TWI765235B - 光路調整機構及其製造方法 - Google Patents

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林志健
張語宸
程冠倫
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Abstract

一種光路調整機構包含承載座、光學元件、外架、基座、第一對傳動機件及第二對傳動機件。光學元件設於承載座上，外架鄰近承載座，且基座鄰近框架。第一對傳動機件連接基座和外架，並定義一第一方向，第二對傳動機件連接承載座和外架，並定義一第二方向。第一對傳動機件都設於承載座的同一側位置，且第一方向不同於第二方向。

Description

光路調整機構及其製造方法
本發明關於一種光路調整機構及其製造方法。
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機構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，習知光路調整機構的構件數目、重量、體積均較大，難以進一步微型化及薄型化。因此，亟需一種結構簡單、可靠度高、可大幅減少重量及體積且利於薄型化的光路調整機構設計。
「先前技術」段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在「先前技術」段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在「先前技術」段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
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。
根據本發明的一個觀點，提供一種光路調整機構包含承載座、光學元件、外架、基座、第一對傳動機件及第二對傳動機件。光 學元件設於承載座上，外架鄰近承載座，外架的一側設有一第一致動器，基座鄰近框架，且基座的一側設有一第二致動器。第一對傳動機件連接基座和外架，並定義一第一方向，第二對傳動機件連接承載座和外架，並定義一第二方向。第一對傳動機件都設於承載座的同一側位置，且第一方向不同於第二方向。
根據本發明的一個觀點，提供一種光路調整機構，包含底座、框架、承載座、第一致動器及第二致動器。框架以第一對可撓件連接基座並構成一第一軸線，承載座以第二對可撓件連接框架並構成一第二軸線，且承載座上設有光學元件。第一致動器，設於第一軸線的一側，第二致動器設於第二軸線的一側，且光路調整機構僅包括上述二個致動器。連接第一對可撓件最外面兩個端點所構成第一軸線的線段，與連結第二對可撓件最外面兩個端點構成第二軸線的線段，兩者不相交。
根據本發明的上述觀點，因第一對可撓件、致動器均設置於光學元件的同一側，因此例如可縮減第二對可撓件的軸線上的長度)。舉例而言，當光路調整機構設於例如投影機的光學模組內時，若光路調整機構的第一對可撓件的軸向為水平方向，則縮減第二對可撓件的軸向長度可獲得縮減光學模組整體高度的效果，達到模組薄型化的目的。
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:光路調整機構
110:承載座
120:基座
130:框架
142:磁鐵座
144:線圈座
152、154:可撓件
160、170:致動器
162、172:線圈
164、174:磁鐵
180:光學元件
190:固定件
192:固定支架
250:壓電元件
260:投影鏡頭
310:照明系統
312:光源
312R、312G、312B:發光二極體
314:光束
314a:子影像
316:合光裝置
317:蠅眼透鏡陣列
318:透鏡組
319:內部全反射稜鏡
320:數位微鏡裝置
350:螢幕
400、410:光學裝置
P、Q:軸線
M、N、S、T:端點
圖1A及圖1B為本發明一實施例之光路調整機構於不同視角下的立體示意圖。
圖2為本發明一實施例之光路調整機構的平面示意圖。
圖3為本發明另一實施例的致動器的示意圖。
圖4為本發明一實施例的光路調整機構應用於一光學裝置的示意圖。
圖5為本發明另一實施例的光路調整機構應用於一光學裝置的示意圖。
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。
下述實施例中之揭露內容揭示一種光路調整機構，其可運用於不同光學系統(例如顯示裝置、投影裝置等等)以調整或變化光路俾提供例如提升成像解析度、提高影像品質(消除暗區、柔和化影像邊緣)等效果而不限定，且光路調整機構於光學系統中的設置位置及配置方式完全不限定。
圖1A及圖1B為本發明一實施例之光路調整機構於不同視角下的立體示意圖。如圖1A所示，光路調整機構100可包含一承載座110、一基座120、一框架130、一第一對可撓件152及一第二對可撓件154。於本實施例中，框架130鄰近基座120且設於基座120外圍，且第一對可撓件152連接基座120和框架130並定義出一第一方向(第一軸線P延伸方向)，框架130鄰近承載座110並設於承載座110外圍，第二對可撓件154連接承載座110和框架130並定義出一第二方向(第二軸線Q延伸方向)，且第一方向不同於第二方向，例如 第一方向可如圖1A所示垂直第二方向但不限定。於本實施例中，基座120可藉由螺絲或插銷的固定件190連接並固定至一固定支架192，且承載座110、基座120、框架130、第一對可撓件152及第二對可撓件154可位於實質相同的一水平高度且例如可為同一片狀彈性件所構成，但本發明不限定於此。再者，光路調整機構100可包含一光學元件180，光學元件180可設在承載座110且例如可為一鏡片，鏡片僅需能提供偏折光線的效果即可，其形式及種類並不限定，例如可為一透鏡(Lens)或一反射鏡(Mirror)。如圖1B所示，光路調整機構100另包含設於背側的致動器160及致動器170，於本實施例中，致動器160可設於基座120的一側且例如可包括線圈162及磁鐵164，致動器170可設於框架130的一側且例如可包括線圈172與磁鐵174，磁鐵164、174可固定於一磁鐵座142，線圈162可設於線圈座144，且另一線圈172可設於光學元件180上。請再參考圖1A，致動器160於通電時產生的磁吸力或磁斥力可使光學元件180連同框架130以第一對可撓件構成的第一軸線P為軸心往復擺動，且致動器170於通電時產生的磁吸力或磁斥力可使光學元件180連同承載座110以第二對可撓件154構成的第二軸線Q為軸心往復擺動。再者，因第一對可撓件152、第二對可撓件154可作為轉軸傳遞使光學元件180擺動的動力，故第一對可撓件152、第二對可撓件154亦可分別視為一傳動機件。
如圖2所示，連接於基座120和框架130之間的第一對可撓件152例如可平行X軸方向，且連接於承載座110和框架130之間的第二對可撓件154例如可平行Y軸方向，致動器160於通電時產生的磁吸力或磁斥力可作用於框架130，使框架130連同光學元件180以第一對可撓件152(X軸方向)為軸心往復擺動。同理，致動器 170於通電時產生的磁吸力或磁斥力可作用於承載座110的一端，使承載座110光連同光學元件180以第二對可撓件154(Y軸方向)為軸心往復擺動。因此光學元件180可以產生兩個不同軸向上的擺動角度範圍，往復擺動或轉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。舉例而言，光學元件180可於兩個不同軸向上快速擺動而相對基座120產生四個不同的傾斜位置，因此原本入射至光學元件180的一畫素影像，被於四個不同傾斜位置快速變換的光學元件180偏折後可產生四個畫素影像，獲得將畫素解析度提高至4倍的效果。藉由本發明實施例的光路調整機構調整或變化光路，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。請再參考圖2，於本實施例中，所有致動器160、170可均設置於光學元件180(或承載座110)的同一側(圖2例示為左側)，第一對可撓件152可僅設於光學元件180(或承載座110)的同一側(圖2例示為左側)，第二對可撓件154則可設於承載座110的兩對側，但本發明不限於此。再者，於本實施中，第一對可撓件152的軸線的兩側中的僅其中一側設有致動器(致動器160)，第二對可撓件154的軸線的兩側中的僅其中一側設有致動器(致動器170)，且可撓件152、154配置使連接第一對可撓件152的線段(最外面的端點M與端點N的連線)與連接第二對可撓件154的線段(最外面的端點S與端點T的連線)不相交，但本發明不限於此。
藉由上述實施例的設計，因第一對可撓件152、致動器160、170均設置於光學元件的同一側，因此可縮減另一方向上的長度，例如可縮減圖2所示的第二對可撓件154的軸線方向上的長度H)。因此，舉例而言，當光路調整機構100設於例如投影機的光學模組內時， 若光路調整機構100的第一對可撓件152的軸線方向為水平方向，則縮減第二對可撓件154的軸向長度H可獲得縮減光學模組整體高度的效果，達到薄型化的目的。於一實施例中，光路調整機構於第二對可撓件154的軸線方向上的長度H可小於14mm。
須注意上述實施例的致動器的構件分佈、結構及作動方式完全不限定，僅需能提供使光學元件傾斜並擺動的作用力即可。於另一實施例中，承載座110及框架130例如可由磁性材料構成，且致動器可為一空心線圈或一電磁鐵，當線圈或電磁鐵通電時可產生吸力吸引承載座，使光學元件180一側下壓產生擺動運動。再者，於另一實施例中，亦可於每一對可撓件的兩側均設置致動器以提高光學元件的擺動幅度。於另一實施例中，如圖3所示，亦可利用設置於承載座110或框架130的一壓電元件250，透過在壓電元件250上施加電場可使壓電元件250產生壓縮或拉伸變形，意即可將電能轉為機械能以使光學元件180往復擺動達到調整光路效果。再者，上述實施例的光路調整機構100的構件僅為例示，亦可用其他具相同或類似作用的元件取代。舉例而言，例如框架130可用一外架取代，基座120可用一底座取代等等而不限定。於一實施例中，磁鐵164、174分別與線圈162、172的間隙可小於1mm。
於一實施例中，承載座110、基座120、框架130、磁鐵座142、線圈座144、第一對可撓件152及第二對可撓件154可利用相同材質一體成型、或者其中兩個或超過兩個的組件可先一體成形再與其餘元件組合均可。再者，於一實施例中，亦可在固定支架192上直接形成容置磁鐵的結構而可省略磁鐵座142。
依上述各個實施例的設計，可提供一種光路調整機構製造方法，例如首先提供一基座、一框架及一承載座，且於承載座上設置 一光學元件。再者，設置一第一對可撓件連接基座及框架，並設置第二對可撓件連接框架及承載座。第一對可撓件定義出一第一方向且僅設於承載座的一側，且第二對可撓件定義出與第一方向不同的一第二方向。
圖4為本發明一實施例的光路調整機構應用於一光學裝置的示意圖。請參照圖4，光學裝置400包括照明系統310、光閥模組320、投影鏡頭260以及光路調整機構100。其中，照明系統310具有光源312，其適於提供光束314，且光閥模組320配置光束314的傳遞路徑上。此光閥模組320適於將光束314轉換為多數個子影像314a。此外，投影鏡頭260配置於這些子影像314a的傳遞路徑上，且光閥模組320係位於照明系統310與投影鏡頭260之間。另外，光路調整機構100可配置於光閥模組320與投影鏡頭260之間或投影鏡頭260內，例如可以在光閥模組320和全內反射稜鏡319之間或是可以在全內反射稜鏡319和投影鏡頭260之間，且位於這些子影像314a的傳遞路徑上。上述之光學裝置400中，光源312例如可包括紅光發光二極體312R、綠光發光二極體312G、及藍光發光二極體312B，各個發光二極體發出的色光經由一合光裝置316合光後形成光束314，光束314會依序經過蠅眼透鏡陣列(fly-eye lens array)317、光學元件組318及全內反射稜鏡(TIR Prism)319。之後，全內反射稜鏡319會將光束314反射至光閥模組320。此時，光閥模組320會將光束314轉換成多數個子影像314a，而這些子影像314a會依序通過全內反射稜鏡319及光路調整機構100，並經由投影鏡頭260將這些子影像314a投影於螢幕350上。於本實施例中，當這些子影像314a經過光路調整機構100時，光路調整機構100會改變部分這些子影像314a的傳遞路徑。也就是說，通過此光路調整機構100的這些子影像314a 會投影在螢幕350上的第一位置(未繪示)，另一部份時間內通過此光路調整機構100的這些子影像314a則會投影在螢幕350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或/且垂直方向上相差一固定距離。於本實施例中，由於光路調整機構100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機構可運用於不同光學系統以獲得不同效果，且光路調整機構於光學系統中的設置位置及配置方式完全不限定。例如圖5所示，亦可將光路調整機構100設在光學裝置410的投影鏡頭260內。
光閥模組(Light valve)一詞已為投影產界廣泛使用，在此產業中大多可用來指一種空間光調變器(Spatial Light Modulator,SLM)中的一些獨立光學單元。所謂空間光調變器，含有許多獨立單元(獨立光學單元)，這些獨立單元在空間上排列成一維或二維陣列。每個單元都可獨立地接受光學信號或電學信號的控制，利用各種物理效應(泡克爾斯效應、克爾效應、聲光效應、磁光效應、半導體的自電光效應或光折變效應等)改變自身的光學特性，從而對照明在該複數個獨立單元的照明光束進行調製，並輸出影像光束。獨立單元可為微型反射鏡或液晶單元等光學元件。亦即，光閥模組可以是數位微鏡元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或是穿透式液晶面板等。
投影機是利用光學投影方式將影像投射至螢幕上的裝置，在投影機產業中，一般依內部所使用的光閥模組的不同，將投影機分為陰極射線管(Cathode Ray Tube)式投影機、液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影機、數位光投影機(Digital Light Projector,DLP)以及液晶覆矽(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影機 因投影機運作時光線會透過LCD面板作為光閥模組，所以屬於穿透式投影機，而使用LCOS、DLP等光閥模組的投影機，則是靠光線反射的原理顯像，所以稱為反射式投影機。
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，本發明各個實施例所提及的個別特徵，並非僅能運用於繪示或描述該特徵的實施例中，亦即該特徵可運用於本發明的各個其他實施例或其他說明書未例示出的變化例而不限定。再者，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。
100:光路調整機構
110:承載座
120:基座
130:框架
152、154:可撓件
160、170:致動器
180:光學元件
190:固定件
192:固定支架
P、Q:軸線

Claims (10)

  1. 一種光路調整機構，包含：一承載座；一光學元件，設於該承載座上；一外架，鄰近該承載座，該外架的一側設有一第一致動器；一基座，鄰近該外架，該基座的一側設有一第二致動器；一第一對傳動機件，連接該基座和該外架，並定義一第一方向；以及一第二對傳動機件，連接該承載座和該外架，並定義一第二方向；其中，該第一對傳動機件，都設於該承載座的同一側位置，且該第一方向不同於該第二方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光路調整機構，其中該第一對傳動機件係為一第一對可撓件，該第二對傳動機件係為一第二對可撓件，該第一方向為該第一對可撓件的軸線方向，該第二方向為該第二對可撓件的軸線方向，該外架係為一框架，且該基座係為一底座。
  3. 一種光路調整機構，包含：一底座；一框架，以一第一對可撓件，連接該底座，並構成一第一軸線；一承載座，以一第二對可撓件，連接該框架，並構成一第二軸線，且該承載座上設有一光學元件；一第一致動器，設於該第一軸線的一側；以及一第二致動器，設於該第二軸線的一側；其中，該光路調整機構，僅包括上述二個致動器，且連接該第一對可撓件最外面兩個端點所構成第一軸線的線段，與連結該第二對可 撓件最外面兩個端點構成第二軸線的線段，兩者不相交。
  4. 如申請專利範圍第1或3項所述之光路調整機構，其中該第一致動器及該第二致動器設置於該光學元件的同一側。
  5. 如申請專利範圍第1或3項所述之光路調整機構，其中該光學元件係為一透鏡或一反射鏡。
  6. 如申請專利範圍第1或3項所述之光路調整機構，其中各該致動器包含一磁鐵及一線圈，且該磁鐵與該線圈的間隙小於1mm。
  7. 如申請專利範圍第2或3項所述之光路調整機構，其中該框架設於該承載座及該底座的外圍。
  8. 如申請專利範圍第2或3項所述之光路調整機構，其中該底座、該框架、該承載座、該第一對可撓件、與該第二對可撓件一體成型。
  9. 如申請專利範圍第2或3項所述之光路調整機構，其中該光路調整機構於該第二對可撓件的軸線方向上的長度小於14mm。
  10. 一種光路調整機構製造方法，包含：提供一基座、一外架及一承載座，且於該承載座上設置一光學元件；設置一第一對傳動機件連接該基座及該外架，其中該第一對傳動機件定義出一第一方向且設於該承載座的同一側位置；設置一第二對可撓件連接該外架及該承載座，其中該第二對傳動機件定義出與該第一方向不同的一第二方向；於該第一對傳動機件的一側設置一致動器；以及於該第二對傳動機件的一側設置另一致動器。
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