TW201814353A - 光路調整裝置 - Google Patents

Abstract

一種光路調整裝置，包含一外框、一光學元件、一線圈組及一控制機件。光學元件設於外框內，線圈組繞設於光學元件外，且線圈組具有實質上沿光學元件法線方向疊設的複數層線圈。控制機件搭設於光學元件與外框之間。

Description

光路調整裝置

本發明關於一種光路調整裝置。

近年來，各種影像顯示技術已廣泛地應用於日常生活上。於一影像顯示裝置中，例如可設置一光路調整裝置改變光線於裝置內的行進光路，以提供例如提高成像解析度、改善畫面品質等各種效果。然而，習知光路調整裝置的構件數目、重量、體積均較大，難以進一步微型化。因此，亟需一種結構簡單、可靠度高且可大幅減少重量及體積的光路調整裝置設計。

本發明的其他目的和優點可以從本發明實施例所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

本發明一實施例提出一種光路調整裝置，包含一外框、一光學元件、一線圈組及一控制機件。光學元件設於外框內，線圈組繞設於光學元件外，且線圈組具有實質上沿光學元件法線方向疊設的複數層線圈。控制機件搭設於光學元件與外框之間。

藉由本發明實施例的設計，因致動組件的至少部分結構可直接設置於作動件上，可大幅減少光路調整裝置整體的體積、重量及元件數，故利於將光路調整裝置小型化或薄型化以搭配各種微型電子裝置。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和 優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100‧‧‧光路調整裝置

110‧‧‧作動件

112‧‧‧鏡片

112a、112b‧‧‧固定孔

116‧‧‧凹槽

120‧‧‧致動組件

122‧‧‧線圈組

122a‧‧‧線圈

124‧‧‧磁鐵

130‧‧‧連接件

130a‧‧‧頸部

132、134‧‧‧板簧

132a、132b、134a、134b‧‧‧固定孔

132d、134d‧‧‧連接部

140‧‧‧框體

140a、140b‧‧‧固定孔

150‧‧‧壓電元件

200‧‧‧光路調整裝置

210‧‧‧作動件

212‧‧‧鏡片

214‧‧‧鏡片座

214a、214b‧‧‧固定孔

216‧‧‧凹槽

220‧‧‧致動組件

222‧‧‧線圈組

224‧‧‧磁鐵

230‧‧‧連接件

232‧‧‧板簧

232a、232b、232c、232d‧‧‧固定孔

232e‧‧‧環型部

232f、232g‧‧‧延伸部

240‧‧‧框體

240a、240b‧‧‧固定孔

300‧‧‧光學裝置

310‧‧‧照明系統

312‧‧‧光源

314‧‧‧光束

314a‧‧‧子影像

316‧‧‧色輪

317‧‧‧集光柱

318‧‧‧鏡片組

319‧‧‧內部全反射稜鏡

320‧‧‧數位微鏡裝置

330‧‧‧投影鏡頭

340‧‧‧光路調整裝置

400‧‧‧螢幕

A‧‧‧旋轉軸

M‧‧‧初始位置

N‧‧‧法線方向

P、Q‧‧‧旋轉方向

θ‧‧‧角度

W‧‧‧長寬比

X‧‧‧長度

Y‧‧‧寬度

圖1為本發明一實施例之光路調整裝置的構件分解圖。

圖2為圖1之光路調整裝置於組裝後的示意圖。

圖3為本發明一實施例之作動件的致動狀態示意圖。

圖4為本發明另一實施例之光路調整裝置的構件分解圖。

圖5為圖4之光路調整裝置於組裝後的示意圖。

圖6A為本發明一實施例的光路調整裝置的示意圖，圖6B為沿圖6A的A-A’線切割的放大剖面示意圖。

圖7A為本發明另一實施例的光路調整裝置的示意圖，圖7B為沿圖7A的B-B’線切割的放大剖面示意圖。

圖8為本發明一實施例的線圈容置結構型態的示意圖。

圖9為說明連接件頸部的長寬比定義的示意圖。

圖10為本發明另一實施例的致動組件的示意圖。

圖11為本發明一實施例的光路調整裝置應用於一光學系統的示意圖。

圖1為本發明一實施例之光路調整裝置的構件分解圖。如圖1所示，光路調整裝置100包含一作動件110、一致動組件120、一連接件130及一框體或外框140，於本實施例中，作動件110為一可偏折光線的光學元件例如一鏡片112，於另一實施例中，光學元件 例如可以為一透鏡(Lens)或一反射鏡(Mirror)，致動組件120例如可為包含線圈組122及磁鐵124的電磁感應組件，且連接件130例如可為兩個具彈性恢復力的板簧132、134。板簧132的兩端可具有固定孔132a、132b，板簧134的兩端可具有固定孔134a、134b，鏡片112的兩端可設置固定孔112a、112b，且框體140的兩端可設置固定孔140a、140b。於一組裝實施例中，框體140圈設於作動件110外，磁鐵124可固定於框體140，線圈組122可繞設於鏡片112外且例如可繞設於鏡片112的周緣，板簧132的一端可經由位置對應的固定孔132a、112a藉由例如螺絲(未圖示)的固定件固定至鏡片112，板簧132的另一端可經由位置對應的固定孔132b、140a固定至框體140，使板簧132搭接於鏡片112與框體140之間。再者，板簧134的一端可經由位置對應的固定孔134a、112b藉由例如螺絲(未圖示)的固定件固定至鏡片112，板簧134的另一端可經由位置對應的固定孔134b、140b固定至框體140，使板簧134搭接於鏡片112與框體140之間。組裝後的光路調整裝置100如圖2所示。因此，搭接於鏡片112兩端的板簧132、134的連線方向可實質重合作動件110的旋轉軸A，鏡片112可以旋轉軸A為中心順時針或逆時針轉動，亦即鏡片112可以旋轉軸A為準往復扭動。如圖3所示，於一實施例中，線圈組122及磁鐵124間的電磁力可讓鏡片112以旋轉軸A為中心由初始位置M沿旋轉方向P轉動一角度θ，且板簧132、134的恢復力可將鏡片112沿相反的旋轉方向Q旋轉回初始位置M，於另一實施例中，線圈組122及磁鐵124間可以施加另一電磁力協助板簧132、134的恢復力將鏡片112沿相反的旋轉方向Q旋轉回初始位置M，因此鏡片112可往復擺動至不同位置以將入射光偏折至不同方向，獲得調整或變化光線行進光路的效果。於一實施例中，作動件的轉動角度θ範圍可為 0.1-1度，較佳範圍為0.2-0.5度，且例如可為0.32度。藉由本發明實施例的光路調整裝置調整或變化光路，可視實際需求產生不同的效果，例如可用以提升投影解析度、提高影像品質(消除暗區、柔和化影像邊緣)等等而不限定，且光路調整裝置於一待運用裝置(例如顯示裝置、投影裝置等等)中的設置位置及配置方式亦完全不限定。再者，上述實施例的電磁感應組件僅需能產生驅動作動件110的效果即可，其組成構件並不限定，於另一實施例中，例如亦可用另一線圈組作為一磁性體取代磁鐵，設於框體140的另一線圈組同樣可與繞設於作動件110上的線圈組產生電磁力以驅動作動件110。另外，於本發明之各個實施例中，作動件的作動形式並不限定，作動件例如可為轉動件、振動件或連動件等。再者，連接件僅需具有發生形變後當外力撤消時能朝恢復原來大小和形狀的方向變化的性質，例如可至少略具彈性或撓性即可，連接件的種類完全不限定。本發明實施例中的板簧的外形並不限定，請再參考圖1，於一實施例中，板簧132連接至框體140的連接部132d可實質垂直板簧134連接至框體140的連接部134d但不限定。於另一實施例中，連接部132d可實質平行連接部134d但不限定。再者，於一實施例中，每一個非平面板簧132或134可具有夾有一角度的兩個面，於另一實施例中，每一個非平面板簧132或134可具有彼此實質垂直(約90度夾角)的兩個面，使板簧132、134運動時的旋轉中心可實質重合鏡片112的質心但不限定。

藉由上述實施例的設計，因致動組件的至少部分結構(例如線圈組)直接設置於可偏折光線的光學元件上，故可大幅減少光路調整裝置整體的體積、重量及構件數目，因此可簡化整體結構提高可靠度，且有利於微型化或薄型化以便於搭配各種微型電子裝置。

圖4為本發明另一實施例之光路調整裝置的構件分解 圖，圖5為圖4之光路調整裝置於組裝後的示意圖。如圖4及圖5所示，於本實施例中，光路調整裝置200的作動件210例如可包含一鏡片212及容置鏡片212的一鏡片座214，致動組件220例如可為包含線圈組222及磁鐵224的電磁感應組件，線圈組222可繞設於鏡片座214上且例如可繞設於鏡片座214的周緣，且磁鐵224可固定於框體240。連接件230例如可為由鏡片座214的一端橫跨至另一端的一體成型的板簧232。板簧232的外形並不限定，於本實施例中，板簧232具有一環型部232e及由環型部232e朝作動件210兩端延伸的二延伸部232f、232g，且二延伸部232f、232g的延伸方向可實質重合旋轉軸A。板簧232的兩端可具有固定孔232a、232b、232c、232d，鏡片座214的兩端可分別設置固定孔214a(對應固定232b)及固定孔214b(對應固定孔232c)，且框體240的兩端可分別設置固定孔240a(對應固定孔232a)及固定孔240b(對應固定孔232d)。藉由例如螺絲(未圖示)的固定件經由這些對應的固定孔進行固定，可將一體成型的板簧232搭設於鏡片座214與框體240之間。板簧232的延伸方向實質重合作動件210的旋轉軸A，作動件210(鏡片212連同鏡片座214)可以旋轉軸A為中心順時針或逆時針轉動，且板簧232的恢復力可將作動件210沿相反的旋轉方向旋轉回初始位置，於另一實施例中，線圈組222及磁鐵224間可以施加另一電磁力協助板簧232的恢復力將作動件210沿相反的旋轉方向旋轉回初始位置，因此作動件210可往復擺動至不同位置，以讓鏡片212將入射光偏折至不同方向，獲得調整或變化光線行進光路的效果。

藉由上述實施例的設計，因致動組件的至少部分結構(例如線圈組)直接設置於作動件的鏡片座上，可大幅減少光路調整裝置整體的體積、重量及元件數，故利於將光路調整裝置小型化或薄型 化以搭配各種微型電子裝置。

圖6A為本發明一實施例的光路調整裝置的示意圖，圖6B為沿圖6A的A-A’線切割的放大剖面示意圖。如圖6A所示，線圈組122具有實質上沿鏡片112的法線方向N疊設的複數層線圈122a，以例如可縮減線圈組122的佈線平面的所佔面積，且線圈組122可圈繞出一範圍，而例如板簧132、134的控制機件或傳動機件可位於線圈組122所圈繞出的範圍之外，藉以例如可降低作動件210於作動時與其他元件干涉的可能性。如圖6B所示，鏡片112周緣可形成一容置結構以容置線圈組122，於本實施例中，鏡片112周緣可具有相對的一凸部及一凹部而形成一凹槽116，並使鏡片112周緣具有L字型的端面結構，且線圈組122可容置於凹槽116內。圖7A為依本發明另一實施例的光路調整裝置的示意圖，圖7B為沿圖7A的B-B’線切割的放大剖面示意圖。如圖7B所示，於作動件210未被驅動時，鏡片212與磁鐵224實質上位於同一水平面，以節省構件所占空間，鏡片座214的周緣可形成一容置結構以容置線圈組222，於本實施例中，鏡片座214周緣可具有相對的兩個凸部及一凹部而形成一凹槽216，並使鏡片座214周緣具有C字型或U字型的端面結構，且線圈組222可容置於凹槽216內。亦即，容置線圈組的容置結構可為一凹槽，可形成於作動件的不同位置且可具有例如C字型或U字型的不同外型但不限定，僅需能提供容置線圈組的效果即可。當線圈組容置於作動件的容置結構內，可省去線圈組所佔空間而可進一步縮減整體裝置的體積，且可避免線圈組與其他元件的磨損接觸，提高可靠度。再者，線圈容置結構於作動件周緣的配置完全不限定，舉例而言，線圈容置結構可如圖6A所示為連續形成於作動件周緣的連續凹槽，或如圖8所示為形成於作動件210周緣的多個彼此分離的凹槽216。

上述各個實施例的連接件僅為例示，搭設於光學元件與框體之間的連接件可為各種可傳達動力的傳動機件或用以緩衝震動或控制運動的控制機件而不限定，例如彈簧、板簧、線簧、可撓式片狀機件或可撓式葉狀機件等等。再者，例如鏡片的光學元件可設於其他載體上而不限定為鏡片座，且框體可為不同形式外型的框架或外框而不限定。

於一實施例中，線圈組的線徑可小於0.2mm，例如可為0.05mm，且線圈組固定於作動件上的方式並不限定，例如可採用膠合(例如UV點膠或外層漆包線上膠)、熱熔接、套接等方式。再者，於一實施例中，驅動線圈組的功率可小於200mW。

於一實施例中，連接件130的厚度可小於0.5mm，例如厚度可為0.1mm、0.15mm或0.2mm，且連接件130的材質例如可為彈性材料(例如彈簧、板簧、線簧)或金屬材料(例如不銹鋼，鐵，銅、鋁)。再者，因連接件130的頸部130a太細容易折斷且太粗會導致運動不順暢，故連接件130的頸部130a的長寬比W範圍可為0.5-1，一較佳範圍為0.6-0.9，一更佳範圍為0.7-0.8，且例如可為0.75。如圖9所示，頸部130a的長寬比W定義為長度X除以寬度Y(W=X/Y)。

於一實施例中，鏡片的材料可為玻璃、塑膠或鍍上金屬膜的玻璃、塑膠(例如鍍銀或鍍鋁)，且連接件可利用自攻牙、螺帽、熱熔接、或點膠等方式搭接於鏡片或鏡片座上。形成於鏡片上的固定孔若孔徑太小鏡片容易裂開，若孔徑太大則螺絲容易鎖不緊或滑牙，因此於一實施例中，鏡片上的固定孔可為M1.2自攻螺絲孔(孔徑0.85-1.1mm)、M1.6自攻螺絲孔(孔徑1.2-1.4mm)、M1.7自攻螺絲孔(孔徑1.3mm-1.5mm)或M2自攻螺絲孔(孔徑1.5mm-1.8mm)。

框體的材質例如可為金屬(鋁合金、鎂合金等)或塑膠 而不限定。磁鐵的材質可為硬式磁鐵或軟式磁鐵而不限定，例如可為釹鐵硼磁鐵(NdFeB)。因磁鐵若太大會增加佔據空間，磁鐵太小則容易磁力不足，因此磁鐵的一尺寸較佳範圍為14mm×7mm×5mm-0.5mm×0.5mm×0.5mm，例如可為9mm×1.9mm×0.8mm。

於一實施例中，可利用改變螺絲配重、增加質量塊、設置壓板等方式調整作動件的自然頻率，使作動件的自然頻率可大於90Hz以避免共振現象，且較高的自然頻率可提高作動件的反應速度，且可使用較小的致動器即可讓作動件達到預設的旋轉角度。再者，可藉由連接件鎖附磅力控制其運動型態，於一實施例中，連接件的鎖附磅力可為0.5-3kg-mm，一較佳範圍可為0.8-2.5kg-mm，一更佳範圍可為1-2kg-mm。於一實施例中，連接件、鏡片及框體三者可利用相同材質(例如塑膠或金屬)一體成形，或其中兩個組件先一體成形，例如連接件、鏡片先一體成形或者連接件、框體先一體成形後再與其餘元件組合亦可。再者，可將例如橡膠的減震物充填於框體與其他內部構件之間以提供減震效果。

於一實施例中，光路調整裝置的重量可小於5g，例如可為1.6g，且體積可小於40mm x 40mm x 10mm，例如可為21mm x 21mm x 3.6mm。致動組件的驅動頻率可為24Hz-120Hz，且電磁感應組件例如可為一音圈馬達。致動組件的型態並不限定，僅需能獲得驅動作動件使其往復擺動的效果即可。於另一實施例中，如圖10所示，致動組件例如可包含設置於鏡片112的一壓電元件150，透過在壓電元件150上施加電場可使壓電元件150產生壓縮或拉伸變形，意即可將電能轉為機械能以使鏡片112往復擺動達到調整光路效果。

圖11為本發明一實施例的光路調整裝置應用於一光學系統的示意圖。請參照圖11，光學裝置300包括照明系統310、數 位微鏡裝置320、投影鏡頭330以及光路調整裝置340。其中，照明系統310具有光源312，其適於提供光束314，且數位微鏡裝置320配置光束314的傳遞路徑上。此數位微鏡裝置320適於將光束314轉換為多數個子影像314a。此外，投影鏡頭330配置於這些子影像314a的傳遞路徑上，且數位微鏡裝置320係位於照明系統310與投影鏡頭330之間。另外，光路調整裝置340可配置於數位微鏡裝置320與投影鏡頭330之間，例如可以在數位微鏡裝置320和內部全反射稜鏡319之間或是可以在內部全反射稜鏡319和投影鏡頭330之間，且位於這些子影像314a的傳遞路徑上。上述之光學裝置300中，光源312所提供的光束314會依序經過色輪(color wheel)316、集光柱(light integration rod)317、鏡片組318及內部全反射稜鏡(TIR Prism)319。如果光源312是由二極體(LED或雷射)所組成，色輪(color wheel)316也可省略。之後，內部全反射稜鏡319會將光束314反射至數位微鏡裝置320。此時，數位微鏡裝置320會將光束314轉換成多數個子影像314a，而這些子影像314a會依序通過內部全反射稜鏡319及光路調整裝置340，並經由投影鏡頭330將這些子影像314a投影於螢幕400上。於本實施例中，當這些子影像314a經過光路調整裝置340時，光路調整裝置340會改變部分這些子影像314a的傳遞路徑。也就是說，通過此光路調整裝置340的這些子影像314a會投影在螢幕400上的第一位置(未繪示)，另一部份時間內通過此光路調整裝置340的這些子影像314a則會投影在螢幕400上的第二位置(未繪示)，其中第一位置與第二位置係在水平方向(X軸)或/且垂直方向(Z軸)上相差一固定距離。於本實施例中，由於光路調整裝置340能使這些子影像314a之成像位置在水平方向或/且垂直方向上移動一固定距離，因此能提高影像之水平解析度或/且垂直解析度。當然，上述實施例僅為 例示，本發明實施例的光路調整裝置可運用於不同光學系統以獲得不同效果，且光路調整裝置於光學系統中的設置位置及配置方式完全不限定。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

Claims (10)

1. 一種光路調整裝置，包含：一外框；一光學元件，設於該外框內；一線圈組，繞設於該光學元件外，且該線圈組具有實質上沿該光學元件法線方向疊設的複數層線圈；以及一控制機件，搭設於該光學元件與該外框之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光路調整裝置，其中該光學元件係為一鏡片，且該線圈組繞設於該鏡片的周緣。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光路調整裝置，其中該光學元件設於一載體上，且該線圈組繞設於該載體的周緣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光路調整裝置，其中該控制機件為彈簧、板簧、線簧、可撓式片狀機件或可撓式葉狀機件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光路調整裝置，其中該線圈組圈繞出一範圍，且該控制機件位於該圈繞範圍之外。
6. 一種光路調整裝置，包含：一框架；一磁性體，設於該框架上；一連動件，包含一可偏折光線的光學元件，容置於該框架內，其 中於該連動件未被驅動時，該光學元件與該磁性體實質上位於同一水平面；一線圈組，繞設於該連動件上；以及一傳動機件，連接於該連動件與該框架之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光路調整裝置，其中該連動件於被驅動且沿一第一轉動方向旋轉時，該傳動機件施加使該連動件沿相反於該第一轉動方向旋轉的恢復力。
8. 如申請專利範圍第6項所述之光路調整裝置，其中該光學元件係為一鏡片，該連動件包含該鏡片及容置該鏡片的一鏡片座，該線圈組繞設於該鏡片座的周緣，且該磁性體包含磁鐵或線圈。
9. 如申請專利範圍第6項所述之光路調整裝置，其中該傳動機件係為設於該連動件兩端的兩個板簧，各該板簧分別搭接該連動件與該框架，且該兩個板簧的一連線方向實質重合該連動件的一旋轉軸。
10. 如申請專利範圍第6項所述之光路調整裝置，其中該傳動機件係為橫跨該連動件的一板簧，該板簧具有一環型部及由該環型部朝該連動件兩端延伸的二延伸部，且各該延伸部分別搭接該連動件與該框架。