CN110147028B - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置，包括至少一投影模块以及至少一调整结构。投影模块具有光轴，其中投影模块用于发出影像光束。影像光束传递至投影目标而形成投影画面。调整结构包括基座及调整件，其中调整件以第一轴线为转轴而可转动地连接于基座，投影模块以光轴为转轴而可转动地连接于调整件。调整件及投影模块用于以第一轴线为转轴而旋转以使投影画面垂直移动，且投影模块用于以光轴为转轴而旋转以使投影画面旋转。

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具有调整结构的投影装置，属于近眼显示装置(Near Eye Display device)。
背景技术
目前虚拟实境与扩增实境技术已逐渐应用于消费型电子产品，例如虚拟实境显示器与扩增实境显示器。扩增实境显示器利用其两个投影装置投射两个虚拟影像至人眼，并将两个虚拟影像重叠在一起呈现立体影像。具体而言，所述投影装置投射出来之影像光束入射至波导片内并向前传播，最后在波导片的出光处投射出来。从波导片投射出来的不同角度分布的影像光束进入人眼后，经由人眼的水晶体调焦，会聚焦在视网膜上产生投影画面。
一般传统投影装置的调整方式来说，若投影装置水平垂直移动，其投影画面会随之水平垂直移动，若投影装置水平旋转或垂直旋转，其投影画面会变形(以理想投影画面为矩形而言)。扩增实境的投影装置的调整方式则不同于上述。以扩增实境的投影装置来说，来自波导片的不同出光角度的影像光束传递至人眼时，人眼所看到的影像为经过波导片转换后的角度空间分布的影像，若投影装置水平垂直移动，只会影响到入射至波导片的进光能量，角度空间分布的影像只会变暗并不会随之移动。若要使角度空间分布的影像水平垂直移动，则需调整进入波导片之入射光线的角度。如何全面性地调整投影装置所投射出的投影画面而使两虚拟影像能够重叠在一起呈现立体影像，是扩增实境的投影装置设计上的重要课题。
发明内容
本发明提供一种投影装置，可全面性地调整投影画面的移动及旋转，适合应用于扩增实境(Augmented Reality，AR)的情境中。
本发明的其它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它目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，包括至少一投影模块以及至少一调整结构。投影模块具有光轴，其中投影模块用于发出影像光束，且影像光束传递至一投影目标而形成一投影画面。调整结构包括基座及调整件，其中调整件以第一轴线为转轴而可转动地连接于基座，投影模块以光轴为转轴而可转动地连接于调整件。调整件及投影模块用于以第一轴线为转轴而旋转以使投影画面垂直移动，且投影模块用于以光轴为转轴而旋转以使投影画面旋转。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例的投影装置中，调整结构藉由调整结构的调整件相对于基座的转动来驱动投影模块旋转，以使投影画面产生相应的移动，且调整结构藉由投影模块相对于调整件的转动而使投影画面产生相应的旋转，据以全面性地调整投影画面的移动及旋转。
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。
附图说明
图1是本发明一实施例的投影装置的立体图。
图2是图1的投影模块及调整件的分解图。
图3是图1的投影模块的示意图。
图4A至图4C绘示图1的调整件及投影模块沿第一轴线旋转。
图5A至图5C绘示图1的反射元件沿第二轴线旋转。
图6A至图6C绘示图1的投影模块沿光轴旋转。
图7A至图7G绘示投影画面移动及旋转。
图8是本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图9是本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图10是本发明又一实施例的投影装置的示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之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，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的投影装置的立体图。图2是图1的投影模块及调整件的分解图。请参考图1及图2，本实施例的投影装置100包括至少一投影模块110、至少一调整结构120及至少一反射元件130。投影模块110用于发出影像光束，反射元件130配置于光轴OA上且具有一反射面130a，反射面130a用于反射影像光束，影像光束被反射面130a反射而传递至一投影目标而形成一投影画面。所述投影目标例如是人眼。在其它实施例中，投影装置100包括投影模块110以及至少一调整结构120。投影模块110用于发出影像光束，影像光束被传递至投影目标而形成投影画面。
图3是图1的投影模块的示意图。请参考图3，本实施例的投影模块110包括一光源112、一光阀114及一镜片组116。光源112例如是发光二极管(Light emitting diode)或是激光二极管(Laser diode)，光源112用于发出照明光束L1。光阀114例如包括数字光源处理(Digital Light ProcessingTM，简称DLPTM)系统、液晶显示(liquid-crystal display，简称LCD)或者液晶覆硅(Liquid Crystal On Silicon，简称LCoS)系统等。光阀114位于照明光束L1的传递路径上且用于将照明光束L1转换成影像光束L2。镜片组116例如为一个或多个透镜所组成。镜片组116位于影像光束L2的传递路径上且用于将影像光束L2投射出。
在本实施例中，投影装置100的投影模块110的数量例如为两个(图1仅绘示出一个投影模块110)以分别对应使用者的双眼，调整结构120的数量亦可为两个(图1仅绘示出一个调整结构120)以分别对应两个投影模块110。所述投影画面例如是放大的虚像。各调整结构120用于驱动对应的投影模块110移动及旋转，使两个投影模块110形成的两个投影画面藉由两个调整结构120的调整而重叠，以获得清晰且明亮的投影画面。
在其它的实施例中，投影装置100可使用一个投影模块110与一个调整结构120。调整结构120用于驱动对应的投影模块110移动及旋转，使投影模块110形成的投影画面藉由调整结构120的调整，以获得清晰且明亮的投影画面让单眼观看。
在其它的实施例中，投影装置100可使用一个投影模块110与一个调整结构120。利用光学元件(未显示)将影像光束L2分光且分别导引到两颗人眼，调整结构120用于驱动对应的投影模块110移动及旋转，使投影模块110形成的投影画面藉由调整结构120的调整而重叠，以获得清晰且明亮的投影画面。
详细而言，调整结构120包括基座122及调整件124，调整件124以第一轴线A1为转轴而可转动地连接于基座122，投影模块110以光轴OA为转轴而可转动地连接于调整件124。此外，反射元件130以第二轴线A2为转轴而可转动地连接于基座122。在本实施例中，第一轴线A1、第二轴线A2及光轴OA相互垂直，且第一轴线A1及第二轴线A2分别交会于光轴OA。光轴OA定义为投影模块110投射影像光束L2投射的方向。
图4A至图4C绘示图1的调整件及投影模块沿第一轴线旋转。图5A至图5C绘示图1的反射元件沿第二轴线旋转。图6A至图6C绘示图1的投影模块沿光轴旋转(投影模块朝向调整件方向的视角)。图7A至图7G绘示投影画面移动及旋转。调整件124及投影模块110用于以第一轴线A1为转轴而从图4A所示状态旋转至图4B或图4C所示状态，以使投影画面(图7A至图7G标示为投影画面I)从图7A所示状态垂直移动为图7E或图7D所示状态。反射元件130用于以第二轴线A2为转轴而从图5A所示状态旋转至图5B或图5C所示状态，以使投影画面从图7A所示状态水平移动为图7C或图7B所示状态。投影模块110用于以光轴OA为转轴而从图6A所示状态旋转至图6B或图6C所示状态，以使投影画面从图7A所示状态旋转为图7F或图7G所示状态。
如上述般，调整结构120藉由调整件124相对于基座122的转动来驱动投影模块110沿第一轴线A1旋转，以使投影画面产生相应的垂直移动，调整结构120藉由投影模块110沿光轴OA相对于调整件124的转动而使投影画面产生相应的旋转，且反射元件130沿第二轴线A2旋转以使投影画面产生相应的水平移动，据以全面性地调整投影画面的移动及旋转。
图8是本发明另一实施例的投影装置的示意图。在本实施例中，投影装置100还包括一波导元件140。被反射元件130所反射的影像光束L2通过波导元件140后到达投影目标而形成投影画面。反射元件130例如是全反射棱镜模块，波导元件140例如是波导片(waveguide plate)，数量上例如是一片或多片不等，可依据设计而作数量上的调整，然本发明不对此加以限制。
图9是本发明另一实施例的投影装置的示意图。图10是本发明又一实施例的投影装置的示意图。参考图9，在本实施例中，投影装置100包括两片波导元件140。被反射元件130所反射的影像光束L2通过波导元件140后且藉由两片波导元件140的传递，而到达投影目标P而形成投影画面。其中反射元件130具有反射面。参考图10，与图9的技术差异在于：在本实施例中，投影装置100包括单片波导元件140，且无需使用到反射元件。投影模块110投射出影像光束L2直接进入到单片波导元件140内，藉由单片波导元件140的传递，影像光束L2传递到投影目标P而形成投影画面。本发明不以波导元件140的数量为限制。
参考图1，在本发明中，调整件124例如是一套筒，此套筒套设于投影模块110的前端。所述套筒可藉由螺合(螺纹接合)或其它适当方式而可转动地连接于投影模块110的前端，本发明不对此加以限制。另一方面，调整件124具有一枢接部124a及一滑设部124b，基座122具有一枢接孔122a及一滑槽122b，枢接部124a沿第一轴线A1枢接于基座122的枢接孔122a，滑设部124b滑设(滑动地设置)于基座122的滑槽122b且滑设部124b随着调整件124的枢转而沿基座122滑动。
为了避免反射元件130与投影模块110相互止挡而阻碍反射元件130的旋转与投影模块110的旋转，在本实施例中，反射元件130与投影模块110之间具有间隙(未显示)约为0.4毫米(mm)，用于提供反射元件130沿第二轴线A2旋转的空间及投影模块110沿第一轴线A1旋转的空间。藉由反射元件130与投影模块110之间的间隙的大小，可决定反射元件130沿第二轴线A2旋转的角度范围及投影模块110沿第一轴线A1旋转的角度范围。举例来说，反射元件130沿第二轴线A2旋转的角度范围例如是10度，投影模块110沿第一轴线A1旋转的角度范围例如是10度。此外，投影模块110沿光轴OA的旋转角度范围亦例如是10度。本发明不对上述旋转角度范围加以限制。
综上所述，调整结构藉由调整结构的调整件相对于基座的转动来驱动投影模块沿第一轴线旋转，以使投影画面产生相应的垂直移动，调整结构藉由投影模块沿光轴相对于调整件的转动而使投影画面产生相应的旋转，且反射元件沿第二轴线旋转以使投影画面产生相应的水平移动，据以全面性地调整投影画面的移动及旋转。本发明提供一种投影装置，可全面性地调整投影画面的移动及旋转，适合应用于扩增实境(Augmented Reality，AR)或者虚拟实境(Virtual Reality,VR)的情境中。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和题目仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
符号说明：
100：投影装置
110：投影模块
112：光源
114：光阀
116：镜片组
120：调整结构
122：基座
122a：枢接孔
122b：滑槽
124：调整件
124a：枢接部
124b：滑设部
130：反射元件
130a：反射面
140：波导元件
A1：第一轴线
A2：第二轴线
L1：照明光束
L2：影像光束
I：投影画面
OA：光轴
P：投影目标。

Claims (12)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：
至少一投影模块，具有光轴，其中所述投影模块用于发出影像光束，且所述影像光束传递至投影目标而形成投影画面；以及
至少一调整结构，包括基座及调整件，其中所述调整件以第一轴线为转轴而可转动地连接于所述基座，所述至少一投影模块以所述光轴为转轴而可转动地连接于所述调整件，并且所述第一轴线垂直于所述光轴，
所述调整件及所述投影模块用于以所述第一轴线为转轴而旋转以使所述投影画面垂直移动，且所述投影模块用于以所述光轴为转轴而旋转以使所述投影画面旋转，其中所述调整件具有枢接部及滑设部，且所述基座具有枢接孔及滑槽，所述枢接部沿所述第一轴线穿设并枢接于所述基座的所述枢接孔，所述滑设部穿设并滑设于所述基座的所述滑槽，用于随着所述调整件的枢转而沿所述基座滑动。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括至少一反射元件，配置于所述光轴上且具有反射面，其中所述反射面用于反射所述影像光束，所述影像光束被所述反射面反射至所述投影目标而形成所述投影画面。
3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述至少一反射元件以第二轴线为转轴而可转动地连接于所述基座，所述反射元件用于以所述第二轴线为转轴而旋转以使所述投影画面水平移动。
4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述第一轴线及所述第二轴线交会于所述光轴。
5.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述第一轴线、所述第二轴线及所述光轴相互垂直。
6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述调整件是套筒，所述套筒套设于至少部分所述投影模块。
7.如权利要求6所述的投影装置，其特征在于，所述套筒螺合于所述投影模块。
8.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述反射元件与所述投影模块之间具有间隙。
9.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影模块包括光源、光阀及镜片组，所述光源用于发出照明光束，所述光阀位于所述照明光束的传递路径上且用于将所述照明光束转换成所述影像光束，所述镜片组位于所述影像光束的传递路径上且用于将所述影像光束传递至所述投影模块的外部。
10.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，包括至少一波导元件，其中所述影像光束通过所述至少一波导元件后形成所述投影画面。
11.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影画面是虚像。
12.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述至少一投影模块包括两个所述投影模块，所述至少一调整结构包括分别对应于两个所述投影模块的两个所述调整结构，两个所述投影模块形成的两个所述投影画面藉由两个所述调整结构的调整而重叠。
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