TWI382269B - 投影裝置 - Google Patents

Description

投影裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種投影裝置(projection apparatus)。

一般來說，投影裝置是將其內部之光閥所產生的影像投影至屏幕上以供觀賞，若再搭配紅外線光源與光偵測器的使用，則可使投影裝置同時具有取像或感測的功能，以實現觸控式螢幕的應用。

詳細而言，具有觸控式螢幕功能的投影裝置通常會具有光學引擎、多個電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)及紅外光發射系統。光學引擎適於提供影像光束，其中影像光束會被投射至位於物側的屏幕上以形成影像畫面。而紅外光發射系統則適於提供紅外光束，其中紅外光束會朝向物側傳遞，且部分紅外光束會穿透屏幕。因此，當來自物側的一物體(例如是手指)靠近屏幕時，通過屏幕的部份紅外光束會被物體反射而形成傳遞至電荷耦合元件的物體光束。如此一來，電荷耦合元件便可偵測到物體的影像。

在習知具有觸控式螢幕功能的投影裝置中，由於影像光束及紅外光束沒有共用相同的傳遞路徑，且其傳遞路徑彼此獨立，這會使得光學引擎、電荷耦合元件及紅外光發射系統整體之空間利用率較低，進而使投影裝置的體積難以縮小。另外，由於這些光束之傳遞路徑彼此獨立，亦會使得光學引擎、電荷耦合元件及紅外光發射系統的位置不易校正。

再者，紅外光發射系統所發出的紅外光束沒有經過成像鏡頭及光束整形元件(beam shaping element)的作用，因此無法均勻地投射在屏幕上，如此會造成在屏幕上的某區域之紅外光束的光強度較高，而在其他區域之紅外光束的光強度較低。所以，習知投影裝置須具有多個電荷耦合元件，且這些電荷耦合元件的增益(gain)值彼此不同。增益值較大的電荷耦合元件用以偵測屏幕上光強度較低的區域，而增益值較小者用以偵測光強度較高的區域。

換言之，若只採用一個電荷耦合元件，則只有一個增益值，這會造成屏幕上光強度較強的區域在電荷耦合元件上的成像過飽合，而光強度較弱的區域在電荷耦合元件上的成像之亮度過弱而難以辦識。然而，若採用多個電荷耦合元件又會造成投影裝置的結構過於複雜且龐大。

本發明提供一種投影裝置，其能同時提供亮度較高的影像畫面及強度較高的不可見光束，且可具有較小的體積。

本發明之一實施例提出一種投影裝置，其包括一照明系統、一光閥、一反射元件、一波片以及一偏振分光單元。照明系統適於提供一照明光束，其中照明光束包括一可見光束以及一不可見光束。可見光束具有一第一偏振方向，而不可見光束具有一第二偏振方向。光閥配置於可見光束的傳遞路徑上，並適於將可見光束轉換成一影像光束，其中影像光束具有第二偏振方向。反射元件配置於不可見光束的傳遞路徑上，並適於反射來自照明系統的不可見光束。波片配置於不可見光束的傳遞路徑上且位於照明系統與反射元件之間，其中來自照明系統的不可見光束會依序通過波片、被反射元件反射及通過波片，而被反射元件反射且通過波片的不可見光束會具有第一偏振方向。偏振分光單元配置於照明光束、影像光束與來自波片的不可見光束的傳遞路徑上。偏振分光單元會使來自照明系統的可見光束與不可見光束分別傳遞至光閥與波片，並且會使來自光閥的影像光束與來自波片的不可見光束傳遞至一物側。

在本發明之一實施例中，具有第一偏振方向的可見光束可被偏振分光單元反射傳遞至光閥，而具有第二偏振方向的不可見光束可穿透偏振分光單元而傳遞至波片。來自波片之具有第一偏振方向的不可見光束可被偏振分光單元反射而傳遞至物側。來自光閥之具有第二偏振方向的影像光束可穿透偏振分光單元而傳遞至物側。

在本發明之一實施例中，具有第一偏振方向的可見光束可穿透偏振分光單元傳遞而至光閥。具有第二偏振方向的不可見光束可被偏振分光單元反射而傳遞至波片。來自波片之具有第一偏振方向的不可見光束可穿透偏振分光單元而傳遞至物側。來自光閥之具有第二偏振方向的影像光束可被偏振分光單元反射而傳遞至物側。

在本發明之一實施例中，第一偏振方向實質上垂直於第二偏振方向。波片例如為一四分之一波片。偏振分光單元例如為一柵狀偏振分光板(wire grid type PBS)。在本發明之一實施例中，投影裝置可更包括一第一稜鏡與一第二稜鏡。第一稜鏡承靠第二稜鏡。偏振分光單元為一偏振分光膜，且偏振分光膜位於第一稜鏡與第二稜鏡的交界面。

在本發明之一實施例中，投影裝置可更包括一投影鏡頭。投影裝置配置於影像光束及不可見光束的傳遞路徑上，並位於偏振分光單元與物側之間。在本發明之一實施例中，投影裝置可更包括一部分穿透部分反射器以及一光偵測器。部分穿透部分反射器配置於影像光束及不可見光束的傳遞路徑上，並位於投影鏡頭與偏振分光單元之間。部分穿透部分反射器適於使影像光束及部分不可見光束傳遞至物側。位於物側的一物體可將傳遞至物側的部分不可見光束的至少部分反射，以形成一物體光束。部分穿透部分反射器可使來自物體的部分物體光束傳遞至光偵測器。來自偏振分光單元的影像光束及部分不可見光束可通過部分穿透部分反射器而傳遞至物側。來自物體的部分物體光束可被部分穿透部分反射器反射至光偵測器。在本發明之一實施例中，投影裝置可更包括一成像鏡頭。成像鏡頭配置於來自部分穿透部分反射器的部分物體光束的傳遞路徑上，並位於部分穿透部分反射器與光偵測器之間。

在本發明之一實施例中，光偵測器例如為一電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或一互補金氧半導體感測元件(complementary metal oxide semiconductor sensor,CMOS sensor)。不可見光束例如為紅外光束。照明系統可包括至少一可見光光源、一不可見光光源以及一光均勻化元件。可見光光源適於提供可見光束。不可見光光源適於提供不可見光束。光均勻化元件配置於可見光束及不可見光束的傳遞路徑上。可見光束與不可見光束可通過光均勻化元件傳遞至偏振分光單元。

在本發明之一實施例中，投影裝置更包括一控制單元，且可見光光源的數量為多個，且這些可見光光源為多個發光顏色不同的可見光光源。控制單元電性連接至不可見光光源及這些可見光光源，以驅使這些可見光光源依序明滅，並驅使不可見光光源連續提供不可見光束。在本發明之一實施例中，投影裝置可更包括一分色鏡。分色鏡配置於可見光束與不可見光束傳遞路徑上。分色鏡適於使來自不可見光光源的不可見光束與來自可見光光源的可見光束傳遞至光均勻化元件。光均勻元件例如為一光積分柱或一透鏡陣列。可見光光源與不可見光光源例如各為一雷射二極體。

本發明之實施例之投影裝置提供具有第一偏振方向的可見光束與具有第二偏振方向的不可見光束，並利用反射元件、波片以及偏振分光單元來形成具有不同偏振方向的影像光束與不可見光束，以使影像光束與不可見光束共用部分的傳遞路徑。因此投影裝置中的各元件之空間利用率較高，這能夠使投影裝置具有較小的體積。此外，在本發明之實施例之投影裝置中，由於可見光束與不可見光束不會同時經過光閥的作用，而是分別藉由光閥與反射元件的作用而傳遞至物側，因此照明系統不須使可見光束與不可見光束交替明滅。如此一來，在任一時間間隔內，照明系統發出可見光束與不可見光束之時間皆可增加，如此便能夠提升投影裝置所投影出的影像畫面之亮度，且能夠提升不可見光束的強度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而非用來限制本發明。

第一實施例

圖1為本發明之第一實施例之投影裝置的結構示意圖，而圖2A為圖1所繪示之照明系統的示意圖。請同時參考圖1與圖2A，本實施例之投影裝置100包括一照明系統110、一光閥120、一反射元件130、一波片140以及一偏振分光單元150。照明系統110適於提供一照明光束112，其中照明光束112包括一可見光束112a以及一不可見光束112b。可見光束112a具有一第一偏振方向P1，而不可見光束112b具有一第二偏振方向P2。反射元件130例如為一反射鏡。

以下將以不可見光束112b為紅外光束做為舉例說明，在其他實施例中，其也可以是採用其他不可見光的波長範圍，如遠紅外光。

在本實施例中，照明系統110包括至少一可見光光源114、一不可見光光源116以及一光均勻化元件118。具體而言，照明系統110可包括多個發光顏色不同的可見光光源114，如圖2A所繪示。可見光光源114適於提供可見光束112a，而不可見光光源116適於提供不可見光束112b。光均勻化元件118配置於可見光束112a及不可見光束112b的傳遞路徑上，其中可見光束112a與不可見光束112b會通過光均勻化元件118傳遞至偏振分光單元150，如圖1所示。

本實施例之照明系統110是使用三種不同波長範圍的可見光光源114作為實施範例，如：紅光光源、綠光光源以及藍光光源，並於可見光束112a與不可見光束112b的傳遞路徑上配置有多個分色鏡119，以使來自不可見光光源116的不可見光束112b與來自可見光光源114的可見光束112a傳遞至光均勻化元件118。換言之，本實施例是利用分光鏡119以合併三道不同波長範圍的可見光束112a及不可見光束112b。在本實施例中，投影裝置100更包括一控制單元192，其電性連接至不可見光光源116及這些可見光光源114，以驅使這些可見光光源114依序明滅，並驅使不可見光光源116連續提供不可見光束。圖2B為圖2A中之可見光光源與不可見光光源於一個週期時間內的開啟時間分佈圖。由圖2B可知，不可見光光源116在一週期時間內為連續開啟，而紅光光源、綠光光源以及藍光光源在一週期時間內是各自在專屬的時間間隔內開啟，並在非專屬的其他時間間隔內關閉。

在本實施例中，可見光光源114與不可見光光源116例如各為一雷射二極體，以分別提供具有第一偏振方向P1的可見光束112a與具有第二偏振方向P2的不可見光束112b。在其它可能的實施例中，也可以是採用不具偏極化的光源，再搭配偏振轉換系統(polarization conversion system,PCS)或偏振片(polarizer)的使用而使光束具有上述之偏振性。在本實施例中，光均勻化元件118例如是用來將通過其中的可見光束112a與不可見光束112b均勻化，其中光均勻化元件118可以是一光積分柱或是一透鏡陣列。

請再參考圖1，光閥120配置於可見光束112a的傳遞路徑上，並適於將可見光束112a轉換成一影像光束112c，其中影像光束112c具有第二偏振方向P2。在本實施例中，光閥120例如是一矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)或其他適當的光閥。

反射元件130配置於不可見光束112b的傳遞路徑上，並適於反射來自照明系統110的不可見光束112b；波片140配置於不可見光束112b的傳遞路徑上且位於照明系統110與反射元件130之間，其中來自照明系統110的不可見光束112b會依序通過波片140、被反射元件130反射後再次通過波片140，且被反射元件130反射並通過波片140的不可見光束112b會具有第一偏振方向P1，如圖1所示。在本實施例中，波片140例如是使用一四分之一波片。

偏振分光單元150配置於照明光束112、影像光束112c與來自波片的不可見光束112b的傳遞路徑上。偏振分光單元150會使來自照明系統110的可見光束112a與不可見光束112b分別傳遞至光閥120與波片140，以及會使來自光閥120的影像光束112c與來自波片140的不可見光束112b傳遞至一物側，如圖1所示。在本實施例中，偏振分光單元150例如是一柵狀偏振分光板(wire grid type PBS)。詳細而言，偏振分光單元150可以反射具有第一偏振方向P1的光束，並可讓具有第二偏振方向P2的光束通過其中。換言之，具有第一偏振方向P1的可見光束112a會被偏振分光單元150反射傳遞至光閥120，而具有第二偏振方向P2的不可見光束112b會穿透偏振分光單元150而傳遞至波片140，如圖1所示。

另外，由於偏振分光單元150具有可反射具有第一偏振方向P1的光束以及讓具有第二偏振方向P2的光束通過其中的光學性質，因此，來自波片140之具有第一偏振方向P1的不可見光束112b會被偏振分光單元150反射而傳遞至物側，以及來自光閥140之具有第二偏振方向P2的影像光束112c會穿透偏振分光單元150而傳遞至物側。在本實施例中，上述之第一偏振方向P1實質上垂直於上述之第二偏振方向P2，其中第一偏振方向P1可以是S偏振，而第二偏振方向P2可以是P偏振。當然，在其他可能的實施型態中，第一偏振方向P1可以是P偏振，而第二偏振方向P2可以是S偏振，此部分端視使用者的需求與設計而定，在此，本實施例以第一偏振方向P1為S偏振，而第二偏振方向P2為P偏振作為舉例說明，但不以此為限。

請參照圖3，在另一實施例中，投影裝置100’之偏振分光單元150若是採用可反射具有第二偏振方向P2的光束，並可讓具有第一偏振方向P1的光束通過其中的偏振分光板時，則光閥120、波片140與反射境130的位置則須對調而形成如圖3所繪示之型態。如此一來，來自照明系統110並具有第一偏振方向P1的可見光束112a便會穿透偏振分光單元150而傳遞至光閥120，而來自照明系統110並具有第二偏振方向P2的不可見光束112b則會被偏振分光單元150反射而傳遞至波片140，如圖3所示。

同樣地，由於偏振分光單元150具有可反射具有第二偏振方向P2的光束並讓具有第一偏振方向P1的光束通過其中的光學性質，因此，來自波片140之具有第一偏振方向P1的不可見光束112b會穿透偏振分光單元150而傳遞至物側，而來自光閥120之具有第二偏振方向P2的影像光束112c則會被偏振分光單元150反射而傳遞至物側，如圖3所繪示。

請參照圖1及圖3，承上述可知，投影裝置100、100’可根據可見光束112a與不可見光束112b的偏振方向並搭配偏振分光單元150的偏振分光特性(例如是：可讓第一偏振方向P1的光束通過，而將第二偏振方向P2的光束反射；或是可讓第二偏振方向P2的光束通過，而將第一偏振方向P1的光束反射)，而可將光閥120、波片140與反射元件130設計不同的位置上，如圖1與圖3所繪示。另外，無論是採用圖1與圖3所繪示的光學設計，皆可使來自光閥120的影像光束112c與來自波片140的不可見光束112b在偏振分光單元150與物側之間可共用相同的傳遞路徑。

請參照圖1，在本實施例中，投影裝置100更可以包括一投影鏡頭160，其配置於影像光束112c及不可見光束112b的傳遞路徑上，並位於偏振分光單元150與物側之間。此外，投影裝置100更可以包括一部分穿透部分反射器170與一光偵測器180。部分穿透部分反射器170配置於影像光束112c及不可見光束112b的傳遞路徑上，並位於投影鏡頭160與偏振分光單元150之間，其中部分穿透部分反射器170適於使影像光束112c及部分不可見光束112b傳遞至物側，且位於物側的一物體60(如手指)會將傳遞至物側的部分不可見光束112b的至少部分反射，以形成一物體光束112d，其中物體光束112d為不可見光束112b所採用的波長，如圖1與圖3所示。此外，來自物體60的部分物體光束112d會被部分穿透部分反射器170傳遞至光偵測器180。在本實施例中，部分穿透部分反射器170能夠反射部分不可見光，並能夠讓部分不可見光穿透，但能夠讓可見光穿透。因此，來自偏振分光單元150的影像光束112c及部分不可見光束112b會通過部分穿透部分反射器170而傳遞至物側，而來自物體60的部分物體光束112d則會被部分穿透部分反射器170反射至光偵測器180。

一般來說，若欲使照明系統同時提供可見光束與不可見光束，可採用時序(time sequence)的方式來依序提供可見光束與不可見光束。換言之，即是使可見光光源與不可見光光源依序明滅，以在不同的時間間隔下分別提供可見光束與不可見光束。然而，若採用此種方式卻會降低投影裝置在進行投影時之影像畫面的亮度，原因就在於，在提供不可見光束時並無法同時提供可見光束，如此一來，會縮短可見光束的照射時間，進而降低投影裝置的投影效果。此外，在提供可見光束時也會因為無法同時提供不可見光束，進而降低取像或感測時的靈敏度。

在本實施例之投影裝置100中，由於可見光束112a與不可見光束112b不會同時經過光閥的作用，而是分別藉由光閥120與反射元件140的作用而傳遞至物側，因此照明系統不須使可見光束112a與不可見光束112b交替明滅。由圖2A便可看出在本實施例中可見光光源114與不可見光光源116(如圖2B所繪示)可同時開啟，而不須交替明滅。如此一來，在任一時間間隔內，照明系統110發出可見光束112a與不可見光束112b之時間皆可增加，如此便能夠提升投影裝置100所投影出的影像畫面之亮度，且能夠提升不可見光束的強度。當不可見光束的強度被提升時，光偵測器180在取像及感測上亦會有較佳的效果。

另外，投影鏡頭160可針對影像光束112c的波長、光錐角度及光閥120的尺寸來設計，而使得投影裝置100在進行影像投影時，可依使用者的需求而做最佳化的設計，並使其具有較佳的顯示品質。另外，投影鏡頭160也可以是投影裝置100在進行影像投影或影像偵測時的共用鏡頭。舉例來說，當投影裝置100進行影像投影時，來自光閥120的影像光束112c會依序通過偏振分光單元150、部份穿透部份反射器170以及投影鏡頭160，而最後被投影鏡頭160投影至物側的一屏幕70上以形成影像畫面。

在本實施例中，投影裝置更包括一成像鏡頭190，配置於來自部分穿透部分反射器170的部分物體光束112d的傳遞路徑上，並位於部分穿透部分反射器170與光偵測器180之間。具體而言，當投影裝置100在進行影像偵測時，來自物側之物體60的部分物體光束112d會依序穿透投影鏡頭160、被部分穿透部分反射器170反射及穿透成像鏡頭190而傳遞至光偵測器180。另外，成像鏡頭190可針對物體光束112d的波長、光偵測器180的尺寸以及偵測物體光束112d的光錐角度來設計，使得投影裝置100在感測影像時可具有較佳的感測品質。在本實施例中，光偵測器180例如是一電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或一互補金氧半導體感測元件(complementary metal oxide semiconductor sensor,CMOS sensor)。

另外，在本實施例中，投影裝置100可同時進行影像投影及影像偵測，而物體60例如為使用者的手指。當手指移動至屏幕70上之影像畫面中的任意位置時，光偵測器180便能夠感測到手指的影像。手指影像之訊號可傳遞至與投影裝置100電性連接的電腦，電腦便能夠判讀出手指影像相對於影像畫面的位置。如此一來，使用者便能夠藉由將手指移動至屏幕70上的特定位置來操作電腦。屏幕70例如是透光桌面上的經霧化的平面結構，投影裝置100則將影像畫面投影至透光桌面上，而使用者可藉由手指移動到桌面上的特定位置來操作電腦。

由於本實施例之投影裝置100是藉由照明系統110同時提供具有不同偏振方向的可見光束與不可見光束，並利用偏振分光單元150來進行合光與分光，因此影像光束112c及不可見光束112b可共用偏振分光單元150與物側之間的傳遞路徑，而影像光束112c、不可見光束112b與物體光束112d可共用部分穿透部分反射器170至物側的傳遞路徑，因此投影裝置100中之各元件的空間利用率較佳，所以投影裝置100的體積可以有效地被縮小。

此外，在本實施之投影裝置100中，由於不可見光束112b與影像光束112c是循著相同的傳遞路徑傳遞至物側，且同樣是受到投影鏡頭160折射作用，因此不可見光束112b可均勻地照射於屏幕70上。此外，再加上物體光束112d與不可見光束112b在部分穿透部分反射器170與物側之間的傳遞方向相反且傳遞路徑重疊，且物體光束112d與不可見光束112b同樣是受到成像鏡頭190的折射作用，所以屏幕70在光偵測器180上的亮度是均勻的，因此投影裝置100僅須藉由單一個光偵測器180利用一個增益值來偵測物體光束112d即可。如此一來，便不會像習知投影裝置那樣須具有多個光偵測器，因此本實施例之投影裝置100能夠進一步地具有較小的體積。

第二實施例

圖4為本發明之第二實施例之投影裝置的結構示意圖。請參考圖4，本實施例之投影裝置200相似於前實施例之投影裝置100，相同構件標示相同符號，惟二者不同處在於，投影裝置200更包括一第一稜鏡212與一第二稜鏡214。第一稜鏡212承靠第二稜鏡214，且偏振分光單元150為一偏振分光膜，其中偏振分光膜位於第一稜鏡212與第二稜鏡214的交界面，如圖4所示。

在本實施例中，來自照明系統110的可見光束112a與不可見光束112b會先進入第一稜鏡212，然後，被位於第一稜鏡212與第二稜鏡214的交界面之偏振分光膜分別傳遞至光閥120與波片140，其中可見光束112a例如是上述具有第一偏振方向P1的可見光束112a，而不可見光束112b例如是上述具有第二偏振方向P2的可見光束112b，詳細描述可參照第一實施例。本實施例是以偏振分光膜可讓第二偏振方向的光束通過，並可反射第一偏振方向的光束做為舉例說明，然而，實際情況亦可依使用者的設計而定，例如是：偏振分光膜也可以是採用可讓第一偏振方向的光束通過，並可反射第二偏振方向的光束的偏振分光膜。

由於偏振分光膜可讓第二偏振方向的光束通過，並可反射第一偏振方向的光束，因此，可見光束112a會被偏振分光膜反射而傳遞至光閥120，而不可見光束112b則會通過偏振分光膜與第二稜鏡214而傳遞至波片140，如圖4所繪示。接著，偏振分光膜會再將來自光閥120的影像光束112c與來自波片的不可見光束112b傳遞至物側，其中影像光束112c與不可見光束112b在偏振分光膜與物側之間共用相同的傳遞路徑，如圖4所示。

換言之，投影裝置200僅是使用偏振分光膜搭配稜鏡的概念以取代投影裝置100所使用柵狀偏振分光板的方式，且所利用的光學原理皆相同於投影裝置100所使用的原理與概念，因此，投影裝置200同樣地具有上述投影裝置100所提及的優點，在此便不再贅述。

第三實施例

圖5為本發明之第三實施例之投影裝置的結構示意圖。請參考圖5，本實施例之投影裝置300相似於前實施例之投影裝置100，相同構件標示相同符號，惟二者不同處在於，投影裝置300並無使用投影裝置100所使用的部分穿透部分反射器170，且光偵測器180是僅配置於由物體60所反射的物體光束112d的傳遞路徑上。換言之，若將照明系統110、光閥120、偏振分光單元150、波片140、反射元件130以及鏡頭160視為一種光學引擎，則光偵測器180可配置於此光學引擎的外部，以偵測物體60的位置。

在本實施例中，由於影像光束112c與不可見光束112b在偏振分光單元150與物側之間共用相同的傳遞路徑，因此，投射至屏幕70上的不可見光束112b的光強度分布便能夠較均勻。

綜上所述，在本發明之實施例的投影裝置中，首先，藉由照明系統提供具有不同偏振方向的可見光束與不可見光束，其中照明系統利用分光鏡以使可見光束與不可見光束可同時共用相同的傳遞路徑至偏振分光單元，並利用偏振分光單元、光閥、波片以及反射元件進行合光與分光，使影像光束及不可見光束可共用偏振分光單元與物側之間的傳遞路徑，進而可提升投影裝置中之各元件的空間利用率，如此一來，投影裝置的體積將可有效地被縮小。

另外，由於不可見光束與影像光束是循著相同的傳遞路徑傳遞至物側，且同樣是受到投影鏡頭折射作用，因此不可見光束可均勻地照射於屏幕上。再者，物體光束與不可見光束在部分穿透部分反射器與物側之間的傳遞方向相反且傳遞路徑重疊，且物體光束與不可見光束同樣是受到成像鏡頭的折射作用，所以屏幕在光偵測器上的亮度是均勻的，因此投影裝置僅須藉由單一個光偵測器利用一個增益值來偵測物體光束即可。如此一來，投影測裝置便能更進一步地具有較小的體積以及具有較佳的投影與取像品質。

再者，在本發明之實施例之投影裝置中，由於可見光束與不可見光束不會同時經過光閥的作用，而是分別藉由光閥與反射元件的作用而傳遞至物側，因此照明系統不須使可見光束與不可見光束交替明滅。如此一來，在任一時間間隔內，照明系統發出可見光束與不可見光束之時間皆可增加，如此便能夠提升投影裝置所投影出的影像畫面之亮度，且能夠提升不可見光束的強度。當不可見光束的強度被提升時，光偵測器在取像及感測上亦會有較佳的效果。

雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

60．．．物體

70．．．屏幕

100、200、300．．．投影裝置

110．．．照明系統

112．．．照明光束

112a．．．可見光束

112b．．．不可見光束

112c．．．影像光束

112d．．．物體光束

114．．．可見光光源

116．．．不可見光光源

118．．．光均勻化元件

119．．．分光鏡

120．．．光閥

130．．．反射元件

140．．．波片

150．．．偏振分光單元

160．．．投影鏡頭

170．．．部分穿透部分反射器

180．．．光偵測器

190．．．成像鏡頭

192．．．控制單元

212．．．第一稜鏡

214．．．第二稜鏡

P1．．．第一偏振方向

P2．．．第二偏振方向

圖1為本發明之第一實施例之投影裝置的結構示意圖。

圖2A為圖1所繪示之照明系統的示意圖。

圖2B為圖2A中之可見光光源與不可見光光源於一個週期時間內的開啟時間分佈圖。

圖3為本發明之第一實施例之變化型態的投影裝置的結構示意圖。

圖4為本發明之第二實施例之投影裝置的結構示意圖。

圖5為本發明之第三實施例之投影裝置的結構示意圖。

60．．．物體

70．．．屏幕

100．．．投影裝置

110．．．照明系統

112．．．照明光束

112a．．．可見光束

112b．．．不可見光束

112c．．．影像光束

112d．．．物體光束

120．．．光閥

130．．．反射元件

140．．．波片

150．．．偏振分光單元

160．．．投影鏡頭

170．．．部分穿透部分反射器

180．．．光偵測器

190．．．成像鏡頭

P1．．．第一偏振方向

P2．．．第二偏振方向

Claims (18)

1. 一種投影裝置，包括：一照明系統，適於提供一照明光束，其中該照明光束包括一可見光束以及一不可見光束，該可見光束具有一第一偏振方向，而該不可見光束具有一第二偏振方向；一光閥，配置於該可見光束的傳遞路徑上，並適於將該可見光束轉換成一影像光束，其中該影像光束具有該第二偏振方向；一反射元件，配置於該不可見光束的傳遞路徑上，並適於反射來自該照明系統的該不可見光束；一波片，配置於該不可見光束的傳遞路徑上且位於該照明系統與該反射元件之間，其中來自該照明系統的該不可見光束會依序通過該波片、被該反射元件反射及通過該波片，其中被該反射元件反射且通過該波片的該不可見光束會具有該第一偏振方向；以及一偏振分光單元，配置於該照明光束、該影像光束與來自該波片的該不可見光束的傳遞路徑上，其中該偏振分光單元會使來自該照明系統的該可見光束與該不可見光束分別傳遞至該光閥與該波片，並且會使來自該光閥的該影像光束與來自該波片的該不可見光束傳遞至一物側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中具有該第一偏振方向的該可見光束會被該偏振分光單元反射而傳遞至該光閥，具有該第二偏振方向的該不可見光束會穿透該偏振分光單元而傳遞至該波片，而來自該波片之具有該第一偏振方向的該不可見光束會被該偏振分光單元反射而傳遞至該物側，且來自該光閥之具有該第二偏振方向的該影像光束會穿透該偏振分光單元而傳遞至該物側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中具有該第一偏振方向的該可見光束會穿透該偏振分光單元而傳遞至該光閥，具有該第二偏振方向的該不可見光束會被該偏振分光單元反射而傳遞至該波片，而來自該波片之具有該第一偏振方向的該不可見光束會穿透該偏振分光單元而傳遞至該物側，且來自該光閥之具有該第二偏振方向的該影像光束會被該偏振分光單元反射而傳遞至該物側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該第一偏振方向實質上垂直於該第二偏振方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該波片為一四分之一波片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該偏振分光單元為一柵狀偏振分光板。
7. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，更包括一第一稜鏡與一第二稜鏡，該第一稜鏡承靠該第二稜鏡，且該偏振分光單元為一偏振分光膜，該偏振分光膜位於該第一稜鏡與該第二稜鏡的交界面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，更包括一投影鏡頭，配置於該影像光束及該不可見光束的傳遞路徑上，並位於該偏振分光單元與該物側之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之投影裝置，更包括：一部分穿透部分反射器，配置於該影像光束及該不可見光束的傳遞路徑上，並位於該投影鏡頭與該偏振分光單元之間，其中該部分穿透部分反射器適於使該影像光束及部分該不可見光束傳遞至該物側，且位於該物側的一物體會將傳遞至該物側的該部分不可見光束的至少部分反射，以形成一物體光束；以及一光偵測器，其中該部分穿透部分反射器會使來自該物體的部分該物體光束傳遞至該光偵測器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，其中來自該偏振分光單元的該影像光束及部分該不可見光束會通過該部分穿透部分反射器而傳遞至該物側，且來自該物體的部分該物體光束會被該部分穿透部分反射器反射至該光偵測器。
11. 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，更包括一成像鏡頭，配置於來自該部分穿透部分反射器的該部分物體光束的傳遞路徑上，並位於該部分穿透部分反射器與該光偵測器之間。
12. 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，其中該光偵測器為一電荷耦合元件或一互補金氧半導體感測元件。
13. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該不可見光束為一紅外光束。
14. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該照明系統包括：至少一可見光光源，適於提供該可見光束；一不可見光光源，適於提供該不可見光束；以及一光均勻化元件，配置於該可見光束及該不可見光束的傳遞路徑上，其中該可見光束與該不可見光束會通過該光均勻化元件傳遞至該偏振分光單元。
15. 如申請專利範圍第14項所述之投影裝置，更包括一分色鏡，配置於該可見光束與該不可見光束的傳遞路徑上，其中該分色鏡適於使來自該不可見光光源的該不可見光束與來自該可見光光源的該可見光束傳遞至該光均勻化元件。
16. 如申請專利範圍第14項所述之投影裝置，更包括一控制單元，其中該至少一可見光光源為多個發光顏色不同的可見光光源，該控制單元電性連接至該不可見光光源及該些可見光光源，以驅使該些可見光光源依序明滅，並驅使該不可見光光源連續提供該不可見光束。
17. 如申請專利範圍第14項所述之投影裝置，其中該光均勻元件為一光積分柱或一透鏡陣列。
18. 如申請專利範圍第14項所述之投影裝置，其中該可見光光源與該不可見光光源各為一雷射二極體。