CN110007458A - 光路调整机构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光路调整机构，包含框架、承载架、光学元件、永磁体及电磁铁。承载架设于框架内，并以第一弹性件及第二弹性件与框架连接，且第一弹性件与第二弹性件可实质以一第一轴向作摆动。光学元件设在承载架上，永磁体及电磁铁之一只设于承载架的一端上，且永磁体与电磁铁间的超距力方向与第一轴向实质垂直。本发明另提供一种光路调整机构制造方法。

Description

光路调整机构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光路调整机构。

背景技术

近年来，各种影像显示技术已广泛地应用于日常生活上。于一影像显示装置中，例如可设置一光路调整机构改变光线于装置内的行进光路，以提供例如提高成像解析度、改善画面品质等各种效果。然而，习知光路调整机构的构件数目、重量、体积均较大，难以进一步微型化。因此，亟需一种结构简单、可靠度高且可大幅减少重量及体积的光路调整机构设计。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的习知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。

发明内容

本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

根据本发明的一个观点，提供一种光路调整机构，包含框架、承载架、光学元件、永磁体及电磁铁。承载架设于框架内，并以第一弹性件及第二弹性件与框架连接，且第一弹性件与第二弹性件可实质以一第一轴向作摆动。光学元件设在承载架上，永磁体及电磁铁之一只设于承载架的一端上，且永磁体与电磁铁间的超距力方向与第一轴向实质垂直。

根据本发明的另一个观点，提供一种光路调整机构包含框架、承载座、第一连接机件、第二连接机件及磁力致动组。承载座包含光学元件及支架，支架可以第一轴线作摆动，且光学元件与支架为一体成型。第一连接机件与第二连接机件连接在承载座两端并与框架连接，且磁力致动组包含一永磁体及一电磁铁。第一轴线区分承载座为第一部分及第二部分，且永磁体只设在第一部分及第二部分两者的其中之一的一端上。

根据本发明的上述观点，因磁力致动组的部分结构(例如永磁体或电磁铁)直接设置于承载座上，可减少光路调整机构整体的体积、重量或元件数，故利于将光路调整机构小型化或薄型化以搭配各种微型电子装置，且可设计仅单侧具有磁力致动组以进一步减少体积及重量并降低制造成本。再者，于仅单侧具有磁力致动组的设计中，例如可利用交替变化的吸力及斥力驱动光学元件以提高光学元件的摆荡幅度，如此即使仅单侧具有磁力致动组仍能提供足够的转动角度范围。

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所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的光路调整机构的示意图。

图2A及图2B为绘示本发明一实施例的磁力致动组的磁作用示意图。

图3为本发明一实施例的承载座的致动状态示意图。

图4为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。

图5A及图5B为绘示本发明另一实施例的磁力致动组的磁作用示意图。

图6为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。

图7为本发明另一实施例的致动组件的示意图。

图8为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学***的示意图。

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，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

下述实施例中的揭露内容揭示一种光路调整机构，其可运用于不同光学***(例如显示装置、投影装置等等)以调整或变化光路俾提供例如提升成像解析度、提高影像品质(消除暗区、柔和化影像边缘)等效果而不限定，且光路调整机构于光学***中的设置位置及配置方式完全不限定。

图1为本发明一实施例的光路调整机构的示意图。如图1所示，光路调整机构100包含一承载座110、一磁力致动组120、至少一连接机件130及一框架140。于本实施例中，承载座110包含一可偏折光线的光学元件112及一可承载光学元件112的支架114，支架114因可承载光学元件112故亦可视为一承载架。承载座或承载架的作动形式例如可为转动、振动、移动等而不限定。光学元件112例如可为一镜片，且镜片仅需能提供偏折光线的效果即可，其形式及种类并不限定，例如可为一透镜(Lens)或一反射镜(Mirror)。支架114与光学元件112可为相同材料或不同材料均可，且支架114可与光学元件112一体成型。磁力致动组120例如可包含电磁铁122及永磁体124，电磁铁122例如可包含一铁芯122a及绕设于铁芯122a的线圈122b，永磁体124例如可为一永久磁铁且可设于承载座110的一端上，且电磁铁122例如可设于框架140。于本实施例中，连接机件130例如可包含具恢复力的第一弹性件132及第二弹性件134，且第一弹性件132或第二弹性件134的两端可藉由例如螺丝或插销的固定件分别连接并固定至框架140及支架114。

如图2A及图2B所示，于一实施例中，永磁体124设于承载座110上且例如左侧为S极且右侧为N极，藉由改变电磁铁122的线圈122b中电流I的流动方向可改变电磁铁122的磁极性，当电磁铁122的左侧为N极且右侧为S极时(图2A)可吸引永磁体124并使承载座110一端向下移动，当电流I的流动方向相反时电磁铁122的左侧为S极且右侧为N极时(图2B)可排斥永磁体124并使承载座110一端向上移动。因此，藉由电磁铁122的磁极***替变化，电磁铁122可交替地吸引及排斥永磁体124而使弹性件132、134实质以图1所示的轴向C作摆动并使承载座110作动。因此，如图3所示，于一实施例中，电磁铁122的与永磁体124间的吸力可让光学元件112及支架114以轴线A为轴心沿旋转方向P转动至位置M，且电磁铁122的与永磁体124间的斥力可将光学元件112及支架114沿相反的旋转方向Q转动至位置N，因此光学元件112可以轴线A为轴心在转动角度θ范围内往复摆动或转动至不同位置以将入射光偏折至不同方向，获得调整或变化光线行进光路的效果。于一实施例中，光学元件112的转动角度θ范围可为-1至1度，且较佳范围为+/-0.2至+/-0.5度。藉由本发明实施例的光路调整机构调整或变化光路，可视实际需求产生不同的效果，例如可用以提升投影解析度、提高影像品质(消除暗区、柔和化影像边缘)等等而不限定。

请再参考图1，于本实施例中，轴线A可实质重合轴向C，但其并不限定。轴线A可将承载座110分为一第一部分及一第二部分，且于本实施例中仅第一部分(例示为轴线A左侧)的一端设有电磁铁122或永磁体124，亦即永磁体124及电磁铁122之一只设于支架114的一端上，如此可提供减少体积及重量并降低制造成本的效果。再者，因吸力及斥力两者可朝相反方向驱动光学元件112，因此同时利用交替变化的吸力及斥力驱动光学元件112可提高光学元件112的摆荡幅度，如此即使仅单侧具有磁力致动组仍能提供足够的转动角度范围。再者，如图1所示，于本实施例中，永磁体124与电磁铁122间的超距力方向T(例如图2A及图2B所示的吸力及斥力方向)，可与弹性件132、134的摆动轴向C实质垂直，以例如提供提高转动扭矩的效果，但本发明并不限定于此。再者，于一实施例中，轴线A可实质重合轴向C但不限定，且电磁铁122或永磁体124的长轴方向L可与轴线A或轴向C实质平行。

如图4所示，于另一实施例中，光路调整机构200可具有两个磁力致动组120，且两个磁力致动组120可设置于承载座110的两侧但不限定。第一连接机件130a与一第二连接机件130b连接承载座110的两端与框架140。再者，永磁体124设置于承载座110上的方式并不限定。于本实施例中，承载座110的两侧可分别延伸出一延伸部110a，且永磁体124可粘贴于延伸部110a上。于另一实施例中，永磁体124亦可如连接机件130a、130b般利用螺丝或插销的固定件固定至承载座110。再者，于一实施例中。可设置一垫片于承载座110与该永磁体124之间(例如垫片152)、或者承载座110与电磁铁122之间(例如垫片154)，以降低承载座110作动时的噪音。

磁力致动组120仅需能产生驱动承载座110的效果即可，其组成构件并不限定。于一实施例中，如图2A及图2B所示，永磁体124及电磁铁122的N、S磁级可形成于水平方向的左、右侧，于另一实施例中，如图5A及图5B所示，永磁体124及电磁铁122的N、S磁级可形成于铅直方向的上、下方而不限定。需注意图5A、5B的配置方式仅产生一处的N-S磁级配对，但图2A、2B所示的配置方式会产生两处(左侧及右侧)的N-S磁级配对，因此图5A、5B的配置方式会导致较少的磁力线数量(即磁力相对较弱)。再者，永磁体124及电磁铁122相对轴线A的配置方向及磁力作用面积可视需求变化而不限定。

图6为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。如图6所示，光路调整机构300具有设于框架140与承载座110一端之间的弹性件302。弹性件302可抵撑承载座110的一端，使承载座110停留于一预定位置。当电磁铁122通电时可产生吸力吸引永磁体124，使承载座110一端旋转一角度并压缩弹性件302，当电磁铁122未通电时弹性件302的恢复力可让承载座110回到该预定位置。本实施例藉由作用方向相反的磁吸力及弹性恢复力，不需交替产生的磁吸力及磁斥力(不需改变电磁铁122的电流方向)，亦可获得使承载座110(包含光学元件112及支架114)以轴线A作摆动的效果。再者，于一实施例中，亦可省略弹性件302，直接利用连接机件130(例如弹性件132、134)本身的弹性恢复力达到同样的效果。另外，于一实施例中，永磁体124亦可由磁性材料取代，电磁铁122通电时可吸引磁性材料而获得相同效果。

于上述的实施例中，永磁体124是设于承载支架114的一端且电磁铁122设于框架140，但本发明不限于此，亦可将电磁铁122设于承载支架114的一端且永磁体124设于框架140亦可。于一实施例中，永磁体124亦可用空心线圈取代，空心线圈和电磁铁122搭配同样可交替产生吸力及斥力。

藉由上述实施例的设计，因磁力致动组的部分结构(例如永磁体或电磁铁)直接设置于承载座上，可减少光路调整机构整体的体积、重量或元件数，故利于将光路调整机构小型化或薄型化以搭配各种微型电子装置，且可设计仅单侧具有磁力致动组以进一步减少体积及重量并降低制造成本。再者，于仅单侧具有磁力致动组的设计中，例如可利用交替变化的吸力及斥力驱动光学元件以提高光学元件的摆荡幅度，如此即使仅单侧具有磁力致动组仍能提供足够的转动角度范围。

本发明各个实施例的连接机件或弹性件可具有发生形变后当外力撤消时能朝恢复原来大小和形状的方向变化的性质，其材料例如可为金属或塑胶而不限定。再者，框架仅需能界定一容置空间即可，其可具不同形式或外形，且例如可为基座或外框等而不限定。

于一实施例中，可利用改变插销配重、螺丝配重、增加质量块、设置压板等方式调整承载座的自然频率，使承载座的自然频率可避免共振现象，且较高的自然频率可提高承载座的反应速度，且可使用较小的致动器即可让承载座达到预设的旋转角度。

于一实施例中，光路调整机构的至少部分结构可为一体式结构以获得例如减少零件数、简化整体结构并缩短组装工时的效果。举例而言，连接机件、光学元件及支架三者可利用相同材料(例如塑胶或金属)一体成型，或其中两个组件先一体成型，例如光学元件及支架先一体成型、或者连接机件、支架先一体成型后再与其余元件组合亦可，此时组合的固定方式可以是插销胶合、点胶或以螺丝固定。于另一实施例中，连接机件、光学元件、支架及框架四者可利用相同材料(例如塑胶或金属)一体成型，或其中至少两个组件先一体成型后，再与其余元件组合亦可。

于另一实施例中，如图7所示，亦可利用设置于承载座110的一压电元件150，通过在压电元件150上施加电场可使压电元件150产生压缩或拉伸变形，意即可将电能转为机械能以使承载座110往复摆动达到调整光路效果。

图8为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学***的示意图。请参照图8，光学装置400包含照明***310、光阀320、投影镜头330以及光路调整机构100。其中，照明***310具有光源312，其适于提供光束314，且光阀320配置光束314的传递路径上。此光阀320适于将光束314转换为多数个子影像314a。此外，投影镜头330配置于这些子影像314a的传递路径上，且光阀320是位于照明***310与投影镜头330之间。另外，光路调整机构100可配置于光阀320与投影镜头330之间，例如可以在光阀320和内部全反射棱镜319之间或是可以在内部全反射棱镜319和投影镜头330之间，且位于这些子影像314a的传递路径上。上述的光学装置400中，光源312例如可包含红光发光二极管312R、绿光发光二极管312G、及蓝光发光二极管312B，各个发光二极管发出的色光经由一合光装置316合光后形成光束314，光束314会依序经过集光柱(light integration rod)317、镜片组318及内部全反射棱镜(TIRPrism)319。之后，内部全反射棱镜319会将光束314反射至光阀320。此时，光阀320会将光束314转换成多数个子影像314a，而这些子影像314a会依序通过内部全反射棱镜319及光路调整机构100，并经由投影镜头330将这些子影像314a投影于屏幕350上。于本实施例中，当这些子影像314a经过光路调整机构100时，光路调整机构100会改变部分这些子影像314a的传递路径。也就是说，通过此光路调整机构100的这些子影像314a会投影在屏幕350上的第一位置(未绘示)，另一部分时间内通过此光路调整机构100的这些子影像314a则会投影在屏幕350上的第二位置(未绘示)，其中第一位置与第二位置是在水平方向(X轴)或/且垂直方向(Z轴)上相差一固定距离。于本实施例中，由于光路调整机构100能使这些子影像314a的成像位置在水平方向或/且垂直方向上移动一固定距离，因此能提高影像的水平解析度或/且垂直解析度。当然，上述实施例仅为例示，本发明实施例的光路调整机构可运用于不同光学***以获得不同效果，且光路调整机构于光学***中的设置位置及配置方式完全不限定。

本发明的“光学元件”用语，是指元件具有部分或全部可反射或穿透的材料所构成，通常包括玻璃或塑胶所组成。举例来说，光学元件可以是透镜、全反射棱镜(TIRPrism)、反向全反射棱镜组(RTIR Prism)、各种积分器、各种滤光片等。

光阀(Light valve)320一词已为投影产界广泛使用，在此产业中大多可用来指一种空间光调变器(Spatial Light Modulator,SLM)中的一些独立光学单元。所谓空间光调变器，含有许多独立单元(独立光学单元)，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性，从而对照明在所述多数个独立单元的照明光束进行调制，并输出影像光束。独立单元可为微型反射镜或液晶单元等光学元件。亦即，光阀可以是数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS Panel)或是穿透式液晶面板等。

投影机是利用光学投影方式将影像投射至屏幕上的装置，在投影机产业中，一般依内部所使用的光阀的不同，将投影机分为阴极射线管(Cathode Ray Tube)式投影机、液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)式投影机、数字光投影机(Digital LightProjector,DLP)以及液晶覆硅(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)投影机。因投影机运作时光线会通过LCD面板作为光阀，所以属于穿透式投影机，而使用LCOS、DLP等光阀的投影机，则是靠光线反射的原理显像，所以称为反射式投影机。而于本实施例中，投影机为数字光投影机，而光阀320为数字微镜元件(DMD)。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。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，摘要部分和标题仅用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种光路调整机构，其特征在于，包含：

一框架；

一承载架，设于所述框架内，并以一第一弹性件及一第二弹性件与所述框架连接，其中所述第一弹性件与所述第二弹性件以一第一轴向作摆动；

一光学元件，设在所述承载架上；以及

一永磁体及一电磁铁，所述永磁体及所述电磁铁之一只设于所述承载架的一端上，且所述永磁体与所述电磁铁间的超距力方向与所述第一轴向垂直。

2.如权利要求1所述的光路调整机构，其特征在于，所述光学元件以一轴线为轴心作动，且所述轴线重合所述第一轴向。

3.一种光路调整机构，其特征在于，包含：

一框架；

一承载座，包含一光学元件及一支架，所述支架可以一轴线作摆动，且所述光学元件与所述支架为一体成型；

一第一连接机件与一第二连接机件，连接在所述承载座两端并与所述框架连接；以及

一磁力致动组，包含一永磁体及一电磁铁；

其中所述轴线区分所述承载座为一第一部分及一第二部分，且所述永磁体只设在所述第一部分及所述第二部分两者的其中之一的一端上。

4.如权利要求2或3所述的光路调整机构，其特征在于，所述永磁体的一长轴方向平行所述轴线。

5.如权利要求1或3所述的光路调整机构，其特征在于，所述电磁铁包含一铁芯及绕设于所述铁芯的线圈，且所述电磁铁的磁极***替变化。

6.如权利要求1或3所述的光路调整机构，其特征在于，所述电磁铁交替地吸引及排斥所述永磁体。

7.如权利要求1或3所述的光路调整机构，其特征在于，所述光学元件包含一反射片或一透镜。

8.如权利要求3所述的光路调整机构，其特征在于，所述光路调整机构还包含：

一垫片，设置于所述承载座与所述电磁铁之间。

9.如权利要求3所述的光路调整机构，其特征在于，所述光路调整机构还包含：

一弹性件，设于所述承载座的所述端与所述框架之间。

10.一种光路调整机构制造方法，其特征在于，包含：

提供一框架；

于所述框架设置一承载座，其中所述承载座包含一光学元件且以一轴线作摆动；

利用一第一连接机件与一第二连接机件连接所述承载座两端与所述框架；以及

于所述轴线的两侧择一设置一磁力致动组以驱动所述承载座，其中所述磁力致动组包含一永磁体及一电磁铁，且所述永磁体与所述电磁铁间的超距力方向与所述轴线垂直。