及M3f均为水平良好的正像，而不至于有些歪斜。此外，由于第二反射器230f与第三反射器240f的自由度较大，因此仍可限制第二反射器230f与第三反射器240f在y方向上的位置，而使投影装置100f在y方向上的厚度得以缩小。

图8示出图5A的投影装置的另一变化。请参照图8，在本实施例中，影像源110具有一与影像源110的光轴P交叉的水平线L1，影像源110的光轴P与水平线L1落在一参考平面(即同时包含水平线L1与光轴P的平面，亦即包含水平线L1且垂直于图面的平面)上，且第二反射器230e’的几何中心C位于此参考平面之外。在本实施例中，两第二反射器230e’的几何中心C分别位于此参考平面的相对两侧。相较于图5A所示的实施例，本实施例中的几何中心C与此参考平面的距离较远，因此本实施例所产生的影像的水平可以较为良好，而不至于有些歪斜。

图9为本发明的另一实施例的分光模组的正视示意图。请参照图9，本实施例的分光模组与图1B所示的分光模组类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的分光模组120g中，这些子孔径光阑区122g排列成二维阵列。图9中是以排列成3×3阵列为例，但在其他实施例中亦可以排列成M×N阵列。当子孔径光阑区122g的数量有9个时，投影装置便可对应设有9个前透镜群，以分别将来自这9个子孔径光阑区122g的9个子影像光束投射至成像面的9个不同的区域，以形成拼接画面。同理，当子孔径光阑区122g的数量有M×N个时，投影装置亦可对应设有M×N个前透镜群。

上述的第一反射器、第二反射器230、230e、230f、230e’、第三反射器240f及任何所提及的反射器可各为一反射镜、一棱镜上的反射膜、一棱镜上的全反射面或其他适当的反射器。

综上所述，本发明的实施例的投影装置可达到下列优点的至少其一：在本发明的实施例的投影装置中，分光模组配置于孔径光阑上或附近，且子孔径光阑区将照射其上的子影像光束分离。因此，这些子影像光束便能够被投射于成像面上的不同位置而形成多个画面。如此一来，便能够利用一台投影装置来产生多个画面所组合而成的拼接画面。所以，本发明的实施例的投影装置可以较低成本产生拼接式影像画面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。本说明书中提及的第一反射器、第二反射器及第三反射器等用语，仅用以表示元件的名称，并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (17)

1.一种投影装置，包括：

一影像源，提供一影像光束；

一成像模组，配置于该影像光束的传播路径上，且具有一孔径光阑；以及

一分光模组，配置于该影像光束的传播路径上，且位于该孔径光阑上或附近，该分光模组包括多个子孔径光阑区，且该分光模组使该影像光束的分别照射于不同的这些子孔径光阑区的多个子影像光束分离，其中这些子影像光束在传播至这些子孔径光阑区之后，分别朝向不同的方向出射，该成像模组将这些子影像光束投影至一成像面上的不同区域。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该分光模组包括多个第一反射器，分别形成这些子孔径光阑区，且分别将这些子影像光束往不同的方向反射。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，这些子孔径光阑区之一为一光穿透区，这些子孔径光阑区的另一为一反射区，这些子影像光束在传播至该光穿透区与该反射区后，分别往不同的方向出射。

4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，该分光模组包括至少一第一反射器，形成该反射区。

5.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，穿透该光穿透区的该子影像光束传播至一成像面上的一第一区域，被该反射区反射的该子影像光束传播至该成像面上的一第二区域，且该第一区域不同于该第二区域。

6.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，该成像模组还包括至少一第二反射器，所述第二反射器配置于被该反射区反射的该子影像光束的传播路径上，以将被该反射区反射的该子影像光束反射至该第二区域。

7.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，该影像源具有一与该影像源的光轴交叉的水平线，该影像源的光轴与该水平线落在一参考平面上，且该第二反射器的几何中心位于该参考平面之外。

8.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，该成像模组还包括至少一第三反射器，配置于被该第二反射器反射的该子影像光束的传播路径上，以将被该第二反射器反射的该子影像光束反射至该第二区域。

9.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该成像模组包括：

一后透镜群，配置于该影像光束的传播路径上，且位于该影像源与该孔径光阑之间；以及

多个前透镜群，分别配置于这些子影像光束的传播路径上。

10.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，这些子影像光束在该成像面上分别形成多个影像，且这些影像彼此相邻。

11.如权利要求10所述的投影装置，其特征在于，每一该影像具有一边缘，这些影像在一实质上平行于这些边缘的第一参考直线上分别具有多个第一内容，且这些第一内容分别来自于该影像源的多个第二参考直线上的多个第二内容。

12.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，这些第二参考直线彼此实质上平行但不重合。

13.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，还包括一屏幕，该屏幕配置于该成像面上，其中这些影像落在该屏幕上的部分分别来自于该影像源的不同区域。

14.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，该影像源为一数字微镜元件、一硅基液晶面板或一穿透式液晶面板。

15.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括一照明系统，提供一照明光束，其中该影像源为一光阀，该光阀配置于该照明光束的传播路径上，以将该照明光束转换成该影像光束。

16.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，这些子孔径光阑区沿着一参考直线排列。

17.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，这些子孔径光阑区排列成二维阵列。