CN103676090B - 镜头模块及具有镜头模块的投影装置及取像装置 - Google Patents
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Abstract
一种镜头模块及具有镜头模块的投影装置及取像装置，镜头模块设置于物侧与像侧之间以接收影像光束且包含透镜群。影像光束具有预定遮蔽部分，透镜群包含多个透镜，其中多个透镜的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光区，且遮光区位于预定遮蔽部分的传递路径上。
Description
技术领域
本发明涉及一种镜头模块及具有镜头模块的投影装置及取像装置。
背景技术
于一已知的数字光处理投影装置中，发光二极管发出的光线通过合光模块及照明透镜组后入射至一数字微镜装置。数字微镜装置利用多个微镜片来反射光线，经由微镜片的摆动改变倾斜角度，可将光线反射至投影镜头后投射至屏幕。由于数字微镜装置摆动角度及其他设计参数上的限制，于数字微镜装置的暂态(temporarystate)或暗态(offstate)下，部分光线会透过投影镜头投射至屏幕形成杂散光，造成显示对比度下降的问题。
美国专利公告号6637894揭露一种减少杂散光产生的设计。如图9所示，投影光学***100中的孔径光栏102设置于第一透镜群104与第二透镜群106之间，且孔径光栏102具有利用机构件所形成的遮挡部102a，以遮挡由空间光调制器108反射的光线中的不必要部分，藉以提高显示对比度。其他的已知设计例如美国专利公开号20090046381中揭露具有开口的孔径单元以遮挡入射至透镜的杂散光，美国专利公告号6773120揭露一种具有猫眼孔径的光学投影***，藉由猫眼孔径控制入射至数字微镜装置的入射光角度，可获得阻挡杂散光的效果。
发明内容
本发明提供一种具低制造成本及高设计自由度的镜头模块与具有该镜头模块的投影装置及取像装置。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种投影装置，其包含影像产生单元以及镜头模块。影像产生单元用以提供影像光束，且影像光束具有预定遮蔽部分。镜头模块设置于影像光束的传递路径上且包含设置于物侧与像侧之间的透镜群。透镜群包含多个透镜，其中这些透镜的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光区，且遮光区位于预定遮蔽部分的传递路径上。
于一实施例中，预定遮蔽部分包括绕射光线。
于一实施例中，遮光区直接形成于透镜的部分表面，例如遮光区可包含形成于透镜部分表面的转印区块、涂墨区块及贴附于透镜的部分表面的遮光片的至少其中之一。
于一实施例中，遮光区形成于透镜的至少一边缘区域。
于一实施例中，镜头模块还包含孔径光栏，孔径光栏设置于物侧与像侧之间，且遮光区形成于所有透镜中邻近孔径光栏的透镜。
于一实施例中，投影装置还包含照明单元，影像产生单元为光阀，光阀设置于照明单元所提供的照明光束的传递路径上，以将照明光束转换为影像光束。
于一实施例中，影像产生单元为数字微镜装置(DigitalMicromirrorDevice,DMD)，其中于数字微镜装置的亮状态下，影像光束通过透镜群所造成的光强度损失可小于30%。
本发明的另一实施例提供一种镜头模块，镜头模块用以接收影像光束且包含设置于物侧与像侧之间的透镜群。影像光束具有预定遮蔽部分，透镜群包含多个透镜，其中多个透镜的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光区，且遮光区位于预定遮蔽部分的传递路径上。
本发明的另一实施例提供一种取像装置，包含镜头模块以及感光单元。感光单元用以接收影像光束，该影像光束具有预定遮蔽部分，且镜头模块设置于影像光束的传递路径上并包含设置于物侧与像侧之间的透镜群，透镜群包含多个透镜，这些透镜的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光区，遮光区位于预定遮蔽部分的传递路径上。
于一实施例中，感光单元可为电荷耦合元件及互补式金氧半导体的至少其中之一。
综上所述，本发明的实施例至少具有下列其中一个优点：
在本发明的上述实施例中，可于镜头模块的透镜的表面上形成遮光区，使得影像光束中的预定遮蔽部分可被有效地遮挡，进而使应用此镜头模块的投影装置的投影品质或取像装置的取像品质获得提升。此外，藉由上述各个实施例的设计，因为遮光区可直接形成于镜头模块的至少一透镜表面上，故不需已知设计额外设置的遮光机构件，如此不仅可减少整体的构件数量、成本且可提高设计自由度。
附图说明
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。
图1为依本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2为依本发明一实施例的数字微镜装置及其光路的示意图。
图3为依本发明一实施例的镜头模块的示意图。
图4A显示数字微镜装置于亮态下的光斑分布图，图4B显示数字微镜装置于暂态下的光斑分布图。
图5为遮光区于透镜表面的不同分布实施例的示意图。
图6为绕射光斑的分布示意图。
图7为遮光区于透镜表面的不同分布实施例的示意图。
图8为本发明一实施例的取像装置示意图。
图9为一已知投影光学***的示意图。
主要元件符号说明
10投影装置
12照明单元
14影像产生单元
14a数字微镜装置
20镜头模块
22透镜群
22a-22e透镜
24孔径光栏
26绕射光斑
30取像装置
32感光单元
100投影光学***
102孔径光栏
102a遮挡部
104第一透镜群
106第二透镜群
108空间光调制器
I照明光束
IF、IM、IP影像光束
P、Q遮光区
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为依本发明一实施例的投影装置的示意图。如图1所示，投影装置10包含照明单元12、影像产生单元14以及镜头模块20。影像产生单元14接收来自照明单元12的照明光束I并将照明光束I调变为影像光束IM，镜头模块20设置于影像光束IM的传递路径以投射出影像光束IM。影像产生单元14例如可为光阀，举例而言，影像产生单元14可为如图2所示的数字微镜装置(DigitalMicromirrorDevice,DMD)14a。图3为依本发明一实施例的镜头模块的示意图，本实施例的镜头模块20可包含设置于物侧与像侧之间的透镜群22，其中透镜群22可由多个透镜22a-22e构成，且孔径光栏24位于透镜22c与透镜22d之间。此外，图3的镜头模块20中是以进一步设置孔径光栏24为例，但本发明并非限于必需设置孔径光栏。
关于数字微镜装置14a的作动方式，重回图2所示，于一实施例中，数字微镜装置14a可由起始的平面状态(Flatstate)朝一轴向偏转12°之后，再朝另一轴向进行±12°的偏移以处于亮态(Onstate)或暗态(Offstate)，进而于亮态下可得到17°的入射角，并可使入射光行进方向与亮态、暂态(Temporarystate)与暗态下的反射光行进方向不位于同一光轴上。然而数字微镜装置14a的作动方式并不限于上述实施例，举例来说，数字微镜装置14a也可由起始的平面状态直接进行±12°的偏移以处于亮态或暗态。
承上所述，本实施例可针对数字微镜装置14a于暂态或暗态下的光线进行遮蔽，以提升显示画面的对比度。具体而言，图4A与图4B分别显示亮态下与暂态下数字微镜装置于透镜群的其中之一透镜所形成的光斑分布，图5为遮光区于透镜表面的不同分布实施例的示意图。请同时参考图3、图4A、图4B与图5，假设于亮态下光斑形成于透镜22a-22e的中央区域且亮度往周缘递减，并假设于暂态下光斑则通常形成于透镜22a-22e的边缘区域，本实施例利用于透镜22a-22e的至少其中之一的部分表面形成遮光区P，以遮挡影像光束IM中预定遮蔽部分(例如图4B中暂态下形成于透镜22a-22e的边缘区域的光斑)，进而达到遮蔽杂散光的效果。换句话说，如图5所示，假设非亮态(例如暂态或暗态)下光斑形成于透镜22a-22e的边缘区域，则遮光区P可形成于透镜22a-22e的至少其中之一的边缘区域以遮挡杂散光。然而，图3中形成于透镜22c的遮光区P为用以方便说明的其中一个实施例，并非限制本发明的遮光区的位置与数量，遮光区P的位置主要位于影像光束IM中的预定遮蔽部分的传递路径上，故遮光区P的分布位置、外形及面积可视设计需求而定，因而本发明并不限于此，例如遮光区P可为非带状的多个区块。
除此之外，本实施例还可针对投影装置10中所产生的绕射光线进行遮蔽，如图6示意性示出于数字微镜装置14a中形成的绕射光斑26，于一实施例中，可于透镜22a-22e的至少其中之一形成如图7所示的遮光区Q来进行遮蔽，以避免形成绕射光斑俾进一步提高对比度。当然，本发明亦不限定遮光区Q的分布位置、外形及面积。
于上述各个实施例中，遮光区P、Q例如直接形成于透镜表面，而透过遮光区P、Q直接形成于透镜的方式，预定遮蔽部分的位置可被精准定位，进而解决传统上利用遮挡构件来遮蔽光线所产生的遮挡构件与透镜之间的位置对准误差问题。此外，形成遮光区P、Q的方式并不受限制，例如可使用转印、涂墨等方式直接于透镜22a-22e的其中之一的部分表面形成遮光区块，或者贴附遮光片于透镜22a-22e的其中之一上以形成遮光区亦可。再者，于一实施例中，遮光区P、Q可形成于透镜群22中邻近孔径光栏24的透镜22c或/及透镜22d上，但本发明并不限于此，例如遮光区P、Q也可形成于较远离孔径光栏24的透镜22a、22b及22e的至少其中之一。另外，以数字微镜装置14a作为影像产生单元14为例，于数字微镜装置14a的亮状态下，遮光区P、Q的面积可设计为使光线通过透镜群22时因遮光区P、Q所造成的光强度损失小于30%较佳。
图8为本发明一实施例的取像装置示意图。如图8所示，取像装置30包含镜头模块20与感光单元32，镜头模块20接收来自欲取像的标的物的影像光束IP并形成影像光束IF。感光单元32例如可为电荷耦合元件（Charge-CoupledDevice，CCD）、互补式金氧半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)等光感测元件，用以感光而将光转换为数字信号。于本实施例中，取像装置30的镜头模块20可依据图3的实施例来加以实施，其实施细节在此不多赘述，如此一来，当镜头模块202的遮光区位于影像光束IP中预定遮蔽部分的传递路径上时，可获得不具杂散光的影像光束IF，以提高取像装置30的取像对比度的效果。
综上所述，在本发明的上述实施例中，藉由镜头模块的透镜群中至少其中之一透镜的部分表面所形成的至少一遮光区，影像光束中的预定遮蔽部分可被有效地遮挡，进而使应用此镜头模块的投影装置的投影品质或取像装置的取像品质获得提升。此外，藉由上述各个实施例的设计，因为遮光区可直接形成于镜头模块的至少一透镜表面上，故不需已知设计额外设置的遮光机构件，如此不仅可减少整体的构件数量、成本且可提高设计自由度。
但以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或申请专利范围中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件的名称，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
Claims (19)
1.一种投影装置，包含：
影像产生单元，用以提供影像光束，所述影像光束具有预定遮蔽部分；以及
镜头模块，设置于所述影像光束的传递路径上，所述镜头模块包含透镜群，所述透镜群设置于物侧与像侧之间，所述透镜群包含多个透镜，其中所述透镜的至少其中之一的有效直径内的部分表面形成至少一遮光区，且所述遮光区位于所述预定遮蔽部分的传递路径上。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述预定遮蔽部分包括所述影像产生单元所形成的绕射光线。
3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述遮光区直接形成于所述透镜的至少其中之一的部分表面。
4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述遮光区包含形成于透镜的部分表面的转印区块、涂墨区块及贴附于透镜的部分表面的遮光片的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述遮光区形成于所述透镜的至少一边缘区域。
6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述镜头模块还包含：
孔径光栏，设置于所述物侧与所述像侧之间，其中所述遮光区形成于所述透镜中邻近所述孔径光栏的透镜。
7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包含照明单元，所述照明单元用以提供照明光束，所述影像产生单元为光阀，所述光阀设置于所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束转换为所述影像光束。
8.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述影像产生单元为数字微镜装置，当所述数字微镜装置处于亮状态时，所述影像光束通过所述透镜群所造成的光强度损失小于30％。
9.一种镜头模块，包含：
透镜群，设置于物侧与像侧之间，用以接收影像光束，所述影像光束具有预定遮蔽部分，且所述透镜群包含多个透镜，所述透镜的至少其中之一的有效直径内的部分表面形成有至少一遮光区，且所述遮光区位于所述预定遮蔽部分的传递路径上。
10.如权利要求9所述的镜头模块，其特征在于，所述遮光区直接形成于所述透镜的至少其中之一的部分表面。
11.如权利要求9所述的镜头模块，其特征在于，所述遮光区包含形成于所述透镜的部分表面的转印区块、涂墨区块及贴附于所述透镜的部分表面的遮光片的至少其中之一。
12.如权利要求9所述的镜头模块，其特征在于，所述遮光区形成于所述透镜的至少一边缘区域。
13.如权利要求9所述的镜头模块，其特征在于，还包含：
孔径光栏，设置于所述物侧与所述像侧之间，其中所述遮光区形成于所述透镜中邻近所述孔径光栏的透镜。
14.一种取像装置，包含：
感光单元，用以接收影像光束，所述影像光束具有预定遮蔽部分；以及
镜头模块，设置于所述影像光束的传递路径上，且所述镜头模块包含透镜群，所述透镜群设置于物侧与像侧之间，所述透镜群包含多个透镜，其中所述透镜的有效直径内的至少其中之一的部分表面形成有至少一遮光区，且所述遮光区位于所述预定遮蔽部分的传递路径上。
15.如权利要求14所述的取像装置，其特征在于，所述感光单元为电荷耦合元件及互补式金氧半导体的至少其中之一。
16.如权利要求14所述的取像装置，其特征在于，所述遮光区直接形成于所述透镜的至少其中之一的部分表面。
17.如权利要求14所述的取像装置，其特征在于，所述遮光区包含形成于所述透镜的部分表面的转印区块、涂墨区块及贴附于所述透镜的部分表面的遮光片的至少其中之一。
18.如权利要求14所述的取像装置，其特征在于，所述遮光区形成于所述透镜的至少一边缘区域。
19.如权利要求14所述的取像装置，其特征在于，还包含：
孔径光栏，设置于所述物侧与所述像侧之间，其中所述遮光区形成于所述透镜中邻近所述孔径光栏的透镜。
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| GR01 | Patent grant |