CN101957546A - 光学引擎及具有该光学引擎的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种光学引擎及具有该光学引擎的投影装置，光学引擎包括产生光线的光源模组、反射镜、凹面镜、偏转角度为第二角度的DMD以及投影镜头组。反射镜接收光线并加以反射，凹面镜接收反射镜所反射的光线并加以反射。DMD接收来自凹面镜所反射的光线，且光线以第一角度入射至DMD。经DMD反射后的光线以第三角度投射至投影镜头组。第一角度大于第三角度，且第三角度等于第二角度的两倍。本发明的光学引擎通过使入射至DMD的光线入射角与经DMD反射投射至投影镜头组的光线角度偏差Δθ，藉以改善镜头与凹面镜的干涉情形，减少画面漏光情形，也可加大镜头后群尺寸，加快镜头F值以提高亮度。

Description

光学引擎及具有该光学引擎的投影装置

技术领域

本发明关于一种光学引擎，尤其涉及一种适于装置于光学投影装置中，可减小凹面镜与镜头后群干涉并用来产生光学影像的光学引擎。

背景技术

对于光学投影装置而言，其所投射的光学影像的品质与光学投影装置内的光学引擎的设计息息相关。为了能获得较佳的影响品质，光学引擎于设计上必须能够兼顾光源的亮度、均匀度与使用效率，且光线在光学引擎内的各透镜或棱镜间行进时，更应避免光线遭受扭曲导致影响失真、或是光线衰弱所造成的影像模糊或对比度降低。

请参见图1，图1所示为现有技术中的投影光学系统的示意图。现有技术中，投影装置的光学引擎1包括光源模组2、反射镜3、凹面镜4、数位微镜片装置DMD(Digital Micromirror Device)5以及投影镜头组6，其中投影镜头组6包括镜头以及镜头后群，镜头后群由多个透镜及光圈组成。光源模组2用以产生朝向预定方向行进的光线N，反射镜3接收光源模组2的光线N并加以反射，凹面镜4设置于反射镜3的一侧，凹面镜4将反射镜3所反射的光线N加以折向，DMD5接收来自凹面镜4的光线。DMD是由“数以百万计的极微小镜子阵列”所组成，投影灯光从前侧面照射到DMD上，通过改变DMD上每个“镜子”的倾斜角度来得到不同强度的反射光从而进行显象。投影镜头组6位于DMD5的一侧，接收来自凹面镜4并经DMD5反射后的光线N，并成像于外界投影面。现有技术中，光学引擎1均是使用2θ角度的入射光路以配合θ角度翻转的DMD，即光线N会以b＝2θ的角度入射到DMD5上，DMD5再将光线N以2θ的角度投射到投影镜头组6上。但上述光学引擎会导致凹面镜4与投影镜头组6的镜头后群发生干涉，为避免凹面镜4与镜头后群发生干涉，一般皆需使用后群较小的投影镜头组，以防止凹面镜4与镜头干涉，但也因此使得镜头光圈系数F值(其与镜头焦距相关)无法加快。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种光学引擎及具有该光学引擎的投影装置，通过使入射至DMD的光线入射角与经DMD反射投射至投影镜头组的光线角度偏差Δθ，藉以改善投影镜头组与凹面镜的干涉情形，减少画面漏光情形，也可以加大镜头后群尺寸，加快镜头F值以提高亮度。

为达上述目的，本发明提供一种光学引擎，光学引擎包括光源模组、反射镜、凹面镜、偏转角度为第二角度的数位微镜元件以及投影镜头组。光源模组用以产生朝向预定方向行进的光线；反射镜接收该光源模组的该光线并加以反射；凹面镜设置于该反射镜的一侧，该凹面镜接收该反射镜所反射的该光线并加以反射；数位微镜元件位于第一位置，并接收来自该凹面镜所反射的该光线，且该凹面镜将该光线以第一角度入射至该数位微镜元件；投影镜头组位于该数位微镜元件的一侧，接收来自该凹面镜并经该数位微镜元件反射后的该光线，并成像于外界投影面，且该数位微镜元件将该光线以该第三角度投射至该投影镜头组；其中该第一角度大于该第三角度，且该第三角度等于该第二角度的两倍。

进一步地，该光源模组包括光源以及镜头前群，光源用以产生该光线；镜头前群包括多个透镜，并对该光线加以聚集。

进一步地，当该光源位于第二位置，该光线以该第三角度入射至该数位微镜元件；当该光源位于第三位置，该光线以该第一角度入射至该数位微镜元件。

进一步地，以平行于该数位微镜元件并背向该光源的方向为第三方向，以垂直于该数位微镜元件并朝向该凹面镜的方向为第二方向，该第三位置为该第二位置相对该第一位置朝该第三方向偏移第一距离，并同时朝第二方向偏移第二距离。

进一步地，第一距离为0.4mm，该第二距离为1mm。

进一步地，当该凹面镜位于第四位置，该光线以该第三角度入射至该数位微镜元件；当该凹面镜位于第五位置，该光线以该第一角度入射至该数位微镜元件。

进一步地，以平行于该数位微镜元件并朝向该光源的方向为第一方向，以垂直于该数位微镜元件并背向该凹面镜的方向为第四方向，该第五位置为该第四位置相对该第一位置在该第一方向偏心第三距离，并同时在该第四方向偏心第四距离。

进一步地，该第三距离为9mm，该第四距离为3mm。

进一步地，该投影镜头组还包括镜头后群，对投射至该投影镜头组的该光线加以聚焦以供成像于外界投影面。

进一步地，该镜头后群还包括多个透镜以及光圈。

本发明还提供一种投影装置，该投影装置包括如上所述的光学引擎、电路板模组、操作界面模组以及外壳体。电路板模组连接该光学引擎用以控制该光学引擎的作动；操作界面模组连接该电路板模组，以供操作投影装置；外壳体用以容置该光学引擎、电路板模组以及操作界面模组。

与现有技术相比，本发明的光学引擎及具有该光学引擎的投影装置，通过使入射至DMD的光线入射角与经DMD反射投射至投影镜头组的光线角度偏差Δθ，，即光路以2θ+Δθ入射到DMD，DMD以2θ投射到投影镜头组上，使得(1)凹面镜上的光投射区往下移，可以使原本由于凹面镜与投影镜头组发生干涉被切掉的光补回来，增加镜头的收光量，镜头后群尺寸与F值也可以因此加大；(2)投影镜头组上的光投射区的位置会向右上偏移，该光投射区较远离镜头，从而可减少漏光的发生。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为现有技术中的光学引擎的示意图；

图2所示为根据本发明的光学引擎的示意图；

图3所示为根据本发明的光学引擎的另一角度的示意图；

图4所示为图1及图2中的光学引擎内凹面镜上的光投射区的示意图；

图5所示为图1及图2中的投影镜头组的最后一片镜片的光投射区的示意图。

具体实施方式

请参见图2及图3，图2所示为根据本发明的光学引擎的示意图，图3所示为根据本发明的光学引擎的另一角度的示意图。本发明提供一种投影装置，投影装置主要包括如下所述的光学引擎10、电路板模组、操作界面模组以及外壳体，光学引擎10设置于投影装置内，并且用以产生并投射光学影像。电路板模组连接于光学引擎10用以控制该光学引擎10的作动。另外，于电路板模组中还可并设有多个连接界面以供连接外界装置(例如电脑、光碟机或其他影响播放装置或是记忆卡等)散热模组，用以对光学引擎10及电路板模组进行散热。操作界面模组连接该电路板模组，以供操作投影装置。一般而言，操作界面模组上至少会设有若干控制按键或开关等。外壳体用以容置光学引擎10、电路板模组、散热模组以及操作界面模组。

光学引擎10包括光源模组11、反射镜12、凹面镜13、偏转角度为第二角度θ的数位微镜元件14以及投影镜头组15。光源模组11用以产生朝向预定方向行进的光线M。其中，光源模组11位于凹面镜13与数位微镜元件14之间，且与反射镜12相对。光源模组11包括光源16以及镜头前群17，光源16用以产生光线M。镜头前群17例如包括多个透镜，并对光线M加以聚集。

反射镜12接收光源模组11的光线M并对光线M加以反射；凹面镜13设置于反射镜12的一侧，凹面镜13接收反射镜12所反射的光线M并加以反射。数位微镜元件14位于第一位置，并接收来自凹面镜13所反射的光线M，且凹面镜13将光线M以第一角度α(α＝2θ+Δθ)入射至数位微镜元件14。具体的，数位微镜元件14例如包括多个DMD晶片、DMD插座、DMD电路板以及DMD电源，DMD插座用以插置DMD晶片，DMD电路板结合于DMD插座，以及DMD电源连接座结合于该DMD电路板。投影镜头组15位于数位微镜元件14的一侧，并位于反射镜12的另一侧，接收来自凹面镜13并经数位微镜元件14反射后的光线M，并成像于外界投影面，且数位微镜元件14将光线M以第三角度β投射至投影镜头组。其中第一角度α(α＝2θ+Δθ)大于第三角度β(β＝2θ)，且第三角度β等于第二角度θ的两倍，亦即第一角度α与第三角度β相差Δθ。

此外，投影镜头组15还包括镜头后群，对投射至投影镜头组15的光线M加以聚焦以供成像于外界投影面，镜头后群还包括多个透镜以及光圈。

于第一实施方式中，可通过改变光源16的位置来得到第一角度α＝2θ+Δθ的入射角。例如，当光源16位于第二位置时，光线M以第三角度β＝2θ入射至该数位微镜元件14；当光源16位于第三位置时，光线M以第一角度α入射至数位微镜元件14。以平行于数位微镜元件14并朝向光源16的方向为第一方向D1，那么与第一方向D1相反第三方向D3即为背向光源16的方向；以垂直于数位微镜元件14并朝向凹面镜13的方向为第二方向D2，那么与第二方向D2相反的第四方向D4即为背向凹面镜13的方向。其中，第三位置为第二位置相对第一位置朝第三方向D 3偏移第一距离，并同时朝第二方向D2偏移第二距离。而且，较佳地，第一距离为0.4mm，第二距离为1mm。

于第二实施方式中，可通过改变凹面镜13的位置来得到第一角度α＝2θ+Δθ的入射角。例如，当凹面镜13位于第四位置，光线M以第三角度β＝2θ入射至数位微镜元件14；当凹面镜13位于第五位置，光线M以第一角度α＝2θ+Δθ入射至数位微镜元件14。同样的，以平行于数位微镜元件14并朝向光源16的方向为第一方向D1，以垂直于数位微镜元件14并朝向凹面镜13的方向为第二方向D2，第五位置为第四位置相对第一位置在第一方向D1偏心第三距离，并同时在第四方向D4偏心第四距离。其中，较佳地，第三距离为9mm，第四距离为3mm。

请参见图4，图4所示为图1及图2中的光学引擎内凹面镜的光投影区的示意图。实线部分为现有技术中的光学引擎1以第三角度β或角度b＝2θ入射至DMD5的光路在凹面镜4上形成的光投射区9，可以发现有光投射区9的一个角的光因为凹面镜4与投影镜头组6的干涉而被切除。虚线为本发明光学引擎10以第一角度α＝2θ+Δθ入射至DMD14的光路在凹面镜13上形成的光投射区9’，可以看到光投射区9’因为光路改变而往下移动，使得右上角的光因而可以收入光投射区内。因而，本发明利用2θ+Δθ的入射角度匹配翻转角度为θ的DMD，使得凹面镜的光投射区可以向下移动，镜头后群尺寸与F值也可以因此加大。

请参见图5，图5所示为图1及图2中的投影镜头组的最后一片镜片的光投影区的示意图。其中C1是图1中的以第三角度β或角度b＝2θ为入射角的主要光线的投影位置，C2是图2中的以第一角度α＝2θ+Δθ入射的主要光线的投影位置。从图中我们可以发现，因为偏差一个Δθ角度，以第一角度α＝2θ+Δθ入射的光线经DMD14后落在投影镜头组15上的光线会往投影镜头组15右上偏移，所以也可以因此减少漏光的发生。

综上所述，本发明的光学引擎及具有该光学引擎的投影装置，通过使入射至DMD的光线入射角与经DMD反射投射至投影镜头组的光线角度偏差Δθ，即光路以2θ+Δθ入射到DMD，DMD以2θ投射到投影镜头组上，使得(1)凹面镜上的光投射区往下移，可以使原本由于凹面镜与投影镜头组发生干涉被切掉的光补回来，增加镜头的收光量，镜头后群尺寸与F值也可以因此加大，亮度部分可以再稍加提升；(2)投影镜头组上的光投射区的位置会向右上偏移，该光投射区较远离镜头，从而可减少漏光的发生。

藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (10)

1.一种光学引擎，其特征在于该光学引擎包括：

光源模组，用以产生朝向预定方向行进的光线；

反射镜，接收该光源模组的该光线并加以反射；

凹面镜，设置于该反射镜的一侧，该凹面镜接收该反射镜所反射的该光线并加以反射；

偏转角度为第二角度的数位微镜元件，位于第一位置，并接收来自该凹面镜所反射的该光线，且该光线以第一角度入射至该数位微镜元件；以及

投影镜头组，位于该数位微镜元件的一侧，接收来自该凹面镜并经该数位微镜元件反射后的该光线，并成像于外界投影面，且该数位微镜元件将该光线以第三角度投射至该投影镜头组；

其中该第一角度大于该第三角度，且该第三角度等于该第二角度的两倍。

2.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该光源模组包括：

光源，用以产生该光线；以及

镜头前群，包括多个透镜，并对该光线加以聚集。

3.如权利要求2所述的光学引擎，其特征在于当该光源位于第二位置，该光线以该第三角度入射至该数位微镜元件；当该光源位于第三位置，该光线以该第一角度入射至该数位微镜元件。

4.如权利要求3所述的光学引擎，其特征在于以平行于该数位微镜元件并背向该光源的方向为第三方向，以垂直于该数位微镜元件并朝向该凹面镜的方向为第二方向，该第三位置为该第二位置相对该第一位置朝该第三方向偏移第一距离，并同时朝第二方向偏移第二距离。

5.如权利要求4所述的光学引擎，其特征在于该第一距离为0.4mm，该第二距离为1mm。

6.如权利要求2所述的光学引擎，其特征在于当该凹面镜位于第四位置，该光线以该第三角度入射至该数位微镜元件；当该凹面镜位于第五位置，该光线以该第一角度入射至该数位微镜元件。

7.如权利要求6所述的光学引擎，其特征在于以平行于该数位微镜元件并朝向该光源的方向为第一方向，以垂直于该数位微镜元件并背向该凹面镜的方向为第四方向，该第五位置为该第四位置相对该第一位置在该第一方向偏心第三距离，并同时在该第四方向偏心第四距离。

8.如权利要求7所述的光学引擎，其特征在于该第三距离为9mm，该第四距离为3mm。

9.如权利要求1所述的光学引擎，其特征在于该投影镜头组还包括镜头后群，对投射至该投影镜头组的该光线加以聚焦以供成像于该外界投影面，该镜头后群包括多个透镜。

10.一种投影装置，其特征在于该投影装置包括

如权利要求1-9任意一项所述的光学引擎；

电路板模组，连接该光学引擎用以控制该光学引擎的作动；

操作界面模组，连接该电路板模组，以供操作该投影装置；以及

外壳体，用以容置该光学引擎、电路板模组以及操作界面模组。

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