投影装置的制作方法

1.本实用新型是有关于一种光学装置，且特别是有关于一种投影装置。


背景技术：

2.一般来说，投影机所投影出的影像画面为水平宽度大于垂直高度的横向影像画面。然而，在一些应用中(例如，电梯门投影)，也可能需要垂直高度大于水平宽度的直立式影像画面。目前的一种方法是将数字微镜元件(digital micro
‑
mirror device，dmd)的有效显示区域中对应于预定投影区域的部分设为开启状态(on
‑
state)，而有效显示区域中对应于非预定投影区域的其他部分设为关闭状态(off
‑
state)。举例来说，当数字微镜元件的有效显示区域全部设为开启状态时，投影机可投影出一横向影像画面，而当此投影机应用在电梯门投影时，可将有效显示区域中对应于电梯门的区域的部分设为开启状态，而有效显示区域中对应于电梯门的两旁区域的其他部分设为关闭状态。因此，投影机可仅投出影像于电梯门的区域，而不投出影像于电梯门两旁的区域。
3.然而，在上述方法中，有效显示区域中对应于电梯门的两旁区域的部分可能占有效显示区域中相当高的比例，且一般来说，数字微镜元件的全部有效显示区域都会受到入射光的照射，因此若将有效显示区域中对应于非预定投影区域的部分设为关闭状态，将造成有效显示区域的利用率大幅下降，进而造成亮度及解析度的损失。
[0004]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域普通技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被本领域普通技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
[0005]
本实用新型提供一种投影装置，可提供显示品质更佳的直立式影像画面。
[0006]
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0007]
为实现上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种投影装置。投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束调变为影像光束。光阀具有长边以及短边，且光阀的短边平行于第一方向，照明光束从光阀的短边入射光阀的有效显示区域。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置而形成直立式影像画面，直立式影像画面的短边平行第一方向。
[0008]
基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的实施例中，通过光阀的影像光束的光路相对于包含投影镜头的光轴的参考平面在垂直方向上偏移，因此，被投射出投影装置的影像光束可直接形成直立式显示画面。如此一来，当运用在需要直立的影像画面的应用时，本实用新型的实施例的投影装置可不牺牲亮度及
解析度，因而可提供显示品质更佳的直立式影像画面。
[0009]
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
[0010]
图1是本实用新型的一实施例的一种投影装置的框图。
[0011]
图2是图1的投影装置的立体图。
[0012]
图3a是图2的投影装置的内部架构示意图。
[0013]
图3b是照明光束进入图3a的光阀时的光路示意图。
[0014]
图3c与图3d是照明光束的一种入射方向与光阀的有效显示区域的反射镜翻转方向的相对关系示意图。
[0015]
图3e与图3f是照明光束的另一种入射方向与光阀的有效显示区域的反射镜翻转方向的相对关系示意图。
[0016]
图4是图2的投影装置的侧视透视图。
[0017]
图5是图4的投影装置的放大图。
[0018]
图6a是图1的投影装置的另一种光阀的设置架构示意图。
[0019]
图6b是图6a的投影装置的侧视透视放大图。
[0020]
图7a是图1的另一种投影装置的立体图。
[0021]
图7b是图7a的投影装置的内部架构示意图。
[0022]
图7c是图7a的投影装置的侧视透视放大图。
具体实施方式
[0023]
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
[0024]
图1是本实用新型的一实施例的一种投影装置的示意图。图2是图1的投影装置的立体图。图3a是图2的投影装置的内部架构示意图。图3b是照明光束进入图3a的光阀时的光路示意图。图3c与图3d是照明光束的一种入射方向与光阀的反射镜翻转方向的相对关系示意图。图3e与图3f是照明光束的另一种入射方向与光阀的反射镜翻转方向的相对关系示意图。图4是图2的投影装置的侧视透视图。图5是图4的投影装置的放大图。为了清楚地描述，图4至图5有省略绘示部分构件。
[0025]
请先参照图1，本实施例的投影装置200包括照明系统100、光阀210以及投影镜头220。照明系统100用于提供照明光束ib。光阀210配置于照明光束ib的传递路径上，以将照明光束ib调变成影像光束imb。投影镜头220配置于影像光束imb的传递路径上，并用于将影像光束imb投射至成像面ip(标示于图2，其例如是屏幕或墙壁)上，以形成影像画面。由于这些不同颜色的照明光束ib照射在光阀210上后，光阀210依时序将不同颜色的照明光束ib转换成影像光束imb并传递至投影镜头220，因此，影像光束imb被投射出投影装置200而于成像面ip上所形成的影像画面便能够成为彩色画面。
[0026]
在本实施例中，光阀210例如为数字微镜元件(digital micro
‑
mirror device，dmd)。在本实施例中，投影镜头220例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合(如图4所示)，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等非平面镜片或其各种组合。本实用新型对投影镜头220的型态及其种类并不加以限制。
[0027]
请接着参照图2及图3，在本实施例中，成像面ip例如是屏幕或墙壁，而投影装置200例如是架设于地面或桌面，其中影像光束imb是被向上投射至成像面ip。然而，在其他实施例中，投影装置200也可以是架设于天花板等更高的位置，其中影像光束imb是被向下投射至成像面ip。为便于描述，本案图2及后续相关附图特意绘示坐标轴，其中成像面ip(即屏幕或墙壁)是与第一方向d1与第三方向d3相互平行的平面，而地面、桌面或天花板则是与第一方向d1与第二方向d2相互平行的平面，因此第二方向d2和第一方向d1为水平方向，而第三方向d3可视为垂直方向。
[0028]
如图2所示，投影镜头220将影像光束imb投射出投影装置200而形成直立式影像画面50，其中直立式影像画面50是指垂直高度大于水平宽度的影像画面，其形成方法将于下述段落进一步地描述。
[0029]
具体而言，如图3a与图3b所示，在本实施例中，照明系统100例如包括光源110、波长转换元件120、滤光元件130以及光均匀化元件140。光源110可用以发出光束，波长转换元件120可用以将光源发出的光束转换为不同的色光，而滤光元件130可用于提升色光的色纯度，以形成照明光束ib。并且，光均匀化元件140用于均匀化照明光束ib，并使照明光束ib传递至光阀210。在此，光均匀化元件140沿着第一方向d1配置，而照明光束ib离开照明系统100的方向为照明光束ib自光均匀化元件140出射的行进方向，换言之，在本实施例中，照明光束ib沿第一方向d1离开所述照明系统100。然而，在其他实施例中，照明系统100也可以包括多个不同光源，以分别发出具有不同颜色的照明光束ib。本实用新型对照明系统100的型态及其种类并不加以限制。
[0030]
另一方面，如图3a与图3b所示，光阀210具有长边211以及短边213，且光阀210的短边213平行于第一方向d1。进一步而言，如图3a、图3b及图1所示，在本实施例中，光阀210例如为数字微镜元件且由多个微小的反射镜组成。光阀210通过控制每个反射镜的翻转，来控制照明光束ib的出射方向，因此入射至光阀210的照明光束ib的入射方向需与光阀210的反射镜翻转方向与角度彼此对应，否则将无法顺利通过光阀210转换成影像光束imb且输出至投影镜头220。照明光束ib从光阀210的短边213入射光阀210的有效显示区域212(有效显示区域)。此外，光阀210的有效显示区域212是指可将照明光束ib调变成影像光束imb并传递至投影镜头220的实际光学作动区。举例来说，当光阀210例如是数字微镜元件(dmd)时，有效显示区域212例如是数字微镜元件(dmd)上的多个微小反射镜组成的区域。
[0031]
一般而言，光阀210的有效显示区域212的每个反射镜的翻转可分成3种状态，分别为开启状态(此时的反射镜翻转,影像光束imb进入投影镜头220)、关闭状态(反射镜翻转,影像光束imb不进入投影镜头220)、平坦状态(反射镜不翻转)。并且，由于光阀210的反射镜的翻转是沿其旋转对角线翻转，因此，如图3c至图3d所示，有效显示区域212上的反射镜沿着光阀210的短边213与长边211排列，即每一反射镜的侧边是平行于光阀210的短边213或长边211。照明光束ib可从光阀210的短边213的方向的斜下方入射，并经由纸面的方向(即沿着第三方向d3的相反侧)出射，即照明光束ib入射光阀210时，照明光束ib于光阀210上的
正投影重叠于光阀210的短边213且不垂直于短边213。或是，也可如图3e至图3f所示，有效显示区域212上的反射镜的旋转对角线沿着光阀210的短边213排列，即每一反射镜的旋转对角线是平行于光阀210的短边213。因此，照明光束ib可从光阀210的短边213的方向的正下方入射，而仍可经由纸面的方向(即沿着第三方向d3的相反侧)出射，即照明光束ib入射光阀210时，照明光束ib于光阀210上的正投影重叠于光阀210的短边213且大致垂直于短边213。
[0032]
另一方面，如图4所示，投影镜头220的光轴o位于一参考平面re上，在此，参考平面re与第一方向d1、第二方向d2平行，且投影镜头220的光轴o平行于第二方向d2。并且，如图3a与图3b所示，光阀210的有效显示区域212呈矩形，其中光阀210的长边211的方向是指与有效显示区域212的长边212_1平行的方向，其平行于第二方向d2。类似地，光阀210的短边213的方向是指与有效显示区域212的短边212_3平行的方向，其平行于第一方向d1。也就是说，参考平面re平行于光阀210的长边211的方向(即第二方向d2)，且平行于光阀210的短边213的方向(即第一方向d1)。此外，在本实施例中，投影镜头220的光轴o平行于光阀210的长边211的方向(例如是图中的第二方向d2)且垂直于光阀210的短边213的方向(例如是图中的第一方向d1)。
[0033]
接着，如图4所示，在本实施例中，直立式影像画面50的长边的方向是指与直立式影像画面50的长边平行的方向(例如是图中的第三方向d3)，同理，直立式影像画面50的短边的方向是指与直立式影像画面50的短边平行的方向(例如是图中的第一方向d1)。也就是说，直立式影像画面50的短边平行第一方向d1，且所述参考平面re与所述直立式影像画面50彼此正交。
[0034]
具体来说，投影装置200还包括光学镜组250，光学镜组250配置于来自照明系统100的照明光束ib的传递路径上，以将来自照明光束ib引导至光阀210，并将光阀210发出的影像光束imb引导至投影镜头220。如图4及图5所示，照明光束ib经由光学镜组250入射至光阀210而转换成影像光束imb，影像光束imb经由光学镜组250而反射的光路相对于包含投影镜头220的光轴o的参考平面re在第三方向d3上偏移，而具有第一偏移量s1。接着，如图4所示，在直立式影像画面50的长边的方向(例如是图中的第三方向d3)上，直立式影像画面50的中心c相对于参考平面re具有第二偏移量s2。
[0035]
更进一步而言，在本实施例中，参考平面re位于光阀210的有效显示区域212与直立式影像画面50之间。光阀210的有效显示区域212的长边212_1具有第一长度l1。直立式影像画面50的长边具有第二长度l2，其中第一偏离量s1与第一长度l1的比值实质上等于第二偏离量s2与第二长度l2的比值。因此，被投射出投影装置200的影像光束imb可直接形成直立式显示画面50。如此一来，当运用在需要直立的影像画面的应用(例如电梯门投影)时，本实用新型的实施例的投影装置200可不牺牲亮度及解析度，因而可提供显示品质更佳的直立式影像画面50。
[0036]
需说明的是，由于投影装置200所投影出的影像画面即为直立式，因此即便需将直立式影像画面50限缩至预定的直立投影区域(例如为电梯门的区域)时，光阀210的有效显示区域212的利用率仍然相对较高。也就是说，仅有少部分的有效显示区域212可能被设为关闭状态。在一些实施例中，直立式影像画面50与光阀210的有效显示区域212所对应的有效投影区域之间的比例至少可例如为大于等于30％。在一些实施例中，直立式影像画面50
与光阀210的有效显示区域212所对应的有效投影区域之间的比例至少可例如为大于等于95％。此处，光阀210的有效显示区域212所对应的有效投影区域是指当光阀210的有效显示区域212都设为开启状态时，影像光束imb可于成像面ip形成影像画面的区域。
[0037]
在一些实施例中，直立式影像画面50的长宽比和光阀210的有效显示区域212的长宽比之间的差值例如为大于0％且小于等于10％。或者，在某些实施例中，直立式影像画面50的长宽比和光阀210的有效显示区域212的长宽比大致上相同。也就是说，在某些实施例中，光阀210的有效显示区域212可都设为开启状态，而可不需有部分的有效显示区域212设为关闭状态。
[0038]
需说明的是，在其他实施例中，光阀210的短边213的方向也可以是平行于图中的第一方向d1，此时的光阀210的长边211的方向则平行于图中的第三方向d3。参考平面re、投影镜头220的光轴o以及直立式影像画面50的设置方向则保持不变。
[0039]
此外，投影装置200还包括机壳230，机壳230用以容纳照明系统100(图中省略绘示)、光阀210以及投影镜头220，机壳230具有平行于直立式影像画面50的表面230a和/或表面230b，机壳230的表面230a面向直立式影像画面50，而机壳230的表面230b背对直立式影像画面50，且表面230b与表面230a位于机壳230的相对侧，且如图2所示，表面230a和/或表面230b的长边的方向平行于直立式影像画面50的短边。在本实施例中，机壳230的表面230a和/或表面230b例如呈矩形，且表面230a和/或表面230b的水平宽度大于其垂直高度，表面230a和/或表面230b的长边的方向是指与表面230a和/或表面230b的长边平行的方向(例如是图中的第一方向d1)，同理，表面230a和/或表面230b的短边的方向是指与表面230a和/或表面230b的短边平行的方向(例如是图中的第三方向d3)。然而，在其他实施例中，机壳230的表面230a和/或表面230b的水平宽度也可以例如是小于或等于其垂直高度，本实用新型不限于此。
[0040]
另一方面，如图3至图5所示，投影装置200还包括光路转折元件240，光路转折元件240配置于机壳230内，用以将来自投影镜头220的影像光束imb反射至成像面ip，以形成前述的直立式影像画面50。举例来说，光路转折元件240例如是凹面镜。如图3所示，直立式影像画面50的中心c与光路转折元件240上任一点的连线、投影镜头220的光轴o以及直立式影像画面50的中心c在直立式影像画面50的长边的方向(例如是图中的第三方向d3)上的延伸线，三者相连呈三角形。此处，直立式影像画面50的中心c在直立式影像画面50的长边的方向(例如是图中的第三方向d3)上的延伸线例如是直立式影像画面50的中心c与投影镜头220的光轴o在直立式影像画面50的长边的方向(例如是图中的第三方向d3)上的连线。
[0041]
此外，如图3和图4所示，投影装置200的机壳230可包括透光盖板232，透光盖板232配置于来自光路转折元件240的影像光束imb的传递路径上，则来自投影镜头220的影像光束imb被光路转折元件240转折光路后，影像光束imb穿过透光盖板232而被投射出投影装置200，并于成像面ip上形成直立式影像画面50。透光盖板232可防止灰尘附着于光路转折元件240，以避免影响投影装置200的光学效率。
[0042]
图6a是图1的投影装置的另一种光阀的设置架构示意图。图6b是图6a的投影装置的侧视透视放大图。请参照图6a与图6b，图6a与图6b的投影装置600与图2至图3b的投影装置200类似，而差异如下所述。如图6a与图6b所示，在本实施例中，光阀610的短边613平行于第一方向d1，光阀610的长边611平行于第三方向d3，而参考平面re、投影镜头220的光轴o以
及直立式影像画面50的设置方向仍与图3a的投影装置200的配置类似，在此就不再赘述。如此，如图6b所示，通过光阀610的影像光束imb经由光学镜组250而反射的光路相对于包含投影镜头220的光轴o的参考平面re仍会在第三方向d3上偏移，进而使得被投射出投影装置600的影像光束imb可直接形成直立式显示画面50。如此一来，当运用在需要直立的影像画面的应用(例如电梯门投影)时，本实用新型的实施例的投影装置600可不牺牲亮度及解析度，因而可提供显示品质更佳的直立式影像画面50，进而使投影装置600也能达到与前述的投影装置200类似的效果与优点，在此就不再赘述。
[0043]
图7a是图1的另一种投影装置的立体图。图7b是图7a的投影装置的内部架构示意图。图7c是图7a的投影装置的侧视透视放大图。请参照图7a至图7c，图7a至图7c的投影装置700与图2至图3b的投影装置200类似，而差异如下所述。如图7a至图7c所示，在本实施例中，投影装置700的机壳730的表面730a和/或表面730b的长边平行于直立式影像画面的长边。进一步而言，如图7b与图7c所示，照明系统100设置于光阀210与投影镜头220的下方，而使机壳730的表面730a和/或表面730b的水平宽度小于其垂直高度。
[0044]
综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的实施例中，由于通过光阀的影像光束的光路相对于包含投影镜头的光轴的参考平面在垂直方向上偏移，因此，被投射出投影装置的影像光束可直接形成直立式显示画面。如此一来，当运用在需要直立的影像画面的应用(例如电梯门投影)时，本实用新型的实施例的投影装置可不牺牲亮度及解析度，因而可提供显示品质更佳的直立式影像画面。
[0045]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
[0046]
附图标记列表
[0047]
50：直立式影像画面
[0048]
211、611：长边
[0049]
213、613：短边
[0050]
100：照明系统
[0051]
110：光源
[0052]
120：波长转换元件
[0053]
130：滤光元件
[0054]
140：光均匀化元件
[0055]
200、600、700：投影装置
[0056]
210、610：光阀
[0057]
212：有效显示区域
[0058]
212_1：有效显示区域的长边
[0059]
212_3：有效显示区域的短边
[0060]
220：投影镜头
[0061]
230、730：机壳
[0062]
230a、230b、730a、730b：表面
[0063]
232：透光盖板
[0064]
240：光路转折元件
[0065]
250：光学镜组
[0066]
c：中心
[0067]
d1：第一方向
[0068]
d2：第二方向
[0069]
d3：第三方向
[0070]
ib：照明光束
[0071]
imb：影像光束
[0072]
ip：成像面
[0073]
l1：第一长度
[0074]
l2：第二长度
[0075]
o：光轴
[0076]
re：参考平面
[0077]
s1：第一偏移量
[0078]
s2：第二偏移量。