專利名稱：投影裝置的制作方法
投影裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種投影裝置，且特別是有關(guān)于一種體積小且投影品質(zhì)良好的投
影裝置。
背景技術(shù)：
一般而言，當(dāng)投影裝置在進(jìn)行影像投影時(shí)，光閥會將照明光束轉(zhuǎn)換成影像光束并將影像光束反射至投影鏡頭，之后，再透過投影鏡頭將影像光束投影至屏幕上以成像。然而，隨著投影裝置的體積趨于薄型化，投影裝置內(nèi)部的各光學(xué)元件之間的距離便會越來越短。如此一來，光束于投影裝置內(nèi)部傳遞時(shí)，便容易因?yàn)楣鈱W(xué)元件之間的彼此距離過近，而產(chǎn)生影像光束與光學(xué)元件干涉的問題，進(jìn)而于投影畫面上產(chǎn)生暗影，造成投影成像的品質(zhì)下降。美國專利第7724436號揭露一種投影光機(jī)，此投影光機(jī)至少包括光通道(light tunnel)、準(zhǔn)直鏡(collimator)、雙色元件(dichroic subassembly)、透鏡、面板、分光元件 (x-cube)及投影鏡頭。其中，為了縮小光機(jī)的體積，可將透鏡接近光機(jī)中心處的邊緣裁切， 以減少透鏡與其他光學(xué)元件之間的干涉(interference)問題。美國專利第6406156號揭露一種反射式投影鏡頭組。于此反射式投影鏡頭組中， 光閥欲反射至鏡頭的光線(intended light)可透過第一面鏡及第二面鏡的反射傳遞出去， 而第一面鏡及第二面鏡中沒有用來接收及反射光線(intended light)的部份可以裁切掉， 以減少鏡片的大小。美國專利第6008951號揭露一種照明光學(xué)系統(tǒng)，此照明光學(xué)系統(tǒng)包含光源、集光透鏡(collection lenses)、反身寸鏡(folding mirror)及裁切的透鏡(truncated lens)。 其中裁切的透鏡可避免lens與透鏡群之間的干涉問題。美國專利第6799852號揭露一種投影機(jī)，此投影機(jī)包含光源、光反射罩、色輪、光管、中繼透鏡、反射鏡、橢圓鏡、反射式光閥以及投影鏡頭，其中利用橢圓反射鏡來縮小投影機(jī)的體積。然而，上述這些傳統(tǒng)架構(gòu)對于縮小投影裝置的整體體積還是有一定的限制。此外，一般來說，為了避免中繼透鏡與投影鏡頭之間，產(chǎn)生照明光束與影像光束之干涉而造成投影畫面具有暗影，通常的解決方法便是將照明系統(tǒng)的傳遞路徑拉長，并使中繼透鏡與投影鏡頭之間的距離加大，藉以降低照明光束與影像光束于中繼透鏡與投影鏡頭之間產(chǎn)生過多的干涉量，又或者是將投影鏡頭中最靠近光閥的鏡片之尺寸做小(如縮小透鏡的直徑)，以避免中繼透鏡與投影鏡頭的距離過近而產(chǎn)生前述的光束的干涉的問題。雖然，采用前述方法可解決前述光束于中繼透鏡與投影鏡頭之間所產(chǎn)生的干涉問題，然而投影裝置整體的體積便同時(shí)無法有效地縮小而達(dá)到薄型化的目的。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種投影裝置，其具有較小尺寸的同時(shí)仍可呈現(xiàn)良好的投影畫面。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。
為達(dá)上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發(fā)明之一實(shí)施例提供一種投影裝置，包括一照明系統(tǒng)、一光閥以及一投影鏡頭。照明系統(tǒng)提供一照明光束。光閥配置于照明光束的傳遞路徑上并用以將照明光束轉(zhuǎn)換為一影像光束。投影鏡頭配置于影像光束的傳遞路徑上并具有一透鏡群，且透鏡群包括復(fù)數(shù)個透鏡。這些透鏡中最靠近光閥的透鏡具有一光軸、一第一周緣與一第二周緣，第一周緣及第二周緣位于光軸的相對側(cè)上，且第一周緣至光軸的距離與第二周緣至光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，影像光束偏離透鏡的光軸。在本發(fā)明一實(shí)施例中，影像光束偏離透鏡的光軸的角度實(shí)質(zhì)上落在3度的范圍內(nèi)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一周緣至光軸的距離與第二周緣至光軸的距離的比值落在0.2與0.6之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，影像光束偏離透鏡的光軸并通過透鏡的一側(cè)，而第二周緣位于影像光束偏離透鏡的光軸并通過透鏡的一側(cè)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，投影裝置更包括一中繼透鏡，配置于照明光束的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)與光閥之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，中繼透鏡具有一光軸、一第三周緣與一第四周緣，第三周緣及第四周緣位于中繼透鏡的光軸的相對側(cè)，且第三周緣至光軸的距離與第四周緣至光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第三周緣至光軸的距離與第四周緣至光軸的距離的比值落在0. 4與0. 5之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第三周緣與第一周緣是彼此相對。在本發(fā)明一實(shí)施例中，投影裝置更包括一反射元件，配置于照明光束的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)與光閥之間，且反射元件用以將來自照明系統(tǒng)的照明光束傳遞至光閥。 在本發(fā)明一實(shí)施例中，反射元件包括一反射鏡。在本發(fā)明一實(shí)施例中，投影裝置更包括一光均勻化元件，配置于照明光束的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)與光閥之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，光均勻化元件為一光積分柱。在本發(fā)明一實(shí)施例中，光均勻化元件包括至少一透鏡陣列。在本發(fā)明一實(shí)施例中，投影裝置更包括一場鏡，配置于照明光束的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)與光閥之間，其中場鏡配置于影像光束的傳遞路徑上，且位于光閥與投影鏡頭之間。在本發(fā)明一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括一白光光源。在本發(fā)明一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括一第一光源、一第二光源與一合光元件，第一光源提供一第一色光與一第二色光，第二光源提供一第三色光，且合光元件反射來自第一光源的第一色光與第二色光，而來自第二光源的第三色光通過合光元件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，合光元件包括一第一反射元件與一第二反射元件，第一反射元件與第二反射元件并排設(shè)置且不交叉，第一反射元件反射第一色光，第二反射元件反射第二色光，且第三色光通過第一反射元件與第二反射元件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一光源與第二光源各為一發(fā)光二極管。在本發(fā)明一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)包括一第一光源、一第二光源、一第三光源與一合光元件，第一光源提供一第一色光，第二光源提供一第二色光，第三光源提供一第三色光， 且合光元件反射第一色光與第二色光，而第三色光通過合光元件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，合
5光元件包括一第一反射元件與一第二反射元件，第一反射元件與第二反射元件交叉設(shè)置， 第一反射元件反射第一色光，第二反射元件反射第二色光，且第三色光通過第一反射元件與第二反射元件。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一光源、第二光源與第三光源各為一發(fā)光二極管?；谏鲜觯景l(fā)明的實(shí)施例可達(dá)到下列優(yōu)點(diǎn)或功效的至少其一。投影裝置透過將投影鏡頭中最靠近光閥的透鏡可進(jìn)行裁切，如此，最靠近光閥的透鏡的尺寸便可被縮小而可使投影鏡頭與中繼透鏡之間的距離更為貼近，從而可縮小投影裝置的整體體積，其中投影鏡頭中最靠近光閥的透鏡可進(jìn)行裁切的比例為第一周緣至光軸的距離與第二周緣至光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。另外，來自光閥的影像光束往遠(yuǎn)離第一周緣的方向偏離最靠近光閥的透鏡的光軸，可使投影鏡頭產(chǎn)生良好的投影畫面。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉多個實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。

圖IA為本發(fā)明一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖IB是圖IA的投影鏡頭中最靠近光閥的透鏡的具體實(shí)施的示意圖。圖IC是圖IA的中繼透鏡的具體實(shí)施的示意圖。圖ID則為依據(jù)表一所列舉的數(shù)據(jù)而繪示的曲線關(guān)系圖。圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖4為本發(fā)明再一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖5為本發(fā)明更一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖6為本發(fā)明還一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。圖7與圖8分別繪示不同實(shí)施形態(tài)的照明系統(tǒng)的示意圖。100、100a、100b、200、200a、200b 投影裝置110、110b、110c 照明系統(tǒng)114a、116a 第一光源114b、116b 第二光源114c、116d 合光元件116c:第三光源IlOa:白光光源120:光閥130 投影鏡頭132、132a:透鏡140 光均勻化元件142 透鏡陣列14^i、142b 透鏡子陣列144 光積分柱150 聚光透鏡
160 反射元件
170 中繼透鏡
180 場鏡
190 玻璃蓋
A1、A2、A3、152光軸
Cl 第一色光
C2 第二色光
C3 第三色光
J1、J2、J3、J4 周緣
rl、r2、r3、r4 距離
R1、R1，:第一反射元件
R2、R2，第二反射元件
Ll 照明光束
L2 影像光束
θ 1、θ 2 夾角
具體實(shí)施方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的多個實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如「上」、「下」、 「前」、「后」、「左」、「右」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， 而非用來限制本發(fā)明。圖IA為本發(fā)明一實(shí)施例的投影裝置的示意圖。請參考圖1A，本實(shí)施例的投影裝置100包括一照明系統(tǒng)110、一光閥120以及一投影鏡頭130。照明系統(tǒng)110提供一照明光束Li。在本實(shí)施例中，照明系統(tǒng)110具有至少一光源，該光源可以是一發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)光源、高壓萊燈(ultra high pressure lamp, UHP lamp)或是其他適當(dāng)?shù)墓庠?。另外，光閥120配置于照明光束Ll的傳遞路徑上并用以將照明光束Ll轉(zhuǎn)換為一影像光束L2。在本實(shí)施例中，光閥120以數(shù)位微鏡元件(digital micro-mirror device, DMD)作為舉例說明。然而，在其他實(shí)施例中，光閥120亦可以是硅基液晶面板 (liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)。在本實(shí)施例中，投影裝置100更可包括一光均勻化元件140，配置于照明光束Ll的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)110與光閥120之間。在本實(shí)施例中，光均勻化元件140包括至少一透鏡陣列142。具體而言，透鏡陣列142可包括兩透鏡子陣列14h、142b，其作用除了可使通過透鏡陣列142的照明光束Ll均勻化之外，還可調(diào)整傳遞至光閥120的照明光束 Ll的光形。具體而言，若光閥120為矩形時(shí)，則傳遞至光閥120的照明光束Ll的光形以呈現(xiàn)矩形為較佳，而調(diào)整照明光束Ll的光形的方式便可透過光均勻化元件140來達(dá)成。另外， 投影裝置100亦可包括一聚光透鏡150，配置于照明光束Ll的傳遞路徑上并位于光均勻元件140與光閥120之間。在本實(shí)施例中，光均勻化元件140的光軸A3例如與聚光透鏡150的光軸152平行。也就是說，光均勻化元件140的光軸A3與聚光透鏡150的光軸152可以是位于照明光束Ll的相同的傳遞路徑上。在本實(shí)施例中，聚光透鏡150主要是用來將通過光均勻化元件140的照明光束Ll進(jìn)一步地收光，以避免照明光束Ll的光形在傳遞至光閥 120前因光束發(fā)散的原因而產(chǎn)生變形，從而影響照明光束Ll照射于光閥120的照光面積與效率。另外，本實(shí)施例的投影裝置100更可包括一反射元件160，配置于照明光束Ll的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)110與光閥120之間，且反射元件160用以將來自照明系統(tǒng)110 的照明光束Ll傳遞至光閥120。在本實(shí)施例中，反射元件160是以反射鏡作為舉例說明，但依據(jù)使用者的需求與設(shè)計(jì)，反射元件160亦可使用內(nèi)部全反射棱鏡之類的光學(xué)元件來將照明系統(tǒng)110的照明光束Ll反射至光閥120。在本實(shí)施例中，投影裝置100可包括一中繼透鏡170，配置于照明光束Ll的傳遞路徑上并位于照明系統(tǒng)Iio與光閥120之間。具體而言，中繼透鏡170是位于反射元件160 與光閥120之間，并用以將被反射元件160所反射的照明光束Ll進(jìn)一步地收光，以維持照明光束Ll照射于光閥120的照光面積與效率。請繼續(xù)參照圖1A，投影鏡頭130配置于影像光束L2的傳遞路徑上并具有一透鏡群 G1，且透鏡群Gl包括復(fù)數(shù)個透鏡132。具體而言，當(dāng)投影裝置100在進(jìn)行影像投影時(shí)，光閥 120便會將照明光束Ll轉(zhuǎn)換成影像光束L2并將影像光束L2反射至投影鏡頭130上，之后再透過投影鏡頭130將影像光束L2投影至一屏幕(未繪示)上藉以成像。具體而言，透鏡13 具有一光軸Al、一第一周緣Jl與一第二周緣J2，其中第一周緣Jl及第二周緣J2位于光軸Al的相對側(cè)，且第一周緣Jl至光軸Al的距離rl與第二周緣J2至光軸Al的距離r2的比值落在大于等于0小于1之間，如圖IA與圖IB所繪示，其中圖IB是圖IA的投影鏡頭130中最靠近光閥120的透鏡13 的具體實(shí)施的示意圖。在圖IB中，若第一周緣Jl至光軸Al的距離r 1與第二周緣J2至光軸Al的距離r2的比值越小時(shí)，則代表透鏡13 整體體積縮小，反之，則相反。在本實(shí)施例中，最靠近光閥120的透鏡13 的第一周緣Jl至光軸Al的距離rl與第二周緣J2至光軸Al的距離r2的比值可落在0. 2與0. 6之間。上述的第一周緣Jl與第二周緣J2系定義為透鏡13 的承靠面，作為固定透鏡13 之用，即所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者所知的。以下內(nèi)容將舉出投影裝置100之一實(shí)施例，系利用裁切的方式作為縮小透鏡13 整體體積的方法。需注意的是，下述表一中所列的數(shù)據(jù)資料并非用以限定本發(fā)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在參照本發(fā)明之后，當(dāng)可應(yīng)用本發(fā)明的原則對其參數(shù)或設(shè)定作適當(dāng)?shù)母鼊?，惟其仍?yīng)屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)。其中，表一為最靠近光閥120的透鏡13 的第一周緣Jl至光軸Al的距離rl與第二周緣J2至光軸Al的距離r2的比值分別采用不同數(shù)值所產(chǎn)生的整體投影亮度的效率的實(shí)施數(shù)值，而圖ID則為依據(jù)表一所列舉的數(shù)據(jù)而繪示的曲線關(guān)系圖。表一
rl/r2投影效率之增益1. 000100. 00%
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，包括一照明系統(tǒng)，提供一照明光束；一光閥，配置于該照明光束的傳遞路徑上并用以將該照明光束轉(zhuǎn)換為一影像光束；以及一投影鏡頭，配置于該影像光束的傳遞路徑上并具有一透鏡群，且該透鏡群包括復(fù)數(shù)個透鏡，其中該些透鏡中的一最靠近該光閥的透鏡具有一光軸、一第一周緣以及一第二周緣，該第一周緣及該第二周緣位于該光軸的相對側(cè)，且該第一周緣至該光軸的距離與該第二周緣至該光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。
2.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該影像光束偏離該透鏡的該光軸。
3.如權(quán)利要求2所述的投影裝置，其中，該影像光束偏離該透鏡的該光軸的角度落在3 度的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該比值落在0.2至0. 6之間。
5.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該影像光束偏離該透鏡的該光軸并通過該透鏡的一側(cè)，而該第二周緣位于該側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，更包括一中繼透鏡，配置于該照明光束的傳遞路徑上并位于該照明系統(tǒng)與該光閥之間。
7.如權(quán)利要求6所述的投影裝置，其中，該中繼透鏡具有一光軸、一第三周緣與一第四周緣，該第三周緣及該第四周緣位于該中繼透鏡的該光軸的相對側(cè)，且該第三周緣至該中繼透鏡的該光軸的距離與該第四周緣至該光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。
8.如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中，該比值落在0.4與0. 5之間。
9.如權(quán)利要求7所述的投影裝置，其中，該第三周緣與該第一周緣是彼此相對。
10.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，更包括一反射元件，配置于該照明光束的傳遞路徑上并位于該照明系統(tǒng)與該光閥之間，且該反射元件用以將來自該照明系統(tǒng)的該照明光束傳遞至該光閥。
11.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，更包括一光均勻化元件，配置于該照明光束的傳遞路徑上并位于該照明系統(tǒng)與該光閥之間。
12.如權(quán)利要求11所述的投影裝置，其中，該光均勻化元件為一光積分柱。
13.如權(quán)利要求11所述的投影裝置，其中，該光均勻化元件包括至少一透鏡陣列。
14.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，更包括一場鏡，配置于該照明光束的傳遞路徑上并位于該照明系統(tǒng)與該光閥之間，其中該場鏡配置于該影像光束的傳遞路徑上，且位于該光閥與該投影鏡頭之間。
15.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該照明系統(tǒng)包括一白光光源。
16.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該照明系統(tǒng)包括一第一光源、一第二光源與一合光元件，該第一光源提供一第一色光與一第二色光，該第二光源提供一第三色光，且該合光元件反射來自該第一光源的該第一色光與該第二色光，而來自該第二光源的該第三色光通過該合光元件。
17.如權(quán)利要求16所述的投影裝置，其中，該合光元件包括一第一反射元件與一第二反射元件，該第一反射元件與該第二反射元件并排設(shè)置且不交叉，該第一反射元件反射該第一色光，該第二反射元件反射該第二色光，且該第三色光通過該第一反射元件與該第二反射元件。
18.如權(quán)利要求16所述的投影裝置，其中，該第一光源與該第二光源各為一發(fā)光二極管。
19.如權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，該照明系統(tǒng)包括一第一光源、一第二光源、一第三光源與一合光元件，該第一光源提供一第一色光，該第二光源提供一第二色光，該第三光源提供一第三色光，且該合光元件反射該第一色光與該第二色光，而該第三色光通過該合光元件。
20.如權(quán)利要求17所述的投影裝置，其中，該合光元件包括一第一反射元件與一第二反射元件，該第一反射元件與該第二反射元件交叉設(shè)置，該第一反射元件反射該第一色光， 該第二反射元件反射該第二色光，且該第三色光通過該第一反射元件與該第二反射元件。
21.如權(quán)利要求19所述的投影裝置，其中，該第一光源、該第二光源與該第三光源各為一發(fā)光二極管。
全文摘要
一種投影裝置，包括一照明系統(tǒng)、一光閥以及一投影鏡頭。照明系統(tǒng)提供一照明光束。光閥配置于照明光束的傳遞路徑上并用以將照明光束轉(zhuǎn)換為一影像光束。投影鏡頭配置于影像光束的傳遞路徑上并具有一透鏡群，且透鏡群包括復(fù)數(shù)個透鏡。這些透鏡中最靠近光閥的透鏡具有一光軸、一第一周緣與一第二周緣，第一周緣及第二周緣位于光軸的相對側(cè)上，且第一周緣至光軸的距離與第二周緣至光軸的距離的比值落在大于等于0小于1之間。
文檔編號G03B21/28GK102540661SQ20101062165
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉勁谷, 賴育崧 申請人:中強(qiáng)光電股份有限公司