投影装置及其成像模块的制作方法

本实用新型有关于一种投影装置及其成像模块，且特别关于一种具有影像位移装置的投影装置及其成像模块。

背景技术：

投影装置是一种可将影像投射到投影屏幕上，以呈现给使用者观看的设备。而当投影装置所投射的影像解析度提高时，呈现在投影屏幕上的影像就可以有更精细的画质。目前一般显示装置所显示的影像中，除了常见的1080P(1920×1080像素)影像之外，近年来4K(3840×2160像素)以上的影像也越来越普及。因此，各厂商无不朝向提高投影装置的解析度的方向努力。

在提升投影装置的解析度时，一般是使用更大的高解析度成像元件(例如LCD、DMD、LCoS等)，或是增加额外的组件以达成提高的解析度的目的。而这些做法往往会使得投影装置的体积变大，且相关的光学或机械元件也必须随着变大，造成成本与体积的增加。因此，在提高投影装置的解析度时，如何同时缩小投影装置的体积，实为本领域相关人员所关注的焦点。

技术实现要素：

本实用新型提供一种成像模块，可以缩小应用此成像模块的投影装置的体积。

本实用新型另提供一种投影装置，可以缩小投影装置的体积。

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。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型之一实施例提供一种成像模块，包括：显示元件、棱镜及影像位移装置。显示元件包括主动显示面。棱镜包括光学面。影像位移装置设置于显示元件与棱镜之间。影像位移装置包括光学元件、承载座、基座及至少一致动器。光学元件设置于承载座上。至少一致动器设置于基座上。至少一致动器的一端连接承载座，以驱动承载座上的光学元件相对基座摆动，其中主动显示面至光学元件的距离是第一距离，主动显示面的中心的法线所在的线是参考线，至少一致动器在参考线上的正投影的线段中，邻近显示元件的端点是参考点，参考点至光学元件的距离是第二距离，且承载座靠近棱镜的边缘与光学元件之间的距离为间距，第一距离小于第二距离且第二距离大于间距。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提供一种投影装置，包括：照明系统、成像模块以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束。成像模块包括显示元件、棱镜以及影像位移装置。显示元件包括主动显示面。棱镜包括光学面。影像位移装置设置于显示元件与棱镜之间。影像位移装置包括光学元件、承载座、基座及至少一致动器。光学元件设置于承载座上。至少一致动器设置于基座上。至少一致动器的一端连接承载座，以驱动承载座上的光学元件相对基座摆动，其中主动显示面至该光学元件的距离是第一距离，主动显示面的中心的法线所在的线是参考线，至少一致动器在参考线上的正投影的线段中，邻近显示元件的端点是参考点，参考点至光学元件的距离是第二距离，且承载座靠近棱镜的边缘与光学元件之间的距离为间距，第一距离小于第二距离且第二距离大于间距。

本实用新型实施例的成像模块可以大幅缩小投影镜头至棱镜的距离及/或缩小棱镜至影像位移装置的距离，因而应用此成像模块的投影装置的后焦距离可以大幅的缩小。投影装置的体积可以缩小并降低成本，还可以提高投影装置的光学品质。

为让本实用新型之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。

图2A～图2D是本实用新型一实施例的成像模块的示意图。

图3是本实用新型另一实施例的成像模块的部分元件的相对位置的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳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。

图1是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。请参照图1，投影装置1包括照明系统L及成像模块10。成像模块10配置于照明系统L所提供的照明光束IL的传递路径上，用于将照明光束IL转换成影像光束IP，藉由投影镜头17投射于投影面(投影布幕或墙壁)上形成影像画面。照明系统L例如可以包括高压汞灯、激光二极管(laser diode)或发光二极管(light emitting diode)等元件，以产生照明光束IL，但本实用新型并不局限于此。

请同时参照图2A～图2D，图2A～图2D是图1所示的成像模块10的示意图，其中图2A所显示的是成像模块10的立体示意图，图2B所显示的是成像模块10的分解示意图，图2C所显示的是成像模块10的剖面侧视图，图2D所显示的是图2A的成像模块10的部分元件的相对位置的示意图。如图2A所示，本实施例的成像模块10包括显示元件11、影像位移装置23、棱镜15及投影镜头17。

图2B所显示的是成像模块10的显示元件11、影像位移装置23、棱镜(prism)15及投影镜头17分离时的示意图，以方便说明各元件的结构。如图2B所示，显示元件11包括主动显示面111，其中主动显示面111面向影像位移装置23与棱镜15。棱镜15包括光学面151。影像位移装置23设置于显示元件11与棱镜15之间。而在本实施例中，投影镜头17是设置在棱镜15的上方，其中投影镜头17面对棱镜15的光学面151。影像位移装置23包括光学元件231、承载座232、基座236及致动器233、234。光学元件231设置于承载座232上。致动器233、234设置于基座236上。致动器233及234的一端连接承载座232，以驱动承载座232上的光学元件231相对基座236摆动，其中基座236固定于投影装置1内。

图2C所显示的是图2A中所示的成像模块10由A方向观看时的剖面侧视图。如图2C所示，照明系统L提供的照明光束IL可以经棱镜15的光学面151入射至棱镜15，而入射的照明光束IL可以被棱镜15折射传递至光学元件231。接着照明光束IL通过光学元件231后入射至显示元件11。显示元件11的主动显示面111接收照明光束IL并将照明光束IL转换成影像光束IP后，反射至光学元件231。接着影像光束IP通过光学元件231。影像光束IP入射至棱镜15的光学面151，藉由影像光束IP的入射角度超过棱镜15的临界角度，使得影像光束IP被光学面151反射至投影镜头17。而由于致动器233及234可驱动承载座232上的光学元件231相对基座236摆动，使光学元件231可以因此改变影像光束IP的影像特性，指的是改变影像光束IP的光行径路径。因此，透过影像位移装置23的设置，可以例如提高投影装置1的影像解析度或投影画面的影像品质等，但本实用新型并不局限于此。

其中，棱镜15的光学面151在反射影像光束IP至投影镜头17时，例如可以是透过棱镜15的光学面151进行全反射。但也不排除可以在光学面151上镀膜，例如镀上半穿透半反射膜，以使影像光束IP可以投射至投影镜头17。

此外，为了缩减成像模块10的体积，棱镜15在设置上会尽量接近影像位移装置23，即尽量缩短棱镜15至影像位移装置23的距离d15，以缩短投影装置1的后焦距离(即主动显示面111至投影镜头17的光路距离)，详细而言缩短后焦距离可以使用较小体积的投影镜头P(使用较小有效光直径的透镜)。在本实施例中，在棱镜15距离影像位移装置23很近时，投影镜头将不会产生影像位移装置23的致动器233、234、承载座232及/或基座236的阻挡或机构干涉，且同时让投影装置1的后焦距离缩短。

图2D所显示的是图2A中所示的成像模块10由B方向观看时的侧视图。其中A方向与B方向两者互为垂直。如图2D所示，忽略棱镜15，显示元件11的主动显示面111所在的平面是参考平面S。主动显示面111在参考平面S上的正投影是主动显示面区域111p，光学元件231在参考平面S上的正投影是光学元件区域231p，致动器233在参考平面S上的正投影是致动器区域233p，致动器234在参考平面S上的正投影是致动器区域234p，投影镜头17在参考平面S上的正投影是投影镜头区域17p。在本实施例中，透过对致动器233、234设置位置上的设计，致动器233、234在参考平面S上的正投影的致动器区域233p、234p与投影镜头17在参考平面S上的正投影的投影镜头区域17p不重叠，其中所谓重叠包括部分重叠。值得一提的是，不论成像模块10具有致动器233、234设置于光学元件231的任一侧边，致动器233、234在参考平面S上的正投影的致动器区域233p、234p与投影镜头17在参考平面S上的正投影的投影镜头区域17p不重叠。再次参考图2C，投影镜头17至棱镜15的距离是第三距离d3。由于致动器233、234在参考平面S上的正投影的致动器区域233p、234p与投影镜头区域17p不会互相重叠，不会受到致动器233或234的阻挡或机构干涉。因此，在棱镜15距离影像位移装置23的距离d15很近时，本实施例的投影镜头17还可以尽量的接近棱镜15，以大幅缩小投影装置1的后焦距离。因此能缩小投影装置1的体积，并降低成本。

附带一提的，投影镜头17例如可以包括多个镜片，其中镜片171是投影镜头17中最接近棱镜15的镜片。镜片171在参考平面S上的正投影是镜片区域171p。透过对致动器233、234位置上的设计，镜片171可以尽量的接近棱镜15，以大幅缩小投影装置1的后焦距离。而投影镜头17在设置上不会受到致动器233或234的阻挡或机构干涉。

图2A～图2C所示的两个致动器233、234的位置及数量仅为一举例说明，并非用以限制本实用新型。影像位移装置23可以包括单一致动器或者四个致动器，而致动器只要是在参考平面S上的正投影的致动器区域不会与投影镜头17的正投影的投影镜头区域17p互相重叠，让投影镜头17可以尽量的接近棱镜15，而不会受到致动器233或234的阻挡。此外，致动器233、234例如可以是音圈致动器(Voice Coil Motor，VCM)或压电陶瓷装置，本实用新型并不局限于此。在本实施例中，动器233例如包括磁铁233a及线圈233b。而在本实施例中，是以线圈233b设置于基座236上，磁铁233a连接于承载座232作为举例说明。因此，致动器233在动作时可以驱动承载座232摆动。而在本实用新型的其他实施例中，致动器的磁铁可以是设置于基座236上，而线圈可以是连接于承载座232的，本实用新型并不局限于此。致动器234包括磁铁234a及线圈234b，其作用与功能与致动器233相似，在此并不再赘述。

具体而言，承载座232与基座236例如还可以透过弹性件235a及235b彼此连接的。弹性件235a及235b用于固定承载座232及基座236，而在致动器233、234驱动承载座232相对基座236摆动时，弹性件235a及235b可以对应的弹性的轴转动。而本实用新型并不限制弹性件235a及235b的材质、结构、设置位置或数量。

此外，在图2D中，基座236在参考平面S上的正投影是基座区域236p。在本实施例中，基座236的正投影的基座区域236p与投影镜头17在参考平面S上的正投影的投影镜头区域17p不互相重叠。本实施例的投影镜头17的镜片171靠近棱镜15，且投影镜头17不会受到基座236的阻挡或机构干涉。其中，基座236及/或承载座232在靠近投影镜头17一侧的厚度例如可以做的很薄，以达成基座236的正投影的基座区域236p与投影镜头17在参考平面S上的正投影的投影镜头区域17p不互相重叠，而投影镜头17不会被基座236阻挡的目的。即基座236在靠近投影镜头17一侧的厚度d236与承载座232在靠近投影镜头17一侧的厚度d232可以做得很小，以让镜片171可以接近棱镜15，且不会受到基座236的阻挡。可以大幅缩小投影装置1的后焦距离。

在本实用新型的其他实施例中，基座236的正投影的基座区域236p例如还可以与投影镜头17在参考平面S上的正投影的投影镜头区域17p相邻。

此外，影像位移装置23的基座236及/或承载座232例如可以包括金属材料(不锈钢材料)。由于金属材料比例如塑胶等材料坚硬且具有韧性，包括金属材料的基座236及/或承载座232可以做的很薄并维持足够的强度。此外，藉由承载座232的材料为不锈钢，以增强影像位移装置23整体刚性的情况下，可缩小影像位移装置23的体积而不变形扭曲。在其他实施例中，基座236的材质可为不锈钢。即基座236在靠近投影镜头17一侧的厚度d236与承载座232在靠近投影镜头17一侧的厚度d232可以很小，让投影镜头17可以尽量的接近棱镜15，而不会受到基座236的阻挡。

详细来说，由图2C所示，显示元件11的主动显示面111至光学元件231的距离是第一距离d1。主动显示面111的中心的法线所在的线是参考线L。致动器233及234在参考线L上的正投影是线段L1，而线段L1中邻近显示元件11且远离光学元件231的端点是参考点P1。参考点P1至光学元件231的距离是第二距离d2。此外，承载座232靠近棱镜15的边缘与光学元件231之间的距离为一间距d4。在本实施例中，第一距离d1是小于第二距离d2的且第二距离d2大于间距d4。由图2D所示，透过对承载座232的设计，致动器区域233p距离光学元件区域231p有长度d233，致动器区域234p距离光学元件区域231p有长度d234。致动器233及234的致动器区域233p及234p距离光学元件231的光学元件区域231p有足够的距离，即长度d233及长度d234够长，因此主动显示面111的主动显示面区域111p不会与致动器区域233p及234p重叠或接触。如图2C所示的，显示元件11可以尽量靠近光学元件231，而不会受到致动器233或234的阻挡与机构干涉。因而投影装置1的后焦距离可以大幅的缩小。较小的后焦距离可以缩小投影装置1的体积及降低成本，还可以提高投影装置1的光学品质。

此外，在本实施例中，基座236在参考平面S上的正投影基座区域236p不会与主动显示面111重叠，承载座232在参考平面S上的正投影承载座区域232p也不会与主动显示面111重叠。因此，显示元件11可以尽量靠近光学元件231而不会受到基座236或承载座232的阻挡或机构干涉。

图2D所示的长度d233及长度d234仅为一示例，并非用以限制本实用新型。长度d233及d234只要是可以让致动器233、234在参考平面S上的正投影致动器区域233p、234p不会与主动显示面111的主动显示面区域111p重叠。

详细来说，光学元件231包括平板玻璃，平板玻璃包括入光面2311及出光面2313，入光面2311相对于出光面2313。影像光束IP是由入光面2311入射光学元件231，而照明光束IL是由出光面2313入射光学元件231。当致动器233、234不驱动承载座232上的光学元件231相对基座236摆动时，入光面2311及出光面2313是平行于主动显示面111的。而当致动器233、234驱动承载座232上的光学元件231相对基座236摆动时，入光面2311及出光面2313不平行于主动显示面111。因此，透过致动器233、234驱动光学元件231相对基座236摆动，光学元件231可以改变影像光束IP的影像特性。例如可以提高投影装置1的影像解析度或投影画面的影像品质等，但本实用新型并不局限于此。

具体而言，如图2B所示，承载座232包括第一镂空区域2321，而光学元件231设置于第一镂空区域2321内。基座236包括第二镂空区域2361，承载座232位于第二镂空区域2321内。而图2A及图2B所示的承载座232及基座236的结构与形状仅为一示例，并非用以限制本实用新型。

附带一提的，光学元件231的入光面2311及显示元件11的主动显示面111例如可以是矩形的。而如图2D所示，在本实施例中，光学元件231的入光面2311的面积大于主动显示面111的面积。因此透过承载座232的设计，让长度d233及长度d234够长，使致动器233及234距离光学元件231有足够的距离，即可使主动显示面111不会与致动器233及234接触。在不需要加大光学元件231的面积的情况下，就可以让显示元件11尽量的接近光学元件231，而不会受到致动器233或234的阻挡。因此可以在不增加光学元件成本的情况下，大幅缩小投影装置1的后焦距离。

在本实用新型的实施例中，入光面2311的面积大于主动显示面111的面积。

图3是本实用新型另一实施例的成像模块的部分元件的相对位置的示意图。参考图3，与图2A～2D的成像模块的架构大致相同，且具有相同的元件，技术差异在于致动器233及234设置于光学元件231的上下两侧边，与图2A～2D具有同样的技术特征，致动器233及234由图3所示，透过对承载座232的设计，致动器区域233p距离光学元件区域231p有长度d233，致动器区域234p距离光学元件区域231p有长度d234。致动器233及234的致动器区域233p及234p距离光学元件231的光学元件区域231p有足够的距离，即长度d233及长度d234够长，因此主动显示面111的主动显示面区域111p不会与致动器区域233p及234p重叠或接触。显示元件11可以靠近光学元件231，而不会受到致动器233或234的阻挡与机构干涉。此外，投影镜头17在参考平面S上的正投影投影镜头区域17P不会与致动器233及234的致动器区域233p及234p相互重叠。也就是投影镜头17可以靠近影像位移装置23，投影镜头17与影像位移装置23的致动器233及234不会接触与机构干涉，因投影装置1的后焦距离(back focal length)可以大幅的缩小。较小的后焦距离可以缩小投影装置1的体积及降低成本，还可以提高投影装置1的光学品质。

此外，投影装置1的显示元件11例如可以是数字微型反射镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)或液晶覆硅显示装置(Liquid Crystal On Silicon，LCoS)。此外，对于显示元件11的主动显示面111指的是藉由电信号驱动显示元件11而产生光束调变的表面，主动显示面111可让照明光束IL转换成影像光束IP，但本实用新型并不局限于此。综上所述，本实用新型之实施例的成像模块可以大幅缩小投影镜头至棱镜的距离及/或棱镜至影像位移装置的距离，因此应用此成像模块的投影装置的后焦距离可以大幅的缩小。投影装置的体积可以缩小并降低成本，还可以提高投影装置的光学品质。此外，本实用新型为了避免当显示元件更靠近影像位移装置的光学元件时会有机构干涉的问题，本实用新型的成像模块在不改变以往设计上光学元件大小的情况下，将至少一致动器往远离光学元件的方向移动。在其他实施例中，若使用多个致动器可以向光学元件的侧边(例如四个侧边)外移。

惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。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之全部目的或优点或特点。此外，摘要和题目仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本实用新型之权利范围。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。