CN104656362A

CN104656362A - 投影机

Info

Publication number: CN104656362A
Application number: CN201510073843.9A
Authority: CN
Inventors: 简志雄
Original assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Current assignee: Qisda Optronics Suzhou Co Ltd; Qisda Corp
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: CN104656362B

Abstract

本发明提供一种投影机包含光源、数字微镜装置、镜头、第一棱柱以及第二棱柱。光源用以发出入射光。数字微镜装置于相互垂直的第一方向及第二方向分别具有第一边及第二边，数字微镜装置接收并反射入射光为成像光。镜头用以接收并投射成像光。第一棱柱设置于光源及数字微镜装置间，用以接收并传递光。第一棱柱包含邻近光源且接收该入射光的第一面、邻接第一面且反射入射光至数字微镜装置的第二面、平行数字微镜装置的第三面。第二棱柱设置于第一棱柱及镜头间，用来接收并传递成像光。第二棱柱包含平行第二面的第四面，以及邻接第四面且与镜头相对的第五面。

Description

投影机

技术领域

本发明描述一种投影机，尤指一种具有二轴翻转式的数字微镜装置的投影机。

背景技术

投影机利用成像原理并藉由数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device)，可将微小影像投影到上巨幅荧幕上，并提供足够的亮度，将影像资讯分享给众人。

图1为传统投影机50的元件架构图，如图1所示，传统投影机50包含了数字微镜装置10，全反射(Total Internal Reflection，TIR)棱镜组11，反射镜12，透镜模组13，以及光导管(Light Pipe)14。为了定义视角方向，图1的右边显示了直角坐标系的3个轴向。以图1而言，X轴为由原点向右的方向，Y轴为由原点向下的方向，Z轴为指入的方向。在传统投影机50中，光线经由光导管14穿过透镜模组13，再经由反射镜12反射至全反射棱镜组11，最后经由数字微镜装置10将成像光传至镜头而投射至荧幕上。然而，传统投影机50的数字微镜装置10因为物理特性的限制，只能接受入射光以斜射入射。因此，全反射棱镜组11相对数字微镜装置10倾斜一角度设置(例如45度)，这将导致传统投影机50的体积受到限制，在追求微小化投影机的今日，传统投影机50过大的体积将导致便利性不足而逐渐失去竞争力。

因此，发展一种体积较小的投影机是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影机，其具有较小的体积。

为达到上述目的，本发明提出一种投影机，包含光源、数字微镜装置、镜头、第一棱柱及第二棱柱。光源用以发出入射光。数字微镜装置于相互垂直的第一方向及第二方向分别具有第一边及第二边，第一边长于第二边，数字微镜装置接收并反射入射光为成像光，成像光沿第三方向行进，且第三方向垂直第一方向。镜头是用来接收并投射成像光，第一棱柱是设置于光源及数字微镜装置间，用来接收并传递光线。第一棱柱包含第一面、第二面及第三面。第一面是邻近于光源且用来接收入射光，第二面是邻接于第一面且用来反射入射光至数字微镜装置，第三面是平行于数字微镜装置且具有邻接边邻接于第一面，而邻接边亦平行于第一边。第二棱柱是设置于第一棱柱及镜头间，用来接收并传递成像光。第二棱柱包含第四面及第五面，第四面是平行于第二面，第五面是邻接于第四面，且与镜头相对。

较佳的，该数字微镜装置为二轴翻转式的数字微镜装置。

较佳的，该第五面平行该第三面。

较佳的，还包含：

第一夹角，位于该第一面及该第二面间；

第二夹角，位于该第二面及该第三面间；及

第三夹角，位于该第三面及该第一面间；

其中，该第三夹角大于该第一夹角及该第二夹角。

较佳的，该入射光入射该第一面的方向垂直于该第一面。

较佳的，该第三方向垂直于该第五面。

较佳的，该第二面及该第四面之间具有间隙。

较佳的，该数字微镜装置与该第三面之间具有间隙。

较佳的，还包含透镜模组，设于该光源及该第一面间。

较佳的，该透镜模组的有效焦距在80mm～82mm之间。

较佳的，还包含：光导管，设于该光源及该透镜模组间，用以接收并传递该入射光。该光导管为楔形光导管。较佳的，该光导管、该透镜模组、该第一棱柱、该第二棱柱、该数字微镜装置组成光机***，该光机***的放大倍率为1.65～1.85之间。

与现有技术相对比，本发明一种投影机，其设计观念为利用二轴翻转式的数字微镜装置，使全反射棱镜组与数字微镜装置不会有多余的夹角。因此，相较于传统的投影机，本发明的投影机其体积较小，且元件的空间配置性可以获得进一步的优化，故更具使用上的便利性。

附图说明

图1为传统投影机的元件架构图。

图2为本发明实施例的投影机的元件架构图。

图3为图2实施例的投影机内两个棱柱结构的示意图。

图4为图2实施例的投影机的侧视图。

图5为本发明另一实施例的投影机的光路模拟图。

具体实施方式

图2为本发明实施例的投影机100的元件架构图。如图2所示，投影机100包含了数字微镜装置(Digital Micro-mirror Device)20、透镜模组21、光导管(LightPipe)22、光源23、镜头24、第一棱柱S1以及第二棱柱S2。光源23用来发射入射光A。数字微镜装置20为矩形的平面装置，具有复数个微镜以用来反射入射光A为成像光B，而数字微镜装置20具有相互垂直的长边C与短边D(于图4中所示)。在本实施例中，数字微镜装置20为二轴翻转式的晶片组(TRP(Tilt&Roll Pixel)Pico^TM chipset)，其微镜可翻转于ON、OFF两状态。当微镜为OFF状态时，各微镜沿二轴各翻转17度以将入射光A以约34～36度的角度反射为成像光B。镜头24用来接收成像光B。第一棱柱S1以及第二棱柱S2设置于透镜模组21、数字微镜装置20与镜头24之间，用以接收由透镜模组21传来的入射光A、将其反射至数字微镜装置20，并传递成像光B至镜头24上。在投影机100中，光源23发射入射光A后，入射光A经由光导管22穿透透镜模组21、沿光路L1传至第一棱柱S1，并在第一棱柱S1内沿光路L2全反射至数字微镜装置20；数字微镜装置20反射入射光A为成像光B，成像光B沿光路L3回第一棱柱S1内，成像光B随后依序穿透第一棱柱S1及第二棱柱S2，并沿光路L4进入镜头24，详细的光线传输情况将于后文详述。为了定义视角方向，图2的右上角显示了直角坐标系的3个轴向。以图2而言，X轴为指出方向，Y轴为由原点向上的方向，Z轴为原点向左的方向。在本实施例中，第一棱柱S1与第一棱柱S2之间存在间隙，第一棱柱S1与数字微镜装置20之间存在间隙，但本发明不限于此，其它实施例中，第一棱柱S1与第一棱柱S2之间，第一棱柱S1与数字微镜装置20之间可为紧密贴合。以下将详细说明投影机100中的第一棱柱S1与第一棱柱S2的结构，以及光线如何在两个棱柱间反射的详细过程。

图3为图2实施例的投影机100内第一棱柱S1及第二棱柱S2结构的示意图。在本实施例中，第一棱柱S1为三角棱柱，具有五个平面，包含第一三角型平面TP1、第二三角型平面TP2、第一面P1、第二面P2及第三面P3。而第一面P1与第二面P2相夹一个第一夹角A1，第二面P2与第三面P3相夹一个第二夹角A2、第三面P3与第一面P1相夹一个第三夹角A3。在本实施例中，第三夹角A3会大于第一夹角A1及第二夹角A2。举例来说，第一夹角A1为52.31度，第二夹角A2为29.50度，第三夹角A3为98.19度。第二棱柱S2亦为三角棱柱，具有五个平面，包含第三三角型平面TP3、第四三角型平面TP4、第四面P4、第五面P5及第六面P6。而第四面P4与第五面P5相夹一个第四夹角A4，第四面P4与第六面P6相夹一个第五夹角A5，第五面P5与第六面P6相夹一个第六夹角A6。在本实施例中，第四夹角A4可以相等于第二夹角A2。举例来说，第四夹角A4为29.50度，第五夹角A5为95.50度，第六夹角A6为55.50度。在本实施例中，第一棱柱S1与第二棱柱S2要满足以下的位置条件：第一棱柱S1的第三面P3平行于第二棱柱S2的第五面P5，第一棱柱S1的第二面P2平行于第二棱柱S2的第四面P4；并且，第一棱柱S1的第三面P3必须与图2中的数字微镜装置20平行(于Y轴平行)，且第一棱柱S1的第三面P3与第一面P1的邻接边E必须与数字微镜装置20的长边C平行(于X轴平行)。

以下将依据图2及图3的结构，详述投影机100中入射光A及成像光B传递的过程。在图2中，入射光A自光源23发射后随即被光导管22接收。本实施例所用的光导管可为楔形(Wedge)的光导管22，即光导管22接收入射光A的入光面积大于输出入射光A的出光面积，因此可以有效提升光导管22收光量(coupling efficiency)。入射光A依序穿透光导管22及透镜模组21。透镜模组21的功能为利用聚焦的物理特性集束入射光A，使入射光A能准确地投射在数字微镜装置20。实施例中的透镜模组21为至少一个以上的透镜组成，其等效焦距在80～82mm之间，然而其它实施例亦可以使用其它焦距。入射光A穿过透镜模组21之后垂直入射于第一棱柱S1的第一面P1，亦即入射光A入射的方向平行于第一面P1的法向量(Normal Vector)。入射光A于第一棱柱S1内依光路L1前进，直到被第一棱柱S1的第二面P2反射。这个反射在此为全反射(Total InternalReflection)，因此入射光A经由反射后仍会在相同介质(第一棱柱S1)内传输，而入射光A经由第二面P2被全反射后，沿光路L2前进，最后穿过第一棱柱S1的第三面P3而至数字微镜装置20。在此，数字微镜装置20分别于X轴及Y轴具有长边C及短边D，而第一棱柱S1的第三面P3与第一面P1的邻接边E与数字微镜装置20的长边C平行(于X轴平行)。因此，入射光A沿光路L2入射数字微镜装置20于X-Y平面可视为入射光A朝数字微镜装置20的长边C入射(如图4所示)。在本实施例中，由于数字微镜装置20为二轴翻转式的晶片组(TRP(Tilt&Roll Pixel)Pico^TM chipset)，其微镜沿二轴各翻转17度。因此，入射光A沿光路L2入射数字微镜装置20时，会被约于以34～36度反射为成像光B。成像光B依序沿光路L3前进、穿过第一棱柱S1的第三面P3及第二面P2。在此，光路L3约与第三面P3垂直。成像光B于第一棱柱S1、第二棱柱S2间因空气介质发生折射后，依序沿光路L4前进、穿过第二棱柱S2的第四面P4及第五面P5。在此，由于第二棱柱S2的第五面P5平行于第一棱柱S1的第三面P3，且光路L4平行光路L3，成像光B近乎垂直入射第二棱柱S2的第五面P5，因此成像光B直接穿透第五面P5而不会有任何反射，最后的成像光B就会被镜头24所接收。

在投影机100中，数字微镜装置20的大小对比于光导管22的大小约为1.65～1.85倍，等效于放大倍率约为1.65～1.85倍。而用于接收成像光B的镜头24，其光圈大小为F1.7的光圈。然而，本发明所用的放大倍率和光圈大小却不以此为限，在其它实施例中可以使用任何放大倍率，以及任何光圈值(例如更大的F1.5光圈)来实现投影机100。

图4为图2实施例的投影机100的侧视图。如图4所示，投影机100的侧视图外观包含全反射(Total Internal Reflection，TIR)棱镜组25、数字微镜装置20、透镜模组21以及光导管22。为了定义视角方向，图4的右上角显示了直角坐标系的3个轴向。以图4而言，X轴为由原点向左的方向，Y轴为由原点向上的方向，Z轴为由指入方向。而全反射棱镜组25包含了图3所述的第一棱柱S1及第二棱柱S2的架构。本发明数字微镜装置20使用二轴翻转式的晶片组(TRP(Tilt&Roll Pixel)Pico^TM chipset)，第一棱柱S1的第三面P3与第一面P1的邻接边E平行于数字微镜装置20的长边C(如图3及图4所示)，并且入射光A由光路L2朝数字微镜装置20的长边C入射。因此，不同于图1中传统的投影机50中，全反射棱镜组11相对数字微镜装置10倾斜角度设置。本发明的投影机100于图4中，全反射棱镜组25与数字微镜装置20不会有多余的夹角。而以Z轴向的视角而言，入射光A及成像光B几乎以直线方向经由光导管22，透镜模组21、全反射棱镜组25传递至数字微镜装置20(入射光A及成像光B于图2中，分别在Y-Z平面于第一棱柱S1及数字微镜装置20发生反射，因此若以Z轴向的视角观之，其为直线前进)。在图4中，因为全反射棱镜组25与数字微镜装置20不会有多余的夹角，因此投影机100的体积与传统的投影机50相比，其空间配置性获得优化。

图5为本发明另一实施例的投影机200的入射光A光路模拟图。如图5所示，投影机200的侧视图外观包含全反射棱镜组25、数字微镜装置20、透镜模组21、光导管22以及反射镜26。投影机200与投影机100相似，其差别仅在于利用了反射镜26，将穿过透镜模组的入射光A反射至全反射棱镜组25中，以进一步的缩小投影机200体积。为了定义视角方向，图5的左上角显示了直角坐标系的3个轴向。在图5中，X轴为指出方向，Y轴为由原点向上的方向，Z轴为原点向左的方向。光导管22将入射光A传至透镜模组21中，而透镜模组21将入射光A聚焦后，经由如图5所述的反射光路，将入射光A反射至数字微镜装置20的像素范围内。而在入射光A反射的过程中，有可能有漏光的情况发生，然而这种漏光的能量与整体入射光A的能量相比是可忽略的。

综上所述，本发明揭露一种投影机，其设计观念为利用二轴翻转式的数字微镜装置，使全反射棱镜组与数字微镜装置不会有多余的夹角。因此，相较于传统的投影机，本发明的投影机其体积较小，且元件的空间配置性可以获得进一步的优化，故更具使用上的便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种投影机，其特征在于，包含：

光源，发出入射光；

数字微镜装置，于相互垂直的第一方向及第二方向分别具有第一边及第二边，该第一边长于该第二边，该数字微镜装置接收并反射该入射光为成像光，该成像光沿第三方向行进，该第三方向垂直该第一方向；

镜头，接收并投射该成像光；及

第一棱柱，设置于该光源及该数字微镜装置间，接收并传递该等光，其中该等光包含该反射光及该成像光，该第一棱柱包含：

第一面，邻近该光源且接收该入射光；

第二面，邻接该第一面且反射该入射光至该数字微镜装置；及

第三面，平行该数字微镜装置且具有邻接边邻接该第一面，该邻接边平行该第一边；及

第二棱柱，设置于该第一棱柱及该镜头间，接收并传递该成像光，包含：

第四面，平行该第二面；及

第五面，邻接该第四面且与该镜头相对。

2.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该数字微镜装置为二轴翻转式的数字微镜装置。

3.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第五面平行该第三面。

4.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，还包含：

第一夹角，位于该第一面及该第二面间；

第二夹角，位于该第二面及该第三面间；及

第三夹角，位于该第三面及该第一面间；

其中，该第三夹角大于该第一夹角及该第二夹角。

5.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该入射光入射该第一面的方向垂直于该第一面。

6.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第三方向垂直于该第五面。

7.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该第二面及该第四面之间具有间隙。

8.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，该数字微镜装置与该第三面之间具有间隙。

9.如权利要求1所述的投影机，其特征在于，还包含：

透镜模组，设于该光源及该第一面间。

10.如权利要求9所述的投影机，其特征在于，该透镜模组的有效焦距在80mm～82mm之间。

11.如权利要求10所述的投影机，其特征在于，还包含：

光导管，设于该光源及该透镜模组间，用以接收并传递该入射光。

12.如权利要求11所述的***，其特征在于，该光导管为楔形光导管。

13.如权利要求11所述的投影机，其特征在于，该光导管、该透镜模组、该第一棱柱、该第二棱柱、该数字微镜装置组成光机***，该光机***的放大倍率为1.65～1.85之间。