TWI754955B - 光路調整機構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種光路調整機構，包括基座、框架、承載座、第一線圈、第二線圈及磁鐵。框架藉由一第一對可撓件與基座連接，承載座設於框架內且藉由一第二對可撓件與框架連接。磁鐵具有第一側與第二側，第一線圈位於第一側且第二線圈位於第二側。

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。因此，亟需一種結構簡單、可靠度高且可大幅減少重量及體積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，包括基座、框架、承載座、第一線圈、第二線圈及磁鐵。框架藉由一第一對 可撓件與基座連接，承載座設於框架內且藉由一第二對可撓件與框架連接，第一線圈設於框架，第二線圈設於承載座。磁鐵具有第一側與第二側，第一線圈位於第一側且與第一側的最短距離為d1，第二線圈位於第二側且與第二側的最短距離為d2，且光路調整機構滿足1<d1/d2<2的條件。

根據本發明的一個觀點，提供一種光路調整機構，包括基座、框架、承載座、第一線圈、第二線圈及磁鐵。框架藉由第一傳動機件與基座連接，承載座設於框架內且藉由第二傳動機件與框架連接，第一線圈設於框架，且第二線圈設於承載座。磁鐵具有一第一側，第一線圈與第二線圈均位於第一側，且磁鐵的第一側到承載座的最短距離大於第二線圈相對承載座的高度。

根據本發明的上述觀點，因讓光學元件於兩個不同軸向上擺動的致動器僅需使用一個磁鐵，因此可降低致動器的構件數及所需的佈局空間，且降低光路調整機構的整體重量、體積及製造成本。

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、200:光路調整機構

110:承載座

120:框架

130:基座

152:第一對可撓件

154:第二對可撓件

162:磁鐵

162a:第一側

162b:第二側

162c:底側

164:第一線圈

166:第二線圈

172:磁鐵座

180:光學元件

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

d1、d2、D:距離

H:高度

N、S:磁極

P、Q:軸線

圖1A為本發明一實施例之光路調整機構的立體示意圖，圖1B為圖1A的光路調整機構的平面示意圖，圖1C為說明光路調整機構的線圈的受力致動方向的示意圖。

圖2為本發明另一實施例之光路調整機構的立體示意圖。

圖3A為圖2的光路調整機構於另一視角的立體示意圖，圖3B為圖3A的平面示意圖。

圖4為本發明一實施例的光路調整機構應用於一光學系統 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系統的示意圖。

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為本發明一實施例之光路調整機構的立體示意圖，圖1B為圖1A的光路調整機構的平面示意圖。請同時參考圖1A及圖1B，光路調整機構100可包含一承載座110、一框架120、一基座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120鄰近基座130且實質圍繞承載座110，第一對可撓件152連接基座130和框架120並定義出一第一方向(第一軸線P延伸方向)，第二對可撓件154連接承載座110和框架120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，承載座110、框架120、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)。再者，光路調整機構100另包含一磁鐵162、一第一線圈164、及一第二線圈166，於本實施例中，第一線圈164設於框架120，第二線圈166設於承載座110，磁鐵162可固定於一磁鐵座172，且磁鐵座172可固定於基座130。請再參考圖1A，磁鐵162可產生固定磁場，當第一線圈164通電後，第一線圈164的電流產生磁場並與磁鐵162的固定磁場交互作用，使線圈164可受力移動。線圈的導線受力方向、磁鐵的磁場方向、及線圈的電流方向相互之間的關係可參考圖1C由右手開掌定則決定。如圖1C以第一線圈164為例，使用右手將大拇指朝著線圈164的電流方向指去，再將其它四根手指朝著磁鐵162的磁場方向指去，則依據右手開掌定則，掌心所面對的方向就是線圈164的導線的受力方向。因此，因第一線圈164連接框架120，第一線圈164通電受力時可連同框架120的一側移動，進而使框架120及其上的光學元件180以第一對可撓件152構成的第一軸線P為軸心往復擺動。同理，因第二線圈166連接承載座110，第二線圈166通電受力時可連同承載座110的一側移動，進而使承載座110及其上的光學元件180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1B所示，連接於基座130和框架120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120之間的第二對可撓件154例如可平行Y軸方向，框架120連同光學元件180可以第一對可撓件152(X軸方向)為軸心往復擺動， 且承載座110連同光學元件180可以第二對可撓件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130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1B，於本實施例中，磁鐵162具有第一側162a與第二側162b，第一線圈164位於第一側162a且與第一側的最短距離為d1，第二線圈166位於第二側162b且與第二側的最短距離為d2，且本實施例的光路調整機構100可滿足1<d1/d2<2的條件，但本發明不限於此。

藉由上述實施例的設計，因讓光學元件於兩個不同軸向上擺動的致動器僅需使用一個磁鐵，因此可降低致動器的構件數及所需的佈局空間，且降低光路調整機構的整體重量、體積及製造成本。

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。圖2為本發明另一實施例之光路調整機構的示意圖，其中圖2清楚地繪示出致動器的剖面結構。如圖2所示，光路調整機構200的第一對可撓件152連接基座130和框架120，第二對可撓件154連接承載座110和框架120，第一線圈164設於框架120，且第二線圈166設於承載座110，且第一線圈164及第二線圈166均設於單一磁鐵162的同一側(例示為底側162c)。如圖2所示，舉例而言，磁鐵162的底側162c 例如可為S極，第一線圈164通電時藉由電磁效應可於頂側形成N極，因此磁鐵162可吸引第一線圈164，使第一線圈164與框架120以第一對可撓件152為轉軸擺動，同理第二線圈166通電時藉由電磁效應可於頂側形成N極，因此磁鐵162可吸引第二線圈166，使第二線圈166與承載座110以第二對可撓件154為轉軸擺動。須注意上述的磁極表示及利用磁吸力致動方式僅為例示，亦可利用磁斥力、或交替利用磁吸力跟磁斥力致動均可。於本實施例中，第一線圈164及第二線圈166均設於單一磁鐵162的底側162c，且磁鐵162的底側162c到承載座110的最短距離D大於第二線圈166相對承載座110的高度H。圖3A為圖2的光路調整機構於另一視角的立體示意圖，圖3B為圖3A的平面示意圖。圖3A清楚顯示單一磁鐵162容置於磁鐵座172內、以及單一磁鐵162相對線圈164、166的完整配置形態，圖3B清楚顯示磁鐵162與第一對可撓件152、第二對可撓件154、承載座110和框架120於平面上的相對配置關係。

上述各個實施例的光路調整機構的構件僅為例示，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120可用一外架取代，基座130可用一底座取代等等而不限定。於一實施例中，承載座110、基座130、框架120、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。

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，設置一第二對可撓件連接框架及承載座，於該框架上設置第一線圈，於該承載座上設置第二線圈，且於基座上設置一磁鐵。磁鐵具有一第一側與一 第二側，第一線圈位於第一側且與第一側的最短距離為d1，第二線圈位於第二側且與第二側的最短距離為d2，且配置使1<d1/d2<2。

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:框架

130:基座

152:第一對可撓件

154:第二對可撓件

162:磁鐵

164:第一線圈

166:第二線圈

172:磁鐵座

180:光學元件

P、Q:軸線

Claims (10)

1. 一種光路調整機構，包括：

   一基座；

   一框架，藉由一第一對可撓件與該基座連接；

   一承載座，設於該框架內，藉由一第二對可撓件與該框架連接；

   一第一線圈，設於該框架；

   一第二線圈，設於該承載座；以及

   一磁鐵，具有一第一側與一第二側，該第一線圈位於該第一側且與該第一側的最短距離為d1，該第二線圈位於該第二側且與該第二側的最短距離為d2，且該光路調整機構滿足1<d1/d2<2的條件。
2. 一種光路調整機構，包括：

   一基座；

   一框架，藉由一第一傳動機件與該基座連接；

   一承載座，設於該框架內，藉由一第二傳動機件與該框架連接；

   一第一線圈，設於該框架；

   一第二線圈，設於該承載座；以及

   一磁鐵，具有一第一側，該第一線圈與該第二線圈均位於該第一側，且該磁鐵的該第一側到該承載座的最短距離大於該第二線圈相對該承載座的高度。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之光路調整機構，更包含：

   一光學元件，設於該承載座上。
4. 如申請專利範圍第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。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之光路調整機構，其中該光路調整機構滿足下列條件其中之一：

   (1)該光路調整機構的磁鐵總數目為1；

   (2)該光路調整機構的該磁鐵固定於一磁鐵座，且該磁鐵座固定於該基座。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之光路調整機構，其中該框架實質圍繞該承載座。
7. 如申請專利範圍第2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，該第一對可撓件定義一第一方向，且該第二對可撓件定義一第二方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光路調整機構，其中該框架、該承載座、該第一對可撓件、與該第二對可撓件四者的至少其中之二係為一體成型。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光路調整機構，更包含設於該承載座上的一光學元件，且該光學元件以該第一方向及該第二方向為軸擺動。
10. 一種光路調整機構製造方法，包含：

    提供一基座、一框架及一承載座，且於該承載座上設置一光學元件；

    設置一第一對可撓件連接該基座及該框架；

    設置一第二對可撓件連接該框架及該承載座；

    於該框架上設置第一線圈；

    於該承載座上設置第二線圈；以及

    於該基座上設置一磁鐵，該磁鐵具有一第一側與一第二側，其中該第一線圈位於該第一側且與該第一側的最短距離為d1，該第二線圈位於該第二側且與該第二側的最短距離為d2，且配置使 1<d1/d2<2。

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