TWI391772B - 影像顯示裝置 - Google Patents

Description

影像顯示裝置

本發明係關於一種影像顯示裝置，特別是關於一種內部具有投影單元的影像顯示裝置。

薄型電視(slim television)產品大致可分為內投影、電漿及液晶電視，其中內投影電視係利用其內部之一投影單元產生畫面。一般而言，內投影電視所採用的投影單元包括燈泡、集光鏡片、數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)以及投影鏡頭。投影單元的成像過程係利用集光鏡片將燈泡發出的光束集中之後，投射至數位微鏡元件。光束被數位微鏡元件上的許多小反射鏡反射而形成影像光束，影像光束通過投影鏡頭射出投影單元之外。

請參照圖1A及圖1B，係為一習知的內投影電視100之內部架構的正視示意圖及側視示意圖。內投影電視100包括一投影單元110、一折疊式反射鏡(folding mirror)120、一曲面反射鏡(curve mirror)130、一平面鏡140及一螢幕(screen)150。投影單元110將影像光束投射至折疊式反射鏡120，影像光束被折疊式反射鏡120反射而傳遞至曲面反射鏡130，再由曲面反射鏡130將影像光束反射至位於內投影電視100後側的平面鏡140，平面鏡140將影像光束反射至位於內投影電視前側的螢幕150而形成畫面，以供觀眾觀賞。

請同時參照圖2，係為內投影電視100的投影單元110、折疊式反射鏡120、曲面反射鏡130及螢幕150的立體配置示意圖。在圖2中，螢幕150位於曲面反射鏡130後方。平面鏡140(未顯示於圖2中)相對於螢幕150，設置在投影單元110、折疊式反射鏡120及曲面反射鏡130的前方。換言之，投影單元110、折疊式反射鏡120及曲面反射鏡130三者皆位於平面鏡140與螢幕150之間的空間中。

由於習知技術的投影單元110設置在平面鏡140與螢幕150之間的空間中，因此在選擇投影單元110的機型時，需考慮其投影鏡頭的投射比(throw ratio)，亦即投射距離與畫面寬度的比例。投射比越大的投影單元需要越長的投射距離才能投射出適當的畫面尺寸。在這情況下，必須增加平面鏡140與螢幕150之間的空間大小，例如，增加平面鏡140的高度與螢幕150的高度，或增加平面鏡140與螢幕150之間的間距，才能加長投射距離，使得畫面尺寸足夠大。若是平面鏡140與螢幕150的間距或高度維持不變，則畫面尺寸可能會不足。在顯示裝置被要求薄型化與大面積的趨勢中，無論是加長投射距離或是畫面尺寸不足都是難以接受的。

另一方面，在習知的內投影電視100架構下，若製造者想選用其它投影單元，則需對應地變更投影單元110、折疊式反射鏡120、曲面反射鏡130、平面鏡140及螢幕150等元件之間的光程，換言之，需要調整平面鏡140與螢幕150之設置高度或間距。因此，投影單元110若設置在平面鏡140與螢幕150之間，對於所能選用的投影單元110之機型會有所限制，使機型的選擇不具靈活性，對於決定各元件的設置位置也會增加困難度。

本發明在於提供一種具有投影單元的影像顯示裝置，其投影單元的設置位置有較大的彈性，且能維持影像的品質。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例為一種影像顯示裝置，包括一顯示幕、一反射鏡、一調適光學機構及一投影單元。顯示幕具有一入光表面，反射鏡具有一反射面。反射鏡的反射面係面向顯示幕之入光表面，並與入光表面相隔一空間，此空間之邊界係藉由反射面之邊緣及入光表面之邊緣來界定。調適光學機構設置於上述空間之邊界，並且具有一出光側及一入光側。出光側係朝向反射鏡之反射面。投影單元朝向調適光學機構之入光側，並且位於上述空間之外。投影單元產生一投射光，投射光通過調適光學機構，調適光學機構調整投射光的畫面尺寸，並且將投射光投射至反射鏡之反射面，投射光被反射面反射至顯示幕之入光表面，且穿透顯示幕。

反射鏡可以是一平面反射鏡、一曲面反射鏡或是一折疊式反射鏡。調適光學機構可以包含兩凸透鏡，或一折疊式反射鏡及一曲面反射鏡，或一導光元件及一折疊式反射鏡。在一實施例中，上述導光元件具有一入光面及一出光面，導光元件之入光面係面向投影單元，並且與出光面大致垂直。

在一實施例中，反射鏡之反射面係與一基準面形成一第一夾角，顯示幕之入光表面係與基準面形成一第二夾角，其中第二夾角之角度等於第一夾角之角度的兩倍。基準面可為地面。

在一實施例中，顯示幕、反射鏡及調適光學機構係為一體成型。

在以上實施例中，顯示幕可以是一夫涅爾透鏡。投影單元、反射鏡及調適光學機構係組合而成一光學系統，光學系統之一有效焦距之範圍係為2.54毫米至127毫米。

因為投影單元設置於顯示幕及反射鏡所界定的空間外部，所以投影單元的位置不受到該空間的限制，在選擇投影單元的機型上限制較小，而且投影單元的設置位置有較大的彈性，連帶地，顯示幕、反射鏡及調適光學機構的設置位置也較不會被投影單元的投射比所限制。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，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並非用來限制本發明。

請參照圖3，影像顯示裝置200包括一顯示幕220、一反射鏡240、一調適光學機構(adaptive optics)260及一投影單元280。本實施例中，顯示幕220、反射鏡240及調適光學機構260大致圍成一空間210。投影單元280係位於空間210之外部。

顯示幕220具有一入光表面222及一出光表面224。反射鏡240具有一反射面242，反射面242係面向顯示幕220之入光表面222，兩者被空間210隔開。此空間210之邊界係藉由反射面242之邊緣及入光表面222之邊緣來界定。

調適光學機構260設置於空間210之邊界處，並且具有一出光側262及一入光側264，出光側262係朝向反射鏡240之反射面242，入光側264係面對投影單元280之投影鏡頭(未標號)。換言之，投影單元280朝向調適光學機構260之入光側264，並且位於空間210之外。

投影單元280產生一投射光，投射光由調適光學機構260之入光側264進入。調適光學機構260用以放大或縮小投射光所形成的畫面尺寸。經過調適光學機構260調整後的投射光再由出光側262投射至反射鏡240的反射面242。接著，投射光被反射面242反射至顯示幕220。投射光由入光表面220進入顯示幕220，並穿過顯示幕220，且在出光表面224上形成畫面，以供位於出光表面224之外側的觀眾觀看。

一般而言，若影像顯示裝置200愈薄且面積愈大，則代表其在較小的投射距離下，投射出較大的畫面。但投影單元280有其固有的投射比，根據先前技術中對投射比的定義，投射比等於投射距離/畫面寬度。本實施例在不增加投射距離的情況下，以調適光學機構260調整投射光的方向，而增加畫面尺寸，達到調整投射比的目的。

在本實施例中，反射鏡240係為一平面反射鏡，用以轉折光路。在另一實施例中，由於反射鏡240與光路並非垂直，所以可能會產生梯形失真(keystone)，可藉由將顯示幕220調整到適當的角度來修正梯形失真。

請參照圖4，在一實施例的影像顯示裝置300中，反射鏡340係為一平面反射鏡。調適光學機構360包含兩凸透鏡361,363。反射鏡340之反射面342係與一基準面N，例如地面，形成一第一夾角θ1，顯示幕320之入光表面322係與基準面N形成一第二夾角θ2。於另一實施例中，第二夾角θ2之角度等於第一夾角θ1之角度的兩倍，藉此可避免產生投影單元380本身的失真以外的像差或失真。

請參照圖5，在一實施例的影像顯示裝置400中，反射鏡440是一曲面反射鏡，可用以放大影像而縮短反射鏡440與顯示幕320之間的距離。調整曲面反射鏡440的傾斜角度可用以矯正失真。本實施例的其他元件同圖4所示，在此不再贅述。

請參照圖6，在一實施例的影像顯示裝置500中，調適光學機構560包含一折疊式反射鏡561及一曲面反射鏡563，折疊式反射鏡561的反射面可視為調適光學機構560的入光側，曲面反射鏡563的反射面可視為調適光學機構560的出光側。反射鏡440仍採用一曲面反射鏡。投影單元580將投射光投射至折疊式反射鏡561，投射光被折疊式反射鏡561反射而傳遞至曲面反射鏡563，再由曲面反射鏡563將投射光反射至曲面反射鏡440。曲面反射鏡440將投射光反射至顯示幕320而形成畫面。

請參照圖7A及圖7B，分別為一實施例的影像顯示裝置600的側視示意圖及後視示意圖。在本實施例中，影像顯示裝置600係使用側向入射方式投影出畫面。投影單元680位於一導光元件661的左側或右側，導光元件661具有一入光面661a及一出光面661b，導光元件661之入光面661a係面向投影單元680，並且與出光面661b大致垂直。導光元件661及一折疊式反射鏡663組合成一調適光學機構660，導光元件661的入光面661a可視為調適光學機構660的入光側，而折疊式反射鏡663的反射面可視為調適光學機構660的出光側。本實例中，用以界定空間610的反射鏡640亦為一折疊式反射鏡。

請參照圖8，在一實施例中，使用平面反射鏡240的影像顯示裝置700具有結構簡單的優點，容易將顯示幕220、反射鏡240及調適光學機構260以一體成形的方式製作，而不會增加製程的複雜度。本實施例係使用平面反射鏡240，其適合與不同型式的投影單元搭配使用。且因反射鏡240是平面的，故將顯示幕220與反射鏡240調整到適當的位置，就可避免失真現象。

一般而言，觀眾會以正視的方式觀看顯示幕220,320上的影像，如果不在顯示幕220,320上做特殊的處理，則投射到顯示幕220,320上的光在其各個視角位置的能量機乎是相同的，如此一來，光束不會集中在大部分觀眾的觀看位置上，而導致部分光束沒有作用。所以在以上所有的實施例中，顯示幕220,320可以採用夫涅爾透鏡(Fresnel lens)920，其結構如圖9所示，可將光的能量重新分佈，使得越接近顯示幕220,320正向的角度的畫面亮度越高，越能看清楚顯示的畫面。

以上各實施例中，投影單元、反射鏡及調適光學機構可視為一光學系統，光學系統之一有效焦距(effective focal length,EFFL)之範圍係為2.54毫米(millimeter,mm)至127毫米。顯示幕及反射鏡大致構成一框架結構，投影單元與框架結構是分開的，因此畫面尺寸、投射距離便於調整，具靈活性。

本發明之實施例使用的調適光學機構具有放大影像的功能，使得投射比較大的投影單元也能投射出適合大顯示幕的畫面。投影單元設置於空間外部，則畫面尺寸可以藉由調整投影單元的投射距離來改變，因此只要將顯示幕與反射鏡保持在適當的相對位置，則不論投影單元的投射比是多少，在使用上皆不受限制，因此，本發明之實施例適用於手機投影配件、數位相框、車上娛樂系統、飛機上娛樂系統、儀表板、小型看板或抬頭顯示器等商品中。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。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。

100．．．習知的內投影電視

110．．．投影單元

120．．．折疊式反射鏡

130．．．曲面反射鏡

140．．．平面鏡

150．．．螢幕

200．．．影像顯示裝置

210．．．空間

220．．．顯示幕

222．．．入光表面

224．．．出光表面

240．．．反射鏡

242．．．反射面

260．．．調適光學機構

262．．．出光側

264．．．入光側

280．．．投影單元

300．．．影像顯示裝置

320．．．顯示幕

322．．．入光表面

340．．．反射鏡

342．．．反射面

360．．．調適光學機構

361,363．．．凸透鏡

380．．．投影單元

N．．．基準面

400．．．影像顯示裝置

440．．．反射鏡

500．．．影像顯示裝置

560．．．調適光學機構

561．．．折疊式反射鏡

563．．．曲面反射鏡

580．．．投影單元

600．．．影像顯示裝置

610．．．空間

640．．．折疊式反射鏡

660．．．調適光學機構

661．．．導光元件

661a．．．入光面

661b．．．出光面

663．．．折疊式反射鏡

680．．．投影單元

700．．．影像顯示裝置

720．．．畫面

920．．．夫涅爾透鏡

圖1A及1B為習知的內投影電視之內部架構的正視及側視示意圖。

圖2為習知的內投影電視之內部元件的立體配置示意圖。

圖3為本發明之第一實施例的影像顯示裝置示意圖。

圖4為本發明之第二實施例的影像顯示裝置示意圖。

圖5為本發明之第三實施例的影像顯示裝置示意圖。

圖6為本發明之第四實施例的影像顯示裝置示意圖。

圖7A及7B為本發明之第五實施例的影像顯示裝置之側視及後視示意圖。

圖8為本發明之實施例的影像顯示裝置之立體示意圖。

圖9為本發明之實施例之影像顯示裝置的顯示幕的示意圖。

200．．．影像顯示裝置

210．．．空間

220．．．顯示幕

222．．．入光表面

224．．．出光表面

240．．．反射鏡

242．．．反射面

260．．．調適光學機構

262．．．出光側

264．．．入光側

280．．．投影單元

Claims (11)

1. 一種影像顯示裝置，包括：一顯示幕，具有一入光表面，且該顯示幕非垂直於地面；一反射鏡，具有一反射面，該反射面係面向該顯示幕之該入光表面，並與該入光表面相隔一空間，該空間之邊界係藉由該反射面之邊緣及該入光表面之邊緣來界定，其中該反射面係與一基準面形成一第一夾角，且該顯示幕之該入光表面係與該基準面形成一第二夾角，其中該第二夾角之角度略為該第一夾角之角度的兩倍；一調適光學機構，設置於該空間之該邊界，並且具有一出光側及一入光側，該出光側係朝向該反射鏡之該反射面；以及一投影單元，朝向該調適光學機構之該入光側，並且位於該空間之外，其中該投影單元用以產生一投射光，該投射光通過該調適光學機構，該調適光學機構調整該投射光的畫面尺寸，並且將該投射光投射至該反射鏡之該反射面，該投射光被該反射面反射至該顯示幕之該入光表面，且穿透該顯示幕。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該反射鏡係為一平面反射鏡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該反射鏡係為一折疊式反射鏡。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像顯示裝置，其中該調適光學機構係包括一導光元件及一折疊式反射鏡，其中該 導光元件具有一入光面及一出光面，該導光元件之該入光面係面向該投影單元，並且與該出光面大致垂直。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該調適光學機構包括兩凸透鏡。
6. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該反射鏡係為一曲面反射鏡。
7. 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示裝置，其中該調適光學機構係包括一折疊式反射鏡及一曲面反射鏡。
8. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該基準面係為地面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該顯示幕、該反射鏡及該調適光學機構係為一體成型。
10. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該顯示幕是一夫涅爾透鏡。
11. 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示裝置，其中該投影單元、該反射鏡及該調適光學機構係組合而成一光學系統，該光學系統之一有效焦距之範圍係為2.54毫米至127毫米。