TWI530750B - 投影裝置 - Google Patents

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TWI530750B
TWI530750B TW103126795A TW103126795A TWI530750B TW I530750 B TWI530750 B TW I530750B TW 103126795 A TW103126795 A TW 103126795A TW 103126795 A TW103126795 A TW 103126795A TW I530750 B TWI530750 B TW I530750B
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鍾文杰
林孟萱
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中強光電股份有限公司
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Description

投影裝置
本發明是有關於一種投影裝置，尤其是有關於一種可在內部調整光束的光形的投影裝置。
在眾多類型的顯示裝置中，投影裝置具有能夠以較小的裝置體積投影出數倍於裝置表面積的大尺寸影像畫面的特性，因此在顯示領域中有著無法被取代的優勢。
一般而言，投影裝置之所以能夠產生影像的主要原因之一為採用了光閥來調製來自照明系統的照明光束，以產生用以投影於屏幕上的影像光束。光閥大致上可分為數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)、矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)以及穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)。
其中，數位微鏡元件的每個畫素係由一面微小的微反射鏡所構成，每個微反射鏡有三種轉動位置。詳細而言，一種是將光線反射至投影鏡頭的亮狀態(On state)，另一種是將光線偏離投影鏡頭的暗狀態(Off state)，最後一種則是微反射鏡不偏轉狀態(Flat state)。一般來說，當微反射鏡從不偏轉狀態旋轉至亮狀態時，微反射鏡會向一方向旋轉一角度，當微反射鏡從不偏轉狀態旋轉至暗狀態時，微反射鏡會反方向 地旋轉同一角度。
然而，一般的微反射鏡在不偏轉狀態時所反射的影像光束與在亮狀態時所反射的影像光束會有部分重合，使得微反射鏡在不偏轉狀態時所反射的影像光束亦有部分會進入成像組合中而被成像組合的投影鏡頭投射於外部屏幕上，而形成雜散光(stray light)，造成投影至屏幕上的影像畫面的對比度下降。
為了解決雜散光所造成的問題，傳統的投影裝置通常會在內部設置遮蔽物以阻止雜散光進入投影鏡頭內。但是，在微反射鏡亮狀態時，遮蔽物會遮蔽部分形成影像光束的有效照明光束進入投影鏡頭內，使得投影裝置的整體出光效率降低。
本發明提供了一種投影裝置，以解決先前技術所具有的問題。
根據本發明一實施例，其揭露了一種投影裝置包含至少一光源、合光組合、光形調整元件、照明組合以及成像組合。光源用以發射光束。合光組合設置於光束的行進路徑上用以將光束轉換成照明光束。光形調整元件設置於合光組合內且位於光束的行進路徑上用以調整光束的光瞳分布，其中光束的光瞳分布經由光形調整元件調整後呈現橢圓形。照明組合設置於照明光束的行進路徑上用以將照明光束轉換成影像光束。成像組合設置於影像光束的行進路徑上用以投射出影像光束。
在本發明一實施例中，光形調整元件為雙軸透鏡 或柱面透鏡。
在本發明一實施例中，合光組合包含數個導光透鏡以及數個分色鏡，且光束經由導光透鏡以及分色鏡轉換成該照明光束。
在本發明一實施例中，光形調整元件緊鄰於光源。
在本發明一實施例中，每一導光透鏡的入光面分別緊鄰於光源，且光形調整元件緊鄰於導光透鏡的其中之一的出光面。
在本發明一實施例中，光形調整元件設置於導光透鏡的其中之一及其相鄰的該分色鏡之間。
在本發明一實施例中，該些分色鏡之數量為二個以上，光形調整元件設置於二分色鏡之間。
在本發明一實施例中，照明組合包含透鏡陣列、至少一中繼透鏡、全反射稜鏡以及光閥，且照明光束經由透鏡陣列、至少一中繼透鏡以及全反射稜鏡傳遞至光閥後形成影像光束。
在本發明一實施例中，至少一光形調整元件緊鄰於透鏡陣列。
在本發明一實施例中，成像組合包含投影鏡頭，且投影鏡頭用以投射出影像光束。
本發明實施例的投影裝置可以利用光形調整元件將光束的光瞳分布調整為橢圓形，使得照明光束的光瞳分布也能調整為橢圓形，而可避免無效的照明光束所投射的區域與有效的照明光束所投射的區域部分重疊，造成部分無效的照明光束被投影至投影鏡頭而形成雜散光並影響投影裝置 的出光效率。因此，應用本發明實施例的投影裝置可使得投影裝置保持完整的出光效率。
100、300、400、500、600、700、900‧‧‧投影裝置
100a、300a‧‧‧殼體
110‧‧‧光源
120‧‧‧合光組合
122‧‧‧導光透鏡
122a‧‧‧入光面
122b‧‧‧出光面
124‧‧‧分色鏡
130‧‧‧光形調整元件
140‧‧‧照明組合
142‧‧‧透鏡陣列
144‧‧‧中繼透鏡
146‧‧‧全反射稜鏡
148‧‧‧光閥
150‧‧‧成像組合
152‧‧‧投影鏡頭
C1、C2、C3‧‧‧光瞳分布
L1‧‧‧光束
L2‧‧‧照明光束
L3‧‧‧影像光束
為讓本發明之敘述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：圖1係繪示依照本發明一實施例的一種投影裝置的示意圖。
圖2A係繪示依照本發明一實施例的照明光束在照明組合內的光瞳分布的示意圖。
圖2B係繪示依照本發明另一實施例的照明光束在照明組合內的光瞳分布的示意圖。
圖2C係繪示依照本發明再一實施例的照明光束在照明組合內的光瞳分布的示意圖。
圖3係繪示依照本發明另一實施例的一種投影裝置的示意圖。
圖4係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部分示意圖。
圖5係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部分示意圖。
圖6係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部分示意圖。
圖7係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部分示意圖。
圖8係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部 分示意圖。
圖9係繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置的部分示意圖。
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較佳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。
應先了解到，雖然圖1~圖9所繪示的本發明實施例的光源為複數個，但不以此為限。當光源的數目為一個時，本發明仍可據以實施。
請參照圖1，其繪示依照本發明一實施例的一種投影裝置的示意圖。如圖1所示，投影裝置100包含數個光源110、合光組合120、光形調整元件130、照明組合140以及成像組合150。換句話說，數個光源110、合光組合120、光形調整元件130、照明組合140以及成像組合150可容置在一具有開口的殼體100a內而形成本實施例的投影裝置100。詳細而言，數個光源110可發射數個光束L1，同時在光束L1的行進路徑上設置合光組合120而可將光束L1轉換成照明光束L2。進一步地，在照明光束L2的行進路徑上設置照明組合140，使得照明光束L2進而轉換成影像光束L3。當照明光束L2在照明組合140內轉換成影像光束L3後，可在影像光束L3的行進路徑上進一步設置成像組合150，以將影像光束L3投射至外部。
在本實施例中，光源110的數目可為三個以上， 但不以此為限。舉例來說，當光源110的數目為三時，三個光源110可分別用以發出紅光、綠光以及藍光。另外，舉例來說，光源110可為發光二極體或雷射，但不以此為限。
進一步，合光組合120可包含數個導光透鏡122 以及數個分色鏡124。詳細而言，當光源110發出的光束L1進入合光組合120後，光束L1可經由導光透鏡122以及分色鏡124而轉換成照明光束L2。在本實施例中，分色鏡124的數量為二，且彼此平行，但不以此為限。此外，至少一光形調整元件130可設置於合光組合120內，進一步的說，光形調整元件130位於合光組合120內且位於對應光源110發出的光束L1的行進路徑上，而可調整光源110發出的光束L1的光形，是故，光源110發出的光束L1的光形可經由光形調整元件130調整而形成橢圓形的構形。應了解到，本實施例所述之「光形」可以是垂直光束主要行進方向的剖面線所形成的剖面，但不以此為限。
在本實施例中，光形調整元件130可為雙軸透鏡(Bioconic surface lens)或柱面透鏡(Cylindrical lens)，但不以此為限。另外，在本實施例中，光形調整元件130設置於導光透鏡122的其中之一及其相鄰的分色鏡124之間，同時地，每一導光透鏡122的入光面122a分別朝向光源110，且光形調整元件130緊鄰於導光透鏡122的其中之一出光面122b，但不以此為限。
光源110發出的光束L1在合光組合120內轉換為照明光束L2後，照明光束L2會進入照明組合140內。詳細而言，照明組合140可包含透鏡陣列142、中繼透鏡144、全反射稜鏡146以及光閥148。在本實施例中，中繼透鏡144 為複數個，在其他實施例中，中繼透鏡144可只設置一個，但不以此為限。當照明光束L2經由透鏡陣列142、中繼透鏡144以及全反射稜鏡146傳遞至光閥148後，照明光束L2可被轉換為影像光束L3。在本實施例中，光閥148可為數位微鏡元件(digital micro-mirror device，DMD)，但不以此為限。
應了解到，光源110發出的光束L1經過合光組 合120集光而形成照明光束L2後，會經過傅立葉轉換而反映出照明光束L2的發光角度分佈。因此，當照明光束L2的光形為橢圓形時，所轉換的影像光束L3的光瞳分布(Pupil diagram)也為橢圓形。請同時參考圖2A~2C，圖2A係繪示依照本發明一實施例的影像光束L3的光瞳分布示意圖。圖2B係繪示依照本發明另一實施例的影像光束L3的光瞳分布示意圖。圖2C係繪示依照本發明再一實施例的影像光束L3的光瞳分布示意圖。當照明組合140(請參照圖1)內的光閥148(請參照圖1)轉動時，光閥148位於亮狀態(On state)的偏轉位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C1、光閥148位於暗狀態(OFF state)的偏轉位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C3以及光閥148位於不偏轉狀態(flat state)的偏轉位置投射出的影像光束L3的光瞳分布C2彼此不會重疊，而可避免無效的影像光束L3所投射的區域(光瞳分布C3分布的區域以及光瞳分布C2分布的區域)與有效的影像光束的光瞳分布(光瞳分布C1分布的區域)部分重疊。應了解到，圖2A~2C的光瞳分布C1/C2/C3分布位置的不同，係因為選用的照明組合140的光閥148種類不同，由於不同的光閥148的轉軸設置的位置不同，使得圖2A~2C所述的實施例的光瞳分布C1/C2/C3分佈位置有所不同，但不影響本發明實施例的實 施。之後，影像光束L3可進入成像組合150內，其中成像組合150包含投影鏡頭152，影像光束L3可經由投影鏡頭152而投射至外部，例如是投射至一投影屏幕上，但不以此為限。
請參照圖3，其繪示依照本發明另一實施例的一 種投影裝置的示意圖。如圖3所示，本實施例所述的投影裝置300與圖1所示的實施例所述的投影裝置100相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差別主要在於本實施例的殼體300a的構造形狀、分色鏡124的排列方式以及光形調整元件130所設置的位置。在本實施例中，兩分色鏡124彼此相交，且光形調整元件130緊鄰於光源110，光形調整元件130位於光源110與對應的導光透鏡122之間，可將照明光束(未繪示)的光形調整為橢圓形，但光形調整元件130設置的位置並不以此為限。
請參照圖4，其繪示依照本發明再一實施例的一 種投影裝置400的部分示意圖。如圖4所示，本實施例的投影裝置400與投影裝置300相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置400的光形調整元件130位於導光透鏡122與兩分色鏡124之間。另一方面，每一導光透鏡122的入光面122a分別緊鄰於光源110，且光形調整元件130緊鄰於導光透鏡122的其中之一的出光面122b，而可將照明光束(未繪示)的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。
請參照圖5，其繪示依照本發明再一實施例的一 種投影裝置500的部分示意圖。如圖5所示，本實施例的投影裝置500與投影裝置400相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置500中，光形調整元件130緊 鄰於照明組合140(繪示於圖1)的透鏡陣列142，而可將照明光束(未繪示)的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。
請參照圖6，其繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置600的部分示意圖。如圖6所示，本實施例的投影裝置600與投影裝置100相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置600中，光形調整元件130緊鄰於光源110，且光形調整元件130位於光源110與對應的導光透鏡122之間，而可將照明光束(未繪示)的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。
請參照圖7，其繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置700的部分示意圖。如圖7所示，本實施例的投影裝置700與投影裝置100相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置700中，光形調整元件130緊鄰於照明組合140的透鏡陣列142。換句話說，光形調整元件130位於透鏡陣列142及其中之一分色鏡124之間，而可將照明光束的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。
請參照圖8，其繪示依照本發明再一實施例的一種投影裝置800的部分示意圖。如圖8所示，本實施例的投影裝置800與投影裝置700相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置800中，光形調整元件130位於兩分色鏡124之間，而可將照明光束的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。此外，由於本實施例的光形調整元件130位於兩分色鏡124之間，故光形調整元件130只需調整兩個光源110發出的光束 的光形，因此本實施例的光形調整元件130可具有較小的曲率厚度，使得本實施例的投影裝置800的合光組合120整體體積可得以縮小。
請參照圖9，其繪示依照本發明再一實施例的一 種投影裝置900的部分示意圖。如圖9所示，本實施例的投影裝置900與投影裝置700相似，相同的元件以相同的標號表示，兩者差異在於投影裝置900中，兩分色鏡124之間還具有一導光透鏡122，且光形調整元件130緊鄰於照明組合140的透鏡陣列142。換句話說，光形調整元件130位於透鏡陣列142及其中之一分色鏡124之間，而可將照明光束的光形調整為橢圓形。應了解到，光形調整元件130所設置的位置不以此為限。 另外，由於本實施例的其中兩光源110發出的光束先經過導光透鏡122作用後，再經由光形調整元件130進行光形調整，因此本實施例的投影裝置900投射的影像光束具有較高的亮度，且具有較佳的顏色平衡度。
由上述本發明實施例可知，應用本發明具有以 下優點。本發明實施例的投影裝置可以利用光形調整元件將光束的光形調整為橢圓形，使得照明光束的光形也能成為橢圓形，而可避免無效的影像光束所投射的區域與有效的影像光束所投射的區域部分重疊，造成部分無效的影像光束被投影至投影鏡頭而形成雜散光並影響投影裝置的出光效率。因此，應用本發明實施例的投影裝置可使得投影裝置保持良好的出光效率。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。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‧‧‧投影裝置
100a‧‧‧殼體
110‧‧‧光源
120‧‧‧合光組合
122‧‧‧導光透鏡
124‧‧‧分色鏡
130‧‧‧光形調整元件
140‧‧‧照明組合
142‧‧‧透鏡陣列
144‧‧‧中繼透鏡
146‧‧‧全反射稜鏡
148‧‧‧光閥
150‧‧‧成像組合
152‧‧‧投影鏡頭
L1‧‧‧光束
L2‧‧‧照明光束
L3‧‧‧影像光束

Claims (11)

  1. 一種投影裝置，包含：至少一光源，用以發射至少一光束；一合光組合，設置於該光束的行進路徑上，用以將該光束轉換成一照明光束；至少一光形調整元件，設置於該合光組合內，且位於該光束的行進路徑上，用以調整該光束的光形，其中該光束的光形經由該光形調整元件調整後呈現一橢圓形；一照明組合，設置於該照明光束的行進路徑上，用以將該照明光束轉換成一影像光束；以及一成像組合，設置於該影像光束的行進路徑上，用以投射出該影像光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光形調整元件為一雙軸透鏡或一柱面透鏡。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該合光組合包含複數個導光透鏡以及複數個分色鏡，且該光束經由該些導光透鏡的其中之一以及該些分色鏡的其中之一轉換成該照明光束。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中該光形調整元件緊鄰於該光源。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中每一 該導光透鏡的一入光面分別緊鄰於該些光源，且該光形調整元件緊鄰於該些導光透鏡的其中之一的一出光面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之投影裝置，其中該光形調整元件設置於該些導光透鏡的其中之一及其相鄰的該分色鏡之間。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中該些分色鏡之數量為至少二個，該光形調整元件設置於該二分色鏡之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該照明組合包含一透鏡陣列、至少一中繼透鏡、一全反射稜鏡以及一光閥，且該照明光束經由該透鏡陣列、該至少一中繼透鏡以及該全反射稜鏡傳遞至該光閥後形成該影像光束。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之投影裝置，其中該光形調整元件緊鄰於該透鏡陣列。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該成像組合包含一投影鏡頭，且該投影鏡頭用以投射出該影像光束。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光源為發光二極體。
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