JP2019139212A

JP2019139212A - 投影装置

Info

Publication number: JP2019139212A
Application number: JP2018230668A
Authority: JP
Inventors: 金生趙; Chin-Sheng Chao; 權得鄭; Chuan-Te Cheng; 智維施; Chih-Wei Shih; 孟萱林; Meng-Hsuan Lin
Original assignee: CTX Opto Electronics Corp
Current assignee: CTX Opto Electronics Corp
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: CN110147028B; KR102254713B1; JP7094861B2; TWI651581B; TW201935115A; EP3525024A3; KR20190098061A; CN110147028A; EP3525024B1; US10996465B2; US20190250401A1; EP3525024A2

Abstract

【課題】投影装置を提供する。【解決手段】投影装置１００は、少なくとも１つの投影モジュール１１０と少なくとも１つの調整構造１２０を含む。投影モジュール１１０は光軸を有し、画像光束を発する。画像光束は投影対象に伝達されて投影画面を形成する。調整構造１２０は基部１２２及び調整部材１２４を含み、調整部材１２４は第１軸線Ａ１を回転軸として回転可能に基部１２２に接続され、投影モジュール１１０は光軸を回転軸として回転可能に調整部材１２４に接続される。調整部材１２４及び投影モジュール１１０は、第１軸線Ａ１を回転軸として回転することで、投影画面を垂直に移動させ、前記投影モジュール１１０は、光軸を回転軸として回転することで、投影画面を回転させる。【選択図】図１

Description

本発明は、投影装置に関し、特に調整構造を有する投影装置に関し、該投影装置はニアアイ表示装置（ＮｅａｒＥｙｅＤｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅ）に属する。

現在、仮想現実（ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）及び拡張現実（ＡＲ：ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ）の技術は、例えば仮想現実ディスプレイ及び拡張現実ディスプレイ等の消費者用の電子製品に徐々に適用されている。拡張現実ディスプレイは、２つの投影装置を用いて人間の目に２つの仮想画像を投影し、２つの仮想画像を重ね合わせて立体画像を表示する。具体的には、該投影装置により投射された画像光束は、導波路プレートに入射して前方に伝搬され、最終的に導波路プレートの出射部から投射される。導波路プレートにより投射された、異なる角度で分布している画像光束は、人間の目に入った後に、目の水晶体により焦点が調整され、網膜に集束して投影画面を生成する。

通常、従来の投影装置の調整方法は、投影装置が平行又は垂直に移動すると、その投影画面がそれに伴って平行又は垂直に移動し、投影装置が平行に回転し、或いは垂直に回転すると、その投影画面が変形する（理想的な投影画面が矩形の場合）。拡張現実の投影装置の調整方法は、上記調整方法と異なる。拡張現実の投影装置は、導波路プレートからの異なる出射角度を有する画像光束が人間の目に伝達された際に、人間の目で見えた画像は導波路プレートにより変換された角度空間で分布している画像であるため、投影装置が平行又は垂直に移動しても、導波路プレートに入射する入射光のエネルギーにのみ影響を及ぼし、角度空間で分布している画像は、暗くなるが、投影装置の移動に伴って移動することはない。角度空間で分布している画像を水平又は垂直に移動させるために、導波路プレートに入射する入射光の角度を調整する必要はなる。２つの仮想画像を重ね合わせて立体画像を表示するように投影装置により投射された投影画面を全面的に調整する方法は、拡張現実の投影装置の設計上の重要な課題である。

本発明は、拡張現実（ＡＲ：ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ）のシーンに適用される、投影画面の移動及び回転を全面的に調整することができる投影装置を提供する。

本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術的特徴からさらに明らかになる。

上記の目的の一つ、一部若しくは全部、又は他の目的を達成するため、本発明の１つの実施例は、光軸を有する少なくとも１つの投影モジュールであって、前記投影モジュールは画像光束を発し、前記画像光束は投影対象に伝達されて投影画面を形成する、少なくとも１つの投影モジュールと、基部及び調整部材を含む少なくとも１つの調整構造であって、前記調整部材は第１軸線を回転軸として回転可能に前記基部に接続され、前記少なくとも１つの投影モジュールは前記光軸を回転軸として回転可能に前記調整部材に接続される、少なくとも１つの調整構造と、を含み、前記調整部材及び前記投影モジュールは、前記第１軸線を回転軸として回転することで、前記投影画面を垂直に移動させ、前記投影モジュールは、前記光軸を回転軸として回転することで、前記投影画面を回転させることを特徴とする投影装置を提供する。

上述したように、本発明の実施例は、少なくとも以下の利点又は効果の１つを有する。本発明の実施例の投影装置では、調整構造が調整構造の調整部材の基部に対する回転により投影モジュールを回転させるように駆動することで、投影画面をそれに応じて移動させ、調整構造が投影モジュールの調整部材に対する回転により投影画面をそれに応じて回転させ、これによって、投影画面の移動及び回転を全面的に調整する。

本発明の上記の特徴及び利点をより明確にするために、以下は図面を参照しながら実施例を詳細に説明する。

本発明の１つの実施例の投影装置の斜視図である。図１の投影モジュール及び調整部材の分解図である。図１の投影モジュールの模式図である。図１の調整部材及び投影モジュールが第１軸線に沿って回転することを示す図である。図１の調整部材及び投影モジュールが第１軸線に沿って回転することを示す図である。図１の調整部材及び投影モジュールが第１軸線に沿って回転することを示す図である。図１の反射素子が第２軸線に沿って回転することを示す図である。図１の反射素子が第２軸線に沿って回転することを示す図である。図１の反射素子が第２軸線に沿って回転することを示す図である。図１の投影モジュールが光軸に沿って回転することを示す図である。図１の投影モジュールが光軸に沿って回転することを示す図である。図１の投影モジュールが光軸に沿って回転することを示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。投影画面の移動及び回転を示す図である。本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。

上述した本発明の上記及び他の技術的内容、特徴及び効果は、以下の図面を参照しながら、好適な実施例の詳細な説明に示されるように、明らかである。以下実施例に言及される「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等の方向の用語は、単なる図面の方向を参照するものである。よって、本発明は方向の用語に示されるものに限定されない。

図１は本発明の１つの実施例の投影装置の斜視図である。図２は図１の投影モジュール及び調整部材の分解図である。図１及び図２に示すように、本実施例の投影装置１００は、少なくとも１つの投影モジュール１１０、少なくとも１つの調整構造１２０、及び少なくとも１つの反射素子１３０を含む。投影モジュール１１０は画像光束を発し、反射素子１３０は光軸ＯＡに配置され、且つ反射面１３０ａを有し、反射面１３０ａは画像光束を反射し、画像光束は反射面１３０ａにより投影対象に反射されて投影画面を形成する。該投影対象は、例えば人間の目である。他の実施例では、投影装置１００は、投影モジュール１１０及び少なくとも１つの調整構造１２０を含む。投影モジュール１１０は画像光束を発し、画像光束は投影対象に伝達されて投影画面を形成する。

図３は図１の投影モジュールの模式図である。図３に示すように、本実施例の投影モジュール１１０は、光源１１２、ライトバルブ１１４及びレンズ群１１６を含む。光源１１２は、例えば発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）又はレーザダイオード（Ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅ）であり、光源１１２は照明光束Ｌ１を発する。ライトバルブ１１４は、例えば、デジタル光源処理（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（登録商標）。ＤＬＰ（登録商標）と略称される）システム、液晶表示（Ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ。ＬＣＤと略称される）、又はＬＣｏＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）システム等を含む。ライトバルブ１１４は、照明光束Ｌ１の伝達経路に位置し、照明光束Ｌ１を画像光束Ｌ２に変換する。レンズ群１１６は、例えば１つ又は複数のレンズにより構成される。レンズ群１１６は、画像光束Ｌ２の伝達経路に位置し、画像光束Ｌ２を外部に投射する。

本実施例では、投影装置１００の投影モジュール１１０の数は、例えば使用者の両眼にそれぞれ対応するように２つであり（図１には１つの投影モジュール１１０のみが図示されている）、調整構造１２０の数も、２つの投影モジュール１１０にそれぞれ対応するように２つである（図１には１つの調整構造１２０のみが図示されている）。該投影画面は、例えば拡大された虚像である。各調整構造１２０は、２つの投影モジュール１１０により形成された２つの投影画面が２つの調整構造１２０により調整されることによって重なり、鮮明、且つ明るい投影画面を得るように、対応する投影モジュール１１０の移動及び回転を駆動する。

他の実施例では、投影装置１００は、１つの投影モジュール１１０及び１つの調整構造１２０を用いてもよい。調整構造１２０は、投影モジュール１１０により形成された投影画面が調整構造１２０により調整され、単眼で見るための鮮明、且つ明るい投影画面を得るように、対応する投影モジュール１１０の移動及び回転を駆動する。

他の実施例では、投影装置１００は、１つの投影モジュール１１０及び１つの調整構造１２０を用いてもよい。画像光束Ｌ２は光学素子（図示せず）により分光されて両眼にそれぞれ導かれ、調整構造１２０は、投影モジュール１１０により形成された投影画面が調整構造１２０により調整されることによって重なり、鮮明、且つ明るい投影画面を得るように、対応する投影モジュール１１０の移動及び回転を駆動する。

具体的には、調整構造１２０は基部１２２及び調整部材１２４を含み、調整部材１２４は第１軸線Ａ１を回転軸として回転可能に基部１２２に接続され、投影モジュール１１０は光軸ＯＡを回転軸として回転可能に調整部材１２４に接続されている。また、反射素子１３０は第２軸線Ａ２を回転軸として回転可能に基部１２２に接続されている。本実施例では、第１軸線Ａ１と第２軸線Ａ２と光軸ＯＡは互いに直交し、第１軸線Ａ１及び第２軸線Ａ２は、光軸ＯＡとそれぞれ交差している。光軸ＯＡは、投影モジュール１１０が画像光束Ｌ２を投射する投射方法として定義される。

図４Ａ乃至図４Ｃは、図１の調整部材及び投影モジュールが第１軸線に沿って回転することを示す図である。図５Ａ乃至図５Ｃは、図１の反射素子が第２軸線に沿って回転することを示す図である。図６Ａ乃至図６Ｃは、図１の投影モジュールが光軸に沿って回転することを示す図である（投影モジュールが調整部材に向かう方向の視角）。図７Ａ乃至図７Ｇは、投影画面の移動及び回転を示す図である。調整部材１２４及び投影モジュール１１０は、第１軸線Ａ１を回転軸として図４Ａに示す状態から図４Ｂ又は図４Ｃに示す状態に回転することで、投影画面（図７Ａ乃至図７Ｇでは投影画面Ｉと図示されている）を図７に示す状態から図７Ｅ又は図７Ｄに示す状態に垂直に移動させる。反射素子１３０は、第２軸線Ａ２を回転軸として図５Ａに示す状態から図５Ｂ又は図５Ｃに示す状態に回転することで、投影画面を図７Ａに示す状態から図７Ｃ又は図７Ｂに示す状態に水平に移動させる。投影モジュール１１０は、光軸ＯＡを回転軸として図６Ａに示す状態から図６Ｂ又は図６Ｃに示す状態に回転することで、投影画面を図７Ａに示す状態から図７Ｆ又は図７Ｇに示す状態に回転させる。

上述したように、調整構造１２０が調整部材の基部１２２に対する回転により投影モジュール１１０が第１軸線Ａ１に沿って回転するように投影モジュール１１０を駆動することで、投影画面をそれに応じて垂直に移動させ、調整構造１２０が投影モジュール１１０を光軸ＯＡに沿って調整部材１２４に対して回転させることで、投影画面をそれに応じて回転させ、反射素子１３０が第２軸線Ａ２に沿って回転することで、投影画面をそれに応じて水平に移動させ、これによって、投影画面の移動及び回転を全面的に調整する。

図８は本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。本実施例では、投影装置１００は、導波路素子１４０をさらに含む。反射素子１３０により反射された画像光束Ｌ２は、導波路素子１４０を通過した後に、投影対象に達して投影画面を形成する。反射素子１３０は例えば全反射プリズムモジュールであり、導波路素子１４０は例えば導波路プレート（ｗａｖｅｇｕｉｄｅｐｌａｔｅ）であり、その数は例えば１つ又は複数であり、設計に応じて数を調整してもよく、本発明は数を限定しない。

図９は本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。図１０は本発明のもう１つの実施例の投影装置の斜視図である。図９に示すように、本実施例では、投影装置１００は、２つの導波路素子１４０を含む。反射素子１３０により反射された画像光束Ｌ２は、導波路素子１４０を通過し、且つ２つの導波路素子１４０により伝達された後に、投影対象Ｐに達して投影画面を形成する。反射素子１３０は、反射面を有する。図１０に示すように、図９に示す態様と異なって、本実施例では、投影装置１００は、単一の導波路素子１４０を含み、反射素子を用いる必要がない。投影モジュール１１０により投射された画像光束Ｌ２は、直接単一の導波路素子１４０内に入り、単一の導波路素子１４０により伝達されることで、画像光束Ｌ２は投影対象Ｐに伝達されて投影画面を形成する。本発明は導波路素子１４０の数を限定しない。

図１に示すように、本発明では、調整部材１２４は例えばスリーブであり、該スリーブは投影モジュール１１０の前端を覆うように設けられている。該スリーブは、螺合（ねじ込み係合）又は他の適切な方法により投影モジュール１１０の前端に回転可能に接続されてもよいが、本発明はこれに限定されない。また、調整部材１２４は枢設部１２４ａ及び摺接部１２４ｂを有し、基部１２２は枢設穴１２２ａ及び摺動溝１２２ｂを有し、枢設部１２４ａは第１軸線Ａ１に沿って基部１２２の枢設穴１２２ａに枢設され、摺接部１２４ｂは基部１２２の摺動溝１２２ｂに摺動可能に設けられ、調整部材１２４の枢動に伴って基部１２２に沿って摺動する。

反射素子１３０と投影モジュール１１０とが互いに干渉して反射素子１３０の回転及び投影モジュール１１０の回転の支障になるのを防止するために、本実施例では、反射素子１３０と投影モジュール１１０との間には、反射素子１３０が第２軸線Ａ２に沿って回転する空間及び投影モジュール１１０が第１軸線Ａ１に沿って回転する空間を提供するための０．４ミリメートル（ｍｍ）程度の隙間（図示せず）がある。反射素子１３０と投影モジュール１１０との間の隙間の大きさにより、反射素子１３０が第２軸線Ａ２に沿って回転する角度範囲及び投影モジュール１１０が第１軸線Ａ１に沿って回転する角度範囲を決定できる。例えば、反射素子１３０が第２軸線Ａ２に沿って回転する角度範囲は例えば１０度であり、投影モジュール１１０が第１軸線Ａ１に沿って回転する角度範囲は例えば１０度である。また、投影モジュール１１０が光軸ＯＡに沿って回転する角度範囲も例えば１０度である。本発明は、上記回転角度の範囲に限定されない。

以上のことから、調整構造が調整構造の調整部材の基部に対する回転により投影モジュールが第１軸線に沿って回転するように投影モジュールを駆動することで、投影画面をそれに応じて垂直に移動させ、調整構造が投影モジュールを光軸に沿って調整部材に対して回転させることで、投影画面をそれに応じて回転させ、反射素子が第２軸線に沿って回転することで、投影画面をそれに応じて水平に移動させ、これによって、投影画面の移動及び回転を全面的に調整する。本発明は、拡張現実（ＡＲ：ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ）又は仮想現実（ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）のシーンに適用される、投影画面の移動及び回転を全面的に調整することができる投影装置を提供する。

上記の説明は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲がこれらに限定されず、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて、当業者によって何れの変更及び修飾が可能であり、本発明の保護範囲は特許請求の範囲を基準とする。また、本発明の実施例又は特許請求の範囲は何れも本発明により開示された目的又は利点又は特徴の全てを必ずしも実現する必要はない。また、要約部分と発明の名称は単に特許文献のサーチ作業を補助するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。また、本明細書又は特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の用語は単なる素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を命名する或いは異なる実施例又は範囲を区別するためのものであり、部材の数の上限又は下限を限定するものではない。

１００投影装置
１１０投影モジュール
１１２光源
１１４ライトバルブ
１１６レンズ群
１２０調整構造
１２２基部
１２２ａ枢設穴
１２２ｂ摺動溝
１２４調整部材
１２４ａ枢設部
１２４ｂ摺接部
１３０反射素子
１３０ａ反射面
１４０導波路素子
Ａ１第１軸線
Ａ２第２軸線
Ｌ１照明光束
Ｌ２画像光束
Ｉ投影画面
ＯＡ光軸
Ｐ投影対象

Claims

光軸を有する少なくとも１つの投影モジュールであって、前記投影モジュールは画像光束を発し、前記画像光束は投影対象に伝達されて投影画面を形成する、少なくとも１つの投影モジュールと、
基部及び調整部材を含む少なくとも１つの調整構造であって、前記調整部材は第１軸線を回転軸として回転可能に前記基部に接続され、前記少なくとも１つの投影モジュールは前記光軸を回転軸として回転可能に前記調整部材に接続される、少なくとも１つの調整構造と、を含み、
前記調整部材及び前記投影モジュールは、前記第１軸線を回転軸として回転することで、前記投影画面を垂直に移動させ、
前記投影モジュールは、前記光軸を回転軸として回転することで、前記投影画面を回転させることを特徴とする投影装置。
前記光軸に配置され、且つ反射面を有する少なくとも１つの反射素子、をさらに含み、
前記反射面は画像光束を反射し、前記画像光束は前記反射面により前記投影対象に反射されて前記投影画面を形成することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
前記少なくとも１つの反射素子は、第２軸線を回転軸として回転可能に前記基部に接続され、
前記反射素子は、前記第２軸線を回転軸として回転することで、前記投影画面を水平に移動させることを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
前記第１軸線及び前記第２軸線は、前記光軸と交差することを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
前記第１軸線と前記第２軸線と前記光軸は、互いに直交することを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
前記調整部材はスリーブであり、前記スリーブは前記投影モジュールの少なくとも一部を覆うように設けられることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
前記スリーブは前記投影モジュールに螺合されていることを特徴とする請求項６に記載の投影装置。
前記調整部材は、枢設部及び摺接部を有し、
前記枢設部は、前記第１軸線に沿って前記基部に枢設され、
前記摺接部は、前記基部に摺動可能に設けられ、前記調整部材の枢動に伴って前記基部に沿って摺動することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
前記基部は、枢設穴を有し、
前記枢設部は、前記枢設穴に枢設されることを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
前記基部は、摺動溝を有し、
前記摺接部は、前記摺動溝に摺動可能に設けられることを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
前記反射素子と前記投影モジュールとの間には隙間があることを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
前記投影モジュールは、光源、ライトバルブ及びレンズ群を含み、
前記光源は、照明光束を発し、
前記ライトバルブは、前記照明光束の伝達経路に位置し、前記照明光束を前記画像光束に変換し、
前記レンズ群は、前記画像光束の伝達経路に位置し、前記画像光束を前記投影モジュールの外部に伝達することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
少なくとも１つの導波路素子を含み、
前記画像光束は、前記少なくとも１つの導波路素子を通過した後に、前記投影画面を形成することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
前記投影画面は虚像であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
前記少なくとも１つの投影モジュールは、２つの投影モジュールを含み、
前記少なくとも１つの調整構造は、前記２つの投影モジュールにそれぞれ対応する２つの調整構造を含み、
前記２つの投影モジュールにより形成された２つの投影画面は、前記２つの調整構造により調整されることによって重なっていることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。