專利名稱：投影裝置及其內(nèi)部全反射棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，且特別涉及一種投影裝置及其內(nèi)部全反射棱鏡(total internal reflection prism，TIR prism)。

背景技術(shù)：
參照圖1，現(xiàn)有投影裝置50具有照明系統(tǒng)(illumination system)52、內(nèi)部全反射棱鏡100、數(shù)字微鏡裝置(digital micro-mirror device，DMD)54以及投影鏡頭56。內(nèi)部全反射棱鏡100由第一棱鏡110與第二棱鏡120組成，其中第一棱鏡110為三角形棱鏡，其具有連接成三角形的第一表面112、第二表面114與第三表面116。第二棱鏡120為光程補(bǔ)償棱鏡，其具有入光面122與出光面124，其中出光面124與第一表面112相對，且出光面124與第一表面112之間存在空氣間隙(air gap)。此外，數(shù)字微鏡裝置54配置于第二表面114旁，投影鏡頭56配置于第三表面116旁，而照明系統(tǒng)52配置于入光面122旁。
照明系統(tǒng)52所提供的照明光束(illumination beam)102會(huì)由入光面122進(jìn)入第二棱鏡120，再經(jīng)由出光面124進(jìn)入空氣間隙，穿過空氣間隙后經(jīng)第一表面112進(jìn)入第一棱鏡110，再由第二表面114穿出第一棱鏡110而投射在數(shù)字微鏡裝置54上。數(shù)字微鏡裝置54會(huì)將照明光束102轉(zhuǎn)換成圖像光束104，并使圖像光束104從第二表面114進(jìn)入第一棱鏡110。接著，圖像光束104會(huì)在第一表面102產(chǎn)生全反射后再由第三表面116穿出第一棱鏡110至投影鏡頭56，而投影鏡頭56會(huì)將圖像光束104投影于一屏幕(未示出)上，以在屏幕上形成圖像。其中，第二棱鏡120是用于補(bǔ)償照明光束102及圖像光束104在第一棱鏡110中造成的光程差。
在現(xiàn)有技術(shù)中，出光面124與第一表面112之間存在空氣間隙，以使圖像光束104傳遞至第一表面112發(fā)生全反射。然而，由于第二棱鏡120的折射率約1.8，其遠(yuǎn)大于空氣的折射率，所以照明光束102傳遞至出光面124時(shí)，部分照明光束102容易因入射角過大而造成全反射(如光束103所示)，所以不能被有效地利用。如此，將降低屏幕上的圖像的亮度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種投影裝置及其內(nèi)部全反射棱鏡，以降低照明光束在內(nèi)部全反射棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射的機(jī)率，從而提高圖像亮度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種投影裝置及其內(nèi)部全反射棱鏡，減少第一棱鏡中的雜散光在第一表面發(fā)生全反射的機(jī)率，使雜散光能自第一表面出射，以避免雜散光影響圖像的對比。
為達(dá)到上述或其它目的，本發(fā)明提出一種投影裝置，包括內(nèi)部全反射棱鏡、照明系統(tǒng)、反射式光閥(light valve)與投影鏡頭。內(nèi)部全反射棱鏡包括第一棱鏡、第二棱鏡與抗全反射層。第一棱鏡具有第一表面、第二表面與第三表面。第二棱鏡具有入光面與出光面，其中出光面與第一表面相對，且出光面與第一表面之間存在間隙?？谷瓷鋵舆B接于部分出光面與部分第一表面之間。此外，照明系統(tǒng)配置于入光面旁，且適于朝向入光面提供照明光束。反射式光閥配置于第二表面旁，且位于照明光束的傳遞路徑上。反射式光閥適于將照明光束轉(zhuǎn)換成圖像光束。投影鏡頭配置于第三表面旁，且位于圖像光束的傳遞路徑上。
本發(fā)明又提出一種投影裝置，包括內(nèi)部全反射棱鏡、照明系統(tǒng)、反射式光閥與投影鏡頭。內(nèi)部全反射棱鏡包括第一棱鏡與第二棱鏡。第一棱鏡具有第一表面、第二表面與第三表面，而第二棱鏡具有入光面與出光面。部分出光面與部分第一表面相連，且其余部分出光面與其余部分第一表面之間存在間隙。此外，照明系統(tǒng)配置于入光面旁，且適于朝入光面提供照明光束。反射式光閥配置于第二表面旁，且位于照明光束的傳遞路徑上。反射式光閥適于將照明光束轉(zhuǎn)換成圖像光束。投影鏡頭配置于第三表面旁，且位于圖像光束的傳遞路徑上。
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖式，如下進(jìn)行詳細(xì)說明。



圖1是現(xiàn)有投影裝置的示意圖； 圖2A是本發(fā)明一實(shí)施例的投影裝置的示意圖； 圖2B是照明光束與圖像光束投射于圖2A的第一表面的示意圖； 圖3A是本發(fā)明另一實(shí)施例的投影裝置的示意圖； 圖3B是照明光束與圖像光束投射于圖3A的第一表面的示意圖； 圖4是本發(fā)明又一實(shí)施例的內(nèi)部全反射棱鏡的示意圖； 圖5A是本發(fā)明再一實(shí)施例的內(nèi)部全反射棱鏡的示意圖； 圖5B是照明光束與圖像光束投射于圖5A的第一表面的示意圖。
主要元件符號說明
50、200、200a投影裝置 52、210照明系統(tǒng) 54數(shù)字微鏡裝置 56、230投影鏡頭 100、300、300a、300b、400內(nèi)部全反射棱鏡 102、212照明光束 103、215光束 104、213圖像光束 110、310、410第一棱鏡 112、312、412第一表面 114、314、414第二表面 116、316、416第三表面 120、320、320b、420第二棱鏡 122、322、322b、422入光面 124、324、424出光面 220反射式光閥 240透鏡 330、330a抗全反射層 402間隙 212a照明區(qū)域 213a圖像區(qū)域
具體實(shí)施例方式 參照圖2A，本實(shí)施例的投影裝置200包括內(nèi)部全反射棱鏡300、照明系統(tǒng)210、反射式光閥220與投影鏡頭230。內(nèi)部全反射棱鏡300包括第一棱鏡310、第二棱鏡320與抗全反射層330。第一棱鏡310例如是三角形棱鏡，其具有連接成三角形的第一表面312、第二表面314與第三表面316，其中第一表面312、第二表面314與第三表面316例如皆為平面。第二棱鏡320為光程補(bǔ)償棱鏡，其用以補(bǔ)償光束在第一棱鏡310內(nèi)的光程差。第二棱鏡320具有入光面322與出光面324，其中出光面324與第一表面312相對，且出光面324與第一表面312之間存在間隙，間隙例如是空氣。
照明系統(tǒng)210配置于入光面322旁，且照明系統(tǒng)210包括透鏡240。照明系統(tǒng)210適于朝向入光面322提供照明光束212，透鏡240可將照明光束212聚焦于反射式光閥220上。反射式光閥220可為數(shù)字微鏡裝置或單晶硅液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCOSpanel)，其配置于第二表面314旁，且位于照明光束212的傳遞路徑上。反射式光閥220適于將照明光束212轉(zhuǎn)換成圖像光束213。投影鏡頭230配置于第三表面316旁，且位于圖像光束213的傳遞路徑上。照明光束212是依序通過入光面322、出光面324、第一表面312與第二表面314后入射于反射式光閥220上，后由反射式光閥220反射的圖像光束213經(jīng)由第二表面314而傳遞至第一表面312，并被第一表面312全反射后而自第三表面312出射至投影鏡頭230，最后，透過投影鏡頭230將圖像光束213投影至屏幕(未示出)上，進(jìn)而在屏幕上形成圖像。
參照圖2B，抗全反射層330連接于部分出光面324與部分第一表面312之間。在本實(shí)施例中，出光面324及第一表面312上具有被照明光束212照射的照明區(qū)域212a。第一表面312上具有被圖像光束213照射的圖像區(qū)域213a?？谷瓷鋵?30的一側(cè)連接于第一表面312的未與圖像區(qū)域213a重疊的照明區(qū)域212a上(如圖2B的斜線區(qū)域)，另一側(cè)連接于其相對的出光面324上。當(dāng)照明光束212傳遞至出光面324時(shí)，由于出光面324上的部分照明區(qū)域212有設(shè)置抗全反射層330，因此，可降低照明光束212發(fā)生全反射的機(jī)率，因此能提高照明光束212的利用效率，進(jìn)而提升圖像的亮度。而且，圖像光束213不會(huì)照射于第一表面312上有設(shè)置抗全反射層330的區(qū)域，故不會(huì)影響圖像光束213在第一表面312上全反射的效率。
在本實(shí)施例中，抗全反射層330的材質(zhì)可為光學(xué)膠或是與透鏡相似的材質(zhì)。此外，抗全反射層330的折射率可視第一棱鏡310與第二棱鏡320的折射率而調(diào)整，以更有效地降低照明光束212在出光面324發(fā)生全反射的機(jī)率。具體而言，若第一棱鏡310的折射率為n1，第二棱鏡320的折射率為n2，抗全反射層330的折射率為n3，而空氣的折射率為n4，則在本實(shí)施例中，可限定n3＞n4、|n1-n4|＞|n1-n3|或是|n2-n4|＞|n2-n3|。
比較本實(shí)施例的投影裝置200與現(xiàn)有技術(shù)的投影裝置(如圖1所示)，若現(xiàn)有技術(shù)中的第一棱鏡110與本實(shí)施例的第一棱鏡310的折射率都為1.6096，現(xiàn)有技術(shù)中的第二棱鏡120與本實(shí)施例的第二棱鏡320的折射率都為1.5354，且本實(shí)施例的抗全反射層330的折射率為1.5185。以ASAP仿真軟件進(jìn)行仿真的結(jié)果顯示，現(xiàn)有投影裝置投影于屏幕上的圖像其光通量(flux)為67.1325，而本實(shí)施例的投影裝置200投影于屏幕上的圖像其光通量為72.5392。因此，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例的投影裝置200的圖像亮度可增加8％。
參照圖3A與圖3B，本實(shí)施例的投影裝置200a與圖2A的投影裝置200相似，差別處僅在于內(nèi)部全反射棱鏡的抗全反射層。而本實(shí)施例的內(nèi)部全反射棱鏡300a的抗全反射層330a的一側(cè)連接于第一表面312上未被圖像光束213照射的區(qū)域(如圖3B的斜線區(qū)域)，另一側(cè)連接于其相對的出光面324上。如此，除了可降低照明光束212發(fā)生全反射的機(jī)率外，還可以減少第一棱鏡310中的雜散光在第一表面312發(fā)生全反射的機(jī)率，使雜散光能自第一表面312出射，以避免雜散光傳遞至投影鏡頭230而影響圖像的對比。此外，當(dāng)反射式光閥220為數(shù)字微鏡裝置時(shí)，上述雜散光包括于關(guān)-狀態(tài)(off-state)的數(shù)字微鏡裝置的鏡片(mirrors)所反射的光束215。
參照圖4，本實(shí)施例的內(nèi)部全反射棱鏡300b與圖2A的內(nèi)部全反射棱鏡300相似，差別處在于內(nèi)部全反射棱鏡300的第二棱鏡320的入光面322為平面，而內(nèi)部全反射棱鏡300b的第二棱鏡320b的入光面322b為曲面。由于曲面具有聚光的效果，故將此內(nèi)部全反射棱鏡300b應(yīng)用于投影裝置200時(shí)，不需藉由透鏡240來聚光，因此能節(jié)省透鏡240的材料成本。此外，圖3A的第二棱鏡320的入光面322亦可為曲面。
參照圖5A與圖5B，本實(shí)施例的內(nèi)部全反射棱鏡400包括第一棱鏡410與第二棱鏡420。第一棱鏡410具有第一表面412、第二表面414與第三表面416，而第二棱鏡420具有入光面422與出光面424。部分出光面424與部分第一表面412相連，且其余部分出光面424與其余部分第一表面412之間存在間隙402，而間隙402內(nèi)的介質(zhì)例如是空氣。內(nèi)部全反射棱鏡400應(yīng)用于投影裝置中時(shí)，間隙402是位在第一表面412上被圖像光束213照射的區(qū)域(即圖像區(qū)域213a)與其相對的出光面424之間。間隙402的設(shè)置可使圖像光束213傳遞至第一表面412時(shí)發(fā)生全反射并自第三表面416出射。此外，第一表面412與出光面424相連的區(qū)域可降低照明光束212傳遞至出光面424時(shí)發(fā)生全反射的機(jī)率，以提高圖像的亮度，并可減少第一棱鏡410中的雜散光在第一表面412發(fā)生全反射的機(jī)率，使雜散光能自第一表面412出射，以避免雜散光影響圖像的對比。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可進(jìn)行部分更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，包括
內(nèi)部全反射棱鏡，包括
第一棱鏡，具有第一表面、第二表面與第三表面；
第二棱鏡，具有入光面與出光面，其中該出光面與該第一表面相對，且該出光面與該第一表面之間存在一間隙；
抗全反射層，連接于部分該出光面與部分該第一表面之間；
照明系統(tǒng)，配置于該入光面旁，適于朝向該入光面提供照明光束；
反射式光閥，配置于該第二表面旁，且位于該照明光束的傳遞路徑上，其中該反射式光閥適于將該照明光束轉(zhuǎn)換成圖像光束；以及
投影鏡頭，配置于該第三表面旁，且位于該圖像光束的傳遞路徑上。
2.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該出光面及該第一表面上具有被照明光束照射的照明區(qū)域，該第一表面上具有被圖像光束照射的圖像區(qū)域，該抗全反射層的一側(cè)連接于該第一表面的未與圖像區(qū)域重疊的照明區(qū)域上，另一側(cè)連接于其相對的該出光面上。
3.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該第一棱鏡的折射率為n1，該抗全反射層的折射率為n3，而空氣的折射率為n4，且|n1-n4|＞|n1-n3|。
4.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該第二棱鏡的折射率為n2，該抗全反射層的折射率為n3，而空氣的折射率為n4，且|n2-n4|＞|n2-n3|。
5.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該抗全反射層的折射率大于空氣的折射率。
6.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該抗全反射層為光學(xué)膠。
7.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該入光面為曲面。
8.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該抗全反射層的一側(cè)連接于第一表面上未被該圖像光束照射的區(qū)域，另一側(cè)連接于其相對的出光面上。
9.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該照明光束是依序通過該入光面、該出光面、該第一表面與該第二表面后入射于該反射式光閥上，且該圖像光束經(jīng)由該第二表面而傳遞至該第一表面，并被該第一表面反射后而自該第三表面出射至該投影鏡頭。
10.一種內(nèi)部全反射棱鏡，包括
第一棱鏡，具有第一表面、第二表面與第三表面；
第二棱鏡，具有入光面與出光面，其中該出光面與該第一表面相對，且該出光面與該第一表面之間存在間隙；以及
抗全反射層，連接于部分該出光面與部分該第一表面之間。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該出光面及該第一表面上具有被照明光束照射的照明區(qū)域，該第一表面上具有被圖像光束照射的圖像區(qū)域，該抗全反射層的一側(cè)連接于該第一表面的未與圖像區(qū)域重疊的照明區(qū)域上，另一側(cè)連接于其相對的該出光面上。
12.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該第一棱鏡的折射率為n1，該抗全反射層的折射率為n3，而空氣的折射率為n4，且|n1-n4|＞|n1-n3|。
13.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該第二棱鏡的折射率為n2，該抗全反射層的折射率為n3，而空氣的折射率為n4，且|n2-n4|＞|n2-n3|。
14.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該抗全反射層的折射率大于空氣的折射率。
15.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該抗全反射層為光學(xué)膠。
16.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該抗全反射層的一側(cè)是連接于第一表面上未被圖像光束照射的區(qū)域，另一側(cè)是連接于其相對的出光面上。
17.一種投影裝置，包括
內(nèi)部全反射棱鏡，包括
第一棱鏡，具有第一表面、第二表面與第三表面；
第二棱鏡，具有入光面與出光面，部分出光面與部分第一表面相連，且其余部分出光面與其余部分第一表面之間存在間隙；
照明系統(tǒng)，配置于該入光面旁，適于朝向該入光面提供照明光束；
反射式光閥，配置于該第二表面旁，且位于該照明光束的傳遞路徑上，其中該反射式光閥適于將該照明光束轉(zhuǎn)換成圖像光束；以及
投影鏡頭，配置于該第三表面旁，且位于該圖像光束的傳遞路徑上。
18.如權(quán)利要求17所述的投影裝置，其中，該間隙位于該第一表面上被該圖像光束照射的區(qū)域與其相對的該出光面之間。
19.一種內(nèi)部全反射棱鏡，包括
第一棱鏡，具有第一表面、第二表面與第三表面；以及
第二棱鏡，具有入光面與出光面，部分出光面與部分第一表面相連，且其余部分出光面與其余部分第一表面之間存在間隙。
20.如權(quán)利要求19所述的內(nèi)部全反射棱鏡，其中，該間隙位于該第一表面上被圖像光束照射的區(qū)域與其相對的該出光面之間。
全文摘要
一種投影裝置的內(nèi)部全反射棱鏡包括第一棱鏡、第二棱鏡與抗全反射層。第一棱鏡具有第一表面、第二表面與第三表面，而第二棱鏡具有入光面與出光面。出光面與第一表面相對，且出光面與第一表面之間存在間隙?？谷瓷鋵邮沁B接于部分出光面與部分第一表面之間。藉由抗全反射層的設(shè)置以降低照明光束在內(nèi)部全反射棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射的機(jī)率，因此能提高照明光束的利用效率，進(jìn)而提升圖像的亮度。
文檔編號G03B21/00GK101169576SQ20061014296
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者劉勁谷, 王思克 申請人:中強(qiáng)光電股份有限公司