TWI842592B - 無焦光學元件以及投影裝置 - Google Patents
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Abstract
一種無焦光學元件，用以對光束進行縮束。無焦光學元件包括朝向物側且使光束通過的物側面及朝向像側且使光束通過的像側面，其中物側面為凸面，像側面為凹面。無焦光學元件僅有一片透鏡。此外，一種投影裝置亦被提出。
Description
本發明是有關於一種光學元件以及電子裝置，且特別是有關於一種無焦光學元件以及投影裝置。
投影裝置為一種用以產生大尺寸畫面的顯示裝置，隨著科技技術的演進與創新，一直不斷的在進步。投影裝置的成像原理是將照明系統所產生的照明光束藉由光閥轉換成影像光束，再將影像光束通過投影鏡頭投射到投射目標物(例如：螢幕或牆面上)，以形成投影畫面。此外，照明系統也隨著市場對投影裝置亮度、色彩飽和度、使用壽命、無毒環保等等要求，一路從超高效能燈泡(Ultra-high-performance lamp,UHP lamp)、發光二極體(Light-emitting diode,LED)，一直進化到目前最先進的雷射二極體(laser diode,LD)光源，用以使投影裝置內部配置更緊湊且光學表現更好。
在目前的合光系統中，一般無焦系統(afocal system)設計都會使用兩片鏡片，其中一片為凸透鏡，而另一片為凹透鏡。
透過兩片鏡片曲率與位置的設計，可以達到縮小平行光束的直徑。然而，上述的設計雖可以大幅縮小平行光束的直徑，但需要佔用較大的空間，以及較高的成本。
本發明提供一種無焦光學元件以及投影裝置，可佔用較小的空間，且具有較低的成本，使投影裝置具有較小的體積。
本發明提供一種無焦光學元件，用以對光束進行縮束。無焦光學元件包括朝向物側且使光束通過的物側面及朝向像側且使光束通過的像側面，其中物側面為凸面，像側面為凹面。無焦光學元件僅有一片透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件為彎月狀透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件為球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件的材質為玻璃。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件的折射率大於等於1.70且小於等於1.90。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦R2/R1<1，其中R2為像側面的曲率半徑，且R1為物側面的曲率半徑。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦D2/D1<1，其中D2為光束在通過無焦光學元件後的束徑，且D1為光束在通過無焦光學元件前的束徑。
在本發明的一實施例中，上述的物側面的曲率半徑大於等於4.1毫米且小於等於5.2毫米。
在本發明的一實施例中，上述的像側面的曲率半徑大於等於2.8毫米且小於等於3.9毫米。
在本發明的一實施例中，上述的光束進入無焦光學元件前為平行光，來自無焦光學元件的光束也為平行光。
本發明提供一種投影裝置，包括照明系統、光閥以及投影鏡頭。照明系統用以提供照明光束。照明系統包括光源模組以及無焦光學元件。光源模組提供光束。無焦光學元件配置於光束的傳遞路徑上，用以對光束進行縮束。無焦光學元件包括朝向物側且使光束通過的物側面及朝向像側且使光束通過的像側面，其中物側面為凸面，像側面為凹面。無焦光學元件僅有一片透鏡。光閥配置於照明光束的傳遞路徑上，用以將照明光束轉換為影像光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上，用以將影像光束投射出投影裝置。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件為彎月狀透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件為球面透鏡。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件的材質為玻璃。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件的折射率大於等於1.70且小於等於1.90。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦R2/R1<1，其中R2為像側面的曲率半徑，且R1為物側面的曲率半徑。
在本發明的一實施例中，上述的無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦D2/D1<1，其中D2為光束在通過無焦光學元件後的束徑，且D1為光束在通過無焦光學元件前的束徑。
在本發明的一實施例中，上述的物側面的曲率半徑大於等於4.1毫米且小於等於5.2毫米，且像側面的曲率半徑大於等於2.8毫米且小於等於3.9毫米。
在本發明的一實施例中，上述的光束進入無焦光學元件前為平行光，來自無焦光學元件的光束也為平行光。
在本發明的一實施例中，上述的光源模組包括多個雷射發光單元，分別提供多個子光束以形成光束。多個雷射發光單元以陣列排列。
基於上述，在本發明的無焦光學元件及投影裝置中，無焦光學元件配置於照明系統中的光束的傳遞路徑上，用以對光束進行縮束。無焦光學元件包括朝向物側且使光束通過的物側面及朝向像側且使光束通過的像側面，其中物側面為凸面，像側面為
凹面。無焦光學元件僅有一片透鏡。如此一來，相較於使用兩片光學透鏡進行縮束的現有技術，使用單一光學透鏡的無焦光學元件，可在照明系統中佔用較小的空間，且具有較低的成本，進而使投影裝置具有較小的體積。
為讓本發明的上述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。
10:投影裝置
50:照明系統
51:光源模組
52:擴散元件
53:勻光元件
54:反射元件
55:分光元件
56:透鏡元件
57:雷射發光單元
60:光閥
70:投影鏡頭
100:無焦光學元件
A1:物側
A2:像側
D1,D2:束徑
L:光束
L0:子光束
LB:照明光束
LI:影像光束
S1:物側面
S2:像側面
圖1為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。
圖2為本發明一實施例的無焦光學元件的示意圖。
圖1為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。請參考圖1。本實施例提供一種投影裝置10，包括照明系統50、光閥60以及投影鏡頭70。其中，照明系統50用以提供照明光束LB。光閥60配置於照明光束LB的傳遞路徑上，用以將照明光束LB轉換為影像光束LI。投影鏡頭70配置於影像光束LI的傳遞路徑上，且用以將影像光束LI投射出投影裝置10至投影目標(未顯示)，例如螢幕或牆面。
照明系統50用以提供照明光束LB。舉例而言，在本實施例中，照明系統50例如由光源模組51、擴散元件52、勻光元
件53、反射元件54、分光元件55及/或透鏡元件56所組合而成，用以提供出不同波長的光以形成影像光束LI。光源模組51用以提供光束L在本實施例中，光源模組51例如包括多個雷射發光單元57，分別提供多個子光束L0以形成光束L，多個雷射發光單元57以陣列排列。然而，本發明並不限定投影裝置10中照明系統50的種類或形態，其詳細結構及實施方式可以後續說明及由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明。
光閥60例如是液晶覆矽板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、數字微鏡元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等反射式光調變器。於一些實施例中，光閥60也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，電光調變器(Electro-Optical Modulator)、磁光調變器(Magneto-Optic modulator)、聲光調變器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光調變器。本發明對光閥60的型態及其種類並不加以限制。光閥60將照明光束LB轉換為影像光束LI的方法，其詳細步驟及實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
投影鏡頭70例如包括具有屈光度的一或多個光學鏡片的組合，例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、平凸透鏡以及平凹透鏡等非平面鏡片的各種組合。於一實施例中，投影鏡頭70還可以包括平面光學鏡片，以反射方式將來自光閥60的影像光束LI投射至投影目標。本發明對投影鏡頭70的型態及
其種類並不加以限制。
圖2為本發明一實施例的無焦光學元件的示意圖。本實施例的無焦光學元件100至少可應用於圖1所顯示的投影裝置10，故以下以此為例說明。請同時參考圖1及圖2。照明系統50包括無焦光學元件100，配置於光束L的傳遞路徑上，用以對光束L進行縮束。具體而言，在本實施例中，無焦光學元件100配置於來自光源模組51的光束L的傳遞路徑上，且位於光源模組51與擴散元件52之間，但本發明並不限於此。需說明的是，無焦光學元件100僅有一片透鏡，而光束L進入無焦光學元件100前為平行光，來自無焦光學元件100的光束L也為平行光。換句話說，本實施例可藉由單一片光學透鏡即可達到對光束L進行縮束的目的。如此一來，相較於使用兩片光學透鏡進行縮束的現有技術，可在照明系統50中佔用較小的空間，且具有較低的成本，進而使投影裝置10具有較小的體積。
詳細而言，在本實施例中，無焦光學元件100包括朝向物側A1且使光束L通過的物側面S1及朝向像側A2且使光束L通過的像側面S2，其中物側面S1為凸面，像側面S2為凹面。換句話說，無焦光學元件100為彎月狀透鏡。在本實施例中，無焦光學元件100為球面透鏡，其材質可以是玻璃，折射率例如大於等於1.70且小於等於1.90。如此一來，在使用較高折射率材料進行製造，可使得無焦光學元件100所需的厚度較薄，得以實現較小的體積較小，進而容易製造，但本發明並不限於此。此外，在
本實施例中，無焦光學元件100滿足條件式：0.5≦R2/R1<1，其中R2為像側面S2的曲率半徑，且R1為物側面S1的曲率半徑。倘若R2與R1的比值小於0.5，則將產生像側面S2的曲率半徑過小而不易製造的問題。換句話說，在此條件下，可較容易製造出無焦光學元件100，使透鏡有較佳的穩定性而不易破裂，且還能降低製造成本。
具體而言，無焦光學元件100的物側面S1的曲率半徑大於等於4.1毫米且小於等於5.2毫米，且像側面S2的曲率半徑大於等於2.8毫米且小於等於3.9毫米。舉例而言，在本實施例中，無焦光學元件100的折射率為1.834，物側面S1的曲率半徑為4.67毫米，且像側面S2的曲率半徑為3.33毫米，故可將光束L在縮束前的束徑D1縮小為光束L在縮束後的束徑D2，且束徑D2與束徑D1的比值為0.71。如此一來，相較於使用兩片光學透鏡進行縮束的現有技術，本實施例使用單一光學透鏡的無焦光學元件100，可在照明系統50中佔用較小的空間，且具有較低的成本，進而使投影裝置10具有較小的體積。
綜上所述，在本發明的無焦光學元件及投影裝置中，無焦光學元件配置於照明系統中的光束的傳遞路徑上，用以對光束進行縮束。無焦光學元件包括朝向物側且使光束通過的物側面及朝向像側且使光束通過的像側面，其中物側面為凸面，像側面為凹面。無焦光學元件僅有一片透鏡。如此一來，相較於使用兩片光學透鏡進行縮束的現有技術，使用單一光學透鏡的無焦光學元
件，可在照明系統中佔用較小的空間，且具有較低的成本，進而使投影裝置具有較小的體積。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:投影裝置
50:照明系統
51:光源模組
52:擴散元件
53:勻光元件
54:反射元件
55:分光元件
56:透鏡元件
57:雷射發光單元
60:光閥
70:投影鏡頭
100:無焦光學元件
L:光束
L0:子光束
LB:照明光束
LI:影像光束
Claims (9)
- 一種無焦光學元件，用以對光束進行縮束，所述無焦光學元件包括朝向物側且使所述光束通過的物側面及朝向像側且使所述光束通過的像側面，其中所述物側面為凸面，所述像側面為凹面，所述無焦光學元件僅有一片透鏡，其中所述無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦R2/R1<1，其中R2為所述像側面的曲率半徑，且R1為所述物側面的曲率半徑。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述無焦光學元件為彎月狀透鏡、所述無焦光學元件為球面透鏡及/或所述無焦光學元件的材質為玻璃。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述無焦光學元件的折射率大於等於1.70且小於等於1.90。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述無焦光學元件滿足以下條件式：0.5≦D2/D1<1，其中D2為所述光束在通過所述無焦光學元件後的束徑，且D1為所述光束在通過所述無焦光學元件前的束徑。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述物側面的曲率半徑大於等於4.1毫米且小於等於5.2毫米。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述像側面的曲率半徑大於等於2.8毫米且小於等於3.9毫米。
- 如請求項1所述的無焦光學元件，其中所述光束進入所述無焦光學元件前為平行光，來自所述無焦光學元件的所述光束也為平行光。
- 一種投影裝置，包括：照明系統，用以提供照明光束，所述照明系統包括：光源模組，提供光束；以及無焦光學元件，配置於所述光束的傳遞路徑上，用以對所述光束進行縮束，所述無焦光學元件包括朝向物側且使所述光束通過的物側面及朝向像側且使所述光束通過的像側面，其中所述物側面為凸面，所述像側面為凹面，所述無焦光學元件僅有一片透鏡；光閥，配置於所述照明光束的傳遞路徑上，用以將所述照明光束轉換為影像光束；以及投影鏡頭，配置於所述影像光束的傳遞路徑上，用以將所述影像光束投射出所述投影裝置。
- 如請求項8所述的投影裝置，其中所述光源模組包括多個雷射發光單元，分別提供多個子光束以形成所述光束，所述多個雷射發光單元以陣列排列。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI842592B true TWI842592B (zh) | 2024-05-11 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080165420A1 (en) | 2006-12-29 | 2008-07-10 | Fumitomo Yamasaki | Afocal lens, optical head, optical disk apparatus and optical information equipment |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080165420A1 (en) | 2006-12-29 | 2008-07-10 | Fumitomo Yamasaki | Afocal lens, optical head, optical disk apparatus and optical information equipment |
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