本發(fā)明有關(guān)一種投影系統(tǒng)，尤指一種具有二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置的遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

投影機(jī)利用成像原理并藉由數(shù)字微鏡裝置(Digital Micro-mirror Device)，可將微小影像投影到上巨幅屏幕上，并提供足夠的亮度，將影像信息分享給眾人。

傳統(tǒng)投影機(jī)包含了單軸數(shù)字微鏡裝置，全反射(Total Internal Reflection，TIR)棱鏡組，反射鏡，透鏡模塊以及光導(dǎo)管(Light Pipe)。在傳統(tǒng)投影機(jī)中，光線經(jīng)由光導(dǎo)管穿過(guò)透鏡模塊，再經(jīng)由反射鏡反射至全反射棱鏡組，最后經(jīng)由單軸數(shù)字微鏡裝置將成像光傳至鏡頭而投射至屏幕上。然而，傳統(tǒng)投影機(jī)中繞單軸旋轉(zhuǎn)的單軸數(shù)字微鏡裝置因?yàn)槲锢硖匦缘南拗?，只能接受入射光以斜射入射。因此，全反射棱鏡組相對(duì)數(shù)字微鏡裝置傾斜一個(gè)角度設(shè)置(例如45度)，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)投影機(jī)的體積受到限制，在追求微小化投影機(jī)的今日，傳統(tǒng)投影機(jī)過(guò)大的體積將導(dǎo)致便利性不足而逐漸失去競(jìng)爭(zhēng)力。因此，發(fā)展一種體積較小的投影機(jī)是非常重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種投影系統(tǒng)，采用二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種投影系統(tǒng)，包含有：

光源模塊，用以發(fā)出入射光；

二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置，用以接收該入射光并轉(zhuǎn)換成成像光；

棱鏡組，設(shè)置于該光源模塊與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置之間；

第一透鏡組，設(shè)置于該棱鏡組與該光源模塊之間且靠近該光源模塊，用以傳遞該入射光，該第一透鏡組僅包含一個(gè)非球面透鏡；

第二透鏡組，設(shè)置于該第一透鏡組與該棱鏡組之間，用以傳遞來(lái)自該第一透鏡組的該入射光，該第二透鏡組僅包含一個(gè)透鏡；以及

鏡頭，用以接收并投射該成像光。

較佳的，該第一透鏡組的該非球面透鏡的折射率大于等于1.67。

較佳的，該第二透鏡組的后群有效焦距與該第一透鏡組的前群有效焦距的比值大于等于1.8且小于等于2.1。

較佳的，該第一透鏡組與該第二透鏡組的鏡片間距離大于等于10毫米且小于等于19毫米。

較佳的，該第二透鏡組僅包含一個(gè)非球面透鏡，且該非球面透鏡的折射率大于等于1.48且小于等于1.75；或者，該第二透鏡組僅包含一個(gè)球面透鏡，且該球面透鏡的折射率大于等于1.75。

較佳的，該棱鏡組包含第一棱鏡以及第二棱鏡，其中：

該第一棱鏡包含第一面以及相鄰接的第二面，該入射光依序穿過(guò)該第一面及該第二面；

該第二棱鏡設(shè)置于該第一棱鏡與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置之間，該第二棱鏡包含第三面、第四面以及第五面，該第三面鄰接于該第四面以及該第五面，該第四面面向該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置，該入射光依序穿過(guò)該第三面、該第四面?zhèn)鬟f至該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置且轉(zhuǎn)化為該成像光，該成像光依序穿過(guò)該第四面、經(jīng)該第三面反射、穿過(guò)該第五面?zhèn)鬟f至該鏡頭。

較佳的，該第二透鏡組與該第一棱鏡重疊。

較佳的，該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置為具有相對(duì)兩條第一長(zhǎng)邊與相對(duì)兩條第一短邊的第一矩形，該第二棱鏡的該第四面為具有相對(duì)兩條第二長(zhǎng)邊與相對(duì)兩條第二短邊的第二矩形，且該兩條第二長(zhǎng)邊平行于該兩個(gè)第一長(zhǎng)邊，該兩條第二短邊平行于該兩條第一短邊。

較佳的，該第一透鏡組設(shè)置于該第一棱鏡與該光源模塊之間，該第二透鏡組設(shè)置于該第一透鏡組與該第一棱鏡之間，該鏡頭面對(duì)該第二棱鏡的該第五面。

較佳的，該第一棱鏡的折射率小于該第二棱鏡的折射率。

較佳的，該第二棱鏡為等腰直角三角形棱鏡柱體，且該第二棱鏡的折射率大于等于1.6。

較佳的，另包含：

反射模塊，設(shè)置于該第一透鏡組與該第二透鏡組之間，該反射模塊用以將來(lái)自該第一透鏡組的該入射光反射至該第二透鏡組；以及

遮光件，設(shè)置于該第一透鏡組與該反射模塊之間。

較佳的，該投影系統(tǒng)為遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種投影系統(tǒng)，使用二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置并根據(jù)二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置的特性來(lái)進(jìn)行組件的空間配置以及光路的設(shè)計(jì)，使得棱鏡組與數(shù)字微鏡裝置之間不會(huì)有多余的夾角。此外，在設(shè)計(jì)了具有特定規(guī)格的照明單元后，使得前群的第一透鏡組僅使用一個(gè)非球面透鏡，后群的第二透鏡組也僅使用一個(gè)透鏡，仍能維持一定的成像表現(xiàn)，進(jìn)而達(dá)成縮小投影機(jī)體積的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具有單一前群透鏡的投影系統(tǒng)的實(shí)施例的組件架構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示的投影系統(tǒng)的組件架構(gòu)的局部放大示意圖。

圖3為圖1所示的投影系統(tǒng)的組件架構(gòu)的俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

為使對(duì)本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征、及其功能有進(jìn)一步的了解，茲配合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。

在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的組件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的「包括」為開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成「包括但不限定于」。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明具有單一前群透鏡的投影系統(tǒng)的實(shí)施例的組件架構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的投影系統(tǒng)2為遠(yuǎn)心(telecentric)投影系統(tǒng)，其包含了光源模塊201、第一透鏡組202、第二透鏡組203、棱鏡組、二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21以及鏡頭24。其中，光源模塊201、第一透鏡組202以及第二透鏡組203組成了投影系統(tǒng)2的照明單元20，照明單元20的光源模塊201用以發(fā)出入射光A。二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21被玻璃(cover glass)25覆蓋且用以接收照明單元20所發(fā)出的入射光A并轉(zhuǎn)換成成像光B。特別說(shuō)明的是，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21為德州儀器的TRP(Tilt&Roll Pixel)PicoTM芯片組，具有多個(gè)微鏡(未圖示)用來(lái)反射入射光A為成像光B。

棱鏡組包含了第一棱鏡22以及第二棱鏡23，設(shè)置于光源模塊20與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21之間。第一透鏡組202設(shè)置于第一棱鏡22與光源模塊201之間且靠近光源模塊201，第二透鏡組203設(shè)置于第一透鏡組202與第一棱鏡22之間。光源模塊201包括光源LS以及導(dǎo)光組件LG，光源LS發(fā)出入射光A，導(dǎo)光組件LG設(shè)置于光源LS與第一透鏡組202之間。上述導(dǎo)光組件LG、第一透鏡組202以及第二透鏡組203的功能皆是在于傳遞光源LS所發(fā)出的入射光A，且第一透鏡組202與第二透鏡組203具有聚焦的物理特性，并通過(guò)此特性來(lái)集束入射光A，使得入射光A能夠準(zhǔn)確地投射在二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21。本實(shí)施例的照明單元20另外包括了反射模塊204。反射模塊204設(shè)置于第一透鏡組202與第二透鏡組203之間，反射模塊204用來(lái)將來(lái)自第一透鏡組202的入射光A反射至第二透鏡組203。另外，在照明單元20中，也可于第一透鏡組202與反射模塊204之間設(shè)置遮光件205。當(dāng)?shù)谝煌哥R組202將入射光A聚焦于反射模塊204的前方時(shí)，利用遮光件205阻擋不必要的光線進(jìn)入到鏡頭24中，進(jìn)而有效提高成像質(zhì)量。特別說(shuō)明的是，在本實(shí)施例的投影系統(tǒng)2的組件架構(gòu)中配置反射模塊204以及遮光件205僅為本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明并不以此為限，在其它的實(shí)施例中，可以視產(chǎn)品的實(shí)際需求而將反射模塊204以及遮光件205從投影系統(tǒng)2的組件架構(gòu)中移除。

本發(fā)明在維持一定的成像表現(xiàn)的前提下，對(duì)投影系統(tǒng)2的構(gòu)成組件數(shù)量以及體積進(jìn)行進(jìn)一步的極小化，因此在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一透鏡組202(照明單元20的前群透鏡)僅包含一個(gè)第一透鏡Ls1，而第二透鏡組203(照明單元20的后群透鏡)僅包括一個(gè)第二透鏡Ls2，也就是說(shuō)，投影系統(tǒng)2的照明單元20僅采用兩個(gè)透鏡來(lái)集束入射光A以投射至二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21，這樣可進(jìn)一步縮短投影系統(tǒng)2的長(zhǎng)度。第一透鏡Ls1位于光源模塊201的導(dǎo)光組件LG與反射模塊204之間，第二透鏡Ls2位于反射模塊204與第一棱鏡22之間。更具體而言，第一透鏡Ls1為非球面透鏡，第二透鏡Ls2則可以是球面透鏡或非球面透鏡。其中，第一透鏡Ls1的折射率大于等于1.67，如此，當(dāng)前群的第一透鏡Ls1配置為高折射率的單一非球面透鏡時(shí)，可以維持較小的影像變形及修正像差(Optical aberration)。當(dāng)?shù)诙哥RLs2是非球面透鏡時(shí)，其折射率大于等于1.48且小于等于1.75，而當(dāng)?shù)诙哥RLs2是球面透鏡時(shí)，為折射率大于等于1.75，如此，當(dāng)后群的第二透鏡Ls2配置為低折射率的單一非球面透鏡，或是高折射率的單一球面透鏡時(shí)，以維持較小的影像變形，達(dá)到修正像差(Optical aberration)的目的。

在本實(shí)施例中，第一透鏡Ls1具有面向反射模塊204的出光面F6，第二透鏡Ls2具有面向反射模塊204的入光面F7，第一透鏡Ls1的出光面F6與反射模塊204相距第一距離D1，反射模塊204與第二透鏡Ls2的入光面F7相距第二距離D2。在本實(shí)施例中，第一距離D1與第二距離D2的總和，也就是第一透鏡組202與第二透鏡組203的鏡片間距離大于等于10毫米且小于等于19毫米。更進(jìn)一步地，第二透鏡組203的(后群)有效焦距與第一透鏡組202的(前群)有效焦距的比值大于等于1.8且小于等于2.1，換言之，第一透鏡組202與第二透鏡組203的放大倍率(Magnification)即為前述數(shù)值(即，第二透鏡組203的(后群)有效焦距與第一透鏡組202的(前群)有效焦距的比值)，其代表了二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的有效面積(即微鏡總面積)與導(dǎo)光組件LG出光端面積的比值。在此架構(gòu)下，后群透鏡與前群透鏡的有效焦距的比值(放大倍率)若高于前述上限(即，2.1)，表示導(dǎo)光組件LG的出光端面積過(guò)小、導(dǎo)光組件LG出光少、導(dǎo)致投影較暗；若后群透鏡與前群透鏡的有效焦距的比值低于前述下限(即，1.8)，表示導(dǎo)光組件LG的出光端面積過(guò)大、入射光A經(jīng)第一透鏡組202與第二透鏡組203形成的光斑面積溢出(overfill)二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的有效面積(即微鏡總面積)、溢出損耗(overfill losses，即多余的入射光)過(guò)多，容易形成雜散光于照明單元20中而影響投影影像的對(duì)比度。在以上針對(duì)第一透鏡組202以及第二透鏡組203的優(yōu)化設(shè)定之后，本實(shí)施例的投影系統(tǒng)2能夠在光路不受機(jī)構(gòu)干涉的影響下，進(jìn)一步有效達(dá)成縮小整體體積以及組件數(shù)量的目的，并且當(dāng)投影系統(tǒng)2使用更為先進(jìn)的0.37英寸(或更小)的二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21時(shí)，其所產(chǎn)生的光學(xué)表現(xiàn)與第一透鏡組具有兩個(gè)(或以上)的透鏡的系統(tǒng)幾乎無(wú)差異。

請(qǐng)參考圖1至圖3，其中圖2為圖1所示的投影系統(tǒng)的組件架構(gòu)的局部放大示意圖，圖3為圖1所示的投影系統(tǒng)的組件架構(gòu)的俯視示意圖。如圖1至圖3所示，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的外觀構(gòu)形可以是矩形的平面裝置，其為具有相對(duì)的兩個(gè)第一長(zhǎng)邊211與相對(duì)的兩個(gè)第一短邊212的第一矩形。更具體而言，在本實(shí)施例中，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的多個(gè)微鏡(在本圖中未繪示出)可翻轉(zhuǎn)于開(kāi)啟(ON)、關(guān)閉(OFF)兩狀態(tài)，當(dāng)微鏡為開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，各微鏡先后沿著二對(duì)角線各翻轉(zhuǎn)第一角度(例如12度)，等效相對(duì)于第一長(zhǎng)邊211方向(X軸向)翻轉(zhuǎn)第二角度(例如17度)，用以將入射光A以第三角度(大約34～36度)反射為成像光B。第一棱鏡22設(shè)置于照明單元20與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21之間，第一棱鏡22包括第一面F1以及與第一面F1相鄰接的第二面F2。第二棱鏡23設(shè)置于第一棱鏡22與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微透鏡裝置21之間，且第二棱鏡23包括第三面F3、第四面F4以及第五面F5，其中第三面F3鄰接于第四面F4與第五面F5，第四面F4面向二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21，第五面F5面向鏡頭24。第二棱鏡23的第四面F4可以是矩形，其為具有相對(duì)兩個(gè)第二長(zhǎng)邊231與相對(duì)兩個(gè)第二短邊232的第二矩形，且第二棱鏡23的第二長(zhǎng)邊231平行于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一長(zhǎng)邊211，第二棱鏡23的第二短邊232平行于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一短邊212。在本實(shí)施例中，第二棱鏡23可以是等腰直角三角形棱鏡柱體，但本發(fā)明并不以此為限。鏡頭24相對(duì)于第二棱鏡的第五面F5，鏡頭24用以接收并投射成像光B。

在本實(shí)施例中，第二透鏡Ls2所具有面向第一棱鏡22的出光面F8與第一棱鏡22的第一面F1之間具有間隙，但本發(fā)明并不以此為限，在其它實(shí)施例中，第二透鏡Ls2的出光面F8也可以以黏合或其他固接的方式與第一棱鏡22的第一面F1彼此重疊，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的整體高度，達(dá)到薄型化的目的。另外在本實(shí)施例中，第一棱鏡22的第二面F2接觸于第二棱鏡23的第三面F3，并且第一棱鏡22的折射率小于第二棱鏡23的折射率。具體而言，第一棱鏡22的折射率較佳地約為1.51633，而第二棱鏡23的折射率大于等于1.6(較佳地約為1.666718)以確保成像光B于第三面F3發(fā)生全反射，但本發(fā)明并不以此為限。此外，第一棱鏡22的材質(zhì)可以是OHARA公司所制造型號(hào)為S-BSL7的玻璃材料，第二棱鏡23可以是OHARA公司所制造型號(hào)為S-BAH11的玻璃材料，但本發(fā)明并不以此為限。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，第一棱鏡22的第二面F2與第二棱鏡23的第三面F3之間也可具有空氣介質(zhì)，也就是在第一棱鏡22的第二面F2與第二棱鏡23的第三面F3之間具有間隙。在這樣的情況下，則可不需要考慮第一棱鏡22與第二棱鏡23的折射率。

以下就本實(shí)施例的投影系統(tǒng)2的入射光A以及成像光B的光路行進(jìn)過(guò)程作更一步的描述。如圖1與圖2所示，本實(shí)施例的光源LS發(fā)出入射光A后隨即被導(dǎo)光組件LG接收。在本實(shí)施例中，導(dǎo)光組件LG可以是楔形(Wedge)的光導(dǎo)管，也就是導(dǎo)光組件LG接收入射光A的入光面積大于輸出入射光A的出光面積，因此，可以有效提升收光量(coupling efficiency)。當(dāng)入射光A依序穿過(guò)導(dǎo)光組件LG、第一透鏡Ls1、遮光件205、反射模塊204以及第二透鏡Ls2后，入射光A垂直入射于第一棱鏡22的第一面F1，亦即入射光A入射的方向平行于第一面F1的法向量(Normal Vector)。入射光A于第一棱鏡22內(nèi)依光路L1前進(jìn)，依序穿過(guò)第一棱鏡22的第二面F2以及第二棱鏡23的第三面F3與第四面F4直到被二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21反射轉(zhuǎn)化成為成像光B。具體而言，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21分別于X軸及Y軸具有第一長(zhǎng)邊211與第一短邊212，而第二棱鏡23的第四面F4分別于X軸及Y軸具有第二長(zhǎng)邊231與第二短邊232。由于第二棱鏡23的第二長(zhǎng)邊231平行于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一長(zhǎng)邊211，因此入射光A沿光路L1入射二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21于X-Y平面可視為入射光A朝二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一長(zhǎng)邊211入射(如圖3所示)。于X-Y平面中，入射光A以大致平行Y軸且垂直X軸的方向入射二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21，經(jīng)多個(gè)微鏡反射成與Z軸夾340的成像光B。成像光B于第二棱鏡23內(nèi)依光路L2前進(jìn)，依序穿過(guò)第二棱鏡23的第四面F4直到被第二棱鏡23的第三面F3反射，此處的反射可以是全反射(Total Internal Reflection)。因此，成像光B經(jīng)由反射后仍會(huì)在相同介質(zhì)(第二棱鏡23)內(nèi)傳輸，而成像光B經(jīng)由第三面F3被全反射后，沿光路L3前進(jìn)，最后穿過(guò)第二棱鏡23的第五面F5而傳遞至投影系統(tǒng)2的鏡頭24。

本發(fā)明實(shí)施例的投影系統(tǒng)2，使用二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置(即TRP(Tilt&Roll Pixel)PicoTM chipset)，由于第二棱鏡23的第二長(zhǎng)邊231平行于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一長(zhǎng)邊211，因此，入射光A沿光路L1入射二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21于X-Y平面可視為入射光A朝二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的第一長(zhǎng)邊211入射。根據(jù)二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置21的特性來(lái)進(jìn)行組件的空間配置以及光路的設(shè)計(jì)，使得棱鏡組(第一棱鏡22與第二棱鏡23的組合)與數(shù)字微鏡裝置之間不會(huì)有多余的夾角，此外，在設(shè)計(jì)了具有特定規(guī)格的照明單元后，使得前群的第一透鏡組可僅使用一個(gè)非球面透鏡，后群的第二透鏡組也僅使用一個(gè)透鏡，仍能維持一定的成像表現(xiàn)。因此，組件的空間配置以及光路的設(shè)計(jì)都能進(jìn)一步得到優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)成縮小投影機(jī)體積的目的。

綜上，本發(fā)明提供了一種投影系統(tǒng)，使用二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置并根據(jù)二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)字微鏡裝置的特性來(lái)進(jìn)行組件的空間配置以及光路的設(shè)計(jì)，使得棱鏡組與數(shù)字微鏡裝置之間不會(huì)有多余的夾角。此外，在設(shè)計(jì)了具有特定規(guī)格的照明單元后，使得前群的第一透鏡組僅使用一個(gè)非球面透鏡，后群的第二透鏡組也僅使用一個(gè)透鏡，仍能維持一定的成像表現(xiàn)，進(jìn)而達(dá)成縮小投影機(jī)體積的目的。

本發(fā)明已由上述相關(guān)實(shí)施例加以描述，然而上述實(shí)施例僅為實(shí)施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已揭露的實(shí)施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。