CN117666262A - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影装置，包括光源模块、偏心准直透镜、棱镜组、光阀以及投影镜头。光源模块用以提供照明光束。偏心准直透镜在照明光束的传递路径上配置于光源与光阀之间。光阀用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头用以将影像光束投射出投影装置。照明光束入射至偏心准直透镜的第一传递方向与偏心准直透镜的中心轴之间的第一夹角大于0。第一传递方向与影像光束从光阀出射的第二传递方向互相垂直。本发明的投影装置使用偏心准直透镜，以有助于缩减投影装置架构，进而可降低成本及提高外观结构设计的自由度，以及解决光源(尤其是激光光源)中偏振方向彼此不同的红光、蓝光、绿光的其中之一亮度较低，而造成影像光束的色均匀度不佳的问题。

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
目前微型投影机的光学架构，在灯源上主要是以可产生不同颜色光束的发光二极管(Light emitting diodes)或激光二极管(Laser diodes)作为投影机高亮度的光源。借由光学元件而让影像光束由投影镜头投射出投影机外。就目前投影机整体架构无法缩小，进而使成本上升以及外观结构设计不易，再者，由于常规的镀膜工艺没办法达成光束的S偏振方向的穿透率与P偏振方向的穿透率一致，故必然有其中一个偏振方向的穿透率较高，将造成激光光源中偏振方向彼此不同的红光、蓝光、绿光的其中之一亮度较低，而造成影像光束的色均匀度不佳的问题。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的习知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种投影装置，其能使光路部分倾斜以及使用偏心准直透镜，以有助于缩减投影装置架构，进而可降低成本及提高外观结构设计的自由度。此外，投影装置使用二分之一波片，可解决光源(尤其是激光光源)中偏振方向彼此不同的红光、蓝光、绿光的其中之一亮度较低，而造成影像光束的色均匀度不佳的问题。
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供一种投影装置，其包括光源模块、偏心准直透镜、棱镜组、光阀以及投影镜头。光源用以提供照明光束。偏心准直透镜在照明光束的传递路径上配置于光源与光阀之间。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。棱镜组在照明光束的传递路径上配置于偏心准直透镜与光阀之间，并在影像光束的传递路径上配置于光阀与投影镜头之间。照明光束入射至偏心准直透镜的第一传递方向与偏心准直透镜的中心轴之间的第一夹角大于0。第一传递方向与影像光束从光阀出射的第二传递方向互相垂直。
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供一种投影装置，其包括光源模块、二分之一波片、导光模块、棱镜组、光阀以及投影镜头。光源模块包括第一光源、第二光源以及第三光源，分别用以发出第一光束、第二光束以及第三光束。第一光束为红光光束，以及二分之一波片在红光光束的传递路径上，第一光束、第二光束及第三光束的至少其中之一形成照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束，投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置，棱镜组在照明光束的传递路径上配置于导光模块与光阀之间，并在影像光束的传递路径上配置于光阀与投影镜头之间。
基于上述，在本发明的一实施例中，投影装置包括偏心准直透镜，并设计为：使照明光束以偏离偏心准直透镜的中心轴的方式入射于偏心准直透镜，进而使照明光束入射至偏心准直透镜的第一传递方向与偏心准直透镜的中心轴之间的第一夹角大于0，且第一传递方向与影像光束从光阀出射的第二传递方向互相垂直。因此，投影装置可进一步缩减系统架构，进而可降低成本及提高外观结构设计的自由度。此外，在本发明的一实施例中，投影装置还包括二分之一波片，并设计为：在第一光束(红光光束)的传递路径上配置于第一光源与分色镜之间，且配置于第一光源的出光位置。可解决光源(尤其是激光光源)中偏振方向彼此不同的红光、蓝光、绿光的其中之一亮度较低，而造成影像光束的色均匀度不佳的问题。
附图说明
图1A是根据本发明的第一实施例的投影装置的示意图。
图1B是图1A中第一、第二、第三、第四传递方向以及偏心准直透镜的中心轴之间的关系示意图。
图2A是根据本发明的第二实施例的投影装置的立体示意图。
图2B是图2A的俯视图。
图3A是根据本发明的第三实施例的投影装置的立体示意图。
图3B是图3A的俯视图。
图4A是根据本发明的第四实施例的投影装置的立体示意图。
图4B是图4A在另一视角的示意图。
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，在以下配合参考附图的一优选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1A是根据本发明的第一实施例的投影装置的示意图。图1B是图1A中第一、第二、第三、第四传递方向以及偏心准直透镜的中心轴之间的关系示意图。请参考图1A与图1B，本实施例提供一种投影装置10，其包括光源模块100、偏心准直透镜600、棱镜组800、光阀900以及投影镜头1000。
在本实施例中，光源模块100用以提供照明光束IL。如图1A所示，光源模块100可包括第一光源110、第二光源120以及第三光源130，分别用以发出第一光束C1、第二光束C2以及第三光束C3。照明光束IL包括第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3的至少其中之一。其中，第一光源110、第二光源120以及第三光源130可为发光二极管光源(Light emittingdiodes,LEDs)或激光二极管光源(Laser diodes,LDs)。第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3可分别为红光、绿光及蓝光光束，但本发明不局限于此。
在本实施例中，光阀900例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)或是硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)等空间光调变器。此外，投影镜头1000例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。本发明对投影镜头1000的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，偏心准直透镜600在照明光束IL的传递路径上配置于光源模块100与光阀900之间。光阀900配置于照明光束IL的传递路径上，用以将照明光束IL转换成影像光束IB。投影镜头1000配置于影像光束IB的传递路径上，用以将影像光束IB投射出投影装置10。
在本实施例中，棱镜组800可为两个棱镜所组合成的内部全反射棱镜组(totalinternal reflection prism group,TIR prism group)。棱镜组800在照明光束IL的传递路径上配置于偏心准直透镜600与光阀900之间，并在影像光束IB的传递路径上配置于光阀900与投影镜头1000之间。棱镜组800在照明光束IL的传递路径上配置于导光模块400与光阀900之间。其中，来自偏心准直透镜600的照明光束IL进入棱镜组800后被棱镜组800反射至光阀900上。照明光束IL借由光阀900转换为影像光束IB后，影像光束IB进入并穿透棱镜组800再传递至投影镜头1000。
在本实施例中，照明光束IL入射至偏心准直透镜600的第一传递方向D1与偏心准直透镜600的中心轴600C之间具有第一夹角θ1，第一夹角θ1大于0。一般来说，中心轴600C可定义为偏心准直透镜600的几何中心上的轴。也就是说，照明光束IL被设计为以偏离中心轴600C的方式入射于偏心准直透镜600，使照明光束IL通过偏心准直透镜600产生偏折。
在本实施例中，第一夹角θ1落在7度至20度的范围内。
在本实施例中，第一传递方向D1与影像光束IB从光阀900出射的第二传递方向D2互相垂直。
在本实施例中，照明光束IL从偏心准直透镜600出射的第三传递方向D3与第一传递方向D1之间的第二夹角θ2大于0。
在本实施例中，照明光束IL入射至棱镜组800的第四传递方向D4与第二传递方向D2之间的夹角θ3小于90度。在本实施例中，棱镜组800的入光面802与第二传递方向D2之间的夹角小于90度。在图1中，第三传递方向D3与第四传递方向D4重合，但本发明不局限于此。
在本实施例中，投影装置10更包括多个聚光透镜200、多个准直透镜300以及导光模块400。聚光透镜200及准直透镜300设置在光源模块100以及导光模块400之间，且分别设置在第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3的光路上。导光模块400，用以导引第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3传递至偏心准直透镜600。导光模块400包括分色镜410以及420，其中，分色镜410，例如是分色镜(Dichroic mirror)，设置在第一光束C1及第二光束C2的传递路径上，分色镜420，例如是分色镜(Dichroic mirror)，设置在第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3的传递路径上。分色镜410用于让红光穿透，且反射绿光。分色镜420用于让红光与绿光穿透，且反射蓝光。第一光束C1依序穿过聚光透镜200、准直透镜300、分色镜410及分色镜420后再传递至偏心准直透镜600。第二光束C2依序穿过聚光透镜200、准直透镜300后，被分色镜410反射至分色镜420，再穿透分色镜420并传递至偏心准直透镜600。第三光束C3依序穿过聚光透镜200、准直透镜300后，被分色镜420反射至偏心准直透镜600。
在本实施例中，投影装置10还包括匀光元件500。匀光元件500在照明光束IL的传递路径上配置在导光模块400与偏心准直透镜600之间。其中，匀光元件500例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本发明不以此为限。
在本实施例中，投影装置10还包括透镜700。透镜700在照明光束IL的传递路径上配置在偏心准直透镜600与棱镜组800之间。其中，透镜700可为聚光透镜或偏心准直透镜。当透镜700作为偏心准直透镜时，被偏心准直透镜600偏折后的照明光束IL通过透镜700再一次被偏折，因而使第三传递方向D3与第四传递方向D4不重合。
基于上述，在本发明的一实施例中，投影装置10包括偏心准直透镜600，并设计为：使照明光束IL以偏离偏心准直透镜600的中心轴600C的方式入射于偏心准直透镜600，进而使照明光束IL入射至偏心准直透镜600的第一传递方向D1与偏心准直透镜600的中心轴600C之间的第一夹角θ1大于0，且第一传递方向D1与影像光束IB从光阀900出射的第二传递方向D2互相垂直。也就是说，借由偏心准直透镜600将照明光束IL的光路偏折，以补偿不同位置的光程差(棱镜组800造成的光程差)，进而满足照明光束IL入射至棱镜组800的入射角，因此，投影装置10不需额外使用反射镜来将光路转向。而且，第一传递方向D1与第二传递方向D2互相垂直，有助于缩减系统架构，进而可降低成本及提高外观结构设计的自由度。此外，上述的设计除了可补偿棱镜组800造成的光程差，也同时提高影像光束IB的均匀性。
图2A是根据本发明的第二实施例的投影装置的立体示意图。图2B是图2A的俯视图。请参考图2A与图2B，投影装置10A与图1A的投影装置10大致相同，其主要差异在于：投影装置10A还包括二分之一波片1100。在本实施例中，二分之一波片1100在第一光束C1(红光光束)的传递路径上配置于第一光源110与分色镜410之间，且配置于第一光源110的出光处。
此外，在本实施例中，导光模块400’包括分色镜410’以及反射镜420’。其中，分色镜410’设置在第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3的传递路径上，反射镜420’设置在第二光束C2及第三光束C3的传递路径上。第二光束C2及第三光束C3依序被反射镜420’及分色镜410’反射后再传递至匀光元件500。第一光束C1穿透分色镜410’后再传递至匀光元件500。分色镜410’用于让红光穿透，且反射绿光与蓝光。
在本实施例中，投影装置10A还包括扩散元件1200。扩散元件1200可为扩散轮(diffuser wheel)。扩散元件1200配置于匀光元件500与导光模块400’之间。其中，扩散元件1200使通过的照明光束IL均匀化并破坏激光光斑(Laser speckle)的产生，其有助于改善照明光束IL光斑不均匀的问题，因此，投影装置10A所呈现的影像效果更佳。此外，投影装置10A更包括扩散片1201配置于导光模块400’与匀光元件500之间。扩散片1201用于将第一光束C1、第二光束C2及第三光束C3的至少其中之一所形成的照明光束IL传递至匀光元件500，且使通过的照明光束IL均匀化并破坏激光光斑(Laser speckle)的产生。
基于上述，在实施例中，投影装置10A在第一光束C1(红光光束)的传递路径上设有二分之一波片1100，用以改变红光光束C1的偏振方向。在一优选的实施例中，第一光束C1穿过二分之一波片1100的偏振方向相同于第二光束C2及第三光束C3的偏振方向。由于光学系统中各光学元件的光学膜可产生的光学效应与光的偏振方向有关，因此，设置二分之一波片1100有助于使照明光束IL及影像光束IB的均匀度与亮度更佳。而且，二分之一波片1100被设计为设置在红光光束C1的传递路径上而非是绿光光束的传递路径上，是因为会降低投影装置10A整体输出的影像光束IB的亮度。
参考图2B，第一光源110、第二光源120与第三光源130设置于同一基板的表面上。第一光源110可为一个红光光源或多个红光光源，第二光源120与第三光源130可设置于同一阵列中，第二光源120与第三光源130也可为多个绿光光源以及蓝光光源。二分之一波片1100用于让至少一个红光光源所产生的红光通过并转换其偏振方向。
图3A是根据本发明的第三实施例的投影装置的立体示意图。图3B是图3A的俯视图。请参考图3A与图3B，投影装置10B与图2A的投影装置10A大致相同，其主要差异在于：投影装置10B还包括第一反射镜1300，在照明光束IL的传递路径上配置于导光模块400’与匀光元件500之间。第一反射镜1300在照明光束IL的传递路径上配置于偏心准直透镜600与光源模块100之间。
在本实施例中，照明光束IL入射至第一反射镜1300的第五传递方向D5垂直于照明光束IL入射至偏心准直透镜600的第一传递方向D1。第一光源110、第二光源120与第三光源130设置于同一基板的同一表面，该基板的表面的法线方向平行于第五传递方向D5。再者，第一反射镜1300的法线方向平行于分色镜410’的法线方向以及反射镜420’的法线方向。投影装置10B的其余优点相似于图2A的投影装置10A，在此不再赘述。
图4A是根据本发明的第四实施例的投影装置的立体示意图。图4B是图4A在另一视角的示意图。请参考图4A与图4B，投影装置10C与图3A的投影装置10B大致相同，其主要差异在于：在本实施例中，照明光束IL入射至第一反射镜1300’的第五传递方向D5垂直于照明光束IL入射至偏心准直透镜600的第一传递方向D1。第一反射镜1300’的法线方向不平行于分色镜410’的法线方向以及反射镜420’的法线方向。投影装置10C的其余优点相似于图3A的投影装置10B，在此不再赘述。
综上所述，在本发明的一实施例中，投影装置包括偏心准直透镜，并设计为：使照明光束入射至偏心准直透镜的第一传递方向与偏心准直透镜的中心轴之间的第一夹角大于0，且第一传递方向与影像光束从光阀出射的第二传递方向互相垂直。而且，第一传递方向与第二传递方向互相垂直，有助于缩减系统架构，进而可降低成本及提高外观结构设计的自由度。
在本发明的一实施例中，投影装置还包括二分之一波片1100，并设计为：在第一光束(红光光束)的传递路径上配置于第一光源与分色镜之间，且配置于第一光源的出光位置。可解决光源(尤其是激光光源)中偏振方向彼此不同的红光、蓝光、绿光的其中之一亮度较低，而造成影像光束的色均匀度不佳的问题。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，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权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称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。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。
附图标记说明
10、10A、10B、10C:投影装置
100:光源模块
110:第一光源
120:第二光源
130:第三光源
200:聚光透镜
300:准直透镜400、400’:导光模块
410、410’、420:分色镜
420’:反射镜
500:匀光元件
600:偏心准直透镜
600C:中心轴
700:透镜(聚光透镜/偏心准直透镜)
800:棱镜组
802:入光面
900:光阀
1000:投影镜头
1100:二分之一波片
1200:扩散元件
1201:扩散片
1300、1300’:第一反射镜
C1:第一光束
C2:第二光束
C3:第三光束
D1:第一传递方向
D2:第二传递方向
D3:第三传递方向
D4:第四传递方向
D5:第五传递方向
IB:影像光束
IL:照明光束
θ1:第一夹角
θ2:第二夹角
θ3:夹角。

Claims (12)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：光源模块、偏心准直透镜、棱镜组、光阀以及投影镜头，所述光源模块用以提供照明光束，所述偏心准直透镜在所述照明光束的传递路径上配置于所述光源模块与所述光阀之间，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束，所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置，所述棱镜组在所述照明光束的传递路径上配置于所述偏心准直透镜与所述光阀之间，并在所述影像光束的传递路径上配置于所述光阀与所述投影镜头之间，其中：
所述照明光束入射至所述偏心准直透镜的第一传递方向与所述偏心准直透镜的中心轴之间的第一夹角大于0；以及
所述第一传递方向与所述影像光束从所述光阀出射的第二传递方向互相垂直。
2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述第一夹角落在7度至20度的范围内。
3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明光束从所述偏心准直透镜出射的第三传递方向与所述第一传递方向之间的第二夹角大于0。
4.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明光束入射至所述棱镜组的第四传递方向与所述第二传递方向之间的夹角小于90度。
5.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述光源模块包括第一光源、第二光源以及第三光源，分别用以发出第一光束、第二光束以及第三光束，所述投影装置还包括二分之一波片，其中：
所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束的至少其中之一形成所述照明光束；
所述第一光束为红光光束；以及
所述二分之一波片在所述红光光束的传递路径上配置于所述第一光源与所述偏心准直透镜之间，且配置于所述第一光源的出光处。
6.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括第一反射镜，在所述照明光束的传递路径上配置于所述偏心准直透镜与所述光源模块之间。
7.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，所述第一光源、所述第二光源与所述第三光源设置于同一基板的同一表面，所述基板的所述表面的法线方向平行于所述第五传递方向。
8.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射镜的法线方向平行于所述分色镜的法线方向以及所述反射镜的法线方向。
9.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射镜的法线方向不平行于所述分色镜的法线方向以及所述反射镜的法线方向。
10.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括匀光元件，所述匀光元件在所述照明光束的传递路径上配置在导光模块与所述偏心准直透镜之间。
11.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，还包括扩散元件，所述扩散元件配置于所述匀光元件与所述导光模块之间。
12.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：光源模块、二分之一波片、导光模块、棱镜组、光阀以及投影镜头，其中
所述光源模块包括第一光源、第二光源以及第三光源，分别用以发出第一光束、第二光束以及第三光束，其中
所述第一光束为红光光束，以及所述二分之一波片在所述红光光束的传递路径上，所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束的至少其中之一形成所述照明光束，以及
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束，所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置，所述棱镜组在所述照明光束的传递路径上配置于所述导光模块与所述光阀之间，并在所述影像光束的传递路径上配置于所述光阀与所述投影镜头之间。
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