投影装置的制作方法

本发明有关一种投影装置；特别是有关一种使用双棱镜的投影装置。

背景技术：

在现有的投影装置中，数位光处理(digitallightprocessing,dlp)投影技术中，可以使用全反射棱镜(totalinternalreflectionprism,tirprism)来将光传递至数位微镜元件(digitalmicro-mirrordevice,dmd)。dmd根据接收到的资讯处理接收到的光后反射为影像光，再透过镜头传递至投影幕上形成影像。由于藉由dmd可以对接收到的光进行数位化处理，不但可以直接根据数位影像资讯进行数位化处理，还可以提供高画质影像。因此，如何改善使用上述技术的投影装置是目前大家努力的目标之一。

技术实现要素：

本发明提出一种投影装置，其可以降低镜头的后焦距离。

本发明的投影装置包括光源、第一棱镜、第二棱镜以及数位微镜装置。光源发出照明光。第一棱镜包括彼此连接并环绕的第一表面、第二表面以及第三表面，且照明光自第一表面进入第一棱镜。第二棱镜包括彼此连接的第四表面以及第五表面，且第四表面相对第一棱镜的第二表面。数位微镜装置相对第三表面。照明光依序穿透第一表面、经第二表面反射且穿透第三表面至数位微镜装置。数位微镜装置转化照明光转化为影像光，影像光依序穿透第三表面、第二表面、第四表面以及第五表面。在该第一棱镜中，第一表面和第三表面的一第一夹角大于或等于105度。

在本发明的一实施例中，在一第一方向上，上述的第二棱镜的厚度与第一棱镜的厚度比值大于或等于0.54且小于或等于1，其中第一方向平行于第三表面之法向量。

在本发明的一实施例中，上述的数位微镜装置包括一反射面，反射面实质上平行于第一棱镜的第三表面。

在本发明的一实施例中，上述的投影装置还包括镜头。镜头包括一入光端以及一出光端，入光端用以接收来自第五表面的影像光，影像光自入光端进入镜头后自出光端发出。第一棱镜的第三表面实质上与第二棱镜的第五表面平行，第三表面距第五表面第一距离，反射面距入光端第二距离，且第一距离与第二距离的比值大于或等于0.53且小于或等于1。

在本发明的一实施例中，上述的数位微镜装置为一二轴翻转式的数位微镜装置。

在本发明的一实施例中，上述的照明光的主光轴和第一棱镜的第一表面的法向量之间有一第二夹角，且投影装置还包括光程补偿元件。光程补偿元件配置于光源以及第一棱镜的第一表面之间，照明光经由光程补偿元件传递至第一表面。

在本发明的一实施例中，上述的光程补偿元件包括出光面，照明光进入光程补偿元件后自出光面发出，且出光面的法向量和照明光的主光轴之间有一第三夹角。

在本发明的一实施例中，光程补偿元件、光源以及第一棱镜实质上沿着一轴线排列，光源所发出的照明光的主光轴平行于轴线，且投影装置符合：θ2＝θ3xg；

其中θ2为第二夹角；θ3为第三夹角；1.6≦g≦1.9。

在本发明的一实施例中，光程补偿元件、光源以及第一棱镜沿着一轴线排列。光源所发出的照明光的主光轴平行于轴线。第一表面于第一方向上具有靠近数位微镜装置的第一端及远离数位微镜装置的第二端，出光面于第一方向上具有靠近数位微镜装置的第三端及远离数位微镜装置的第四端。在垂直于第一方向的第二方向上，第一端较第二端远离光源，第四端较第三端远离光源，其中第二方向平行于数位微镜装置的法向量。

在本发明的一实施例中，上述的光程补偿元件包括一平凸透镜，平凸透镜的平面连接第一棱镜的第一表面，该平凸透镜的凸面朝向光源的方向以接收该照明光。

由上述可知，本发明所提出的投影装置可以藉由第一棱镜和第二棱镜来缩短镜头的后焦距离，进而提升整体的制作效率。

附图说明

图1a是本发明第一实施例的投影装置的透视图；

图1b是本发明第一实施例的投影装置的示意图；

图2是本发明第二实施例的投影装置的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明提出的投影装置可以使用具较短后焦的镜头，也就是镜头中最后一个光学表面顶点至后方(相对于其前方多个光学元件)焦点的距离较短的镜头。投影装置可以应用至数位光处理投影系统，较佳为具有全反射棱镜、数位微反射镜、二轴翻转式像素微数位处理晶片(tilt&rollpixeldlppicochipset,trppico^tmchipset)的投影装置，但本发明并不限于上述的应用领域。

应当理解，尽管术语「第一」、「第二」等在本文中可以用于描述各种元件、部件或部分，但是这些元件、部件或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件或部分区分开。因此，下面讨论的「第一元件」、「第一方向」、「第一表面」、「第一角度」或「第一部分」也可以被称为「第二元件」、「第二方向」、「第二表面」、「第二角度」或「第二部分」而不脱离本文的教导。

以下将分别以数个实施例说明本发明所提出的投影装置的详细技术特征。

图1a是本发明第一实施例的投影装置的透视图。请参照图1a，在本实施例中，投影装置100包括光源110、第一棱镜120、第二棱镜130以及数位微镜装置140。具体而言，投影装置100还可以包括调整光束的光学元件160，其例如是由透镜以及光积分器形成，但本发明不限于此。第一棱镜120和第二棱镜130形成的棱镜组可以接收来自光源110的照明光并藉由全反射传递至数位微镜装置140，数位微镜装置140转化照明光为影像光后再经由棱镜组传递出去来形成影像。举例而言，藉由镜头150来投影至投影幕。在本实施例的投影装置100中，第一棱镜120具有角度较大的内角，因此第一棱镜120和第二棱镜130所形成的棱镜组的厚度可以降低。第一棱镜120包括彼此连接并环绕的第一表面121、第二表面122以及第三表面123，该照明光自该第一表面121进入该第一棱镜120。第二棱镜130，包括彼此连接的第四表面131以及第五表面132，其中该第四表面132相对该第一棱镜120的该第二表面122。

图1b是本发明第一实施例的投影装置的平面示意图。具体而言，请参照图1b，其中来自光源110的照明光l1经部分光学元件160处理为照明光l2后，照明光l2自第一表面121进入第一棱镜120。照明光l2进入第一棱镜120后在第二表面122全反射至第三表面123并传递至数位微镜装置140，其中第一表面121和第三表面123之间的第一夹角a1大于或等于105度。

在本实施例中，数位微镜装置140例如是二轴翻转式数位处理晶片，其与第三表面123相对且适于对照明光l2数位处理为影像光l3。影像光l3再自数位微镜装置140依序穿透第一棱镜120的第三表面123、第二表面122后，再穿透第二棱镜130的第四表面131和第五表面132后到达镜头150以投影影像。

由于本实施例的第一棱镜120中的第一夹角a1大于或等于105度，因此第一棱镜120和第二棱镜130形成的棱镜组的厚度可以降低，镜头150和数位微镜装置140之间的距离可以变短，因此镜头150可以采用后焦距较短的镜头。

由于后焦距较短的镜头150在制作上较容易，其中的透镜数量也可以降低，无论在制作镜头良率和成本方面都有改善，因此本实施例的投影装置100的制作过程的良率可以提升。

详细而言，请再参照图1b，在第一方向d1上，第二棱镜130的厚度w2和第一棱镜120的厚度w1的厚度比值，亦即w2/w1，大于或等于0.54且小于或等于1。藉由具有第一夹角a1的第一棱镜120，以及第一棱镜120和第二棱镜130之间的位置设置，镜头150的后焦距可以缩短。举例而言，先前技术中的全反射棱镜若不具有上述第一夹角a1的技术特征，则对应的两个棱镜的厚度比值会大于或等于0.76且小于或等于1，其中邻近镜头的棱镜的厚度会占据较大的比例，而镜头的后焦也因此无法缩短。本实施例的第一棱镜120因为具有第一夹角a1，因此第二棱镜130可以占据较短的厚度，镜头的后焦也得以降低。

进一步而言，在第一方向d1上，本实施例中实质上彼此平行的第三表面123和第五表面132之间的距离(亦即第二棱镜130的厚度w2)和镜头150的入光端151至数位微镜装置140的反射面141之间的距离w3之间的比值，亦即w2/w3，大于或等于0.53且小于1。上述镜头150的入光端151用以接受影像光l3，而影像光l3进入镜头150后自出光端152发出。由上述可知，本实施例的棱镜组确实可以降低镜头150至反射面141之间的距离，亦即镜头150可以是短后焦的镜头。如上所述，现有技术中的全反射棱镜若没有上述第一夹角a1的技术特征，邻近镜头的棱镜的厚度在dmd和镜头间的距离的比值大于或等于0.76小于1，会占据较大的比例，使镜头的后焦无法降低。

数位微镜装置140的反射面141实质上平行于第三表面123，且数位微镜装置140较佳为二轴翻转式数位处理晶片，其微镜片的翻转角度可进一步高达17度，具较大的光学扩展量(etendue，即镜片面积与翻转角度的乘积)，可自光学元件160收集到较多光线以传递至镜头150。

另一方面，在本实施例的投影装置100中，还包括光程补偿元件，位于光源110和第一棱镜120的第一表面121之间，用以补偿因第一表面121的倾斜而造成的光程差。具体而言，本实施例的光程补偿元件例如是由光积分元件161及其出光面162达成。光积分元件161例如是可以使照明光l1在内部反射的光积分柱或光积分管，照明光l1进入光积分元件161后自出光面162发出为均匀强度的照明光l2。

在本实施例中，光积分元件161的出光面162的法向量和照明光l1自光源110发出的主光轴s1之间有夹角a2，可以补偿照明光l2以入射角a3进入第一表面121的光程差，进一步确保影像光l3所形成的影像的品质。具体而言，本实施例的投影装置100符合：

θ2＝θ3xg；

其中θ2为夹角a3的大小；θ3为该夹角a2的大小；1.6≦g≦1.9，可较佳地补偿光程差。

换句话说，在本实施例的投影装置100中，光程补偿元件(光积分元件161及其出光面162)、光源110和第一棱镜120实质上沿着轴线s1排列，且第一表面121于方向d1上靠近数位微镜装置140的第一端e1在方向d2上高于远离数位微镜装置140的第二端e2，亦即第一表面121的第一端e1和光源110在方向d2上的间距大于第二端e2和光源110在方向d2上的间距，出光面162于方向d1上靠近数位微镜装置140的第三端e3在方向d2上低于远离数位微镜装置140的第四端e4，亦即出光面162的第三端e3和光源110在方向d2上的间距小于第四端e4和光源110在方向d2上的间距。因此，光程补偿元件161可以适度补偿光l2在进入第一棱镜120后的光程差异。

本发明所提出的投影装置的光程补偿元件并不限于上述的光程补偿元件(光积分元件161及其出光面162)，还可以藉由透镜来达成。图2是本发明第二实施例的投影装置的示意图。请参照图2，投影装置200类似于上述第一实施例的投影装置100包括光源210、第一棱镜220、第二棱镜230、数位微镜装置240、镜头250以及光学元件260，上述元件大致可以参照第一实施例的内容，此处不再赘述。本实施例的投影装置200与第一实施例不同的是，本实施例的光程补偿元件是以光学元件260中的平凸透镜261达成。平凸透镜261的平面262连接第一棱镜220的第一表面221，平凸透镜261的凸面263朝向光源210的方向来接收照明光l4。藉由凸面263的形状以及平凸透镜261的折射，本实施例的投影装置200也可以维持影像光l5所形成的影像的品质。

综上所述，本发明所提出的投影装置藉由第一棱镜的钝角设计，可以让第一棱镜和第二棱镜的厚度降低，使镜头和数位微镜装置之间的距离缩短，进一步使短后焦镜头可以应用在投影装置中。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。