1325091 PT321 23061twf. doc/p 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種顯示裝置(display aPParatus)，且 特別是有關於一種投影裝置(projection apparatus)。 【先前技術】 請參閱圖1，習知一種投影裝置100包括一照明系統 (illumination system) 110、一 數位微鏡元件（digital micro-mirror device) 120、一投影鏡頭(projection lens) 130 以及一内部全反射棱鏡(total internal reflection prism，TIR prism) 140。照明系統110包括一光源112以及多個透鏡 (lens) 114。光源112適於發出一照明光束（iiiuminati〇n beam) L，其依序通過這些透鏡114與内部全反射稜鏡HO 的入光面142後，被内部全反射棱鏡140的全反射面144 反射至數位微鏡元件120。數位微鏡元件12〇適於將照明 光束L轉換為一影像光束(image beam) I。影像光束I會通 過内部全反射棱鏡140及其全反射面144而傳遞至投影鏡 頭130。投影鏡頭適於將影像光束I投射於一螢幕(未繪示） 以產生影像晝面。 在習知投影裝置100中’從光源112至數位微鏡元件 120之照明光束L·的光程(optical path length)越長，透鏡i 14 的屈光度(refractive power)可以越小，如此有助於改善照明 光束L投射在數位微鏡元件12〇上所形成之光斑的像差 (aberration)。然而，上述照明光束L的光程越長會使得投 影裝置100的體積越大，而不符合電子產品小型化的趨 6 PT321 23061twf.doc/p PT321 23061twf.doc/p 勢。反之，若欲縮小投影 光度較大的透鏡114來句 120之照明光束L的光程 投影裝置100的體積，則必須採用曲 來縮短從光源112至數位微鏡元件 然而，此作法容易導致光斑的 像差過大進而影響投影裝置動所投影出的影像晝 品質。 — 【發明内容】 本發明提供—種投影裝置，其體積可被有效地縮小。 本發明的其他目的和優點可峨本發贿揭露的技術特 徵中得到進一步的了解。 明之實施例提出一種投影裝置， 為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發 (light valve)、一投影鏡頭、一内部全反射稜鏡以及一反射 包括一照明糸統、一光閥
束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。内部全反射 稜鏡配置於照明光束與影像光束的傳遞路徑上 。内部全反 射棱鏡具有一入光面、一影像輸出表面以及一全反射面， 其中照明光束從入光面進入内部全反射稜鏡之後，會穿透 全反射面。反射器配置於照明光束的傳遞路徑上，以使照 明光束在穿透全反射面後依序被反射器以及全反射面反射 至光閥。此外，來自光閥的影像光束會依序穿透全反射面 以及影像輸出表面而傳遞至投影鏡頭。 在本發明之一實施例中，照明光束從入光面進入内部 全反射稜鏡之後，可被影像輸出表面反射而穿透全反射面。 ΡΓ321 2306Itwf.doc/p 在本發明之一實施例中，反射器可包括一内部全反射 透鏡(TIR lens)。 在本發明之一實施例中，反射器可包括一反射鏡。且 反射器更包括一透鏡’配置於反射鏡與内部全反射棱鏡之 間。 在本發明之一實施例中，反射器可包括一反射膜 (reflecting film) ’而反射膜配置於内部全反射棱鏡上。此 外’内部全反射棱鏡可更具有一光學表面，其位於全反射 面與反射膜之間，且反射膜可配置於光學表面上。 在本發明之一實施例中，照明光束以一第一入射角 (incident angle)入射至影像輸出表面，而被反射器所反射之 知、明光束以一第三入射角入射至全反射面，且第一入射角 可大於第三入射角。 在本發明之一實施例中’照明光束由影像輸出表面傳 遞至反射器的光程可以實質上等於影像光束由光閥傳遞至 投影鏡頭的光程。 在本發明之一實施例中’照明光束由反射器傳遞至全 反射面之光程可以實質上等於照明光束由全反射面傳遞至 光閥的光程。 在本發明之一實施例中’光閥可具有一主動表面 (active surface)，而照明光束可平行於主動表面而入射至入 光面。 在本發明之一實施例中’内部全反射稜鏡具有一朝向 光閥的影像輸入表面，而影像輸入表面可實質上平行於影 1325091 PT32I 23061twf.doc/p 像輸出表面。 在本發明之一實施例中，照明光束可平行於影像輪出 表面而入射至入光面。 在本發明之一實施例中，内部全反射稜鏡可具有—間 隙(gap)，位於内部全反射稜鏡的内部，用以形成上述全反 射面。 在本發明之一實施例中，光閥可包括一數位微鏡元件
或一單日日石夕液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCOS panel)。 基於上述’在本發明所揭露之實施例的投影裝置中， 照明光束的光路徑經多次折射及反射而使得照明光束在内 部全反射稜鏡令所行經的光程增長。換言之，本發明之實 施例充分利用内部全反射棱鏡中的空間來增長照明光束的 光程，而不須大量佔用投影裝置的内部空間，因此，投影 裝置的體積可以被有效地縮小。 為讓上述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。 【實施方式】 下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本 發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用 語’例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」 等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是 用來說明，而非用來限制本發明。 請參閱圖2，本發明一實施例之投影裝置200包括一 9 ΡΓ321 23061twf.doc/p 照明系統210、一光閥220、一投影鏡頭230、一内部全反 射棱鏡240以及—反射器250。照明系統210適於發出— 照明光束L。光閥220配置於照明光束L的傳遞路徑上， 以將照明光束L轉換為一影像光束I ’其中光閥220例如 為數位微鏡元件或單晶石夕液晶面板。投影鏡頭230配置於 衫像光束I的傳遞路徑上。内部全反射棱鏡240配置於照 明光束L與影像光束I的傳遞路徑上。 内部全反射稜鏡240具有一入光面242a、一影像輸出 表面242b以及一全反射面242c ’其中照明光束L從入光 面242a進入内部全反射稜鏡24〇之後，會穿透全反射面 242c。具體而言，在本實施例中，照明光束l進入内部全 反射稜鏡240後’可被影像輸出表面242b反射而穿透全反 射面242c。反射器250配置於照明光束L的傳遞路徑上， 以使照明光束L在穿透全反射面242c後依序被反射器250 以及全反射面242c反射至光閥220。此外，來自光閥220 的影像光束I會依序穿透全反射面242c以及影像輸出表面 242b而傳遞至投影鏡頭23〇。 在本實施例中’内部全反射棱鏡240可具有一間隙 244 ’位於内部全反射稜鏡24〇的内部，用以形成全反射面 242c。另外’間隙244之相對於全反射面242c之另一側亦 可形成一光學面242d。在本實施例中，照明系統21〇可包 括一光源212以及至少一透鏡214。光源212適於發出照 明光束L，且光源212例如為燈源、發光二極體光源及雷 射光源其中之一，於本實施例中，以燈源為例，但不以此 1325091 為限。接著，照明光束L在通過透鏡214,射入入光面242a 後，照明光束L的主光線(chief my)將以一第一入射角01 射向影像輸出表面242b。其中，第一入射角6^大於臨界 角（critical angle)，因此影像輸出表面242b可將照明光束L 的主光線全反射，並將大部分的照明光束L反射朝向全反 射面242c。然後’照明光束L的主光線以一第二入射角Θ 2入射光學面242d。由於第二入射角5»2小於臨界角，因此 照明光束L會依序穿透光學面242d與全反射面242c。之 後’照明光束L可穿透内部全反射稜鏡24〇之一光學表面 242e而傳遞至反射器250。 笫一入射条筐二入
而傳遞 在本實施例中’反射器250例如為一内部全反射透 鏡，其具有一透光面252以及一全反射面254。照明光束L· 在穿透光學表面242e之後，會依序穿透透光面252、被全 反射面254反射、穿透透光面252及穿透光學表面242e， 其主光線並將以一第三入射角射向全反射面242c。由 於第二入射角03大於臨界角，因此全反射面242c會將照 明光束L的主光線全反射’並將大部分的照明《束l反射 朝向内部全反射稜鏡240之一影像輸入表面242f。其中， 1325091 PT321 2306 ltwf.doc/p 至投影鏡頭230。 在本實施例之投影裝置200中，照明光束[的光路徑 經多次折射及反射’而使得照明光束L在内部全反射稜鏡 240中所行經的光程增長。詳細地說，照明光束L由a點 至B點、由B點至C點、由E點至F點以及由f點至g 點的光路徑皆位於内部全反射稜鏡中，如此本實施例便能 夠充分利用内部全反射稜鏡240中的空間來增長照明光束 L的光程，而使得光源212至入光面242&之間的光程能夠 被縮短。所以，照明光束L的光程不需大量佔用投影裝置 200的内部空間，就能夠保持足夠的長度。因此，本實施 例之4又衫裝置200的體積可以被有效地縮小，且由於照明 光束L的光程夠長’所以投影裝置20〇能夠採用屈光度及 有效折射率較小的透鏡214來匯聚照明光束L，以降低照 明光束L投射在光閥220上所形成之光斑的像差，進而提 升投影裝置200所投影出之影像晝面的品質。 另外，内部全反射稜鏡240的入光面242a、影像輸出 表面242b、光學表面242e以及影像輪入表面242f至少其 中之-可設計為曲©，以取代部分透鏡214的屈光功能， 並校正像差。如此-來，透鏡214的數量便可以減少進 而減少投影裝置200的重量與體積。再者，入光面242&、 光學表面施以及影像輸入表面渐可經過抗反射處 理’以增加照明光束L及影像光束w過的比例。 為了提升影像晝面的亮度均勻性，投影裝置中部 分呈直線的光路徑之絲可設計為相等。舉例而言，在本 12 1325091 PT321 23061 twf.doc/p 貝鉍例中，照明光束L由影像輪出表面242b傳遞至反射 器250的絲(即B D點的光程)W質上等於影像
光束I由光閥220傳遞至投影鏡頭23〇的光程(即H點到J 點的光程）。此外，照明光束L由反射器25〇傳遞至全反射 面242c之光程（即D點到的光程）亦可以實質上等於照 明光束L由全反射面242c傳遞至光閥22〇的光程（即F點 到Η點的光程）。 在本實施例中，光閥220具有一主動表面222 ,而照 明光束L可平行於主動表面222而射向入光面242a,具體 而言，是照明光束L的主光線實質上平行於主動表面222 而射向入光面242a。此外，照明光束L亦可平行於影像輸 出表面242b而射向入光面242a。上述使照明光束L平行 於主動表面222或影像輸出表面242b的設計有助於使投影 裝置200的部分光路對稱。 值得注意的是，本發明並不限定反射器25〇必須為内 部全反射透鏡，在其他實施例中，反射器亦可以是其他具 有反光功能的元件。舉例來說，在本發明另一實施例之投 影裝置200a中，請參閱圖3，反射器可為一反光鏡25〇a， 例如為一平面鏡或一曲面鏡。此外，請參閱圖4,在本發 明又一實施例之投影裝置200b中，反射器亦可為一配置於 内部全反射稜鏡240上的反射膜250b，其例如是金屬锻膜 或其他非金屬反光膜。具體而言，反射膜250b係配置於内 部全反射棱鏡240的光學表面242e上，而光學表面242e 位於全反射面242c與反射膜250b之間。因此，在本實施 13 PT321 2306 ltwf. doc/p 例中，照明光束L在穿透全反射面242c後，會被反射膜 250b之表面反射回全反射面242c。 請參閱圖5,在本發明再一實施例之投影裝置200c 中，反射器250c可包括一反射鏡256及一配置於反射鏡 256與内部全反射稜鏡240之間的透鏡258。在本實施例 中，反射鏡256例如為一曲面鏡。然而’在其他實施例中， 反射鏡亦可以是平面鏡或呈其他適當形狀的反光鏡。在本 實施例中，照明光束L在穿透全反射面242c後，可依序 穿透光學表面242e、穿透透鏡258、被反射鏡256反射、 再次穿透透鏡258、穿透光學表面242e並返回全反射面 242c。 綜上所述，在本發明之實施例的投影裝置200、200a、 200b、200c中’照明光束L的光路徑經多次折射及反射而 使得照明光束L在内部全反射棱鏡240中所行經的光程增 長。如此一來’本發明之實施例便能夠充分利用内部全反 射稜鏡240中的有限空間來增長照明光束L的光程，故照 明光束L的光程不需大量佔用投影裝置2〇〇、2〇〇a、200b、 200c的内部空間’就能夠保持足夠的長度。因此，投影裝 置200、200a、200b、200c的體積可以被有效地縮小。此 外’由於知、明光束L的光程夠長’所以投影裝置2〇〇、200a、 200b、200c能夠採用屈光度及有效折射率較小的透鏡214 來匯聚照明光束L，以降低照明光束l投射在光閥220上 所形成之光斑的像差，進而提升投影裝置2〇〇、200a、 200b、200c所投影出之影像晝面的品質。 PT321 23061 twf.doc/p # 内部全反射棱鏡施的入光面242a、影像輸出 表42b、光學表面2似以及影像輪入表Φ 242f可設 ^曲面，以取代部分賴214、258的屈光功能並校正像 三如此一來，用以匯聚照明光束L的透鏡214、258之 數量便可以減少’進而減少投影裝置·、2GGa、200b、 200c的重量與體積。 —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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成 本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分 和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本 發明之權利範圍。 【圖式簡單說明】 圖1為一種習知投影裝置的結構示意圖。 圖2為本發明—實施例之投影裝置的結構示意圖。 圖3為本發明另—實施例之投影裝置的結構示意圖。 圖4為本發明又—實施例之投影裝置的結構示意圖。 圖5為本發明再—實施例之投影裝置的結構示意圖。 【主要元件符號說明】 100、200、200a、200b、200c :投影裝置 110、210 :照明系統 Π2、212 :光源 15 1325091 PT321 23061twf.doc/p 114、214、258 :透鏡 120 :數位微鏡元件 130、230 :投影鏡頭 140、240 :内部全反射棱鏡 142、242a :入光面 144、242c、254 :全反射面 220 :光閥 222 :主動表面 242b :影像輸出表面 242d :光學面 242e :光學表面 242f :影像輸入表面 244 :間隙 250、250a、250b、250c :反射器 252 :透光面 256 :反射鏡 I :影像光束 L:照明光束 βΐ、02、Θ3:入射角 16