投影显示装置的光学系统制造方法及图纸

一种投影显示装置的光学系统，由光源产生光束，投射并进入棱镜，经棱镜第一表面射出，直接照射至平行设于第一表面邻近的光阀，经光阀反射后，再穿入棱镜第一表面，以一较大于全反射临界角度入射至全反射面，通过全反射原理将光束反射出第二表面，射入投影镜头形成投影画面，以增加穿透率，并简化光学系统的零件及体积。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像投影显示装置，特别是涉及关于用于投影显示装置中的光学系统。
技术介绍
随着科技的蓬勃发展，投影显示装置被运用到各种领域，作为会议视讯、产品展示或家庭剧院等。同时为了符合现代消费的潮流，投影显示装置也朝向轻、薄、短、小的需求，以及降低成本提高产品市场竞争力方向发展。请参阅图1，现有美国专利第5552922号的光学系统10，在数字微镜片元件11(Digital Micro-mirror Device，DMD)与投影镜头12间，设两相邻且间隔的第一棱镜13、第二棱镜14，并由一侧的光源15产生照明光束151，照明光束151由第一棱镜13的一表面131射入，以大于全反射临界角度投射至另一表面132，通过表面132的全反射，将照明光束151由第三表面133穿出，投射于数字微镜片元件11，再由数字微镜片元件11上的微镜片阵列，将数字微镜片元件11所产生的图像信息光束152，再次反射进入第一棱镜13的第三表面133，并以低于临界角度入射至表面132，穿出表面132，然后进入第一棱镜13与第二棱镜14相邻间隔的空隙，接着射入第二棱镜14的表面141，穿过第二棱镜14由另一表面142射出，并投射进投影镜头12，形成投影画面。然而，由于前述现有装置由光源15产生的照明光束151及形成图像信息光束152，在投射进入投影镜头12前，需经过六次入射表面(以单一光路径为例，如虚线圈示处)，每次入射均有部分光束被反射而产生损失；再加上第一棱镜13与第二棱镜14相邻间隔的空隙，使图像信息光束152相对穿透角度过大，也会降低穿透率造成损失，因此现有装置整体穿透率只能达到约92％。同时，如图2所示，由于数字微镜片元件11上的微镜片111，所以以对角为轴转动，在不同角度形成的开状态(ON-state)或闭状态(OFF-state)，而光源15以特定方向153入射至数字微镜片元件11时，为配合数字微镜片111对角转动的特性，现有装置将数字微镜片元件11对角线112平行第三表面133的上下端设置，导致第三表面133面积增大，不仅使材料成本增加，也会增加其他光学元件的背焦，使整个光学系统的体积增大，而无法符合轻、薄、短、小的消费需求。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种投影显示装置的光学系统，通过光源光束直接穿过棱镜照射光阀，以增加穿透率减少损失，提高照明效率。本专利技术的另一目的在于提供一种投影显示装置的光学系统，减少光束辗转入射次数，降低反射损失，增加照明效率。本专利技术的又一目的在于提供一种投影显示装置的光学系统，通过光阀设置适当位置，缩小整体光学系统体积。本专利技术的再一目的在于提供一种投影显示装置的光学系统，简化光学系统的零件，降低成本。本专利技术的目的是这样实现的，即提供一种投影显示装置的光学系统，包括一光源，产生光束；一光阀，接受并反射光源的光束；一投影镜头，位于光阀反射的光路径上；以及一棱镜，置于光源、光阀及投影镜头之间，具有一全反射面让光源的光束穿过，直接照射至光阀，并接受及全反射光阀的反射光束至投影镜头。进一步说，本专利技术是由光源产生光束，投射并进入棱镜，经棱镜第一表面射出，直接照射至平行设于第一表面邻近的光阀，经光阀反射后，再穿入棱镜第一表面，以一较大于全反射临界角度入射至全反射面，通过全反射原理将光束反射出第二表面，射入投影镜头形成投影画面。另在光源与全反射面间加设透镜与副棱镜等，以弥补光程差。附图说明图1为美国专利第5552922号的光学系统示意图； 图2为图1现有装置的光阀与棱镜相对位置图；图3为本专利技术第一实施例的光学系统的光路径图；图4为本专利技术第一实施例的光阀与棱镜相对位置图；图5为本专利技术第二实施例的光学系统的光路径图；图6为本专利技术第三实施例的光学系统的光路径图；图7为本专利技术第四实施例的光学系统的光路径图；图8为本专利技术另一与第四实施例光学系统光路径相反的实施例光路径图。具体实施例方式请参阅图3，本专利技术第一实施例投影显示装置的光学系统20，主要是在光源21、光阀22(例如数字微镜片元件、全反射式光阀等)及投影镜头23等之间，设置一三角柱形状的棱镜24，其中光源21设在邻近棱镜24截面的斜边全反射面241，光阀22与投影镜头23则分设于邻近棱镜24的两股第一表面242及第二表面243，构成一光学系统20。本实施例光学系统20的光路径，由光源21产生光束211，以特定角度照射并进入棱镜24，穿越棱镜24后由第一表面242穿出，投射至平行第一表面242的光阀22，形成具有图像的光束212，并经光阀22反射后，再次进入棱镜24第一表面242，并以一大于全反射临界角度投射至全反射面241，通过全反射原理将光束212反射出第二表面243，射入投影镜头23形成投影画面。本实施例所构成的光学系统20，由光源21至投影镜头23的光路径，如虚线圈示，仅于穿过全反射面241、穿出穿入第一表面242及穿出第二表面243等四处，会造成光束部分反射，形成损失，比现有装置六次的部分反射损失少。此外，本实施例的光学系统20，无空隙存在，也可减少相对穿透角度过大对穿透率影响，使本实施例的穿透率可达约98％。此外，如图4所示，本实施例光源21是由上方直接穿过棱镜24照射至光阀22，不仅增加光束211穿透率减少损失，提高照明效率，也可使光阀22四边以平行第一表面242四边的相对位置设置，使反射光束212并不会受到棱镜24周边干涉，而可以大于全反射临界角投射至全反射面241，然后被全反射出第二表面243，最后进入投影镜头23。因此，棱镜24的体积得以缩小，使相配合光学元件的背焦减小，降低整体光学系统的体积，从而节省零件材料成本。续请参阅图5，本专利技术第二实施例投影显示装置的光学系统30，其结构是在光源31、光阀32及投影镜头33等中间，设置一直角柱的棱镜34，其中光源31设在邻近棱镜34截面斜边的全反射面341，光阀32与投影镜头33则分设于邻近棱镜34的两股表面，另在光源31与全反射面341间加设一非对称透镜35。本实施例由光源31产生的光束，经过直角柱棱镜34、光阀32、全反射面34及投影镜头33的光路径，与第一实施例光路径相似，而本实施例加设非对称透镜35的目的，主要是通过光在不同介质中速度不同的特性，以不同厚度的非对称性透镜35，弥补从光源31至光阀32的光束两侧光程差，使光束能均匀聚焦于光阀32，而可减少投图像差及变形。如图6所示，本专利技术第三实施例投影显示装置的光学系统40，是在光源41、光阀42及投影镜头43等中间，设置一角柱状棱镜44，其中光源41设在棱镜44的全反射面441附近，光阀42与投影镜头43则分设于邻近直角柱棱镜44的两股表面，在光源41与全反射面441间加设一角柱状的副棱镜45，副棱镜45的一表面与全反射面441间隔一空隙451。本实施例通过角柱状的副棱镜45取代第三实施例的透镜35的目的，也是通过光在不同介质中速度不同的特性，以不等厚度的副棱镜45，弥补从光源41至光阀42的光束两侧光程差，以适当调整照明光束均匀聚焦于光阀42，减少投影像差及变形，同时维持照明光源直接照射光阀42的目的及功效。此外，如图7所示，本专利技术第四实施例投影显示装置的光学系统50，为使光源51、光阀52与投影镜头53等主要构件间的相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影显示装置的光学系统，包括： 一光源，产生光束； 一光阀，接受并反射光源的光束； 一投影镜头，位于光阀反射的光路径上；以及 一棱镜，置于光源、光阀及投影镜头之间，具有一全反射面让光源的光束穿过，直接照射至光阀，并接受及全反射光阀的反射光束至投影镜头。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洽成，康尹豪，郑竹明，庄庚翰，
申请(专利权)人：扬明光学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]