CN107272307A - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置包括光机、偏振状态变化机构以及偏振分光件。光机产生第一光束，偏振状态变化机构可活动，且当该第一光束通过该偏振状态变化机构时，形成第二光束，偏振分光件具有分光面，其中该第一光束可通过或不通过该偏振状态变化机构，当该第一光束不通过该偏振状态变化机构而进入该偏振分光件时，该第一光束由该分光面导引朝第一方向行进，当该第一光束通过该偏振状态变化机构而形成该第二光束且该第二光束进入该偏振分光件时，该第二光束由该分光面导引而朝该第一方向及/或第二方向行进。

Description

投影装置
技术领域
本发明有关于一种可变换投影方向的投影装置，特别是有关于一种利用改变投影光束的极性并搭配偏振分光组件来变换投影方向的投影装置。
背景技术
请参阅图1、2，其表示已知的微投影机，微投影机1000包括壳体120。光机(未图示)设置于壳体120中，镜头130连接于光机并设置于壳体120的一侧边。光投射方向调整机构140设置于壳体120的侧边，光投射方向调整机构140包括镜头盖本体142、面镜144以及前盖146。镜头盖本体142可滑动地设置于壳体120的侧边并为中空的长方体，覆盖住镜头130，面镜144则设置于镜头盖本体142中，面镜144的法线与镜头130的光轴大约呈45度的夹角。
镜头盖本体142可滑动地设于壳体120的侧边并可于第一位置以及第二位置之间滑动。当镜头盖本体142滑动至第一位置时，如图1所示，光线可经由镜头130穿过开口1426直接向外投射，例如投影至屏幕。当镜头盖本体142滑动至第二位置时，如图2所示，光线经由镜头130照射出，并由面镜144反射而朝向与镜头130的光轴大约呈90度的方向投射，因此与图1中光线的投射方向相比，图2中光线的投射方向改变了90度。在实际的应用上，可将原本朝投影装置1000正前方投射的光线，投射至天花板或桌面上。
在上述的构造中，虽然可以藉由滑动镜头盖本体142而使面镜144移动至镜头130的前方，来改变光线投射的方向，但是在微投影机1000中需要预留一定的空间供镜头盖本体142滑动之用，这样的结构会不利微投影机的小型化，特别是在短焦(short throw ratio)投影的情况下，由于反射组件的体积较大，因此需要预留较大的空间，会更不利于微投影机的小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种投影装置，其藉由偏光组件使光束产生不同的偏振极性，并利用偏振光束通过偏振分光组件时会朝不同方向行进的特性来变换光束投影的方向，其中移动方式包含相对转动或绕转轴翻转或移开光路径外等形式。
本发明的投影装置的一实施例包括光机、偏振状态变化机构以及偏振分光件。光机产生第一光束，偏振状态变化机构可活动，且当该第一光束通过该偏振状态变化机构时，形成第二光束，偏振分光件具有分光面，其中该第一光束可通过或不通过该偏振状态变化机构，当该第一光束不通过该偏振状态变化机构而进入该偏振分光件时，该第一光束由该分光面导引朝第一方向行进，当该第一光束通过该偏振状态变化机构而形成该第二光束且该第二光束进入该偏振分光件时，该第二光束由该分光面导引而朝该第一方向及/或第二方向行进。
在另一实施例中，该偏振状态变化机构包括第一1/4波片以及第二1/4波片，该第一1/4波片与该第二1/4波片彼此可相对转动，该第一光束依序通过该第一1/4波片以及第二1/4波片而形成该第二光束。
在另一实施例中，该偏振状态变化机构包括1/2波片，可相对于该光机与该偏振分光件移动，当该1/2波片移动而使该第一光束通过该1/2波片时，该第一光束形成该第二光束且该第二光束进入该偏振分光件，当该1/2波片移动而使该第一光束不通过该1/2波片时，该第一光束直接进入该偏振分光件。
在另一实施例中，该偏振状态变化机构包括1/2波片，该1/2波片可绕转轴翻转，当该1/2波片翻转而使该第一光束通过该1/2波片时，该第一光束形成该第二光束且该第二光束进入该偏振分光件，当该1/2波片翻转而使该第一光束不通过该1/2波片时，该第一光束直接进入该偏振分光件。
在另一实施例中，该偏振分光件包括偏振分光棱镜(Polarized Beam Splitting Prism)。
在另一实施例中，该分光面为平面或曲面或非球面。
在另一实施例中，该第一方向与该第二方向垂直。
在另一实施例中，该投影装置更包括反射棱镜，该反射棱镜具有反射面， 由该分光面导引的该第一光束或该第二光束进入该反射棱镜，并由该反射面反射而朝第三方向行进。
在另一实施例中，该偏振状态变化机构包括立方分光镜以及二面板，这些面板分列于该立方分光镜的相对二侧。
在另一实施例中，该立方分光镜内设置二镀膜，呈X型交叉排列，其中一镀膜让水平偏振光束穿透，反射垂直偏振光束，而另一镀膜则是让垂直偏振光束穿透，反射水平偏振光束。
为了让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例并配合所附图式作详细说明。
附图说明
图1、2为已知的微投影机的立体图。
图3、4为本发明的投影装置的一实施例示意图。
图5、6为本发明的投影装置的另一实施例示意图。
图7、8为本发明的投影装置的另一实施例示意图。
图9A、9B表示本发明的投影装置的偏振状态变化机构的另一实施例。
图10A为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的一实施例的示意图。
图10B为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的另一实施例的示意图。
图10C为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的另一实施例的示意图。
图11A为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的另一实施例的示意图。
图11B为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的另一实施例的示意图。
图11C为光束通过本发明的投影装置的偏振分光件的另一实施例的示意图。
具体实施方式
请参阅图3，其表示本发明的投影装置的一实施例。本发明的投影装置100主要包括光机10、偏振状态变化机构以及偏振分光件40。在本实施例中，偏振状态变化机构包括第一1/4波片20以及第二1/4波片30，第一1/4波片20具有第一穿透轴22，第二1/4波片30具有第二穿透轴32，第二1/4波片30可以相对于第一1/4波片20转动，偏振分光件40为偏振分光棱镜并具有分光面42，在本实施例中当光束入射分光面42时，垂直偏振光束(s光)会被分光面42反射，而水平偏振光束(p光)则会通过分光面42。
光机10产生第一光束B1，第一光束B1可以是线偏振光束(linearly polarized beam)，例如图3所示，第一光束B1为垂直偏振光束(s光)，第一光束B1依序通过第一1/4波片20以及第二1/4波片30而形成第二光束B2，转动第一1/4波片20使第一1/4波片20的第一穿透轴22与第一光束B1的偏振方向呈45度，转动第二1/4波片30且使第二1/4波片30的第二穿透轴32与第一1/4波片20的第一穿透轴22平行，藉此使第二光束B2成为水平偏振光束(p光)，当第二光束B2进入偏振分光件40并入射分光面42时，第二光束B2会通过分光面42而朝第一方向行进离开偏振分光件40，即第二光束B2朝第一方向进行投影。
当欲改变投影方向时，如图4所示，转动第二1/4波片30，使第二1/4波片30相对于第一1/4波片20旋转45度，此时第一光束B1在依序通过了第一1/4波片20以及第二1/4波片30后形成第二光束B2，由于第一1/4波片20的第一穿透轴22与第一光束B1的偏振方向呈45度且第二1/4波片30的第二穿透轴32相对于第一1/4波片20的第一穿透轴22呈45度，使第二光束B2仍然为垂直偏振光束(s光)，当第二光束B2进入偏振分光件40并入射分光面42时，第二光束B2会被分光面42反射而朝第二方向行进离开偏振分光件40，即第二光束B2朝第二方向进行投影。如此，藉由旋转第二1/4波片30而改变第二光束B2的偏振方向并配合偏振分光件40的特性，可以改变第二光束B2的投射方向，而由于第一1/4波片20以及第二1/4波片30只需要转动即可改变投影方向，因此投影装置100不需要提供额外的空间供组件移入及移出，有 利于投影装置100的小型化。
在另一实施例中，也可以使第二1/4波片30自平行的状态相对于第一1/4波片20旋转22.5度，此时第一光束B1在依序通过了第一1/4波片20以及第二1/4波片30后形成第二光束B2，由于第一1/4波片20的第一穿透轴22与第一光束B1的偏振方向呈45度且第二1/4波片30的第二穿透轴32相对于第一1/4波片20的第一穿透轴20呈22.5度，第二光束B2形成圆偏振光(circular polarized beam)，即第二光束B2同时具有垂直偏振光束(s光)与水平偏振光束(p光)，当第二光束B2进入偏振分光件40并入射分光面42时，第二光束B2会同时朝上述第一方向与上述第二方向行进，即第二光束B2同时朝上述第一方向与上述第二方向投影。
请参阅图5、6，其表示本发明的投影装置的另一实施例。本实施例与图3、4所示的实施例的差异在于本实施例的偏振状态变化机构包括1/2波片50，如图5所示，当1/2波片50移动至光机10与偏振分光件40之间时，第一光束B1会通过1/2波片50而形成第二光束B2，藉此使第二光束B2成为水平偏振光束(p光)，当第二光束B2进入偏振分光件40并入射分光面42时，第二光束B2会通过分光面42而朝该第一方向进行投影。当欲改变投影方向时，如图6所示，只需要将1/2波片50移动而离开第一光束B1的行进方向，使第一光束B1直接进入偏振分光件40并入射分光面42，第一光束B1会被分光面42反射而朝第二方向进行投影，因此藉由移动1/2波片50也可以改变第二光束B2的投影方向。
请参阅图7、8，其表示本发明的投影装置的另一实施例。其与图5、6所示的实施例的差异在于1/2波片50可藉由转轴F可翻转地设于第一光束B1的行进方向上，如图7所示，1/2波片50藉由转轴F翻转至第一光束B1的行进方向上而使第一光束B1通过1/2波片50，第一光束B1会通过1/2波片50而形成第二光束B2，藉此使第二光束B2成为水平偏振光束(p光)，当第二光束B2进入偏振分光件40并入射分光面42时，第二光束B2会通过分光面42而朝该第一方向进行投影。当欲改变投影方向时，如图8所示，只需要将1/2波片50藉由转轴F翻转离开第一光束B1的行进方向，使第一光束B1不通过 1/2波片50而直接进入偏振分光件40并入射分光面42，第一光束B1会被分光面42反射而朝第二方向进行投影，因此藉由移动1/2波片50也可以改变第二光束B2的投影方向。
请参阅图9A、9B，其表示本发明的投影装置的偏振状态变化机构的另一实施例。在本实施例中，偏振状态变化机构包括立方分光镜(x-cube)60以及二面板61、62，其中面板61、62分列于立方分光镜60的相对二侧。立方分光镜60内设置二镀膜601、602，呈X型交叉排列，其中镀膜601可让水平偏振光束(p光)穿透，但会反射垂直偏振光束(s光)，而镀膜602则是让垂直偏振光束(s光)穿透，但会反射水平偏振光束(p光)。
当第一光束B1为垂直偏振光束(s光)进入立方分光镜60时，如图9A所示，第一光束B1遭遇镀膜601而反射至面板62，再经由面板62反射而转变成第二光束B2而回到立方分光镜60，其中第二光束B2已转变成水平偏振光束(p光)，并且面板62在第二光束B2中加入影像信息。接下来第二光束B2遭遇镀膜602而反射，离开立方分光镜60。由以上说明可知，在进入本实施例的偏振状态变化机构后，第一光束B1将转变其偏振状态而成为第二光束B2，同时第二光束B2带有面板62提供的影像信息而离开偏振状态变化机构。
在另一方面，如果第一光束B1为水平偏振光束(p光)进入立方分光镜60时，如图9B所示，第一光束B1遭遇镀膜602而反射至面板61，再经由面板61反射而转变成第二光束B2而回到立方分光镜60，其中第二光束B2已转变成垂直偏振光束(s光)，并且面板61在第二光束B2中加入影像信息。接下来第二光束B2遭遇镀膜601而反射，离开立方分光镜60。同样的，在进入本实施例的偏振状态变化机构后，第一光束B1将转变其偏振状态而成为第二光束B2，同时第二光束B2带有面板61提供的影像信息而离开偏振状态变化机构。
与先前实施例相类似，如果将本实施例的偏振状态变化机构移入光机与偏振分光件之间、或者移出光机与偏振分光件之间，即可以改变第二光束B2的投影方向。
另外值得注意的是，如果令同时具有垂直及水平偏振方向的单一光束入射本实施例的偏振状态变化机构后，则此光束会先经立方分光镜60分光，接着 利用二侧面板61、62加入不同的影像信息后，再利用立方分光镜60合光后投射出去，结果出射光将同时在不同偏振方向带有不同的影像信息。
请参阅图10A-10C，其表示偏振分光件40的分光面42为平面的实施例。如图10A所示，当第二光束B2为圆偏振光时，第二光束B2入射分光面42后，垂直偏振光束B3会被分光面42反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B4会通过分光面42而朝第一方向投影，在分光面42为平面且呈45度角倾斜设置的实施例中，第一方向与第二方向垂直，另外在本实施例中由于分光面42朝向下方设置，因此垂直偏振光束B3朝下方投影，在实际的应用中，第一方向为投影装置100的前方，而第二方向为投影装置100的下方，所以投影装置100可以同时朝壁面(或投影幕)及桌面投影。在图10B所示的实施例中，由于分光面42朝向上方设置，因此垂直偏振光束B5朝上方(第二方向)投影，而水平偏振光束B6朝前方(第一方向)投影，在实际应用中，投影装置100可以同时朝壁面(或投影幕)及天花板投影。在图10C所示的实施例中，在偏振分光件40的前方设置反射棱镜70，反射棱镜70具有反射面72，例如以金属镀层形成的反射面，第二光束B2入射分光面42后，垂直偏振光束B8会被分光面42反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B7会通过分光面42而朝第一方向(前方)行进并进入反射棱镜70，进入反射棱镜70的水平偏振光束B7由反射层72反射后朝第三方向(下方)行进，因此在本实施例中，可以分别朝投影装置100的上方及下方投影，在实际的应用中，同时朝天花板及桌面投影。
请参阅图11A-11C，其表示本发明的偏振分光件的另一实施例，其中偏振分光件40’的分光面42’为曲面，所述曲面包括球面与非球面。在图11A所示的实施例中，第二光束B2为线偏振光且为垂直偏振光束时，第二光束B2入射分光面42’后，第二光束B2会被分光面42’反射而朝第二方向行进，由于分光面42’为曲面，在本实施例中分光面42’为凹面，因此第二光束B2投影成像的距离可以有短焦投影(short throw ratio)的效果，可以短距离将影像投射于桌面上并放大显示。在图11B所示的实施例中，第二光束B2为圆偏振光，第二光束B2入射分光面42’后，垂直偏振光束B12会被分光面42’反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B13会通过分光面42’而朝第一方向投影，垂直偏振 光束B12与图11A的实施例相同，可以短距离将影像投射于桌面上并放大显示，而水平偏振光束B13则可投影于壁面(或投影幕)。在图11C所示的实施例中，第二光束B2入射分光面42’后，垂直偏振光束B14会被分光面42’反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B15会通过分光面42’而朝第一方向(上方)行进并进入反射棱镜70，进入反射棱镜70的水平偏振光束B7由反射层72反射后朝第三方向(右方)行进。
本发明的投影装置100藉由设置可活动的1/2波板或1/4波板来改变光束的偏振极性，并利用偏振光束通过偏振分光组件时会朝不同方向行进的特性，来控制或切换光束投射的方向，由于不需要预留空间供反射组件移动，有利于投影装置100的小型化，而且本发明的投影装置100利用偏振分光件40对投影方向作变换而且也可以同时产生两个方向的投影，因此可适用于各种不同投影需求的场合。
本发明虽以实施例揭露如上，但其非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种投影装置，其特征在于，包括：
光机，产生第一偏振光束；
偏振状态变化机构，该偏振状态变化机构可移动，该第一偏振光束可通过或不通过该偏振状态变化机构当该第一偏振光束通过该偏振状态变化机构时，形成第二偏振光束；以及
偏振分光件，具有分光面，当该第一偏振光束不通过该偏振状态变化机构而入射该偏振分光件时，该第一偏振光束由该分光面导引朝第一方向行进，当该第一偏振光束通过该偏振状态变化机构而形成该第二偏振光束时，该第二偏振光束入射该偏振分光件而由该分光面导引朝第一方向或第二方向行进。
2.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该第二偏振光束入射该偏振分光件而由该分光面导引朝该第一方向及该第二方向行进。
3.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该偏振状态变化机构包括第一1/4波片以及第二1/4波片，该第一偏振光束依序通过该第一1/4波片以及该第二1/4波片而形成该第二偏振光束，该第一1/4波片与该第二1/4波片彼此可相对转动。
4.如权利要求书2所述的投影装置，其特征在于，该第一1/4波片具有第一穿透轴，该第二1/4波片具有第二穿透轴，该第一穿透轴与该第一偏振光束的偏振方向呈45度，该第二穿透轴相对于该第一穿透轴呈45度、22.5度或平行。
5.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该偏振状态变化机构包括1/2波片，可相对于该光机与该偏振分光件移动，当该1/2波片移动而使该第一偏振光束通过该1/2波片时，该第一偏振光束形成该第偏振二光束，当该1/2波片移动而使该第一偏振光束不通过该1/2波片时，该第一偏振光束直接进入该偏振分光件。
6.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该偏振状态变化机构包括1/2波片，该1/2波片可绕转轴翻转，当该1/2波片翻转而使该第一偏振光束通过该1/2波片时，该第一偏振光束形成该第二偏振光束，当该1/2波片翻转而使该第一偏振光束不通过该1/2波片时，该第一偏振光束直接进入该偏振分光件。
7.如权利要求书1、2、3或4所述的投影装置，其特征在于，该偏振分光件包括偏振分光棱镜。
8.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该分光面为平面或曲面或非球面。
9.如权利要求书6所述的投影装置，其特征在于，该第一方向与该第二方向垂直。
10.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，更包括反射棱镜，该反射棱镜具有反射面，由该分光面导引的该第一偏振光束或该第二偏振光束进入该反射棱镜，并由该反射面反射而朝第三方向行进。
11.如权利要求书1所述的投影装置，其特征在于，该偏振状态变化机构包括立方分光镜以及二面板，这些面板分列于该立方分光镜的相对二侧。
12.如权利要求书11所述的投影装置，其特征在于，该立方分光镜内设置二镀膜，呈X型交叉排列，其中镀膜让水平偏振光束穿透，反射垂直偏振光束，而另一镀膜则是让垂直偏振光束穿透，反射水平偏振光束。
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