TWI312904B - - Google Patents

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1312904 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 —本發明係提供一種微型投影裝置，尤指其技術上提 同波長光源’經光源模組聚光混色，又經具二維

的反射掃描機制，再纟⑤二 I 、 、、二二色先源的吼號調變，其後由鏡頭 組成像投影屏幕，達到微型投影功效者。 【先前技術】 • p寺代之進步也使人們所使用之器物產生一些改變， 後看電視可能是不可能或是辛苦的，而數十年 ==時至今曰’收看電視或影音節目已經可以經 備均只停留在洛a 。 看，但目前該顯示設 範圍易受限，顯…不15之階段’惟液晶之壽命短且顯示 又限顯不範圍亦與價格成正比。 #，最早之電影院在播放電影時 4 _將膠卷影像連續投影成像於勞幕 乃^木用投影方式 及應用，其後更有數位式投影機，二：::影機的發明 ’其受限於機妯-加 彳―不0^疋那種投影機 當大且"重:上::：結構雜積’投影機之體積均相 幕也相當大，所需場地：：需:二離，所以投影機屏 ，亦不易推廣。 &成技衫機之應用嚴重受限 -種更具理想實用性子在之問題點’如何開 亦係相關業者須努力實消費者所啟切企盼 力研發突破之目標及方向。 5 1312904 有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發 .與設計經驗’針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後， •終得一確具實用性之本發明。 « -【發明内容】 欲解決之技術問題點：習知之液晶顯示器價格昂貴 、哥命短’而顯示尺寸固定’而習知之投影機體積大、重 量重’加上習用屏幕後，投影機作業上需要有較大空間， I且需要定點使用’因此造成投影機之應用範圍嚴重受限。 解決問題之技術特點：提供一種微型投影裝置，該裝 置由二種不同波長雷射光或發光二極體作為光源，經由光 源模組完成聚光與三色光源混色，又經具二維的反射掃描 機制’再配合三色光源的訊號調變，進而在投影面進行三 色混合與掃描，經由一鏡頭組成影像在投影屏幕上，呈現 一動態的彩色畫面’該裝置在不同投影距離下，具有不同 畫面尺寸的手動或自動調焦的功能，使不同的投影距離、 _不同的旦面尺寸下’仍具有相同的解析度；本發明之微型 才又’IV裝置具有體積小、重量輕及攜帶方便之優點，更在使 用雷射光作為光源時，具有壽命長、耗電量低、及高解析 度、雨對比度及高彩度等優點。 對照先前技術之功效： 一、 本發明之微型投影裝置，與投影機比較，具有體 積丨 重量輕與攜帶方便之優點，並且本發明隨時隨地可 使用’而習用者僅能靜止狀態使用。 二、 本發明之微型投影裝置，可進行不同畫面尺寸之 6 1312904 、手動或自動調焦的功能，而習用之液晶顯示器為固定晝面 ·.尺寸，且晝面尺寸與價格成正比。 . 三、本發明之微型投影裝置以雷射光作為光源，具有 壽命長（約一萬小時）與耗電量低的優點，並因耗電量低 可藉電池供電。並以雷射光作為光源，可大幅減少廢熱的 產生。 四、本發明採用微機電反射鏡，可顯著降低噪音的問 題。 有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較 佳實施例並配合圖式詳細說明於后，相信本發明上述之目 的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。 【實施方式】 參閱第一、第二圖所示’本發明之微型投影裝置， 得實施裝設於隨身顯示裝置（9 2 )内，相當容易攜帶、 體積小、重量輕，得以移動狀態使用等（如第一圖所示） • ’該微型投影裝置包含光源模組（1 )、反射鏡（3 0 ) 、投影鏡頭組（4 0 )及投影屏幕（5 〇 ):投影分為正 投影式與背投影式’第一圖所示者為一背投影式用途，其 中在背投影式用途中，得以省略測距裝置（7 〇 )與人眼 安全保護裝置（8 0 )之裝設。投影屏幕（5 〇 )裝設於 隨身顯示裝置（9 2 )内之人眼可視位置，隨身顯示裝置 (9 2)内’投影屏幕（5 0)之異於人眼觀視方向設一 投影鏡頭組（4 0 ) ’投影鏡頭組（4 0 )異於投影屏幕 (50)方向裝設一反射鏡（30)，反射鏡（30)之 7 1312904 光線進入方向裝設有光源模組（1 )其中， 一光源模組（1 )，該光源模組（1 )可為三發光 元件（10) 、 （11) 、 （12)、一三色集光器（2 0)及三準直透鏡（l〇a) 、 （iia) 、 （i2a) 組成’三色集光器（2 0)包含四方向，其一對向反射鏡 (3 0)方向為光線射出端，而其餘三方向分別排設三準 直透鏡（10a) 、（lla) 、（12a)，再其三準 直透鏡（10a) 、（lia) 、（i2a)異於三色集 光器（20)方向各設一發光元件（1〇) 、（11)、 (12)，其中發光元件（1〇) 、（11) 、（12) 、三色集光器（20)與準直透鏡（i〇a) 、（lla )、（12a)之數量均可增減，集光器（20)可為稜 鏡或平板玻璃，三發光元件（1〇) 、（11)、（12 )由紅、綠、藍三個雷射二極體（RGB Laser Diode)構 成整個投影畫面為彩色的關鍵光源，發光元件（1 〇 )、 (11) 、（12)亦可為發光二極體，發光元件（10 )、（11) 、（12)並同時結合準直透鏡（i〇a) 、（lla) 、（12a) (Collimator Lens)，而成為三 組朝集光器（2 0 )發射光線之光源，三組光源再經過三 色集光器（2 0 )(例如x-CUbe)，將三個光束整合成一 束，各雷射二極體可利用電流驅動來調整光的強弱；而前 述整合成一束之光束經過分光鏡（6 i )並經由一反射鏡 (3 0)(例如2DMEMSMirror)，將三色雷射光投射 在投影屏幕（5 0 )上。 8 1312904 - 一反射鏡（30)，該反射鏡（30)可為二維微 機電反射鏡（2D MEMS Mirror);或者兩個各具一維擺 動的微機電反射鏡；或者一維微機電反射鏡（1DMEMS -Mirror)加上多面鏡旋轉馬達（Polygon Mirror)或檢流 計（Galvariometer)。其中二維微機電反射鏡（2D MEMS M i rro r)可利用微機電技術製作而成，為一個具有二維擺 動的反射鏡（3 0 )，即分別在内、外兩鏡面的擺動方向 是不同的；反射鏡（3 0)配合同步訊號與雷射光源驅動 ®電路作同步動作。 一投影鏡頭組（4 0 )，該投影鏡頭組（4 0 )將經 由反射鏡（30)反射的光束，聚焦到投影屏幕（50) 上並修正扭曲變形（D i s t 〇 rt i ο η)的問題，而此投影鏡頭組 (4 0 )的材質可為塑膠及玻璃且不限片數，可為定焦或 變焦的功能。 一光檢測器（3 1 ) (PD)，該光檢測器（3 1 )是 籲為接受反射鏡（3 0 )反射的第一道光束作為起始訊號確 認用，在其前方亦可加入一聚光透鏡，將光束聚焦至光檢 測器（3 1 )上。 一雷射光源驅動電路（1 3 ) (Laser Driver Circuit)，該雷射光源驅動電路（1 3 )内含自動功率控 制電路（1 3 1 ) (Auto Power Controller，APC)，雷射 光源驅動電路（1 3 )電連結控制發光元件（1 0 )、（ 1 1 )、（ 1 2 )。 一反射鏡驅動電路（3 2 ) (Driver)，該反射鏡驅 9 1312904 動 驅 鏡 組 射 器 影 不 ’反射鏡 電路（32)内含同步訊號處理電路 動電路（32)連結反射鏡（3〇)。 一光感模組（6 0 )，該光感模組（ 〇)由分# (61)'柱面透鏡（62)及四象 乃尤 成，該四象限檢測器（6 3 )設於光源棋組 b 3 ) 鏡（3 0 )間，藉由一分光鏡（6 1 )、、私1 )與反 )接收光源模組（1 )射出之部分光線，:透鏡（6 〇)、（η)、（…與準直透鏡=件( la) 、（12a)之間的距離變化時， （ ρ Λw象限檢涓Ί 6 3 )所接收到的光也會隨之改變， 微利益 Γ β ^、认崎 使四象限檢測 (6 3 )的讀值亦隨之改變，故藉由此 注據以調整投 屏幕（5 0 )上的光點大小，以配合 u彳又影距離下， 同大小的光點需求；

-測距裴置（7 0 )，該測距裝置（7 〇 )設於投 影鏡頭組（4 0 )旁侧，此測距裝i ( 7 〇 )可測得投与 屏幕（5…微型投影裝置的距離，以回饋光點大：： 光點強度的調整機制，進而作適當的調整，使得投影屏幕 (50)上的解析度與亮度是一致的；而當微型投影裝置 沒加裝此測距裝置（7 〇 )時，也可直接利用手動階段式 對焦調整器來作固定幾段距離的對焦調整； 一人眼安全保護裝置（80)，該人眼安全保護裝 置（8 0 )設於投影鏡頭組（4 〇 )旁側，由於雷射光是 一個具極高的同調性（Highly Coherent)的光源，使得經準 直透鏡（10a) 、 （lla) 、 （12a)聚焦後的雷 10 1312904 ；射光能量相當集中，即在單位面積上的光強度比一般光源 、來侍大許多，當人眼直視雷射光束時，將會造成極大的傷 .害，故須隨時監控在投影範圍，避免雷射光對人眼的傷害 〇 该微型投影裝置作動方式，係將外部的影像訊號轉 換成數位訊號，並將此數位訊號傳送至裝置内之r、G、 B等三色發光元件（1〇) 、（11) 、（12)，該三 _色發光凡件（10) 、 （11) 、 （12)可為二極體雷 射或發光二極體’該三色發光元件（10) 、（11)、 (1 2)發射顏色光線，先經一個三色集光器（2〇)來 作混色，再經由一具二維來回擺動的反射鏡（3 〇 )〔可 為二維微機電反射鏡（2D MEMS Mjrr〇r)〕掃描，光束 透過一投影鏡頭組（4 0 )來修正光點大小與畫面的扭曲 變形，進而在投影屏幕（5 〇 )上呈現一高色彩飽和度、 高輝度、高解析度的畫面。 該微型投影驻罢rin Arr /丄a a. i ...

如第二圖所示之發光元件（ι〇)、（ 2 )分別由三種不同波長的雷射光所組成， 綠色、藍色三種波長，每-發光元件（1〇 分別由三 綠色、藍色三 ，分別為紅色、0 ) 、 （ 1 1 ) 1312904 、（1 2 )内部包含了 —' 、丄 U Z ; ，藉由該等增加光束之設計，使得畫面在做掃描時一次

處理二行的畫素，而單一光束一次只能處理一行的書素， 如此二個光束（101)、（10 2)可使橫向掃描反射 鏡（3〇)的擺動負擔減半。 參閱第三圖所示，該微型投影裝置包含光源模組（丄 )、光感模組（6 〇 )、反射鏡（3 〇 )、投影鏡頭組（ 4〇)及才又影屏幕（50);其中， 該光源模組（1 )由三發光元件（1 〇 ) 、（ i工） 、（12)及三準直透鏡（1〇a) 、（lla)、（丄 2 a )所組成，而光感模組（6 〇 )由分光鏡（6丄）、 枉面透鏡（6 2 )及四象限感應器（6 3 )組成，光源模 組（1 )與光感模組（6 〇 )呈現相對的排列方式，而準

直透鏡（10a) 、 （11 調整以配合近投影距離（τ 參閱第四至第七圖所示 a) 、 （12a)可前後移動1)或遠投影距離（T2)。 ，該發光元件（1 〇 ) 、（： 1 1) 、（12)包含一個光束，發光元件（1〇)、（工 1 ) 、（ 1 2 )之三組光源經過三色集光器（2 〇 )，將 三光束整合成一束再投射至反射鏡（3〇),該反射鏡（ 3 0 )可為一個具二維擺動的微機電反射鏡（|^|巳|^5 Mirror) ’或二個各具—維擺動的微機電反射鏡，或一個 具一維擺動的微機電反射鏡與一個多面鏡旋轉馬達 四 (P〇丨yg〇n Mirror)或一個檢流計（Ga|van〇meter)(如第 圖所示）。 12 1312904 1 〇 ) 、(11) 、（12)可

並可前後移動調整位置（如第五圖所 另’該發光元件（ 共用 束，再經準直透鏡（ 準直透鏡（1 0 a ) 又，該二發光元件之其一發光元件得以為一雙色光 源發光元件（1 4 及一單色光源發光元件（15)， 如此所達成結果也是三個波長之r G.b三個顏色（如第 六圖所示）。 再’該一發光元件（1 6 )包含了三個波長的光源 (如第七圖所示）。 參閱第八圖所示，為自動對焦動作示意圖，其中圖 面標不說明： D P:投射距離 • d p:投射光點大小 Θν:垂直掃描角度（Vertical Scanning Angle) 畫素/解析度：水平H(dots)x垂直v(dots) VGA = H(640dots) x V(480dots) SXGA = H(1024dots) x V(768dots) 其中’在掃描角度固定下，解析度的決定因子： 1 反射鏡掃描速度（Mirror Scanning Speed) 2.光點大小 其一模式為： 13 1312904 _ · 條件A : 105英吋的投影晝面大小。（D = 1 05x25. 4) mm 條件 B : Dp = 3m = 3000mm。 •條件 C :解析度設定為 SXGA(H:1024dots x V:768dots) ο 條件D : Θν = 30度。

公式7^· = 0‘5Κ/£>/? 0 =Θν/2代入Θν及Dp之值即得V 公式d2-v2=h2 代入D及V之值即得Η 則可得晝面大小為 _ V=1607mm X H = 2144mm X D = 2679mm(約為 105 英忖）。 且光點大小dp為1607mm/768dots等於約2 mm/dot。 另一模式為： 條件A . 10.5英叶的投影畫面大小：（d=1〇.5x25.4) mm 條件 B : Dp = 300 mm, 條件 C :解析度設定為 sXGA(H:1024dots x V:768dots), 條件ϋ:Θν = 30度。 φ公A TA_ = q.5V I Dp 0=Θν/2代入Θν及Dp之值即得v 公A D1 - V1 = Η1代入D及V之值即得Η 則可得畫面大小為 V=160mm X H = 2l4mm X D = 267mm(約為 10.5 英吋）。 且光點大小dp為i6〇mm/768dots等於約0.2 mm/dot。 有了以上遠距（3 m)與近距（300 mm)的需求，而具有 相同的解析度’則需要不同的光點大小，即遠距下的光點 為2 mm而近距下的光點為0.2 mm，故需要可調整光點 大小的機制’可採用調整準直透鏡（1 〇a)或（1 1 3 14

1312904 )或（1 2 a )與發光元件（丄〇 )或（i丄）另 )之間的距離來達成，同時也可配合一光點小大杉 象限檢測器（6 3 )來完成自動對焦的功能。 參閱第九、第十及第-I圖所示，微型投影^ 對焦方式由於是改變準直透鏡（1〇a)或（1工 (1 2 a )與發光元件（工〇 )或（工工）或（工 間距來達A (如第十圖所示），不同投影位置㈠ B)時，（A)代表較近的投影距離，（b)代^ 投影距離，改變準直透鏡（丄〇 a )或（i丄a〕 2a)與發光元件（1〇)或（11)或（12〕 ，在投影位置（A)得較近的光腰位置（c) ，^ 置（B )得較遠的光腰位置（D )，所以在投影^ 0)上都是光腰（9〇) (waist)的位置（如第九g )，故在此處的光點成像品質為最佳且最小，而^ 的對比度與解析度；改變準直透鏡位置與利用漸杏 9 1)技術不相同（如第十一圖所示），因為―、淳 (9 1 )在不同投影位置（A )或（B )日夺的光黑 質不同’而造成其對比度較低，（A )代表較近： 離，（B )代表較遠的投影距離；此外， 田於此三 器（2…合成，所以具有同光軸: 故亦八有问色彩飽和度的混色品質。 則文係針對本發明之較佳實施例為本發明 進仃具體之說明；惟，熟悉技術之支 、t言可在 本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改， -(12 r知的四 t置之 a )或 2 )的 )或（ 較遠的 或（1 的間距 投影位 幕（5 所示 有較高 光束（ 擴光束 成像品 投影距 色光束 光束， 術特徵 不脫離 而該等 15 1312904 變 中 更與修改’皆應涵蓋於如下中請專利範圍所界定之範嘴 圖式簡單說明 第 一 圖 第 圖 第 二 圖 第 四 圖 第 五 圖 第 六 圖 第 七 圖 第 八 圖 第 九 圖 第 十 圖 係本發明其— 係本發明其二 係本發明其三 係本發明其四 係本發明其五 係本發明其六 係本發明自動 係發光元件經 係改變準直透 第十一圖：係漸擴光束 【主要元件符號說明 1 )光源模組 101)光束 1 0 a )準直透鏡 1 1 a )準直透鏡 1 2 a )準直透鏡 131)自動功率控 1 4 )雙色光源發光 1 6 )發光元件 3 0 )反射鏡 置示意圖。 較佳實施例示意圖。 較佳實施例示意圖。 較佳實施例示意圖。 較佳實施例示意圖。 較佳實施例示意圖。 較佳實施例示意圖。 對焦代表符號與代表位置示意圖 準直透鏡投射光之狀態示意圖。 鏡造成之光線改變狀態示意圖。 之狀態示意圖。 ] (1 0 )發光元件 (1 0 2 )光束 (1 1 )發光元件 (1 2 )發光元件 (13)雷射光源驅動電路 制電路 &件（1 5 )單色光源發光元件 (20)三色集光器 (3 1 )光檢測器 16 1312904 (3 2 )反射鏡驅動電路 (3 3 )同步訊號處理電路（4 0 )投影鏡頭組 (5 0 )投影屏幕 （6 0 )光感模組 (61)分光鏡 （62)柱面透鏡 (6 3 )四象限檢測器 （7 0 )測距裝置 (8 0 )人眼安全保護裝置（9 0 )光腰 (91)漸擴光束 （92)隨身顯示裝置 (Θν)垂直掃描角度 (Η )水平 (V )垂直 (D )投影晝面大小 (D ρ )投射距離 (d ρ )投射光點大小

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Claims (1)

1312904 #年ν月？日修(更)正替換頁 十、申請專利範圍： 1 . 一種微型投影裝置，係包含有： 一光源模組，提供不同波長聚光混色光源，並將該光 源投射至反射鏡； 反射鏡，該反射鏡分別在内、外兩鏡面的擺動方向 疋不同的，反射鏡配合同步訊號與雷射光源驅動電路作同 步動作’反射鏡將光源模組光源反射至投影鏡頭組； 一投影鏡頭組’該投影鏡頭組將經由反射鏡反射的光 束，聚焦到投影屏幕上並修正扭曲變形的問題；及， 一光感模組’設於光源模組及反射鏡之間或與光源模 組相對’光感模組由數分光鏡、數柱面透鏡及數四象限檢 測&組成’分光鏡接收部分光線經柱面透鏡傳至四象限檢 測器。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 中該反射鏡之投射方向處設有一光檢測器，該光檢測器是 0為接文反射鏡反射的第一道光束作為起始訊號確認用，該 光檢測器前方亦可設有一將光束聚焦至光檢測器之聚光透 鏡。 3 ’如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 中該投影鏡頭組旁側，設人眼安全保護裝置監控。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 中該投影鏡頭組旁側，係設有可測得投影屏幕到反射鏡的 距離之測距裝置，該测距裝置係以回饋光點大小與光點強 度的調整機制，作自動對焦調整，令投影屏幕上的解析度 18 1312904 ρ————一-~ 对年^月9日修(更)正替換頁 _與亮度一致。 " • 5 .如申請專利範圍第丄項所述之微型投影裝置，其 •中該投影鏡頭組旁側，係設有手動階段式對焦調整器。、 6 .如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 -·中該光源模組設一雷射光源驅動電路，該雷射光源驅動電 路内含自動功率控制電路。 7 .如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 籲中該反射鏡側係設有—反射鏡驅動電路’該反射鏡驅動電 路内含同步訊號處理電路。 8 ’如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 中該光源模組包括有三發光元件、三準直透鏡及一集光器 ，每一發光元件内至少具有二個光束，三準直透鏡可調整 位置，各發光7L件所發出之光束，經由各準直透鏡及集光 器而整合成一光束。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置，其 •中該光源模組包括有三個發光元件及三個準直透鏡，每— 準直透鏡投射光線方向對應設有光感模組之分光鏡，每— 準直透鏡均可調整移動，各別發光元件所發出之光線，經 各別準直透鏡與各別分光鏡，得以整合成一光束。 1〇.如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置， 其中該光源模、组包括三個發光元件及一集光器與—準直透 鏡構成，準直透鏡可調整移動，各別發光元件所發出之光 線經集光器集成一束I，再經準直透鏡投射出。 11.如申請專利範圍第1項所述之微型投影裝置， 19

1312904 其中該光源模組包i有二個發光元~件'Α —集光器梦 透鏡構成’準直透鏡可調整移動，一發光元件為雙 ，一發光元件為單色光源，發光元件所發出之光场 器集束後，再由準直透鏡投射出。 -· 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影 ··其中該光源模組包括有一發光元件及一準直透鏡構 直透鏡可調整移動，一發光元件為三色光源，發光 0出之光線經由準直透鏡投射出。 1 3 .如申請專利範圍第8、9 、工〇 、丄丄 項所述之微型投影裝置，其中該發光元件為雷射二 1 4 .如申請專利範圍第8、9、工〇、工工 項所述之微型投影裝置，其中該發光元件為發光二 15 .如申請專利範圍第8、1〇或1 1項所 型投影裝置，其中該集光器為稜鏡。 1 6 .如申請專利範圍第8、1 〇或1 1項所 籲型投影裝置，其中該集光器為平板玻璃。 17 如申請專利範圍第1項所述之微型投影 其中该反射鏡為一個具二維擺動的微機電反射鏡。 1 8 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影 其中該反射鏡為二個各具一維擺動的微機電反射鏡 1 9 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投影 其中该反射鏡為一個具—維擺動的微機電反射鏡輿 面鏡旋轉馬達。 2 0 ·如申請專利範圍第1項所述之微型投 [一準直 i色光源 L經集光 裝置， 成，準 元件發 或1 2 極體。 或1 2 極體。 述之微 述之微 裝置， 裝置， 〇 •裝置， -一個多 y裝置， 20 7户年^月？日修(更)正替換頁 1312904 其中該反射鏡為一個具一維擺動的微機電反射鏡加上一檢 流計。 • ·十一、圖式： \ 如次頁

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