專利名稱：投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影儀，尤其涉及一種利用兩組透鏡組將來自光源的光束成像于屏幕上且利用光學(xué)原理使此兩組透鏡組之間的距離達到最小的投影儀。
背景技術(shù)：
投影儀是將光線通過色輪(color wheel)形成所需的單色光(紅、藍(lán)、綠)，然后經(jīng)過一連串光學(xué)鏡片后投射至數(shù)字微鏡裝置(Digital MicromirrorDevice，DMD)，此數(shù)字微鏡裝置可以依照控制系統(tǒng)的指示決定單色光的位置，然后經(jīng)由投射鏡頭(內(nèi)含投射透鏡組)將影像投射至屏幕上。如此，由色輪輪流取得三種色光，并經(jīng)過數(shù)字微鏡裝置決定所投射的位置以形成影像。
在現(xiàn)有的投影儀中，一般是使光源發(fā)出的光束通過兩組透鏡組，然后由數(shù)字微鏡裝置反射至投射透鏡組而成像，為使光學(xué)系統(tǒng)所占的體積減小，以使投影儀小型化，希望找到兩組透鏡組之間光路的路徑長度的最小值，以作為設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)的參考依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種投影儀，該投影儀利用使兩組透鏡組之間光路的路徑長度最短的成像方法通過兩透鏡組將來自光源的光束成像于屏幕上且使此兩組透鏡組之間的距離最短。
本發(fā)明一優(yōu)選實施方式的投影儀包括光源模塊；第一透鏡組；第二透鏡組；影像成像裝置；及投射透鏡組，其中，從所述光源模塊發(fā)出的光束匯聚于第一位置后，依次通過第一透鏡組、第二透鏡組、影像成像裝置及投射透鏡組，該光束經(jīng)由第一透鏡組成像于第一駐像點(first relayposition)，經(jīng)由第二透鏡組成像于第二駐像點，從第一位置到第一透鏡組的主平面(principle plane)的光路的路徑長度大于第一透鏡組的兩倍焦距，從第二透鏡組的主平面到第二駐像點的光路的路徑長度大于第二透鏡組的兩倍焦距。
本發(fā)明該優(yōu)選實施方式所采用的光學(xué)成像方法包括下列步驟提供光源、第一透鏡組、第二透鏡組、影像成像裝置以及投射透鏡組；使光源發(fā)出的光束于第一位置形成一匯聚點，然后依次通過第一透鏡組、第二透鏡組、影像成像裝置，其中光束經(jīng)由第一透鏡組成像于第一駐像點，經(jīng)由第二透鏡組成像于第二駐像點；定義光束從第一位置行進至第一透鏡組的主平面的路徑為第一光路；定義光束從第一透鏡組的主平面行進至第一駐像點的路徑為第二光路；定義光束從第一駐像點行進至第二透鏡組的主平面的路徑為第三光路；定義光束從第二透鏡組的主平面行進至第二駐像點的路徑為第四光路；使第一光路的路徑長度大于第一透鏡組的兩倍焦距；以及使第四光路的路徑長度大于第二透鏡組的兩倍焦距。
在所述優(yōu)選實施方式中，還包括使光源發(fā)出的光束通過光整合件(lightintegrator)后再通過第一透鏡組，并使該光整合件的入口大致位于所述第一位置。
在所述優(yōu)選實施方式中，影像成像裝置為數(shù)字微鏡裝置。
在所述優(yōu)選實施方式中，第四光路收斂于投射透鏡組的光瞳(pupil)中。
在所述優(yōu)選實施方式中，第四光路的光束平均分布于影像成像裝置上。


為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施方式并結(jié)合附圖進行詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明的光學(xué)成像方法的示意圖；圖2為投影儀采用本發(fā)明的光學(xué)成像方法的示意圖；圖3為圖2所示的所有光學(xué)組件以光路為軸的展開圖。
附圖標(biāo)記說明120發(fā)光體 140匯聚透鏡160色輪180光管20第一透鏡組 220第一透鏡240第二透鏡300第三透鏡
400第一反射鏡 500第二反射鏡600數(shù)字微鏡裝置 700投射透鏡組D1第一光路的路徑長D2第二光路的路徑長D3第三光路的路徑長D4第四光路的路徑長P1光管的入口位置 P2第一透鏡組的主平面P3第一駐像點 P4第二透鏡組的主平面P5第二駐像點具體實施方式
本發(fā)明的成像方法如圖1所示，光束從發(fā)光體120發(fā)出，經(jīng)過匯聚透鏡(condenser)140將光束匯聚，匯聚的光束通過色輪160產(chǎn)生所需要的色光光束后，進入光管(光整合件，lightintegrator)180使光束均勻化，其中發(fā)光體120包括一橢球面鏡及一燈泡，燈泡經(jīng)橢球面鏡聚焦并由匯聚透鏡140匯聚后成像于光管180的入口處，在此將光管180入口處的位置定義為P1，光束通過光管180后通過第一透鏡組200并成像于第一透鏡組200的后方，第一透鏡組200可包括一個或一個以上的透鏡，在圖1中僅以一個透鏡的符號代表第一透鏡組200的等效透鏡，其主平面(principle plane)定義為P2，光束經(jīng)由第一透鏡組200所成像的位置稱為第一駐像點(firstrelay position)P3。光束由第一駐像點P3繼續(xù)行進通過第二透鏡組300并成像于第二透鏡組300的后方，與第一透鏡組200相同，第二透鏡組300可包括一個或一個以上的透鏡，在圖1中僅以一個透鏡的符號代表第二透鏡組300的等效透鏡，其主平面(principle plane)定義為P4，光束經(jīng)過第二透鏡組300所成像的位置稱為第二駐像點(second relay position)P5。在投影儀的應(yīng)用中，光束行經(jīng)第二透鏡組300后經(jīng)由數(shù)字微鏡裝置600決定光束的投射位置并經(jīng)由投射透鏡組700投射至屏幕(未圖示)上。
為便于說明，將P1至P2之間的光路稱為第一光路，其路徑長度定義為D1，P2至P3之間的光路稱為第二光路，其路徑長度定義為D2，P3至P4之間的光路稱為第三光路，其路徑長度定義為D3，P4至P5之間的光路稱為第四光路，其路徑長度定義為D4。從幾何光學(xué)的原理可知，對一透鏡而言，若物體置于透鏡的兩倍焦距以外，則可成像于該透鏡的焦距和兩倍焦距之間，若物體置于透鏡的焦距和兩倍焦距之間，則可成像于該透鏡的兩倍焦距以外。由于光束先通過光管180然后再通過第一透鏡組200，因此對于第一透鏡組200而言，光束是從光管180的入口位置P1發(fā)出來的，然后經(jīng)過第一透鏡組200成像于P3，再經(jīng)第二透鏡組300二次成像于P5。為了使上述光學(xué)系統(tǒng)在應(yīng)用時可以盡量減少整體配置所占用的空間，希望第一、第二透鏡組200、300之間的距離減小，因此利用幾何光學(xué)原理，將D1設(shè)定成大于第一透鏡組200的兩倍焦距，借此使D2介于第一透鏡組200的焦距和兩倍焦距之間。同時使D4大于第二透鏡組300的兩倍焦距，借此使D3介于第二透鏡組300的焦距和兩倍焦距之間。當(dāng)然D1和D4也不可能無限制地增大，必須視所應(yīng)用的裝置的實際配置空間來決定其上限值。根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，第二光路與第三光路之間的路徑長(D2+D3)被限制在第一透鏡組200與第二透鏡組300的焦距之和與兩倍焦距之和之間，即(F1+F2)＜(D2+D3)＜2(F1+F2)，其中F1為第一透鏡組200的焦距，F(xiàn)2為第二透鏡組300的焦距，借此可作為縮小兩透鏡組200、300之間光路的長度的設(shè)計依據(jù)。
以下以一實施方式說明所述方法。圖2為投影儀投射影像所使用的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，圖3為圖2所示的所有光學(xué)組件以光路為軸的展開圖。其中第一透鏡組200包括第一透鏡220和第二透鏡240，第二透鏡組雖然僅包括第三透鏡300，但是光束兩度通過第三透鏡300，因此在圖3中，以兩個第三透鏡300表示于光路上。
光線從發(fā)光體120經(jīng)過匯聚透鏡140、色輪160后，從光管180的入口P1進入光管180，之后經(jīng)過第一透鏡220與第二透鏡240而成像于第一駐像點P3，其中P2為第一透鏡組200的主平面，然后光束由第一反射鏡400反射后通過第三透鏡300，光束經(jīng)由第二反射鏡500反射后再度通過第三透鏡300，最后成像于第二駐像點P5，由于光束兩度通過第三透鏡300，因此第二透鏡組的主平面P4恰好位于第二反射鏡500處。由于應(yīng)用在投影儀中，因此使第四光路收斂于投射透鏡組的光瞳(pupil)中，同時數(shù)字微鏡裝置600被置于第二透鏡組300與投射透鏡組700之間，以控制不同色光的投射位置而形成影像，因此行經(jīng)第四光路的光束最好可以完全覆蓋數(shù)字微鏡裝置600，以形成最佳亮度的影像，避免光束的浪費。
在此實施方式中，第一光路的路徑長度D1大于30毫米且小于60毫米，第四光路的路徑長度D4大于60毫米且小于100毫米。
借助于本發(fā)明所披露的成像方法，可盡可能地縮短第一透鏡組200與第二透鏡組300之間的光路的路徑長度，因此，可使整個光學(xué)系統(tǒng)所占的空間盡可能地減小，從而使整個裝置小型化。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施方式披露如上，但其并非是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域任何技術(shù)人員在不超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，可作出一些改動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種投影儀，包括光源模塊；第一透鏡組；第二透鏡組；影像成像裝置；及投射透鏡組，其中，從所述光源模塊發(fā)出的光束匯聚于第一位置后，依次通過所述第一透鏡組、第二透鏡組、影像成像裝置及投射透鏡組，該光束經(jīng)由所述第一透鏡組成像于第一駐像點，經(jīng)由所述第二透鏡組成像于第二駐像點，從所述第一位置到所述第一透鏡組的主平面的光路的路徑長度大于所述第一透鏡組的兩倍焦距，從所述第二透鏡組的主平面到所述第二駐像點的光路的路徑長度大于所述第二透鏡組的兩倍焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，還包括一整合件，來自所述光源模塊的光束通過該光整合件后，再通過所述第一透鏡組；該光整合件的入口大致位于所述第一位置。
3.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，所述影像成像裝置為數(shù)字微鏡裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，從所述第二透鏡組的主平面到所述第二駐像點的光路收斂于所述投射透鏡組的光瞳中。
5.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，從所述第二透鏡組的主平面到所述第二駐像點的光路的光束平均分布于所述影像成像裝置上。
6.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，從所述光整合件的入口到所述第一透鏡組的主平面的光路的路徑長度大于30毫米且小于60毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，從所述第二透鏡組的主平面到所述第二駐像點的光路的路徑長度大于60毫米且小于100毫米。
8.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中，所述第一透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡，來自所述光源模塊的光依次通過所述第一透鏡和所述第二透鏡。
9.如權(quán)利要求8所述的投影儀，其中，還包括第一反射鏡；所述第二透鏡組包括第三透鏡，通過所述第一透鏡組的光束通過所述第三透鏡，然后由所述第一反射鏡反射后再度通過所述第三透鏡而到達所述影像成像裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的投影儀，其中，還包括第二反射鏡，通過所述第一透鏡組的光束經(jīng)由所述第二反射鏡反射后才通過所述第三透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種投影儀，包括光源模塊；第一透鏡組；第二透鏡組；影像成像裝置及投射透鏡組，其中從光源模塊發(fā)出的光束匯聚于第一位置后，依次通過第一透鏡組、第二透鏡組、影像成像裝置以及投射透鏡組，光束經(jīng)由第一透鏡組成像于第一駐像點，經(jīng)由第二透鏡組成像于第二駐像點，從第一位置到第一透鏡組的主平面的光路的路徑長度大于第一透鏡組的兩倍焦距，從第二透鏡組的主平面到第二駐像點的光路的路徑長度大于第二透鏡組的兩倍焦距。本發(fā)明的投影儀可縮小從第一透鏡組至第二透鏡組的光路的路徑長度，從而可減少整個光學(xué)系統(tǒng)所占的體積。
文檔編號G02B27/18GK1869804SQ20051007381
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者林榮達, 林明坤, 王蒼祺 申請人:明基電通股份有限公司