TWI470273B - 鏡頭模組及具有鏡頭模組的投影裝置及取像裝置 - Google Patents

Description

鏡頭模組及具有鏡頭模組的投影裝置及取 像裝置

本發明是關於一種鏡頭模組及具有鏡頭模組的投影裝置及取像裝置。

於一習知的數位光處理投影裝置中，發光二極體發出的光線通過合光模組及照明透鏡組後入射至一數位微鏡裝置。數位微鏡裝置係利用多個微鏡片來反射光線，經由微鏡片的擺動改變傾斜角度，可將光線反射至投影鏡頭後投射至屏幕。由於數位微鏡裝置擺動角度及其他設計參數上的限制，於數位微鏡裝置的暫態(temporary state)或暗態(off state)下，部分光線會透過投影鏡頭投射至屏幕形成雜散光，造成顯示對比度下降的問題。

美國專利公告號US6637894揭露一種減少雜散光產生的設計。如圖9所示，投影光學系統100中的孔徑光欄102設置於第一透鏡群104與第二透鏡群106之間，且孔徑光欄102具有利用機構件所形成的遮擋部102a，以遮擋由空間光調制器108反射的光線中的不必要部分，藉以提高顯示對比度。其他的習知設計例如美國專利公開號US20090046381中揭露具有開口的孔徑單元以遮擋入射至透鏡的雜散光，美國專利公告號US6773120揭露一種具有貓眼孔徑的光學投影 系統，藉由貓眼孔徑控制入射至數位微鏡裝置的入射光角度，可獲得阻擋雜散光的效果。

本發明提供一種具低製造成本及高設計自由度的鏡頭模組與具有該鏡頭模組的投影裝置及取像裝置。

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。為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提供一種投影裝置，包含影像產生單元以及鏡頭模組。影像產生單元用以提供影像光束，且影像光束具有預定遮蔽部分。鏡頭模組設置於影像光束的傳遞路徑上且包含設置於物側與像側之間的透鏡群。透鏡群包含多個透鏡，其中多個透鏡的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光區，且遮光區位於預定遮蔽部分的傳遞路徑上。

於一實施例中，預定遮蔽部分包括繞射光線。

於一實施例中，遮光區直接形成於透鏡的部分表面，例如遮光區可包含形成於透鏡部分表面的轉印區塊、塗墨區塊及貼附於透鏡的部分表面的遮光片的至少其中之一。

於一實施例中，遮光區實質上形成於透鏡的至少一邊緣區域。

於一實施例中，鏡頭模組更包含孔徑光欄，孔徑光欄設置於物側與像側之間，且遮光區形成於所有透鏡中鄰近孔徑光欄的透鏡。

於一實施例中，投影裝置更包含照明單元，影像產生單元為光閥，光閥設置於照明單元所提供的照明光束的傳遞路徑上，以將照明光束轉換為影像光束。

於一實施例中，影像產生單元為一數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)，其中於數位微鏡裝置的亮狀態下，影像光束通過透鏡群所造成的光強度損失可小於30%。

本發明之另一實施例提供一種鏡頭模組，鏡頭模組用以接收影像光束且包含設置於物側與像側之間的透鏡群。影像光束具有預定遮蔽部分，透鏡群包含多個透鏡，其中多個透鏡的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光區，且遮光區位於預定遮蔽部分的傳遞路徑上。

本發明之另一實施例提供一種取像裝置，包含鏡頭模組以及感光單元。感光單元用以接收影像光束，該影像光束具有預定遮蔽部分，且鏡頭模組設置於影像光束的傳遞路徑上並包含設置於物側與像側之間的透鏡群，透鏡群包含多個透鏡，該些透鏡的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光區，遮光區位於預定遮蔽部分的傳遞路徑上。

於一實施例中，感光單元可為電荷耦合元件及互補式金氧半導體的至少其中之一。

綜上所述，本發明的實施例至少具有下列其中一個優點：在本發明的上述實施例中，可於鏡頭模組的透鏡的表面上形成遮光區，使得影像光束中之預定遮蔽部分可被有效地遮擋，進而使應用此鏡頭模組的投影裝置的投影品質或取像裝置的取像品質獲得提升。此外，藉由上述各個實施例的設計，因為遮光區可直接形成於鏡頭模組的至少一透鏡表面上，故不需習知設計額外設置的遮光機構件，如此不僅可減少整體的構件數量、成本且可提高設計自由度。

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。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用 語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1為依本發明一實施例的投影裝置的示意圖。如圖1所示，投影裝置10包含照明單元12、影像產生單元14以及鏡頭模組20。影像產生單元14接收來自照明單元12的照明光束I並將照明光束I調變為影像光束IM，鏡頭模組20設置於影像光束IM的傳遞路徑以投射出影像光束IM。影像產生單元14例如可為光閥，舉例而言，影像產生單元14可為如圖2所示的數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)14a。圖3為依本發明一實施例的鏡頭模組的示意圖，本實施例的鏡頭模組20可包含設置於物側與像側之間的透鏡群22，其中透鏡群22可由多個透鏡22a-22e所構成，且孔徑光欄24位於透鏡22c與透鏡22d之間。此外，圖3的鏡頭模組20中是以進一步設置孔徑光欄24為例，但本發明並非限定必需設置孔徑光欄。

關於數位微鏡裝置14a的作動方式，重回圖2所示，於一實施例中，數位微鏡裝置14a可由起始的平面狀態(Flat state)朝一軸向偏轉12°之後，再朝另一軸向進行±12°的偏移以處於亮態(On state)或暗態(Off state)，進而於亮態下可得到17°之入射角，並可使入射光行進方向與亮態、暫態(Temporary state)與暗態下的反射光行進方向不位在同一光軸上。然而數位微鏡裝置14a的作動方式並不限定上述實施例，舉例來說，數位微鏡裝置14a也可 由起始的平面狀態直接進行±12°的偏移以處於亮態或暗態。

承上述，本實施例可針對數位微鏡裝置14a於暫態或暗態下的光線進行遮蔽，以提升顯示畫面的對比度。具體而言，圖4A與圖4B分別顯示亮態下與暫態下數位微鏡裝置於透鏡群的其中之一透鏡所形成的光斑分佈，圖5為遮光區於透鏡表面的不同分佈實施例的示意圖。請同時參考圖3、圖4A、圖4B與圖5，假設於亮態下光斑形成於透鏡22a-22e的中央區域且亮度往周緣遞減，並假設於暫態下光斑則通常形成於透鏡22a-22e的邊緣區域，本實施例利用於透鏡22a-22e的至少其中之一的部分表面形成遮光區P，以遮擋影像光束IM中預定遮蔽部分(例如圖4B中暫態下形成於透鏡22a-22e之邊緣區域的光斑)，進而達到遮蔽雜散光的效果。換句話說，如圖5所示，假設非亮態(例如暫態或暗態)下光斑形成於透鏡22a-22e的邊緣區域，則遮光區P可形成於透鏡22a-22e的至少其中之一的邊緣區域以遮擋雜散光。然而，圖3中形成於透鏡22c的遮光區P為用以方便說明的其中一實施例，並非限制本發明之遮光區的位置與數量，遮光區P的位置主要位於影像光束IM中的預定遮蔽部分的傳遞路徑上，故遮光區P的分佈位置、外形及面積可視設計需求而定因而本發明並不限定，例如遮光區P可為非帶狀的 多個區塊。

除此之外，本實施例還可針對投影裝置10中所產生的繞射光線進行遮蔽，如圖6示意出於數位微鏡裝置14a中形成的繞射光斑26，於一實施例中，可於透鏡22a-22e的至少其中之一形成如圖7所繪示的遮光區Q來進行遮蔽，以避免形成繞射光斑俾進一步提高對比度。當然，本發明亦不限定遮光區Q的分佈位置、外形及面積。

於上述各個實施例中，遮光區P、Q例如直接形成於透鏡表面，而透過遮光區P、Q直接形成於透鏡的方式，預定遮蔽部分的位置可被精準定位，進而解決傳統上利用遮擋構件來遮蔽光線所產生之遮擋構件與透鏡之間的對位誤差問題。此外，形成遮光區P、Q的方式並不限定，例如可使用轉印、塗墨等方式直接於透鏡22a-22e的其中之一的部分表面形成遮光區塊，或者貼附遮光片於透鏡22a-22e的其中之一上以形成遮光區亦可。再者，於一實施例中，遮光區P、Q可形成於透鏡群22中鄰近孔徑光欄24的透鏡22c或/及透鏡22d上，但本發明並不限於此，例如遮光區P、Q也可形成於較遠離孔徑光欄24的透鏡22a、22b及22e的至少其中之一。另外，以數位微鏡裝置14a作為影像產生單元14為例，於數位微鏡裝置14a的亮狀態下，遮光區P、Q的面積可設計為使光線通過透鏡群22時因遮光區P、Q所造成的光強度損失小於30% 較佳。

圖8為本發明一實施例的取像裝置示意圖。如圖8所示，取像裝置30包含鏡頭模組20與感光單元32，鏡頭模組20接收來自欲取像之標的物的影像光束IP並形成影像光束IF。感光單元32例如可為電荷耦合元件(Charge-Coupled Device，CCD)、互補式金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等光感測元件，用以感光而將光轉換為數位訊號。於本實施例中，取像裝置30的鏡頭模組20可依據圖3的實施例來加以實施，其實施細節在此不多贅述，如此一來，當鏡頭模組202的遮光區位於影像光束IP中預定遮蔽部分的傳遞路徑上時，可獲得不具雜散光的影像光束IF，以提高取像裝置30之取像對比度的效果。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，藉由鏡頭模組的透鏡群中至少其中之一透鏡的部分表面所形成的至少一遮光區，影像光束中之預定遮蔽部分可被有效地遮擋，進而使應用此鏡頭模組的投影裝置的投影品質或取像裝置的取像品質獲得提升。此外，藉由上述各個實施例的設計，因為遮光區可直接形成於鏡頭模組的至少一透鏡表面上，故不需習知設計額外設置的遮光機構件，如此不僅可減少整體的構件數量、成本且可提高設計自由度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。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。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件的名稱，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10‧‧‧投影裝置

12‧‧‧照明單元

14‧‧‧影像產生單元

14a‧‧‧數位微鏡裝置

20‧‧‧鏡頭模組

22‧‧‧透鏡群

22a-22e‧‧‧透鏡

24‧‧‧孔徑光欄

26‧‧‧繞射光斑

30‧‧‧取像裝置

32‧‧‧感光單元

100‧‧‧投影光學系統

102‧‧‧孔徑光欄

102a‧‧‧遮擋部

104‧‧‧第一透鏡群

106‧‧‧第二透鏡群

108‧‧‧空間光調制器

I‧‧‧照明光束

IF、IM、IP‧‧‧影像光束

P、Q‧‧‧遮光區

圖1為依本發明一實施例的投影裝置的示意圖。

圖2為依本發明一實施例的數位微鏡裝置及其光路的示意圖。

圖3為依本發明一實施例的鏡頭模組的示意圖。

圖4A顯示數位微鏡裝置於亮態下的光斑分佈圖，圖4B顯示數位微鏡裝置於暫態下的光斑分佈圖。

圖5為遮光區於透鏡表面的不同分佈實施例的示意圖。

圖6為繞射光斑的分佈示意圖。

圖7為遮光區於透鏡表面的不同分佈實施例的示意圖。

圖8為本發明一實施例的取像裝置示意圖。

圖9為一習知投影光學系統的示意圖。

10‧‧‧投影裝置

12‧‧‧照明單元

14‧‧‧影像產生單元

20‧‧‧鏡頭模組

I‧‧‧照明光束

IM‧‧‧影像光束

Claims (19)

1. 一種投影裝置，包含：一影像產生單元，用以提供一影像光束，該影像光束具有一預定遮蔽部分；以及一鏡頭模組，設置於該影像光束的傳遞路徑上，該鏡頭模組包含：一透鏡群，設置於一物側與一像側之間，該透鏡群包含多個透鏡，其中該些透鏡的至少其中之一的有效直徑內的部分表面形成至少一遮光區，且該遮光區位於該預定遮蔽部分的傳遞路徑上。
2. 如請求項1所述之投影裝置，其中該預定遮蔽部分包括該影像產生單元所形成的一繞射光線。
3. 如請求項1所述之投影裝置，其中該遮光區直接形成於該些透鏡的至少其中之一的部分表面。
4. 如請求項1所述之投影裝置，其中該遮光區包含形成於該透鏡的部分表面的轉印區塊、塗墨區塊及貼附於該透鏡的部分表面的遮光片的至少其中之一。
5. 如請求項1所述之投影裝置，其中該遮光區實質上形成於該透鏡的至少一邊緣區域。
6. 如請求項1所述之投影裝置，其中該鏡頭模組更包含：一孔徑光欄，設置於該物側與該像側之間，其中該 遮光區形成於該些透鏡中鄰近該孔徑光欄的透鏡。
7. 如請求項1所述之投影裝置，更包含一照明單元，該照明單元用以提供一照明光束，該影像產生單元為一光閥，該光閥設置於該照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換為該影像光束。
8. 如請求項1所述之投影裝置，其中該影像產生單元為一數位微鏡裝置，當該數位微鏡裝置處於亮狀態時，該影像光束通過該透鏡群所造成的光強度損失小於30%。
9. 一種鏡頭模組，包含：一透鏡群，設置於一物側與一像側之間，用以接收一影像光束，該影像光束具有一預定遮蔽部分，且該透鏡群包含：多個透鏡，該些透鏡的至少其中之一的有效直徑內的部分表面形成有至少一遮光區，且該遮光區位於該預定遮蔽部分的傳遞路徑上。
10. 如請求項9所述之鏡頭模組，其中該遮光區直接形成於該些透鏡的至少其中之一的部分表面。
11. 如請求項9所述之鏡頭模組，其中該遮光區包含形成於該透鏡的部分表面的轉印區塊、塗墨區塊及貼附於該透鏡的部分表面的遮光片的至少其中之一。
12. 如請求項9所述之鏡頭模組，其中該遮光區實質 上形成於該透鏡的至少一邊緣區域。
13. 如請求項9所述之鏡頭模組，更包含：一孔徑光欄，設置於該物側與該像側之間，其中該遮光區形成於該些透鏡中鄰近該孔徑光欄的透鏡。
14. 一種取像裝置，包含：一感光單元，用以接收一影像光束，該影像光束具有一預定遮蔽部分；以及一鏡頭模組，設置於該影像光束的傳遞路徑上，且該鏡頭模組包含：一透鏡群，設置於一物側與一像側之間，該透鏡群包含多個透鏡，其中該些透鏡的至少其中之一的有效直徑內的部分表面形成有至少一遮光區，且該遮光區位於該預定遮蔽部分的傳遞路徑上。
15. 如請求項14所述之取像裝置，其中該感光單元為電荷耦合元件及互補式金氧半導體的至少其中之一。
16. 如請求項14所述之取像裝置，其中該遮光區直接形成於該些透鏡的至少其中之一的部分表面。
17. 如請求項14所述之取像裝置，其中該遮光區包含形成於該透鏡的部分表面的轉印區塊、塗墨區塊及貼附於該透鏡的部分表面的遮光片的至少其中之一。
18. 如請求項14所述之取像裝置，其中該遮光區實質上形成於該透鏡的至少一邊緣區域。
19. 如請求項14所述之取像裝置，更包含：一孔徑光欄，設置於該物側與該像側之間，其中該遮光區形成於該些透鏡中鄰近該孔徑光欄的透鏡。