TWI450020B - 投影裝置 - Google Patents

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TWI450020B TW100136584A TW100136584A TWI450020B TW I450020 B TWI450020 B TW I450020B TW 100136584 A TW100136584 A TW 100136584A TW 100136584 A TW100136584 A TW 100136584A TW I450020 B TWI450020 B TW I450020B
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Description

投影裝置
本發明係關於一種投影裝置，尤指一種具有單一光閥之投影裝置。
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。
習知投影裝置係由一光機系統、一光閥以及一投影鏡頭所組成，其中光閥具有複數個像素單元，且光機系統可由一光源以及一照明透鏡組所構成。光源所產生之光束係藉由照明透鏡組投射至光閥上，並藉由光閥之調變而具有影像訊號。接著，具有影像之光束可經由投影鏡頭投影至螢幕上，進而顯示出影像。
然而，將光源之光束投射至光閥之照明透鏡組因需考量最大化光束之能量、減少光束之干涉以及最佳化影像之品質而具有許多透鏡以及一定距離的光路徑，使投影裝置之尺寸在縮小化上受到限制。雖然目前已有發展出在光機系統中設置反射鏡，以藉由轉折光路徑來縮小整體投影裝置之尺寸，但反射鏡係位於非光軸上，使整體投影裝置具有較大之不穩定性，且反射鏡的尺寸太大會增加製作的困難度，而不易為市場所接受。
有鑑於此，隨著投影裝置朝向輕薄短小之趨勢發展，提供具有無反射鏡之照明透鏡組的投影裝置實為業界努力之目標。
本發明之目的之一在於提供一種投影裝置，以解決上述習知之問題。
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模組、一照明透鏡組、一光閥以及一投影鏡頭。光源模組用於提供一第一光束。照明透鏡組設於第一光束之傳遞路徑上，且照明透鏡組具有一第一光軸。光閥設於第一光束之傳遞路徑上，且用於將第一光束轉換為具有一影像之一第二光束，其中第一光束係以無反射之方式穿過照明透鏡組而傳遞至光閥。投影鏡頭設於第二光束之傳遞路徑上，且用於將影像投影至一螢幕上，其中投影鏡頭具有一第二光軸，且第二光軸大體上垂直於第一光軸。
本發明係設置照明透鏡組之第一光軸約略垂直於投影鏡頭之第二光軸，以縮減投影裝置於Y軸上之尺寸。並且，本發明之照明透鏡組並無反射鏡，使第一光束以無反射之方式穿過照明透鏡組而傳遞至光閥，可有效避免因設置反射鏡而具有較大之不穩定性與製作的困難度。
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，第1圖為本發明第一較佳實施例之投影裝置之上視示意圖。如第1圖所示，投影裝置100設置於由一X軸、Y軸以及Z軸所定義之一三維空間中，且X軸、Y軸與Z軸彼此垂直。投影裝置100包括一光源模組102、一照明透鏡組104、一光閥106以及一投影鏡頭108。光源模組102係用於提供一第一光束110，且照明透鏡組104與光閥106設於第一光束110之傳遞路徑上。照明透鏡組104位於光閥106與光源模組102之間的第一光束110之傳遞路徑上，並用於將第一光束110投射至光閥106上。並且，光閥106用於將第一光束110轉換為具有一影像之一第二光束112，且投影鏡頭108設於第二光束112之傳遞路徑上，並用於將具有影像之第二光束112投影至一螢幕114上。於本實施例中，照明透鏡組104具有一第一光軸104a，位於Z軸上，且投影鏡頭108具有一第二光軸108a，位於Y軸上。由於第一光軸104a約略垂直於第二光軸108a，因此本實施例之投影裝置100於Y軸上之長度僅受限於投影鏡頭108之長度。藉此，投影裝置100於Y軸上之尺寸可藉由調整照明透鏡組104之光學條件而有效地被縮減。另外，光源模組102可利用複數個具有不同顏色之發光二極體或利用燈泡與色輪來產生不同顏色之第一光束，但不限於此。光閥106係位於X軸與Y軸所構成之平面上，且可為一反射式顯示面板或一數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)。並且，光閥106具有複數個像素單元，用於分別反射部分第一光束110，使反射之光線成為具有影像之第二光束112。
此外，照明透鏡組104包括一第一透鏡組116以及一第二透鏡組118。第一透鏡組116設於光源模組102與光閥106之間的第一光束110之傳遞路徑上，且第一透鏡組116具有一第一有效焦距。第二透鏡組118設於第一透鏡組116與光閥106之間的第一光束110之傳遞路徑上，且第二透鏡組118具有一第二有效焦距。於本實施例中，光源模組102與第一透鏡組116之間的距離小於第一有效焦距，使第一光束110經過第一透鏡組116之後會呈現出一虛像，位於第一透鏡組116之左側。再者，第一透鏡組116與第二透鏡組118之間之間距大於第一有效焦距之兩倍，且介於第二有效焦距之1至1.4倍之間，使照明透鏡組104於Z軸上之長度可有效縮減，可進而縮小投影裝置100於Z軸上之尺寸。並且，虛像可透過第二透鏡組118成立一實像，位於第二透鏡組118之右側，且實像與第二透鏡組118之間距小於第二有效焦距。因此，實像之尺寸約略與光閥106之像素單元所分佈的面積相同，使大部分之第一光束110可有效地被利用於顯示影像，以呈現出最大亮度之影像。本發明不限於此，第一光束110照射於光閥106上之面積亦可大於光閥106之像素單元所分佈的面積。值得注意的是，照明透鏡組104無一反射鏡，使第一光束110係以無反射之方式穿過照明透鏡組104而傳遞至光閥106。藉此，本實施例之照明透鏡組104可有效避免因設置反射鏡而具有較大之不穩定性與製作的困難度。
另外，本實施例之第一透鏡組116係由一凹凸透鏡120與一雙凸透鏡122所構成，且雙凸透鏡122設於凹凸透鏡120與第二透鏡組118之間。並且，凹凸透鏡120之凹鏡面120a面對光源模組102，且凹凸透鏡120之凸鏡面120b面對第二透鏡組118。但本發明之第一透鏡組116並不限於此，亦可僅由單一透鏡所構成。並且，本實施例之第二透鏡組118係由單一雙凸透鏡所構成，且第二透鏡組118之光軸係偏離第一光軸104a，以控制第一光束110入射光閥106之入射角，進而調整第二光束112射出光閥106之出射角。藉此，第一光束110可與第二光束112近似垂直。本發明之第二透鏡組118並不限於僅由單一透鏡所構成，亦可由複數個透鏡所構成。
再者，本實施例之照明透鏡組104另包括至少一稜鏡124，且稜鏡124設於第一光束110之傳遞路徑上且位於第二透鏡組118與光閥106之間。本實施例之照明透鏡組104係為一遠心結構(telecentric structure)，但本發明不限於此。此外，本實施例之稜鏡124具有一第一鏡面124a、一第二鏡面124b以及一第三鏡面124c。其中，第一鏡面124a位於X軸與Y軸所構成之平面上，且第二鏡面124b位於X軸與Z軸所構成之平面上。第三鏡面124c與第一鏡面124a以及第二鏡面124b分別呈45度角，且位於第一鏡面124a與第二透鏡組118之間，使稜鏡124為一直角稜鏡(right-angle prism)。當第一光束110經過第二透鏡組118後，第一光束110會依序穿透第三鏡面124c與第一鏡面124a而射至光閥106上，且第二光束112從光閥106射出之後會先經過第一鏡面124a。然後，第二光束112會受到第三鏡面124c全反射，且經過第二鏡面124b之後射至投影鏡頭108。本發明之稜鏡124之第三鏡面124c不限與第一鏡面124a以及第二鏡面124b分別呈45度角，亦即本發明之稜鏡124不限為直角稜鏡，且第三鏡面124c可與第一鏡面124a以及第二鏡面124b呈其他角度，而為其他種稜鏡。
此外，由於第二透鏡組118之光軸偏離第一光軸104a，且朝稜鏡124之第三鏡面124c傾斜，所以第二透鏡組118可與稜鏡124部分重疊。藉此，照明透鏡組104與光閥106之間的距離可被進一步縮小，進而可縮小投影裝置100於Z軸上之尺寸。並且，稜鏡124之折射率係介於1.5與1.61之間，使第二光束112受到稜鏡124之第三鏡面124c反射之全反射角不至於過小，且第二光束112可避免因經過稜鏡124時產生過大光程差而造成色散。
本發明之投影裝置並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例或變化形，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化形之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。
請參考第2圖，第2圖為本發明第二較佳實施例之投影裝置之上視示意圖。如第2圖所示，相較於第一實施例，本實施例之投影裝置200之第二透鏡組202係與第一光軸104a同軸，使第二透鏡組202未與稜鏡124重疊。
綜上所述，本發明係設置照明透鏡組之第一光軸約略垂直於投影鏡頭之第二光軸，以縮減投影裝置於Y軸上之尺寸。並且，本發明之照明透鏡組並無反射鏡可有效避免因設置反射鏡而具有較大之不穩定性與製作的困難度。另外，本發明調整第一透鏡組與第二透鏡組之間之間距大於第一有效焦距之兩倍，且介於第二有效焦距之1至1.4倍之間，使照明透鏡組於Z軸上之長度可有效縮減，可進而縮小投影裝置於Z軸上之尺寸。再者，本發明另將第二透鏡組與第一光軸離軸，更可進一步縮減投影裝置於Z軸上之尺寸。
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
102‧‧‧光源模組
104‧‧‧照明透鏡組
104a‧‧‧第一光軸
106‧‧‧光閥
108‧‧‧投影鏡頭
108a‧‧‧第二光軸
110‧‧‧第一光束
112‧‧‧第二光束
114‧‧‧螢幕
116‧‧‧第一透鏡組
118‧‧‧第二透鏡組
120‧‧‧凹凸透鏡
120a‧‧‧凹鏡面
120b‧‧‧凸鏡面
122‧‧‧雙凸透鏡
124‧‧‧稜鏡
124a‧‧‧第一鏡面
124b‧‧‧第二鏡面
124c‧‧‧第三鏡面
200‧‧‧投影裝置
202‧‧‧第二透鏡組
第1圖為本發明第一較佳實施例之投影裝置之上視示意圖。
第2圖為本發明第二較佳實施例之投影裝置之上視示意圖。
104．．．照明透鏡組
104a．．．第一光軸
106．．．光閥
108．．．投影鏡頭
108a．．．第二光軸
110．．．第一光束
112．．．第二光束
114．．．螢幕
116．．．第一透鏡組
118．．．第二透鏡組
120．．．凹凸透鏡
120a．．．凹鏡面
120b．．．凸鏡面
122．．．雙凸透鏡
124．．．稜鏡
124a．．．第一鏡面
124b．．．第二鏡面
124c．．．第三鏡面

Claims (7)

  1. 一種投影裝置，包括：一光源模組，用於提供一第一光束；一照明透鏡組，設於該第一光束之傳遞路徑上，且該照明透鏡組具有一第一光軸，其中該照明透鏡組包括：一第一透鏡組，具有一第一有效焦距；以及一第二透鏡組，具有一第二有效焦距，其中該第一透鏡組與該第二透鏡組之間之間距大於該第一有效焦距之兩倍，且介於該第二有效焦距之1至1.4倍之間；一光閥，設於該第一光束之傳遞路徑上，且用於將該第一光束轉換為具有一影像之一第二光束，其中該第一光束係以無反射之方式穿過該照明透鏡組而傳遞至該光閥，其中該第一透鏡組設於該光源模組與該光閥之間的該第一光束之傳遞路徑上，且該第二透鏡組設於該第一透鏡組與該光閥之間的該第一光束之傳遞路徑上；以及一投影鏡頭，設於該第二光束之傳遞路徑上，且用於將該影像投影至一螢幕上，其中該投影鏡頭具有一第二光軸，且該第二光軸垂直於該第一光軸。
  2. 如請求項1所述之投影裝置，其中該照明透鏡組另包括一稜鏡，設於該第一光束之傳遞路徑上且位於該第二透鏡組與該光閥之間。
  3. 如請求項2所述之投影裝置，其中該稜鏡係為一直角稜鏡(right-angle prism)。
  4. 如請求項2所述之投影裝置，其中該稜鏡之折射率係介於1.5與1.61之間。
  5. 如請求項1所述之投影裝置，其中該第二透鏡組係由單一透鏡所構成。
  6. 如請求項1所述之投影裝置，其中該第二透鏡組之光軸係偏離該第一光軸。
  7. 如請求項1所述之投影裝置，其中該照明透鏡組無一反射鏡。
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