CN114326277A - 投影装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种投影装置，包括光源、第一、第二棱镜、光阀以及投影镜头。第一棱镜位于光源光路下游，且仅设有一曲面，且曲面为光源光路入射面。第二棱镜位于第一棱镜光路下游，且第二棱镜被在光源光路的路径上，都为平面。光阀位于第二棱镜的光路下游。投影镜头位于光阀与第二棱镜的光路下游。另一种投影装置与投影装置的制造方法亦被提出。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学装置及其制造方法，尤其涉及一种投影装置及其制造方法。
背景技术
因微型投影机由于其体积小且能够在短距离投射出投影画面，故被大量地应用在扩增实境(Augmented Reality,AR)或虚拟现实(Virtual Reality,VR)的相关应用中。然而，正是因为其体积小的关系，相较于一般体积可容许较大的投影机可在其内设置具有不同曲面的透镜来修饰光形，微型投影机若要维持良好的光学质量则需要在单一光学元件中设计多种曲面以修饰光形，但此多曲面设计会导致微型投影机的制造相当困难，而不利于其应用。
发明内容
本发明是针对一种投影装置，其具有良好的光学效果且容易制造。
本发明提供一种投影装置的制造方法，用以制造上述的投影装置。
根据本发明的实施例提供一种投影装置，其包括光源、第一棱镜、第二棱镜、光阀以及投影镜头。第一棱镜位于光源的光路下游且仅设有一曲面。曲面设为光源的光路的入射面。第二棱镜设于第一棱镜的光路下游，且第二棱镜在光源光路的路径上，都设为平面。光阀设于第二棱镜的光路下游。投影镜头设于光阀与第二棱镜的光路下游。
根据本发明的实施例提供一种投影装置，包括光源、第一棱镜、第二棱镜以及投影镜头。第一棱镜在光源的光路上仅设有一曲面，且第一棱镜的第一反射面与第二反射面，均设于光源的光路下游。第二棱镜设于第一棱镜与光阀的光路之间，且第二棱镜的反射面，设于光阀的光路下游。投影镜头设于光阀与第二棱镜的光路下游。
根据本发明的实施例提供一种投影装置，包括光源、第一棱镜、第二棱镜、反射元件、光阀以及投影镜头。第一棱镜位于光源的光路下游，且第一棱镜在光源光路的路径上，都设为平面。第二棱镜设于第一棱镜的光路下游，且第二棱镜在光源光路的路径上，都设为平面，其中第一棱镜与第二棱镜之间设有一间隙。反射元件具有反射曲面。光阀设于第二棱镜的光路下游。投影镜头设于光阀与第二棱镜的光路上。第一棱镜具有彼此相连的第一表面、第二表面与入光面。第一表面面向第二棱镜。第二表面面向反射曲面，且入光面面向光源。
本发明的一实施例提供一种投影装置的制造方法，其包括以下步骤。
S100：提供一光源。
S200：组装一第一棱镜，使第一棱镜位于光源的光路下游，且仅设有一曲面，其中曲面设为光源的光路的入射面。
S300：组装一第二棱镜，使第二棱镜位于第一棱镜的光路下游。
S400：组装一光阀，使光阀位于第二棱镜的光路下游。
S500：组装一投影镜头，使投影镜头位于光阀的光路下游。
基于上述，在本发明实施例的投影装置中，其第一棱镜(或反射元件)仅设有一曲面，故其容易制造。并且，通过第一棱镜(或反射元件)的曲面设置，投影装置可更搭配具有曲面的其他光学元件来改善投影装置的光形，在降低制造难度的同时又可维持良好的光学质量。此外，本发明实施例另提供一种制造上述投影装置的制造方法。
附图说明
图1至图5为本发明不同实施例的投影装置的示意图；
图6为制造本发明实施例的投影装置的制造方法。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1至图5为本发明不同实施例的投影装置的示意图。
请参照图1，在本例中，投影装置100包括光源110、棱镜120、130、光阀140、投影镜头150、反射元件R与微透镜阵列MLA。于以下的段落中会介绍上述各元件。
光源110包括可发出光束的发光元件，其种类例如是激光二极管(laser diode)、发光二极管(light emitting diode,LED)、毫发光二极管(mini LED)、微发光二极管(micro LED)或有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)，本发明并不以此为限。于另一实施例中，光源110亦可为由具有不同光学功能的光学元件(透镜、反射镜、荧光轮或滤光轮)组成的光学元件总成，本发明并不以此为限。
棱镜120(或称第一棱镜)具有彼此相连的曲面CS、表面S1、S2，且其曲面数量仅为一。曲面CS面向微透镜阵列MLA与光源110且其形状例如是凸面，表面S1面向棱镜130，表面S2面向反射元件R，且表面S2与反射元件R之间具有空隙。棱镜130(或称第二棱镜)具有彼此相连的表面S3～S4，其中表面S3面向表面S1，表面S4面向光阀140，表面S5面向投影镜头150，并且这些表面S3～S5皆设为平面。于他例中，曲面CS的形状例如可为凹面或凹凸表面。
光阀140是指数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid CrystalPanel,LCD)等空间光调变器的任一者，但不以此为限制。于本例中，光阀140为数字微镜元件，且用以将光束L转换成图像光束IMB。
投影镜头150例如是包括具有屈亮度的一或多个光学镜片的组合，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。本发明对投影镜头150的型态及其种类并不加以限制。
反射元件R为具有反射功能的光学元件，且其具有反射曲面RS。于本例中，其例如是反射镜或具有高反射率的金属块，但不以此为限。反射镜包含镀膜层和基材，镀膜层为金属膜、介电质膜；基材可能为金属、玻璃、塑料…等等可能的材质。
微透镜阵列MLA例如是由多个微米尺寸等级的微透镜ML所排列而成的阵列，其中微透镜ML的尺寸大小落在500微米至900微米的范围内。
在以下的段落中会详细地说明上述各元件之间的配置关系。
请参照图1，在本例中，微透镜阵列MLA位于光源110的光路下游。棱镜120位于微透镜阵列MLA的光路下游。反射元件R位于表面S2旁，且位于棱镜120的光路下游。棱镜130位于棱镜120的光路下游，且两者之间具有间隙。光阀140位于棱镜120的光路下游。投影镜头150位于光阀140与棱镜130的光路下游。由于光是从光路的上游往下游传递。因此，一元件的光路下游可理解为光通过该元件或与该元件作用后的光路。例如，光源110的光路下游，为光从光源110发出后的光路都称为光源110的光路下游，以此类推。反射元件R的光路下游为光被反射元件R反射后的光路都称为反射元件R的光路下游。
在以下的段落中会详细地说明本例的光学效果。
请再参照图1，在投影装置100中，光源110发出光束L后。光束L依序穿透微透镜阵列MLA、由棱镜120的曲面CS入光(即曲面CS作为入光面，或称入射面)，被表面S1反射且穿透表面S2传递至反射元件R。反射元件R通过其反射曲面RS再次反射光束L。光束L依序穿透表面S2、S1后由棱镜130的表面S3入光(即表面S3作为入光面)，且光束L穿透表面S4后传递至光阀140并被光阀140转换成图像光束IMB。图像光束IMB穿透表面S4后，被表面S5反射，反射后的图像光束IMB穿透表面S5后并穿透投影镜头150，以将图像光束IMB投影至投影媒介(例如是投影幕或人眼)上。
承上述，相较于现有技术的投影装置在单一光学元件的多曲面设计来说，在本例的投影装置100中，棱镜120的曲面CS数量仅为一，且棱镜130被光源110光路所通过的表面S3～S4皆设为平面，故其制造简单而不复杂。同时，投影装置100内还包括具有反射曲面RS，投影装置100搭配棱镜120曲面CS与反射曲面RS可优良地修饰光束L的光形，故投影装置100可具有良好的光学效果。
由另一观点观之，本实施例的投影装置100通过将多曲面分散设计于不同的光学元件(例如是棱镜120、反射元件R)上，以降低制造难度并可维持良好的光学质量。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。
请参照图2，图2的投影装置100a大致上类似于图1的投影装置100，其主要差异在于：在投影装置100a中，棱镜120a具有彼此相连的平面PS、表面S1、S2，其中平面PS作为入光面。由于棱镜120a的表面皆为平面，故投影装置100a相较投影装置100更为容易制造。
请参照图3，图3的投影装置100b大致上类似于图1的投影装置100，其主要差异在于：在投影装置100b中，棱镜120b具有彼此相连的平面PS、表面S1、表面S2b，且部分表面S2b设计为曲面，并且在表面S2b的曲面部分上设置有反射层RL，故部分表面S2b具有反射功能。于本例中，反射层RL的材料例如是具有高反射率的材料，其例如是金属膜、介电质膜，但不以此为限。通过表面S2b的曲面部分上设置有反射层RL，来移除图1的投影装置100的反射元件R，减少元件数目，降低制造成本。
在本例的光路中，其亦与投影装置100具有差异，于此说明如下。当光束L穿透微透镜阵列MLA后，由平面PS入射棱镜120b，光束L被表面S1反射后传递至表面S2b，并被表面S2b反射而穿透棱镜130并传递至光阀140。换言之，于本例中，棱镜的120b具有反射能力的表面S1、S2b均设于光源110的光路下游。后续的光路类似于前述段落，于此不再赘述。
请参照图4，图4的投影装置100c大致上类似于图1的投影装置100，其主要差异在于：投影装置100c还包括至少一透镜LEN以及楔镜WL(wedge lens)，其中透镜LEN的数量例如是一个，惟不以此为限。透镜LEN设置于微透镜阵列MLA与棱镜120c之间的光路上。楔镜WL设置于棱镜120c、130之间的光路上。并且，棱镜120c具有彼此相连的曲面CS、表面S1、表面S2c，并且在表面S2c上设置有反射层RL。通过表面S2c上设置有反射层RL，来移除图1的投影装置100的反射元件R，减少元件数目，降低制造成本。
在本例的光路中，其亦与投影装置100具有差异，于此说明如下。当光束L穿透微透镜阵列MLA后，会再穿透透镜LEN以修饰其光形，并由曲面CS入射棱镜120c，光束L被表面S1反射后传递至表面S2c，并被表面S2c反射而依序穿透楔镜WL、棱镜130并传递至光阀140。后续的光路类似于前述段落，于此不再赘述。
承上述，在本例的投影装置100c中，其通过设置楔镜WL与透镜LEN以更进一步修饰光束L的光形，其具有更为优良的光学质量。
请参照图5，图5的投影装置100d大致上类似于图1的投影装置100，其主要差异在于：在投影装置100d中，棱镜120d具有彼此相连的曲面CS、表面S1、表面S2d，并且在表面S2d上设置有反射层RL，故部分表面S2d具有反射功能，来移除图1的投影装置100的反射元件R，减少元件数目，降低制造成本。
在本例的光路中，其亦与投影装置100具有差异，于此说明如下。当光束L穿透微透镜阵列MLA后，由曲面CS入射棱镜120d，光束L被表面S1反射后传递至表面S2d，并被表面S2d反射而穿透棱镜130并传递至光阀140。换言之，于本例中，棱镜的120d具有反射能力的表面S1、S2d均设于光源110的光路下游。后续的光路类似于前述段落，于此不再赘述。
图6为制造本发明实施例的投影装置的制造方法，请参照图6，其主要包括以下步骤。
S100：提供一光源110。
S200：组装一第一棱镜120，使第一棱镜120位于光源110的光路下游，且仅设有一曲面CS，且曲面CS设为光源110的光路的入射面。
S300：组装一第二棱镜130，使第二棱镜130位于第一棱镜130的光路下游。
S400：组装一光阀140，使光阀140位于第二棱镜130的光路下游。
S500：组装一投影镜头150，使投影镜头150位于光阀140的光路下游。
基于上述步骤S100～S500，针对不同实施例的投影装置的光学元件可更搭配相应的制造步骤。比如说，针对图1的投影装置100可更搭配组装反射元件R的步骤，他例以此类推，不以此为限。
综上所述，在本发明实施例的投影装置中，其第一棱镜(或反射元件)仅设有一曲面，故其容易制造。并且，通过第一棱镜(或反射元件)的曲面设置，投影装置可更搭配具有曲面的其他光学元件来改善投影装置的光形，在降低制造难度的同时又可维持良好的光学质量。此外，本发明实施例另提供一种制造上述投影装置的制造方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种投影装置，其特征在于，包括：
光源；
第一棱镜，位于所述光源的光路下游且仅设有曲面，且所述曲面设为所述光源的光路的入射面；
第二棱镜，设于所述第一棱镜的光路下游，且所述第二棱镜在所述光源光路的路径上，都设为平面；
光阀，设于所述第二棱镜的光路下游；以及
投影镜头，设于所述光阀与所述第二棱镜的光路下游。
2.一种投影装置，其特征在于，包括：
光源；
第一棱镜，所述第一棱镜在所述光源的光路上仅设有曲面，且所述第一棱镜的第一反射面与第二反射面，均设于所述光源的光路下游；
第二棱镜，设于所述第一棱镜与光阀的光路之间，且所述第二棱镜的反射面，设于所述光阀的光路下游；以及
投影镜头，设于所述光阀与所述第二棱镜的光路下游。
3.如权利要求1或权利要求2的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括一反射元件，
所述第一棱镜包括彼此相连的所述曲面、第一表面与第二表面，其中所述第一表面面向所述第二棱镜，所述第二表面面向反射元件。
4.如权利要求1或权利要求2的投影装置，其特征在于，
所述第一棱镜包括彼此相连的所述曲面、第一表面与第二表面，其中所述第一表面面向所述第二棱镜，所述第二表面面向所述光源且作为所述光源的入光面，所述曲面上设有反射层。
5.如权利要求1或权利要求2的投影装置，其特征在于，所述曲面包括凸面。
6.如权利要求1或权利要求2的投影装置，其特征在于，所述第一棱镜与所述第二棱镜之间设有间隙。
7.如权利要求1或权利要求2的投影装置，其特征在于，还包括：
楔镜，设置于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的光路上。
8.如权利要求1或2的投影装置，其特征在于：
至少一透镜，设置于所述微透镜阵列与所述第一棱镜的光路上。
9.一种投影装置，其特征在于，包括：
光源；
第一棱镜，位于所述光源的光路下游，且所述第一棱镜在所述光源光路的路径上，都设为平面；
第二棱镜，设于所述第一棱镜的光路下游，且所述第二棱镜在所述光源光路的路径上，都设为平面，其中所述第一棱镜与所述第二棱镜之间设有间隙；
反射元件，具有反射曲面；
光阀，设于所述第二棱镜的光路下游；以及
投影镜头，设于所述光阀与所述第二棱镜的光路上，
其中所述第一棱镜具有彼此相连的第一表面、第二表面与入光面，所述第一表面面向所述第二棱镜，所述第二表面面向所述反射曲面，且所述入光面面向所述光源。
10.一种投影装置的制造方法，其特征在于，包括：
提供光源；
组装第一棱镜，使所述第一棱镜位于所述光源的光路下游，且所述第一棱镜仅设有曲面，且所述曲面设为所述光源的光路的入射面；
组装第二棱镜，使所述第二棱镜位于所述第一棱镜的光路下游；
组装光阀，使所述光阀位于所述第二棱镜的光路下游；以及
组装投影镜头，使所述投影镜头位于所述光阀的光路下游。
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