TWI395049B - 影像投射裝置及稜鏡 - Google Patents

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Description

影像投射裝置及稜鏡
本發明涉及影像投射裝置及稜鏡。
傳統技術中，已經揭露了使用稜鏡的投影機所用的各種技術。
例如，日本專利申請公開號2006-251459揭露的光學裝置、影像調節裝置和投影機，日本專利申請公開號2006-106683揭露的光學引擎和含光學引擎的影像投影機，日本專利申請公開號2004-286946揭露的投影機和照明光學系統等等。
然而，日本專利申請公開號2006-251459揭露的光學裝置、影像調節裝置和投影機中以及日本專利申請公開號2006-106683揭露的光學引擎和含光學引擎的影像投影機中可能存在光線利用效率和小型化的問題。
具體地，關於日本專利申請公開號2006-251459揭露的光學裝置、影像調節裝置和投影機中的光線利用效率的問題，稜鏡的第二表面可能存在光損失。該稜鏡的第二表面用於透射從導光裝置的發射孔發出的照明光並反射至少包含顯示光的調節光，並且光損失由光棒發出的光線的擴散引起，光棒由位於發射孔一側並具有在特定方向延伸的反射面的平行棒部分以及位元於入射孔並延伸的錐型桿部分構成，使得反射面的剖面形狀在與從入射孔一側至平行棒部分的一側延伸方向正交的方向內，擴大至反射型影像調節裝置，也就是DMD。
再者，關於日本專利申請公開號2006-106683揭露的光學引擎和含光學引擎的影像投影機中存在的光線利用效率的問題，應用與聚光透鏡相鄰的第一稜鏡所在表面上的光損失，並提供至與DMD相鄰的第二稜鏡上。
在此，經DMD調節的顯示光從稜鏡的第二表面反射，並且從稜鏡發射的顯示光、即從稜鏡的第二表面反射的光、在螢幕上投射出來，如日本專利申請公開號2006-251459揭露的背景技術內容。當從稜鏡的第二表面反射經DMD調節的顯示光之方向為水平方向的時候，稜鏡的第二表面在垂直方向延伸。
再者，自DMD反射的光線從應用相鄰聚光透鏡的第一稜鏡所在的表面 反射並提供至相鄰DMD的第二稜鏡，並且影像利用從應用第一稜鏡的表面反射並提供至第二稜鏡的光線提供到投射表面上，如日本專利申請公開號2006-106683揭露的背景技術內容。當DVD反射的光線從應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面反射方向為水平方向時，應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面在垂直方向延伸。
同時，DMD(數位微鏡裝置)的可移動式微鏡的反射角為正負12°。為了將DMD反射的光線從入射到DMD的光線分離出來而不在入射到DMD的光線之光束和從DMD反射的光線之光束之間形成重疊，入射到DMD的任意光線之光束和從DMD反射之光線的半圓錐角為小於或等於12°。因此，為了最大化DMD反射光線的光量，入射到DMD的任意光線之光束和從DMD反射之光線的半圓錐角為12°的獨立限制角，其等於可移動式微鏡的反射角。
然後，當具有12°半圓錐角的DVD反射光束從稜鏡的第二表面反射時，如日本專利申請公開號2006-251459中的背景技術所描述，或者從應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面反射，如日本專利申請公開號為2006-106683的背景技術所描述地，有必要將稜鏡第二表面的臨界角或者應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡表面的臨界角設定為12°。
在此，如果DMD的可移動式微鏡反射方向為水平方向，則DMD反射的光線從入射DMD的光線中分離，並可以使用F2.4的透鏡投射光學裝置，如日本專利申請公開號2006-251459，或者投射透鏡部分，如日本專利申請公開號2006-106683，使得投射從DMD反射具有12°半圓錐角的光線之光束。
然而，DMD的可移動式微鏡繞著水平或垂直方向傾斜45°方向的軸反射。因此，DMD反射的光線之大多數光束與垂直入射到DMD的光線之光束重疊並可能很難好好地將從DMD反射的光線之光束從入射到DMD的光線之光束中分離。再者，因為入射到DMD的光線還從水平和垂直方向傾斜的方向入射到DMD，所以基於DMD的可移動式微鏡的反射，可能很難好好地在稜鏡的第二表面上反射從DMD反射的光線之光束，如日本專利申請公開號2006-251459，或者反射從應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面反射的光束，如日本專利申請公開號2006-106683。因此，在日本專利申請公開號2006-251459中的稜鏡第二表面上或者在日本專利申請公開號為 2006-106683中的應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面上可能發生光損失。而且從DMD反射出具有12°半圓錐角的光線之光束大約40%都可能損失。
為了在稜鏡的第二表面上或者應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面上反射具有圓形剖面形狀的光束，僅僅可能反射具有等於或小於6°半圓錐角的光束(利用大約F4.8或更大)。
因此，因為投射稜鏡第二表面反射的光線，如日本專利申請公開號2006-251459的背景技術，或者因為投射從應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面上反射的光線，如日本專利申請公開號2006-106683的背景技術，所以從DMD反射的光線之光束損失可能發生在稜鏡的第二表面上或應用第一稜鏡並提供至第二稜鏡的表面上。
再者，如上所述，來自光學棒的光擴散可能會導致光損失，該光學棒由位於發射孔一側並具有中央方向延伸的反射表面的平行棒部分、和配置在入射孔一側並延伸之錐型桿部分所組成，使得反射面的剖面形狀在與從發射孔一側延伸到平行棒部分的一側的方向正交方向內擴大為反射式影像調節裝置，也就是DMD，如日本專利申請公開號2006-251459的背景技術所揭露的內容。
當具有12°半圓錐角的光束欲入射在DMD的時候，位於平行棒部分一側的發射面的尺寸為(DMD一側有效面積的長度)+2×(錐型桿部分的發射表面到DMD的距離)×tan(12°)，並明顯大於DMD的一側有效面積的長度。另一方面，從錐型桿部分的發射表面發出的光線以特定角度擴散。在此，從錐型桿部分的發射表面擴散到DMD導致的光損失是由從錐型桿的發射表面擴散的光擴散角和錐型桿部分的發射表面到DMD的距離所造成。因為平行棒部分在錐型桿部分和DMD之間，如日本專利申請公開號2006-251459的背景技術所揭露的內容，所以從錐型桿部分的發射表面擴散的部分光線可以擴散至平行棒部分的外面。結果，可能發生從錐型桿部分的發射表面擴散光導致光損失。再者，可能在DMD有效面積的中央部分和在DMD有效面積的週邊部分之間產生亮度差，或者在DMD有效面積的週邊部分之間的亮度差。
其次，日本專利申請公開號2006-251459的背景技術所揭露的內容中可能存在小型化的問題。如上所述，當具有12°半圓錐角之所有光束都得在 DMD上入射時，位於平行棒部分一側的錐型桿部分的發射表面的尺寸可能明顯大於DMD的有效表面一側的長度。因此，有必要增加具有錐型桿部分的光學棒的尺寸。
再者，日本專利申請公開號2006-106683的背景技術所揭露的內容中可能存在小型化的問題。因為除了稜鏡模組之外，光學引擎包括凹面鏡和聚光透鏡，所以光學引擎的尺寸可能會增大。
其次，日本專利申請公開號2006-251459揭露的投影機和照明光學系統中可能存在光線利用效率的問題、小型化的問題和複雜化的問題。
在日本專利申請公開號2004-286946的背景技術所揭露的內容中，使用集成光學系統，用於均勻化光源發出的光線的強度分佈。在此，集成光學系統的發射表面發出的光線以一定角度擴散。在日本專利申請公開號2004-286946的背景技術所揭露的內容中，光從集成光學系統的發射表面擴散至反射型調節面板，而導致的光損失是由光從集成光學系統的發射表面擴散的擴散角度或者距延遲透鏡的距離所造成。該延遲透鏡通常將集成光學系統的發射表面與反射型調節面板結合。也就是，換句話說，基於光從集成光學系統擴散的擴散角和延遲透鏡的有限有效直徑。在此，從集成光學系統的發射表面擴散的部分光線，可以擴散至延遲透鏡的有限有效直徑的外面。結果，可能發生光從集成光學系統的發射表面擴散導致光損失。而且，可能產生反射型調節面板的有效面積的中央部分和反射型調節面板的有效面積的週邊部分之間的亮度差，或者反射型調節面板的有效面積的週邊部分之間的亮度差。
另外，日本專利申請公開號2004-286946的背景技術所揭露的內容中，揭露了一種結構，聚光鏡反射來自延遲透鏡的照明光，該光已經穿透稜鏡內側，以便其再一次穿透稜鏡內側，稜鏡的TIR表面反射來自延遲透鏡的全部照明光，以便導引至聚光鏡，反射來自聚光鏡的全部照明光，以便導引至反射型調節面板，以及傳送來自反射型調節面板的視覺影像光，以便導引至投射光學系統，其中，稜鏡亦反射來自其表面而不是TIR表面的照明光，並具有至少五個光徑，照明光依次從一個表面到稜鏡的表面，然後在稜鏡內再穿透這些光徑。也就是，因為日本專利申請公開號2004-286946的背景技術所揭露的內容具有至少五個光徑，照明光從一個表面到稜鏡的表面並且在稜鏡內，所以完成照明光的光徑很長。尤其，因為稜鏡的TIR 表面反射來自延遲透鏡的全部照明光，以便導引至聚光鏡並反射來自聚光鏡的全部照明光，以便導引至反射型調節面板，所以稜鏡的尺寸將不可避免地增加，這是為了兩次反射所有照明光的有效光束。
再者，因為必須將聚光鏡靠近稜鏡表面排列，或者提供具有曲面的稜鏡表面並提供具有反射塗層的曲面，也就是日本專利申請公開號2004-286946的背景技術中揭露的聚光鏡，所以這種稜鏡的結構複雜且昂貴。
根據本發明的一個方面，提供一種影像投射裝置，被配置以投射一影像至一螢幕上，包括：影像形成元件，被配置以形成影像；光源，被配置以產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，被配置以將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該影像投射裝置進一步包含：第一稜鏡，具有第一透射面，被配置以將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為一曲面，被配置以直接反射已穿透第一透射面的光線、反射-透射面，被配置以將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射表面，被配置以將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，被配置以將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
根據本發明的另一方面，提供一種用於影像投射裝置之稜鏡，該影像投射裝置被配置以投射一影像至一螢幕上並包括：影像形成元件，被配置以形成影像；光源，被配置以產生光線來照亮射影像形成元件；以及成像光學系統，被配置以將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡具有：第一透射面，被配置以將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為一曲面，被配置以直接反射已穿透第一透射面的光線、反射-透射面，被配置以將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，被配置以將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透。
現在更加詳細地描述本發明實施例，並參考圖式。圖式和說明書中使用的相同的附圖標記代表相同或相似的部分。
本發明的實施例涉及影像投射裝置和稜鏡、稜鏡系統、以及投射光學系統中至少一個。
本發明的第一目的是提供新穎的影像投射裝置。
本發明的第二目的是提供新穎的稜鏡。
本發明的第三目的是提供新穎的稜鏡系統。
本發明的第四目的是提供新穎的投射光學系統。
本發明實施例的第一方面為用於將影像投射在螢幕上的影像投射裝置，其包括影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該影像投射裝置的特徵在於包括第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將從已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
本發明實施例的第二方面為用於影像投射裝置之稜鏡，該影像投射裝置用於將影像投射至螢幕上，並包含影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡的特徵在於包括第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中透射，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透。
本發明實施例的第三方面可以為稜鏡系統，用於將影像投射在螢幕上的影像投射裝置，該裝置包含影像形成元件，用於形成影像；光源，用於 產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡系統的特徵在於包括第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
本發明實施例的第四方面可以為投射光學系統，用於將影像投射到螢幕上，其中，該投射光學系統的特徵在於包括本發明實施例第二方面中的稜鏡或本發明實施例第三方面中的稜鏡系統以及在螢幕上對影像成像的成像光學系統。
根據本發明實施例的第一方面，可以提供新穎的影像投射裝置。
根據本發明實施例的第二方面，可以提供新穎的稜鏡。
根據本發明實施例的第三方面，可以提供新穎的稜鏡系統。
根據本發明實施例的第四方面，可以提供新穎的投射光學系統。
其次，本發明實施例將參考圖式說明進行描述。
本發明第一實施例為將影像投射到螢幕上的影像投射裝置，其包括影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生照亮影像形成元件的光線；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中該影像投射裝置包括第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
在此，用於直接反射已穿透第一透射面的光線之反射曲面係已將穿透第一透射面的光線入射到反射曲面上，並從反射曲面反射，而不從第一稜鏡的另一面反射。再者，用來將從反射曲面反射的光線直接反射到影像形 成元件之反射-透射面係要將自反射曲面、反射-透射面反射之光線反射至影像形成元件，而不從第一稜鏡的另一面反射。另外，第一稜鏡的反射曲面可以提供有反射塗層，如使用鋁的反射塗層。
例如，排列第一透射面、反射曲面、反射-透射面和第二透射面，使得第一透射面和反射曲面彼此對置，反射-透射面和第二透射面彼此對置。
除此之外，影像投射裝置可為，例如為投影機裝置，如可擕式投影機或者輕便型投影機並可以用作，如投射TV。
再者，影像形成元件可以，例如為DMD(數位微鏡裝置)的影像形成面板。DMD具有複數個縱向和橫向排列的可移動式微鏡，並且藉由控制可移動式微鏡的每個鏡面的角度來形成影像。
另外，也可以提供光源，例如圓形LED、面發射型LED、雷射陣列，半導體雷射、高壓水銀燈等等。為了提供輕便影像投射裝置，最佳的光源為輕便光源(照明源)，如圓形LED或面發射型LED。再者，例如可以為顏色光源(照明源)，如紅色、綠色或藍色LED或三色晶片。可選擇地，顏色光源可以利用白色光源與色輪組合獲得。
成像光學系統為投射透鏡系統，包括具有電源的透鏡和具有電源的鏡子中至少一個。投射透鏡系統可以，例如為遠投射透鏡系統。
再者，螢幕(投射表面)可以為與影像投射裝置集成的螢幕或者可以為獨立的螢幕。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，首先，將光源產生之光線入射到第一稜鏡的第一透射面並穿透第一透射面。然後，在第一稜鏡內，穿透第一透射面的光線直接入射到反射曲面，並從反射曲面反射到反射-透射面。然後，在第一稜鏡內，從反射曲面反射的光線入射到反射-透射面上，並從反射-透射面反射到第二透射面。然後，從反射-透射面反射的光線入射到第二透射面，並穿透第二透射面至第一稜鏡外的影像形成元件。已穿透第二透射面的光線入射到影像形成元件，並根據第一稜鏡外的影像形成元件的影像資訊進行調節。然後，影像形成元件調節後的光線從影像形成元件反射並再次入射到第一稜鏡的第二透射面。已入射到第二透射面的光線經第二透射面再次穿透至第一稜鏡內的反射-透射面。然後，已穿透第二透射面的光線穿透反射-透射面。然後，已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線 入射第二稜鏡。然後，已入射到第二稜鏡的光經過第二稜鏡，並從第二稜鏡經朝向成像光學系統發射。也就是，已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線經第二稜鏡導引至螢幕。最後，第二稜鏡發出的光線通過成像光學系統在螢幕上成像。因此，影像形成元件形成具有影像資訊的光線在螢幕上成像並且投射到螢幕上。
在本發明第一實施例中的影像透射裝置中，反射-透射面反射從反射曲面入射到反射-透射面上的光線，並傳送從影像形成元件通過第二透射面入射到反射-透射面上的光線。反射-透射面直接並全部地將反射曲面反射的光反射到影像形成元件。再者，反射曲面的形狀和定向進行優化，藉以已穿透第一稜鏡的第一透射面的光線可以從反射曲面反射到反射-透射面，並從反射-透射面反射到第二透射面。也就是，已經入射到第一稜鏡之第一透射面上的光線僅僅經反射曲面與反射-透射面反射兩次。因此，入射到第一稜鏡的第一透射面上的光線在其從第一稜鏡的第二透射面發射至影像形成元件的過程中，僅僅經過三條光徑，從第一透射面到反射曲面，從反射曲面到反射-透射面，以及從反射-透射面到第二透射面。因此，在本發明第一實施例中的影像透射裝置中，光線在第一稜鏡內的光徑較簡單，因為第一稜鏡內光線的反射數量少於傳統技術中的數量。結果，可以實現小型化及/或簡化之第一稜鏡。
反射曲面的形狀和定位以及反射-透射面的配置進行優化，藉以可以包括入射到第一稜鏡內之成像光學系統上之所有有效入射光束。尤其，決定反射-透射面的配置，使得經反射曲面反射的光束其響應所有入射到成像光學系統上的有效光束，全部經反射-透射面反射，並且經影像形成元件反射並穿透第二透射面的光束其響應所有入射到成像光學系統上的有效光束，都從反射-透射面穿過。再者，決定反射曲面的形狀和配置，使得入射到反射曲面的光束其響應所有入射到成像光學系統上的有效光束，從光源通過第一透射面的特定區域進入第一稜鏡。此外，第一透射面最好配置在入射到成像光學系統之有效光束的光瞳位置或靠近該光瞳位置。在此情況下，光源與第一透射面接觸或者光源靠近第一透射面，藉以用光線照亮影像形成元件，更有效地響應入射到成像光學系統上的有效光束。
因此，本發明第一實施例中的影像透射裝置包括第一稜鏡，具有第一 透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統，藉以可使影像透射裝置輕便及/或具有更高的光線利用效率。
在本發明第一實施例中的影像透射裝置中，最好第一透射面為平面。在此，作為平面包括完全平的表面又包括實質上視為平坦的表面。在此情況下，可以更容易設計和製造第一稜鏡。
在本發明第一實施例中的影像透射裝置中，最好反射曲面為球面。在此情況下，可以更容易地設計和製造第一稜鏡，因為反射曲面為簡單的球面。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好反射曲面為非球面。在此情況下，可以提高對應入射到第一透射面的成像光學系統上的有效光束的聚光度並可以增加影像投射裝置的光線利用效率。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好非球面為變形非球面。變形非球面可以，例如為環形面。在此情況下，可以在彼此正交的兩個方向內提高對應入射到第一透射面的成像光學系統上的有效光束之光線的聚光度，所述兩個正交方向對應變形非球面的兩個正交軸，並可以增加影像投射裝置的光線利用效率。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好非球面為自由形式曲面。在此情況下，關於影像形成元件的有效面積上的各個點及/或對應入射到成像光學系統上有效光束之光線的光束的直徑，可以提高對應入射到第一透射面的成像光學系統上的有效光束之光線的聚光度，並可以進一步增加影像投射裝置的光線利用率。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好反射-透射面為平面。在此，平面包括完全平的表面還包括實質上視為平坦的表面。在此情況下，可以更容易地設計和製造第一稜鏡。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好第二透射面為平面。 在此，平面包括完全平的表面還包括實質上視為平坦的表面。在此情況下，可以更容易地設計和製造第一稜鏡。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好反射-透射面和第二透射面為彼此傾斜的平面。在此，平面包括完全平坦的表面還包括實質上視為平坦的表面。例如，當影像形成元件為DMD的時候，DMD的每個可移式微鏡之水平和垂直方向繞著可移式微鏡的對角線傾斜45°，且因此，入射DMD光線朝與DMD面板傾斜方向前進。當反射-透射面和第二透射面為彼此傾斜的平面時，入射DMD的光線可以更迅速地朝與DMD面板傾斜方向前進。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好第二稜鏡具有平面的透射面，用於將已穿過第一稜鏡的反射-透射面的光線從中穿透，並且對第二稜鏡進行配置，使得第二稜鏡的透射面平行第一稜鏡的透射面。在此，平面包括完全平的表面還包括實質上視為平坦的表面。又，平行包括完全平行和實質上平行。在此情況下，穿透第二稜鏡透射面的光線的傳送方向完全或實質上與已穿透第一稜鏡的第二透射面的光線傳送方向一致，且因此，可以將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線更容易地導引至成像光學系統。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好第二稜鏡具有反射面，用於反射已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線。除此之外，第二稜鏡的反射面可以提供具反射的塗層，如使用鋁的金屬反射塗層。在此情況下，第二稜鏡內傳送的光線的傳送方向基於第二稜鏡的反射面的配置而變化，並因此可以最佳化影像透射裝置的整體形狀及/或尺寸。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好第一稜鏡進一步具有彼此平行的第三平面和第四平面。在此，平行包括完全平行和實質上平行。又，平面包括完全平坦的表面還包括實質上視為平坦的表面。在此情況下，可以更簡單地設計和製造第一稜鏡。再者，可以利用彼此平行的第三平面和第四平面在影像透射裝置內更迅速地配置第一稜鏡。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好第一稜鏡的表面由第一透射面、反射曲面、反射-透射面、第二透射面、第三平面和第四平面構成。例如，可以配置第一透射面、反射曲面、反射-透射面、第三平面和第 四平面，使得第一透射面，反射曲面，反射-透射面和第二透射面中的每一個都與彼此平行的第三平面和第四平面連接，而第一透射面和反射曲面彼此對置，反射-透射面和第二透射面彼此對置。在此情況下，第一稜鏡僅具有六個面，且因此，可更方便地設計和製造第一稜鏡。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好影像投射裝置進一步包括集成光學系統，用於混合從光源所產生的光線，並在與第一稜鏡的第一透射面連接的第一稜鏡上使光線入射。在此，與第一稜鏡第一透射面連接的集成光學系統包括與第一稜鏡在第一稜鏡的第一透射面集成的集成光學系統、與第一稜鏡第一透射面結合的集成光學系統、以及與第一稜鏡的第一透射面接觸的集成光學系統。例如，集成光學系統包括錐型桿透鏡。再者，光源一側上的錐型桿透鏡的端部的表面積最好大於第一稜鏡的一側上錐型桿透鏡的端部的表面積。另外，光源一側上的錐型桿透鏡的端部形狀大抵取決基於光源的形狀及/或尺寸。再者，第一稜鏡一側上的錐型桿透鏡的端部形狀和錐型桿透鏡的長度大抵取決基於影像形成元件的尺寸大小、入射至成像光學系統上之有效光束，及/或等等。例如，第一稜鏡一側上的錐型桿透鏡的端部形狀可以為圓形，取決於影像形成元件和反射曲面等等的形狀。設定繞著錐型桿透鏡的光軸之錐型桿透鏡的擺動角，使得可利用從光源有效地產生光線來照亮影像形成元件。在此情況下，即使使用大輻射角度的光源，集成光學系統可以將從光源所產生之大輻射角度的光線轉換為較小輻射角度的光線，並使其通過第一稜鏡的第一透射面入射到第一稜鏡上。結果，可以使入射到第一稜鏡上的光線的入射角分佈更小，並使從集成光學系統的端部擴散的光線更有效地入射到第一稜鏡的第一透射面。因此，可以增加穿透第一稜鏡的第一透射面的光量，並因此，可以為影像投射裝置提供更有效的光線利用效率。再者，當光源獲得色光束的時候，亦可利用集成光學系統將色光束合併。
在本發明第一實施例中的影像投射裝置中，最好光源包括產生至少三色的光源。例如，產生至少三色之顏色光的光源為至少三色的顏色晶片(面發射型LED)。除此之外，顏色晶片的數量和尺寸大抵取決基於影像形成元件尺寸、集成元件的設計等等。在此情況下，可以在不使用如二向色稜鏡的昂貴光學元件而提供具有簡單結構的顏色影像透射裝置，因為含蓋了產 生至少三色之顏色光的光源。
本發明的第二實施例中用於影像投射裝置的稜鏡，該影像投射裝置用來在螢幕上投射影像，包括影像形成元件，用於形成影像：光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射表面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透。
根據本發明第二實施例，可以提供用於輕便及/或具有較高光線利用效率的影像投射裝置內的稜鏡，該稜鏡具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透，與本發明上述第一實施例內容相似。
本發明第三實施例為稜鏡系統，用於將影像投射在螢幕上的影像投射裝置，該裝置包含影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生照亮影像形成元件的光線；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡系統包括第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
根據本發明的第三實施例，可以提供用於輕便及/或具有較高光線利用效率的影像投射裝置的稜鏡系統，包括第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一 透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統，與本發明上述第一實施例內容相似。
本發明第四實施例為將影像投射到螢幕上的投射光學系統，其中，投射光學系統包括本發明第二實施例的稜鏡或者本發明第三實施例的稜鏡系統以及在螢幕上成像的成像光學系統。
根據本發明的第四實施例，可以提供用於輕便及/或具有較高光線利用效率的影像投射裝置的投射光學系統，包括本發明第二實施例的稜鏡或者本發明第三實施例的稜鏡系統，與本發明上述第一實施例內容相似。
第1A圖，第1B圖和第1C圖為本發明實施例中說明影像投射裝置的一個例子的示意圖。在此，第1A圖為實施例中影像投射裝置的俯視圖，第1B圖為左視圖，以及第1C圖為右視圖。然而，如第1A圖所示的投射透鏡在第1B圖中省略，第1A圖內所示的投射透鏡以及第1A圖和第1B圖內所示的光源在第1C圖中省略。
投影機100，如在第1A、1B和1C圖內所示的影像投射裝置，包括作為影像形成元件的影像形成面板110、光源120、作為成像光學系統的投射透鏡130、作為第一稜鏡或簡化稜鏡的第一稜鏡140、以及作為第二稜鏡的第二稜鏡150。在此，投影機100在螢幕上投射由影像形成面板110形成的影像。再者，光源120產生照亮影像形成面板110的光線。另外，投射透鏡130在螢幕上對在影像形成面板110所形成的影像進行成像。此外，第一稜鏡140和第二稜鏡150構成本發明實施例中稜鏡系統的一個例子。同樣地，第一稜鏡140或由第一稜鏡140和第二稜鏡150構成的稜鏡系統、以及投射透鏡130組成本發明實施例的投射光學系統的一個例子。
第一稜鏡140由作為第一透射面的入射面141、反射曲面142、作為反射-透射面的光徑分離面143、作為第二透射面的面板相對面144以及作為彼此平行的第三平面和第四平面的兩個平面組成。在此，入射面141為用來傳送光源120所產生光線的平面。再者，反射曲面142為用於直接反射穿透入射面141的光線的曲面。反射曲面142為球面，並或者可以為如變 形非球面或自由變形而非球面的非球面。再者，光徑分離面143為直接完全反射從反射曲面142反射至影像形成面板110光線的平面，並從影像形成面板110中傳送反射的光線。另外，面板相對面144為傳送從光徑分離面143反射光線的平面，並從影像形成面板110中傳送反射光線。除此之外，光徑分離面143傾斜於面板相對面144。再者，反射曲面142相對入射面141並且光徑分離面143相對面板相對面144。
第二稜鏡150將穿透第一稜鏡140光徑分離面143的光線導引至投射透鏡130。在此，第二稜鏡具有第一透射面，也就是傳送穿透第一稜鏡140光徑分離面143之光線的平面。再者，第二稜鏡150具有對應投射透鏡130的第二透射面，傳送經第二稜鏡150的光線至第二稜鏡150外之投射透鏡130。且第二稜鏡150經配置使得第二稜鏡150的透射面與第一稜鏡140的光徑分離面143平行，並且微間隙151在第二稜鏡150的透射面和第一稜鏡140的光徑分離面143之間形成。
其次，將描述從投影機100中光源120所產生的典型光線160的光徑。光源120所產生的光線(典型光線160)入射到第一稜鏡140的入射面141，並朝反射曲面142穿透入射面141。然後，已進入第一稜鏡140的光線從反射曲面142朝光徑分離面143反射。然後，從反射曲面142反射的光線完全朝面板相對面144從光徑分離面143反射。已完全從光徑分離面143反射的光線穿透面板相對面144，一次地從第一稜鏡140發射出。在此，從第一稜鏡140發射的光線入射到影像形成面板110，並設計第一稜鏡140，使得入射到影像形成面板110上的光線的入射角為預定角。例如，當影像形成面板110為DMD的時候，入射到影像形成面板110光線的光軸之影像形成面板110的水平和垂直方向呈傾斜45°，並且入射光的入射角為24°(=DMD正負12°x 2的擺動角)。接著，由影像形成面板110調節的光線在垂直於影像形成面板110的方向被反射。從影像形成面板110反射的光線再一次入射到第一稜鏡140的面板相對面144。光線入射到面板相對面144經面板相對面144傳送，經第一稜鏡140並抵達光徑分離面143。到達光徑分離面143的光線穿透光徑分離面143，並從第一稜鏡的光徑分離面143發射出。接著，從光徑分離面143發射出的光線，經第一稜鏡140和第二稜鏡150之間提供的微間隙151入射至第二稜鏡150的第一透射面。入 射到第二稜鏡150第一透射面上的光線，從第二稜鏡150的第二透射面發出傳送至投射透鏡130。從第二稜鏡150發出的光線通過投射透鏡130在螢幕上成像。因此，由影像形成面板110形成的影像投射到螢幕上。
因此，使用具有第一入射面141、反射曲面142、光徑分離面143以及面板相對面144的第一稜鏡140，藉以可以提供輕便及/或具有較高光線利用效率的投影機100。
第2圖為本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的示例圖。
在第2圖中，影像形成面板210作為本發明實施例中影像投射裝置中的影像形成元件，第一稜鏡240作為裝置中的第一稜鏡，第二稜鏡250作為第二稜鏡。在第2圖中，還描繪出靠近影像形成面板210中央一點所反射的有效光束260。第2圖內所示的有效光束260所在的情況是作為成像光學系統的投射透鏡作為遠心透鏡系統，並且投射透鏡的亮度為F2.4(響應正負12°的有效角)。在此，投射透鏡的有效角為避免DMD入射光束和DMD反射光束之間重疊的最大角。當影像形成面板為DMD的時候，DMD的可移動式微鏡以正負12°的擺角擺動，且因此，投射透鏡的有效角為12°。再者，在光線對應入射投射透鏡的有效光束260由影像形成面板210所反射前，該光線的光軸對應有效光束260入射至投射透鏡，與影像形成面板210的正常線傾斜24°，該正常線關於影像形成面板210的表面處於45°傾斜方向。另外，關於對應入射到投射透鏡的有效光束之光線，其從作為第一稜鏡240的反射-透射面的光徑分離面到作為第二透射面的面板相對面，由於第一稜鏡240的折射率，對應入射到投射透鏡的有效光束之光線的光軸斜度和角範圍通常分別為大約16°和大約正負8°。在此，配置第一稜鏡240的光徑分離面，使得可以將對應有效光束260的光線全部反射到影像形成面板210，並可以傳送從影像形成面板210中反射的有效光束260，並從其中入射到投射透鏡。再者，當對應入射到投射透鏡的有效光束260之光線從光徑分離面全部反射的時候，對應入射到投射透鏡的有效光束260之光線的光軸方向偏斜。然而，當對應入射到投射透鏡的有效光束260之光線在全部從光徑分離面反射之前，從第一稜鏡240的反射曲面反射時，對應入射到投射透鏡的有效光束260的光束之角度範圍從反射曲面一直維持到 光徑分離面。設計反射曲面使得對應有效光束260的光線從作為第一稜鏡240的第一透射面的入射面進入，並入射到投射透鏡，該光線具有前述從反射曲面到光徑分離面光束的角度範圍，而且其光軸偏斜到光徑分離面並不指向光徑分離面和面板相對面中任意一個。儘管第2圖顯示了靠近影像形成面板210中央一點處所反射的光線之有效光束260，針對影像形成面板210的有效面積內的每一個點進行設計，藉以可獲得入射到投射透鏡的全部有效光束。
第3圖為本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的光軸的示例圖。
在第3圖中，描繪了本發明實施例中影像投射裝置中作為影像形成元件的影像形成面板310、在裝置內作為第一稜鏡的第一稜鏡340、以及作為第二稜鏡的第二稜鏡350。第3圖還描繪了影像形成面板310有效面積的四個端點上有效光束的光軸。設計出作為第一稜鏡340之第一透射面的入射面的位置，使得影像形成面板310的有效面積的四個端點上有效光束的光軸在幾乎靠近第一稜鏡340的入射面的一個點處聚集。換句話說，作為第一稜鏡340的第一透射面之入射面通常位於作為成像光學系統的投射透鏡的光瞳位置。在此，當光源設置在位於靠近投射透鏡的光瞳位置之近於第一稜鏡340的入射面時，可以利用從光源所產生的光線有效地照亮影像形成面板310。
第4A圖和第4B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的光軸的另一個示例圖。第4A圖為說明包括在影像形成元件有效面積中央之有效光束的光軸之剖面有效光束光軸的例子。第4B圖為說明包括在影像形成元件有效面積中央之有效光束的光軸之正交至剖面的平面有效光束光軸的例子。除此之外，第4A圖和第4B圖還為第3圖所示的本發明實施例中影像投射裝置的放大圖。
當第一稜鏡的反射曲面為第4B圖所示的球面的時候，包括在影像形成元件有效面積中央之有效光束的光軸之剖面有效光束光軸及在那正交的平面有效光束光軸，如第4A圖和第4B圖所示，通常較好在第一稜鏡的第一透射面聚集。也就是，光源幾乎提供在第一稜鏡的第一透射面的一點處，藉以可以較佳地照亮影像形成元件的有效面積。因此，即使第一稜鏡的反 射曲面為球面，也可以提供具有較高光線利用效率的影像投射裝置。然而，在包括在影像形成元件有效面積中央之有效光束的光軸之剖面有效光束光軸之聚集點、和包括在影像形成元件有效面積中央之有效光束的光軸之正交至剖面的平面有效光束光軸之聚集點之間存在偏移(對應散光)，如第4A圖和第4B圖所示。因此，當如環形面的變形面和非球面，該環形面在包括在影像形成元件有效面積中央之剖面有效光束的光軸與在那正交的平面有效光束的光軸之間具有不同的曲率，作為第一稜鏡的反射曲面時，可以提高在第一稜鏡的第一透射面內之影像形成元件有效面積中央之有效光束光軸的聚光度，結果，可以提高影像投射裝置的光線利用效率。而且，當自由變形曲面作為第一稜鏡的反射曲面時，在第一稜鏡的第一透射面內之影像形成元件有效面積中央之有效光束光軸的聚光度以及有效光束的角度範圍得以調節，藉以可以進一步提高影像投射裝置的光線利用效率。
第5A圖和第5B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的其他例子的示意圖。第5A圖為說明包括錐型桿透鏡的影像投射裝置的例子以及第5B圖為說明包括另一個錐型桿透鏡的影像投射裝置。
第5A圖和第5B圖中所示的投影機501和502中的每一個都包括作為影像形成元件的影像形成面板510、光源520、作為第一稜鏡或簡化稜鏡的第一稜鏡540、以及作為第二稜鏡的第二稜鏡550。在此，第一稜鏡540由作為第一透射面的入射面、反射曲面542、作為反射-透射面的光徑分離面、作為第二透射面的面板相對面、以及作為第三平面和第四平面的彼此平行的兩個平面組成。除此之外，光徑分離面傾斜於面板相對面。又，反射曲面542相對入射面，光徑分離面相對面板相對面。另外，設置第二稜鏡550，使得第二稜鏡的透射面平行於第一稜鏡540的光徑分離面，並且在第二稜鏡550的透射面和第一稜鏡540的光徑分離面之間形成微間隙551。
第5A圖和第5B圖中所示的投影機501和502分別進一步包括錐型桿透鏡571和572，作為混合從光源520所產生的光線並使光入射到第一稜鏡540上的集成光學系統，所述系統與第一稜鏡540的入射面連接。也就是，錐型桿透鏡571和572中的每一個都提供在光源520和第一稜鏡540的入射面之間並與光源520和第一稜鏡540的入射面連接。第5A圖所示的錐型桿透鏡571的入射端和發射端的形狀為矩形或方形，並且錐型桿透鏡571 繞第5A圖內所示光軸的旋轉角為45°。另一方面，第5B圖內所示的錐型桿透鏡572的入射端和發射端的形狀分別為環形和矩形或方形，並且錐型桿透鏡572繞第5B圖所示光軸的旋轉角為0°。除此之外，錐型桿透鏡的入射端的形狀取決於光源的形狀和大小等等，並且錐型桿透鏡的長度和發射端形狀取決於影像形成面板510的尺寸、有效光束的角度範圍等等。而且，繞著錐型桿透鏡光軸之錐型桿透鏡的旋轉角確定為能夠有效照亮影像形成面板510的角度。
在第5A圖和第5B圖內所示的投影機501和502中，從光源520所產生的擴散光經錐型桿透鏡571或572入射且傳送，如第5A圖和第5B圖描述由光源520產生代表光線560的光徑所示。從光源520產生的擴散光的角度範圍當其通過錐型桿透鏡571或572傳送的時候減小。接著，具有減小的角度範圍的擴散光從錐型桿透鏡571或572入射到第一稜鏡540上並穿透第一稜鏡540和第二稜鏡550，如第5A圖和第5B圖內所示的代表光線560的光徑所示，與第1圖所示的投影機100的內容相似。因此，即使從光源520產生的擴散光的角度範圍很大，從錐型桿透鏡571或572入射到第一稜鏡540上的光線的入射角也減小，因此，可以增加通過第一稜鏡540的照亮影像形成面板510的光量。結果，可以進一步提高影像投射裝置的光線利用效率。除此之外，各錐型桿透鏡571和572還具有色彩組合的功能。
除此之外，在第5A圖和第5B圖內所示的投影機501和502的每一個投影機中，光源520包括作為光源520的RGB顏色晶片，用於產生至少三色的顏色光。RGB光源晶片具有紅色(R)面發射型LED、兩個綠色(G)面發射型LED、以及一個藍色(B)面發射型LED。當LED用作產生至少三色的光源的時候，LED的數量和尺寸取決於影像形成面板510的尺寸及/或錐型桿透鏡571或572的設計。
第6A圖和第6B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的另一個例子的示意圖。第6A圖說明包括具有反射面的第二稜鏡的影像投射裝置的例子。第6B圖說明包括具有另一個反射面的第二稜鏡的影像投射裝置的例子。
如第6A圖和第6B圖所示的作為影像投射裝置的投影機601和602中 的每一個都包括作為影像形成元件的影像形成面板610、光源620、作為成像光學系統的投射透鏡630、作為第一稜鏡或簡化稜鏡的第一稜鏡640、作為第二稜鏡的第二稜鏡651或652、以及作為集成光學系統的錐型桿透鏡670。在此，第一稜鏡640由作為第一透射面的入射面、反射曲面、作為反射-透射面的光徑分離面、作為第二透射面的面板相對面、以及作為第三和第四平面彼此平行的兩個平面組成。除此之外，光徑分離面傾斜於面板相對面。而且，反射曲面相對入射面，光徑分離面相對面板相對面。另外，設置第二稜鏡651或652，使得第二稜鏡651或652的透射面平行於第一稜鏡640的光徑分離面，並且第二稜鏡651或652的透射面和第一稜鏡640的光徑分離面之間形成微間隙。
在第6A圖和第6B圖內所示的投影機601和602中，第二稜鏡651和652具有反射面681和682，用於分別反射已穿透第一稜鏡640的光徑分離面的光線。在第6A圖內所示的投影機601中，第二稜鏡601由透射面、反射面681和兩對彼此平行的平面組成。另一方面，在第6B圖所示的投影機602中，第二稜鏡652由透射面、反射面682、一對彼此平行的平面組成。在第6A圖和第6B圖所示的投影機601和602中，設置第二稜鏡651和652的反射面681和682，使得分別相對第二稜鏡651和652的透射面。
在第6A圖和第6B圖所示的投影機601和602中的每一個中，從光源620產生的光線穿過第一稜鏡640並入射到第二稜鏡651或652的透射面上，如第6A圖和第6B圖每一個圖內所示的從光源620產生之代表光線660的光徑，與圖1所示的投影機100相似。從第二稜鏡651和652的反射面681和682分別反射已穿透第二稜鏡651和652的透射面的光線，然後從第二稜鏡651和652的反射面681和682反射的光線從連接至第二稜鏡651和652的透射面和反射面681和682的表面朝向投射透鏡630發射.
因此，第二稜鏡651和652具有反射面681和682，並因此可以適當地偏斜入射到第二稜鏡651和652的光線。結果，可以在投射透鏡601和602中的每一個透鏡中適當地設置投射透鏡630。因此，可以適當地確定投影機601和602的尺寸和形式。例如，使用如第6B圖所示的第二稜鏡652，藉以第6B圖所示的投影機602比第6A圖內所示的投影機的結構更加緊湊。
【附錄】
下述實施例1至實施例17中至少一個實施例涉及影像投射裝置和稜鏡、稜鏡系統和投射光學系統中至少一個。
實施例1為將影像投射到螢幕上的影像投射裝置，其包括：影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，影像投射裝置的特徵在於包括：第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
實施例2為上述實施例1中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第一投射面為平面。
實施例3為上述實施例1或2中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於反射曲面為球面。
實施例4為上述實施例1或2中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於反射曲面為非球面。
實施例5為上述實施例4中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於非球面為變形非球面。
實施例6為上述實施例4中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於非球面為自由成形曲面。
實施例7為上述實施例1至6中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於反射-透射面為平面。
實施例8為上述實施例1至7中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第二透射面為平面。
實施例9為上述實施例1至6中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於反射-透射面和第二透射面為彼此傾斜的平面。
實施例10為上述實施例8或9中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第二稜鏡具有為平面的透射面，用於將已穿透第一稜 鏡的反射-透射面的光線從中穿透，且第二稜鏡經排列後其透射面平行於第一稜鏡的反射-透射面。
實施例11為上述實施例1至10中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第二稜鏡具有反射面，用於反射已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線。
實施例12為上述實施例1至11中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第一稜鏡進一步具有彼此平行的第三平面和第四平面。
實施例13為上述實施例12中描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於第一稜鏡的表面由第一透射面，反射曲面，反射-透射面，第二透射面，第三平面和第四平面構成。
實施例14為上述實施例1至13中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於進一步包括集成光學系統，用於混合從光源所產生的光線並使光線入射到與第一稜鏡的第一透射面連接的第一稜鏡上。
實施例15為上述實施例1至14中任意一個描述地影像投射裝置，其中，影像投射裝置的特徵在於光源包括產生至少三色顏色光的光源。
實施例16為用於影像投射裝置的稜鏡，該裝置用於將影像投射至螢幕上並包含影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡的特徵在於具有：第一透射面，將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透。
實施例17為用於影像投射裝置的稜鏡系統，該裝置用於將影像投射至螢幕上並包含影像形成元件，用於形成影像；光源，用於產生光線來照亮影像形成元件；以及成像光學系統，用於將由該影像形成元件所形成的影像成像至螢幕上，其中，該稜鏡系統的特徵在於包括：第一稜鏡，具有第一透射面，用於將從光源所產生的光線從中穿透、反射曲面，為 用於直接反射已穿透第一透射面的光線的曲面、反射-透射面，用於將從反射曲面反射的光線直接反射至影像形成元件，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透、以及第二透射面，用於將從反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從影像形成元件反射的光線從中穿透；以及第二稜鏡，用於將已穿透第一稜鏡的反射-透射面的光線導引至成像光學系統。
實施18為用於在螢幕上投射影像的投射光學系統，其中，投射光學系統的特徵在於包括如上述實施例16所示的稜鏡或者如上述實施例17所示的稜鏡系統以及用於在螢幕上成像的成像光學系統。
本發明可以在不脫離自身特點的情況下具體為若干形式，可以理解地是上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
本發明主張於2008年8月29日在日本提出之專利申請號2008-222130為優先權，整個內容以提及方式納入本申請中。
工業應用性
本發明實施例適用於影像投射裝置、稜鏡、稜鏡系統以及投射光學系統中至少一個。
100、501、502、601、602‧‧‧投影機
110、210、310、510、610‧‧‧影像形成面板
120、520、620‧‧‧光源
130、630‧‧‧投射透鏡
140、240、340、540、640‧‧‧第一稜鏡
141‧‧‧入射面
142、542‧‧‧反射曲面
143‧‧‧光徑分離面
144‧‧‧面板相對面
150、250、350、550、651、652‧‧‧第二稜鏡
151、551‧‧‧微間隙
160‧‧‧典型光線
260‧‧‧有效光束
560、660‧‧‧代表光線
571、572、670‧‧‧錐型桿透鏡
681、682‧‧‧反射面
所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例並且描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋。圖式中：第1A圖，第1B圖和第1C圖為本發明實施例中說明影像投射裝置的一個例子的示意圖；第2圖為本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的示例圖；第3圖為本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的光軸的示例圖；第4A圖和第4B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的一個例子中有效光束的光軸的另一個示例圖； 第5A圖和第5B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的其他例子的示意圖；以及第6A圖和第6B圖為說明本發明實施例中影像投射裝置的再一個例子的示意圖。
100‧‧‧投影機
110‧‧‧影像形成面板
120‧‧‧光源
130‧‧‧投射透鏡
140‧‧‧第一稜鏡
141‧‧‧入射面
142‧‧‧反射曲面
143‧‧‧光徑分離面
144‧‧‧面板相對面
150‧‧‧第二稜鏡
160‧‧‧典型光線

Claims (15)

  1. 一種影像投射裝置，被配置以投射一影像至一螢幕上，包括：一影像形成元件，被配置以形成一影像；一光源，被配置以產生光線來照亮該影像形成元件；以及一成像光學系統，被配置以將由該影像形成元件所形成的一影像成像至一螢幕上，其中，該影像投射裝置進一步包括：一第一稜鏡，具有一第一透射面，被配置以將從該光源所產生的光線從中穿透、一反射曲面，為一曲面，被配置以直接反射已穿透該第一透射面的光線、一反射-透射面，被配置以將從該反射曲面反射的光線直接反射至該影像形成元件，並將從該影像形成元件反射的光線從中穿透、以及一第二透射面，被配置以將從該反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從該影像形成元件反射的光線從中穿透；以及一第二稜鏡，被配置以將已穿透該第一稜鏡的該反射-透射面的光線導引至該成像光學系統。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該第一透射面為一平面。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之的影像投射裝置，其中該反射曲面為一球面。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之的影像投射裝置，其中該反射曲面為一非球面。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之影像投射裝置，其中該非球面為一變形面。
  6. 依據申請專利範圍第4項所述之影像投射裝置，其中該非球面為一自由成形曲面。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該反射-透射面為一平面。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該第二透射面為一平面。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該反射-透射面和該第二透射面為相互傾斜的平面。
  10. 依據申請專利範圍第8項所述之影像投射裝置，其中該第二稜鏡具有一透射面，為一平面，被配置以將已穿透該第一稜鏡的該反射-透射面的光線從中穿透，且安置該第二稜鏡使得該第二稜鏡的該透射面與該第一稜鏡的該反射-透射面平行。
  11. 依據申請專利範圍第9項所述之影像投射裝置，其中該第二稜鏡具有一透射面，為一平面，被配置以將已穿透該第一稜鏡的該反射-透射面的光線從中穿透，且安置該第二稜鏡使得該第二稜鏡的該透射面與該第一稜鏡的該反射-透射面平行。
  12. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該第二稜鏡具有一反射面，被配置以反射已穿透該第一稜鏡的該反射-透射面的光線。
  13. 依據申請專利範圍第1項所述之影像投射裝置，其中該第一稜鏡進一步具有一第三平面和一第四平面，該第三平面和該第四平面彼此相互平行。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述之影像投射裝置，其中該第一稜鏡的表面由該第一透射面、該反射曲面、該反射-透射面、該第二透射面、該第三平面以及該第四平面所組成。
  15. 一種用於影像投射裝置的稜鏡，該影像投射裝置被配置以投射一影像至一螢幕上，並包括一影像形成元件，被配置以形成一影像、一光源，被配置以產生光線來照亮該影像形成元件、以及一成像光學系統，被配置以將由該影像形成元件所形成的一影像成像至一螢幕上，其中，該稜鏡具有：一第一透射面，被配置以將從該光源所產生的光線從中穿透；一反射曲面，為一曲面，被配置以直接反射已穿透該第一透射面的光線；一反射-透射面，被配置以將從該反射曲面反射的光線直接反射至該影像形成元件，並將從該影像形成元件反射的光線從中穿透；以及一第二透射面，被配置以將從該反射-透射面反射的光線從中穿透，並將從該影像形成元件反射的光線從中穿透。
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