CN104216206B - 投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种投影系统，针对具有17度翻转角度的数字微镜元件，投影系统设置光源及光导管以及透镜组的位置，使得自该光源及光导管沿着第一光路所提供的光线，经由该透镜组放大处理后，沿第二光路将光线提供至该数字微镜元件，其中该第二光路垂直于该数字微镜元件的水平边，且该第二光路与该数字微镜元件反射光线的第三光路间形成微镜光路夹角。

Description

投影系统
技术领域
本发明有关一种投影系统，尤指一种具有数字微镜元件的数字光处理投影系统。
背景技术
现代的数字光处理(digitallightprocessing,DLP)投影系统主要分为有全反射棱镜(totalinternalreflection,TIR)以及没有全反射棱镜的架构。没有全反射棱镜架构的投影系统省略了全反射棱镜的建制成本，相较于具有全反射棱镜的投影系统可提高效率以及具有成本上的优势。然而目前的DLP投影系统因其中的数字微镜元件(digitalmicromirrordevice,DMD)均为12度翻转的设计，使得DMD前端的光源/光导管以及透镜组必须以特定的斜下方入射角提供光线，而这样的配置方式造成整个投影系统的设计尺寸较大，且由于透镜组配置位置的限制，在设计传统的无全反射棱镜架构的DLP投影系统时，也必须解决DMD出射光路与透镜组容易发生干涉的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影系统，其不需使用全反射棱镜，可降低成本与提高效率，同时更可解决透镜组与投影镜头的干涉问题。
为达到上述目的，本发明提供一种投影系统，包含有：
光源以及光导管，用以沿第一光路提供光线；
透镜组，用来放大该光线，并沿第二光路提供该光线；
数字微镜元件，该透镜组沿该第二光路将该光线提供至该数字微镜元件，该数字微镜元件沿第三光路反射该光线，其中该数字微镜元件具有彼此垂直的第一轴以及第二轴，该第三光路与第三轴平行，且该第三轴分别与该第一轴以及该第二轴实质上垂直；以及
投影镜头，该光线沿该第三光路自该投影镜头投射出影像；
其中该光源、该光导管以及该透镜组相对该数字微镜元件设置以使该第二光路垂直于该第一轴且该第二光路与该第三光路间具有微镜光路夹角。
较佳的，该数字微镜元件具有多个微镜，每一微镜可沿第一对角轴实质上转动12度，并沿第二对角轴转动12度，使每一微镜形成具17度翻转角度，其中该第一对角轴垂直该第二对角轴。较佳的，第一对角轴以及该第二对角轴分别与该第一轴呈45度夹角。
较佳的，该微镜光路夹角介于38.5度与39.5度之间。
较佳的，该数字微镜元件的光斑面积与该光导管的截面积的比值定义放大倍率，且该投影系统的该放大倍率为2倍。
较佳的，该透镜组包含第一透镜组以及第二透镜组，该第一透镜组以及该第二透镜组可相对移动而可用来调整该数字微镜元件的该光斑面积，进而调整该放大倍率。
较佳的，该第一光路与该第二光路相同。
较佳的，还包含反射镜，设置于该第一透镜组以及该第二透镜组之间，该反射镜将沿该第一光路自该第一透镜组出射的该光线反射至该第二透镜组，以使该第二透镜组沿该第二光路将该光线提供至该数字微镜元件。
与现有技术相比，本发明的投影系统不需使用全反射棱镜，可降低成本与提高效率，同时更可解决透镜组与投影镜头的干涉问题。
附图说明
图1以及图2为本发明所提供的投影系统第一实施例的各元件于不同视角的相对位置示意图。
图3为投影系统的数字微镜元件改变该光线的光路的示意图。
图4为投影系统第二实施例的立体示意图。
图5为投影系统第二实施例沿着X轴的侧面示意图。
图6为投影系统第二实施例沿着Z轴的侧面示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」或「连接」一词在此包含任何直接及间接的电气或结构连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接/连接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气/结构连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气/结构连接至该第二装置。
请参考图1以及图2，其为本发明所提供的投影系统第一实施例的各元件于不同视角的相对位置示意图。投影系统1为一种数字光处理(digitallightprocessing,DLP)投影系统，其包含光源及光导管10、透镜组40、数字微镜元件(digitalmicromirrordevice,DMD)50以及投影镜头60。光源及光导管10沿着第一光路R1提供光线，经由透镜组40放大后，由透镜组40沿着第二光路R2提供该光线至数字微镜元件50，接着数字微镜元件50沿着第三光路R3反射该光线，使该光线沿该第三光路R3自投影镜头60投射出影像。在本实施例中，数字微镜元件50的光斑面积以及光源及光导管10中的光导管的截面积的比值定义了放大倍率，且本发明的投影系统1的该放大倍率实质上为2倍。更具体而言，透镜组40包含了第一透镜组20以及第二透镜组30，其中第一透镜组20的有效焦距在15～18毫米(mm)，第二透镜组30的有效焦距在30～32毫米(mm)，且第一透镜组20以及第二透镜组30彼此之间可相对移动设置，以调整自第二透镜组30出射的该光线至数字微镜元件50的该光斑面积，进而调整该放大倍率为2倍。另外，为便于说明，以数字微镜元件50的水平边以及垂直边分别定义为实质上彼此垂直的X轴以及Y轴，而与第三光路R3平行(故而实质上与X轴、Y轴垂直)的方向定义为Z轴。
请参考图3，图3为投影系统1的数字微镜元件50改变该光线的光路的示意图。数字微镜元件50具有多个正方形的微镜52，彼此排列为M列N行的阵列，其中每一微镜52可沿着第一对角轴O1实质上转动12度，且可沿着第二对角轴O2实质上转动12度，使每一个微镜52形成实质上具有17度的翻转角度(相对于X-Y轴所形成的平面)，其中第一对角轴O1以及第二对角轴O2分别与X轴(以及与Y轴)实质上呈45度夹角，且彼此实质上垂直。相较于仅能沿着单一对角轴转动12度的微镜而言，在总面积不变的条件下，数字微镜元件50的每一个微镜52均具有更大的翻转角度，使得其光学扩展量(Etendue,面积x翻转角度)变大，可自透镜组40收集到更多的光线以传递出去。
由于本发明的投影系统1中的数字微镜元件50具有17度翻转角度的微镜52，使得光源及光导管10以及透镜组40可相对设置于数字微镜元件50的水平边(X轴)正下方且倾斜提供该光线给数字微镜元件50，使投影系统1不需使用全反射棱镜(totalinternalreflection,TIR)，以达到降低成本与提高效率的目的。更具体而言，如图2以及图3所示，光源及光导管10以及透镜组40相对数字微镜元件50设置后，透镜组40提供该光线的第二光路R2实质上会垂直于X轴并且与第三光路R3之间具有微镜光路夹角θ。在本发明的较佳实施例中，微镜光路夹角θ实质上介于38.5度与39.5度之间，也就是说透镜组40在数字微镜元件50的水平边(X轴)正下方以38.5度至39.5度斜角倾斜向数字微镜元件50提供该光线，可解决第二透镜组30与投影镜头60的干涉问题。
在图1以及图2的第一实施例中，透镜组40的第一透镜组20以及第二透镜组30之间并未对光路进行路径的改变，因此第一实施例的第一光路R1以及第二光路R2实质上相同。然而本发明并不以此为限，请参考图4至图6，其为本发明所提供的投影系统第二实施例的各元件于不同视角的相对位置示意图。其中图4为投影系统第二实施例的立体示意图，图5为投影系统第二实施例沿着X轴的侧面示意图，图6为投影系统第二实施例沿着Z轴的侧面示意图。在第二实施例中，与第一实施例相同的元件以相同的编号表示，且此处不再赘述。第二实施例的投影系统2还包含反射镜70，设置于透镜组40的第一透镜组20以及第二透镜组30之间，反射镜70可将沿着第一光路R1自第一透镜组20出射的该光线反射至第二透镜组30，以使第二透镜组30沿第二光路R2将该光线提供至数字微镜元件50。这样的设计使得光源及光导管10以及第一透镜组20可设置于相异于第一实施例的位置，以进一步缩小投影系统2整体的体积，同时仍能维持第一透镜组20与第二透镜组30之间的光径长度。在第二实施例中，反射镜70分别与第一透镜组20以及第二透镜组30呈45度夹角，因此第一光路R1以及第二光路R2彼此垂直，然而本发明不以此为限，第一光路R1以及第二光路R2亦可通过反射镜70的适当配置而彼此呈任意特定夹角。
本发明的投影系统针对具有17度翻转角度的该数字微镜元件，设置该光源及光导管以及该透镜组的位置，使得自该光源及光导管沿着该第一光路所提供的光线，经由该透镜组放大处理后，沿该第二光路将光线提供至该数字微镜元件，其中该第二光路实质上垂直于该数字微镜元件的水平边(即，X轴)，且该第二光路与该数字微镜元件反射光线的该第三光路间形成该微镜光路夹角。如此一来，在投影系统中不需使用全反射棱镜，以达到降低成本与提高效率的目的的同时，更可解决该透镜组与该投影镜头的干涉问题。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种投影系统，其特征在于，包含有：
光源以及光导管，用以沿第一光路提供光线；
透镜组，用来放大该光线，并沿第二光路提供该光线；
数字微镜元件，该透镜组沿该第二光路将该光线提供至该数字微镜元件，该数字微镜元件沿第三光路反射该光线，其中该数字微镜元件具有彼此垂直的第一轴以及第二轴，该第三光路与第三轴平行，且该第三轴分别与该第一轴以及该第二轴垂直；以及
投影镜头，该光线沿该第三光路自该投影镜头投射出影像；
其中该光源、该光导管以及该透镜组相对该数字微镜元件设置以使该第二光路垂直于该第一轴且该第二光路与该第三光路间具有微镜光路夹角；该数字微镜元件具有多个微镜，每一微镜可沿第一对角轴转动12度，并沿第二对角轴转动12度，使每一微镜形成具17度翻转角度，其中该第一对角轴垂直该第二对角轴。
2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，第一对角轴及该第二对角轴分别与该第一轴呈45度夹角。
3.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，该微镜光路夹角介于38.5度与39.5度之间。
4.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，该数字微镜元件的光斑面积与该光导管的截面积的比值定义放大倍率，且该投影系统的该放大倍率为2倍。
5.如权利要求4所述的投影系统，其特征在于，该透镜组包含第一透镜组以及第二透镜组，该第一透镜组以及该第二透镜组可相对移动而可用来调整该数字微镜元件的该光斑面积，以调整该放大倍率。
6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，该第一光路与该第二光路相同。
7.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，还包含反射镜，设置于该第一透镜组以及该第二透镜组之间，该反射镜将沿该第一光路自该第一透镜组出射的该光线反射至该第二透镜组，以使该第二透镜组沿该第二光路将该光线提供至该数字微镜元件。
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