TW201736938A

TW201736938A - 投影機

Info

Publication number: TW201736938A
Application number: TW105111081A
Authority: TW
Inventors: 簡志雄; 林明坤
Original assignee: 佳世達科技股份有限公司
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-10-16
Also published as: US20170293209A1; US10036939B2; TWI591417B

Abstract

一種投影機，包括照明系統、二軸翻轉式數位微鏡裝置、第一稜鏡、第二稜鏡以及鏡頭。照明系統發出入射光。數位微鏡裝置接收入射光並轉換成成像光。二軸翻轉式數位微鏡裝置具有相對二第一長邊與相對二第一短邊。第一稜鏡配置於照明系統與二軸翻轉式數位微鏡裝置間，並包括第一面以及相鄰接的第二面，入射光穿過第一面及第二面。第二稜鏡配置於第一稜鏡與二軸翻轉式數位微鏡裝置間，並包括第三面、第四面以及第五面，第三面鄰接於第四面及第五面，入射光穿過第三面、第四面傳遞至二軸翻轉式數位微鏡裝置。成像光穿過第四面、經第三面反射、穿過第五面傳遞至鏡頭。第四面具有相對二第二長邊與相對二第二短邊，且這些第二長邊平行於這些第一長邊，這些第二短邊平行於這些第一短邊。鏡頭接收並投射成像光。

Description

投影機

本發明是有關於一種投影機，尤其是有關於一種具有二軸翻轉式數位微鏡裝置的投影機。

投影機利用成像原理並藉由數位微鏡裝置(Digital Micro-mirror Device)，可將微小影像投影到上巨幅螢幕上，並提供足夠的亮度，將影像資訊分享給眾人。

圖1為傳統投影機1的元件架構圖，如圖1所示，傳統投影機1包含了數位微鏡裝置10，全反射(Total Internal Reflection，TIR)稜鏡組11，反射鏡12，透鏡模組13，以及光導管(Light Pipe)14。為了定義視角方向，第1圖的右邊顯示了直角座標係的3個軸向。以第1圖而言，X軸為由原點向右的方向，Y軸為由原點向下的方向，Z軸為指入的方向。在傳統投影機1中，光線經由光導管14穿過透鏡模組13，再經由反射鏡12反射至全反射稜鏡組11，最後經由數位微鏡裝置10將成像光傳至鏡頭而投射至螢幕上。然而，傳統投影機1中繞單軸旋轉的數位微鏡裝置10因為物理特性的限制，只能接受入射光以斜射入射。因此，全反射稜鏡組11相對數位微鏡裝置10傾斜一角度設置(例如45度)，這將導致傳統投影機1的體積受到限制，在追求微小化投影機的今日，傳統投影機1過大的體積將導致便利性不足而逐漸失去競爭力。

因此，發展一種體積較小的投影機是非常重要的。

本發明的目的就是在提供一種投影機，藉由其優化的元件空間配置以及光路架構設計，有效降低投影機的高度，進而縮小投影機的整體體積。

為達上述優點，本發明提供一種投影機，包括照明系統、二軸翻轉式數位微鏡裝置、第一稜鏡、第二稜鏡以及鏡頭。照明系統適於發出入射光。二軸翻轉式數位微鏡裝置適於接收入射光並轉換成成像光。二軸翻轉式數位微鏡裝置為具有相對二第一長邊與相對二第一短邊的第一矩形。第一稜鏡配置於照明系統與二軸翻轉式數位微鏡裝置之間，第一稜鏡包括第一面以及相鄰接的第二面，入射光依序穿過第一面及第二面。第二稜鏡配置於第一稜鏡與二軸翻轉式數位微鏡裝置之間。第二稜鏡包括第三面、第四面以及第五面，第三面鄰接於第四面及第五面，第四面面向二軸翻轉式數位微鏡裝置，入射光依序穿過第三面、第四面傳遞至二軸翻轉式數位微鏡裝置。成像光依序穿過第四面、經第三面反射、穿過第五面傳遞至鏡頭，其中第四面為具有相對二第二長邊與相對二第二短邊的第二矩形，且這些第二長邊平行於這些第一長邊，這些第二短邊平行於這些第一短邊。鏡頭相對第五面，適於接收並投射成像光。

在本發明的一實施例中，上述之照明系統包括光源模組、第一透鏡組以及第二透鏡組。光源模組適於發出入射光。第一透鏡組配置於第一稜鏡與光源模組之間且靠近光源模組，適於傳遞入射光。第二透鏡組配置於第一透鏡組與第一稜鏡之間，適於傳遞來自第一透鏡組的入射光。

在本發明的一實施例中，上述之第一透鏡組的有效焦距大於等於12公釐且小於等於30公釐。

在本發明的一實施例中，上述之第二透鏡的有效焦距大於等於30公釐且小於等於50公釐。

在本發明的一實施例中，上述之照明系統更包括反射模組以及遮光件。反射模組配置於第一透鏡組與第二透鏡組之間，反射模組適於將來自第一透鏡組的入射光反射至第二透鏡組。遮光件配置於第一透鏡組與反射模組之間。

在本發明的一實施例中，上述之第一透鏡組包括第一透鏡與第二透鏡，第二透鏡組包括第三透鏡，第一透鏡位於光源模組與第二透鏡之間，第二透鏡位於第一透鏡與反射模組之間，第三透鏡位於反射模組與第一稜鏡之間，第二透鏡具有面向反射模組的第一出光面，第三透鏡具有面向反射模組的入光面，第一出光面相距反射模組一第一距離D1，反射模組相距入光面第二距離D2，入光面相距二軸翻轉式數位微鏡裝置第三距離D3，且0.5≦D3/(D1+D2)≧1。

在本發明的一實施例中，上述之第一距離D1與第二距離D2的總和大於等於20公釐且小於等於50公釐。

在本發明的一實施例中，上述之第三距離D3大於等於20公釐且小於等於50公釐。

在本發明的一實施例中，上述之第二透鏡為非球面透鏡。

在本發明的一實施例中，上述之第一稜鏡的折射率小於第二稜鏡的折射率。

在本發明的一實施例中，上述之第二稜鏡為等腰直角三角形稜鏡柱體。

本發明實施例之投影機，其具有二軸翻轉式數位微鏡裝置，並根據二軸翻轉式數位微鏡裝置的特性來進行元件的空間配置以及光路的設計，由於二軸翻轉式數位微鏡裝置的特性，使得稜鏡組(第一稜鏡與第二稜鏡的組合)與數位微鏡裝置之間不會有多餘的夾角，因此，元件的空間配置以及光路的設計都能進一步得到優化，進而達成縮小投影機體積的目的。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧傳統投影機

10‧‧‧數位微鏡裝置

11‧‧‧全反射稜鏡組

12‧‧‧反射鏡

13‧‧‧透鏡模組

14‧‧‧光導管

2‧‧‧投影機

20‧‧‧照明系統

21‧‧‧二軸翻轉式數位微鏡裝置

22‧‧‧第一稜鏡

23‧‧‧第二稜鏡

24‧‧‧鏡頭

25‧‧‧玻璃

201‧‧‧光源模組

202‧‧‧第一透鏡組

203‧‧‧第二透鏡組

204‧‧‧反射模組

205‧‧‧遮光件

211‧‧‧第一長邊

212‧‧‧第一短邊

231‧‧‧第二長邊

232‧‧‧第二短邊

A‧‧‧入射光

B‧‧‧成像光

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

D3‧‧‧第三距離

F1‧‧‧第一面

F2‧‧‧第二面

F3‧‧‧第三面

F4‧‧‧第四面

F5‧‧‧第五面

F6、F8‧‧‧出光面

F7‧‧‧入光面

LS‧‧‧光源

LG‧‧‧導光元件

Ls1‧‧‧第一透鏡

Ls2‧‧‧第二透鏡

Ls3‧‧‧第三透鏡

圖1為傳統投影機的元件架構圖。

圖2為本發明之一實施例之投影機的元件架構示意圖。

圖3為圖2所示之投影機元件架構的局部放大示意圖。

圖4為圖2所示之投影機元件架構的俯視示意圖。

請參照圖2至圖4，圖2為本發明之一實施例之投影機的元件架構示意圖。圖3為圖2所示之投影機元件架構的局部放大示意圖。圖4為圖2所示之投影機元件架構的俯視示意圖。如圖2至圖4所示，本實施例之投影機2包括照明系統20、二軸翻轉式數位微鏡裝置21、第一稜鏡22、第二稜鏡23以及鏡頭24。照明系統20適於發出入射光A。二軸翻轉式數位微鏡裝置21被玻璃(cover glass)25覆蓋且適於接收照明系統20所發出的入射光A並轉換為成像光B。具體而言，二軸翻轉式數位微鏡裝置21為德州儀器的二軸翻轉式晶片組(TRP(Tilt & Roll Pixel)DLP® Pico^TM chipset)，具有多個微鏡用來反射入射光A為成像光B，且二軸翻轉式數位微鏡裝置21的外觀構形例如是矩形的平面裝置，其具有相對的二第一長邊211與相對的二第一短邊212，更具體而言，在本實施例中，二軸翻轉式數位微鏡裝置21的微鏡(在本圖中未繪示出)可翻轉於開啟(ON)、關閉(OFF)兩狀態，當微鏡為關閉狀態時，微鏡沿著二對角線各翻轉12度，等效相對於第一長邊211方向(X軸向)翻轉17度，用以將入射光A以大約34~36度反射為成像光B。第一稜鏡22配置於照明系統20與二軸翻轉式數位微鏡裝置21之間，第一稜鏡22包括第一面F1以及與第一面F1相鄰接的第二面F2。第二稜鏡23配置於第一稜鏡22與二軸翻轉式數位微透鏡裝置21之間，且第二稜鏡23包括第三面F3、第四面F4以及第五面F5，其中第三面F3鄰接於第四面F4與第五面F5，第四面F4面向面向二軸翻轉式數位微鏡裝置21，第五面F5面向鏡頭24。第二稜鏡23的第四面F4例如是矩形，其具有相對二第二長邊231與相對二第二短邊232，且這些第二長邊231平行於二軸翻轉式數位微鏡裝置21的這些第一長邊211，這些第二短邊232平行於二軸翻轉式數位微鏡裝置21的這些第一短邊212，在本實施例中，第二稜鏡23例如是等腰直角三角形稜鏡柱體，但本發明並不以此為限。鏡頭24相對於第二稜鏡的第五面 F5，鏡頭24適於接收並投射成像光B。

當照明系統20發出入射光A後，入射光A依序穿過第一稜鏡22的第一面F1與第二面F2以及第二稜鏡23的第三面F3與第四面F4而傳遞至二軸翻轉式數位微鏡裝置21，此時，二軸翻轉式數位微鏡裝置21將入射光A反射並轉換為成像光B。當二軸翻轉式數位微鏡裝置21為開啟狀態(ON)時，成像光B依序穿過第二稜鏡23的第四面F4並傳遞至第三面F3，成像光B被第三面F3反射至第五面F5並穿過第五面F5而傳遞至鏡頭24。更具體的入射光A以及成像光B的光路行進過程將於後段進行說明。

以下再就本實施例之投影機2的元件架構做更一步的描述。

如圖2所示，本實施例之照明系統20包括光源模組201、第一透鏡組202以及第二透鏡組203。第一透鏡組202配置於第一稜鏡22與光源模組201之間且靠近光源模組201。第二透鏡組203配置於第一透鏡組202與第一稜鏡22之間。光源模組201包括光源LS以及導光元件LG，光源LS適於發出入射光A，導光元件LG配置於光源LS與第一透鏡組202之間。上述導光元件LG、第一透鏡組202以及第二透鏡組203的功能皆是在於傳遞光源LS所發出的入射光A，且第一透鏡組202與第二透鏡組203具有聚焦的物理特性，並透過此一特性來集束入射光A，使得入射光A能夠準確地投射在二軸翻轉式數位微鏡裝置21。在本實施例中，第一透鏡組202的有效焦距例如是大於12mm且小於等於30mm，而第二透鏡組203的有效焦距例如是等於30mm且小於等於50mm。需特別說明的是，上述第一透鏡組202與第二透鏡組 203的有效焦距數值僅為本發明的其中之一實施例，但本發明並不以此為限，在其它的實施例中，因應不同產品的系統架構而有不同的有效焦距範圍。

如圖2所示，本實施例之照明系統20更包括反射模組204。反射模組204配置於第一透鏡組202與第二透鏡組203之間，反射模組204適於將來自第一透鏡組202的入射光A反射至第二透鏡組203。此外，在本實施例中，可於第一透鏡組202與反射模組204之間配置遮光件205，其目的在於，當第一透鏡組202將入射光A聚焦於反射模組204的前方時，利用遮光件205阻擋不必要的光線進入到鏡頭24中，進而有效提高成像品質。需特別說明的是，在本實施例之投影機2的元件架構中配置反射模組204以及遮光件205僅為本發明的其中之一實施例，本發明並不以此為限，在其它的實施例中，可以視產品的實際需求而將反射模組204以及遮光件205從投影機2的元件架構中移除。

具體而言，如圖2所示，本實施例之第一透鏡組202包括第一透鏡Ls1與第二透鏡Ls2，而第二透鏡組203包括第三透鏡Ls3。在本實施例中，第一透鏡Ls1例如是球面透鏡，第二透鏡Ls2例如是非球面透鏡，第三透鏡Ls3例如是球面透鏡，但本發明並不以此為限，第一透鏡Ls1、第二透鏡Ls2以及第三透鏡Ls3可視產品的實際需求而選用球面透鏡或是非球面透鏡。第一透鏡Ls1位於光源模組201的導光元件LG與第二透鏡Ls2之間。第二透鏡Ls2位於第一透鏡Ls1與反射模組204之間，第三透鏡Ls3位於反射模組204與第一稜鏡22之間。在本實施例中，第二透鏡Ls2具有面向反射模組204的出光面F6，第三透鏡Ls3具有面向反射模組204 的入光面F7，第二透鏡Ls2的出光面F6與反射模組204相距第一距離D1，反射模組204與第三透鏡Ls3的入光面F7相距第二距離D2，第三透鏡Ls3的入光面F7與二軸翻轉式數位微鏡裝置21相距第三距離D3。值得一提的是，上述第一距離D1、第二距離D2以及第三距離D3符合不等式：0.5≦D3/(D1+D2)≧1，在本實施例中，第一距離D1與第二距離D2的總和例如是大於等於20mm且小於50mm，第三距離D3例如是大於等於20mm且小於50mm，但本發明並不以此為限，第一距離D1與第二距離D2的總和以及第三距離D3可視不同產品的系統架構而有不同的數值範圍。在上述第一距離D1、第二距離D2以及第三距離D3符合不等式：0.5≦D3/(D1+D2)≧1的情況下，本實施例之投影機2能夠在光路不受機構干涉的影響下，有效達成縮小整體體積的目的。

需特別說明的是，在本實施例中，第三透鏡Ls3所具有面向第一稜鏡22的出光面F8與第一稜鏡22的第一面F1之間具有間隙，但本發明並不以此為限，在其它實施例中，第三透鏡Ls3的出光面F8例如是連接於第一稜鏡22的第一面F1。

以下再就本實施例之投影機2的入射光A以及成像光B的光路行進過程做更一步的描述。

如圖2與圖3所示，本實施例之光源LS發出入射光A後隨即被導光元件LG接收。在本實施例中，導光元件LG例如是楔形(Wedge)的光導管，也就是導光元件LG接收入射光A之入光面積大於輸出入射光A之出光面積，因此可以有效提升收光量(coupling efficiency)。當入射光A依序穿過導光元件LG、第一透鏡Ls1、第二透鏡Ls2、遮光件205、反射模組204以及第三透鏡Ls3後，入射光A垂直入射於第一稜鏡22的第一面F1，亦即入射光A入射的方向平行於第一面F1的法向量(Normal Vector)。入射光A於第一稜鏡22內依光路L1前進，依序穿過第一稜鏡22的第二面F2以及第二稜鏡23的第三面F3與第四面F4直到被二軸翻轉式數位微鏡裝置21反射成為成像光B，具體而言，二軸翻轉式數位微鏡裝置21分別於於X軸及Y軸具有第一長邊211與第一短邊212，而第二稜鏡23的第四面F4分別於於X軸及Y軸具有第二長邊231與第二短邊232，由於第二稜鏡23的第二長邊231平行於二軸翻轉式數位微鏡裝置21的第一長邊211，因此，入射光A沿光路L1入射二軸翻轉式數位微鏡裝置21於X-Y平面可視為入射光A朝二軸翻轉式數位微鏡裝置21的第一長邊211入射(如圖4所示)。成像光B於第二稜鏡23內依光路L2前進，依序穿過第二稜鏡23的第四面F4直到被第二稜鏡23的第三面F3反射，此處的反射例如是全反射(Total Internal Reflection)，因此，成像光B經由反射後仍會在相同介質(第二稜鏡23)內傳輸，而成像光B經由第三面F3被全反射後，沿光路L3前進，最後穿過第二稜鏡23的第五面F5而傳遞至投影機2的鏡頭24。

需特別說明的是，在本實施例中，第一稜鏡22的第二面F2例如是接觸於第二稜鏡23的第三面F3，且第二稜鏡23的折射率例如是大於第一稜鏡22的折射率，具體而言，第一稜鏡22的折射率例如是約為1.51633，第二稜鏡23的折射率例如是約為1.666718，但本發明並不以此為限，此外，第一稜鏡22的材質例如是OHARA公司所製造型號為S-BSL7的玻璃材料，第二稜鏡23例如是OHARA公司所製造型號為S-BAH11的玻璃材料，但本發明並不以此為限。在本發明的其它實施例中，第一稜鏡22的第二面F2與第二稜鏡23的第三面F3之間例如是形成有空氣介質，也就是在第一稜鏡22的第二面F2與第二稜鏡23的第三面F3之間具有間隙，在這樣的情況下，則可不需要考慮第一稜鏡22與第二稜鏡23的折射率。

綜上所陳，本發明實施例之投影機2，係使用二軸翻轉式數位微鏡裝置(即TRP(Tilt & Roll Pixel)DLP® Pico^TM chipset)，由於第二稜鏡23的第二長邊231平行於二軸翻轉式數位微鏡裝置21的第一長邊211，因此，入射光A沿光路L1入射二軸翻轉式數位微鏡裝置21於X-Y平面可視為入射光A朝二軸翻轉式數位微鏡裝置21的第一長邊211入射。因此，不同於圖1中傳統的投影機1中，全反射稜鏡組11相對繞單軸旋轉的數位微鏡裝置10傾斜角度設置。此外，根據二軸翻轉式數位微鏡裝置21的特性來進行元件的空間配置以及光路的設計，使得稜鏡組(第一稜鏡22與第二稜鏡23的組合)與數位微鏡裝置之間不會有多餘的夾角，因此，元件的空間配置以及光路的設計都能進一步得到優化，進而達成縮小投影機體積的目的。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。