CN106896633A - 投影机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影机，包括照明系统、二轴翻转式数字微镜装置、第一棱镜、第二棱镜以及镜头。照明系统发出入射光。数字微镜装置接收入射光并转换成成像光。二轴翻转式数字微镜装置具有相对两第一长边与相对两第一短边。第一棱镜配置于照明系统与二轴翻转式数字微镜装置间，并包括第一面以及第二面。第二棱镜配置于第一棱镜与二轴翻转式数字微镜装置间，并包括第三面、第四面以及第五面，入射光穿过第三面、第四面传递至二轴翻转式数字微镜装置。成像光穿过第四面、经第三面反射、穿过第五面传递至镜头。第四面具有相对两第二长边与相对两第二短边，且第二长边平行于第一长边，第二短边平行于第一短边。镜头接收并投射成像光。

Description

投影机

技术领域

本发明是有关于一种投影机，尤其是有关于一种具有二轴翻转式数字微镜装置的投影机。

背景技术

投影机利用成像原理并藉由数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device)，可将微小影像投影到上巨幅屏幕上，并提供足够的亮度，将影像资讯分享给众人。

图1为传统投影机1的元件架构图，如图1所示，传统投影机1包含了数字微镜装置10、反射(Total Internal Reflection，TIR)棱镜组11、反射镜12、透镜模组13以及光导管(Light Pipe)14。为了定义视角方向，图1的右边显示了直角座标系的3个轴向。以图1而言，X轴为由原点向右的方向，Y轴为由原点向下的方向，Z轴为指入的方向。在传统投影机1中，光线经由光导管14穿过透镜模组13，再经由反射镜12反射至全反射棱镜组11，最后经由数字微镜装置10将成像光传至镜头而投射至屏幕上。然而，传统投影机1中绕单轴旋转的数字微镜装置10因为物理特性的限制，只能接受入射光以斜射入射。因此，全反射棱镜组11相对数字微镜装置10倾斜一角度设置(例如45度)，这将导致传统投影机1的体积受到限制，在追求微小化投影机的今日，传统投影机1过大的体积将导致便利性不足而逐渐失去竞争力。

因此，发展一种体积较小的投影机是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影机，藉由其优化的元件空间配置以及光路架构设计，有效降低投影机的高度，进而缩小投影机的整体体积。

为达到上述目的，本发明一种投影机，包括照明系统、二轴翻转式数字微镜装置、第一棱镜、第二棱镜及镜头。其中，照明系统适于发出入射光，二轴翻转式数字微镜装置适于接收该入射光并转换成成像光，该二轴翻转式数字微镜装置为具有相对两第一长边与相对两第一短边的第一矩形；第一棱镜，配置于该照明系统与该二轴翻转式数字微镜装置之间，该第一棱镜包括第一面以及相邻接的第二面，该入射光依序穿过该第一面及该第二面；第二棱镜，配置于该第一棱镜与该二轴翻转式数字微镜装置之间，该第二棱镜包括第三面、第四面以及第五面，该第三面邻接于该第四面及该第五面，该第四面面向该二轴翻转式数字微镜装置，该入射光依序穿过该第三面、该第四面传递至该二轴翻转式数字微镜装置，该成像光依序穿过该第四面、经该第三面反射、穿过该第五面传递至该镜头，其中该第四面为具有相对两第二长边与相对两第二短边的第二矩形，且该些第二长边平行于该些第一长边，该些第二短边平行于该些第一短边；镜头，相对该第五面设置，适于接收并投射该成像光。

较佳的，该照明系统包括：光源模组、第一透镜组及第二透镜组。其中，光源模组，适于发出该入射光；第一透镜组，配置于该第一棱镜与该光源模组之间且靠近该光源模组，该第一透镜组适于传递该入射光；第二透镜组，配置于该第一透镜组与该第一棱镜之间，该第二透镜组适于传递来自该第一透镜组的该入射光。

较佳的，该第一透镜组的有效焦距大于等于12毫米且小于等于30毫米。

较佳的，该第二透镜的有效焦距大于等于30毫米且小于等于50毫米。

较佳的，该照明系统还包括反射模组和遮光件，反射模组配置于该第一透镜组与该第二透镜组之间，该反射模组适于将来自该第一透镜组的该入射光反射至该第二透镜组，遮光件配置于该第一透镜组与该反射模组之间。

较佳的，该第一透镜组包括第一透镜与第二透镜，该第二透镜组包括第三透镜，该第一透镜位于该光源模组与该第二透镜之间，该第二透镜位于该第一透镜与该反射模组之间，该第三透镜位于该反射模组与该第一棱镜之间，该第二透镜具有面向该反射模组的第一出光面，该第三透镜具有面向该反射模组的入光面，该第一出光面相距该反射模组第一距离D1，该反射模组相距该入光面第二距离D2，该入光面相距该二轴翻转式数字微镜装置第三距离D3，且0.5≦D3/(D1+D2)≦1。

较佳的，该第一距离D1与该第二距离D2的总和大于等于20毫米且小于等于50毫米。

较佳的，该第三距离D3大于等于20毫米且小于等于50毫米。

较佳的，该第二透镜为非球面透镜。

较佳的，该第一棱镜的折射率小于该第二棱镜的折射率。

较佳的，该第二棱镜为等腰直角三角形棱镜柱体。

与现有技术相比，本发明实施例的投影机，其具有二轴翻转式数字微镜装置，并根据二轴翻转式数字微镜装置的特性来进行元件的空间配置以及光路的设计，由于二轴翻转式数字微镜装置的特性，使得棱镜组(第一棱镜与第二棱镜的组合)与数字微镜装置之间不会有多余的夹角，因此，元件的空间配置以及光路的设计都能进一步得到优化，进而达成缩小投影机体积的目的。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为传统投影机的元件架构图。

图2为本发明一实施例的投影机的元件架构示意图。

图3为图2所示的投影机元件架构的局部放大示意图。

图4为图2所示的投影机元件架构的俯视示意图。

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。

请参照图2至图4，图2为本发明一实施例的投影机的元件架构示意图，图3为图2所示的投影机元件架构的局部放大示意图，图4为图2所示的投影机元件架构的俯视示意图。如图2至图4所示，本实施例的投影机2包括照明系统20、二轴翻转式数字微镜装置21、第一棱镜22、第二棱镜23以及镜头24。照明系统20适于发出入射光A。二轴翻转式数字微镜装置21被玻璃(cover glass)25覆盖且适于接收照明系统20所发出的入射光A并转换为成像光B。具体而言，二轴翻转式数字微镜装置21为德州仪器的二轴翻转式晶片组(TRP(Tilt&RollPixel)PicoTM chipset)，具有多个微镜用来反射入射光A为成像光B，且二轴翻转式数字微镜装置21的外观构形例如是矩形的平面装置，其具有相对的两第一长边211与相对的两第一短边212，更具体而言，在本实施例中，二轴翻转式数字微镜装置21的微镜(在本图中未绘示出)可翻转于开启(ON)、关闭(OFF)两状态，当微镜为关闭状态时，微镜沿着二对角线各翻转12度，等效相对于第一长边211方向(X轴向)翻转17度，用以将入射光A以大约34至36度反射为成像光B。第一棱镜22配置于照明系统20与二轴翻转式数字微镜装置21之间，第一棱镜22包括第一面F1以及与第一面F1相邻接的第二面F2。第二棱镜23配置于第一棱镜22与二轴翻转式数位微镜装置21之间，且第二棱镜23包括第三面F3、第四面F4以及第五面F5，其中第三面F3邻接于第四面F4与第五面F5，第四面F4面向二轴翻转式数字微镜装置21，第五面F5面向镜头24。第二棱镜23的第四面F4例如是矩形，其具有相对两第二长边231与相对两第二短边232，且这些第二长边231平行于二轴翻转式数字微镜装置21的这些第一长边211，这些第二短边232平行于二轴翻转式数字微镜装置21的这些第一短边212，在本实施例中，第二棱镜23例如是等腰直角三角形棱镜柱体，但本发明并不以此为限。镜头24相对于第二棱镜的第五面F5，镜头24适于接收并投射成像光B。

当照明系统20发出入射光A后，入射光A依序穿过第一棱镜22的第一面F1与第二面F2以及第二棱镜23的第三面F3与第四面F4而传递至二轴翻转式数字微镜装置21，此时，二轴翻转式数字微镜装置21将入射光A反射并转换为成像光B。当二轴翻转式数字微镜装置21为开启状态(ON)时，成像光B依序穿过第二棱镜23的第四面F4并传递至第三面F3，成像光B被第三面F3反射至第五面F5并穿过第五面F5而传递至镜头24。更具体的入射光A以及成像光B的光路行进过程将于后段进行说明。

以下再就本实施例的投影机2的元件架构做更一步的描述。

如图2所示，本实施例的照明系统20包括光源模组201、第一透镜组202以及第二透镜组203。第一透镜组202配置于第一棱镜22与光源模组201之间且靠近光源模组201。第二透镜组203配置于第一透镜组202与第一棱镜22之间。光源模组201包括光源LS以及导光元件LG，光源LS适于发出入射光A，导光元件LG配置于光源LS与第一透镜组202之间。上述导光元件LG、第一透镜组202以及第二透镜组203的功能皆是在于传递光源LS所发出的入射光A，且第一透镜组202与第二透镜组203具有聚焦的物理特性，并通过此特性来集束入射光A，使得入射光A能够准确地投射在二轴翻转式数字微镜装置21。在本实施例中，第一透镜组202的有效焦距例如是大于等于12毫米且小于等于30毫米，而第二透镜组203的有效焦距例如是大于等于30毫米且小于等于50毫米。需特别说明的是，上述第一透镜组202与第二透镜组203的有效焦距数值仅为本发明的其中之一实施例，但本发明并不以此为限，在其它的实施例中，因应不同产品的系统架构而有不同的有效焦距范围。

如图2所示，本实施例的照明系统20还包括反射模组204。反射模组204配置于第一透镜组202与第二透镜组203之间，反射模组204适于将来自第一透镜组202的入射光A反射至第二透镜组203。此外，在本实施例中，可于第一透镜组202与反射模组204之间配置遮光件205，其目的在于，当第一透镜组202将入射光A聚焦于反射模组204的前方时，利用遮光件205阻挡不必要的光线进入到镜头24中，进而有效提高成像品质。需特别说明的是，在本实施例投影机2的元件架构中配置反射模组204以及遮光件205仅为本发明的其中之一实施例，本发明并不以此为限，在其它的实施例中，可以视产品的实际需求而将反射模组204以及遮光件205从投影机2的元件架构中移除。

具体而言，如图2所示，本实施例的第一透镜组202包括第一透镜Ls1与第二透镜Ls2，而第二透镜组203包括第三透镜Ls3。在本实施例中，第一透镜Ls1例如是球面透镜，第二透镜Ls2例如是非球面透镜，第三透镜Ls3例如是球面透镜，但本发明并不以此为限，第一透镜Ls1、第二透镜Ls2以及第三透镜Ls3可视产品的实际需求而选用球面透镜或是非球面透镜。第一透镜Ls1位于光源模组201的导光元件LG与第二透镜Ls2之间。第二透镜Ls2位于第一透镜Ls1与反射模组204之间，第三透镜Ls3位于反射模组204与第一棱镜22之间。在本实施例中，第二透镜Ls2具有面向反射模组204的出光面F6，第三透镜Ls3具有面向反射模组204的入光面F7，第二透镜Ls2的出光面F6与反射模组204相距第一距离D1，反射模组204与第三透镜Ls3的入光面F7相距第二距离D2，第三透镜Ls3的入光面F7与二轴翻转式数字微镜装置21相距第三距离D3。值得一提的是，上述第一距离D1、第二距离D2以及第三距离D3符合不等式：0.5≦D3/(D1+D2)≦1，在本实施例中，第一距离D1与第二距离D2的总和例如是大于等于20毫米且小于等于50毫米，第三距离D3例如是大于等于20毫米且小于等于50毫米，但本发明并不以此为限，第一距离D1与第二距离D2的总和以及第三距离D3可视不同产品的系统架构而有不同的数值范围。在上述第一距离D1、第二距离D2以及第三距离D3符合不等式：0.5≦D3/(D1+D2)≦1的情况下，本实施例的投影机2能够在光路不受机构干涉的影响下，有效达成缩小整体体积的目的。

需特别说明的是，在本实施例中，第三透镜Ls3所具有面向第一棱镜22的出光面F8与第一棱镜22的第一面F1之间具有间隙，但本发明并不以此为限，在其它实施例中，第三透镜Ls3的出光面F8例如是连接于第一棱镜22的第一面F1。

以下再就本实施例的投影机2的入射光A以及成像光B的光路行进过程做更一步的描述。

如图2与图3所示，本实施例的光源LS发出入射光A后随即被导光元件LG接收。在本实施例中，导光元件LG例如是楔形(Wedge)的光导管，也就是导光元件LG接收入射光A的入光面积大于输出入射光A的出光面积，因此可以有效提升收光量(coupling efficiency)。当入射光A依序穿过导光元件LG、第一透镜Ls1、第二透镜Ls2、遮光件205、反射模组204以及第三透镜Ls3后，入射光A垂直入射于第一棱镜22的第一面F1，亦即入射光A入射的方向平行于第一面F1的法向量(Normal Vector)。入射光A于第一棱镜22内依光路L1(如图3所示)前进，依序穿过第一棱镜22的第二面F2以及第二棱镜23的第三面F3与第四面F4直到被二轴翻转式数字微镜装置21反射成为成像光B，具体而言，二轴翻转式数字微镜装置21分别于于X轴及Y轴具有第一长边211与第一短边212，而第二棱镜23的第四面F4分别于于X轴及Y轴具有第二长边231与第二短边232，由于第二棱镜23的第二长边231平行于二轴翻转式数字微镜装置21的第一长边211，因此，入射光A沿光路L1入射二轴翻转式数字微镜装置21于X-Y平面可视为入射光A朝二轴翻转式数字微镜装置21的第一长边211入射(如图4所示)。成像光B于第二棱镜23内依光路L2前进，依序穿过第二棱镜23的第四面F4直到被第二棱镜23的第三面F3反射，此处的反射例如是全反射(Total Internal Reflection)，因此，成像光B经由反射后仍会在相同介质(第二棱镜23)内传输，而成像光B经由第三面F3被全反射后，沿光路L3前进，最后穿过第二棱镜23的第五面F5而传递至投影机2的镜头24。

需特别说明的是，在本实施例中，第一棱镜22的第二面F2例如是接触于第二棱镜23的第三面F3，且第二棱镜23的折射率例如是大于第一棱镜22的折射率，具体而言，第一棱镜22的折射率例如是约为1.51633，第二棱镜23的折射率例如是约为1.666718，但本发明并不以此为限，此外，第一棱镜22的材质例如是OHARA公司所制造型号为S-BSL7的玻璃材料，第二棱镜23例如是OHARA公司所制造型号为S-BAH11的玻璃材料，但本发明并不以此为限。在本发明的其它实施例中，第一棱镜22的第二面F2与第二棱镜23的第三面F3之间例如是形成有空气介质，也就是在第一棱镜22的第二面F2与第二棱镜23的第三面F3之间具有间隙，在这样的情况下，则可不需要考虑第一棱镜22与第二棱镜23的折射率。

综上所陈，本发明实施例的投影机2，使用二轴翻转式数字微镜装置(即TRP(Tilt&Roll Pixel)PicoTM chipset)，由于第二棱镜23的第二长边231平行于二轴翻转式数字微镜装置21的第一长边211，因此，入射光A沿光路L1入射二轴翻转式数字微镜装置21于X-Y平面可视为入射光A朝二轴翻转式数字微镜装置21的第一长边211入射。因此，不同于图1中传统的投影机1中，全反射棱镜组11相对绕单轴旋转的数字微镜装置10倾斜角度设置。此外，根据二轴翻转式数字微镜装置21的特性来进行元件的空间配置以及光路的设计，使得棱镜组(第一棱镜22与第二棱镜23的组合)与数字微镜装置之间不会有多余的夹角，因此，元件的空间配置以及光路的设计都能进一步得到优化，进而达成缩小投影机体积的目的。

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 (11)

1.一种投影机，其特征在于,包括：

照明系统，适于发出入射光；

二轴翻转式数字微镜装置，适于接收该入射光并转换成成像光，该二轴翻转式数字微镜装置为具有相对两第一长边与相对两第一短边的第一矩形；

第一棱镜，配置于该照明系统与该二轴翻转式数字微镜装置之间，该第一棱镜包括第一面以及相邻接的第二面，该入射光依序穿过该第一面及该第二面；

第二棱镜，配置于该第一棱镜与该二轴翻转式数字微镜装置之间，该第二棱镜包括第三面、第四面以及第五面，该第三面邻接于该第四面及该第五面，该第四面面向该二轴翻转式数字微镜装置，该入射光依序穿过该第三面、该第四面传递至该二轴翻转式数字微镜装置，该成像光依序穿过该第四面、经该第三面反射、穿过该第五面传递至该镜头，其中该第四面为具有相对两第二长边与相对两第二短边的第二矩形，且第二长边平行于第一长边，第二短边平行于第一短边；以及

镜头，相对该第五面，适于接收并投射该成像光。

2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于,该照明系统包括：

光源模组，适于发出该入射光；

第一透镜组，配置于该第一棱镜与该光源模组之间且靠近该光源模组，该第一透镜组适于传递该入射光；以及

第二透镜组，配置于该第一透镜组与该第一棱镜之间，该第二透镜组适于传递来自该第一透镜组的该入射光。

3.如权利要求2所述的投影机，其特征在于,该第一透镜组的有效焦距大于等于12毫米且小于等于30毫米。

4.如权利要求2所述的投影机，其特征在于,该第二透镜的有效焦距大于等于30毫米且小于等于50毫米。

5.如权利要求2所述的投影机，其特征在于,该照明系统还包括：

反射模组，配置于该第一透镜组与该第二透镜组之间，该反射模组适于将来自该第一透镜组的该入射光反射至该第二透镜组；以及

遮光件，配置于该第一透镜组与该反射模组之间。

6.如权利要求5所述的投影机，其特征在于,该第一透镜组包括第一透镜与第二透镜，该第二透镜组包括第三透镜，该第一透镜位于该光源模组与该第二透镜之间，该第二透镜位于该第一透镜与该反射模组之间，该第三透镜位于该反射模组与该第一棱镜之间，该第二透镜具有面向该反射模组的第一出光面，该第三透镜具有面向该反射模组的入光面，该第一出光面相距该反射模组第一距离D1，该反射模组相距该入光面第二距离D2，该入光面相距该二轴翻转式数字微镜装置第三距离D3，且0.5≦D3/(D1+D2)≦1。

7.如权利要求6所述的投影机，其特征在于,该第一距离D1与该第二距离D2的总和大于等于20毫米且小于等于50毫米。

8.如权利要求6所述的投影机，其特征在于,该第三距离D3大于等于20毫米且小于等于50毫米。

9.如权利要求6所述的投影机，其特征在于,该第二透镜为非球面透镜。

10.如权利要求1所述的投影机，其特征在于,该第一棱镜的折射率小于该第二棱镜的折射率。

11.如权利要求1所述的投影机，其特征在于,该第二棱镜为等腰直角三角形棱镜柱体。