专利名称：用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影镜头，特别是涉及一种可用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头，其可以维持相当水准的亮度，改善透镜穿透率的问题、缩短与光轴平行的镜头纵向距离，克服后聚焦长度(BFL)较短的问题、并有效屏蔽数字反射元件的杂散光，克服杂散光破坏图像质量的问题。
数字光学处理投影机为采用德州仪器公司(Texas Instrument)生产的数字反射元件(Mirror Device-DMD)作为基础成像元件的投影机。在现有数字光学处理(DLP)投影机中，投影镜头皆为穿透式的投影镜头，而照明系统及数字反射元件则设置于数字光学处理投影机内部。请参考
图1，此为现有数字光学处理投影机中反反射式望远镜头(Reverse Telephoto Lenses)的示意图。图中，数字反射元件1(Digital Mirror Device-DMD)、第一透镜2、第二透镜3形成一光轴OP(Optical Path)，而数字反射元件1发出的光线则经由第一透镜2、第二透镜3放大，以进行后续的投影动作。
这种反反射式望远镜头的主要缺点说明如下。
首先，由于第一透镜2及第二透镜3均有其穿透率的限制(以玻璃为例，穿透率约为0.92)，数字反射元件1所发出的光线在经过第一透镜2及第二透镜3的放大后，亮度约会衰减两成。这在照明系统本身光源亮度有限的情况下，会严重影响投影机的输出效果。
其次，由于物距及像距具有既定的关系(若给定欲投影的位置)，第一透镜2及第二透镜3之间必需维持适当的间距。因此，反反射式望远镜头与光轴平行的纵向距离便不能获得有效的缩减，无法满足电子产品日趋轻、薄、短、小的趋势。
请参考图5A及图5B。数字反射元件是利用许多微小的像素镜(PixelMirror)20所组成，每个像素镜20均由改变镜面的角度来决定是否将入射光反射至投影镜头30。当像素镜20不将入射光反射至投影镜头30时，所反射出来的光称为-10°杂散光。如-10°杂散光没有得到妥善的处理，可能会干扰到其他光路。
由于数字反射元件1具有-10°杂散光的问题，第一透镜2及第二透镜3在投影过程中也会放大这些杂散光，并将其结果直接照射在投影平面上。因此，这种数字光学处理投影机的投影质量会因此而大受影响。
更者，由于第一透镜2及第二透镜3皆是以光轴为中心地设置，数字反射元件1均设置于光轴OP下方，以使投影结果位于光轴OP上方，即桌面或其他基准面上方。在这种情况下，第一透镜2及第二透镜3必须上下对称于光轴OP，其成本难以降低。
本发明的目的在于提供一种用于光学处理投影机的反射式投影镜头，其可以防止投影光线因第一及第二透镜的穿透率而造成严重的亮度衰减。
本发明的又一目的在于提供一种用于光学处理投影机的反射式投影镜头，其可以缩短投影镜头与光轴平行的纵向距离，满足电子产品日趋轻、薄、短、小的趋势。
本发明的另一目的在于提供一种用于光学处理投影机的反射式投影镜头，其可以屏蔽数字反射元件的杂散光，有效改善数字光学处理投影机的投影质量。
本发明的再一目的在于提供一种用于光学处理投影机的反射式投影镜头，其可以利用设置于光轴下方的第一反射镜及设置于光轴上方的第二反射镜进行放大及投影的动作，以此使投影结果位于光轴上方，即桌面或其他基准面上方。在这种情况下，第一反射镜及第二反射镜的体积约为原先第一透镜及第二透镜的一半，故成本可以降低。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种反射式投影镜头，可用于具有数字反射元件的数字光学处理投影机。这种镜头由两个反射镜，第一反射镜及第二反射镜所组成。其中，第一反射镜设置以利用其镜面接收并反射该数字反射元件所发出的平行光。而第二反射镜则设置以利用其镜面接收并反射该第一反射镜所发出的反射光，及利用其背面以屏蔽该数字反射元件所发出的杂散光，以完成投影动作。
在这种反射式投影镜头中，第一反射镜及第二反射镜可以是凸面镜、凹面镜、曲面镜、抛物面镜的各种组合，只要能达成上述要求及良好的投影效果。
另外，在这种反射式投影镜头中，数字反射元件、第一反射镜、第二反射镜所形成的光轴中，一透镜模组件则可设置以进行放大或物像修正的动作。例如，透镜模组件可设置于数字反射元件、第一反射镜之间，或者，透镜模组件可设置于第一反射镜、第二反射镜之间。
再者，在这种反射式投影镜头中，数字反射元件可设置于基准面下方，以使第二反射镜的反射光投影于基准面上方。在这种例子中，第一反射镜可以只保留设置于数字反射元件、第一反射镜、第二反射镜所形成光轴下方的部分，第二反射镜则可以只保留设置于数字反射元件、第一反射镜、第二反射镜所形成光轴上方的部分。
更者，为进一步缩短投影镜头与光轴平行的纵向距离，在这种反射式投影镜头中更可以具有第三反射镜及第四反射镜。第三反射镜设置以利用其镜面接收并反射第二反射镜所发出的反射光。第四反射镜则设置以利用其镜面接收并反射第三反射镜所发出的反射光，及利用其背面以屏蔽数字反射元件所发出的杂散光，以完成投影的动作。
以下结合附图，详细说明本发明的实施例，其中图1是现有数字光学处理投影机中反反射式望远镜头的示意图；图2A～图2D是本发明数字光学处理投影机中反射式投影镜头的示意图；图3A是本发明数字光学处理投影机中，将透镜模组件设置于数字反射元件及第一反射镜之间的示意图；图3B是本发明数字光学处理投影机中，将透镜模组件设置于第一反射镜及第二反射镜之间的示意图；图4是本发明数字光学处理投影机中反射式投影镜头的另一实施例示意图；图5A和图5B是利用许多微小像素镜的数字反射元件产生-10°杂散光的示意图。
请参考图2A～图2D，此为本发明用于数字光学处理投影机中反射式投影镜头的示意图。图中，数字反射元件1设置于数字光学处理投影机内，并与第一反射镜2′、第二反射镜3′设置形成一光轴OP′。另外，第一反射镜2′及第二反射镜3′则可以是凸面镜、凹面镜、曲面镜、抛物面镜的任意组合。
图2A即是第一反射镜2′为凸面镜、第二反射镜3′为凹面镜的例子。在这个例子中，数字反射元件1设置于光轴OP′下方(略低于光轴OP′)，以将投影结果呈现于光轴OP′上方。第一反射镜2′利用镜面接收并反射数字反射元件1所发出的平行光。第二反射镜3′则利用镜面接收并反射第一反射镜2′所发出的反射光、并利用背面屏蔽数字反射元件1的-10°杂散光，以完成放大投影的动作。
在这个例子中，由于第一反射镜2′及第二反射镜3′并不会像第一透镜2及第二透镜3地具有穿透率的限制，因此经由第一反射镜2′及第二反射镜3′所发出的反射光亮度也不会如经由第一透镜2及第二透镜3一般地严重衰减。这个特性可以有效地改善数字光学处理投影机的成像质量，使投影画面更为清晰。
另外，应用反射原理，第一反射镜2′及第二反射镜3′可利用来回反射而增加光程、并缩短反射式投影镜头与光轴OP′平行的纵向距离。因此，这种反射式投影镜头更能够满足目前电子产品的趋势轻、薄、短、小。
再者，为消除数字反射元件1的-10°杂散光效应，第二反射镜3′可以适度下移。如此，第二反射镜3′的背面便可在不影响数字反射元件1所发出正常平行光的前提下，阻挡数字反射元件1的-10°杂散光。在一优选实施例中，第二反射镜3′的背面可涂镀一层可以反射光线的反射膜，以避免第二反射镜3′由于吸收-10°杂散光，而导致第二反射镜3′本身的温度上升，以致于影响其成像质量。另一方面，该反射膜也可使-10°杂散光不至于干扰其他正常的光路、以致影响到投影画面的质量。
更者，第一反射镜2′只需保留足以接收并反射数字反射元件1所发出平行光的部分、第二反射镜3′则只需保留数字反射元件1上方，足以接收并反射第一反射镜2′所发出反射光且阻挡数字反射元件1所发出杂散光的部分。在这个例子中，第一反射镜2′位于光轴OP′下方，第二反射镜3′则位于光轴OP′上方。至于其排列关系，则可以根据数字反射元件1、第一反射镜2′、第二反射镜3′的相对位置及第一反射镜2′、第二反射镜3′的曲率以计算或实验调整，以得到满意的投影结果。
图2B是第一反射镜2′为凸面镜、第二反射镜3′为凸面镜的例子。图2C是第一反射镜2′为凹面镜、第二反射镜3′为凸面镜的例子。图2D是第一反射镜2′为凹面镜、第二反射镜3′为凹面镜的例子。在这些例子中，反射式投影镜头的投影原理及优点均与图2A的反射式投影镜头相同，唯一不同的只是其放大及投影结果的特性。值得注意的是，在反射式投影镜头中的第一反射镜2′及第二反射镜3′也可以是曲面镜或抛物面镜(承上所述)，不过，由于其图示十分类似于凹面镜及凸面镜，故相关图示请对照图2A～图2D，而不再重绘。
另外，本发明的反射式投影镜头也可以组合现有做法，如图3A所示。其中，数字反射元件1、第一反射镜2′、第二反射镜3′形成的光轴OP′中更具有一透镜模组件4，用以在投影期间进行放大或物像修正的动作。
图3A是将透镜模组件设置于数字反射元件1及第一反射镜2′间的例子。图3B则是将透镜模组件设置于第一反射镜2′及第二反射镜3′间的例子。
再者，本发明反射式投影镜头也可以再加入一组反射镜，即第三反射镜5′及第四反射镜6′，其工作原理均与第一反射镜2′及第二反射镜3′相同，如图4所示。第三反射镜5′利用镜面以接收并反射该第二反射镜3′所发出的反射光、第四反射镜6′则是利用镜面接收并反射第三反射镜5′所发出的反射光、并利用背面屏蔽数字反射元件1所发出的杂散光。
综上所述，本发明用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头可以防止投影光线因第一及第二透镜的穿透率而造成严重的亮度衰减。
另外，本发明用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头可以缩短投影镜头与光轴平行的纵向距离，并满足电子产品日趋轻、薄、短、小的趋势。
再者，本发明用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头可以屏蔽数字反射元件的杂散光，有效改善数字光学处理投影机的投影质量。
更者，本发明用于数字光学处理投影机的反射式投影镜头可以利用设置于光轴下方的第一反射镜及设置于光轴上方的第二反射镜进行放大及投影的动作，以使投影结果位于光轴上方，即桌面或其他基准面上方。在这种情况下，第一反射镜及第二反射镜的体积约为原先第一透镜及第二透镜的一半，故成本可以降低。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明精神和范围内，可做更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视为以所附的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种反射式投影镜头，用于一具有一数字反射元件的数字光学处理投影机，包括一第一反射镜，设置以利用其镜面接收并反射该数字反射元件所发出的平行光；以及一第二反射镜，设置以利用其镜面接收并反射该第一反射镜所发出的反射光，及利用其背面以屏蔽该数字反射元件所发出的杂散光，以完成投影动作。
2.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该第一反射镜是凸面镜。
3.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该第一反射镜是凹面镜。
4.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该第一反射镜是曲面镜。
5.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该第一反射镜是抛物面镜。
6.如权利要求2、3、4、5所述的反射式投影镜头，其中，该第二反射镜是凸面镜。
7.如权利要求2、3、4、5所述的反射式投影镜头，其中，该第二反射镜是凹面镜。
8.如权利要求2、3、4、5所述的反射式投影镜头，其中，第二反射镜是曲面镜。
9.如权利要求2、3、4、5所述的反射式投影镜头，其中，该第二反射镜是抛物面镜。
10.如权利要求1所述的反射式投影镜头，更具有一透镜模组件，设置于该数字反射元件、该第一反射镜、该第二反射镜所形成的光轴中，以进行放大或物像修正动作。
11.如权利要求10所述的反射式投影镜头，其中，该透镜模组件设置于该数字反射元件、该第一反射镜之间。
12.如权利要求10所述的反射式投影镜头，其中，该透镜模组件设置于该第一反射镜、该第二反射镜之间。
13.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该数字反射元件设置于一基准面下方，以使该第二反射镜的反射光投影在该基准面上方。
14.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中，该第一反射镜只保留设置于该数字反射元件、该第一反射镜、该第二反射镜所形成的光轴下方部分，该第二反射镜只保留设置于该数字反射元件、该第一反射镜、该第二反射镜所形成的光轴上方的部分。
15.如权利要求1所述的反射式投影镜头，更具有一第三反射镜，设置以利用其镜面接收并反射该第二反射镜所发出的反射光；以及一第四反射镜，设置以利用其镜面接收并反射该第三反射镜所发出的反射光，及利用其背面以屏蔽该数字反射元件所发出的杂散光，用以完成投影的动作。
16.如权利要求1所述的反射式投影镜头，其中该第二反射镜背面还涂镀一层反射膜。
全文摘要
一种反射式投影镜头,可用于具有数字反射元件的数字光学处理投影机。这种镜头由两个反射镜,即第一反射镜及第二反射镜所组成,其中,第一反射镜设置以利用其镜面接收并反射该数字反射元件所发出的平行光,第二反射镜设置以利用其镜面接收并反射该第一反射镜所发出的反射光,及利用其背面屏蔽该数字反射元件所发出的杂散光。
文档编号G02B5/12GK1270324SQ9910497
公开日2000年10月18日 申请日期1999年4月9日 优先权日1999年4月9日
发明者林荣德 申请人:明碁电脑股份有限公司