TWI542940B - 光學機構 - Google Patents

Description

光學機構

本發明係有關於一種光學機構，特別是有關於一種以玻璃材質製成的支架來連接偏振分光器及面板的光學機構。

請參閱第1、2圖，其表示一習知的矽基液晶式微投影機所使用的光學機構，該光學機構包括二矽基液晶面板10、二偏振分光片20以及二偏振分光塊30、一塑膠殼體40以及二鏡頭50。矽基液晶面板10、偏振分光片20以及偏振分光塊30係分別安裝於塑膠殼體40，鏡頭50鄰近於偏振分光塊30設置。由於塑膠殼體40的塑膠材質的熱膨脹係數與偏振分光片20以及偏振分光塊30的玻璃材質的熱膨脹係數有較大的差異而且塑膠殼體40的精度均仰賴其射出成形時的精度，再加上組裝時的公差，會導致整體精度產生變異而使投影機的對比與銳利度變差。

另外，近年來，由於穿戴式產品逐漸普及化，而微投影機應用在穿戴式產品也慢慢形成主流；當微投影機應用在穿戴式產品上，為了同時滿足兩隻眼睛，必須有兩台微投影機同時作動，因此兩台微投影機投射光軸的相對精度與穩定性非常重要，但在第1、2圖所示的習知的光學機構中，因兩台微投影機都獨立組裝，因此會有下列的問題：

1.溫度的上升導致兩眼光軸產生變化。

2.因獨立組裝精度不足，而產生兩眼光軸不平行。

3.因溫度上升造成兩個面板畫素偏移，無法堆疊。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種用於微投影機的光學機構，面板、偏振分光片及偏振分光塊安裝於一玻璃材料製成的支架上，同時偏振分光片及偏振分光塊形成長條狀，使多個成像系統對應於一個偏振分光片及一個偏振分光塊，藉此可以降低多個成像系統之間精度的差異，提高成像的品質。

本發明的光學機構的一較佳實施例包括一支架、一第一偏振分光器、一第二偏振分光器、複數個面板以及複數個鏡頭，第一偏振分光器連接於該支架的一第一側，第二偏振分光器連接於該支架的一第二側，並具有一第一分光面以及一出光面，該等面板係鄰近於該第一偏振分光器設置，該等鏡頭係鄰近於該第二偏振分光器設置，並對應於該等面板，其中光線通過該第一偏振分光器後由該等面板反射而分別產生複數個影像光線，該等影像光線由該第一偏振分光器反射後進入該第二偏振分光器，並通過該出光面而由該等鏡頭投射而產生至少一影像，該等影像光線中的至少一影像光線由該第一分光面反射後由該等鏡頭中的至少一鏡頭投射。

在上述較佳實施例中，該第一側與該第二側為該支架的相對側。

在上述較佳實施例中，該第一偏振分光器為偏振分光片(polarization beam split plate，PBS plate)。

在上述較佳實施例中，該第二偏振分光器為偏振分光塊(polarization beam split cube，PBS cube)。

在上述較佳實施例中，該面板為矽基液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCoS Panel)。

在上述較佳實施例中，該支架的材質為玻璃。

在上述較佳實施例中，該支架的材質為浮法玻璃(Borofloat glass)。

本發明的光學機構的另一較佳實施例包括一第一偏振分光器、僅一第二偏振分光器、複數個面板以及至少一鏡頭。該第二偏振分光器具有一出光面，該等鏡頭係對應於該等面板並對應於該出光面，其中光線通過該第一偏振分光器後由該等面板反射後分別產生複數個影像光線，該等影像光線由該第一偏振分光器反射後進入該第二偏振分光器，並通過該出光面而由該鏡頭投射而產生至少一影像。

上述較佳實施例包括複數個鏡頭，其中該等影像光線通過該出光面而由該等鏡頭分別投射而產生至少一影像。

在上述較佳實施例中，該等鏡頭相對於該第二偏振分光器係水平或垂直排列。

在上述較佳實施例中，該第二偏振分光器係呈長條狀。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例並配合所附圖式作詳細說明。

10‧‧‧矽基液晶面板

20‧‧‧偏振分光片

30‧‧‧偏振分光塊

40‧‧‧塑膠殼體

50‧‧‧鏡頭

110‧‧‧面板

120‧‧‧第一偏振分光器

130‧‧‧第二偏振分光器

131‧‧‧第一分光面

132‧‧‧出光面

133‧‧‧第二分光面

135‧‧‧第一入光面

137‧‧‧第二入光面

139‧‧‧第三入光面

140‧‧‧支架

142‧‧‧第一側

144‧‧‧第二側

146‧‧‧第三側

150‧‧‧鏡頭

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧影像光線

第1圖為習知的微投影機的光學機構的立體圖。

第2圖為習知的微投影機的光學機構的立體圖。

第3圖為本發明的微投影機的光學機構的一實施例的立體 圖。

第4圖為第3圖所示的實施例的光路示意圖。

第5A~5D圖表示本發明的光學機構中的鏡頭與第二偏振分光器不同的配置方式。

請參閱第3、4圖，其表示本發明的微投影機的光學機構的立體圖。本發明的微投影機的光學機構包括二個面板110、一第一偏振分光器120、一第二偏振分光器130、二支架140以及二鏡頭150。每一個支架140具有相對設置的一第一側142以及一第二側144，第一偏振分光器120結合於支架140的第一側142，第二偏振分光器130結合於支架140的第二側144，面板110鄰近於第一偏振分光器120設置，鏡頭150鄰近於第二偏振分光器130設置，第二偏振分光器130具有一第一分光面131以及一出光面132，鏡頭150係對應出光面132設置。

來自一光源(未圖示)的光線L1穿過第一偏振分光器120後抵達二個面板110並由二個面板110反射而形成二個影像光線L2，該二個影像光線L2再經由第一偏振分光器120反射後進入第二偏振分光器130，並由第二偏振分光器130的第一分光面131反射後自出光面132出光，並分別經由該二個鏡頭150投射而產生二個影像，此二個影像例如可分別提供給人體的左眼與右眼觀看。

在本實施例中，支架140係由玻璃材質製成，例如由浮法玻璃(Borofloat glass)製成，浮法玻璃的線性熱膨脹係數為4 x 10^-6/℃。第一偏振分光器120為偏振分光片(polarization beam split plate，PBS plate)，第二偏振 分光器130為偏振分光塊(polarization beam split cube，PBS cube)，面板110為矽基液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCoS Panel)。

本發明的光學機構，由於使用玻璃材質製成支架140，其熱膨脹係數與其所結合的第一偏振分光器120及第二偏振分光器130接近，可避免由於熱膨脹係數不同所造成的結構上的變形。另外，由於玻璃材料可採用研磨製程，可以達到比習知的使用塑膠射出成型的殼體更高的精度，而且第一偏振分光器120及第二偏振分光器130組裝於塑膠射出機構件時，又會有另一次的組裝公差，而本發明的玻璃材質製成支架140可以直接與第一偏振分光器120及第二偏振分光器130的承靠面接合，避免組裝公差。

另外，第一偏振分光器120及第二偏振分光器130的精度在成像系統中非常重要，其歪斜會影響像面傾斜以及MTF的低落，在第1、2圖所示的習知的使用兩顆偏振分光器系統的投影機系統中，通常偏振分光器為獨立製作與組裝，因此其兩偏振分光器間的精度差異會造成光軸的不平行。本發明的光學機構中僅使用一個第一偏振分光器120及一個第二偏振分光器130，所有的成像系統均一併對應於同一第一偏振分光器120及第二偏振分光器130，如此不會有因相對精度不同而造成光軸的不平行的問題。

第5A~5D圖表示本發明的光學機構中的鏡頭150與第二偏振分光器130不同配置方式的實施例。如第3圖所示，第二偏振分光器130呈長條狀，第5A圖表示從第3圖的第二偏振分光器130的上方觀看，三個鏡頭150相對於第二偏振分光器130呈水平排列，即沿著第二偏振分光器130的縱長方向排列，來自三個面板110的影像光線分別由第二偏振分光器130反射，然後由三個鏡頭150投射出三個影像。第5B圖表示本發明的光學機構的另一 實施例從第二偏振分光器130的側面觀看，二個鏡頭150呈垂直排列，在此構造中，面板110可設置於第二偏振分光器130的上下兩側，由面板110反射的影像光線分別經由第二偏振分光器130的第一分光面131與第二分光面133反射而由垂直排列的上下兩個鏡頭150投射出兩個影像。第5C圖表示本發明的光學機構的另一實施例從第二偏振分光器130的側面觀看，三個鏡頭150呈垂直排列，三個面板110可以分別設置在第二偏振分光器130的上方、側方以及下方，由面板110反射的影像光線分別經由第二偏振分光器130的第一分光面131與第二分光面133反射以及不經由反射而分別由垂直排列的上下三個鏡頭150投射出三個影像。第5D圖表示本發明的光學機構的另一實施例，在本實施例中，只使用一個鏡頭150，二個面板110可以分別設置在第二偏振分光器130的相鄰兩側，由面板110反射的影像光線分別經由第二偏振分光器130的第一分光面131反射以及不經由反射而均經由鏡頭150投射出影像。因此本實施例中，多個成像系統建構在同一個偏振分光器上，不需要整台光機進行調整、對位且可以做水平及垂直延伸。

本發明雖以實施例揭露如上，然其非用以限定本發明的範圍，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。

110‧‧‧面板

120‧‧‧第一偏振分光器

130‧‧‧第二偏振分光器

132‧‧‧出光面

140‧‧‧支架

142‧‧‧第一側

144‧‧‧第二側

150‧‧‧鏡頭

Claims (12)

1. 一種光學機構，包括：一支架；一第一偏振分光器，連接於該支架的一第一側；一第二偏振分光器，連接於該支架的一第二側，並具有一第一分光面以及一出光面；複數個面板，鄰近於該第一偏振分光器設置；以及複數個鏡頭，鄰近於該第二偏振分光器設置，並對應於該等面板，其中光線通過該第一偏振分光器後由該等面板反射而分別產生複數個影像光線，該等影像光線由該第一偏振分光器反射後進入該第二偏振分光器，並經由該出光面而自該等鏡頭分別投射而產生至少一影像，該等影像光線中的至少一影像光線由該第一分光面反射後通過該出光面而由該等鏡頭中的至少一鏡頭投射。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學機構，其中該第一側與該第二側為該支架的相對側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學機構，其中該第一偏振分光器為偏振分光片(polarization beam split plate，PBS plate)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學機構，其中該第二偏振分光器為偏振分光塊(polarization beam split cube，PBS cube)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學機構，其中該面板為矽基液晶面板(liquid crystal on silicon panel，LCoS Panel)。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之光學機構，其中該支架的材質 為玻璃。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學機構，其中該支架的材質為浮法玻璃(Borofloat glass)。
8. 一種光學機構，包括：至少一第一偏振分光器；僅一第二偏振分光器，具有一出光面；複數個面板；以及至少一鏡頭，對應於該等面板並對應於該出光面，其中光線通過該第一偏振分光器後由該等面板反射後分別產生複數個影像光線，該等影像光線由該第一偏振分光器反射後進入該第二偏振分光器，並通過該出光面而由該鏡頭投射而產生至少一影像。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學機構，其包括複數個鏡頭，其中該等影像光線通過該出光面而由該等鏡頭分別投射而產生至少一影像。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學機構，其中該等鏡頭相對於該第二偏振分光器係水平排列。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學機構，其中該等鏡頭相對於該第二偏振分光器係垂直排列。
12. 如申請專利範圍第10或11項所述之光學機構，其中該第二偏振分光器係呈長條狀。