光學投影系統的製作方法

2023-08-05 01:35:41 1

專利名稱：：光學投影系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種光學投影系統，特別是一種具有三個雙穩態空間光源調變組件的光學投影系統。
背景技術：
：在我們世界裡的視覺是模擬形式，但當我們利用電子信號來獲取、儲存和傳送該模擬現象時，採用數位技術卻能帶來許多重大優點；而數字投影和顯示技術能接受數字視訊之後，產生一系列的數字光脈衝；當這些光脈衝進入我們的眼睛後，大腦會把它解譯成為彩色模擬影像；而使用具有多個反射性光開關的雙穩態空間光源調變組件(BistableSpatiallightmodulator),例如數字微型反射鏡組件(DigitalMicromirrorDevice,簡稱DMD)，或者是微型反射鏡數組組件(Micro-mirrorArray)，即是一種用來達到數字投影和顯示的技術。參閱圖l，一種現有光學投影系統l，包含光源模塊ll、中繼透鏡組12、全反射稜鏡組13、分合光模塊14、信號模塊15，及投影鏡頭16。該光源模塊ll輸出白色光束lll;該中繼透鏡組12供會聚並傳送該光束111;該全反射稜鏡組13具有可供該光束111進行全反射的反射面131;該分合光模塊14具有兩個呈三角柱形的稜鏡141、呈四邊形的稜鏡142，及分別位於這些稜鏡141、142之間的第一分光面143與第二分光面144;該信號模塊15具有三個分別鄰近該分合光模塊14的數字微型反射鏡組件151。當該白色光束111經該全反射稜鏡組13反射面131全反射之後，進入該分合光模塊14內，由該第一分光面143將該光束111分離出第一色光112及雙色光113，其中該第一色光112經該數字微型反射鏡組件151反射後含有影像信號，而該雙色光113再經由該第二分光面144分離出第二色光114及第三色光115，如此該第二、第三色光114、115分別再經這些位微型反射鏡組件151反射後含有影像信號，最後，這些色光112、114、115再會合於該分合光模塊14內一起射出，並經由該投影鏡頭16投影和顯示於一個屏幕(圖未示)上。現有光學投影系統1的光路設計是讓這些數字微型反射鏡組件151位於該投影鏡頭16的後焦點(BackFocus)上，但因為現有的光學投影系統1在該投影鏡頭16與各數字微型反射鏡組件151之間需要存在有該全反射稜鏡組13，及該分合光模塊14的三個稜鏡141、142，所以該投影鏡頭16需要有極長的後焦長度(BackFocalLength,簡稱BFL)用以容置上述組件，例如，需要大於100mm以上的後焦長度才足夠容納；因此，該投影鏡頭16為具有如此長的後焦長度，需要數量眾多的透鏡才能製成，例如，十片以上的透鏡；造成了該投影鏡頭16的生產良率下降的問題。另外，整體光學投影系統1的體積尺寸也因為該投影鏡頭16的後焦長度過長而妨礙朝向小型化的設計。
發明內容因此，本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術中光學投影系統的後焦長度較長的缺陷，提供一種可以使用短後焦長度的投影鏡頭的光學投影系統。本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是，提供一種光學投影系統，包含光源模塊，輸出光束；分光模塊，包括分離該光束成第一色光與雙色光的第一分光件、分離該雙色光成第二色光與第三色光的第二分光件、反射並導引這些色光的反射件群，及三個分別供該反射件群導引後的這些色光進行全反射的全反射稜鏡組；信號模塊，包括三個分別可反射經這些全反射稜鏡組全反射後的這些色光並使其含有影像信號的雙穩態空間光源調變組件；合光模塊，包括用於反射含有影像信號的該第一色光的第一合光面，及與該第一合光面交叉並會反射含有影像信號的該第三色光的第二合光面；及投影鏡頭，與這些雙穩態空間光源調變組件分別圍繞於該合光模塊，並供含有影像信號的這些色光投影輸出。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該合光模塊更包括四個直角三角形的稜鏡，這些稜鏡組合成矩形並形成相互交叉的該第一合光面與第二合光面。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該分光模塊的這些全反射稜鏡組分別介於該合光模塊與這些雙穩態空間光源調變組件之間。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該第一色光離開該第一分光件的方向與第二色光離開該第二分光件的方向是呈相反方向，且該第三色光離開該第二分光件的方向與該第二色光離開該第二分光件的方向是呈相互垂直。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該分光模塊更包括多個分別介於這些反射件與全反射稜鏡組之間的聚光透鏡。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該分光模塊更包括分別介於該光源模塊與第一分色件之間的中繼透鏡組。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該光源模塊光束入射於該中繼透鏡組的方向是平行於該投影鏡頭投影輸出的方向。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該信號模塊的每一雙穩態空間光源調變組件各是數字微型反射鏡組件。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該投影鏡頭與其中的一個雙穩態空間光源調變組件是沿第一軸向分別排列於該合光模塊的其中兩側，而另外兩個雙穩態空間光源調變組件則是沿第二軸向分別排列於該合光模塊的另外兩側，且該第一、第二軸向是相互垂直。在本發明所述的光學投影系統中，其中，該分光模塊的第一、第二分光件與該反射件群均是位於上層位置，而這些全反射稜鏡組、這些雙穩態空間光源調變組件、該合光模塊、與該投影鏡頭均是位於下層位置。本發明的功效在於該投影鏡頭與各雙穩態空間光源調變組件之間，只存在該合光模塊與一個全反射稜鏡組，所以使用具有短後焦長度的投影鏡頭，即可以容置上述組件，確實能達到本發明的目的。下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖l是現有一種光學投影系統的光路示意圖；圖2是一個俯視示意圖，說明本發明光學投影系統的一個較佳實施例；圖3是該較佳實施例一個側視示意圖4是一個光路示意圖，說明該較佳實施例其中一個分光模塊的光路；及圖5是一個光路示意圖，說明該較佳實施例其中信號模塊、合光模塊，及投影鏡頭的光路。附圖標號說明2光學投影系統3光源模塊31光束311第一色光311'雙色光312第二色光313第三色光32光源4分光模塊41中繼透鏡組42第一分光件43第二分光件44聚光透鏡45反射件群45'中繼反射件45"主反射件46全反射稜鏡組47聚光透鏡5信號模塊51觀翻1BW鵬胼6合光模塊61稜鏡62第一合光面63第二合光面7投影鏡頭X第一軸向Y第二軸向具體實施例方式有關本發明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合附圖的一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。參閱圖2、圖3、圖4，本發明光學投影系統2包含光源模塊3、分光模塊4、信號模塊5、合光模塊6，及投影鏡頭7。該光源模塊3，包括可輸出白色光束31的光源32。該分光模塊4，包括可供該光束31會聚並傳送的中繼透鏡組41(RelayLens)、分離該光束31成第一色光311與雙色光311'的第一分光件42、分離該雙色光311，成第二色光312與第三色光313的第二分光件43、介於這些分光件42、43之間的聚光透鏡44、具有兩個中繼反射件45，及三個主反射件45"並且可反射並導引這些色光311、312、313的反射件群45、三個分別供該反射件群45導引後的這些色光311、312、313進行全反射的全反射稜鏡組46，及三個分別介於這些全反射稜鏡組46與這些主反射件45，之間的聚光透鏡47。其中，該反射件群45的這些中繼反射件45'是分別供自該第二分光件42離開的該第二、第三色光312、313反射轉向，而這些主反射件45"則是分別鄰近於該全反射稜鏡組46並且分別供經該中繼反射件45'的該第二、第三色光312、313反射轉向。另外，在該第一、第二分光件42、43上分別覆蓋有隻會反射該第一、第二色光311、312的材料，如此，該第一分光件42上只會反射該第一色光311而使得該雙色光311'通過；而該第二分光件43則只會反射該第二色光312而使得該第三色光313通過，達到將該光束31分離成三道個別色光的目的。例如，在本實施例中，該第一分光件42隻會反射紅色光、而該第二分光件43則只會反射該藍色光，如此，被分離的該第一色光311即是紅色光，被分離的該第二色光312即是藍色光，而第三色光313即是綠色光；另外，如果改變該第一分光件42與第二分光件43的覆蓋材料，則這些色光311、312、313所代表的顏色也可以跟著改變。另外，如圖4所示，該第一、第二分光件42、43的設置角度可使該第一色光311離開該第一分光件42時的方向，與該第二色光312離開該第二分光件43時的方向是呈相反方向，而且該第三色光313離開該第二分光件43時的方向則是分別與該第二色光312離開該第二分光件43時的方向呈相互垂直(如圖4所示)。另外，該中繼透鏡組41、該分光件42、43、介於該分光件42、43之間的該聚光透鏡44，及該反射件群45均是位於上層位置(如圖3所示)；而這些全反射稜鏡組46等組件則是位於一下層位置(如圖3所示)；藉由該反射件群45其中分別鄰近全反射稜鏡組46的三個主反射件45"在上、下層方向上轉動45度(如圖3所示)、三個聚光透鏡47在該上、下層方向上轉動45度(如圖3所示)，及該全反射稜鏡組46在該上、下層方向上也轉動45度(如圖3所示)，可將這些色光311、312、313分別由上層位置導引到下層位置。該信號模塊5，位於該下層位置，並包括三個分別可反射經該全反射稜鏡組46全反射後的這些色光311、312、313，並使其含有影像信號的雙穩態空間光源調變組件51(BistableSpatiallightmodulator);在本實施例中，每一雙穩態空間光源調變組件51各是數字微型反射鏡組件(DigitalMicromirrorDevice,簡稱DMD)，或者，也可以是微型反射鏡數組組件(Micro-mirrorArray);均可在接受數字視訊之後，產生一系列的數字光脈衝。該合光模塊6，位於該下層位置，並包括四個直角三角形的稜鏡61，及由這些稜鏡61組合成矩形並形成相互交叉的第一合光面62與第二合光面63;其中，在該第一、第二合光面62、63分別覆蓋有隻會反射該第一、第三色光311、313的材料，如此，該第一合光面62上只會反射含有影像信號的該第一色光3U，而該第二合光面63則只會反射含有影像信號的該第三色光313。例如，在本實施例中，該第一合光面62隻會反射呈紅色的第一色光311、而該第二合光面63則只會反射呈綠色的第三色光313。該投影鏡頭7，位於該下層位置並與該雙穩態空間光源調變組件51分別圍繞於該合光模塊6，且供含有影像信號的這些色光311、312、313投影輸出。在本實施例中，該投影鏡頭7與其中的一個雙穩態空間光源調變組件51是沿第一軸向X分別排列於該合光模塊6的其中兩側，而另外兩個雙穩態空間光源調變組件51則是沿第二軸向Y分別排列於該合光模塊6的另外兩側，且該第一、第二軸向X、Y是相互垂直；另外，該全反射稜鏡組46則是分別介於該合光模塊6與該雙穩態空間光源調變組件51之間。以上詳細地說明位於該下層位置的其中各組件彼此之間的相對位置。以下說明本發明光學投影系統2內的光路設計及運作機制參閱圖4，首先說明由該光源32輸出的該光束31如何在該分光模塊4中行進以便達到分光的效果。當該光束31由該光源32出射，會先經該中繼透鏡組41的會聚與傳送，接著經該第一分光件42，此時，該光束被分離成該第一色光311與該雙色光311，；其中的該第一色光311經該第一分光件42反射後，再經在該上、下層方向上轉動45度的主反射件45"、聚光透鏡47，進入全反射稜鏡組46，最後全反射進入對應的雙穩態空間光源調變組件51。另外的雙色光311，在通過該第一分光件42後，經過該聚光透鏡44，接著經該第二分光件43，此時，該雙色光311，被分離成該第二色光312與第三色光313，其中的該第二色光312經該第二分光件43反射後，經中繼反射件45'，再經在該上、下層方向上轉動45度的主反射件45"、聚光透鏡47，進入全反射稜鏡組46，最後全反射進入對應的雙穩態空間光源調變組件51;而該第三色光313也在通過該第二分光件43後，經中繼反射件45'，再經在該上、下層方向上轉動45度的主反射件45"、聚光透鏡47，進入全反射稜鏡組46，最後全反射進入對應的雙穩態空間光源調變組件51。參閱圖5，接著說明這些色光311、312、313如何分別由這些雙穩態空間光源調變組件51、經該合光模塊6，再進入該投影鏡頭7。當該第一色光311進入對應的雙穩態空間光源調變組件51後，該雙穩態空間光源調變組件51會反射該第一色光311並使其含有影像信號，接著，該第一色光311經該全反射稜鏡組46後進入該合光模塊6，再經該第一合光面62的反射後轉換方向。另外，該第三色光313也如同該第一色光311—樣，由相應的雙穩態空間光源調變組件51反射後，經該全反射稜鏡組46後進入該合光模塊6，不同之處在於該第三色光313會被該第二合光面63反射而轉換方向。另外該第二色光312也如同該第一色光311—樣，由相應的雙穩態空間光源調變組件51反射後，經該全反射稜鏡組46後進入該合光模塊6，不同之處在於該第二色光312可直接穿過該合光模塊6而沒有經任何的反射。如此，被該第一合光面62反射轉向的該第一色光311、與被該第二合光面63反射轉向的該第三色光313，及直接穿過的該第二色光312在該合光模塊6內合併，形成含有各雙穩態空間光源調變組件51影像信號的光束，最後經該投影鏡頭7投影並輸出於屏幕上(圖未示)。綜合上述，將本發明光學投影系統2可達到的功效及優點詳細說明如下一、可以使用短後焦長度的投影鏡頭7:在本發明光學投影系統2的光路設計中，這些雙穩態空間光源調變組件51是位於該投影鏡頭7的後焦點(BackFOCUS)上，而在該投影鏡頭7與各雙穩態空間光源調變組件51之間，只需要存在有該合光模塊6與一個全反射稜鏡組46即可，相較於現有的光學投影系統1需要存在有該全反射稜鏡組13，及該分合光模塊14中具有分光與合光作用的三個稜鏡141、142，本發明光學投影系統2確實可以使用具有短後焦長度的投影鏡頭7，即可容納上述的全反射稜鏡組46與合光模塊6。如此，改善了該投影鏡頭7因為需要長後焦長度所造成生產良率下降的問題。二、整體光學投影系統2的體積尺寸可以朝向小型化設計現有的光學投影系統1的設計，因為該投影鏡頭16與各數字微型反射鏡組件151之間，需要存在有該全反射稜鏡組13，及該分合光模塊14中具有分光與合光作用的三個稜鏡141、142，所以無法縮短整體的長度尺寸；另外，因為該光束111是由橫向側引入，所以整體的寬度尺寸必須容納該中繼透鏡組12及該全反射稜鏡組14而無法縮短；但是本發明光學投影系統2使用了短後焦長度的投影鏡頭7，使得整體的長度尺寸可縮短，另外，將該光束31的入射方向也經改向設計，使得該光束31入射於該中繼透鏡組41的方向是平行於該投影鏡頭7投影輸出的方向，所以整體的寬度尺寸也可縮短，如此，達到小型化設計的目的。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施的範圍，即凡依本發明權利要求及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，均仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。權利要求1.一種光學投影系統，其特徵在於，包含光源模塊，輸出光束；分光模塊，包括分離所述光束成第一色光與雙色光的第一分光件、分離所述雙色光成第二色光與第三色光的第二分光件、反射並導引這些色光的反射件群，及三個分別供所述反射件群導引後的這些色光進行全反射的全反射稜鏡組；信號模塊，包括三個分別用於反射經這些全反射稜鏡組全反射後的這些色光並使其含有影像信號的雙穩態空間光源調變組件；合光模塊，包括用於反射含有影像信號的所述第一色光的第一合光面，及與所述第一合光面交叉並用於反射含有影像信號的所述第三色光的第二合光面；及投影鏡頭，與這些雙穩態空間光源調變組件分別圍繞於所述合光模塊，並供含有影像信號的這些色光投影輸出。2.依據權利要求1所述的光學投影系統，其特徵在於，所述合光模塊更包括四個直角三角形的稜鏡，這些稜鏡組合成一矩形並形成相互交叉的所述第一合光面與第二合光面。3.依據權利要求2所述的光學投影系統，其特徵在於，所述分光模塊的這些全反射稜鏡組分別介於所述合光模塊與這些雙穩態空間光源調變組件之間。4.依據權利要求3所述的光學投影系統，其特徵在於，所述第一色光離開所述第一分光件的方向與第二色光離開所述第二分光件的方向是呈相反方向，且所述第三色光離開所述第二分光件的方向與所述第二色光離開所述第二分光件的方向是呈相互垂直。5.依據權利要求4所述的光學投影系統，其特徵在於，所述分光模塊更包括多個分別介於這些反射件與全反射稜鏡組之間的聚光透鏡。6.依據權利要求5所述的光學投影系統，其特徵在於，所述分光模塊更包括分別介於所述光源模塊與第一分色件之間的中繼透鏡組。7.依據權利要求6所述的光學投影系統，其特徵在於，所述光源模塊光束入射於所述中繼透鏡組的方向是平行於所述投影鏡頭投影輸出的方向。8.依據權利要求1所述的光學投影系統，其特徵在於，所述信號模塊的每一雙穩態空間光源調變組件各是數字微型反射鏡組件。9.依據權利要求2所述的光學投影系統，其特徵在於，所述投影鏡頭與其中的一個雙穩態空間光源調變組件是沿第一軸向分別排列於所述合光模塊的其中兩側，而另外兩個雙穩態空間光源調變組件則是沿第二軸向分別排列於所述合光模塊的另外兩側，且所述第一、第二軸向是相互垂直。10.依據權利要求9所述的光學投影系統，其特徵在於，所述分光模塊的第一、第二分光件與所述反射件群均是位於上層位置，而這些全反射稜鏡組、這些雙穩態空間光源調變組件、所述合光模塊、與所述投影鏡頭均是位於下層位置。全文摘要本發明涉及一種光學投影系統，包含光源模塊、分光模塊、信號模塊、合光模塊，及投影鏡頭；其中，光源模塊輸出光束；該分光模塊包括分離該光束成第一色光與雙色光的第一分光件、分離該雙色光成第二色光與第三色光的第二分光件、反射件群，及三個分別全反射這些色光的全反射稜鏡組；該信號模塊包括三個分別可反射這些色光並使其含有影像信號的雙穩態空間光源調變組件；該合光模塊包括會反射該第一色光的第一合光面，及與該第一合光面交叉並會反射該第三色光的第二合光面；該投影鏡頭供含有影像信號的這些色光投影輸出。文檔編號G02B27/10GK101308319SQ200710104049公開日2008年11月19日申請日期2007年5月18日優先權日2007年5月18日發明者張明新,李嶽璁申請人:亞洲光學股份有限公司