CN100504506C - 投影机的光学系统 - Google Patents

Abstract

由一光源模块所发出的光线通过一第一镜组，然后通过一第二透镜组，通过第二透镜组的光线由一第一反射镜反射而再次通过第二透镜组，最后到达一数字微镜装置，到达数字微镜装置的光线被反射至一投射透镜组而投射至一屏幕成像。

Description

投影机的光学系统

技术领域

本发明涉及一种投影机的光学系统，特别是涉及一种通过使光线重复经过一透镜组而节省所占用的空间的投影机的光学系统。

背景技术

投影机是将光线通过色轮形成所需的单色光(红、蓝、绿)，然后经过一连串的光学镜片后，投射至一数字微镜装置(DMD)，此数字微镜装置可以依照控制系统的指示决定该单色光在一画面中的分布状态，然后经由一投射镜头(内含投射透镜组)将图像投射至一屏幕上。这样，由色轮轮流取得三种色光，并经过数字微镜装置决定所投射的位置以形成图像。

就数字微镜装置的光轴与投射透镜组的镜轴之间的位置关系来说，投影机大致上可分为两种形式：一种是数字微镜装置的光轴与投射透镜组的镜轴重合，如图1所示；另一种是数字微镜装置的光轴与投射透镜组的镜轴偏离一既定的角度，如图2所示。

在图1中，光线从一发光体12发出，经过一聚焦透镜14被汇聚，然后经过一色轮16产生所需要的色光，色光由一光学积分器18使光线均匀化后，通过一第一透镜22以及一第二透镜24，然后再经过一棱镜90，该棱镜90由两个三棱镜叠合而成，光线由棱镜90反射至一数字微镜装置60后再反射至投射透镜组70。在上述的构造中，由于棱镜90可将光线反射至数字微镜装置60，同时又可容许从数字微镜装置60反射至投射透镜组70的光线通过，因此数字微镜装置60、投射透镜组70以及棱镜90可大体上排列成一直线设置，这样可节省空间，数字微镜装置60反射与投射透镜组70的光线不会产生角度差，来自数字微镜装置60的光线可精确地由投射透镜组70投射至屏幕，但是棱镜90的造价昂贵且具有相当的重量，因此存在有成本提高以及搬运不便的问题。

在图2中，通过第一、第二透镜22、24的光线通过一第三透镜30，然后由一反射镜80将光线反射至数字微镜装置60。由于反射镜80不能容许数字微镜装置60反射至投射透镜组70的光线通过，因此，数字微镜装置60必须与投射透镜组70保持一角度差，以避免产生光学上的干涉。于是在构造中，虽然未使用昂贵的棱镜，但是考虑到机构与光路产生干涉的问题，数字微镜装置60、投射透镜组70以及反射镜80等的配置将使整个光学系统占用较大的体积，从而使整个投影机的体积增大。

发明内容

由此，本发明的目的在于提供一种投影机的光学系统，利用使光线重复通过一透镜组而可将光路折叠，以减少光学系统占用的体积，因此使投影机小型化。

本发明的投影机的光学系统的一实施例包括投影机的光学系统，其包括：一光源模块、一第一镜组、一第二透镜组、一第一反射镜、一图像成像装置以及一投射透镜组。由光源模块所发出的光线通过第一镜组，然后通过第二透镜组。通过第二透镜组的光线由第一反射镜反射而再次通过第二透镜组，最后到达图像成像装置，到达图像成像装置的光线被反射至投射透镜组而投射至一屏幕成像。

在上述的优选实施例中，第一镜组包括一第一透镜和一第二透镜，来自光源模块的光线依次通过第一透镜和第二透镜。

在上述的优选实施例中，第一镜组还包括一第二反射镜，通过第一、第二透镜的光线由第二反射镜反射而通过第二透镜组。

上述的光源模块包括一发光体、一聚光镜以及一光学积分器，光线从发光体发出，经过聚光镜而进入光学积分器。

上述的光源模块还包括一色轮，通过聚光镜的光线通过色轮而产生所需的色光，然后再进入光学积分器。

第一透镜的有效焦距大于24.5毫米且小于26.5毫米，第二透镜的有效焦距大于28毫米且小于30毫米。

在上述的优选实施例中，第二透镜组包括一第三透镜，通过第一透镜组的光线通过第三透镜，并由第一反射镜反射而再次通过第三透镜。第三透镜的有效焦距大于76.5毫米且小于78.5毫米。

本发明还提供一种投影机的光学系统的成像方法，包括下列步骤：提供一光源模块；使光源模块所发出的光线通过一第一镜组；使通过第一镜组的光线通过一第二透镜组；使通过第二透镜组的光线经由一第一反射镜的反射而再次通过第二透镜组并到达一数字微镜装置；以及使到达数字微镜装置的光线通过一投射透镜组而成像于一屏幕上。第一镜组包括一透镜组以及一第二反射镜。

上述的方法还包括下列步骤：使来自光源模块的光线通过透镜组，并由第二反射镜反射而通过透镜组。。

上述的方法还包括下列步骤：以数字微镜装置所在的平面限定为一基准面，并限定出一x轴以及一y轴，x轴与y轴互相垂直；限定光线从光源模块行进通过第一镜组并到达第二反射镜的路径为第一光路；限定光线从第二反射镜行进通过第二透镜组到达第一反射镜的路径为第二光路；限定光线从第一反射镜行进通过第二透镜组到达数字微镜装置的路径为第三光路；以及限定光线从数字微镜装置行进至投射透镜组的路径为第四光路。

上述的第一光路相对于x轴的夹角大于167度且小于171度，相对于y轴的夹角大于93度且小于97度。

上述的第二光路相对于x轴的夹角大于85度且小于89度，相对于y轴的夹角大于85度且小于89度。

上述的第三光路相对于x轴的夹角大于71.5度且小于75.5度，相对于y轴的夹角大于65.5度且小于69.5度。

上述的第四光路相对于x轴的夹角大于88度且小于92度，相对于y轴的夹角大于83度且小于87度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易于理解，下面特举优选实施例，并配合附图进行详细说明。

附图说明

图1为公知的投影机的光学系统的示意图；

图2为另一公知的投影机的光学系统的示意图；

图3a为本发明的投影机的光学系统的示意图；

图3b为图3a的右侧视图；

图4为图3a的光路的展开图；

图5a表示第一光路与x轴的夹角；

图5b表示第二光路与x轴的夹角；

图5c表示第三光路与x轴的夹角；

图5d表示第四光路与x轴的夹角；

图6a表示第一光路与y轴的夹角；

图6b表示第二光路与y轴的夹角；

图6c表示第三光路与y轴的夹角；

图6d表示第四光路与y轴的夹角。

具体实施方式

图3a表示本发明的投影机的光学系统的示意图，图3b为图3a的右侧视图。图4是以图3的光路为轴线，将本发明的光学系统的元件逐一展开的示意图。本发明的光学系统的一优选实施例包括一光源模块100、一第一镜组200、一第二透镜组、一第一反射镜400、一图像成像装置(数字微镜装置)600以及一投射透镜组700。图像成像装置虽然在本实施例中为数字微镜装置，但也可以是反射式液晶屏幕或其它反射式成像装置。

光源模块100包括一发光体120、一聚光镜140、一色轮160以及一光学积分器(light integrator)180。第一镜组200包括一第一透镜220、一第二透镜240以及一第二反射镜500。第二透镜组包括一第三透镜300。

发光体120可为一电弧灯泡，在电弧灯泡的后方可设置一抛物面镜或球面镜将光线向前投射。由发光体120发出的光线经过聚光镜140聚光后(也可使用一散光透镜将光线发散，视使用的情况而定)，通过色轮160产生所需的色光(通常是红光、蓝光或绿光)，所产生的色光经过光学积分器180进行均匀化，因此经过光学积分器180后的光线，其照度以及行进的方向都相当的平均。

光线经光学积分器180平整化后，进入第一镜组200，进入第一镜组200的光线依次通过第一透镜220和第二透镜240，以后在第二透镜240后方适当的位置处汇聚成像，此位置称为第一驻像点(first relay position)R1。

光线从第一驻像点继续行进由第二反射镜500反射后，通过第三透镜300，之后光线由第一反射镜400反射后再度通过第三透镜300，再度通过第三透镜300的光线到达数字微镜装置600，由数字微镜装置600反射至投射透镜组700，从而成像在投射透镜组700中的一适当位置，该位置称为第二驻像点R2。然后由投射透镜组700再放大成像在一屏幕(未图示)上，以供观赏。

在本实施例中，第一透镜的有效焦距(EFL)大于24.5毫米且小于26.5毫米，第二透镜的有效焦距大于28毫米且小于30毫米，第三透镜的有效焦距大于76.5毫米且小于78.5毫米。

另外，将数字微镜装置600所在的平面限定为一基准面，并在此基准面上限定出一x轴以及y轴，如图3a、3b所示，该x轴与y轴互相垂直，x轴为朝向纸面左方，y轴与纸面垂直，同时由x轴和y轴可依照右手螺旋法则定出一z轴。将光线从光学积分器180通过第一、第二透镜220、240而到达第二反射镜500的光路限定为第一光路P1，光线从第二反射镜500穿过第三透镜300到达第一反射镜400的光路限定为第二光路P2，光线从第一反射镜400再度通过第三透镜300到达数字微镜装置600的光路限定为第三光路P3，光线从数字微镜装置600到达投射透镜组700的光路限定为第四光路P4。

在该优选实施例中，第一光路P1相对于x轴的夹角θ_1x大于167度且小于171度，相对于该y轴的夹角θ_1y大于93度且小于97度，如图5a、6a所示。第二光路P2相对于x轴的夹角θ_2x大于85度且小于89度，相对于y轴的夹角θ_2y大于85度且小于89度，如图5b、6b所示。第三光路P3相对于x轴的夹角θ_3x大于71.5度且小于75.5度，相对于y轴的夹角θ_3y大于65.5度且小于69.5度，如图5c、6c所示。第四光路P4相对于x轴的夹角θ_4x大于88度且小于92度，相对于y轴的夹角θ_4y大于83度且小于87度，如图5d、6d所示。

在另一实施例中，也可将第二反射镜500移除，使通过第一、第二透镜220、240的光线直接通过第三透镜300，然后经由第一反射镜400的反射，使光线再度通过第三透镜300。

本发明的投影机利用将光路折曲，使光线重复通过第三透镜，由此可避免光学系统中各元件相互干涉，从而达到所要求的效果，同时又可将多个光学元件安排在较小的空间中，由此可以使应用此光学系统的投影机小型化。

虽然本发明已以优选实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围，可做出许多的更动与润饰，因此本发明的保护范围以后附的权利要求所界定。

Claims (10)

1.一种投影机的光学系统，包括：

一光源模块(100)；

一第一镜组(200)；

一第二透镜组；

一第一反射镜(400)；

一图像成像装置(600)；以及

一投射透镜组(700)；

其中，由所述光源模块(100)所发出的光线通过所述第一镜组(200)，然后通过所述第二透镜组，通过所述第二透镜组的光线由所述第一反射镜(400)反射而再次通过所述第二透镜组，最后到达所述图像成像装置(600)，到达所述图像成像装置(600)的光线被反射至所述投射透镜组(700)而投射至一屏幕成像。

2.如权利要求1所述的投影机的光学系统，其中所述第一镜组(200)包括一第一透镜(220)和一第二透镜(240)，来自光源模块(100)的光线依次通过第一透镜(220)和第二透镜(240)。

3.如权利要求2所述的投影机的光学系统，其中所述第一镜组(200)还包括一第二反射镜(500)，通过第一透镜(220)、第二透镜(240)的光线由第二反射镜(500)反射而通过第二透镜组。

4.如权利要求2所述的投影机的光学系统，其中所述第一透镜(220)的有效焦距大于24.5毫米且小于26.5毫米，第二透镜(240)的有效焦距大于28毫米且小于30毫米。

5.如权利要求1所述的投影机的光学系统，其中所述第二透镜组包括一第三透镜(300)，通过第一镜组(200)的光线通过第三透镜(300)，并由第一反射镜(400)反射而再次通过第三透镜(300)。

6.如权利要求5所述的投影机的光学系统，其中所述第三透镜(300)的有效焦距大于76.5毫米且小于78.5毫米。

7.如权利要求3所述的投影机的光学系统，还包括：

以图像成像装置(600)所在的平面限定为一基准面，并限定出一x轴以及一y轴，该x轴与该y轴互相垂直；

限定光线从光源模块(100)行进通过第一镜组(200)并到达第二反射镜(500)的路径为第一光路；

限定光线从第二反射镜(500)行进通过第二透镜组到达第一反射镜(400)的路径为第二光路；

限定光线从第一反射镜(400)行进通过第二透镜组到达图像成像装置(600)的路径为第三光路；以及

限定光线从图像成像装置(600)行进至投射透镜组(700)的路径为第四光路，其中第一光路相对于x轴的夹角大于167度且小于171度，相对于y轴的夹角大于93度且小于97度。

8.如权利要求3所述的投影机的光学系统，还包括：

以图像成像装置(600)所在的平面限定为一基准面，并限定出一x轴以及一y轴，该x轴与该y轴互相垂直；

限定光线从光源模块(100)行进通过第一镜组(200)并到达第二反射镜(500)的路径为第一光路；

限定光线从第二反射镜(500)行进通过第二透镜组到达第一反射镜(400)的路径为第二光路；

限定光线从第一反射镜(400)行进通过第二透镜组到达图像成像装置(600)的路径为第三光路；以及

限定光线从图像成像装置(600)行进至投射透镜组(700)的路径为第四光路，其中第二光路相对于x轴的夹角大于85度且小于89度，相对于y轴的夹角大于85度且小于89度。

9.如权利要求3所述的投影机的光学系统，还包括：

以图像成像装置(600)所在的平面限定为一基准面，并限定出一x轴以及一y轴，该x轴与该y轴互相垂直；

限定光线从光源模块(100)行进通过第一镜组(200)并到达第二反射镜(500)的路径为第一光路；

限定光线从第二反射镜(500)行进通过第二透镜组到达第一反射镜(400)的路径为第二光路；

限定光线从第一反射镜(400)行进通过第二透镜组到达图像成像装置(600)的路径为第三光路；以及

限定光线从图像成像装置(600)行进至投射透镜组(700)的路径为第四光路，其中第三光路相对于x轴的夹角大于71.5度且小于75.5度，相对于y轴的夹角大于65.5度且小于69.5度。

10.如权利要求9所述的投影机的光学系统，其中所述第四光路相对于x轴的夹角大于88度且小于92度，相对于y轴的夹角大于83度且小于87度。

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