TW201303364A - 投影裝置及其分光單元以及合光單元 - Google Patents

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Abstract

一種投影裝置，包括一第一光源單元、一第二光源單元、一分光單元、一第一光調制元件、一第二光調制元件、一投影透鏡單元、一合光單元以及一投影螢幕。第一光源單元提供一第一光束。第二光源單元提供一第二光束。分光單元接收該第一光束以及該第二光束，並將該第一光束分離為一第一子光束以及一第二子光束，將該第二光束分離為一第三子光束以及一第四子光束。其中第一子光束和第三子光束被送到第一光調制元件，第二子光束和第四子光束被送到第二光調制元件。該合光元件再分別從該第一光調制元件及該第二光調制元件接收該第一子光束、該第二子光束、該第三子光束以及該第四子光束，並將該等子光束，經過該投影透鏡單元，分別投影至該投影螢幕。

Description

投影裝置及其分光單元以及合光單元
本發明係有關於一種投影裝置，特別係有關於一種三維(3D)投影裝置。
在習知的三維(3D)投影裝置之中，一般係透過分光鏡（beam splitter）作為兩個時序光源的合光元件。然而，在習知技術中，由於兩個時序光源所提供的光束在進入分光鏡時，光束一半透射、一半反射，因此造成過半的光束能量未能被輸出而被浪費。
本發明即為了欲解決習知技術之問題而提供之一種投影裝置，包括一第一光源單元、一第二光源單元、一分光單元、一第一光調制元件、一第二光調制元件、一投影透鏡單元、一合光單元以及一投影螢幕。第一光源單元在一第一模態中，提供一第一光束。第二光源單元在一第二模態中，提供一第二光束。分光單元接收該第一光束以及該第二光束，並將該第一光束分離為一第一子光束以及一第二子光束，將該第二光束分離為一第三子光束以及一第四子光束。第一光調制元件從該分光單元接收該第一子光束以及該第三子光束。第二光調制元件從該分光單元接收該第二子光束以及該第四子光束。在第一模態中，該合光元件分別從該第一光調制元件及該第二光調制元件接收該第一子光束以及該第二子光束。該第一子光束以及該第二子光束從該合光元件，經過該投影透鏡單元之第一位置和第二位置，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列之一柱面透鏡成像至該投影螢幕擴散面之一第一成像位置以及一第二成像位置。在第二模態中，該合光元件分別從該第一光調制元件及該第二光調制元件接收該第三子光束以及該第四子光束。該第三子光束以及該第四子光束從該合光元件，經過該投影透鏡單元之第三位置和第四位置，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列之一柱面透鏡成像至該投影螢幕擴散面之一第三成像位置以及一第四成像位置。其中，該第三成像位置位於該第一成像位置以及該第二成像位置之間，該第二成像位置位於該第三成像位置與該第四成像位置之間。
應用本發明實施例之投影裝置，透過由內部全反射稜鏡構成的分光單元以及合光單元進行光束的引導以結合，並透過第一光調制元件及第二光調制元件控制子光束的行進方向，因此可充分利用第一光束以及第二光束的能量，避免光能量的浪費。
參照第1圖，其係顯示本發明實施例之示意圖。本發明之投影裝置，包括一第一光源單元110、一第二光源單元120、一分光單元130、一第一光調制元件141、一第二光調制元件142、一合光單元150、一投影透鏡單元160、一前端柱面透鏡陣列178、一後端柱面透鏡陣列179以及一投影螢幕之擴散面170，其中投影螢幕之擴散面170被前端柱面透鏡陣列178及後端柱面透鏡陣列179挾持於中間。第一光源單元110在一第一模態中，提供一第一光束101。第二光源單元120在一第二模態中，提供一第二光束102。該分光單元130接收該第一光束101以及該第二光束102，並將該第一光束101分離為一第一子光束103以及一第二子光束104，將該第二光束102分離為一第三子光束105以及一第四子光束106。該第一子光束103以及該第三子光束105經過該第一光調制元件141，並由該第一光調制元件141調制其光線角度。該第二子光束104以及該第四子光束106經過第二光調制元件142，並由該第二光調制元件142調制其光線角度。
在第一模態中，該合光元件150分別從該第一光調制元件141及該第二光調制元件142接收該第一子光束103以及該第二子光束104，該第一子光束103以及該第二子光束104從該合光元件150，經過該投影透鏡單元160之第一位置161和第二位置162，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列178之一柱面透鏡成像至該投影螢幕之擴散面170之一第一成像位置171以及一第二成像位置172。
在第二模態中，該合光元件150分別從該第一光調制元件141及該第二光調制元件142接收該第三子光束105以及該第四子光束106，該第三子光束105以及該第四子光束106從該合光元件150，經過該投影透鏡單元160之第三位置163和第四位置164，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列178之一柱面透鏡成像至該投影螢幕之擴散面170之一第三成像位置173以及一第四成像位置174，其中，該第三成像位置173位於該第一成像位置171以及該第二成像位置172之間，該第二成像位置172位於該第三成像位置173與該第四成像位置174之間。
參照第2圖，其係顯示本發明實施例之投影裝置的光機立體圖，其顯示了第一光源單元110、第二光源單元120、分光單元130、第一光調制元件141、第二光調制元件142、合光單元150以及投影透鏡單元160。本發明實施例之投影裝置更包括了光導管111、光導管121、反光鏡181、反光鏡182、反光鏡183、反光鏡184、透鏡191、透鏡192、透鏡193、透鏡194、透鏡195以及透鏡196。光導管、反光鏡及透鏡用於控制光路以及光束的能量分佈。
本發明之投影裝置主要包括一照明模組以及一成像模組。照明模組的主要元件包括第一光源單元110、第二光源單元120以及分光單元130。成像模組的主要元件包括第一光調制元件141、第二光調制元件142、合光單元150以及投影透鏡單元160。
參照第3A以及3B圖，第3A圖係顯示照明模組之主要元件以及光路，第3B圖係顯示分光單元130的細部結構及其原理。該分光單元130包括一第一內部全反射稜鏡131以及一第二內部全反射稜鏡132。該第一內部全反射稜鏡131包括一第一入光面1311、一第一出光面1321以及一第一臨界面1313。該第二內部全反射稜鏡132包括一第二入光面1312、一第二出光面1322以及一第二臨界面1323。該第一臨界面1313相對該第二臨界面1323，該第一臨界面1313與該第二臨界面1323間形成有一第一間隙133。該第一間隙133約介於0.005mm～0.1mm之間。
該第一光束101從該光導管111射出，並於該第一入光面1311進入該分光單元130，該第一子光束103於該第一出光面1321離開該分光單元130，該第二子光束104於該第二出光面1322離開該分光單元130。該第一光束與該第一臨界面1313之法線的夾角約介於30o～45o之間。
該第二光束102從該光導管121射出，並於該第二入光面1312進入該分光單元130，該第三子光束105於該第一出光面1321離開該分光單元130，該第四子光束106於該第二出光面1322離開該分光單元130。該第二光束與該第二臨界面1323之法線的夾角約介於30o～45o之間。
參照第4A以及4B圖，第4A圖係顯示成像模組之主要元件以及光路，第4B圖係顯示合光單元150的細部結構及其原理。
該合光單元150包括一第三內部全反射稜鏡151以及一第四內部全反射稜鏡152，該第三內部全反射稜鏡151包括一第三入光面1511以及一第三臨界面1513，該第四內部全反射稜鏡152包括一第四入光面1521、一第四出光面1522以及一第四臨界面1523，該第三臨界面1513相對該第四臨界面1523，該第三臨界面1513與該第四臨界面1523間形成有一第二間隙153。該第二間隙153約介於0.005mm～0.1mm之間。
在第一模態中，該第一子光束103經該第一光調制元件141調制後，於該第三入光面1511進入該合光單元150；該第二子光束104經該第二光調制元件142調制後，於該第四入光面1521進入該合光單元150，該第一子光束103及該第二子光束104並於該第四出光面1522離開該合光單元150，以進入投影透鏡單元160。該第一子光束與該第三臨界面法線的夾角約介於25o～40o之間，該第二子光束與該第四臨界面法線的夾角約介於35o～50o之間。
在第二模態中，該第三子光束105經該第一光調制元件141調制後，於該第三入光面1511進入該合光單元150；該第四子光束106經該第二光調制元件142調制後，於該第四入光面1521進入該合光單元150，該第三子光束105及該第四子光束106並於 該第四出光面1522離開該合光單元150，以進入投影透鏡單元160。該第三子光束與該第三臨界面法線的夾角約介於25o～40o之間，該第四子光束與該第四臨界面法線的夾角約介於35o～50o之間。
當合光單元150的折射率n為1.5168時，第三臨界面1513與第三入光面1511間的夾角 θ為41.246o；當合光單元150的折射率n為1.71736時，第三臨界面1513與第三入光面1511間的夾角 θ為35.6117o。
該投影螢幕單元可包括後端柱面透鏡陣列178(面對合光單元150)、 夾在中間的螢幕擴散面170和前端柱面透鏡陣列179(面對觀察位置180)。該第一光調制元件141及該第二光調制元件142的畫素影像匹配後端柱面透鏡陣列178結構之節距(pitch)。前端柱面透鏡陣列179結構的節距涵蓋兩個畫素影像以將相鄰的畫素分別投射向兩個不同的方向，因此可得到空間多工( spatial-multiplex)的效果。
第一光源單元110以及第二光源單元120中可分別具有複數個不同色光光源(發光二極體)，該等光源可分時點亮。
應用本發明實施例之投影裝置，透過由內部全反射稜鏡構成的分光單元以及合光單元進行光束的分光引導及結合，並透過第一光調制元件及第二光調制元件控制子光束的行進方向，因此可充分利用第一光束以及第二光束的能量，避免光能量的浪費。
雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101．．．第一光束
102．．．第二光束
103．．．第一子光束
104．．．第二子光束
105．．．第三子光束
106．．．第四子光束
110．．．第一光源單元
111、112．．．光導管
120．．．第二光源單元
130．．．分光單元
131．．．第一內部全反射稜鏡
1311．．．第一入光面
1312．．．第二入光面
1313．．．第一臨界面
132．．．第二內部全反射稜鏡
1321．．．第一出光面
1322．．．第二出光面
1323．．．第二臨界面
133．．．第一間隙
141．．．第一光調制元件
142．．．第二光調制元件
150．．．合光單元
151．．．第三內部全反射稜鏡
1511．．．第三入光面
1513．．．第三臨界面
152．．．第四內部全反射稜鏡
1521．．．第四入光面
1522．．．第四出光面
1523．．．第四臨界面
153．．．第二間隙
160．．．投影透鏡單元
161．．．第一光束位置
162．．．第二光束位置
163．．．第三光束位置
164．．．第四光束位置
170．．．投影螢幕之擴散面
171．．．第一成像位置
172．．．第二成像位置
173．．．第三成像位置
174．．．第四成像位置
178．．．投影螢幕之後端柱面透鏡陣列
179．．．投影螢幕之前端柱面透鏡陣列
180．．．觀察位置
181、182、183、184．．．反光鏡
191、192、193、194、195、196．．．透鏡
第1圖，顯示本發明實施例之示意圖；
第2圖係顯示本發明實施例之投影裝置的光機立體圖；
第3A圖係顯示照明模組之主要元件以及光路；
第3B圖係顯示分光單元的細部結構；
第4A圖係顯示成像模組之主要元件以及光路；以及
第4B圖係顯示合光單元的細部結構。
101．．．第一光束
102．．．第二光束
103．．．第一子光束
104．．．第二子光束
105．．．第三子光束
106．．．第四子光束
110．．．第一光源單元
120．．．第二光源單元
130．．．分光單元
141．．．第一光調制元件
142．．．第二光調制元件
150．．．合光單元
160．．．投影透鏡單元
161．．．第一光束位置
162．．．第二光束位置
163．．．第三光束位置
164．．．第四光束位置
170．．．投影螢幕之擴散面
171．．．第一成像位置
172．．．第二成像位置
173．．．第三成像位置
174．．．第四成像位置
178．．．投影螢幕之後端柱面透鏡陣列
179．．．投影螢幕之前端柱面透鏡陣列
180．．．觀察位置

Claims (16)

  1. 一種投影裝置，包括：
    一第一光源單元，在一第一模態中，提供一第一光束；
    一第二光源單元，在一第二模態中，提供一第二光束；
    一分光單元，接收該第一光束以及該第二光束，並將該第一光束分離為一第一子光束以及一第二子光束，將該第二光束分離為一第三子光束以及一第四子光束；
    一第一光調制元件，從該分光單元接收該第一子光束以及該第三子光束；
    一第二光調制元件，從該分光單元接收該第二子光束以及該第四子光束；
    一投影透鏡單元；
    一投影螢幕；
    一合光單元，在第一模態中，該合光元件分別從該第一光調制元件及該第二光調制元件接收該第一子光束以及該第二子光束，該第一子光束以及該第二子光束從該合光元件，經過該投影透鏡單元之第一和第二位置，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列之一柱面透鏡成像至該投影螢幕擴散面之一第一成像位置以及一第二成像位置，在第二模態中，該合光元件分別從該第一光調制元件及該第二光調制元件接收該第三子光束以及該第四子光束，該第三子光束以及該第四子光束從該合光元件，經過該投影透鏡單元之第三和第四位置，分別被投影螢幕後端柱面透鏡陣列之一柱面透鏡成像至該投影螢幕之一第三成像位置以及一第四成像位置，其中，該第三成像位置位於該第一成像位置以及該第二成像位置之間，該第二成像位置位於該第三成像位置與該第四成像位置之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中，該分光單元包括一第一內部全反射稜鏡以及一第二內部全反射稜鏡，該第一內部全反射稜鏡包括一第一入光面、一第二出光面以及一第一臨界面，該第二內部全反射稜鏡包括一第二入光面、一第二出光面以及一第二臨界面，該第一臨界面相對該第二臨界面，該第一臨界面與該第二臨界面間形成有一第一間隙。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之投影裝置，其中，該第一間隙約介於0.005mm～0.1mm之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之投影裝置，其中，該第一光束於該第一入光面進入該分光單元，該第一子光束於該第一出光面離開該分光單元，該第二子光束於該第二出光面離開該分光單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之投影裝置，其中，該第一光束與該第一臨界面法線的夾角約介於30o～45o之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之投影裝置，其中，該第二光束於該第二入光面進入該分光單元，該第三子光束於該第一出光面離開該分光單元，該第四子光束於該第二出光面離開該分光單元。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之投影裝置，其中，該第二光束與該第二臨界面法線的夾角約介於30o～45o之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中，該第一光調制元件及該第二光調制元件為空間光調制器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中，該合光單元包括一第三內部全反射稜鏡以及一第四內部全反射稜鏡，該第三內部全反射稜鏡包括一第三入光面以及一第三臨界面，該第四內部全反射稜鏡包括一第四入光面、一第四出光面以及一第四臨界面，該第三臨界面相對該第四臨界面，該第三臨界面與該第四臨界面間形成有一第二間隙。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，其中，該第二間隙約介於0.005mm～0.1mm之間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，其中，該第一子光束於該第三入光面進入該合光單元，該第二子光束於該第四入光面進入該合光單元，該第一子光束及該第二子光束並於該第四出光面離開該合光單元。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中，該第一子光束與該第三臨界面的夾角約介於 25o～40o之間，該第二子光束與該第四臨界面的夾角約介於35o～50o之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之投影裝置，其中，該第三子光束於該第三入光面進入該合光單元，該第四子光束於該第四入光面進入該合光單元，該第三子光束及該第四子光束並於第四出光面離開該合光單元。
  14. 如申請專利範圍第4項所述之投影裝置，其中，該第三子光束與該第三臨界面法線的夾角約介於25o～40o之間，該第四子光束與該第四臨界面法線的夾角約介於35o～50o之間。
  15. 一種分光單元，包括：
    一第一內部全反射稜鏡，包括一第一入光面、一第一出光面以及一第一臨界面；以及
    一第二內部全反射稜鏡，包括一第二入光面、一第二出光面以及一第二臨界面，該第一臨界面相對該第二臨界面，該第一臨界面與該第二臨界面間形成有一第一間隙。
  16. 一種合光單元，包括：
    一第三內部全反射稜鏡，包括一第三入光面以及一第三臨界面；以及
    一第四內部全反射稜鏡，包括一第四入光面、一第四出光面以及一第四臨界面，該第三臨界面相對該第四臨界面，該第三臨界面與該第四臨界面間形成有一第二間隙。
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