TWI331251B - Optical projection apparatus and total internal reflection prism thereof - Google Patents

Description

1331251 PT687 21213twf.doc/e 進入第一稜鏡110。接著’影像光束104會在第一表面102 產生全反射後再由弟二表面116穿出第一禝鏡no至投影 ' 鏡頭56,而投影鏡頭56會將影像光束1〇4投影於一螢幕(I 繪示）上，以於螢幕上形成影像。其中，第二稜鏡12〇是用 於補償照明光束102及影像光束1 〇4在第一稜鏡11 〇中造 成的光程差。 '習知技術中’出光面124與第一表面112之間存在空 φ 氣間隙，以使影像光束傳遞至第一表面〗發生全反 射。然而’由於第二稜鏡120的折射率約ι·8，其遠大於 空氣的折射率，所以照明光束102傳遞至出光面124時， 部分照明光束1〇2容易因入射角過大而造成全反射(如光 束103所示），所以不能被有效地利用。如此，將降低螢幕 上的影像之亮度。 【發明内容】 本發明之一目的是提供一種投影裝置及其内部全反 射稜鏡，以降低照明光束在内部全反射稜鏡内發生全反射 的機率，以提高影像亮度。 本發明之另一目的是提供一種投影裝置及其内部全 反射稜鏡，減少第一稜鏡中的雜散光在第一表面發生全反 射的機率’使雜散光能自第一表面出射，以避免雜散光影 響影像的對比。 為達上述或是其他目的，本發明提出一種投影裝置， 包括一内部全反射稜鏡、一照明系統、一反射式光閥(Hght VaWe)與一投影鏡頭。内部全反射稜鏡包括一第一稜鏡、 1331251 PT687 21213twf.d〇c/e 一，=稜鏡與一抗全反射層。第一稜鏡具有一第—表面、 、第一表面與一第三表面。第二稜鏡具有一入光面與一出 光面，其中出光面與第一表面相對，且出光面與第二表面 ^間存在一間隙。抗全反射層是連接於部分出光面與部分 第一表面之間。此外，照明系統配置於入光面旁，且適於 朝向入光面提供—照明光束。反射式細是配置於第二表 面旁，，且位於照明光束的傳遞路徑上。反射式光閥適於將

照明光束㈣成—影像光束。投影鏡頭是配置於第三表面 旁’且位於影像光束的傳遞路徑上。 在本發明之一實施例中，上述之出光面及第—表面上 具有一被照明光束照射之照明區域，而第-表面上具有一 被影像光束照射之f彡像區域。抗全反射層之—側連接於第 -表面之未與影像區域重疊之照明區域上，另 其相對的出光面上。 在本發明之—實施例中，上述之第一棱鏡的折射 n W几全反射層的折射率為n3，而空氣的折射率為‘且'·,、 nl，n4 | > | nl-n3 | 。 1 在本發明之-實施例中，上述之第二棱鏡的折射 必抗全反射層的析射率為n3,而空氣的折射率為η4’ϋ η2-η4 | > | n2-n3 I 〇 1 在本發明之一實施例中 係大於一空氣的折射率。 在本發明之一實施例中 (optical adhesive) ° ’上述之抗全反射層的折射率 ，上述之权< 全反射層為光學^ 1331251 PT687 21213twf.doc/e 在本發明之一實施例令，上述之抗全反射層之一側是 連接於第-表面上未被影像光束照射的區域，另一側是連 接於其相對的出光面上。 在本發明之一實施例中，上述之入光面為一曲面。 、，在本發明之-貫施例中，上述之照明光束是依序通過 入光面、出光面、第一表面與第二表面後入射於反射式光 閥^，且影像光束是經由第二表面而傳遞至第一表面，並 • 被第—表面反射後而自第三表面出射至該投影鏡頭。 本發明另提出一種上述之内部全反射稜鏡。 本發明又提出一種投影裝置，包括一内部全反射稜 鏡、-照明系統、-反射式光閥與一投影鏡頭。内部全反 f稜鏡包括-第—稜鏡與—第二稜鏡。第—稜鏡具有一第 :表面、一第二表面與一第三表面，而第二稜鏡具有一入 先2與一出光面。部分出光面與部分第一表面相連，且其 ，部^出光面與其餘部分第—表面之間存在—間隙。此 日"’、?、明系統配置於入光面旁，且適於朝入光面提供一照 ^光束、。反射式光閥是配置於第二表面旁，且位於照明光 的傳遞路彳&上。反射式棚適於將照明光束轉換成一影 光束。投影鏡頭是配置於第三表面旁，且位於影像光束 的傳遞路徑上。 + 、，本發明之一實施例中，上述之間隙是位在第一表面 上被衫像光束所照射的區域與其相對的出光面之間。 本發明另提出一種内部全反射稜鏡，其為上述第二種 才曼影裝置的内部全反射稜鏡。 1331251 PT687 21213twf.doc/e 在本發明中，由於第一種内部全反射的第一稜鏡與第 一稜鏡之間有一彳几全反射層，而第二種内部全反射稜鏡的 第稜鏡與第一稜鏡有部分相連，所以可有致降低照明光 束發生全反射的機率。因此，本發明之投影裝置可提升影 像的亮度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 請參照圖2A ’本實施例之投影裝置200包括一内部 全反射稜鏡300、一照明系統210、一反射式光閥220與一 投影鏡頭230。内部全反射棱鏡300包括一第一稜鏡31〇、 一第二稜鏡320與一抗全反射層330。第一稜鏡31〇例如 是一三角形稜鏡，其具有連接成一三角形的—第一表面 312、一第二表面314與一第三表面316’其中第一表面 312、一第二表面314與一第三表面316例如皆為平面。第 一棱鏡320為一光程補償棱鏡’其用以補償光束在第一稜 鏡310内的光程差。第二稜鏡320具有一入光面322與一 出光面324，其中出光面324與第一表面312相對，且出 光面3 24與第一表面312之間存在一間隙，間隙例如是空 氣0 照明系統210係配置於入光面322旁，且照明系統21〇 包括一透鏡240。照明系統210適於朝向入光面322提供 一照明光束212，透鏡240可將照明光束212聚焦於反射 ⑴ 1251 PT687 2l213twf.doc/e 不會影響影像光束213於第一表面312上全反射的效率。 在本實施例中，抗全反射層33〇的材f可為光學勝或 . 是與透鏡相似的材質。此外，抗全反射層330的折射率可 • 視第一稜鏡310與第二稜鏡320的折射率而調整，以更有 ㈣降低照明光Α2Π在出光面324發生全反射的機率。 具體而言，若第一稜鏡310的折射率為nl，第二稜鏡32〇 的折射率為n2’抗全反射層330的折射率為n3，而空氣的 _ 折射率為n4，則在本實施例中，可限定n3>n4、丨nl_n4 | > | nl-n3 | 或是丨 n2-n4 | > | η2-π3 |。 比較本實施例之投影裝置2 〇 〇與習知技術的投影裝置 (如圖1所不）’若習知技術中的第一稜鏡11〇與本實施例 之第一稜鏡310的折射率皆為16〇96，習知技術中的第二 稜鏡120與本實施例之第二稜鏡32〇的折射率皆為 1.5354,且本實施例之抗全反射層33〇的折射率為15185。 以ASAP模擬軟體進行模擬的結果顯示，習知投影裝置投 影於螢幕上的影像其光通量卬狀)為67 1325，而本實施例 之投影裝置200投影於螢幕上的影像其光通量為 72.5392。因此，相較於習知技術，本實施例之投影裝置 200的影像亮度可增加8%。 請爹照圖3A與圖3B，本實施例之投影裝置2〇〇a與 圖2A之投影裝置2〇〇相似，差別處僅在於内部全反射稜 鏡的抗全反射層。而本實施例之内部全反射稜鏡3 〇 〇 a的抗 全反射層330a之一側是連接於第一表面312上未被影像光 束213照射的區域(如圖3B之斜線區域），另一側是連接於 1331251 PT687 2l213twf.doc/e 其相對的出光面324上。如此，除了可降低照明光束212 發生全反射的機率外，還可以減少第一稜鏡31〇中的雜散 光在第一表面312發生全反射的機率，使雜散光能自第一 表面312出射，以避免雜散光傳遞至投影鏡頭23〇而影響 影像的對比。此外，當反射式光閥220為數位微鏡裝置時， 上述之雜散光包括於關-狀態（〇ff_state)之數位微鏡裝置的 鏡片（mirrors)所反射的光束215。 請參照圖4，本實施例之内部全反射稜鏡3〇〇b與圖 2A之内部全反射稜鏡3〇〇相似，差別處在於内部全反射稜 鏡300之第二稜鏡320的入光面322為平面，而内部全反 射稜鏡300b之第二稜鏡320b的入光面322b為曲面。由於 曲面具有聚光的效果’故將此内部全反射稜鏡3〇〇b應用於 投影裝置200時，不需藉由透鏡240來聚光，因此能節省 透鏡240的材料成本。此外，圖3A之第二稜鏡32〇的入 光面322亦可為曲面。 請參照圖5A與圖5B，本實施例之内部全反射稜鏡400 包括一第一稜鏡410與一第二稜鏡420。第一稜鏡410具 有一第一表面412、一第二表面4〗4與一第三表面416,而 第一稜鏡420具有一入光面422與一出光面424。部分出 光面424與部分第一表面412相連，且其餘部分出光面424 與其餘部分第一表面412之間存在一間隙4〇2,而間隙402 内的介質例如是空氣。内部全反射稜鏡4〇〇應用於投影裝 置中時，間隙402是位在第一表面412上被影像光束213 所知、射的區域（即影像區域213a )與其相對的出光面424 12 1331251 PT687 21213twf.doc/e 之間。間隙402之設置可使影像光束213傳遞至第一表面 412時發生全反射並自第三表面416出射。此外，第一表 面412與出光面424相連之區域可降低照明光束212傳遞 至出光面424時發生全反射的機率，以提高影像的亮度， 並可減少第一稜鏡410中的雜散光在第—表面412發生全 反射的機率，使雜散光能自第一表面412出射，以避免雜 散光影響影像的對比。 —雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限f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_，當可作些許之更動與潤飾， =本發明之保護範圍當視後社ΐ請專利顧所界定者 為準。 【圖式簡單說明】 圖1是習知投影裝置的示意圖。 圖本發明一實施例之投影裝置的示意圖。 圖2B是照明光束與影像光束投射於圖2A之第一表面 的示意圖。 圖3A，本發明另一實施例之投影裝置的示意圖。 圖3B是照明光束與影像光束投射於圖之第一表面 的示意圖。 圖4是本發明又一實施例之内部全反射稜鏡的示意 圖。 圖5A是本發明再一實施例之内部全反射稜鏡的示意 圖。

13 1331251 PT687 21213twf.doc/e 圖5B是照明光束與影像光束投射於圖5A之第一表面 的示意圖。 【主要元件符號說明】 50、200、200a ··投影裝置 52、210 :照明系統 54 :數位微鏡裝置 56、230 :投影鏡頭 100、300、300a 、300b、400 :内部全反射稜鏡 102、212 :照明光束 103、215 :光束 104、213 :影像光束 110 、 310 、 410 : 第一棱鏡 112 > 312 ' 412 ： 第一表面 114、314、414 : 第二表面 116 、 316 、 416 : 第三表面 120、320、320b、420 :第二稜鏡 • 122、322、322b、422 :入光面 124、324 ' 424 :出光面 220 :反射式光閥 240 :透鏡 330、330a :抗全反射層 402 :間隙 212a :照明區域 213a :影像區域 14

Claims (1)

1331251 PT687 21213twf.doc/e 十、申請專利範圍： 1.一種投影裝置，包括： 一内部全反射稜鏡，包括： 一第一稜鏡，具有一第一表面、一第二表面與— 第三表面；

一第二稜鏡，具有一入光面與一出光面，其中該 出光面與該第一表面相對，且該出光面與該第一 之間存在一間隙； 一机王反射層’連接於部分該出光面與部分該 一表面之間； 一妝明系統，配置於該入光面旁，適於朝向該入 提供一照明光束； 面 一 一反射式光閥，配置於該第二表面旁，且位於該照 =束的傳^路徑上’其中該反射式S閥適於將該照明光束 轉換成一影像光束；以及 束的=^配置謂三㈣’錄於該影像光 去專利範㈣1項所述之投影裝置，其中該出 唁第一^弟—表面上具有一被照明光束照射之照明區域， 、面上具有—被影像光束照射之影像區域，該抗全 明區dif於該第一表面之未與影像區域重疊之照 另一側連接於其相對的該出光面上。 -稜範圍第1項所述之投影襄置，其中該第 味射干為…該抗全反射層的折射率為η3，而空

15 1331251 • - PT687 21213twf.doc/e 氣的折射率為n4，且I η 1 -n4 I > I η 1 -n3 I。 4. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該第 二棱鏡的折射率為n2，該抗全反射層的折射率為n3 ’而空 氣的折射率為n4，且丨n2-n4丨> | n2-n3 |。 5. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該抗 · 全反射層的折射率係大於一空氣的折射率。 , 6.如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該抗 全反射層為光學膠。 • 7.如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該入 光面為一曲面。 8. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該抗 全反射層之一側是連接於第一表面上未被該影像光束照射 的區域，另一側是連接於其相對的出光面上。 9. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該照 明光束是依序通過該入光面、該出光面、該第一表面與該 第二表面後入射於該反射式光閥上，且該影像光束是經由 φ 該第二表面而傳遞至該第一表面，並被該第一表面反射後 而自該第三表面出射至該投影鏡頭。 10. —種内部全反射稜鏡，包括： 一第一稜鏡，具有一第一表面、一第二表面與一第三 表面； 一第二稜鏡，具有一入光面與一出光面，其中該出光 面與該第一表面相對，且該出光面與該第一表面之間存在 一間隙；以及 16 丄JJ丄厶J丄 PT687 21213twf.doc/e 一抗全反射層，遠 面之間。 賴於#分該出光面與部分該第一表 11.如申清專利範圓笛 其中該出光面及該第—表 項所述之内部全反射稜鏡， 照明區域，該第一表面2農上具有一被一照明光束照射之 區域，該抗全反㈣之—2—被—影像光相射之影像 區域重疊之照明區ii上，另連接於該第-表面之未與影像 上。 另—側連接於其相對的該出光面 12.如申請專利範圍筮 苴中料項魏之㈣麵射稜鏡， /、中該f /文鏡的折射率為加，該抗全反射層的折射率為 n3，而空氣白_率為n4,且I相…nl_n3| 甘由丄3:如-中Γ專利|&圍第1Q項所述之内部全反射稜鏡， 中該二，鏡的折射率為n2’該抗全反射層的折射率為 n3’而空氣的折射率為‘且In2-n4卜|心3卜 14. 如申請專利範圍第1G項所述之内部全反射棱鏡， 其中該抗全反射層崎射钱切—空氣的折射率。 15. 如申請專利範圍第1Q項所述之㈣全反射棱鏡， 其中該抗全反射層為光學夥。 16. 如申請專利範圍第10項所述之内部全反射稜鏡， 其中該抗全反射層之一侧是連接於第一表面上未被一影像 光束照射的區域，另一側是連接於其相對的出光面上。 Π.—種投影裝置，包括： 一内部全反射稜鏡，包括： 一弟一稜鏡，具有一第一表面、一第二表面與一 17