TWI537596B - Laser projection device - Google Patents
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Description
本發明係有關一種雷射投射裝置,尤指一種在偏折元件(微機電二維掃描振鏡)與掃描投影之成像面之間的掃描光程中由振鏡向成像面依序設置一第一稜鏡及一第二稜鏡,且該二稜鏡之間角度的相對關係能滿足特定之條件,藉以使掃描投影在成像面上之圖像畫面能同時具有影像畸變調變功能與影像挪抬功能。
利用單一光點進行二維掃描的投影方式,如使入射光束離軸地饋送到微機電掃描振鏡以掃描成掃描出射光束,需同時考量影像畸變修正及畫面挪抬之問題。其中所述之畫面挪抬是指將投射器放置在桌面上或地面上使用時,若投影成像之畫面無法向上挪抬,則畫面之下半部分會顯示在桌面或地面,即投影成像之畫面無法整個顯示在所欲之成像面上,不利於使用者觀看。
當光點經由二維偏折元件(如微機電掃描振鏡)進行掃描投影時,影像於成像面上的畸變常是降低影像品質的因素。影像的畸變是來自於偏折元件掃描角度與成像面掃描距離的非線性效應,或者是為了挪抬影像採取歪斜投影等因素。先前技
術如US7,839,552(CN100468123C)、US7,957,047、US7,38,5745、US7,256,917、US6,859,329、US2011/0141441等,皆是在光點掃描路徑中引入多個相對位置固定之非球面穿透元件或非球面反射面等光學元件,藉以達成修正影像畸變之目的。然而非球面元件不管在製作與檢驗上都較為困難,成本也相對昂貴。此外上述設計需要精密的組裝技術維持各個非球面元件在正確之相對位置,相對位置的偏差會同時影響影像畸變修正的效果並改變雷射光點大小隨距離的變化,也因此增加組裝的難度。此外,以上述先前技術而論如US7,839,552(CN100468123C),其採用光學元件(如非球面穿透元件或非球面反射面等)之目的皆只是為達成修正影像畸變之目的,其實並未揭露能同時達成修正影像畸變及畫面挪抬之目的的技術方案,而本發明是在微機電掃描振鏡與成像面之間的掃描光程中由振鏡向成像面依序設置一第一稜鏡及一第二稜鏡且該二稜鏡之間角度的相對關係能滿足特定之條件,以使掃描投影在成像面上之畫面能同時具有影像畸變調變功能與影像挪抬功能,故上述先前技術而論如US7,839,552(CN100468123C)尚不得據以否定本發明之新穎性或進步性。
US7,878,658利用單一個多邊形稜鏡來引導光路與修正影像畸變,該稜鏡存在複數個入射面、出射面與全反射面。一開始光經由第一入射面引入稜鏡,在稜鏡內經過多次內部全反射,再以一設計之角度由第一出射面離開稜鏡,之後入射偏折元件。經由偏折元件反射之掃描光再由第二入射面(原第一出射面)
從新進入稜鏡,再經由與第二入射面不平行之第二出射面離開稜鏡,最後投影於成像面上。此設計主要透過不平行之第二入射面與第二出射面來修正影像畸變,並透過各個全反射之斜面引導光路。然而該稜鏡的幾何形狀相當複雜,加工如此複雜之幾何結構稜鏡的成本也相對昂貴。此外,US7,878,658所採用之稜鏡只是用以修正影像畸變,其實並未揭露同時達成修正影像畸變及畫面挪抬之目的的技術方案,而本發明是在微機電掃描振鏡與成像面之間的掃描光程中由振鏡向成像面依序設置一第一稜鏡及一第二稜鏡且該二稜鏡之間角度的相對關係能滿足特定之條件,以致掃描投影在成像面上之畫面能同時具有影像畸變調變功能與影像挪抬功能,故US7,878,658尚不得據以否定本發明之新穎性或進步性。
US8,107,147(即WO2010/111216,CN102365573A)及US2010/0060863(即WO2010/030467,CN102150070A)都有揭露利用稜鏡設置於偏折元件與成像面之間以達到調變影像畸變之功效。US8,107,147是利用兩個一維偏折元件將雷射光掃描出二維影像,其中偏折元件或最後之出射稜鏡與引導光路的反射鏡共基底,但最後的出射稜鏡則只具有調變影像畸變的效果(參考其圖7-9所示之輸出光學件710及其相關說明),因此,US8,107,147雖也採用楔形光學件(如圖7-9所示之輸出光學件710)但並無法同時具有影像畸變調變功能與影像挪抬功能。另,US2010/0060863是利用單個或多個稜鏡置於偏折元件與成像面之間,其雖然揭露採用多個不同材質之稜鏡做組合(參考其圖2所示兩個稜鏡210及218),
但採用稜鏡之主要作用只在於調變影像畸變及可控制多波長光存在的色散問題,因此US2010/0060863雖採用兩個稜鏡(如圖7-9所示之210及218),其實未揭露同時達成修正影像畸變及畫面挪抬之目的的技術方案。由於本發明是在微機電掃描振鏡與成像面之間的掃描光程中由振鏡向成像面依序設置一第一稜鏡及一第二稜鏡且該二稜鏡之間角度的相對關係能滿足特定之條件,藉以使掃描投影在成像面上之畫面能同時具有影像畸變調變功能與影像挪抬功能,故US8,107,147(即WO2010/111216,CN102365573A)及US2010/0060863(即WO2010/030467,CN102150070A)尚不得據以否定本發明之新穎性及/或進步性。
另,US8,159,735(即WO2010/021331,CN102132191B)揭露同時達成修正影像畸變及畫面挪抬之目的的技術方案,其是使入射光束傾斜地(離軸方式)饋送到偏轉裝置(如微機電掃描振鏡)以掃描成掃描出射光束並傾斜地投射到成像面,因此即使在將投射器放置在桌面上或地面上使用之情況下,也能夠在成像面(如屏幕)中顯示整體圖像;然而,US8,159,735用以解決或抑制影像畸變(如梯形失真)之方法,卻是故意不配置任何投射光學系统,也就是在偏折元件/偏轉裝置(如微機電掃描振鏡)與成像面(如屏幕)之間故意不配置任何稜鏡,而只是利用入射光束入射到偏轉裝置之方向的限定條件如「該畫面中心顯示狀態下之該偏轉裝置之反射面的法線,相對於該被投射面的法線向在第二掃描方向(慢軸,即垂直方向)的負側傾斜」(見其請求項1、2),
以及θ mems(該畫面中心顯示狀態下該偏轉裝置之反射面的法線與該被投射面的法線在第二掃描方向上形成之角度)與θ in(該畫面中心顯示狀態下由該雷射光源之主光線入射到該偏轉裝置之反射面時的第二掃描方向的入射角度)之間的相對設置條件如「0.25<θ mems/θ in<0.75」(見其請求項3);其實,US8,159,735用以抑制影像畸變(如梯形失真)之方法乃是在偏折元件/偏轉裝置(如微機電掃描振鏡)與成像面(如屏幕)之間故意不配置任何稜鏡;然而,本發明是在偏折元件/偏轉裝置(如微機電掃描振鏡)與成像面(如屏幕)之間配置二稜鏡且二稜鏡之間具有特殊之角度相對關係以同時能達成修正影像畸變及畫面挪抬之目的的技術方案,故US8,159,735之技術手段及特徵與本發明不同,尚不得據以否定本發明之新穎性或進步性。
為使審查委員方便瞭解在本發明之相關技術領域中多件先前技術(包含多件美國專利之公告號或公開號)的技術功效,玆將該些先前技術所具有之各種缺點分別列表如下:
本發明係為解決如上所述先前技術之問題而完成者,其目的在於提供一種雷射投射裝置,包含:一雷射光源模組用以產生輸入光束以饋送至一偏折元件(微機電二維掃描振鏡)之反射鏡;一偏折元件(微機電二維掃描振鏡)用以能夠使來自雷射光源之輸入光束朝向相互正交之第一掃描方向(快軸)及第二掃描方向(慢軸)偏轉;一第一稜鏡用以使來自該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)之掃描光束能由其一入射面入射並穿過該第一稜鏡而由其出射面出射;一第二稜鏡用以使由該第一稜鏡之出射面所出射之掃描光束由其一入射面入射並穿過該第二稜鏡而再由其一出射面出射,以對成像面二維地進行掃描以形成圖像畫面,其中藉由該第一稜鏡及該第二稜鏡之間角度的相對關係能滿足特定之條件,藉以同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
為達成上述目的,本發明提供一種雷射投射裝置,包含一雷射光源,其能夠產生作為用於掃描之輸入光束以饋送至
一偏折元件(微機電二維掃描振鏡)之反射鏡;一偏折元件(微機電二維掃描振鏡),其能夠使來自雷射光源之輸入光束朝向相互正交之第一掃描方向及第二掃描方向偏轉,其中該第一掃描方向之掃描速度比第二掃描方向之掃描速度快;一第一稜鏡,其具有一入射面及一出射面,該第一稜鏡能夠使來自該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)之掃描光束由該入射面入射並穿過該第一稜鏡而再由該出射面出射,其中該第一稜鏡之出射面相對於該第一稜鏡之入射面以非平行角度置放;一第二稜鏡,其具有一入射面及一出射面,該第二稜鏡能夠使由該第一稜鏡之出射面所出射之掃描光束由該第二稜鏡之入射面入射並穿過該第二稜鏡而再由該第二稜鏡之出射面出射,並且由該第二稜鏡之出射面所出射之掃描光束能夠對成像面二維地進行掃描以在該成像面上形成圖像畫面;其中該第二稜鏡之出射面相對於該第二稜鏡之入射面以非平行角度置放;其中,該第一稜鏡之出射面與入射面之間所形成夾角之擴張方向是與該第二稜鏡之出射面與入射面之間所形成夾角之擴張方向形成上下相反狀態,且該第一稜鏡之出射面與入射面以及該第二稜鏡之出射面與入射面之間是以非平行角度置放;其中,該雷射投射裝置滿足下列條件式(1)及(2):0.1<θ mems/θ in<0.4…(1)
θ sh>θ sc>θ sl>0°或θ sh<θ sc<θ sl<0°…(2)其中,θ mems:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在初始狀態下該振鏡法線與該成像面法線在第二掃描方向上形成的角度;
θ in:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在初始狀態下來自雷射光源之輸入光束入射到該振鏡時之第二掃描方向上的入射角度;θ sh:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較大者;θ sc:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在初始狀態下(偏轉角θ s2=0)掃描光束與該成像面之法線在第二掃描方向上所形成之夾角;θ sl:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下掃描光束與該成像面之法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較小者。
所述之雷射投射裝置,其中該輸入光束饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)之光程可包含多種不同方式,而各種不同光程方式係取決於該雷射光源在雷射投射裝置中相對於該第一、二稜鏡之設立位置的不同,以本發明之雷射投射裝置而言,可包含下列三種光程方式,但非用以限制本發明:其一,當該雷射光源設在第一位置時,該輸入光束係直接饋送至微機電二維掃描振鏡以形成掃描光束;其二,當該雷射光源設在第二位置時,該輸入光束係先經過第一稜鏡而再饋送至微機電二維掃描振鏡;其三,當該雷射光源設在第三位置時,該輸入光束係依序先經過第二稜鏡、第一稜鏡而再饋送至微機電二維掃描振鏡。
所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:
20°<θ p1<37°;7°<θ p2<24°;θ s1<16°;θ s2<9°;其中,θ p1:為該第一稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ p2:為該第二稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ s1:為該微機電二維掃描振鏡在第一掃描方向之偏轉角;θ s2:為該微機電二維掃描振鏡在第二掃描方向之偏轉角。
所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:0.1<θ mems/θ in<0.4;20°<θ p1<37°;7°<θ p2<24°;θ s1<16°;θ s2<9°;其中,θ p1:為該第一稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ p2:為該第二稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ s1:為該微機電二維掃描振鏡在第一掃描方向之偏轉角;θ s2:為該微機電二維掃描振鏡在第二掃描方向之偏轉角。
101‧‧‧雷射光源(模組)
102‧‧‧偏折元件(微機電二維掃描振鏡)
103‧‧‧第一稜鏡
103a‧‧‧入射面
103b‧‧‧出射面
104‧‧‧第二稜鏡
104a‧‧‧入射面
104b‧‧‧出射面
105‧‧‧成像面
201‧‧‧輸入光束
201a‧‧‧輸入光束
201b‧‧‧輸入光束
202‧‧‧掃描光束
203‧‧‧掃描光束
204‧‧‧掃描光束
301‧‧‧振鏡法線
302‧‧‧成像面法線
θ mems‧‧‧為該偏折元件在初始狀態下該振鏡法線與該成像面法線在第二掃描方向(Y-慢軸)上形成的角度
θ in‧‧‧為該偏折元件在初始狀態下來自雷射光源之輸入光束入射到
該振鏡時之入射角度
θ sh‧‧‧為該偏折元件在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較大者
θ sc‧‧‧為該偏折元件在初始狀態下(偏轉角θ s2=0)該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角
θ sl‧‧‧為該偏折元件在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較小者
第1圖係本發明雷射投射裝置之系統架構方塊示意圖。
第2圖係本發明雷射投射裝置一實施例(雷射光源設在第一位置)之一側面(Y軸-慢軸掃描方向)示意圖。
第3圖係第2圖所示實施例之一頂面(X軸-快軸掃描方向)示意圖。
第4圖係本發明雷射投射裝置一實施例(第2圖所示實施例)之設計考量相關參數之側面示意圖。
第5圖係本發明雷射投射裝置一實施例之設計考量相關參數之局部側面示意圖。
第6圖係本發明雷射投射裝置另一實施例(雷射光源設在第二位置)之設計考量相關參數之側面示意圖。
第7圖係本發明雷射投射裝置又另一實施例(雷射光源設在第三位置)之設計考量相關參數之側面示意圖。
第8圖係本發明雷射投射裝置之成像面影像畸變之相關參數示意圖。
為使本發明更加明確詳實,茲列舉較佳實施例並配合下列圖示,將本發明之結構及其技術特徵詳述如後:參考第1、2、3圖所示,其分別係本發明雷射投射裝置之系統架構方塊示意圖、一實施例之一側面(Y軸-慢軸掃描方向)及其頂面(X軸-快軸掃描方向)示意圖。本發明之雷射投射裝置依光束進行方向依序包含:一雷射光源(模組)101、一偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102、一第一稜鏡103及一第二稜鏡
104,其中該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102、該第一稜鏡103及該第二稜鏡104等元件即構成本發明雷射投射裝置之掃描投影光學系統,上述該等元件及該等元件之間的關係亦即本發明雷射投射裝置之技術特徵所在。
該雷射光源模組101係用以產生輸入光束201,該輸入光束201是饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡;該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102再將來自雷射光源(模組)101之輸入光束201朝向相互正交之第一掃描方向(快軸)如第3圖所示之X軸及第二掃描方向(慢軸)如第2圖所示之Y軸進行偏轉。
該第一稜鏡103係用以使來自該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之掃描光束202能由其一入射面103a入射並穿過該第一稜鏡103而由其一出射面103b出射。
該第二稜鏡104係用以使由該第一稜鏡103之出射面103b所出射之掃描光束203由其一入射面104a入射並穿過該第二稜鏡104而再由其一出射面104b出射,而由該出射面104b出射之掃描光束204即能在一成像面105上進行二維之掃描以形成圖像畫面(105),即最後之掃描影像落於成像面105上。在本實施例中如第1~3圖所示,該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102可使該掃描光束204朝向相互正交之第一掃描方向(快軸)如第3圖所示之X軸及第二掃描方向(慢軸)如第2圖所示之Y軸進行二維之掃描以形成圖像畫面(105),其中掃描軸中掃描角度大者為快軸如第3圖所
示之X軸,掃描角度小者為慢軸如第2圖所示之Y軸;又在本實施例中,該雷射光源模組101所產生之輸入光束201是沿著慢軸掃描方向入射(饋送至)該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102如第2圖所示。
此外,以本發明雷射投射裝置之系統架構而言,該雷射光源101在雷射投射裝置中之相對設立位置可包含第一位置(如第4圖所示)、第二位置(如第6圖所示)、第三位置(如第7圖所示)等三種型態但非用以限制本發明;因此,該輸入光束201饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之方式得相對地形成三種不同光程方式。
第一種光程方式:當該雷射光源101設在第一位置時,該輸入光束201係直接饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102反射鏡如第2、4圖所示,其中該輸入光束201係沿著第二(慢軸)掃描方向入射該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡以進行掃描以成為掃描光束202,而離開反射鏡之掃描光束202才依序入射該第一稜鏡103及第二稜鏡104。
第二種光程方式:當該雷射光源101設在第二位置時,該輸入光束201a係先經過該第一稜鏡103而再饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102如第6圖所示,其中該輸入光束201a是沿著第二(慢軸)掃描方向先入射該第一稜鏡103,離開第一稜鏡103之後再入射該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡以進行掃描以成為掃描光束202,而離開反射鏡(102)之掃描光束
202才再依序入射該第一稜鏡103及第二稜鏡104。
第三種光程方式:當該雷射光源101設在第三位置時,該輸入光束201b先依序經過該第二稜鏡104及該第一稜鏡103而再饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102如第7圖所示,其中該輸入光束201b是沿著第二(慢軸)掃描方向先依序入射該第二稜鏡104及該第一稜鏡103,離開該第一稜鏡103之後再入射該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡以進行掃描以成為掃描光束202,而離開反射鏡(102)之掃描光束202才再依序入射該第一稜鏡103及第二稜鏡104。
在本發明雷射投射裝置之實施例中如第2、6圖所示,該第一稜鏡103與該第二稜鏡104之間的角度關係滿足下列條件:該第一稜鏡103之出射面103b與入射面103a之間所形成夾角θ p1之擴張方向是與該第二稜鏡104之出射面104b與入射面104a之間所形成夾角θ p2之擴張方向形成上下相反狀態;且該第一稜鏡103之出射面103b與入射面103a以及該第二稜鏡104之出射面104b與入射面104a之間是以非平行角度置放。
此外,為方便說明本發明之技術特徵(或構成要件),在此先定義本發明之相關參數如下:請參考第4、5圖所示,其分別係本發明雷射投射裝置一實施例(第2圖所示實施例)之設計考量相關參數之側面示意圖及局部側面示意圖。其中,該輸入光束201是饋送至該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡,該輸入光束201與振鏡法線(surface normal)301之夾角為θ in
如第5圖所示,其中該振鏡即是指該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102之反射鏡;該振鏡法線301與成像面法線302之夾角為θ mems;該第一稜鏡103之入射面103a與出射面103b之夾角為θ p1;該第二稜鏡104之入射面104a與出射面104b之夾角為θ p2;θ s1:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在第一掃描方向之偏轉角;θ s2:為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在第二掃描方向之偏轉角。
此外,θ sh、θ sc、θ sl之值的正負定義為:成像面法線302逆時針旋轉至光線為正,順時針旋轉則為負,取旋轉角度小者決定順時針或逆時針旋轉。
此外,參考第8圖,本發明所稱梯形畸變(Trapezoidal distortion)之定義為:((wt-wb)/w0)×100(%)。視訊畸變(TV distortion)之定義包含:上邊(top side)畸變為(h1/h0)×100(%),底邊(bottom side)畸變為(h2/h0)×100(%),左邊(left side)畸變為(w1/w0)×100(%),右邊(right side)畸變為(w2/w0)×100(%);其中,wt為投影畫面上方實際水平寬度,wb為投影畫面下方實際水平寬度,w0為投影畫面中央實際水平寬度,h1為投影畫面上方垂直失真量,h2為投影畫面下方垂直失真量,w1為投影畫面左方水平失真量,w2為投影畫面右方水平失真量,h0:為投影畫面中央實際垂直長度。
本發明之技術特徵在於:本發明之雷射投射裝置滿足下列條件式(1)及(2):0.1<θ mems/θ in<0.4…(1);
θ sh>θ sc>θ sl>0°或θ sh<θ sc<θ sl<0°…(2)其中,θ mems為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在初始狀態下該振鏡法線與該成像面法線在第二掃描方向(Y-慢軸)上形成的角度;θ in為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)在初始狀態下來自雷射光源之輸入光束入射到該振鏡時,輸入光束與振鏡法線所形成之入射角;θ sh為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面之法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較大者;θ sc為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102在初始狀態下(偏轉角θ s2=0)該掃描光束與該成像面之法線在第二掃描方向上所形成之夾角;θ sl為該偏折元件(微機電二維掃描振鏡)102在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面之法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較小者。
本發明之第1實施例為:梯形畸變(Trapezoidal distortion)<2.0%;視訊畸變(TV distortion)<2%;θ mems/θ in:0.13~0.25;θ p1:29°~33°;θ p2:12°~16°;θ s1<14.2°;θ s2<8.1°;θ sh>θ sc>θ sl>0°或θ sh<θ sc<θ sl<0°;由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
本發明之第1實施例進一步包含:θ mems/θ in=0.1889;θ p1=30.910°;θ p2=13.702°;θ s1=14.000°;θ s2=8.051°;θ sh>θ sc>θ sl>1.0°;梯形畸變(Trapezoidal distortion)=1.069%;上邊畸變(top side TV distortion)=1.751%;底邊畸變(bottom side TV distortion)=1.223%;
左邊畸變(left side TV distortion)=0.774%;右邊畸變(right side TV distortion)=0.774%。由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
上述第1實施例之元件配置表與光追跡表如後附之表一及表二所示。
本發明之第2實施例為:Trapezoidal distortion<1.5%;TV distortion<1.5%;0.25<θ mems/θ in<0.38;27°<θ p1<30°;12°<θ p2<16°;θ s1<14.2°;θ s2<8.7°;θ sh>θ sc>θ sl>1.0°;由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
本發明之第2實施例更包含:θ mems/θ in=0.3159;θ p1=28.490°;θ p2=14.017°;θ s1=14°;θ s2=8.65°;θ sh>θ sc>θ sl>1.0°;Trapezoidal distortion=1.045%;top side TV distortion=1.003%;bottom side TV distortion=1.198%;left side TV distortion=0.721%;right side TV distortion=0.721%;由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
上述第2實施例之元件配置表與光追跡表如後附之表三及表四所示。
本發明之第3實施例為:Trapezoidal distortion<1.5%;TV distortion<1.2%;0.22<θ mems/θ in<0.38;24°<θ p1<28°;15°<θ p2<19°;θ s1<10.6°;θ s2<6.4°;θ sh>θ sc>θ sl>0.5°;由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬
之功效。
本發明之第3實施例進一步包含:θ mems/θ in=0.2995;θ p1=26.132°;θ p2=17.387°;θ s1=10.5°;θ s2=6.317°;θ sh>θ sc>θ sl>0.5°;Trapezoidal distortion=1.139%;top side TV distortion=0.996%;bottom side TV distortion=1.024%;left side TV distortion=0.594%;right side TV distortion=0.594%;由上可知,本發明確實能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效。
上述第3實施例之元件配置表與光追跡表如後附之表五及表六所示。
本發明與先前技術比較,本發明至少具有下列優點:
其一,本發明之元件製作較簡易,成本相對較低:因第一稜鏡及第二稜鏡皆為平面加工,且二稜鏡之光學面只包含一入射面及一出射面,因此製作上較簡易,成本也相對較低。
其二,本發明之組裝精密要求較低:因二稜鏡之光學面皆為平面,因此元件之間相對位移公差之容忍度相對較大,故組裝精密度之要求相對較低,有利於本發明雷射投射裝置產品之品管及量產化。
其三,本發明之雷射投射裝置能同時達成影像畸變調變及影像挪抬之功效,有利於提昇本發明雷射投射裝置之市場接受度及競爭性。
以上所述僅為本發明的優選實施例,對本發明而言僅是說明性的,而非限制性的;本領域普通技術人員理解,在本
發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變,修改,甚至等效變更,但都將落入本發明的保護範圍內。
102‧‧‧偏折元件(微機電二維掃描振鏡)
103‧‧‧第一稜鏡
103a‧‧‧入射面
103b‧‧‧出射面
104‧‧‧第二稜鏡
104a‧‧‧入射面
104b‧‧‧出射面
105‧‧‧成像面
201‧‧‧輸入光束
202‧‧‧掃描光束
203‧‧‧掃描光束
204‧‧‧掃描光束
301‧‧‧振鏡法線
302‧‧‧成像面法線
θ sh‧‧‧為該微機電二維掃描振鏡在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較大者
θ sc‧‧‧為該微機電二維掃描振鏡在初始狀態下(偏轉角θ s2=0)該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角
θ sl‧‧‧為該微機電二維掃描振鏡在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較小者
Claims (10)
- 一種雷射投射裝置,包含:一雷射光源,該雷射光源能夠產生作為用於掃描之輸入光束以饋送至一偏折元件之反射鏡以被掃描形成掃描光束;一偏折元件,該偏折元件能夠使來自雷射光源之輸入光束朝向相互正交之第一掃描方向及第二掃描方向偏轉,其中該第一掃描方向之掃描速度比第二掃描方向之掃描速度快;一第一稜鏡,該第一稜鏡具有一入射面及一出射面,該第一稜鏡能夠使來自該偏折元件之掃描光束由該入射面入射並穿過該第一稜鏡而再由該出射面出射,其中該第一稜鏡之出射面相對於該入射面以非平行角度置放;一第二稜鏡,該第二稜鏡具有一入射面及一出射面,該第二稜鏡能夠使由該第一稜鏡之出射面所出射之掃描光束由該第二稜鏡之入射面入射並穿過該第二稜鏡而再由該第二稜鏡之出射面出射,並且由該第二稜鏡之出射面所出射之掃描光束能夠對成像面二維地進行掃描以在該成像面上形成圖像畫面,其中該第二稜鏡之出射面相對於該第二稜鏡之入射面以非平行角度置放;其中,該第一稜鏡之出射面與入射面之間所形成夾角之擴張方向是與該第二稜鏡之出射面與入射面之間所形成夾角之擴張方向形成上下相反狀態,且該第一稜鏡之出射面與入射面以及該第二稜鏡之出射面與入射面之間是以非平行角度置放; 其中,該雷射投射裝置滿足下列條件式:θ sh>θ sc>θ sl>0°或θ sh<θ sc<θ sl<0°;其中,θ sh為該偏折元件在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較大者;θ sc為該偏折元件在初始狀態下(偏轉角θ s2=0)該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角;θ sl為該偏折元件在第二掃描方向之偏轉角θ s2最大狀態下該掃描光束與該成像面法線在第二掃描方向上所形成之夾角絕對值較小者。
- 如請求項1所述之雷射投射裝置,其中該偏折元件為一微機電二維掃描振鏡。
- 如請求項1所述之雷射投射裝置,其中該輸入光束由雷射光源饋送至該偏折元件之反射鏡之間的光程方式係利用:由雷射光源直接饋送至該偏折元件、由雷射光源先經過該第一稜鏡再饋送至該偏折元件、由雷射光源依序先經過該第二稜鏡及該第一稜鏡再饋送至該偏折元件之族群中一種光程方式以由該偏折元件掃描形成掃描光束。
- 如請求項1所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:θ mems/θ in:0.1~0.4; θ p1:20°~37°;θ p2:7°~24°;θ s1<16°;θ s2<9°;及θ sh>θ sc>θ sl>0°或θ sh<θ sc<θ sl<0°;其中,θ mems為該偏折元件在初始狀態下該反射鏡之振鏡法線與該成像面之法線在第二掃描方向上形成之角度;θ in為該偏折元件在初始狀態下來自雷射光源之輸入光束入射到該振鏡時之入射角度;θ p1為該第一稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ p2為該第二稜鏡之出射面與入射面之間所形成之夾角角度;θ s1為該偏折元件在第一掃描方向之偏轉角;θ s2為該偏折元件在第二掃描方向之偏轉角。
- 如請求項4所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:0.13<θ mems/θ in<0.25;29°<θ p1<33°;12°<θ p2<16°;θ s1<14.2°;θ s2<8.1°;θ sh>θ sc>θ sl>1.0°。
- 如請求項5所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:梯形畸變(Trapezoidal distortion)<2.0%;及視訊畸變(TV distortion)<2.0%;其中,梯形畸變(Trapezoidal distortion)之定義為:((wt-wb)/w0)×100(%);視訊畸變(TV distortion)之定義為:上邊畸變(top side distortion)為(h1/h0)×100(%),底邊畸變(bottom side distortion)為(h2/h0)×100(%),左邊畸變(left side distortion)為(w1/w0)×100(%),右邊畸變(right side distortion)為(w2/w0)×100(%);其中,wt為投影畫面上方實際水平寬度,wb為投影畫面下方實際水平寬度,w0為投影畫面中央實際水平寬度,h1為投影畫面上方垂直失真量,h2為投影畫面下方垂直失真量,w1為投影畫面左方水平失真量,w2為投影畫面右方水平失真量,h0:為投影畫面中央實際垂直長度。
- 如請求項4所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:0.25<θ mems/θ in<0.38;27°<θ p1<30°;12°<θ p2<16°;θ s1<14.2°;θ s2<8.7°; θ sh>θ sc>θ sl>1.0°。
- 如請求項7所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:梯形畸變(Trapezoidal distortion)<1.5%;及視訊畸變(TV distortion)<1.5%。
- 如請求項4所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:0.22<θ mems/θ in<0.38;24°<θ p1<28°;15°<θ p2<19°;θ s1<10.6°;θ s2<6.4°;θ sh>θ sc>θ sl>0.5°。
- 如請求項9所述之雷射投射裝置,其中該雷射投射裝置更滿足下列條件式:梯形畸變(Trapezoidal distortion)<1.5%;及視訊畸變(TV distortion)<1.2%。
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