本發(fā)明有關(guān)一種投影機，尤指一種具有二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件的數(shù)位光處理投影機。

背景技術(shù)：

數(shù)位光處理(digitallightprocessing,dlp)投影機主要分為有全反射棱鏡(totalinternalreflection,tir)以及無全反射棱鏡的架構(gòu)。無全反射棱鏡架構(gòu)的投影機省略了全反射棱鏡的建制成本，相較于具有全反射棱鏡的投影機可提高效率以及具有成本上的優(yōu)勢。然而主流的dlp投影機因其中的數(shù)位微鏡元件(digitalmicromirrordevice,dmd)單軸翻轉(zhuǎn)的設(shè)計，使得dmd前端的光源/導(dǎo)光管以及透鏡組必須以特定的入射角提供光線，如圖9所示，圖9為現(xiàn)有技術(shù)的投影機9的元件架構(gòu)示意圖，傳統(tǒng)的投影機9包含了數(shù)位微鏡裝置90，全反射(totalinternalreflection，tir)棱鏡組91，反射鏡92，透鏡模組93，以及導(dǎo)光管(lightpipe)94。在傳統(tǒng)投影機9中，光線經(jīng)由導(dǎo)光管94穿過透鏡模組93，再經(jīng)由反射鏡92反射至全反射棱鏡組91，最后經(jīng)由數(shù)位微鏡裝置90將成像光傳至鏡頭而投射至螢?zāi)簧?。然而，傳統(tǒng)投影機9中繞單軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)位微鏡裝置90因為物理特性的限制，只能接受入射光以斜射入射。因此，全反射棱鏡組91相對數(shù)位微鏡裝置90傾斜一角度設(shè)置(例如45度)，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)投影機9的體積受到限制，在追求微小化投影機的今日，傳統(tǒng)投影機9過大的體積將導(dǎo)致便利性不足而逐漸失去競爭力。此外，由于透鏡組配置位置的限制，在設(shè)計傳統(tǒng)的無全反射棱鏡架構(gòu)的dlp投影機時，常面臨dmd出射光路與鏡頭透鏡組干涉的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機以解決上述問題。

為達到上述目的，本發(fā)明提供一種無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機，包含：光源模組，用以提供入射光；二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，用以接收該入射光并轉(zhuǎn)化為成像光；透鏡組，設(shè)置于該光源模組與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件之間，該透鏡組用以傳遞該入射光至該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，該透鏡組僅包含第一群透鏡以及第二群透鏡，該第二群透鏡與該第一群透鏡的有效焦距比值大于等于1.4且小于等于1.8；以及投影鏡頭，用以接收并投射該成像光。

較佳的，該第一群透鏡僅為兩個球面透鏡。

較佳的，該兩個球面透鏡的間距大于等于5毫米且小于等于15毫米。

較佳的，該第一群透鏡僅為一非球面透鏡。

較佳的，該非球面透鏡的折射率大于等于1.69且小于等于1.85。

較佳的，該第二群透鏡僅為一非球面透鏡，該非球面透鏡的折射率大于等于1.48且小于等于1.75。

為達到上述目的，本發(fā)明另提供一種無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機，包含：光源模組，用以提供入射光；二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，用以接收該入射光并轉(zhuǎn)化為成像光；透鏡組，設(shè)置于該光源模組與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件之間，該透鏡組用以傳遞該入射光至該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，該透鏡組僅包含第一群透鏡以及第二群透鏡，該第一群透鏡僅包含兩個球面透鏡；以及投影鏡頭，用以接收并投射該成像光。

較佳的，該兩個球面透鏡的間距大于等于5毫米且小于等于15毫米。

較佳的，該第二群透鏡僅為一非球面透鏡，該非球面透鏡的折射率大于等于1.48且小于等于1.75。

為達到上述目的，本發(fā)明還提供一種無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機，包含：光源模組，用以提供入射光；二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，用以接收該入射光并轉(zhuǎn)化為成像光；透鏡組，用來傳遞該入射光，該透鏡組包含第一群透鏡以及第二群透鏡，該第一群透鏡僅包含一個非球面透鏡；以及投影鏡頭，用以接收并投射該成像光。

較佳的，該第一群透鏡的該非球面透鏡的折射率大于等于1.69且小于等于1.85。

較佳的，該第二群透鏡僅為非球面透鏡，該非球面透鏡的折射率大于等于1.48且小于等于1.75。

較佳的，該第一群透鏡設(shè)置于該光源模組與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件之間，該第二群透鏡設(shè)置于該第一群透鏡與該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件之間。

較佳的，該第二群透鏡另設(shè)置于該二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件與該投影鏡頭之間。

較佳的，該透鏡組的各透鏡分別具有中心軸，多個該中心軸彼此錯位。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的投影機，不使用棱鏡模組的非遠心架構(gòu)中，在第一群透鏡僅使用一個非球面透鏡或兩個球面透鏡的配置下，可進一步降低系統(tǒng)的元件成本，并解決透鏡組與投影鏡頭的干涉問題。

附圖說明

圖1以及圖2為本發(fā)明所提供的無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機第一實施例的各元件于不同視角的相對位置示意圖。

圖3為本發(fā)明的投影機第二實施例的各元件的示意圖。

圖4為本發(fā)明的投影機第三實施例的各元件的示意圖。

圖5為投影機1的二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50將入射光a轉(zhuǎn)化為成像光b的光路示意圖。

圖6以及圖7為本發(fā)明的投影機第四實施例的各元件于不同視角的相對位置示意圖。

圖8為本發(fā)明的投影機第五實施例的示意圖。

圖9為現(xiàn)有技術(shù)的投影機的元件架構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使對本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。

在說明書及后續(xù)的申請專利范圍當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)可理解，制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及后續(xù)的申請專利范圍并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及后續(xù)的請求項當中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此為包含任何直接及間接的電氣或結(jié)構(gòu)連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接/連接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結(jié)構(gòu)連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣/結(jié)構(gòu)連接至該第二裝置。

請參考圖1以及圖2，其為本發(fā)明所提供的無棱鏡模組、非遠心投影機第一實施例的各元件于不同視角的相對位置示意圖。投影機1為一種數(shù)位光處理(digitallightprocessing,dlp)投影機，其包含光源模組10、透鏡組40、二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50以及投影鏡頭60。其中，光源模組10、透鏡組40組成了投影機1的照明單元，光源模組10用以發(fā)出入射光a。特別說明的是，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡裝置50為德州儀器的trp(tilt&rollpixel)picotm晶片組，具有多個微鏡(如圖5)，用來將入射光a反射而形成成像光b。透鏡組40設(shè)置于光源模組10與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50之間。光源模組10包含光源(未圖示)及導(dǎo)光管11，光源模組10沿著第一光路r1提供入射光a，經(jīng)由透鏡組40傳遞放大后，由透鏡組40沿著第二光路r2將該入射光a傳遞至二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50，而二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50接收入射光a并轉(zhuǎn)化為成像光b，并反射成像光b沿著第三光路r3傳送，而投影鏡頭60則接收并投射出成像光b。

本發(fā)明的透鏡組40僅包含了第一群透鏡20以及第二群透鏡30，在非遠心架構(gòu)，且具有二軸翻轉(zhuǎn)dmd的架構(gòu)下，第二群透鏡30(照明單元的后群透鏡)與第一群透鏡20(照明單元的前群透鏡)的有效焦距比值大于等于1.4且小于等于1.8，換言之，透鏡組40的放大倍率(magnification)即為前述數(shù)值，其代表了二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的有效面積(即微鏡總面積)與導(dǎo)光管11出光端面積的比值。在此架構(gòu)下，照明單元的后群透鏡與前群透鏡的該有效焦距比值若高于前述上限，表示導(dǎo)光管11的出光端面積過小、導(dǎo)光管11出光少、導(dǎo)致投影較暗；若后群透鏡與前群透鏡的該有效焦距比值低于前述下限，表示導(dǎo)光管11的出光端面積過大、入射光a經(jīng)透鏡組40形成的光斑面積溢出(overfill)二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的有效面積(即微鏡總面積)、溢出損耗(overfilllosses，即多余的入射光)過多，容易形成雜散光而影響投影影像的對比度。具體而言，第一群透鏡20設(shè)置于光源模組10與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50之間，第二群透鏡30設(shè)置于第一群透鏡20與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50之間。于圖1以及圖2的實施例中，第一群透鏡20僅由兩個球面透鏡21,22所構(gòu)成，并且兩個球面透鏡21,22兩鏡片間的間距d1大于等于5毫米且小于等于15毫米。第二群透鏡30僅為一非球面透鏡，且該非球面透鏡的折射率大于等于1.48且小于等于1.75。如此可以節(jié)省投影機1的成本，并且仍維持較小的影像變形與像差。

請參考圖3，圖3為本發(fā)明的投影機第二實施例的各元件的示意圖。在第二實施例中，第二群透鏡30(照明單元的后群透鏡)設(shè)置于第一群透鏡20(照明單元的前群透鏡)與二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50之間，第二群透鏡30亦位于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50與投影鏡頭60之間，可以避免第二群透鏡30與投影鏡頭60的干涉，并且在此架構(gòu)下，投影鏡頭60具有較大設(shè)計空間提供大范圍的縮放倍率(zoomin/out)。

請參考圖4，圖4為本發(fā)明的投影機第三實施例的各元件的示意圖。與第一實施例不同的是，為優(yōu)化修正像差，第三實施例的投影機3的第一群透鏡20僅由一個非球面透鏡23所構(gòu)成，且非球面透鏡23的折射率大于等于1.69且小于等于1.85。第三實施例的第一群透鏡20以一個非球面透鏡23取代第一實施例中的兩個球面透鏡21,22，也能節(jié)省成本。

特別說明的是，本發(fā)明的投影機中照明單元的各透鏡皆為離軸設(shè)計，每一個透鏡分別具有中心軸，而這些中心軸彼此錯位。也就是說，各透鏡中心并不位于同一光軸上，以修正各透鏡間光程差、系統(tǒng)像差、影像變形。

請參考圖5，圖5為投影機1的二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50將入射光a轉(zhuǎn)化為成像光b的光路示意圖。為便于說明，以二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的水平邊以及垂直邊分別定義為實質(zhì)上彼此垂直的x軸以及y軸，而與第三光路r3平行(故而實質(zhì)上與x軸、y軸垂直)的方向定義為z軸。二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50具有多個正方形的微鏡52，彼此排列為m列n行的陣列，其中每一微鏡52可先后沿著第一對角軸o1實質(zhì)上轉(zhuǎn)動特定角度(例如12度)，并沿著第二對角軸o2實質(zhì)上轉(zhuǎn)動特定角度(例如12度)，使每一個微鏡52形成實質(zhì)上具有17度的翻轉(zhuǎn)角度(相對于x-y平面)，其中第一對角軸o1以及第二對角軸o2分別與x軸(以及與y軸)實質(zhì)上呈45度夾角，且彼此實質(zhì)上垂直。相較于僅能沿著單一對角軸轉(zhuǎn)動12度的微鏡而言，在總面積不變的條件下，二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的每一個微鏡52均具有更大的翻轉(zhuǎn)角度，使得其光學(xué)擴展量(etendue，面積乘以翻轉(zhuǎn)角度)變大，可自透鏡組40收集到更多的光線以傳遞出去。

由于本發(fā)明的投影機1中的二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50具有17度翻轉(zhuǎn)角度的微鏡52，使得光源模組10以及透鏡組40可相對設(shè)置于二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的水平邊(x軸)下方且傾斜提供入射光a給二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50，同時投影機1不需使用全反射棱鏡(totalinternalreflection,tir)，更可以達到節(jié)省成本與提高效率的目的。具體而言，如圖2以及圖5所示，入射光a依第二光路r2自光源模組10經(jīng)透鏡組40至二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50設(shè)置后，成像光b依第三光路r3入射投影鏡頭60，第二光路r2實質(zhì)上會垂直于x軸并且與第三光路r3之間具有夾角θ。在本發(fā)明的較佳實施例中，考量非遠心投影機設(shè)計要求(鏡頭中心高于數(shù)位微鏡元件中心)及微鏡52翻轉(zhuǎn)角度，第二光路r2與第三光路r3夾角θ實質(zhì)上介于36度與40度之間(較佳地，介于38.5度與39.5度之間)，也就是說透鏡組40在二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50的水平邊(x軸，長邊)下方以36度至40度斜角傾斜向二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50提供入射光a，可解決第二群透鏡30與投影鏡頭60的干涉問題。

在圖1以及圖2的第一實施例中，透鏡組40的第一群透鏡20以及第二群透鏡30之間并未對光路進行路徑的改變，因此第一實施例的第一光路r1以及第二光路r2實質(zhì)上相同。然而本發(fā)明并不以此為限，請參考圖6至圖8，其中圖6以及圖7為本發(fā)明所提供的投影機第四實施例的各元件于不同視角的相對位置示意圖，圖8為本發(fā)明所提供的投影機第五實施例的示意圖。在第四實施例中，與第一實施例相同的元件以相同的編號表示，且此處不再贅述。第四實施例的投影機4中，照明單元還包含反射鏡70，反射鏡70設(shè)置于透鏡組40的第一群透鏡20(照明單元的前群透鏡)以及第二群透鏡30(照明單元的后群透鏡)之間，反射鏡70可將沿著第一光路r1自第一群透鏡20出射的該入射光反射至第二群透鏡30，以使第二群透鏡30沿第二光路r2將該入射光提供至二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件50。這樣的設(shè)計使得投影機4中光源模組10以及第一群透鏡20可設(shè)置于相異于第一實施例的投影機1中光源模組10以及第一群透鏡20位置，以縮減投影機4于特定方向(如：x軸)上的尺寸、進一步縮小投影機4整體的體積，同時仍能維持第一群透鏡20與第二群透鏡30之間的光徑長度。在第四實施例中，反射鏡70分別與第一群透鏡20以及第二群透鏡30呈45度夾角，因此第一光路r1以及第二光路r2彼此垂直，然而本發(fā)明不以此為限，第一光路r1以及第二光路r2亦可透過反射鏡70的適當配置而彼此呈任意特定夾角。至于圖8的第五實施例，與圖4的第三實施例相同的元件以相同的編號表示，此處不再贅述，并且第五實施例中，照明單元另外包含了反射鏡70，設(shè)置于第一群透鏡20(照明單元的前群透鏡)以及第二群透鏡30(照明單元的后群透鏡)之間，同樣用來改變?nèi)肷涔獾墓饴罚赃M一步縮小投影機5整體的體積，同時仍能維持第一群透鏡20與第二群透鏡30之間的光徑長度。

本發(fā)明的投影機針對具有17度翻轉(zhuǎn)角度的二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，設(shè)置光源模組以及透鏡組的位置，使得自光源模組沿著第一光路所提供的入射光，經(jīng)由透鏡組放大處理后，沿第二光路將入射光提供至二軸翻轉(zhuǎn)式數(shù)位微鏡元件，并且在透鏡組的第一群透鏡采用特定規(guī)格的兩個球面透鏡或一個非球面透鏡，第二群透鏡采用特定規(guī)格的一個非球面透鏡。如此一來，在具有無棱鏡模組、非遠心架構(gòu)的投影機中，不需使用全反射棱鏡，可以進一步減少系統(tǒng)中的元件數(shù)量、降低成本與提高效率。

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