TWI524132B - 投影系統 - Google Patents

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Description

投影系統
本發明有關一種投影系統，尤指一種具有數位微鏡元件的數位光處理投影系統。
現代的數位光處理(digital light processing,DLP)投影系統主要分為有全反射稜鏡(total internal reflection,TIR)以及沒有全反射稜鏡的架構。沒有全反射稜鏡架構的投影系統省略了全反射稜鏡的建制成本，相較於具有全反射稜鏡的投影系統可提高效率以及具有成本上的優勢。然而目前的DLP投影系統因其中的數位微鏡元件(digital micromirror device,DMD)均為12度翻轉的設計，使得DMD前端的光源/光導管以及透鏡組必須以特定的入射角提供光線，而這樣的配置方式造成整個投影系統的設計尺寸較大，且由於透鏡組配置位置的限制，在設計傳統的無全反射稜鏡架構的DLP投影系統時，也必須解決DMD出射光路與透鏡組容易發生干涉的問題。
為了解決上述問題，本發明其中一實施例中提供了一種投影系統，包含有一光源、一光導管、一透鏡組、一數位微鏡元件以及一投影鏡頭。該光源以及該光導管用以沿一第一光路提供一光線。該透鏡組用來放大該光線，並沿一第二光路提供該光線。該透鏡組沿該第二光路將該光線提供至該數位微鏡元件，該數位微鏡元件沿一第三光路反射該光線，其中該數位微鏡元件具有實質上彼此垂直的一第一軸以及一第二軸，該第三光路與一第三軸 實質上平行，且該第三軸分別與該第一軸以及該第二軸實質上垂直。該光線沿該第三光路自該投影鏡頭投射出影像。其中該光源、該光導管以及該透鏡組相對該數位微鏡元件設置以使該第二光路實質上垂直於該第一軸且該第二光路與該第三光路間具有一微鏡光路夾角。
本發明所提供的投影系統中，其中該數位微鏡元件具有複數個微鏡，每一微鏡可沿一第一對角軸實質上轉動12度，並沿一第二對角軸實質上轉動12度，使每一微鏡形成實質上具17度翻轉角度，其中該第一對角軸實質上垂直該第二對角軸。其中第一對角軸以及該第二對角軸分別與該第一軸實質上呈45度夾角。
本發明所提供的投影系統中，其中該微鏡光路夾角實質上介於38.5度與39.5度之間。
本發明所提供的投影系統中，其中該數位微鏡元件的一光斑面積與該光導管的一截面積的比值定義一放大倍率，且該投影系統的該放大倍率實質上為2倍。其中該透鏡組包含一第一透鏡組以及一第二透鏡組，該第一透鏡組以及該第二透鏡組可相對移動而可用來調整該數位微鏡元件的該光斑面積，進而調整該放大倍率，其中該第一光路與該第二光路實質上相同。
本發明所提供的投影系統中，另包含一反射鏡，設置於該第一透鏡組以及該第二透鏡組之間，該反射鏡將沿該第一光路自該第一透鏡組出射之該光線反射至該第二透鏡組，以使該第二透鏡組沿該第二光路將該光線提供至該數位微鏡元件。
本發明的投影系統不需使用全反射稜鏡，可降低成本與提高效 率，同時更可解決透鏡組與投影鏡頭的干涉問題。
1,2‧‧‧投影系統
10‧‧‧光源及光導管
20‧‧‧第一透鏡組
30‧‧‧第二透鏡組
40‧‧‧透鏡組
50‧‧‧數位微鏡元件
52‧‧‧微鏡
60‧‧‧投影鏡頭
70‧‧‧反射鏡
R1‧‧‧第一光路
R2‧‧‧第二光路
R3‧‧‧第三光路
X,Y,Z‧‧‧軸
θ‧‧‧微鏡光路夾角
O1‧‧‧第一對角軸
O2‧‧‧第二對角軸
第1圖以及第2圖為本發明所提供的投影系統一第一實施例的各元件於不同視角的相對位置示意圖。
第3圖為投影系統的數位微鏡元件改變該光線的光路的示意圖。
第4圖為投影系統第二實施例的立體示意圖。
第5圖為投影系統第二實施例沿著X軸的側面示意圖。
第6圖為投影系統第二實施例沿著Z軸的側面示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。
請參考第1圖以及第2圖，其為本發明所提供的投影系統一第一實施例的各元件於不同視角的相對位置示意圖。投影系統1為一種數位光處理(digital light processing,DLP)投影系統，其包含一光源及光導管10、一透鏡組40、一數位微鏡元件(digital micromirror device,DMD)50以及一投影鏡頭60。光源及光導管10沿著一第一光路R1提供一光線，經由透鏡組40放大 後，由透鏡組40沿著一第二光路R2提供該光線至數位微鏡元件50，接著數位微鏡元件50沿著一第三光路R3反射該光線，使該光線沿該第三光路R3自投影鏡頭60投射出影像。在本實施例中，數位微鏡元件50的一光斑面積以及光源及光導管10中的光導管的一截面積的比值定義了一放大倍率，且本發明的投影系統1的該放大倍率實質上為2倍。更具體而言，透鏡組40包含了一第一透鏡組20以及一第二透鏡組30，其中第一透鏡組20的有效焦距在15~18毫米(mm)，第二透鏡組30的有效焦距在30~32毫米(mm)，且第一透鏡組20以及第二透鏡組30彼此之間可相對移動設置，以調整自第二透鏡組30出射的該光線至數位微鏡元件50的該光斑面積，進而調整該放大倍率為2倍。另外，為便於說明，以數位微鏡元件50的水平邊以及垂直邊分別定義為實質上彼此垂直的X軸以及Y軸，而與第三光路R3平行(故而實質上與X軸、Y軸垂直)的方向定義為Z軸。
請參考第3圖，第3圖為投影系統1的數位微鏡元件50改變該光線的光路的示意圖。數位微鏡元件50具有複數個正方形的微鏡52，彼此排列為M列N行的陣列，其中每一微鏡52可沿著一第一對角軸O1實質上轉動12度，且可沿著一第二對角軸O2實質上轉動12度，使每一個微鏡52形成實質上具有17度的翻轉角度(相對於X-Y軸所形成的平面)，其中第一對角軸O1以及第二對角軸O2分別與X軸(以及與Y軸)實質上呈45度夾角，且彼此實質上垂直。相較於僅能沿著單一對角軸轉動12度的微鏡而言，在總面積不變的條件下，數位微鏡元件50的每一個微鏡52均具有更大的翻轉角度，使得其光學擴展量(Etendue，面積x翻轉角度)變大，可自透鏡組40收集到更多的光線以傳遞出去。
由於本發明的投影系統1中的數位微鏡元件50具有17度翻轉角度的微鏡52，使得光源及光導管10以及透鏡組40可相對設置於數位微鏡元 件50的水平邊(X軸)正下方且傾斜提供該光線給數位微鏡元件50，同時投影系統1不需使用全反射稜鏡(total internal reflection,TIR)，更可以達到降低成本與提高效率的目的。更具體而言，如第2圖以及第3圖所示，光源及光導管10以及透鏡組40相對數位微鏡元件50設置後，透鏡組40提供該光線的第二光路R2實質上會垂直於X軸並且與第三光路R3之間具有一微鏡光路夾角θ。在本發明的較佳實施例中，微鏡光路夾角θ實質上介於38.5度與39.5度之間，也就是說透鏡組40在數位微鏡元件50的水平邊(X軸)正下方以38.5度至39.5度斜角傾斜向數位微鏡元件50提供該光線，可解決第二透鏡組30與投影鏡頭60的干涉問題。
在第1圖以及第2圖的第一實施例中，透鏡組40的第一透鏡組20以及第二透鏡組30之間並未對光路進行路徑的改變，因此第一實施例的第一光路R1以及第二光路R2實質上相同。然而本發明並不以此為限，請參考第4圖至第6圖，其為本發明所提供的投影系統一第二實施例的各元件於不同視角的相對位置示意圖。其中第4圖為投影系統第二實施例的立體示意圖，第5圖為投影系統第二實施例沿著X軸的側面示意圖，第6圖為投影系統第二實施例沿著Z軸的側面示意圖。在第二實施例中，與第一實施例相同的元件以相同的編號表示，且此處不再贅述。第二實施例的投影系統2另包含一反射鏡70，設置於透鏡組40的第一透鏡組20以及第二透鏡組30之間，反射鏡70可將沿著第一光路R1自第一透鏡組20出射之該光線反射至第二透鏡組30，以使第二透鏡組30沿第二光路R2將該光線提供至數位微鏡元件50。這樣的設計使得光源及光導管10以及第一透鏡組20可設置於相異於第一實施例的位置，以進一步縮小投影系統2整體的體積，同時仍能維持第一透鏡組20與第二透鏡組30之間的光徑長度。在第二實施例中，反射鏡70分別與第一透鏡組20以及第二透鏡組30呈45度夾角，因此第一光路R1以及第二光路R2彼此垂直，然而本發明不以此為限，第一光路R1以及第二光路R2亦 可透過反射鏡70的適當配置而彼此呈任意一特定夾角。
本發明的投影系統針對具有17度翻轉角度的該數位微鏡元件，設置該光源及光導管以及該透鏡組的位置，使得自該光源及光導管沿著該第一光路所提供的光線，經由該透鏡組放大處理後，沿該第二光路將光線提供至該數位微鏡元件，其中該第二光路實質上垂直於該數位微鏡元件的水平邊，且該第二光路與該數位微鏡元件反射光線的該第三光路間形成該微鏡光路夾角。如此一來，在投影系統中不需使用全反射稜鏡，以達到降低成本與提高效率的目的的同時，更可解決該透鏡組與該投影鏡頭的干涉問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧投影系統
10‧‧‧光源及光導管
20‧‧‧第一透鏡組
30‧‧‧第二透鏡組
40‧‧‧透鏡組
50‧‧‧數位微鏡元件
60‧‧‧投影鏡頭
R1‧‧‧第一光路
R2‧‧‧第二光路
R3‧‧‧第三光路
X,Y,Z‧‧‧軸
θ‧‧‧微鏡光路夾角

Claims (7)

  1. 一種投影系統，包含有：一光源以及一光導管，用以沿一第一光路提供一光線；一透鏡組，用來放大該光線，並沿一第二光路提供該光線；一數位微鏡元件，該透鏡組沿該第二光路將該光線提供至該數位微鏡元件，該數位微鏡元件沿一第三光路反射該光線，其中該數位微鏡元件具有實質上彼此垂直的一第一軸以及一第二軸，該第三光路與一第三軸實質上平行，且該第三軸分別與該第一軸以及該第二軸實質上垂直；以及一投影鏡頭，該光線沿該第三光路自該投影鏡頭投射出影像；其中該光源、該光導管以及該透鏡組相對該數位微鏡元件設置以使該第二光路實質上垂直於該第一軸且該第二光路與該第三光路間具有一微鏡光路夾角，該數位微鏡元件具有複數個微鏡，每一微鏡可沿一第一對角軸實質上轉動12度，並沿一第二對角軸實質上轉動12度，使每一微鏡形成實質上具17度翻轉角度，其中該第一對角軸實質上垂直該第二對角軸。
  2. 如請求項1所述的投影系統，其中第一對角軸以及該第二對角軸分別與該第一軸實質上呈45度夾角。
  3. 如請求項1所述的投影系統，其中該微鏡光路夾角實質上介於38.5度與39.5度之間。
  4. 如請求項1所述的投影系統，其中該數位微鏡元件的一光斑面積與該光導管的一截面積的比值定義一放大倍率，且該投影系統的該放大倍率實質上 為2倍。
  5. 如請求項4所述的投影系統，其中該透鏡組包含一第一透鏡組以及一第二透鏡組，該第一透鏡組以及該第二透鏡組可相對移動而可用來調整該數位微鏡元件的該光斑面積，進而調整該放大倍率。
  6. 如請求項5所述的投影系統，其中該第一光路與該第二光路實質上相同。
  7. 如請求項5所述的投影系統，另包含一反射鏡，設置於該第一透鏡組以及該第二透鏡組之間，該反射鏡將沿該第一光路自該第一透鏡組出射之該光線反射至該第二透鏡組，以使該第二透鏡組沿該第二光路將該光線提供至該數位微鏡元件。
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