CN102043310B - 投影系统、投影装置及成像模组 - Google Patents

Abstract

一种投影系统，包括一光阀、一镜头、一弧形反射元件及一弧形屏幕。光阀适于提供一影像光束。镜头配置于影像光束的传递路径上。弧形反射元件具有一弧形反射面，且弧形反射面配置于来自镜头的影像光束的传递路径上，以将影像光束反射。弧形反射面在一第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲。弧形屏幕配置于弧形反射面所反射的影像光束的传递路径上。弧形屏幕在第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第三方向上不弯曲。一种投影装置及成像模组亦被提出。

Description

投影系统、投影装置及成像模组

技术领域

本发明关于一种光学系统，且特别是关于一种投影系统、投影装置及成像模组。

背景技术

一般而言，液晶显示器及电浆显示器等平面显示器藉由将实际的面板放大以获得大尺寸的画面，且面板越大造价越加昂贵。相比较之下，由于投影系统是采用光学的方式将影像放大，因此可以用较低的成本获得大尺寸的影像画面。大尺寸的影像画面适合让较多的观众同时观赏，因此适合会议或简报的进行。此外，大尺寸的影像画面具有较为震撼的视觉效果，因此适合电影欣赏。近年来，投影系统更逐渐被广泛地运用于家庭剧院中。

一般投影系统的投影方式可分为直接投影与反射投影两种，其中直接投影是指投影镜头直接将影像光束投射于屏幕上，而反射投影是指投影镜头所投射出的影像光束会先经过反射镜的反射，再抵达屏幕。

传统的屏幕为平面式屏幕，且一般的反射式投影系统采用平面镜将影像光束投射至平面式屏幕上。然而，随着视讯技术的发达，屏幕已不再受限于传统的平面式，而是可以适度地弯曲，以增加使用者的临场感。当屏幕为弯曲屏幕时，经平面镜所反射的影像光束在弯曲屏幕附近的成像面为平面，这会导致成像面无法与弯曲屏幕重合，进而使弯曲屏幕边缘的影像有变形或被挤压的现象，且使用者会无法看到正常比例的影像。此外，由于成像面与弯曲屏幕不重合，亦会使得影像中的部分区域失焦。

为了避免影像中的部分区域失焦，而使镜头的景深变大的话，则会使得镜头设计的困难度大幅上升，进而导致投影系统的成本上升。此外，景深变大的方法仍无法改善影像扭曲变形的现象。

此外，美国专利第6327020号揭露一种圆锥反射镜，以将影像光束投影至一360度的屏幕。美国专利第6644816号揭露了锥形反射面与球形反射面，以将影像光束投影至360度的屏幕。

发明内容

本发明提供一种投影系统，其能够投影出光学品质良好的影像，且能降低镜头的设计困难度。

本发明提供一种投影装置，其能够在弧形屏幕上投影出光学品质良好的影像，且能降低镜头的设计困难度。

本发明提供一种成像模组，其能够在弧形屏幕上形成光学品质良好的成像，且其镜头的设计困难度较低。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影系统，其包括一光阀、一镜头、一弧形反射元件及一弧形屏幕。光阀适于提供一影像光束。镜头配置于影像光束的传递路径上。弧形反射元件具有一弧形反射面，且弧形反射面配置于来自镜头的影像光束的传递路径上，以将影像光束反射。弧形反射面在一第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲。弧形屏幕配置于弧形反射面所反射的影像光束的传递路径上。弧形屏幕在第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第三方向上不弯曲。

在本发明的一实施例中，第二方向相对第三方向倾斜。弧形反射面例如为一圆柱面，且弧形屏幕例如为一圆柱面形屏幕。弧形反射面例如为一凸面，且弧形屏幕的曲率中心与弧形反射面位于弧形屏幕的同一侧。

本发明的另一实施例提出一种投影装置，其适于投射一影像光束至一弧形屏幕。投影装置包括一光阀、一镜头及一弧形反射元件。光阀适于提供影像光束。镜头配置于影像光束的传递路径上。弧形反射元件具有一弧形反射面，且弧形反射面配置于来自镜头的影像光束的传递路径上，以将影像光束反射至弧形屏幕。弧形反射面在一第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲。

本发明的又一实施例提出一种成像模组，其适于将一光阀所提供的一影像光束成像于一弧形屏幕。成像模组包括一镜头及一弧形反射元件。镜头配置于影像光束的传递路径上。弧形反射元件具有一弧形反射面，且弧形反射面配置于来自镜头的影像光束的传递路径上，以将影像光束反射至弧形屏幕。弧形反射面在一第一方向上弯曲，且在一与第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲。

承接上述，本发明的实施例采用具有弧形反射面的弧形反射元件将来自镜头的影像光束反射至弧形屏幕。由于弧形反射面对成像有修正效果，因此本发明的实施例的投影系统、投影装置及成像模组能在弧形屏幕上投射出像差较小且成像品质较佳的影像。

为了让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图，作如下的详细说明。

附图说明

图1A为本发明的一实施例的投影系统的结构示意图。

图1B为图1A中的弧形反射元件与弧形屏幕的上视示意图

图2绘示图1A中的虚拟平面上的影像画面。

图3绘示图1A的影像光束从弧形反射面出射的出光角度与弧形屏幕的几何关系。

具体实施方式

下列各实施例的说明是参考附图，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

在本说明书中，弧形广泛地定义为在一第一方向上朝单一侧弯曲，且在一与此第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲的形状，而不限定为正圆弧形。

图1A为本发明的一实施例的投影系统的结构示意图，而图1B为图1A中的弧形反射元件与弧形屏幕的上视示意图，其中图1A所绘示的弧形反射元件与弧形屏幕的图形为图1B中的弧形反射元件与弧形屏幕沿着I-I线的剖面。本实施例的投影系统100，其包括一光阀310、一镜头210、一弧形反射元件220及一弧形屏幕110，其中镜头210与弧形反射元件220可作为一成像模组200的主要元件，而光阀310、镜头210及弧形反射元件220可作为一投影装置300的主要元件。在本实施例中，投影系统100(或投影装置300)还包括一照明系统320，照明系统320适于提供一照明光束322。照明光束322射向光阀310，且光阀310适于将照明光束322转换成一影像光束312。在本实施例中，光阀310例如是一数字微镜元件(digital micro-mirror device，DMD)。然而，在其他实施例中，光阀亦可以是一硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel，LCOS panel)或一穿透式液晶面板。数字微镜元件与硅基液晶面板适于将照明光束322反射并转换成影像光束312，而穿透式液晶面板则适于让穿透的照明光束322成为影像光束312。

镜头210配置于影像光束312的传递路径上。弧形反射元件220具有一弧形反射面222，且弧形反射面222配置于来自镜头210的影像光束312的传递路径上，以将影像光束312反射。弧形反射面222在一第一方向D1上弯曲，且在一与第一方向D1实质上垂直的第二方向D2上不弯曲。弧形屏幕110配置于弧形反射面222所反射的影像光束312的传递路径上，因此当影像光束312照射于弧形屏幕110上时，便能够在弧形屏幕110上形成影像画面。弧形屏幕110在第一方向D1上弯曲，且在一与第一方向D1实质上垂直的第三方向(即图中的z方向)上不弯曲。具体而言，投影系统100所在的空间的方向性可以彼此实质上互相垂直的x方向、y方向及z方向来定义，而第一方向D1实质上平行于x方向。在本实施例中，第二方向D2相对第三方向(即z方向)倾斜，亦即两者不平行且不垂直。

在本实施例中，弧形反射面222例如为一圆柱面，亦即，为一轴对称且对称轴平行第二方向D2的圆柱的部分圆弧状侧表面。此外，在本实施例中，弧形屏幕110例如为一圆柱面形屏幕，亦即为一轴对称且对称轴平行z方向的圆柱的部分圆弧状侧表面所构成的形状的屏幕。弧形反射面222例如为一凸面，且弧形屏幕110的曲率中心与弧形反射面222可位于弧形屏幕110的同一侧。

由于弧形反射面222对成像有修正效果，因此本实施例的投影系统100、投影装置300及成像模组200能在弧形屏幕110上投射出像差较小且成像品质较佳的影像。具体而言，当影像光束312投射于一虚拟平面120时，在虚拟平面120上的影像画面314(如图2所绘示)会如同图2所示产生扭曲的形状，且左右两端往上曲翘。然而，当影像光束312投射于弧形屏幕110时，便会形成随弧形屏幕110弯曲的矩形画面，在本实施例中即为四个角实质上呈直角的圆柱面形画面。此外，由于采用弧形反射面222，因此成像面大致上会随着弧形屏幕110弯曲，使得影像画面可被良好的成像于弧形屏幕110上，而不会有影像画面失焦的现象产生，且影像扭曲、变形的现象亦会被有效地改善。再者，由于成像面大致上会随着弧形屏幕110弯曲，因此镜头220的景深可以不用设计得很大，进而降低镜头220的设计困难度，以降低成本。

为了使成像品质良好，在本实施例中，弧形反射面222的参数可与弧形屏幕110搭配设计。图3绘示影像光束从弧形反射面222出射的出光角度与弧形屏幕110的曲率的关系。请参照图1A、图1B与图3，假设从弧形反射面222出射的影像光束312的出光角度的半角为θ/2，则弧形屏幕110的曲率半径R可符合以下关系式：

$\cos \frac{\mathrm{\θ}}{2}=L/R;$

R＝L+M。

其中，界定出光角度θ的两边界线可与弧形屏幕110形成如图3所绘示的扇形，此扇形的上下两顶点的连线N为此扇形的弦。出光角度θ的角平分线在连线N的右边的长度为L，在连线N的左边的长度为M。在本实施例中，M例如为47毫米，L例如为148.75毫米，而R例如为195.75毫米，但本发明并不以此为限。配合使用者的需求，在其他实施例中，θ与R亦可以是其他的数值。

综上所述，本发明的实施例采用具有弧形反射面的弧形反射元件将来自镜头的影像光束反射至弧形屏幕。由于弧形反射面对成像有修正效果，因此本发明的实施例的投影系统、投影装置及成像模组能在弧形屏幕上投射出像差较小且成像品质较佳的影像。

虽然如上面所述本发明已以实施例揭露，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达到本发明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的检索，并非用来限制本发明的权利范围。

主要符号名称列表

100：投影系统

110：弧形屏幕

120：虚拟平面

200：成像模组

210：镜头

220：弧形反射元件

222：弧形反射面

300：投影装置

310：光阀

312：影像光束

314：影像画面

320：照明系统

322：照明光束

D1：第一方向

D2：第二方向

L、M：长度

N：连线

R：曲率半径

x、y、z：方向

θ：出光角度

Claims (3)

1.一种投影系统，包括：

一光阀，适于提供一影像光束；

一镜头，配置于该影像光束的传递路径上；

一弧形反射元件，具有一弧形反射面，该弧形反射面配置于来自该镜头的该影像光束的传递路径上，以直接接收来自该镜头的该影像光束并将该影像光束反射，其中该弧形反射面在一第一方向上弯曲，且在一与该第一方向实质上垂直的第二方向上不弯曲；以及

一弧形屏幕，配置于该弧形反射面所反射的该影像光束的传递路径上，用以直接接收从该弧形反射面所反射的该影像光束，其中该弧形屏幕在该第一方向上弯曲，且在一与该第一方向实质上垂直的第三方向上不弯曲，且该第二方向相对该第三方向倾斜。

2.如权利要求1所述的投影系统，其中该弧形反射面为一圆柱面，且该弧形屏幕为一圆柱面形屏幕。

3.如权利要求1所述的投影系统，其中该弧形反射面为一凸面，且该弧形屏幕的曲率中心与该弧形反射面位于该弧形屏幕的同一侧。