TWI726619B - 投影機 - Google Patents

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Abstract

一種投影機，包含一鏡頭、一光束處理模組、複數個數位微鏡元件、一反射模組以及一照明模組。光束處理模組相對鏡頭設置。複數個數位微鏡元件設置於光束處理模組之周圍，其中鏡頭與數位微鏡元件之間定義一出光路徑。反射模組相對複數個數位微鏡元件設置，且反射模組位於出光路徑之外。照明模組相對反射模組設置。照明模組投射出之一初始光束經由反射模組反射至複數個數位微鏡元件，使得複數個數位微鏡元件產生複數個影像光束。光束處理模組將複數個影像光束合成為一投影光束且將投影光束沿出光路徑投射至鏡頭。

Description

投影機
本發明關於一種投影機，尤指一種可使用具有短後焦之鏡頭進行投影之投影機。
近來，投影機的應用愈來愈廣泛。投影機除了用在一般辦公室的會議報告外，由於具備視聽播放功能，亦經常於各種專題討論或學術課程中使用。一般而言，投影機主要分為液晶顯示(liquid crystal display，LCD)投影機以及數位光處理(digital light processing，DLP)投影機。由於DLP投影機具備高對比度、小尺寸、影像銳利等優點，DLP投影機的應用也愈來愈廣泛。DLP投影機之成像模組為數位微鏡元件(digital micromirror device，DMD)，因此，光線須以特殊的入射角入射數位微鏡元件來成像。對於具有多片DMD之DLP投影機而言，便須使用具有長後焦(例如，後焦大於60毫米)之鏡頭進行投影。由於具有長後焦之鏡頭之製造成本較高且體積較大，因此，具有多片DMD之DLP投影機之製造成本與體積也會隨之增加。因此，如何使具有多片DMD之DLP投影機可使用具有短後焦(例如，後焦小於40毫米)之鏡頭進行投影，便成為設計上的一大課題。
本發明的目的之一在於提供一種可使用具有短後焦之鏡頭進行投影之投影機，以解決上述問題。
根據一實施例，本發明之投影機包含一鏡頭、一光束處理模組、複數個數位微鏡元件、一反射模組以及一照明模組。光束處理模組相對鏡頭設置。 複數個數位微鏡元件設置於光束處理模組之周圍，其中鏡頭與數位微鏡元件之間定義一出光路徑。反射模組相對複數個數位微鏡元件設置，且反射模組位於出光路徑之外。照明模組相對反射模組設置。照明模組投射出之一初始光束經由反射模組反射至複數個數位微鏡元件，使得複數個數位微鏡元件產生複數個影像光束。光束處理模組將複數個影像光束合成為一投影光束且將投影光束沿出光路徑投射至鏡頭。
綜上所述，本發明係將反射模組設置於鏡頭與數位微鏡元件之間之出光路徑之外。換言之，反射模組不在出光路徑上。因此，沿出光路徑行進之光束不會通過反射模組。藉由將反射模組設置於出光路徑之外，具有複數個數位微鏡元件之投影機即可使用具有短後焦(例如，後焦小於40毫米)之鏡頭進行投影，使得投影機之製造成本與體積可有效減少。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1,1':投影機
10:鏡頭
12:光束處理模組
14:數位微鏡元件
16:反射模組
18:照明模組
20:分光模組
22,182a~182e:透鏡
24,184a~184c:反射鏡
180:光管
P1:出光路徑
P2:入光路徑
θ:夾角
第1圖為根據本發明一實施例之投影機的立體圖。
第2圖為第1圖中的投影機於另一視角的立體圖。
第3圖為第1圖中的投影機的側視圖。
第4圖為根據本發明另一實施例之投影機的立體圖。
第5圖為第4圖中的投影機於另一視角的立體圖。
第6圖為第4圖中的投影機的側視圖。
請參閱第1圖至第3圖，第1圖為根據本發明一實施例之投影機1的立體圖，第2圖為第1圖中的投影機1於另一視角的立體圖，第3圖為第1圖中的投影 機1的側視圖。需說明的是，為了方便說明，第3圖僅繪示位於光束處理模組12一側之數位微鏡元件14。
如第1圖至第3圖所示，投影機1包含一鏡頭10、一光束處理模組12、複數個數位微鏡元件14、一反射模組16以及一照明模組18。於實際應用中，投影機1還包含一殼體(未繪示於圖中)，用以容置鏡頭10、光束處理模組12、複數個數位微鏡元件14、反射模組16以及照明模組18。一般而言，投影機1之殼體中還會設有運作時必要的軟硬體元件，如控制器、電路板、記憶體、光源、電源供應器、應用程式、通訊模組等，視實際應用而定。
光束處理模組12相對鏡頭10設置。於此實施例中，光束處理模組12可為X稜鏡(X-cube prism)或其它類似元件。
複數個數位微鏡元件14設置於光束處理模組12之周圍，其中鏡頭10與數位微鏡元件14之間定義一出光路徑P1(如第3圖所示)。於此實施例中，投影機1包含二數位微鏡元件14，且二數位微鏡元件14設置於光束處理模組12之相對二側。
反射模組16相對複數個數位微鏡元件14設置，且反射模組16位於出光路徑P1之外。換言之，反射模組16不在出光路徑P1上。因此，沿出光路徑P1行進之光束不會通過反射模組16。於此實施例中，反射模組16可為反射鏡，例如折疊鏡(fold mirror)，但不以此為限。於另一實施例中，反射模組16亦可為稜鏡，例如內部全反射(total internal reflection，TIR)稜鏡。於此實施例中，光束處理模組12可兼具分光與合光功能，此時，僅需設置一稜鏡或一反射鏡作為反射模組16。
照明模組18相對反射模組16設置。於此實施例中，照明模組18可包含一光管180、複數個透鏡182a~182e以及複數個反射鏡184a~184c。需說明的是，照明模組18之組成與排列方式可根據實際應用而決定，不以圖中所繪示之實施 例為限。於實際應用中，投影機1還包含一光源(未繪示於圖中)，用以朝光管180發出光束。接著，光束即會依序經過光管180、透鏡182a、反射鏡184a、透鏡182b~182d、反射鏡184b~184c與透鏡182e而形成一初始光束。於此實施例中，可將透鏡182e定義為照明模組18之出光端，且透鏡182e係相對反射模組16設置，使得透鏡182e可將初始光束投射至反射模組16。
接著，照明模組18之透鏡182e投射出之初始光束即會經由反射模組16反射至複數個數位微鏡元件14，使得複數個數位微鏡元件14產生複數個影像光束。於此實施例中，光束處理模組12可兼具分光與合光功能。因此，照明模組18之透鏡182e投射出之初始光束(例如，白光)可先經由反射模組16反射至光束處理模組12。接著，光束處理模組12可將初始光束分離成複數個中介光束(例如，紅綠藍光束)且將複數個中介光束反射至複數個數位微鏡元件14。接著，複數個數位微鏡元件14再反射複數個中介光束而產生複數個影像光束(例如，紅綠藍影像光束)，且複數個影像光束沿出光路徑P1投射至光束處理模組12。
於此實施例中，投影機1包含二數位微鏡元件14。因此，舉例而言，光束處理模組12具有二相互垂直的分色濾光層(dichroic filter)，用以將紅色光束(中介光束)與綠色光束(中介光束)分別轉向90度而反射至相對的二數位微鏡元件14，且將藍色光束(中介光束)轉向90度而反射至二數位微鏡元件14的其中之一。於另一實施例中，投影機1亦可包含三數位微鏡元件14，亦即，於光束處理模組12相對鏡頭10之一側增設另一數位微鏡元件14。於此實施例中，光束處理模組12可藉由二分色濾光層將紅色光束(中介光束)與綠色光束(中介光束)分別轉向90度而反射至二相對的數位微鏡元件14，且允許藍色光束(中介光束)穿透並入射至另一數位微鏡元件14，以由三數位微鏡元件14產生紅綠藍影像光束。
接著，光束處理模組12可將複數個影像光束合成為一投影光束(例 如，全彩影像光束)且將投影光束沿出光路徑P1投射至鏡頭10。由於反射模組16設置於出光路徑P1之外，因此，具有複數個數位微鏡元件14之投影機1即可使用具有短後焦(例如，後焦小於40毫米)之鏡頭10進行投影，使得投影機1之製造成本與體積可有效減少。
此外，反射模組16與數位微鏡元件14之間可定義一入光路徑P2。上述之初始光束係沿入光路徑P2投射至光束處理模組12，再經由光束處理模組12分離成複數個中介光束。接著，上述之中介光束再沿入光路徑P2投射至數位微鏡元件14。當出光路徑P1與入光路徑P2之夾角θ小於20度時，反射模組16容易與出光路徑P1及/或其它元件產生干涉。因此，於此實施例中，出光路徑P1與入光路徑P2之夾角θ可大於或等於20度，以避免反射模組16與出光路徑P1及/或其它元件產生干涉。此外，當出光路徑P1與入光路徑P2之夾角θ大於40度時，鏡頭10之直徑必須隨之放大，使得投影機1之整體高度增加。因此，於此實施例中，出光路徑P1與入光路徑P2之夾角θ可小於或等於40度，以避免投影機1之整體高度過度增加。
於此實施例中，光束處理模組12之厚度可介於20毫米與30毫米之間。需說明的是，光束處理模組12之厚度可根據數位微鏡元件14之尺寸以及鏡頭10之光圈值(f-number)來決定。
請參閱第4圖至第6圖，第4圖為根據本發明另一實施例之投影機1'的立體圖，第5圖為第4圖中的投影機1'於另一視角的立體圖，第6圖為第4圖中的投影機1'的側視圖。需說明的是，為了方便說明，第6圖僅繪示位於光束處理模組12一側且相對鏡頭10之數位微鏡元件14。
投影機1'與上述的投影機1的主要不同之處在於，投影機1'另包含一分光模組20，設置於反射模組16與照明模組18之間，如第4圖與第5圖所示。因此，於此實施例中，光束處理模組12僅具有合光功能，且分光模組20用以提供分光功 能。於此實施例中，分光模組20可為十字分光鏡片組(X-plate)，但不以此為限。於另一實施例中，分光模組20亦可為X稜鏡(X-cube prism)或其它類似元件。
此外，投影機1'包含三數位微鏡元件14。由於投影機1'係由分光模組20提供分光功能。因此，投影機1'需對應三數位微鏡元件14設置三稜鏡或三反射鏡作為反射模組16。於此實施例中，投影機1'係對應三數位微鏡元件14設置三反射鏡作為反射模組16。此外，投影機1'可另包含三透鏡22以及三反射鏡24，其中三透鏡22以及三反射鏡24亦分別相對三數位微鏡元件14設置。
再者，投影機1'之照明模組18可包含一光管180以及複數個透鏡182a~182c。需說明的是，照明模組18之組成與排列方式可根據實際應用而決定，不以圖中所繪示之實施例為限。於實際應用中，投影機1'還包含一光源(未繪示於圖中)，用以朝光管180發出光束。接著，光束即會依序經過光管180與透鏡182a~182c而形成一初始光束。於此實施例中，可將透鏡182c定義為照明模組18之出光端。於此實施例中，透鏡182c係相對分光模組20設置，且分光模組20係相對反射模組16設置。換言之，照明模組18係經由分光模組20而相對反射模組16設置。因此，照明模組18之透鏡182c可將初始光束經由分光模組20分光，再經由反射鏡24與透鏡22投射至反射模組16。
進一步來說，照明模組18之透鏡182c投射出之初始光束可先經由分光模組20分離成複數個中介光束(例如，紅綠藍光束)。接著，每一個中介光束可經由反射鏡24與透鏡22傳遞至反射模組16，再由反射模組16反射至數位微鏡元件14。接著，每一個數位微鏡元件14即會反射中介光束而產生影像光束(例如，紅綠藍影像光束)，且複數個影像光束沿出光路徑P1投射至光束處理模組12。
接著，光束處理模組12可將複數個影像光束合成為一投影光束(例如，全彩影像光束)且將投影光束沿出光路徑P1投射至鏡頭10。由於反射模組16設置於出光路徑P1之外，因此，具有複數個數位微鏡元件14之投影機1'即可使用 具有短後焦(例如，後焦小於40毫米)之鏡頭10進行投影，使得投影機1'之製造成本與體積可有效減少。需說明的是，第4-6圖中與第1-3圖中所示相同標號的元件，其作用原理大致相同，在此不再贅述。
綜上所述，本發明係將反射模組設置於鏡頭與數位微鏡元件之間之出光路徑之外。換言之，反射模組不在出光路徑上。因此，沿出光路徑行進之光束不會通過反射模組。藉由將反射模組設置於出光路徑之外，具有複數個數位微鏡元件之投影機即可使用具有短後焦(例如，後焦小於40毫米)之鏡頭進行投影，使得投影機之製造成本與體積可有效減少。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:投影機
10:鏡頭
12:光束處理模組
14:數位微鏡元件
16:反射模組
18:照明模組
180:光管
182a~182e:透鏡
184a~184c:反射鏡
P1:出光路徑
P2:入光路徑
θ:夾角

Claims (8)

  1. 一種投影機，包含：一鏡頭；一光束處理模組，相對該鏡頭設置；複數個數位微鏡元件，設置於該光束處理模組之周圍，該鏡頭與該數位微鏡元件之間定義一出光路徑；一反射模組，相對該複數個數位微鏡元件設置，該反射模組位於該出光路徑之外；以及一照明模組，相對該反射模組設置；其中，該照明模組投射出之一初始光束經由該反射模組反射至該複數個數位微鏡元件，使得該複數個數位微鏡元件產生複數個影像光束，該複數個影像光束不通過位於該出光路徑之外的該反射模組；該光束處理模組將該複數個影像光束合成為一投影光束且將該投影光束沿該出光路徑投射至該鏡頭。
  2. 如請求項1所述之投影機，其中該反射模組與該數位微鏡元件之間定義一入光路徑，該出光路徑與該入光路徑之夾角大於或等於20度。
  3. 如請求項2所述之投影機，其中該出光路徑與該入光路徑之夾角小於或等於40度。
  4. 如請求項1所述之投影機，其中該反射模組包含至少一稜鏡或至少一反射鏡。
  5. 如請求項1所述之投影機，其中該照明模組投射出之該初始光束經由該反射模組反射至該光束處理模組，該光束處理模組將該初始光束分離成複數個中介光束且將該複數個中介光束反射至該複數個數位微鏡元件，該複數個數位微鏡元件反射該複數個中介光束而產生該複數個影像光 束。
  6. 如請求項1所述之投影機，另包含一分光模組，設置於該反射模組與該照明模組之間，其中該照明模組投射出之該初始光束經由該分光模組分離成複數個中介光束，該複數個中介光束經由該反射模組反射至該複數個數位微鏡元件，該複數個數位微鏡元件反射該複數個中介光束而產生該複數個影像光束。
  7. 如請求項1所述之投影機，其中該複數個數位微鏡元件中的二數位微鏡元件設置於該光束處理模組之相對二側。
  8. 如請求項1所述之投影機，其中該光束處理模組之厚度介於20毫米與30毫米之間。
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