CN210075447U - 光机模块以及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种光机模块，配置于照明光束的传递路径上。光机模块包括匀光元件、光学透镜组、第一反射元件以及光阀。匀光元件用于容许照明光束通过。光学透镜组配置于照明光束的传递路径上。光学透镜组由至少三个具有屈光率的透镜组成。第一反射元件配置于照明光束的传递路径上。光阀配置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换成影像光束，其中照明光束依序由匀光元件传递至光学透镜组以及第一反射元件，并借由第一反射元件反射至光阀。本实用新型提供一种包含上述光机模块的投影装置。本实用新型的光机模块以及投影装置可有效减低成本且提供良好的光学效果。

Description

光机模块以及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种光学装置，且特别是有关于一种光机模块以及投影装置。
背景技术
投影装置为一种用于产生大尺寸画面的显示装置，随着科技技术的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明***所产生的照明光束借由光阀(例如：数字微镜元件)转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：屏幕或墙面上)，以形成投影画面。
在目前的科技发展中，若要使投影机的光学表现能符合ITU-R BT.2020色域，且亮度达1000流明至1500流明之间，对比度达3000：1，则投影机内的光源需使用红绿蓝激光。此外，除上述光学指标规格色域、亮度与对比度之外，若投影***要有较佳的亮度均匀度与色均匀度，在投影机的光机模块中需采用具远心(Telecentric)特性的光学架构。
然而，在具远心特性的光学架构下，常使用全反射棱镜(TIR prism)或逆全反射棱镜(R-TIR prism)作为引导入射/出射数字微镜元件光线的光引导元件。而全反射棱镜与逆全反射棱镜是相对昂贵的光学元件，会使整体成本居高不下。仅能透过在全反射棱镜/ 逆全反射棱镜靠近数字微镜元件的光学面及全反射棱镜/逆全反射棱镜的全反射面采用光学涂布使其能接收不同角度的光线，但此光学涂布会造成约有11％的光损失。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，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的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种光机模块以及投影装置，可有效减低成本且提供良好的光学效果。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种光机模块，配置于至少包括三激光光束的照明光束的传递路径上。光机模块包括匀光元件、光学透镜组、第一反射元件以及光阀。匀光元件用于容许照明光束通过。光学透镜组配置于照明光束的传递路径上。光学透镜组由至少三个具有屈光率的透镜组成。第一反射元件配置于照明光束的传递路径上。光阀配置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换成影像光束，其中照明光束依序由匀光元件传递至光学透镜组以及第一反射元件，并借由第一反射元件反射至光阀。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的另一实施例提出一种投影装置，包括照明***、光机模块以及投影镜头。照明***包括至少三激光光源，用于提供至少三激光光束。至少三激光光束用于形成照明光束。光机模块配置于照明光束的传递路径上。光机模块包括匀光元件、光学透镜组、第一反射元件以及光阀。匀光元件可容许照明光束通过。光学透镜组配置于照明光束的传递路径上。光学透镜组由至少三个具有屈光率的透镜组成。第一反射元件配置于照明光束的传递路径上。光阀配置于照明光束的传递路径上，且可将照明光束转换成影像光束。投影镜头设置于影像光束的传递路径上，用于投射影像光束至投影目标(未绘示)，其中照明光束依序由匀光元件传递至光学透镜组以及第一反射元件，并借由第一反射元件反射至光阀。
基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的投影装置中，投影装置中光机模块配置于照明光束的传递路径上，且此照明光束借由光机模块的光学透镜组以及反射元件，转变成具有远心特性的照明光束，并传递至光阀。因此，可有效减低成本，可提高投影装置的对比度，以提供良好的光学效果。
为让本实用新型的上述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。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的投影装置的示意图。
图2为图1的投影装置的部分立体示意图。
图3为本实用新型另一实施例的部分投影装置的立体示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳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实用新型。
图1为本实用新型一实施例的投影装置的示意图。请参考图 1。在本实施例中，投影装置10用于提供投影光束LI。具体而言，投影装置10包括照明***200、光机模块100以及投影镜头50。照明***200包括至少三个激光光源210_1、210_2、210_3，其可提供至少三个激光光束L1、L2、L3，以形成照明光束LB。光机模块100配置于照明光束LB的传递路径上，用于将照明光束 LB转换成至少影像光束LI。所谓照明光束LB是指由照明***200 提供的光束在经过光机模块100中的光阀140(见图2)前的光束。投影镜头50配置于影像光束LI的传递路径上，用于投射影像光束LI至投影目标(未绘示)，例如屏幕或墙面。在本实施例中，由影像光束LI形成于投影目标上的影像的对比度可大于1500：1。本实施例的投影装置10具有良好的光学效果。照明***200包括至少三个激光光源210_1、210_2、210_3，其可分别提供至少三个激光光束L1、L2、L3。在本实施例中，激光光源210_1为可发出绿色激光的激光二极管(Laser Diode，LD)，激光光源210_2 为可发出蓝色激光的激光二极管，而激光光源210_3为可发出红色激光的激光二极管。因此，三个激光光源210_1、210_2、210_3 分别所提供的激光光束L1、L2、L3可作为投影装置10所需用的红绿蓝光。应了解，文中所述用语“三个”包含数量为三的单个、组合、或种类，例如三组、或三种等，本实用新型不限于此。
具体而言，在本实施例中，照明***200还包括分光组件220 以及扩散装置230。分光组件220配置于三个激光光束L1、L2、 L3的传递路径上，且可将三个激光光束L1、L2、L3合并为混合光束，在本实施例中，混合光束例如为白光光束。另外，在本实施例中，分光组件220例如是使用X型分光片，因此可使照明***200中的激光光源210_1、210_2、210_3依照需求改变其配置方式或位置。在一些实施例中，分光组件220亦可使用针对不同波长范围反射的分光镜(Dichroic Mirror)，本实用新型并不限于此。
扩散装置230配置于三个激光光源210_1、210_2、210_3与光机模块100之间，其可扩散三个激光光束L1、L2、L3。在本实施例中，扩散装置230为配置于激光光源210_1、210_2、210_3 与匀光元件110之间的扩散轮，其可容许三个激光光束L1、L2、 L3通过以获得扩散的效果，以消除散斑(speckle)。因此，可降低三个激光光束L1、L2、L3经过光学元件时所产生的光斑，从而改善照明***200的光学效果。在一些实施例中，照明***200 还可包含聚光透镜221，配置于三个激光光束L1、L2、L3的传递路径上，且位于分光组件220与光机模块100的匀光元件110之间。进一步讲，聚光透镜221可设置于分光组件220与扩散装置230之间，用于使来自分光组件220的照明光束汇聚，且使汇聚后的照明光束入射至扩散装置230。然而，本发明不限于此。
投影镜头50设置于影像光束LI的传递路径上，且用于投射影像光束LI至投影目标(未绘示)。投影镜头50例如包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头50还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀140(见图2)的影像光束LI投射至投影目标。本实用新型对投影镜头50的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，投影装置10还包括平坦光学件60，其屈光度为0，配置于影像光束LI的传递路径上。平坦光学件60例如是玻璃或振荡装置，以作为防尘件或提升解析度光学元件。
图2为图1的投影装置的部分立体示意图。请参考图1及图 2。光机模块100配置于照明光束LB的传递路径上，用于将照明光束LB转换为影像光束LI。在本实施例中，光机模块100包括匀光元件110、光学透镜组120、第一反射元件130以及光阀140。
匀光元件110可容许照明光束LB通过。详细而言，匀光元件 110用于调整光束的光斑形状，以使照明光束LB的光斑形状能配合光阀140的工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近一致的光强度，均匀照明光束LB的光强度。在本实施例中，匀光元件110例如是积分柱，但在其他实施例中，匀光元件110也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜阵列，fly eye lens array)，本实用新型不限于此。
光学透镜组120配置于照明光束LB的传递路径上，光学透镜组120由至少三个具有屈光率的透镜组成。具体而言，在本实施例中，光学透镜组120例如由四个具有屈光度的透镜122组成。透镜122的曲率半径、材质可依需求而选择，本实用新型对透镜 122的型态及其种类并不加以限制。在一实施中，光学透镜组120 可包含中继透镜(Relay lens)。在本实施例中，光学透镜组包括光圈124，且光圈124位于具有屈光率的两相邻透镜之间，用于减少杂散光以及控制光机模块100中照明光束LB的光圈值 (F-number，F#)。具体而言，在本实施例中，光圈124位于沿照明光束LB传递方向上的第二个具有屈光度的透镜122之后。光圈124例如可选用遮光元件或具有反射可见光镀膜的透光元件，本实用新型并不限于此。
第一反射元件130配置于照明光束LB的传递路径上，用于改变照明光束LB的传递方向。第一反射元件130例如可使用反射镜或具有反射镀膜的棱镜，本实用新型并不限于此。换句话说，本实施例以反射镜取代目前技术所使用的全反射棱镜(TIR prism) 或逆全反射棱镜(RTIR prism)。因此，相较于目前的技术，本实施例的光机模块100的配置可有效提升光输出效率并且减低成本。
光阀140配置于照明光束LB的传递路径上，且可将照明光束LB转换成影像光束LI。光阀140例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀140也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器 (Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本实用新型对光阀140的型态及其种类并不加以限制。光阀140将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
在本实施例中，照明光束LB依序由匀光元件110传递至光学透镜组120以及第一反射元件130，并借由第一反射元件130反射至光阀140。其中，传递至光阀140的照明光束具有远心 (Telecentric)特性。详细而言，在本实施例中，由第一反射元件 130传递至光阀140的照明光束LB的聚焦点与光阀140的距离大于或等于1000毫米(mm)。意即，光阀140与照明光束LB聚焦点之间的距离的绝对值大于或等于1000毫米。此外，由第一反射元件130传递至光阀140的照明光束LB在光阀140上不同位置的入射角度的差值小于1.5度。详细而言，照明光束LB包含入射光阀140中心位置的光束以及入射光阀140其他位置的光束，而两者之间的最大角度差值为小于1.5度。入射光阀140光束具有小光展量光束的特性。因此，可使得投影装置10的对比度达到大于 1500：1(例如，3000:1)，故本实施例的投影装置10具有良好的光学效果。
除了借由光学透镜组120以及第一反射元件130达到上述的光学条件之外，在一实施例中，还可借由光学透镜组120以及第一反射元件130的配置，使得由第一反射元件130传递至光阀140 的照明光束LB的光圈值(F-number，F#)介于2.8至8.0之间，但本实用新型并不限于此。在较佳的实施例中，由第一反射元件 130传递至光阀140的照明光束LB的光圈值介于3.0至3.4之间。
图3为本实用新型另一实施例的部分投影装置的立体示意图。请参考图1及图3，本实施例所绘示的光机模块100A至少可应用于图1的投影装置10以取代其中的光机模块100。本实施例的光机模块100A类似于图2所绘示的光机模块100。两者不同之处在于，在本实施例中，光机模块100A还包括第二反射元件150，配置于照明光束LB的传递路径上，且位于光学透镜组120与第一反射元件130之间。因此，在本实施例中，照明光束LB依序由匀光元件110传递至光学透镜组120以及第二反射元件150，并依序借由第二反射元件150反射至第一反射元件130，以及借由第一反射元件130反射至光阀140。在本实施例中，第二反射元件150与第一反射元件130可用于改变照明光束LB的光路，使得照明光束LB以适当的角度入射至光阀140。在此配置中，包含第二反射元件150与第一反射元件130的光机模块100A可减少与投影镜头之间的干涉(进一步讲，可减少与投影镜头的光学元件之间的干涉)，借此减低光线被遮蔽而造成的损失并且优化投影装置内部的空间配置。如此一来，配置有光机模块100A的投影装置 10可有效提升光输出效率，减低成本，且提供良好的光学效果。在一较佳的实施例中，投影装置10可提升亮度＞7％。
综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的投影装置中，投影装置中光机模块配置于由至少三个激光光束形成的照明光束的传递路径上，且此照明光束借由光机模块的光学透镜组以及反射元件而具有远心特性并传递至光阀。因此，可有效提升光输出效率并有效减低成本，且提高投影装置的对比度，以提供良好的光学效果。
惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
10：投影装置
50：投影镜头
60：平坦光学件
100、100A：光机模块
110：匀光元件
120：光学透镜组
122：透镜
124：光圈
130：第一反射元件
140：光阀
150：第二反射元件
200：照明***
210_1、210_2、210_3：激光光源
220：分光组件
221:聚光透镜
230：扩散装置
L1、L2、L3：激光光束
LB：照明光束
LI：影像光束。

Claims (19)

1.一种光机模块，配置于包括至少三个激光光束的照明光束的传递路径上，其特征在于，所述光机模块包括匀光元件、光学透镜组、第一反射元件以及光阀，其中：
所述匀光元件容许所述照明光束通过；
所述光学透镜组配置于所述照明光束的传递路径上，所述光学透镜组由至少三个具有屈光率的透镜组成；
所述第一反射元件配置于所述照明光束的传递路径上；以及
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用于将所述照明光束转换成影像光束，其中所述照明光束依序由所述匀光元件传递至所述光学透镜组以及所述第一反射元件，并借由所述第一反射元件反射至所述光阀。
2.根据权利要求1所述的光机模块，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的聚焦点与所述光阀的距离大于或等于1000毫米。
3.根据权利要求1所述的光机模块，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束在所述光阀上不同位置的入射角度的差值小于1.5度。
4.根据权利要求1所述的光机模块，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的光圈值介于2.8至8.0之间。
5.根据权利要求4所述的光机模块，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的光圈值介于3.0至3.4之间。
6.根据权利要求1所述的光机模块，其特征在于，所述光学透镜组包括光圈，且所述光圈位于具有屈光率的两相邻透镜之间。
7.根据权利要求1所述的光机模块，其特征在于，所述光机模块还包括：
第二反射元件，其配置于所述照明光束的传递路径上，且位于所述光学透镜组与所述第一反射元件之间。
8.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光机模块以及投影镜头，其中：
所述照明***包括至少三个激光光源，且提供至少三个激光光束，所述至少三个激光光束用于形成照明光束；
所述光机模块配置于所述照明光束的传递路径上，所述光机模块包括匀光元件、光学透镜组、第一反射元件以及光阀，其中：
所述匀光元件用于容许所述照明光束通过；
所述光学透镜组配置于所述照明光束的传递路径上，所述光学透镜组由至少三个具有屈光率的透镜组成；
所述第一反射元件配置于所述照明光束的传递路径上；以及
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用于将所述照明光束转换成影像光束；以及
所述投影镜头设置于所述影像光束的传递路径上，且用于投射影像光束至投影目标，其中所述照明光束依序由所述匀光元件传递至所述光学透镜组以及所述第一反射元件，并借由所述第一反射元件反射至所述光阀。
9.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的聚焦点与所述光阀的距离大于或等于1000毫米。
10.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束在所述光阀上不同位置的入射角度的差值小于1.5度。
11.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的光圈值介于2.8至8.0之间。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，由所述第一反射元件传递至所述光阀的所述照明光束的光圈值介于3.0至3.4之间。
13.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述光学透镜组包括光圈，且所述光圈位于具有屈光率的两相邻透镜之间。
14.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述光机模块，还包括第二反射元件，其配置于所述照明光束的传递路径上，且位于所述光学透镜组与所述第一反射元件之间。
15.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括分光组件，其配置于所述至少三个激光光束的传递路径上，且用于将所述至少三个激光光束合并为混合光束。
16.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括扩散装置，其配置于所述至少三个激光光束的传递路径上，且用于扩散所述至少三个激光光束。
17.根据权利要求16所述的投影装置，其特征在于，所述扩散装置位于所述至少三个激光光源与所述匀光元件之间。
18.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括：
平坦光学件，其配置于所述影像光束的传递路径上，所述平坦光学件为防尘件或提升解析度光学元件。
19.根据权利要求8所述的投影装置，其特征在于，所述影像光束的对比度大于1500：1。
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