TW201317704A

TW201317704A - 投影裝置

Info

Publication number: TW201317704A
Application number: TW100139433A
Authority: TW
Inventors: Ming-Kuen Lin; Tsung-Hsun Wu
Original assignee: Qisda Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-01
Also published as: TWI461820B

Abstract

投影裝置包括一光源、一光閥、一投影鏡頭以及一遠心照明光學系統。光源用於提供一第一光束，沿一預定方向前進。光閥接收並反射第一光束，且具有一顯示面，其中顯示面具有一中心點，且顯示面於一X方向上具有一寬度。遠心照明光學系統設於預定方向上，且包括一具有一反射面之稜鏡。第一光束經反射面反射後以一第二光束射出該稜鏡，且反射面具有一對應中心點之特定點。投影鏡頭接收第二光束，且具有一光軸，其中光軸與特定點於預定方向上之距離大於或等於寬度之四分之一。

Description

投影裝置

本發明係關於一種投影裝置，尤指一種可產生沿著平行於地面之水平方向的影像偏移的投影裝置。

隨著科技日新月異，投影裝置在家庭、娛樂或商務用途上已逐漸扮演著不可或缺的角色。近幾年來，大尺寸平面顯示器的需求大幅成長，消費者對顯示畫面的尺寸與顯像品質的要求也越來越嚴苛，相關的投影技術也隨之進步。投影裝置技術是利用光學投影方式將影像投射至螢幕上，藉著光學的方法使畫面尺寸放大，以突破平面顯示器尺寸限制的瓶頸，使得機身厚度變薄且重量變輕。

然而，傳統投影裝置在投射影像時只能產生沿著垂直於地面之垂直方向的影像偏移，使投影裝置必須設置在螢幕的正前方，才能投影出矩形的影像。因此，投影裝置需具有較長之訊號線與電源線等線路，才能電性連接至位於牆角的電源插座或位於角落之訊號源。如此一來，使用者容易受到線路絆倒，或者太長的訊號線亦容易造成訊號的衰減以及過多的雜訊。並且，若將投影裝置倒吊於天花板，於安裝投影裝置時容易產生碰撞。雖然已有發展出具有非遠心照明系統的投影裝置來提高水平方向的影像偏移，但非遠心照明系統之透鏡在設置位置上與投影鏡頭接近而容易彼此干涉，甚至須切割部分透鏡，而形成缺口，因此影響整體成像品質。並且，鄰近光閥之投影鏡頭的透鏡的直徑較小，因此不易接收偏移量太大的影像，且當影像偏移太大時，遠離光閥之投影鏡頭的透鏡需具有較大之直徑，才能接收影像，因此增加投影裝置之成本與製造的困難度。

有鑑於此，在避免增加成本與製造困難度之情況下提升投影裝置所投影之影像沿著平行於地面之水平方向的偏移量實為業界努力之目標。

本發明之主要目的之一在於提供一種投影裝置，以投影裝置所投影之影像沿著平行於地面之水平方向的偏移量。

為達上述之目的，本發明提供一種投影裝置。投影裝置包括一光源、一光閥、一投影鏡頭以及一遠心照明光學系統。光源用於提供一第一光束，沿一預定方向前進。光閥接收並反射第一光束，且光閥具有一顯示面，其中顯示面具有一中心點，且顯示面於一X方向上具有一寬度，並於一Y方向上具有一高度。遠心照明光學系統設於預定方向上，並將第一光束導引至光閥上，且遠心照明光學系統包括一稜鏡，其中稜鏡具有一反射面，第一光束經反射面反射後以一第二光束射出稜鏡，且反射面具有一對應中心點之一特定點。投影鏡頭接收第二光束，且投影鏡頭具有一光軸，其中光軸與特定點於預定方向上之距離大於或等於寬度之四分之一。

本發明之投影裝置設置投影透鏡之光軸與稜鏡之特定點於第一光束之預定方向上之距離大於或等於顯示面之寬度之四分之一，且小於或等於顯示面之寬度，使所投影出之影像具有50%至200%之偏移量。並且，本發明之投影裝置係使用遠心照明光學系統，使鄰近光閥之投影鏡頭之透鏡的直徑較非遠心照明系統中鄰近光閥之投影鏡頭的透鏡的直徑大。因此，可有效提升偏移較大之第二光束之接收量。並且，因本發明之投影裝置使用遠心照明光學系統，所以其遠離光閥之投影鏡頭的透鏡相較於非遠心照明系統不需具有較大之直徑，藉此可避免增加投影裝置之成本與製造的困難度。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖與第2圖，第1圖為本發明一較佳實施例之投影裝置之上視示意圖，且第2圖為本發明較佳實施例之投影裝置之側視示意圖。如第1圖與第2圖所示，投影裝置100設置於由X方向、Y方向以及Z方向所定義之一三維空間中。投影裝置100包括一光源108、一光閥110、一投影鏡頭112以及一遠心(telecentric)照明光學系統114。於本實施例中，光源108係用於提供一第一光束116，且第一光束116沿一預定方向116a前進。光源108可為複數個具有不同顏色之發光二極體或燈泡與色輪來產生不同顏色之第一光束116，但不限於此。本實施例第一光束116之預定方向116a係與Z方向相同，但不限於此。遠心照明光學系統114設於第一光束116之預定方向116a上，並用於將第一光束116導引至光閥110。遠心照明光學系統114包括一透鏡組118以及至少一稜鏡120，且具有一第一光軸122，位於Z方向上。透鏡組118位於稜鏡120與光源108之間的第一光束116的傳遞路徑上。光閥110接收並反射第一光束116，且將第一光束116轉換為具有一影像之光束。光閥110可為一反射式顯示面板或一數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不限於此。並且，光閥110具有複數個像素單元，用於分別反射部分第一光束116，使反射之光線成為具有影像之光束。光閥110具有一顯示面110a，用於顯示影像，且顯示面110a平行於XY平面，並面對遠心照明光學系統114。顯示面110a於X方向上具有一寬度W，且於Y方向上具有一高度H，並具有一中心點110b。另外，稜鏡120具有一反射面120a，垂直於XZ平面，並面對光源108。反射面120a可用於反射第一光束116並以一第二光束124射出稜鏡120。投影鏡頭112接收第二光束124，且設於第二光束124之傳遞路徑上，並將第二光束124投射至一螢幕126上，以於螢幕126上顯示出影像。投影鏡頭112具有一第二光軸128，沿著X方向設置。

於本實施例中，稜鏡120另具有一第一鏡面120b與一第二鏡面120c，其中第一鏡面120b平行於顯示面110a，並面對顯示面110a，且第二鏡面120c平行於YZ平面，並面對投影鏡頭112。並且，反射面120a與第一鏡面120b以及第二鏡面120c分別具有一夾角，皆為45度，亦即第一鏡面120b於X方向上之長度與第二鏡面102c於Z方向上之長度相同，因此本實施例之稜鏡為一直角稜鏡(right-angle prism)。於本實施例中，由光源108射出之第一光束116經過透鏡組118後會穿過反射面120a射入稜鏡120，然後從第一鏡面120b射出，進而射至光閥110。接著，從光閥110反射之第一光束116會從第一鏡面120b射入，且經過反射面120a反射後以第二光束124從第二鏡面120c射出，再透過投影鏡頭112投射至螢幕126上。由此可知，本實施例之稜鏡120的設置方式係為第一光束116先穿透稜鏡120，經過光閥110反射後再透過稜鏡120之反射面120a反射，因而為一反向全內反射(reverse total internal reflectance，RTIR)稜鏡之設計，但本發明之遠心照明光學系統114並不限於此。於本發明之其他實施例中，稜鏡之設置方式亦可為一全內反射(total internal reflectance，TIR)稜鏡之設計。其中，第一鏡面平行於YZ平面，且第二鏡面平行於XY平面。並且，顯示面平行第一鏡面，使第一光束先由反射面反射至光閥後再經由光閥反射，最後以第二光束從稜鏡之反射面射出。另外，遠心照明光學系統114亦可另包括一楔型稜鏡，或者稜鏡為其他種類之稜鏡，且不以此為限。

值得注意的是，反射面120a具有一對應中心點110b之一特定點130。本實施例之特定點130係為從中心點110b於預定方向116a對應至其上之一點，且在第一光束110遇到反射面120a仍符合全反射之條件下，特定點130與投影鏡頭112之第二光軸128於預定方向116a上之距離d1大於或等於顯示面110a之寬度W之四分之一，使投影裝置100投影至螢幕126上之影像於預定方向116a上可具有大於或等於50%之偏移量，且特定點130與投影鏡頭112之第二光軸128於預定方向116a上之垂直距離d1小於或等於顯示面110a之寬度W，使投影裝置100投影至螢幕126上之影像於預定方向116a上可具有小於或等於200%之偏移量。並且，特定點130與投影鏡頭112之第二光軸128於Y方向上之距離d2大於或等於顯示面110a之高度H之四分之一，且小於或等於顯示面110a之高度H，使投影裝置100投影至螢幕126上之影像於Y方向上可具有大於或等於50%之偏移量，且小於或等於200%之偏移量。此外，由於投影鏡頭112之第二光軸128係位於特定點130之左側，因此第二光束124係從投影鏡頭112之第二光軸128之右側射入。並且，本實施例之投影鏡頭112係為一次成像之透鏡組，因此具有影像之第二光束124經過投影鏡頭112後會成像於投影鏡頭112之第二光軸128的左側，且投影至螢幕126上之影像係朝第二光軸128之左側偏移。於本實施例中，投影鏡頭112包括一第一透鏡組132與一第二透鏡組134，其中第一透鏡組132位於第二透鏡組134與稜鏡120之間，且第二透鏡組134位於第一透鏡組132與螢幕126之間。並且，第一透鏡組132包括四透鏡132a，且第二透鏡134包括四透鏡134a。

請參考第3圖，第3圖繪示第二光束射出稜鏡之示意圖。如第3圖所示，第二光束124與投影鏡頭112之第二光軸128具有一夾角θ。由於第二光軸128沿著X方向設置，因此夾角θ亦可視為第二光束124與X方向之夾角。本實施例之夾角θ大於或等於2度，並小於或等於30度，藉此在第一光束110遇到反射面120a符合全反射之條件下，第二光束124經過投影鏡頭112之投影可於預定方向上產生大於或等於50%之偏移量且小於或等於200%之偏移量。

以下將進一步說明本實施例之投影裝置所產生之影像偏移量。請參考第4圖與第5圖，且一併參考第1圖與第2圖。第4圖為本發明較佳實施例之投影裝置所投影之影像與習知投影裝置之無偏移影像之上視示意圖，且第5圖為本發明較佳實施例之投影裝置所投影之影像與習知投影裝置之無偏移影像之側視示意圖。如第1圖與第4圖所示，第一影像136係為無偏移之情況下，亦即特定點130與第一影像136之中心點136a位於X方向之情況下，投影裝置100所投射出之影像。第二影像138係為投影鏡頭112之第二光軸128與特定點130於Z方向之距離d1等於顯示面110a之寬度W之四分之一之情況下投影裝置100所投射出之影像，且第二影像138係較第一影像136向右偏移了四分之一的影像寬度。因此，當投影鏡頭112之第二光軸128與特定點130於Z方向之距離d1等於顯示面110a之寬度W之四分之一時，投影裝置100所投影出之第二影像138相較於無偏移之第一影像136會偏移四分之一的影像寬度，且偏移量係為偏移之影像寬度除以第一影像136之寬度之比值乘以200%。因此，偏移四分之一的影像寬度即為50%之偏移量。如第2圖與第5圖所示，第三影像140係為投影鏡頭112之第二光軸128與特定點130於Y方向之距離d2等於顯示面110a之高度H之四分之一之情況下投影裝置100所投射出之影像，且第三影像140係較第一影像136向右偏移了四分之一的影像高度。因此，當投影鏡頭112之第二光軸128與特定點130於Y方向之距離d2等於顯示面110a之高度H之四分之一時，投影裝置100所投影出之第三影像140相較於無偏移之第一影像136會偏移四分之一的影像高度，亦即50%偏移量。

綜上所述，本發明之投影裝置設置投影透鏡之光軸與稜鏡之特定點於預定方向上之距離大於或等於顯示面之寬度之四分之一，且小於或等於顯示面之寬度，使所投影出之影像具有50%至200%之偏移量。並且，本發明之投影裝置係使用遠心照明光學系統，使鄰近光閥之投影鏡頭之透鏡的直徑較非遠心照明系統中鄰近光閥之投影鏡頭的透鏡的直徑大。因此，可有效提升偏移較大之第二光束之接收量。並且，因本發明之投影裝置使用遠心照明光學系統，所以其遠離光閥之投影鏡頭的透鏡相較於非遠心照明系統不需具有較大之直徑。藉此，可避免增加投影裝置之成本與製造的困難度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．投影裝置

108．．．光源

110．．．光閥

110a．．．顯示面

110b．．．中心點

112．．．投影鏡頭

114．．．遠心照明光學系統

116．．．第一光束

116a．．．預定方向

118．．．透鏡組

120．．．稜鏡

120a．．．反射面

120b．．．第一鏡面

120c．．．第二鏡面

122．．．第一光軸

124．．．第二光束

126．．．螢幕

128．．．第二光軸

130．．．特定點

132．．．第一透鏡組

132a．．．透鏡

134．．．第二透鏡組

134a．．．透鏡

136．．．第一影像

136a．．．中心點

138．．．第二影像

140．．．第三影像

W．．．寬度

H．．．高度

θ．．．夾角

第1圖為本發明一較佳實施例之投影裝置之上視示意圖。

第2圖為本發明較佳實施例之投影裝置之側視示意圖。

第3圖繪示第二光束射出稜鏡之示意圖。

第4圖為本發明較佳實施例之投影裝置所投影之影像與無偏移影像之上視示意圖。

第5圖為本發明較佳實施例之投影裝置所投影之影像與無偏移影像之側視示意圖。