TWI227337B - Projection device - Google Patents

Description

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一、發明所屬之技術領域： 本發明係有關於一種投影裝置，特別係有關於一種能 裳設於小型電子消費性商品的投影裝置。 b 二、先前技術： 微機電技術 是電子產品之中 件DMD (Digital 投影設備的反射 機，稱為數碼光 Processing )， 射圖像到螢幕。 司開發研製的一 包含成 微鏡按 相應的 控制光 數目分 片數碼 一個光 綠、藍 的白色 的紅、 面。當 千上萬的 照行列緊 記憶體在 的反射。 成單片數 光輸投影 源路徑上 色塊組成 光通過旋 綠、藍三 色光達到 發展已久，且逐漸應用於一般生活用品或 。而美國德州儀器公司開發的數位微鏡元 Micromirror Device)，即為一種用於 元件。由數位微鏡元件技術所設計的投影 輸投影機（DLP， Digital Light 以數位微鏡元件作為成像儀器，反射光投 其關鍵組件數位微鏡元件是由德州儀器公 種半導體元件，每一個數位微鏡元件晶片 微小的正方形反射鏡片，又稱微鏡。這些 密排列，每個微鏡代表一個圖元，並可由 開或關的兩種狀態下控制切換轉動，從而 數碼光輸投影機根據數位微鏡元件晶片的 碼光輸投影機，兩片數碼光輸投影機和三 機。在單片數碼光輸投影機系統中，通過 的以6 0轉/秒高速旋轉的色輪（由紅、 )來產生全色彩的投影圖像。由光源發射 轉的色輪時’會相應地順序過濾白色光中 色光’使其交替投射到數位微鏡元件芯表 數位微鏡元件表面後，數位微鏡元件晶片

1227337 五、發明說明（2) 上的所有微鏡，根據自身對應的圖元中节 定了其對這種色光處於開位置的次數，：即巧：，決 通過投影鏡頭投射到螢幕上的光的數旦卩j疋了反射後 地對三種色光重複這種動作，從而在2 ^所有的微鏡極快 了全彩色的圖像。 在人的視覺系統中形成 件。它目主V二碼在光上投f機’大都是單片數位微鏡元 些需要隨身攜帶投影機的用戶 ：：：務用戶和- 使用了兩片數位微鏡元件，"i 機中’ 一片控制藍、綠色光的反射，、早獨控制紅色光，另 的，使用了古、Φ A 早數碼光輸投影機相同 :要的色輪來產生全彩色的投影圖像，它 示•’適用於一些大型的娛樂場合和 :!ί的用戶；而三片數碼光輸投影機，三 Ui 分別反射三原色中的-種顏色，已經 制:的π用色輪來渡光了。使用三片數位微鏡元件晶片 衣1投影機可應用於特殊場合’比如醫用或軍用方面。 、上之彳田述可發現，目前數位微鏡元件的應用，主 要用於投影機等專門的投影設備，以提供清晰、銳利的晝 面顯=效果。然而，考慮到數位微鏡元件精緻小巧的特 十f，若能將其用於製作可設於攜帶式電子裝置，如手機或 疋個人數位助理（p D A)内的微小投影裝置，則可擴展數位 微鏡元件的另一個應用方向。 若要製作可設於攜帶式電子裝置内的微小投影裝置， 則需要考慮能量消耗的問題，一般手機或是個人數位助理

0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第7頁 1227337 五、發明說明（3) 的電池能量當然不若直接插電的投影機來的充足。 技彳5(數碼光輸投影機）所揭露的投影方式，乃利用 源如射在一維的微鏡陣列之上，藉由每顆微鏡控制 射/、所接收到的光線，以將圖案形成於螢幕上’然 圖形的暗部所代表的像素，照射於微鏡之代表該像 線就明顯的被浪費了。如此浪費能量的設計實在不 ，，於攜帶式電子裝置内的微小投影裝置，因此需 能節省能量及體積的投影裝置設計。

要一種 三、發明内 本發明 容： 即為了 一種投影裝置，其 一苐一數位微鏡元 件接受從光源射出 數位微 元件。第一 束於第二數位微鏡 元件接受從該第一 束投射至一 的方式，調 本發明 手機或是個 不需要額外 助理，即可 投影在投影 投影平 整光束 之投影 人數位 的投影 將預先 表面之 要解決上述習 包括一光源、 源射出 ，並將 可藉由 水平轴 鏡元件 二數位 平面之 可裝設 上。使 僅需要 ，或是 知技術之缺點， 一第一數位微鏡 一光束。第一數 光束反射至第二 水平偏轉的方式 上的位置。第二 反射之該光束， 微鏡元件可藉由 垂直軸上的位置 於攜帶式電子裝 用者於需要投影 利用如手機或是 即時傳送的資料 而提供之 元件以及 位微鏡元 數位微鏡 ’調整光 數位微鏡 並將該光 垂直偏轉 置内，如 影像時， 個人數位 或晝面， 0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第8頁 1227337 五、發明說明（4) 四、實施方式： 本發明之實施方式如第1圖所顯示的，其包括一光源 1 0 0、一第一數位微鏡元件1 1 〇以及一第二數位微鏡元件 1 2 0。光源1 0 0射出一光束。第一數位微鏡元件丨丨〇接受從 光源1 0 0射出之光束，並將光束反射至第二數位微鏡元件 1 2 0。第一數位微鏡元件11 〇上之第一微鏡111可藉由於水 平方向偏轉的方式，調整光束於第二數位微鏡元件1 2 0之 水平軸（X軸）上的位置。第二數位微鏡元件1 2 〇接受從第一 數位微鏡元件1 1 0反射之該光束，並將該光束投射至一投 丨_ 影平面1 3 0，該第二數位微鏡元件1 2 〇上之第二微鏡 12卜125可藉由於垂直方向偏轉的方式，調整光束於投影 平面1 3 0之垂直軸（y軸）上的位置，藉此，即可經由第一微 鏡與第二微鏡的偏轉方式來達成於投射影像於投影平面 130上χ-y方向之分布。 上述之光源1 0 0可以為一雷射光源，且光源1 〇 〇係與複 數個第二微鏡元件1 2 1〜1 2 5 —起設置於第二晶片1 2 6上。第 一晶片1 1 6具有一開口 1 1 2，該光束可穿過該開口 11 2而投 射至投影平面1 3 0。 上述之第一數位微鏡元件11 〇包括一第一晶片1 1 6以及 一第一微鏡1 11，該第一微鏡111設於該第一晶片11 6之 上。 上述之第二數位微鏡元件1 2 〇包括一第二晶片1 2 6以及 複數個第二微鏡（如第1圖所顯示的第二微鏡1 2卜1 2 5 )，該

0535-8456TWF(Nl)；A91123;HEARTA.ptd 第9頁 1227337 五、發明說明（5) 等第二微鏡設於該第二晶片1 2 6之上。 當光束從光源1〇〇射至第一微鏡111之後，第一微鏡 111可左右偏轉，以決定將光束反射至何片第二微鏡之 上。如第1圖所顯示的，當第一微鏡111將光束導射至第二 微鏡123上後，第二微鏡123可將該光束穿透第一數位微鏡 元件上的窗口 112，而導射至投影平面130的C區域。若第 一微鏡111將光束導射至第二微鏡121上，第二微鏡121可 將該光束導射至投影平面1 3 0的A區域。若第一微鏡111將 光束導射至第二微鏡122上，第二微鏡122可將該光束導射 至投影平面1 3 0的B區域。若第一微鏡1 1 1將光束導射至第 二微鏡124上，第二微鏡124可將該光束導射至投影平面 130的D區域。若第一微鏡111將光束導射至第二微鏡Kg 上’苐'一 ^鏡125可將该光束導射至投影平面130的E區 域。 式 置 轉 而第二微鏡121〜125可以於垂直方向（y方向）偏轉的方 調整該光束被導射於投影平面1 3 0的垂直方向的位 由此可知，藉由第——微鏡11 1於水平方向（x方向）的偏 以及第二微鏡121〜125於垂直方向（y方向）的偏轉，即 可完整控制光束於投影平面1 3 0上的χ-y分布位置。利用光 源1 0 0控制光束（光點）的明暗（或顏色）。再利用人類視覺 暫留的原理，由快速的光束光點掃瞄整個投影平面丨3 〇， 即可構成一完整的影像。其中，第一數位微鏡元件、第二 數位微鏡元件與光源可利用I C封裝製程封裝成一封裝元件 (IC chip ) 〇

0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第10頁 1227337 五、發明說明（6) ! 9Π P上述楚之第一數位微鏡元件1 1 〇以及第二數位微鏡元件 120上之弟一微鏡1 11以及第二微鏡12卜125其基本構 同。在此以第一微鏡Π〗為例，說明本發明所使用的微$ 構造三參照第2a圖，第一微鏡ln形成於第一晶片116之 上，第一晶片116上並形成有電極23 j、232，以及樞接 2 2 0。第一微鏡1 1 1具有樞接部2丨〇。樞接部2丨〇與枢接部 220連接。藉由電極231、23 2的供電變化，可控制第—微 鏡111朝電極231或是電極23 2偏轉，因而控制光束路徑的 導向。第一微鏡ill的偏轉幅度可以為10。，即朝電極231 或是電極2 3 2偏轉各可偏轉5。。 曰曰 第2 b圖係顯示可應用於本發明中之另一微鏡元件結 構，同樣以第一微鏡1 1 1為例，第一微鏡丨丨丨形成於第一 片11 6之上，第一晶片11 β上並形成有電極3 3 j以及樞接部 3 2 0。第一微鏡1 11具有樞接部3丨〇。樞接部3丨〇與樞接部 320連接。藉由電極331的供電變化，可控制第一微鏡丨J i 與第一晶片1 1 6之間的夾角，因而控制光束路徑的導向。 第一微鏡111的偏轉幅度可以為1 〇。，即第一微鏡1 11與第 一日日片116之間的爽角最大可達。 參照第3圖’為了組成彩色的投射光線，光源部分可 包括一紅光子光源（第一色子光源）4 3 〇、一綠光子光源（第 二色子光源）420、一藍光子光源（第三色子光源）41〇、反 射鏡41 1、反射鏡431以及一稜鏡組440。該紅光子光源430 提供一紅光束（第一色光束）432，該綠光子光源420提供一 綠光束（第二色光束）422，該藍光子光源410提供一藍光束

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五、發明說明（7) (第三色光束）412。藍光束412經反射鏡411，反射入稜鏡 組440。紅光束4 32經反射鏡431，反射入稜鏡組440。綠光 束422直接射入稜鏡組44 0。稜鏡組4 40將紅光束432、綠光 束422以及藍光束412合成光束450。藉由控制紅光子光源 4 3 0、綠光子光源4 2 0以及藍光子光源4 1 0的明暗，即可調 制光束4 5 0的顏色。因此可控制輸出光束打在投影螢幕上 每一光點（像素）的顏色，而藉此形成一彩色影像。依照此 方式’該光源位於一第三數位微鏡元件4 〇 〇上，其餘的部 分與之前所述相同，亦即再搭配如前所述由第一、第二數 位微鏡元件所組成的投影裝置，即可提供一彩色投影裝 置。 … 參照第4圖，本發明之投影裝置可更包括一控制器， 控制杰與光源、第一數位微鏡元件以及第二數位微鏡元件 相連接，以依據所欲輸出的圖像，控制光源的開閉以及第 一數位微鏡元件與第二數位微鏡元件的偏轉，當其光源為 彩色光時，控制器還可同時控制光源所輸出的光束顏色。 應用本發明之投影裝置，可充分利用光源所提供之光 束、，完全不會有能量的浪費。例如，若欲表現的某一像素 其為暗部（黑色），則僅需於掃瞄投影的過程中，於掃瞄到 該像素時，將光源關閉，即形成一暗部的像素。不若習知 技術將光線導至別處而浪f能量。本發明之投影裝置能完 全充分利用能量，該光源之功率可低於〇· 5瓦，由於其體 積微小，消耗能量低等特點，因此可裝設於攜帶式電子裝 置，如手機或是個人數位助理等裝置之中。使用者於需要

1227337 五、發明說明（8) 僅需要利用手機或 或是即時傳送的資 投影影像時，不需要額外的投影設備 是個人數位助理，即可將預先儲存好 料或晝面，投射在投影表面之上。 雖然本發明已於較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 «

0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第13頁 1227337 圖式簡單說明 第1圖係顯示本發明之投影裝置概念圖； 第2a圖係顯示本發明之投影裝置之微鏡元件結構示意 圖， 第2b圖係顯示本發明之投影裝置之另一微鏡元件結構 不意圖， 第3圖係顯示本發明之投影裝置之彩色光束合成概念 圖， 第4圖係顯示本發明之投影裝置之控制系統方塊圖。 符號說明： _ I 0 0〜光源 II 0〜第一數位微鏡元件 11 1〜第一微鏡 11 2〜開口 11 6〜第一晶片 1 2 0〜第二數位微鏡元件 121、122、123、124、125 〜第二微鏡 1 2 6〜第二晶片 1 3 0〜投影平面 2 1 0、2 2 0、3 1 0、3 2 0 〜樞接部 2 3 1、2 3 2、3 3 1 〜電極 4 0 0〜第三數位微鏡元件 410〜藍光子光源 4 1 1〜反射鏡

0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第 14 頁 222332_ 圖式簡單說明 41 2〜藍光束 4 2 0〜綠光子光源 4 2 2〜綠光束 4 3 0〜紅光子光源 4 3 1〜反射鏡 4 3 2〜紅光束 4 4 0〜稜鏡組 4 5 0〜光束

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Claims (1)

1. T797H7

   六、申請專利範圍 1 · 一種投影裝置，用以將一影像投射至一投影平面 包括： 一光源，該光源射出至少一光束； 一第一數位微鏡元件；以及 一第二數位微鏡元件，

   其中，該第一數位微鏡元件接受從該光源射出之該光 束，並將該光束反射至該第二數位微鏡元件，該第一數位 微鏡元件可藉由沿X軸偏轉的方式，調整該光束於該第二 數位被鏡元件於X軸方向上的位置，該第二數位微鏡元件 接受從該第一數位微鏡元件反射之該光束，並將該光束投 射至一投影平面，該第二數位微鏡元件可藉由沿y軸偏轉 的方式，調整該光束於該投影平面y軸方向上的位置。 2·如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該第一 數位微鏡元件包括一镇一 θ Η IV芬一笛 Ab, 弟日日片以及弟一微鏡，該第一微 鏡设於该苐一晶片之上，今玄签一料镑可、VL γ 土 :上。亥第U鏡了/“輛方向偏轉。 3·如申凊專利範圍第2項之投影裝置，其 微鏡的角度偏轉幅度為丨〇。 。 /、甲’邊乐 其中，該第二 4·如申請專利範圍第1項之投影裝置， 數位微鏡元件包括一第二晶片以及複數個

   第二微鏡設於該第二晶片之上，該第二微=微鏡’ 5玄荨 偏轉。 文繞可沿y軸方向 5. 如申請專利範圍第4項之投影裝置，其 二微鏡係沿著y軸方向排列。 >、中’遺專 6. 如申請專利範圍第4項之投影裝置，丄 ^ ^ 务中，該荨笫

   0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第16頁 1227337 六、申請專利範圍 二微鏡的角度偏轉幅度為1 〇 ° 。 7 ·如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該光源 為一雷射光源。 8. 如申請專利範圍第7項之投影裝置，其中，該光源 之功率低於0 . 5瓦。 9. 如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該光源 包括一第一色光子光源、一第二色光子光源、一第三色光 子光源以及一棱鏡組，該第一色光子光源提供一第一色光 一第二色光束， 稜鏡組將該第一 合成該光源射出 項之投影裝置， 光源及該第三色 上。 0項之投影裝置 微鏡元件上。 項之投影裝置， 光束與該第二色 棱鏡組以合成該 項之投影裝置， 分別為紅色、綠 項之投影裝置， 制器與該光源、 元件相連接，以 該第三色光子 色光束、該第 之光束。 其中，該第一 光子光源係同 ，其中，該棱 其中，還包括 光束導入該稜 射出之光束。 其中，該第一 色及藍色。 其中，該投影 該第一數位微 控制該光源的 束，該第二色光子光源提供 光源提供一第三色光束，該 二色光束以及該第三色光束 I 0 .如申請專利範圍第9 色光子光源、該第二色光子 時設於該第二數位微鏡元件 II .如申請專利範圍第1 鏡組亦同時設於該第二數位 1 2 .如申請專利範圍第9 有二組反射鏡，將該第一色 鏡組，與該第三色光束於該 1 3 .如申請專利範圍第9 色、該第二色與該第三色係 1 4 .如申請專利範圍第1 裝置更包括一控制器，該控 鏡元件以及該第二數位微鏡

   0535-8456TWF(Nl);A91123;HEARTA.ptd 第17頁 1227337 六、申請專利範圍 開閉以及該第一數位微鏡元件與該第二數位微鏡元件的偏 轉。 1 5.如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該光源 係設於該第二數位微鏡元件上。 1 6.如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該第一 數位微鏡元件、該第二數位微鏡元件與該光源係利用I C封 裝製程封裝成一封裝元件（I C c h i p )。 1 7.如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該第一 數位微鏡元件還包括有一窗口，由該第二數位微鏡元件所 反射之光束可透過該窗口而投射至該投影平面。 1 8.如申請專利範圍第1項之投影裝置，其中，該投影 裝置係設於一攜帶式電子裝置内，可投射出該電子裝置内 之資訊。

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