TWI716396B

TWI716396B - 投影裝置（一）

Info

Publication number: TWI716396B
Application number: TW105111015A
Authority: TW
Inventors: 林耿暉; 王智鵬
Original assignee: 信泰光學（深圳）有限公司; 亞洲光學股份有限公司
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2021-01-21
Also published as: TW201736937A

Abstract

一種投影裝置包括一光機、一偏振狀態變化機構以及一偏振分光件。光機產生一第一光束，偏振狀態變化機構係可活動，且當該第一光束通過該偏振狀態變化機構時，形成一第二光束，偏振分光件具有一分光面，其中該第一光束可通過或不通過該偏振狀態變化機構，當該第一光束不通過該偏振狀態變化機構而進入該偏振分光件時，該第一光束由該分光面導引朝一第一方向行進，當該第一光束通過該偏振狀態變化機構而形成該第二光束且該第二光束進入該偏振分光件時，該第二光束由該分光面導引而朝該第一方向及/或一第二方向行進。

Description

投影裝置(一)

本發明係有關於一種可變換投影方向的投影裝置，特別是有關於一種利用改變投影光束的極性並搭配偏振分光元件來變換投影方向的投影裝置。

請參閱第1、2圖，其表示一習知的微投影機，微投影機1000包括一殼體120。光機(未圖示)設置於殼體120中，鏡頭130連接於光機並設置於殼體120的一側邊。一光投射方向調整機構140設置於殼體120的側邊，光投射方向調整機構140包括一鏡頭蓋本體142、一面鏡144以及一前蓋146。鏡頭蓋本體142係可滑動地設置於殼體120的側邊並為一中空的長方體，覆蓋住鏡頭130，面鏡144則設置於鏡頭蓋本體142中，面鏡144的法線與鏡頭130的光軸大約呈45度的夾角。

鏡頭蓋本體142係可滑動地設於殼體120的側邊並可於一第一位置以及一第二位置之間滑動。當鏡頭蓋本體142滑動至第一位置時，如第1圖所示，光線可經由鏡頭130穿過開口1426直接向外投射，例如投影至一屏幕。當鏡頭蓋本體142滑動至第二位置時，如第2圖所示，光線經由鏡頭130照射出，並由面鏡144反射而朝向與鏡頭130的光軸大約呈90度的方向投射，因此與第1圖中光線的投射方向相比，第2圖中光線的投射方向改變了90度。在實際的應用上，可將原本朝投影裝置1000正前方投射的光線，投射至天花板或桌面上。

在上述的構造中，雖然可以藉由滑動鏡頭蓋本體142而使面鏡144移動至鏡頭130的前方，來改變光線投射的方向，但是在微投影機1000中需要預留一定的空間供鏡頭蓋本體142滑動之用，這樣的結構會不利微投影機的小型化，特別是在短焦(short throw ratio)投影的情況下，由於反射元件的體積較大，因此需要預留較大的空間，會更不利於微投影機的小型化。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種投影裝置，其藉由偏光元件使光束產生不同的偏振極性，並利用偏振光束通過偏振分光元件時會朝不同方向行進的特性來變換光束投影的方向，其中移動方式包含相對轉動或繞一轉軸翻轉或移開光路徑外等形式。

本發明的投影裝置的一實施例包括一光機、一偏振狀態變化機構以及一偏振分光件。光機產生一第一光束，偏振狀態變化機構係可活動，且當該第一光束通過該偏振狀態變化機構時，形成一第二光束，偏振分光件具有一分光面，其中該第一光束可通過或不通過該偏振狀態變化機構，當該第一光束不通過該偏振狀態變化機構而進入該偏振分光件時，該第一光束由該分光面導引朝一第一方向行進，當該第一光束通過該偏振狀態變化機構而形成該第二光束且該第二光束進入該偏振分光件時，該第二光束由該分光面導引而朝該第一方向及/或一第二方向行進。

在另一實施例中，該偏振狀態變化機構包括一第一1/4波片以及一第二1/4波片，該第一1/4波片與該第二1/4波片彼此可相對轉動，該第一光束依序通過該第一1/4波片以及一第二1/4波片而形成該第二光束。

在另一實施例中，該偏振狀態變化機構包括一1/2波片，可相對於該光機與該偏振分光件移動，當該1/2波片移動而使該第一光束通過該1/2波片時，該第一光束形成該第二光束且該第二光束進入該偏振分光件，當該1/2波片移動而使該第一光束不通過該1/2波片時，該第一光束直接進入該偏振分光件。

在另一實施例中，該偏振狀態變化機構包括一1/2波片，該1/2波片可繞一轉軸翻轉，當該1/2波片翻轉而使該第一光束通過該1/2波片時，該第一光束形成該第二光束且該第二光束進入該偏振分光件，當該1/2波片翻轉而使該第一光束不通過該1/2波片時，該第一光束直接進入該偏振分光件。

在另一實施例中，該偏振分光件包括一偏振分光稜鏡(Polarized Beam Splitting Prism)。

在另一實施例中，該分光面為平面或曲面或非球面。

在另一實施例中，該第一方向與該第二方向係垂直。

在另一實施例中，該投影裝置更包括一反射稜鏡，該反射稜鏡具有一反射面，由該分光面導引的該第一光束或該第二光束進入該反射稜鏡，並由該反射面反射而朝一第三方向行進。

在另一實施例中，該偏振狀態變化機構包括一立方分光鏡以及二面板，該等面板分列於該立方分光鏡的相對二側。

在另一實施例中，該立方分光鏡內設置二鍍膜，呈X型交叉排列，其中一鍍膜讓水平偏振光束穿透，反射垂直偏振光束，而另一鍍膜則是讓垂直偏振光束穿透，反射水平偏振光束。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例並配合所附圖式作詳細說明。

10‧‧‧光機

20‧‧‧第一1/4波片

22‧‧‧第一穿透軸

30‧‧‧第二1/4波片

32‧‧‧第二穿透軸

40、40’‧‧‧偏振分光件

42、42’‧‧‧分光面

50‧‧‧1/2波片

60‧‧‧立方分光鏡

61、62‧‧‧面板

601、602‧‧‧鍍膜

70‧‧‧反射稜鏡

72‧‧‧反射面

100‧‧‧投影裝置

120‧‧‧殼體

130‧‧‧鏡頭

140‧‧‧光投射方向調整機構

142‧‧‧鏡頭蓋本體

144‧‧‧面鏡

146‧‧‧前蓋

1000‧‧‧微投影機

1426‧‧‧開口

B1‧‧‧第一光束

B2‧‧‧第二光束

B3、B5、B8、B12、B14‧‧‧垂直偏振光束

B4、B6、B7、B13、B15‧‧‧水平偏振光束

F‧‧‧轉軸

第1、2圖為一習知的微投影機的立體圖。

第3、4圖為本發明的投影裝置的一實施例示意圖。

第5、6圖為本發明的投影裝置的另一實施例示意圖。

第7、8圖為本發明的投影裝置的另一實施例示意圖。

第9A、9B圖表示本發明的投影裝置的偏振狀態變化機構的另一實施例。

第10A圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的一實施例的示意圖。

第10B圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的另一實施例的示意圖。

第10C圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的另一實施例的示意圖。

第11A圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的另一實施例的示意圖。

第11B圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的另一實施例的示意圖。

第11C圖為光束通過本發明的投影裝置的偏振分光件的另一實施例的示意圖。

請參閱第3圖，其表示本發明的投影裝置的一實施例。本發明的投影裝置100主要包括一光機10、一偏振狀態變化機構以及一偏振分光件40。在本實施例中，偏振狀態變化機構包括一第一1/4波片20以及一第二1/4波片30，第一1/4波片20具有一第一穿透軸22，第二1/4波片30具有一第二穿透軸32，第二1/4波片30可以相對於第一1/4波片20轉動，偏振分光件40為-一偏振分光稜鏡並具有一分光面42，在本實施例中當光束入射分光面42時，垂直偏振光束(s光)會被分光面42反射，而水平偏振光束(p光)則會通過分光面42。

光機10產生一第一光束B1，第一光束B1可以是線偏振光束(linearly polarized beam)，例如第3圖所示，第一光束B1為垂直偏振光束(s光)，第一光束B1依序通過第一1/4波片20以及第二1/4波片30而形成一第二光束B2，轉動第一1/4波片20使第一1/4波片20的第一穿透軸22與第一光束B1的偏振方向呈45度，轉動第二1/4波片30且使第二1/4波片30的第二穿透軸32與第一1/4波片20的第一穿透軸22平行，藉此使第二光束B2成為水平偏振光束(p光)，當第二光束B2進入偏振分光件40並入射分光面42時，第二光束B2會通過分光面42而朝一第一方向行進離開偏振分光件40，即第二光束B2朝第一方向進行投影。

當欲改變投影方向時，如第4圖所示，轉動第二1/4波片30，使第二1/4波片30相對於第一1/4波片20旋轉45度，此時第一光束B1在依序通過了第一1/4波片20以及第二1/4波片30後形成第二光束B2，由於第一1/4波片20的第一穿透軸22與第一光束B1的偏振方向呈45度且第二1/4波片30的第二穿透軸32相對於第一1/4波片20的第一穿透軸22呈45度，使第二光束B2 仍然為垂直偏振光束(s光)，當第二光束B2進入偏振分光件40並入射分光面42時，第二光束B2會被分光面42反射而朝一第二方向行進離開偏振分光件40，即第二光束B2朝第二方向進行投影。如此，藉由旋轉第二1/4波片30而改變第二光束B2的偏振方向並配合偏振分光件40的特性，可以改變第二光束B2的投射方向，而由於第一1/4波片20以及第二1/4波片30只需要轉動即可改變投影方向，因此投影裝置100不需要提供額外的空間供元件移入及移出，有利於投影裝置100的小型化。

在另一實施例中，也可以使第二1/4波片30自平行的狀態相對於第一1/4波片20旋轉22.5度，此時第一光束B1在依序通過了第一1/4波片20以及第二1/4波片30後形成第二光束B2，由於第一1/4波片20的第一穿透軸22與第一光束B1的偏振方向呈45度且第二1/4波片30的第二穿透軸32相對於第一1/4波片20的第一穿透軸20呈22.5度，第二光束B2形成一圓偏振光(circular polarized beam)，即第二光束B2同時具有垂直偏振光束(s光)與水平偏振光束(p光)，當第二光束B2進入偏振分光件40並入射分光面42時，第二光束B2會同時朝上述第一方向與上述第二方向行進，即第二光束B2同時朝上述第一方向與上述第二方向投影。

請參閱第5、6圖，其表示本發明的投影裝置的另一實施例。本實施例與第3、4圖所示的實施例的差異在於本實施例的偏振狀態變化機構包括一1/2波片50，如第5圖所示，當1/2波片50移動至光機10與偏振分光件40之間時，第一光束B1會通過1/2波片50而形成第二光束B2，藉此使第二光束B2成為水平偏振光束(p光)，當第二光束B2進入偏振分光件40並入射分光面42時，第二光束B2會通過分光面42而朝該第一方向進行投影。當欲改變投影方向時，如第6圖所示，只需要將1/2波片50移動而離開第一光束B1的行進方向，使第一光束B1直接進入偏振分光件40並入射分光面42，第一光束B1會被分光面42反射而朝第二方向進行投影，因此藉由移動1/2波片50也可以改變第二光束B2的投影方向。

請參閱第7、8圖，其表示本發明的投影裝置的另一實施例。其與第5、6圖所示的實施例的差異在於1/2波片50可藉由一轉軸F可翻轉地設於第一光束B1的行進方向上，如第7圖所示，1/2波片50藉由轉軸F翻轉至第一光束B1的行進方向上而使第一光束B1通過1/2波片50，第一光束B1會通過1/2波片50而形成第二光束B2，藉此使第二光束B2成為水平偏振光束(p光)，當第二光束B2進入偏振分光件40並入射分光面42時，第二光束B2會通過分光面42而朝該第一方向進行投影。當欲改變投影方向時，如第8圖所示，只需要將1/2波片50藉由轉軸F翻轉離開第一光束B1的行進方向，使第一光束B1不通過1/2波片50而直接進入偏振分光件40並入射分光面42，第一光束B1會被分光面42反射而朝第二方向進行投影，因此藉由移動1/2波片50也可以改變第二光束B2的投影方向。

請參閱第9A、9B圖，其表示本發明的投影裝置的偏振狀態變化機構的另一實施例。在本實施例中，偏振狀態變化機構包括一立方分光鏡(x-cube)60以及二面板61、62，其中面板61、62分列於立方分光鏡60的相對二側。立方分光鏡60內設置二鍍膜601、602，呈X型交叉排列，其中鍍膜601可讓水平偏振光束(p光)穿透，但會反射垂直偏振光束(s光)，而鍍膜602則是讓垂直偏振光束(s光)穿透，但會反射水平偏振光束(p光)。

當第一光束B1為垂直偏振光束(s光)進入立方分光鏡60時，如第9A圖所示，第一光束B1遭遇鍍膜601而反射至面板62，再經由面板62反射而轉變成第二光束B2而回到立方分光鏡60，其中第二光束B2已轉變成水平偏振光束(p光)，並且面板62在第二光束B2中加入一影像信息。接下來第二光束B2遭遇鍍膜602而反射，離開立方分光鏡60。由以上說明可知，在進入本實施例的偏振狀態變化機構後，第一光束B1將轉變其偏振狀態而成為第二光束B2，同時第二光束B2帶有面板62提供的影像信息而離開偏振狀態變化機構。

在另一方面，如果第一光束B1為水平偏振光束(p光)進入立方分光鏡60時，如第9B圖所示，第一光束B1遭遇鍍膜602而反射至面板61，再經由面板61反射而轉變成第二光束B2而回到立方分光鏡60，其中第二光束B2已轉變成垂直偏振光束(s光)，並且面板61在第二光束B2中加入一影像信息。接下來第二光束B2遭遇鍍膜601而反射，離開立方分光鏡60。同樣的，在進入本實施例的偏振狀態變化機構後，第一光束B1將轉變其偏振狀態而成為第二光束B2，同時第二光束B2帶有面板61提供的影像信息而離開偏振狀態變化機構。

與先前實施例相類似，如果將本實施例之偏振狀態變化機構移入光機與偏振分光件之間、或者移出光機與偏振分光件之間，即可以改變第二光束B2的投影方向。

另外值得注意的是，如果令同時具有垂直及水平偏振方向的單一光束入射本實施例的偏振狀態變化機構後，則此光束會先經立方分光鏡60分光，接著利用二側面板61、62加入不同的影像信息後，再利用立方分光鏡60合光後投射出去，結果出射光將同時在不同偏振方向帶有不同的影像信息。

請參閱第10A-10C圖，其表示偏振分光件40的分光面42為平面的實施例。如第10A圖所示，當第二光束B2為圓偏振光時，第二光束B2入射分光面42後，垂直偏振光束B3會被分光面42反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B4會通過分光面42而朝第一方向投影，在分光面42為平面且呈45度角傾斜設置的實施例中，第一方向與第二方向係垂直，另外在本實施例中由於分光面42朝向下方設置，因此垂直偏振光束B3朝下方投影，在實際的應用中，第一方向為投影裝置100的前方，而第二方向為投影裝置100的下方，所以投影裝置100可以同時朝壁面(或投影幕)及桌面投影。在第10B圖所示的實施例中，由於分光面42朝向上方設置，因此垂直偏振光束B5朝上方(第二方向)投影，而水平偏振光束B6朝前方(第一方向)投影，在實際應用中，投影裝置100可以同時朝壁面(或投影幕)及天花板投影。在第10C圖所示的實施例中，在偏振分光件40的前方設置一反射稜鏡70，反射稜鏡70具有一反射面72，例如以金屬鍍層形成的反射面，第二光束B2入射分光面42後，垂直偏振光束B8會被分光面42反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B7會通過分光面42而朝第一方向(前方)行進並進入反射稜鏡70，進入反射稜鏡70的水平偏振光束B7由反射層72反射後朝一第三方向(下方)行進，因此在本實施例中，可以分別朝投影裝置100的上方及下方投影，在實際的應用中，同時朝天花板及桌面投影。

請參閱第11A-11C圖，其表示本發明的偏振分光件的另一實施例，其中偏振分光件40’的分光面42’為曲面，所述曲面包括球面與非球面。在第11A圖所示的實施例中，第二光束B2為線偏振光且為垂直偏振光束時，第二光束B2入射分光面42’後，第二光束B2會被分光面42’反射而朝第二方向行進，由於分光面42’為曲面，在本實施例中分光面42’為凹面，因此第二光束B2投影成像的距離可以有短焦投影(short throw ratio)的效果，可以短距離將影像投射於桌面上並放大顯示。在第11B圖所示的實施例中，第二光束B2為圓偏振光，第二光束B2入射分光面42’後，垂直偏振光束B12會被分光面42’反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B13會通過分光面42’而朝第一方向投影，垂直偏振光束B12與第11A圖的實施例相同，可以短距離將影像投射於桌面上並放大顯示，而水平偏振光束B13則可投影於壁面(或投影幕)。在第11C圖所示的實施例中，第二光束B2入射分光面42’後，垂直偏振光束B14會被分光面42’反射而朝第二方向投影，而水平偏振光束B15會通過分光面42’而朝第一方向(上方)行進並進入反射稜鏡70，進入反射稜鏡70的水平偏振光束B7由反射層72反射後朝一第三方向(右方)行進。

本發明的投影裝置100藉由設置可活動的1/2波板或1/4波板來改變光束的偏振極性，並利用偏振光束通過偏振分光元件時會朝不同方向行進的特性，來控制或切換光束投射的方向，由於不需要預留空間供反射元件移動，有利於投影裝置100的小型化，而且本發明的投影裝置100利用偏振分光件40對投影方向作變換而且也可以同時產生兩個方向的投影，因此可適用於各種不同投影需求的場合。

本發明雖以實施例揭露如上，然其非用以限定本發明的範圍，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。