CN103984197B - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影装置。该投影装置包括一光源模块以及一微机电反射镜。光源模块输出多个传递路径彼此不相同的照明光束。微机电反射镜配置于照明光束的传递路径上。各照明光束分别传递至微机电反射镜，且这些照明光束分别被微机电反射镜反射而投影至一成像区域内的多个位置，其中照明光束与成像区域不相交。

Description

投影装置

技术领域

本发明是有关于一种投影装置，且特别是有关于一种可投影出多个阵列排列的子成像区域图像的投影装置。

背景技术

近年来，微型投影装置由于结合了移动投影需求，并可进一步地广泛应用于家庭、商务、旅行、游戏、移动等各种生活领域上，因此已是目前投影装置领域中颇受瞩目的发展技术。

一般而言，微型投影装置泛指重量1公斤以下的可携式投影机。目前广泛应用于微型投影装置中的投影显示技术包括液晶投影显示技术、反射式液晶(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)投影显示技术、数字光处理(DigitalLightProcessing，DLP)投影显示技术以及激光扫描(LaserScanner)投影显示技术等等，其中激光扫描投影显示技术由于使用激光光源，更具有高亮度、广色域、免对焦以及寿命长等优点。另一方面，激光扫描投影显示技术由于应用了微机电系统技术(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)以制作相关镜片元件系统，因此还具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定等优点。此外，激光扫描投影装置还因为体积极小而可嵌入移动装置元件中，携带也可更为便利。

然而，由于激光扫描投影技术所采用的激光光源具有高准直性、小发散角等特性，因此，当激光扫描投影技术中所使用的激光光源直射人眼时，将可能对视网膜造成永久性的伤害，因此世界各国都对激光光源的使用制定了相关的安全使用标准。举例而言，国际电工委员会所制定的激光安全规范「ICE60825-12000」中即规定连续波可见光激光束的输出功率不得大于1毫瓦。但如此一来，这也将同时限制了激光扫描投影技术所能输出的图像亮度。

此外，激光扫描投影技术所能达到的图像分辨率也会被微机电镜片系统的尺寸与转动速度所决定。一般而言，微机电镜片系统的尺寸越大或是转动速度越高，将可提高图像分辨率。但较大的微机电镜片系统，其转动速度将会受限，而较小的微机电镜片系统，其造价较为高昂。如此一来，微机电镜片系统的转动速度和尺寸不易同时提升，因此这也将限制了激光扫描投影技术所能达到的图像分辨率范围。

因此，为了兼顾人们对于移动投影的需求以及投影画面质量的要求，如何克服激光扫描投影技术领域的相关技术瓶颈，实为目前研发人员关注的重要课题之一。

发明内容

本发明提供了一种投影装置，其可投影出具有良好分辨率的图像。

本发明的投影装置包括一光源模块以及一微机电反射镜。光源模块输出多个传递路径彼此不相同的照明光束。微机电反射镜配置于照明光束的传递路径上，各照明光束分别传递至微机电反射镜，且这些照明光束分别被微机电反射镜反射而投影至一成像区域内的多个位置，其中照明光束与成像区域不相交。

在本发明的一实施例中，上述的光源模块输出二传递路径彼此不相同的照明光束。

在本发明的一实施例中，上述的光源模块包括多个同调性光源以及多组光学元件，其中同调性光源用以提供多个光束，各组光学元件分别配置于其中一光束的传递路径上。

在本发明的一实施例中，上述各同调性光源包括激光二极管。

在本发明的一实施例中，上述的光学元件包括透镜和/或反射镜。

在本发明的一实施例中，上述的微机电反射镜以一第一方向以及一第二方向为轴进行二维转动。

在本发明的一实施例中，上述第一方向实质上垂直于第二方向。

在本发明的一实施例中，上述的成像区域区分为多个阵列排列的子成像区域，而各照明光束分别传递至微机电反射镜，并且被微机电反射镜反射至其中一个子成像区域内形成一显示点。

在本发明的一实施例中，处于不同位置的上述各显示点形成一重叠投影区域，而重叠投影区域与成像区域的面积比例为C％，成像区域的图像亮度为A流明，而人眼所能接受直射眼睛的照明光束亮度在安全极限下为X流明，且C％、A以及X满足下列关系式：

X≤A≤X+X·(1-C％)。

在本发明的一实施例中，上述的微机电反射镜以第一方向为轴进行转动的幅角为θ，而经微机电反射镜反射后的各照明光束之间的夹角为γ，且θ以及γ满足下列关系式：

0.0018°≤γ≤2θ。

在本发明的一实施例中，上述的θ介于5度至30度之间。

基于上述，由于本发明的投影装置采用多道照明光束搭配单一微机电反射镜，因此入射至微机电反射镜的照明光束仅需扫描出部分的图像画面，即可让使用者观看到完整的图像画面。

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，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种投影装置的立体示意图。

图2A是图1中的光源模块的一种上视示意图。

图2B是图1中的光源模块的一种侧视示意图。

图3A是图1中的光源模块的另一种上视示意图。

图3B是图1中的光源模块的另一种侧视示意图。

图4A是图1中的光源模块的又一种上视示意图。

图4B是图1中的光源模块的又一种侧视示意图。

图5A是图1中的微机电反射镜的正视示意图。

图5B是图1中的微机电反射镜的上视示意图。

图5C是图1中的微机电反射镜的侧视示意图。

图5D是图1中的成像区域的正视示意图。

图5E是图5D中的成像区域的局部放大示意图。

图6A是本发明另一实施例的成像区域的正视示意图。

图6B是本发明再一实施例的成像区域的正视示意图。

图6C是本发明又一实施例的成像区域的正视示意图。

【主要元件符号说明】

60、70、60’、70’、61’、71’：光束

60a、70a、61a、71a、61a’、71a’、61b、71b、61b’、71b’：分量

100：投影装置

110：光源模块

120：微机电反射镜

111、113：同调性光源

112、114；光学元件

112a、114a：透镜组

112b、114b：反射镜

SI：成像区域

SI1、SI2：子成像区域

Sr：重叠投影区域

D1：第一方向

D2：第二方向

P60、P70：显示点

X60、X60i、X60’、X60”、X60”’、X60f、X70、X70i、X70’、X70”、X70”’、X70f：位置

θ、γ：角度

C％：面积比例

A、X：亮度

具体实施方式

图1是本发明一实施例的一种投影装置的立体示意图。图2A、图3A与图4A是图1中的不同光源模块的上视示意图。图2B、图3B与图4B是图1中的不同光源模块的侧视示意图。请参照图1，本实施例的投影装置100包括一光源模块110以及一微机电反射镜120，其中光源模块110可输出多个传递路径彼此不相同的照明光束60、70。

接着，请参照图2A至图2B，在本实施例中，光源模块110包括多个同调性(相干性，coherence)光源111、113，同调性光源用以提供多个光束60’、70’。具体而言，同调性光源111、113可根据时序信号而对应地输出不同颜色及强度的三原色光束，以在成像区域SI中形成所欲输出的图像画面。举例而言，在本实施例中，同调性光源111、113可为激光二极管，但本发明不以此为限。在其他可行的实施例中，同调性光源111、113也可为其他型态的同调性光源。

另一方面，在本实施例中，光源模块110也同时包括多组光学元件112、114，其中光学元件112、114分别配置于光束60’、70’的传递路径上。并且，光学元件112、114还分别包括透镜组112a、114a及反射镜112b、114b。透过调整两片反射镜112b、114b的角度，将可使光束60’、70’在反射后分别形成以不同入射角入射至微机电反射镜120的照明光束60、70，并因此得以被反射投影至成像区域SI的不同位置上。值得注意的是，虽然上述的光学元件112、114分别包括透镜组112a、114a及反射镜112b、114b的组合，但本发明并不以此为限。在其他可行的实施例中，光学元件112、114可能为其他型态透镜组及反射镜组的可能组合，或也可能是仅包括透镜组112a、114a(如图4A至图4B所绘示)或仅包括反射镜112b、114b(如图3A至图3B所绘示)的情形。

如图1所示，在本实施例中，投影装置100的微机电反射镜120配置于照明光束60、70的传递路径上。照明光束60、70由光源模块110发出后，分别传递至微机电反射镜120。之后，这些照明光束60、70分别会被微机电反射镜120反射而投影至一成像区域SI内而形成显示点P60、P70(displaydots)，其中显示点P60、P70位于成像区域SI的不同位置上。由于照明光束60、70与成像区域SI并不相交，因此并不会产生照明光束60、70被光学元件或成像屏幕遮蔽的情形。

此外，在本实施例中，由于微机电反射镜120可进行二维转动，因此在微机电反射镜120进行二维转动的同时，投影至成像区域SI内的显示点P60、P70便会陆续地被投影在成像区域SI内的多个位置上。以下将搭配图5A至图5C，针对微机电反射镜120的动作机制与显示点P60、P70的移动情形进行详细描述。

图5A是图1中的微机电反射镜的正视示意图。图5B是图1中的微机电反射镜的上视示意图。图5C是图1中的微机电反射镜的侧视示意图。请参照图5A至图5C，在本实施例中，微机电反射镜120可以一第一方向D1以及一第二方向D2为轴进行二维转动，其中第一方向D1平行于垂直方向例如为Z方向，第二方向D2平行于水平方向例如为Y方向。换句话说，第一方向D1实质上垂直于第二方向D2。由图5B可知，当微机电反射镜120以第一方向D1为轴转动θ角时，照明光束60、70于X-Y平面上的光束分量60a、70a入射微机电反射镜120的入射角会随之改变。此时，反射光束分量61a、71a的传递路径也会随之改变，并基于光杠杆(OpticalLever)原理而转动了2θ角，形成新的反射光束分量61a’、71a’。如此一来，当微机电反射镜120以第一方向D1为轴转动时，成像区域SI中的显示点P60、P70将会出现左右移动的情况。类似地，当微机电反射镜120以第二方向D2为轴转动时，也可通过各反射光束分量61b、71b、61b’、71b’的传递路径的改变，则可在成像区域SI中形成显示点P60、P70上下移动的情况。以下将搭配图5D，针对显示点P60、P70于成像区域SI内的移动情况进行进一步的描述。

图5D是图1中的成像区域的正视示意图。请参照图5D，通常，微机电反射镜120以第一方向D1为轴的转动速度大于以第二方向D2为轴的转动速度，换句话说，微机电反射镜120水平转动速度较快，上下转动速度则较慢。在本实施例中，照明光束60、70会由上而下地扫描出成像区域SI的左右两半部分。举例而言，成像区域SI可进一步被区分为二水平排列的子成像区域SI1、SI2，其中各照明光束60、70分别传递至微机电反射镜120，并且被微机电反射镜120反射而分别投影至子成像区域SI2、SI1内的多个位置上。

举例而言，当微机电反射镜120以第一方向D1为轴进行逆时针(如图5B所示)转动时，照明光束60投影至子成像区域SI2内的显示点P60会从位置X60i横向移动至位置X60’，且照明光束70投影至子成像区域SI2内的显示点P70会从位置X70i横向移动至位置X70’。当显示点P60移动至位置X60’上，且显示点P70移动至位置X70’上时，微机电反射镜120以第二方向D2为轴进行转动，使显示点P60从位置X60’纵向移动至位置X60”处，并且使显示点P70从位置X70’纵向移动至位置X70”处。接着，微机电反射镜120继续以第一方向D1为轴进行顺时针转动，此时，照明光束60投影至子成像区域SI1内的显示点P60会从位置X60”横向移动至位置X60”’，且照明光束70投影至子成像区域SI1内的显示点P70会从位置X70”横向移动至位置X70”’。之后，微机电反射镜120不断重复上述的转动，以使显示点P60、P70能够分别沿着迂回路径移动至位置X60f、X70f上。此时，即完成单一画面的投影动作。

此外，由于前述的同调性光源111、113可根据时序信号而对应地输出不同颜色及强度的三原色光束，因此不同位置上的显示点P60、P70将可分别具有所需的颜色与强度。此外，由于视觉暂留，因此被投影至成像区域SI内的显示点P60、P70会组成一图像而被观看者所观看。举例而言，以60Hz的图像更新频率(framerate)为例，投影装置100需在每个1/60秒的时间内完成成像区域SI中所有显示点P60、P70的一次投影动作。换句话说，每1/60秒，成像区域SI内的图像便会更新一次。值得注意的是，投影装置100的图像更新频率可以视产品设计需求而定，本实施例不限定其为60Hz。

图5E是图5D中的成像区域的局部放大示意图。请参照图5E，当各显示点P60、P70处于成像区域SI内不同位置时，将可能产生重叠现象而形成重叠投影区域Sr。因此，若重叠投影区域Sr与成像区域SI的面积比例为C％，成像区域SI的图像亮度为A流明，而人眼所能接受直射眼睛的照明光束亮度在激光束使用规范的安全极限下为X流明，则C％、A以及X满足下列关系式：

X≤A≤X+X·(1-C％)。

如此一来，只要控制单一光束在激光使用规范下，即可兼顾图像亮度与对于眼睛的安全性。

另一方面，由于各子成像区域SI1、SI2构成所谓的成像区域SI，因此各反射光束61、71之间的夹角应有一上限，以避免子成像区域SI1、SI2之间存在空隙。具体而言，在本实施例中，若微机电反射镜120以第一方向D1为轴进行转动的幅角为θ，则各反射光束61、71之间的夹角γ应小于或等于2θ。此外，为避免两道激光束同时入射至瞳孔内而对视网膜造成永久性的伤害，反射光束61、71之间的夹角γ应大于或等于0.0018°。当夹角γ大于或等于0.0018°时，反射光束61’、71’无法同时入射至瞳孔内。因此，假设照明光束60与照明光束70具有相同的输出功率，本实施例仅需确保照明光束60与照明光束70的输出功率不会造成视网膜永久性的伤害即可。承接上述，前述的转动幅角θ以及夹角γ需满足下列关系式：

0.0018°≤γ≤2θ。

在本实施例中，上述的θ介于5度至30度之间，但应注意的是，上述角度参数范围仅作为例示说明，其并非用以限定本发明。

值得注意的是，虽在上述的投影装置100中，是以输出二个传递路径彼此不相同的照明光束60、70为例示，但本发明不限定照明光束的使用数量。换句话说，在其他可行的实施例中，照明光束的数目也可为三个或更多。以下将搭配图6A至图6C，针对不同数量的照明光束所形成的成像区域SI进行详细的描述。

图6A至图6C是本发明不同实施例的成像区域的正视示意图。请参照图6A，当所使用的照明光束的数目为3个，成像区域SI中的各子成像区域SI1、SI2与SI3可沿着第二方向D2排列成一列。请参照图6B，当所使用的照明光束的数目为4个时，成像区域SI中的子成像区域SI1、SI2、SI3、SI4可排列成(2×2)的阵列。请参照图6C，当所使用的照明光束的数目为6个时，成像区域SI中的子成像区域SI1、SI2、SI3、SI4、SI5、SI6可排列成(2×3)的阵列。承上述，本实施例可将成像区域SI区分为多个子成像区域，且这些子成像区域可排列成(m×n)的阵列。

在图6A至图6C的实施例中，各个子成像区域的图像投影都与图1所述的实施例类似，因此于此不再重述。

综上所述，本发明的投影装置采用多道照明光束搭配单一微机电反射镜，因此入射至微机电反射镜的照明光束仅需扫描出部分的图像画面，即可让使用者观看到完整的图像画面。此外，在本发明的投影装置中，由于同时采用了多道照明光束，因此微机电反射镜的转动幅角与转动频率可以被大幅地减低，也因此，微机电反射镜的尺寸不再受到转动幅角与转动频率的限制，有利于生产成本的降低。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作部分的更改与修饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

一光源模块，该光源模块输出多个传递路径彼此不相同的照明光束；以及

一微机电反射镜，配置于该些照明光束的传递路径上，各该照明光束分别传递至该微机电反射镜，且照明光束分别被该微机电反射镜反射而投影至一成像区域内的多个位置，其中该些照明光束与该成像区域不相交；

其中该成像区域区分为多个阵列排列的子成像区域，而各该照明光束分别传递至该微机电反射镜，并且被该微机电反射镜反射至其中一个子成像区域内形成一显示点；

其中处于不同位置的各该显示点形成一重叠投影区域，而该重叠投影区域与该成像区域的面积比例为C％，该成像区域的图像亮度为A流明，而人眼所能接受直射眼睛的照明光束亮度在安全极限下为X流明，且C％、A以及X满足下列关系式：

X≦A≦X+X·(1-C％)。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其中该光源模块输出二传递路径彼此不相同的照明光束。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其中该光源模块包括：

多个同调性光源，提供多个光束；以及

多组光学元件，其中各组光学元件分别配置于其中一光束的传递路径上。

4.根据权利要求3所述的投影装置，其中各该同调性光源包括激光二极管。

5.根据权利要求3所述的投影装置，其中该些光学元件包括透镜和/或反射镜。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其中该微机电反射镜以一第一方向以及一第二方向为轴进行二维转动。

7.根据权利要求6所述的投影装置，其中该第一方向垂直于该第二方向。

8.一种投影装置，其特征在于，包括：

一光源模块，该光源模块输出多个传递路径彼此不相同的照明光束；以及

一微机电反射镜，配置于该些照明光束的传递路径上，各该照明光束分别传递至该微机电反射镜，且照明光束分别被该微机电反射镜反射而投影至一成像区域内的多个位置，其中该些照明光束与该成像区域不相交；

其中该成像区域区分为多个阵列排列的子成像区域，而各该照明光束分别传递至该微机电反射镜，并且被该微机电反射镜反射至其中一个子成像区域内形成一显示点；

其中该微机电反射镜以一第一方向为轴进行转动的幅角为θ，而经该微机电反射镜反射后的各该照明光束之间的夹角为γ，且θ以及γ满足下列关系式：0.0018°≦γ≦2θ。

9.根据权利要求8所述的投影装置，其中θ介于5度至30度之间。