CN110542976B - 光路调整机构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光路调整机构，包括承载座、反射镜、框架、基座、第一对弹性件、第二对弹性件、及多个线圈。反射镜设于承载座的第一侧，且多个线圈设于承载座的第二侧。第一对弹性件位于第一轴上并连接承载座与框架，第二对弹性件位于第二轴上并连接框架与基座。反射镜在承载座的第一侧形成一覆盖区域，且第一线圈与第二线圈设于相对于覆盖区域的承载座第二侧的对应区域内。本发明另提出一种光路调整机构制造方法。

Description

光路调整机构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光路调整机构及光路调整机构制造方法。

背景技术

近年来，各种影像显示技术已广泛地应用于日常生活上。在一影像显示设备中，例如可设置一光路调整机构改变光线在装置内的行进光路，以提供例如提高成像分辨率、改善画面质量等各种效果。然而，习知光路调整机构的构件数目、重量、体积均较大，难以进一步微型化。因此，亟需一种结构简单、可靠度高且可大幅减少重量及体积的光路调整机构设计。

发明内容

本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

根据本发明的一个观点，提供一种光路调整机构，包括承载座、反射镜、框架、基座、第一对弹性件、第二对弹性件、第一线圈、第二线圈、第三线圈及第四线圈。反射镜设于承载座的第一侧，第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈设于承载座的第二侧，框架设于承载座外围，且基座设有一第一固定点与一第二固定点，框架经由第一固定点与第二固定点固定于基座。第一对弹性件位于第一轴上并连接承载座与框架，第二对弹性件位于第二轴上并连接框架与基座，反射镜在承载座的第一侧形成一覆盖区域，且第一线圈与第二线圈设于相对于覆盖区域的承载座第二侧的对应区域内。可将线圈或其他结构内缩到反射镜的背侧(叠合反射镜的光反射区域)而不会影响光路，获得进一步缩小整体体积的效果。

根据本发明的另一个观点，提供一种光路调整机构，包括承载座、反射镜、框架、基座、第一致动器及第二致动器。反射镜设于承载座上，反射镜具有反射面及相对于反射面的背面。框架设于承载座的外围，基座设于框架的外围。承载座与框架之间设有第一轴，框架与基座之间设有第二轴。第一致动器与第二致动器设于承载座相对于反射镜的另一侧。反射镜的背面与第一轴之间有一距离，可使反射镜的反射面沿着第一轴作轴向摆动一角度。

根据本发明的上述观点，因光学组件为反射镜，因光线被反射后会偏离而不会通过光学组件，因此可将例如线圈或其他结构内缩到光学组件的背侧(叠合光学组件的光反射区域)而不会影响光路，获得进一步缩小整体体积的效果。另外，致动器的结构(例如线圈)只设置于承载座的一侧，可减少光路调整机构整体的体积、重量或组件数，因此利于将光路调整机构小型化或薄型化以搭配各种微型电子装置。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1及图2为本发明一实施例的光路调整机构的示意图，其中图1及图2分别显示未设置及设置有光学组件的光路调整机构的示意图。

图3为沿图2的A-A’线切割的剖面示意图，图4为沿图2的B-B’线切割的剖面示意图。

图5为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。

图6A、图6B、图7A、图7B为绘示另一致动架构的磁作用示意图。

图8为本发明另一实施例的致动组件的示意图。

图9为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学系统的示意图。

图10为本发明一实施例的光路调整机构的制造方法的流程图。

主要元件符号说明

具体实施方式

下述实施例中的揭露内容揭示一种光路调整机构，其可运用于不同光学系统(例如显示设备、投影装置等等)以调整或变化光路并提供例如提升成像分辨率、提高影像质量(消除暗区、柔和化影像边缘)等效果而不限定，且光路调整机构在光学系统中的设置位置及配置方式完全不限定。

图1及图2为本发明一实施例的光路调整机构的示意图，其中图1及图2分别显示未设置及设置有光学组件的光路调整机构的示意图。如图1所示，光路调整机构100可具有一承载座110、一第一对弹性件132、一第二对弹性件134、一框架140及一基座150，框架140与承载座110可具有同一水平高度，第一对弹性件132连接承载座110与框架140，且第二对弹性件134连接框架140与基座150。在本实施例中，第一对弹性件132可构成平行X轴方向的第一轴，且第二对弹性件134可构成平行Y轴方向的第二轴。再者，光路调整机构100可具有一第一致动器160a及一第二致动器160b，在本实施例中，第一致动器160a可包括第一线圈162及一第二线圈164，且第二致动器160b可包括第三线圈166与第四线圈168。承载座110具有相对的一第一侧(例如顶侧112)与一第二侧(例如底侧114)，且线圈162、164、166与168均设于承载座110的同一侧(例如底侧114)。另外，承载座110上设有一间隔组件118。间隔组件118形成的方式及外形并不限定，在本实施例中，间隔组件118例如可由贴附于上表面112的一口字型垫片P所构成，但本发明不限定于此。在另一实施例中，间隔组件118例如可由胶体所构成，且胶体或垫片分布的位置或面积并不限定。

如图2所示，一光学组件120可设于承载座110的一侧(例如顶侧112)。光学组件120仅需能提供偏折光线的效果即可，其形式及种类并不限定，在本实施例中，光学组件120为一反射镜(reflective mirror)。基座150可具有至少两个固定点150a、150b，在本实施例中，第二对弹性件134的两端可通过例如螺丝或插销的固定件分别连接到基座150的固定点150a、150b，使框架140固定于基座150内。

图3为沿图2的A-A’线切割的剖面示意图，图4为沿图2的B-B’线切割的剖面示意图。请同时参考图3及图4，承载座110的顶侧112设有光学组件120，且第一线圈162、第二线圈164、第三线圈166与第四线圈168可设于承载座110其背向光学组件120的底侧114。在本实施例中，第一线圈162与第二线圈164可位于第一对弹性件132的两侧且可位于承载座110下方，第三线圈166与第四线圈168可位于第二对弹性件134的两侧且可位于框架140下方，光学组件120在承载座顶侧112形成一覆盖区域A，且第一线圈162与第二线圈164可设于相对于覆盖区域A的承载座底侧114的对应区域B内。在一实施例中，至少第一线圈162与第二线圈164可叠合光学组件120用以反射影像光的区域。再者，在本实施例中，光学组件120为一反射镜而具有一反射面122及相对于反射面122的一背面124，当间隔组件118设于承载座110与光学组件120之间，光学组件背面124与承载座顶侧112可形成一间隙，且使光学组件背面124与第一对弹性件132(第一轴)之间形成一距离G，所述距离G有助于提供光学组件120在轴向上摆动的空间，例如可使光学组件120的反射面122沿着对第一对弹性件132(第一轴)作轴向摆动一角度。间隔组件118例如可为垫片或胶体等，仅需能提供形成距离G的效果即可，其形成的方式及分布外形完全不限定。

如图3的上方所示，当线圈162通电时可产生吸力吸引承载座110，使承载座110一端(例示为左端)朝下摆动，接着如图3的下方所示，当线圈164通电时可产生吸力吸引承载座110，使承载座110另一端(例示为右端)朝下摆动，因此当线圈162、164交替通电可使承载座110连同其上的光学组件120以图1所示的第一对弹性件132的轴向(X轴方向)为轴心往复摆动或转动。同理，如图4的上方所示，当线圈166通电时可产生吸力吸引框架140的一端向下摆动；如图4的下方所示，当线圈168通电时可产生吸力吸引框架140相对的另一端向下摆动，因此当线圈166及线圈168交替通电时可使框架140的两端轮流朝下摆动，使框架140连同其上的光学组件120可以图1所示的第二对弹性件134的轴向(Y轴方向)为轴心往复摆动或转动。因此光学组件120可以产生两个不同轴向上的转动角度范围，往复摆动或转动到不同位置以将入射光偏折到不同方向，获得调整或变化光线行进光路的效果。在本实施例中，上述距离G例如可提供光学组件120的摆动空间，确保光学组件120的一端在摆动时不会被框架140或其他构件阻挡到。在另一实施例中，若经适当配置使光学组件120在摆动时不会被其他构件阻挡，也可不形成间隔组件118及所述距离G。通过本发明实施例的光路调整机构调整或变化光路，可视实际需求产生不同的效果，例如可用以提升投影分辨率、提高影像质量(消除暗区、柔和化影像边缘)等等而不限定。

在一实施例中，光学组件120的摆动角度可大于0.001度，且光学组件120的端点(例如图4的端点E或端点E’)的摆动距离可大于0.1μm。

在一实施例中，承载座110、第一对弹性件132与第二对弹性件134的至少部分结构可以是一体式结构以获得例如减少零件数、简化整体结构并缩短组装工时的效果。在一实施例中，框架140、承载座110、第一对弹性件132及第二对弹性件134四者可利用相同材料(例如磁性材料)一体成型、或者其中两个组件可先一体成形再与其余组件组合、或者其中三个组件可先一体成形再与其余组件组合均可。举例而言，框架140可与第一对弹性件132、第二对弹性件134利用相同材料(例如磁性材料)一体成型，或框架140可与第一对弹性件132利用相同材料(例如磁性材料)一体成型而不限定。

通过上述实施例的设计，因光学组件为反射镜，因光线被反射后会偏离而不会通过光学组件，因此可将例如线圈或其他结构内缩到光学组件的背侧(叠合光学组件的光反射区域)而不会影响光路，获得进一步缩小整体体积的效果。

图5为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。如图5所示，光路调整机构200的第一致动器包括设于承载座110下方的电磁铁152、154及对应电磁铁152、154设于承载座110上的永磁体172、174，且光路调整机构200的第二致动器包括设于框架140下方的电磁铁156、158及对应电磁铁156、158设于框架140上的永磁体176、178，但致动器的配置不限定于此而可视实际需求加以变化。在一实施例中，各个电磁铁可包括一铁心及环绕铁心的一线圈。在一实施例中，可用空心线圈取代电磁铁。在一实施例中，如图6A所示，永磁体172设于承载座110上且例如左侧为S极且右侧为N极，电磁铁152的左侧为N极且右侧为S极可吸引永磁体172并使承载座110一端向下移动；如图6B所示，永磁体174设于承载座110上且例如左侧为S极且右侧为N极，电磁铁154的左侧为S极且右侧为N极可排斥永磁体174并使承载座110另一端向上移动，接着电磁铁152、154再交换电流I的方向及磁极性使承载座110反向作动，如此交替变化即可使承载座110连同其上的光学组件120以第一对弹性件132的轴向(X轴方向)为轴心往复摆动或转动。再者，如图7A所示，永磁体176设于框架140上且例如左侧为S极且右侧为N极，电磁铁156的左侧为N极且右侧为S极可吸引永磁体176并使框架140一端向下移动；如图7B所示，永磁体178设于框架140上且例如左侧为S极且右侧为N极，电磁铁158的左侧为S极且右侧为N极可排斥永磁体174并使框架140另一端向上移动，接着电磁铁156、158再交换电流I的方向及磁极性使框架140反向作动，如此交替变化即可使框架140连同其上的光学组件120以第二对弹性件134的轴向(Y轴方向)为轴心往复摆动或转动。因此光学组件120同样可以产生两个不同轴向上的转动角度范围，往复摆动或转动到不同位置以将入射光偏折到不同方向的效果。再者，永磁体172、174同时可作为承载座110上的间隔组件，当光学组件120设置于承载座110时，光学组件120与承载座110因间隔永磁体172、174而产生距离G，有助于提供光学组件120的摆动空间。在本实施例中，因同时利用交替变化的磁吸力及磁斥力驱动光学组件120，故可提高驱动光学组件120的力量，获得增大光学组件120可旋转角度范围的效果。基于此一设计，即使仅单侧具有致动器仍可能提供足够的转动角度范围。例如在另一实施例中，可省略电磁铁154、156及对应的永磁体174、176，光路调整机构200仅利用电磁铁152交替地吸引及排斥永磁体172使承载座110连同其上的光学组件120以X轴方向为轴心往复摆动或转动，且仅利用电磁铁158交替地吸引及排斥永磁体178使框架140连同其上的光学组件120以Y轴方向为轴心往复摆动或转动，同样可获得两个轴向上的光路偏移效果。省略电磁铁154、156及对应的永磁体174、176可进一步降低重量、体积及制造成本。在另一实施例中，可使用多个弹簧来取代电磁铁154、156及对应的永磁体174、176。再者，在另一实施例中，承载座110、框架140及基座150在对应图5所示的对角线D右侧，也即未设置电磁铁154、156及永磁体174、176的右半部也可对应去除，以再进一步降低重量、体积及制造成本。

在另一实施例中，如图8所示，也可利用设置于承载座110的一压电组件160，通过在压电组件160上施加电场可使压电组件160产生压缩或拉伸变形，意即可将电能转为机械能以使承载座110往复摆动达到调整光路效果。

图9为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学系统的示意图。请参照图9，光学装置400包括照明系统310、光阀320、投影镜头330以及光路调整机构100。其中，照明系统310具有光源312，其适于提供光束314，且光阀320配置于光束314的传递路径上。此光阀320适于将光束314转换为多数个子影像314a。此外，投影镜头330配置于这些子影像314a的传递路径上，且光阀320位于照明系统310与投影镜头330之间。另外，光路调整机构100可配置于光阀320与投影镜头330之间，例如可以在光阀320和内部全反射棱镜319之间或是可以在内部全反射棱镜319和投影镜头330之间，且位于这些子影像314a的传递路径上。上述的光学装置400中，光源312例如可包括红光发光二极管312R、绿光发光二极管312G、及蓝光发光二极管312B，各个发光二极管发出的色光经由一合光装置316合光后形成光束314，光束314会依序经过集光柱(light integration rod)317、光学组件组318及内部全反射棱镜(TIR Prism)319。之后，内部全反射棱镜319会将光束314反射到光阀320。此时，光阀320会将光束314转换成多数个子影像314a，而这些子影像314a会依序通过内部全反射棱镜319及光路调整机构100，并经由投影镜头330将这些子影像314a投影于屏幕350上。在本实施例中，当这些子影像314a经过光路调整机构100时，光路调整机构100会改变部分这些子影像314a的传递路径。也就是说，通过此光路调整机构100的这些子影像314a会投影在屏幕350上的第一位置(图未示)，另一部分时间内通过此光路调整机构100的这些子影像314a则会投影在屏幕350上的第二位置(未绘示)，其中第一位置与第二位置在水平方向(X轴)或/且垂直方向(Z轴)上相差一固定距离。在本实施例中，由于光路调整机构100能使这些子影像314a的成像位置在水平方向或/且垂直方向上移动一固定距离，因此能提高影像的水平分辨率或/且垂直分辨率。当然，上述实施例仅为例示，本发明实施例的光路调整机构可运用于不同光学系统以获得不同效果，且光路调整机构在光学系统中的设置位置及配置方式完全不限定。

本发明各个实施例的弹性件可具有发生形变后当外力撤消时能朝恢复原来大小和形状的方向变化的性质，其材料例如可为金属或塑料而不限定。再者，基座仅需能界定一容置空间即可，其可具不同形式或外形。

本发明的“光学组件”用语，是指组件由部分或全部可反射或穿透的材料所构成，通常由玻璃或塑料所组成。举例来说，光学组件可以是透镜、反射光学组件(reflectivemirror)、全反射棱镜(TIR Prism)、反向全反射棱镜组(RTIR Prism)等。

本发明的“光阀”用语，在此产业中大多可用来指一种空间光调变器(SpatialLight Modulator,SLM)中的一些独立光学单元。所谓空间光调变器，含有许多独立单元(独立光学单元)，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性，从而对照明在所述多个独立单元的照明光束进行调制，并输出影像光束。独立单元可为微型反射镜或液晶单元等光学组件。亦即，光阀可以是数字微镜组件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或穿透式液晶面板等。

投影机是利用光学投影方式将影像投射到屏幕上的装置，在投影机产业中，一般依内部所使用的光阀的不同，将投影机分为阴极射线管(Cathode Ray Tube)式投影机、液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影机、数字光投影机(Digital LightProjector,DLP)以及液晶覆硅(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影机，因投影机运作时光线会透过LCD面板作为光阀，所以属于穿透式投影机，而使用LCOS、DLP等光阀的投影机，则是靠光线反射的原理显像，所以称为反射式投影机。而在本实施例中，投影机为数字光投影机，而光阀320为数字微镜组件(DMD)。

图10为本发明一实施例的光路调整机构的制造方法的流程图。请参考图10，在本实施例中，光路调整机构的制造方法至少可以应用于光路调整机构100和200。在本实施例的光路调整机构的制造方法中，首先提供一承载座、第一对弹性件及第二对弹性件，第一对弹性件将承载座连接到一框架，且第二对弹性件将框架连接到一基座(步骤S10)。承载座具有相对的一第一侧及一第二侧，第一对弹性件位于一第一轴上，且第二对弹性件位于一第二轴上。再者，将一光学组件设置于承载座的第一侧(步骤S20)，且将一第一线圈、一第二线圈、一第三线圈与一第四线圈设置于承载座的第二侧，其中光学组件在承载座的第一侧形成一覆盖区域，且至少将第一线圈与第二线圈设置于相对于覆盖区域的承载座第二侧的对应区域内(步骤S30)。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种光路调整机构，其特征在于，包括：

一承载座，具有相对的一第一侧与一第二侧；

一反射镜，设于所述承载座的所述第一侧；

一第一线圈、一第二线圈、一第三线圈与一第四线圈，设于所述承载座的所述第二侧；

一框架，设于所述承载座的外围；

一基座，设有一第一固定点与一第二固定点，且所述框架经由所述第一固定点与所述第二固定点固定于所述基座；

一第一对弹性件，所述第一对弹性件位于一第一轴上，并连接所述承载座与所述框架；以及

一第二对弹性件，所述第二对弹性件位于一第二轴上，并连接所述框架与所述基座，其中所述反射镜在所述承载座的所述第一侧形成一覆盖区域，且所述第一线圈与所述第二线圈设于相对于所述覆盖区域的所述承载座第二侧的对应区域内；所述第一线圈与所述第二线圈位在所述第一轴的两侧，所述第三线圈与所述第四线圈位在所述第二轴的两侧。

2.一种光路调整机构，其特征在于，包括：

一承载座；

一反射镜，设于所述承载座上，所述反射镜具有一反射面及相对于所述反射面的一背面；

一框架，设于所述承载座的外围；

一基座，设于所述框架的外围；

一第一轴，设于所述承载座与所述框架之间；

一第二轴，设于所述框架与所述基座之间；以及

一第一致动器与一第二致动器，设于所述承载座相对于所述反射镜的另一侧，且所述第一制动器包括一第一电磁铁及一第二电磁铁，所述第二制动器包括一第三电磁铁及一第四电磁铁；所述第一电磁铁及所述第二电磁铁位在所述第一轴的两侧，且所述第三电磁铁及所述第四电磁铁位在所述第二轴的两侧；

其中所述反射镜的所述背面与所述第一轴之间设有一距离，可使所述反射镜的所述反射面沿着所述第一轴作轴向摆动一角度。

3.如权利要求1或2所述的光路调整机构，其特征在于，所述光路调整机构更包含：

一间隔组件，设于所述承载座与所述反射镜之间。

4.如权利要求3所述的光路调整机构，其特征在于，所述间隔组件是由一垫片或一胶体所构成。

5.如权利要求1或2所述的光路调整机构，其特征在于，所述框架与所述承载座具有同一水平高度，且所述框架围绕所述承载座。

6.如权利要求1所述的光路调整机构，其特征在于，所述光路调整机构更包括：

对应所述第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈设置的第一永磁铁、第二永磁铁、第三永磁铁与第四永磁铁。

7.如权利要求1所述的光路调整机构，其特征在于，所述承载座与所述框架、所述第一对弹性件及所述第二对弹性件一体成型。

8.如权利要求2所述的光路调整机构，其特征在于，所述光路调整机构更包括：

对应所述第一致动器设置的至少一永磁铁及对应所述第二致动器设置的至少一永磁铁。

9.如权利要求2所述的光路调整机构，其特征在于，所述第一致动器位于所述承载座的下方且包含至少一线圈，且所述第二致动器位于所述框架的下方且包含至少一线圈，所述第一致动器用以使所述反射镜以所述第一轴为轴心作动，且所述第二致动器用以使所述反射镜以所述第二轴为轴心作动。

10.一种光路调整机构制造方法，其特征在于，包括：

提供一承载座，所述承载座具有相对的一第一侧及一第二侧；

提供第一对弹性件和第二对弹性件，其中所述第一对弹性件位于一第一轴上，并连接所述承载座与一框架，所述第二对弹性件位于一第二轴上，并连接所述框架与一基座；

在所述第一侧设置一反射镜；以及

在所述第二侧设置第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈，其中所述反射镜在所述承载座的所述第一侧形成一覆盖区域，且所述第一线圈与所述第二线圈设于相对于所述覆盖区域的所述承载座第二侧的对应区域内；所述第一线圈与所述第二线圈位在所述第一轴的两侧，所述第三线圈与所述第四线圈位在所述第二轴的两侧。

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