CN100504582C - 投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影仪，包括光源模块；第一透镜组；第二透镜组；影像成像装置及投射透镜组，其中从光源模块发出的光束汇聚于第一位置后，依次通过第一透镜组、第二透镜组、影像成像装置以及投射透镜组，光束经由第一透镜组成像于第一驻像点，经由第二透镜组成像于第二驻像点，从第一位置到第一透镜组的主平面的光路的路径长度大于第一透镜组的两倍焦距，从第二透镜组的主平面到第二驻像点的光路的路径长度大于第二透镜组的两倍焦距。本发明的投影仪可缩小从第一透镜组至第二透镜组的光路的路径长度，从而可减少整个光学系统所占的体积。

Description

投影仪

技术领域

本发明涉及一种投影仪，尤其涉及一种利用两组透镜组将来自光源的光束成像于屏幕上且利用光学原理使此两组透镜组之间的距离达到最小的投影仪。

背景技术

投影仪是将光线通过色轮(colorwheel)形成所需的单色光(红、蓝、绿)，然后经过一连串光学镜片后投射至数字微镜装置(Digital MicromirrorDevice，DMD)，此数字微镜装置可以依照控制系统的指示决定单色光的位置，然后经由投射镜头(内含投射透镜组)将影像投射至屏幕上。如此，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影像。

在现有的投影仪中，一般是使光源发出的光束通过两组透镜组，然后由数字微镜装置反射至投射透镜组而成像，为使光学系统所占的体积减小，以使投影仪小型化，希望找到两组透镜组之间光路的路径长度的最小值，以作为设计光学系统的参考依据。

发明内容

鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种投影仪，该投影仪利用使两组透镜组之间光路的路径长度最短的成像方法通过两透镜组将来自光源的光束成像于屏幕上且使此两组透镜组之间的距离最短。

本发明一优选实施方式的投影仪包括：光源模块；整合件；第一透镜组；第一反射镜；第二透镜组；影像成像装置；及投射透镜组，其中，所述第二透镜组包括第三透镜，通过所述第一透镜组的光束通过所述第三透镜，然后由所述第一反射镜反射后再度通过所述第三透镜而到达所述影像成像装置，从所述光源模块发出的光束汇聚于所述光整合件的入口处即为第一位置后，依次通过第一透镜组、第二透镜组、影像成像装置及投射透镜组，该光束经由第一透镜组成像于第一驻像点(first relay position)，经由第二透镜组成像于第二驻像点，从第一位置到第一透镜组的主平面(principle plane)的光路的路径长度大于第一透镜组的两倍焦距，从第二透镜组的主平面到第二驻像点的光路的路径长度大于第二透镜组的两倍焦距。

本发明该优选实施方式所采用的光学成像方法包括下列步骤：提供光源、第一透镜组、第二透镜组、影像成像装置以及投射透镜组；使光源发出的光束于第一位置形成一汇聚点，然后依次通过第一透镜组、第二透镜组、影像成像装置，其中光束经由第一透镜组成像于第一驻像点，经由第二透镜组成像于第二驻像点；定义光束从第一位置行进至第一透镜组的主平面的路径为第一光路；定义光束从第一透镜组的主平面行进至第一驻像点的路径为第二光路；定义光束从第一驻像点行进至第二透镜组的主平面的路径为第三光路；定义光束从第二透镜组的主平面行进至第二驻像点的路径为第四光路；使第一光路的路径长度大于第一透镜组的两倍焦距；以及使第四光路的路径长度大于第二透镜组的两倍焦距。

在所述优选实施方式中，还包括使光源发出的光束通过光整合件(lightintegrator)后再通过第一透镜组，并使该光整合件的入口大致位于所述第一位置。

在所述优选实施方式中，影像成像装置为数字微镜装置。

在所述优选实施方式中，第四光路收敛于投射透镜组的光瞳(pupil)中。

在所述优选实施方式中，第四光路的光束平均分布于影像成像装置上。

附图说明

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点更明显易懂，下文特举一优选实施方式并结合附图进行详细说明。

图1为本发明的光学成像方法的示意图；

图2为投影仪采用本发明的光学成像方法的示意图；

图3为图2所示的所有光学组件以光路为轴的展开图。

附图标记说明

120  发光体             140  汇聚透镜

160  色轮                 180  光管

20   第一透镜组            220  第一透镜

240  第二透镜             300  第三透镜

400  第一反射镜            500  第二反射镜

600  数字微镜装置         700  投射透镜组

D1   第一光路的路径长      D2   第二光路的路径长

D3   第三光路的路径长     D4   第四光路的路径长

P1   光管的入口位置       P2   第一透镜组的主平面

P3   第一驻像点           P4   第二透镜组的主平面

P5   第二驻像点

具体实施方式

本发明的成像方法如图1所示，光束从发光体120发出，经过汇聚透镜(condenser)140将光束汇聚，汇聚的光束通过色轮160产生所需要的色光光束后，进入光管(光整合件，light integrator)180使光束均匀化，其中发光体120包括一椭球面镜及一灯泡，灯泡经椭球面镜聚焦并由汇聚透镜140汇聚后成像于光管180的入口处，在此将光管180入口处的位置定义为P1，光束通过光管180后通过第一透镜组200并成像于第一透镜组200的后方，第一透镜组200可包括一个或一个以上的透镜，在图1中仅以一个透镜的符号代表第一透镜组200的等效透镜，其主平面(principle plane)定义为P2，光束经由第一透镜组200所成像的位置称为第一驻像点(firstrelay position)P3。光束由第一驻像点P3继续行进通过第二透镜组300并成像于第二透镜组300的后方，与第一透镜组200相同，第二透镜组300可包括一个或一个以上的透镜，在图1中仅以一个透镜的符号代表第二透镜组300的等效透镜，其主平面(principle plane)定义为P4，光束经过第二透镜组300所成像的位置称为第二驻像点(second relay position)P5。在投影仪的应用中，光束行经第二透镜组300后经由数字微镜装置600决定光束的投射位置并经由投射透镜组700投射至屏幕(未图示)上。

为便于说明，将P1至P2之间的光路称为第一光路，其路径长度定义为D1，P2至P3之间的光路称为第二光路，其路径长度定义为D2，P3至P4之间的光路称为第三光路，其路径长度定义为D3，P4至P5之间的光路称为第四光路，其路径长度定义为D4。从几何光学的原理可知，对一透镜而言，若物体置于透镜的两倍焦距以外，则可成像于该透镜的焦距和两倍焦距之间，若物体置于透镜的焦距和两倍焦距之间，则可成像于该透镜的两倍焦距以外。由于光束先通过光管180然后再通过第一透镜组200，因此对于第一透镜组200而言，光束是从光管180的入口位置P1发出来的，然后经过第一透镜组200成像于P3，再经第二透镜组300二次成像于P5。为了使上述光学系统在应用时可以尽量减少整体配置所占用的空间，希望第一、第二透镜组200、300之间的距离减小，因此利用几何光学原理，将D1设定成大于第一透镜组200的两倍焦距，借此使D2介于第一透镜组200的焦距和两倍焦距之间。同时使D4大于第二透镜组300的两倍焦距，借此使D3介于第二透镜组300的焦距和两倍焦距之间。当然D1和D4也不可能无限制地增大，必须视所应用的装置的实际配置空间来决定其上限值。根据本发明所提供的方法，第二光路与第三光路之间的路径长(D2+D3)被限制在第一透镜组200与第二透镜组300的焦距之和与两倍焦距之和之间，即(F1+F2)<(D2+D3)<2(F1+F2)，其中F1为第一透镜组200的焦距，F2为第二透镜组300的焦距，借此可作为缩小两透镜组200、300之间光路的长度的设计依据。

以下以一实施方式说明所述方法。图2为投影仪投射影像所使用的光学系统的示意图，图3为图2所示的所有光学组件以光路为轴的展开图。其中第一透镜组200包括第一透镜220和第二透镜240，第二透镜组虽然仅包括第三透镜300，但是光束两度通过第三透镜300，因此在图3中，以两个第三透镜300表示于光路上。

光线从发光体120经过汇聚透镜140、色轮160后，从光管180的入口P1进入光管180，之后经过第一透镜220与第二透镜240而成像于第一驻像点P3，其中P2为第一透镜组200的主平面，然后光束由第一反射镜400反射后通过第三透镜300，光束经由第二反射镜500反射后再度通过第三透镜300，最后成像于第二驻像点P5，由于光束两度通过第三透镜300，因此第二透镜组的主平面P4恰好位于第二反射镜500处。由于应用在投影仪中，因此使第四光路收敛于投射透镜组的光瞳(pupil)中，同时数字微镜装置600被置于第二透镜组300与投射透镜组700之间，以控制不同色光的投射位置而形成影像，因此行经第四光路的光束最好可以完全覆盖数字微镜装置600，以形成最佳亮度的影像，避免光束的浪费。

在此实施方式中，第一光路的路径长度D1大于30毫米且小于60毫米，第四光路的路径长度D4大于60毫米且小于100毫米。

借助于本发明所披露的成像方法，可尽可能地缩短第一透镜组200与第二透镜组300之间的光路的路径长度，因此，可使整个光学系统所占的空间尽可能地减小，从而使整个装置小型化。

虽然本发明已以优选实施方式披露如上，但其并非是对本发明的限制，本领域任何技术人员在不超出本发明的构思和范围的前提下，可作出一些改动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附的权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种投影仪，包括：

光源模块；

整合件；

第一透镜组；

第一反射镜；第二透镜组，包括第三透镜，通过所述第一透镜组的光束通过所述第三透镜，然后由所述第一反射镜反射后再度通过所述第三透镜而到达所述影像成像装置；

影像成像装置；及

投射透镜组，其中，从所述光源模块发出的光束汇聚于该光整合件的入口处即为第一位置后，依次通过所述第一透镜组、第二透镜组、影像成像装置及投射透镜组，该光束经由所述第一透镜组成像于第一驻像点，经由所述第二透镜组成像于第二驻像点，从所述第一位置到所述第一透镜组的主平面的光路的路径长度大于所述第一透镜组的两倍焦距，从所述第二透镜组的主平面到所述第二驻像点的光路的路径长度大于所述第二透镜组的两倍焦距。

2.如权利要求1所述的投影仪，其中，所述影像成像装置为数字微镜装置。

3.如权利要求1所述的投影仪，其中，从所述第二透镜组的主平面到所述第二驻像点的光路收敛于所述投射透镜组的光瞳中。

4.如权利要求1所述的投影仪，其中，从所述第二透镜组的主平面到所述第二驻像点的光路的光束平均分布于所述影像成像装置上。

5.如权利要求1所述的投影仪，其中，从所述光整合件的入口到所述第一透镜组的主平面的光路的路径长度大于30毫米且小于60毫米。

6.如权利要求1所述的投影仪，其中，从所述第二透镜组的主平面到所述第二驻像点的光路的路径长度大于60毫米且小于100毫米。

7.如权利要求1所述的投影仪，其中，所述第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，来自所述光源模块的光依次通过所述第一透镜和所述第二透镜。

8.如权利要求7所述的投影仪，其中，还包括第二反射镜，通过所述第一透镜组的光束经由所述第二反射镜反射后才通过所述第三透镜。

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