光路调整机构的制作方法

光路调整机构
1.本技术是申请日为2018年12月18日，申请号为201811555301.5，发明名称为“光路调整机构及其制造方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种光路调整机构。


背景技术：

3.近年来，各种影像显示技术已广泛地应用于日常生活上。于一影像显示装置中，例如可设置一光路调整机构改变光线于装置内的行进光路，以提供例如提高成像分辨率、改善画面品质等各种效果。然而，公知光路调整机构的构件数目、重量、体积均较大，难以进一步微型化。因此，亟需一种结构简单、可靠度高且可大幅减少重量及体积的光路调整机构设计。
[0004]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包括一些没有构成所属技术领域中具有通常知识者所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中具有通常知识者所知晓或认知。
发明内容
[0005]
本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0006]
根据本发明的一个观点，提供一种光路调整机构，包含框架、承载座、光学元件及多个致动器。承载座设于框架并以第一弹性件及第二弹性件与框架连接，承载座的外周缘连接第一弹性件而形成第一连接区域及第二连接区域，且承载座的外周缘连接第二弹性件而形成第三连接区域及第四连接区域。第一连接区域与第二连接区域界定出位于两者之间的第一中间区域，第二连接区域与第三连接区域界定出位于两者之间的第二中间区域，第三连接区域与第四连接区域界定出位于两者之间的第三中间区域，且第四连接区域与第一连接区域界定出位于两者之间的第四中间区域。光学元件设在承载座，多个致动器设于第一、第二、第三及第四中间区域中的至少二个且至多三个中间区域。
[0007]
根据本发明的另一个观点，提供一种光路调整机构，包含框架、承载座、光学元件及多个致动器。承载座设于框架并以第一弹性件及第二弹性件与框架连接，承载座包含相对的第一侧及第二侧，与相对的第三侧及第四侧，且第三侧及第四侧分别位于第一侧及第二侧之间。光学元件设在承载座且以第一轴向及第二轴向摆动，且至少一个致动器位于第一侧、第二侧、第三侧、第四侧中的至少一侧。第一弹性件经由第一固定点连接框架，承载座经由其外周缘的一第一连接点及一第二连接点连接第一弹性件，且第一固定点与第一连接点的连线不平行第一轴向且不平行第二轴向。
[0008]
根据本发明的上述观点，通过光路调整机构调整或变化光路，可视实际需求产生
不同的效果，例如可用以提升投影分辨率、提高影像品质(消除暗区、柔和化影像边缘)等等而不限定。再者，利用致动器的作用力搭配弹性件的弹性恢复力产生往复摆动的原理，仅需于承载座相近的两侧设置两个致动器，即能使光学元件产生以两个不同轴向摆动至四个不同倾斜位置的运动，获得例如减少零件数、简化整体结构并缩短组装工时的效果。
[0009]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
[0010]
图1为本发明一实施例的光路调整机构的示意图。
[0011]
图2a-图2c显示当致动器作动时承载座的整体受力分布图。
[0012]
图3为依本发明一实施例，显示像素影像位移效果的示意图。
[0013]
图4为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。
[0014]
图5a-图5d显示各种不同外型的弹性件的示意简图。
[0015]
图6a-图6d显示光路调整机构的各种不同变化例的示意图。
[0016]
图7a为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。
[0017]
图7b为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。
[0018]
图7c为本发明另一实施例的光路调整机构的示意图。
[0019]
图8为本发明一实施例的致动器的示意图。
[0020]
图9a及图9b为本发明另一实施例的致动器的示意图。
[0021]
图10为本发明另一实施例的致动器的示意图。
[0022]
图11为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学系统的示意图。
[0023]
图12为本发明另一实施例的光路调整机构应用于一光学系统的示意图。
具体实施方式
[0024]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0025]
下述实施例中的揭露内容揭示一种光路调整机构，其可运用于不同光学系统(例如显示装置、投影装置等等)以调整或变化光路俾提供例如提升成像分辨率、提高影像品质(消除暗区、柔和化影像边缘)等效果而不限定，且光路调整机构于光学系统中的设置位置及配置方式完全不限定。
[0026]
图1为本发明一实施例的光路调整机构的示意图。如图1所示，光路调整机构100可具有一框架(base)110、一承载座(carrier)120、一光学元件130以及多个致动器140。承载座120设于框架110并以一第一弹性件150及一第二弹性件160与框架110连接。于一实施例中，承载座120例如可为一独立或与光学元件130一体成型的承载架或镜片座；于另一实施例中，可由第一弹性件150或/及第二弹性件160直接延伸出一可承载光学元件130的区域以作为承载座120，但本发明不限定于此。于本实施例中，承载座120包含相对的一第一侧122
及一第二侧124，与相对的一第三侧126及一第四侧128，且第三侧126及第四侧128分别位于第一侧122及第二侧124之间，亦即第一侧122与第二侧124的距离可大于第一侧122与第三侧126的距离。光学元件130可设于承载座120，光学元件130例如可为一镜片，且镜片仅需能提供反射或折射光线的效果即可，其形式及种类并不限定，例如可为一透镜(lens)或一反射镜(mirror)。多个致动器140可为一第一致动器142及一第二致动器144，第一致动器142设于承载座120的第一侧122且第二致动器144设于与第一侧122相邻的第三侧126，于本实施例中，第一致动器142可位于框架110上且位于第一侧122，第二致动器144可位于框架110上且位于第三侧126，且第一致动器142及第二致动器144可位于承载座120的一对角线的同一边。再者，于本实施例中，第一弹性件150可包含一固定部152，及连接于固定部152两端且可摆动或扭转的两个活动部154，第二弹性件160包含一固定部162及连接于固定部162两端且可自由摆动或扭转的两个活动部164，固定部152、162可通过例如螺丝或插销的固定件分别连接并固定至框架110。于本实施例中，各个活动部154、164可设于承载座120的对角线位置，且各个活动部154、164可包含至少一转折部b而可具有例如实质平行承载座120的两相邻侧边的两个不同区段(例如包含平行图1的x轴方向的区段及平行y轴方向的区段)。再者，于本实施例中，承载座120的外周缘120a连接第一弹性件150而形成一第一连接区域c1及一第二连接区域c2，且承载座120的外周缘120a连接第二弹性件160而形成一第三连接区域c3及一第四连接区域c4，第一连接区域c1与第二连接区域c2界定出位于两者之间的一第一中间区域m1，第二连接区域c2与第三连接区域c3界定出位于两者之间的一第二中间区域m2，第三连接区域c3与第四连接区域c4界定出位于两者之间的一第三中间区域m3，且第四连接区域c4与第一连接区域c1之间界定出位于两者之间的一第四中间区域m4。于本实施例中，中间区域m1-m4均迭合承载座120的外周缘120a，且第一致动器142及第二致动器144分别设于第一中间区域m1及第四中间区域m4。于另一实施例中，除第一致动器142及第二致动器144外，可于第二中间区域m2或第三中间区域m3另设置一致动器140。
[0027]
当第一致动器142作动时，第一致动器142可施加一作用力f1于承载座120的第一侧122，且当第二致动器144作动时，第二致动器144可施加一作用力f2于承载座120的第三侧126。举例而言，第一致动器142可施加一下压的作用力f1于承载座第一侧122，因此承载座120会朝第一侧122向下倾斜，此时弹性件150或/及弹性件160会产生反向的弹性恢复力迫使承载座120回到原位，因此作用力f1与第一弹性件150或/及第二弹性件160的反向恢复力的交互作用会使承载座120的第一侧122上下摆动，使设于承载座120的光学元件130于x轴方向上可摆动至不同的倾斜位置；同样地，第二致动器144可施加一下压的作用力f2于承载座第三侧126，因此承载座120会朝第三侧126向下倾斜，此时第一弹性件150或/及第二弹性件160会产生反向的弹性恢复力迫使承载座120回到原位，因此作用力f2与第一弹性件150或/及第二弹性件160的反向恢复力的交互作用会使承载座120的第三侧126上下摆动，使设于承载座120的光学元件130于y轴方向上可摆动至不同的倾斜位置。于另一实施例中，致动器142、144可施加上推的作用力于承载座120，同样可获得摆动光学元件130的效果。图2a、图2b及图2c显示当致动器作动时承载座的整体受力分布图，其中图2a显示仅第一致动器作动的承载座受力分布，图2b显示仅第二致动器作动的承载座受力分布，且图2c显示第一致动器及第二致动器同时作动的承载座受力分布。因承载座120会朝受力最大处倾斜，所以由图2a-图2c的承载座受力分布可看出对应的摆动模式，当通过例如仅第一致动器142作
动、第一致动器142及第二致动器144同时作动、及仅第二致动器144的不同控制模式的交替变换，设于承载座120上的光学元件130可于两个不同轴向上快速摆动而相对框架110产生四个不同的倾斜位置，因此原本入射至光学元件130的一像素影像，被于四个不同倾斜位置快速变换的光学元件130偏折后可产生图3所示的四个像素影像p、q、r、s，获得例如将像素分辨率提高至4倍的效果。
[0028]
通过本发明实施例的光路调整机构调整或变化光路，可视实际需求产生不同的效果，例如可用以提升投影分辨率、提高影像品质(消除暗区、柔和化影像边缘)等等而不限定。再者，利用致动器的作用力搭配弹性件的弹性恢复力产生周期性摆动的原理，仅需于承载座相近的两侧(或于例如图1的第一中间区域m1及第四中间区域m4)设置两个致动器，即能使光学元件产生以两个不同轴向摆动至四个不同倾斜位置的运动，获得例如减少零件数、简化整体结构并缩短组装工时的效果。再者，弹性件设计为具有于不同方向上延伸的多个区段(例如实质平行承载座的两相邻侧边的两个不同延伸区段)，可提供例如减少摆动阻力的效果。
[0029]
图4显示本发明另一实施例的光路调整机构100a的示意图。如图4所示，光学元件130的相对两侧设有第一弹性件150与一第二弹性件160，第一致动器142设于迭合第一弹性件150位置处，第二致动器144设于光学元件130的一侧且位于第一弹性件150与一第二弹性件160之间(不迭合任一弹性件)，因此第一致动器142至第一弹性件150的距离小于第二致动器144至第一弹性件150的距离。通过例如仅第一致动器142作动、第一致动器142及第二致动器144同时作动、及仅第一致动器142的不同控制模式的交替变换，光学元件130同样可于两个不同轴向上快速摆动而相对框架110产生四个不同的倾斜位置。于本实施例中，第一弹性件150及第二弹性件160均具有平行光学元件130的两相邻侧边的两个不同区段，且图4的弹性件的区段分布方式与图1不同。亦即，依本发明各个实施例的设计，弹性件的外型、尺寸、弹性系数或区段分布方式并不限定，仅需能获得的两个不同轴向产生四个不同倾斜位置的效果即可，例如图5a-图5d显示各种不同外型的弹性件，均可视需求选择或加以变化，以产生所需的倾斜位置或摆动幅度。
[0030]
图6a-图6d显示光路调整机构的各种不同变化例的示意图。依本发明各个实施例的设计，光路调整机构的承载座120(或光学元件130)的外型并不限定，例如可为矩形(图6d)、圆形(图6c)或六边形(图6a、图6b)，且致动器140的数量例如可为两个(图6a、图6b、图6c)或三个(图6d)。再者，两致动器140可分布于相邻的两边(图6a)或不相邻但相近的两边(图6b)，仅需不同时分布于承载座120的相对两侧以获得两不同轴向的摆动效果即可。另外，弹性件的数量及分布方式并不限定，例如可仅分布于承载座120相对的两侧((图6a所示弹性件150、160)、彼此相邻的三侧(图6c所示弹性件150、160、170)或分布于承载座的四侧或四周(图6d所示弹性件150、160、170、180)均可。
[0031]
于一实施例中，框架110、承载座120、第一弹性件150及第二弹性件160四者可利用相同材料(例如磁性材料)一体成型、或者其中两个组件可先一体成型再与其余元件组合、或者其中三个组件可先一体成型再与其余元件组合均可。举例而言，框架110可与第一弹性件150及第二弹性件160利用相同材料一体成型，或框架110可与第一弹性件150利用相同材料一体成型而不限定。再者，第一弹性件150及第二弹性件160的配置方式完全不限定。如图1所示，第一弹性件150及第二弹性件160可彼此延伸相连，且延伸相连的部分可形成一环状
的矩形承载座120。于另一实施例中，如图7a所示，第一弹性件150及第二弹性件160可为分别设置于承载座120的相对两侧的两个分离构件。再者，当第一弹性件150及第二弹性件160分别设置于承载座120的相对两侧时，第一弹性件150的两个活动部154或第二弹性件160的两个活动部154可彼此相连(图7a)或彼此分开(图7b)均可，亦即图7a及图7b的弹性件150、160相对承载座120的配置位置及作动方式均相同，差别仅在于位于同一侧的两个活动部设计为彼此相连或分离。另外，若光学元件为一透镜，承载座120的中间部分可如图7a所示对应透镜的有效区域形成一开口以让光线通过，若光学元件为一反射镜，因光线会被光学元件130反射，故承载座120可如图7c所示不需形成开口。再者，如图7c所示，若光学元件是为反射镜，因光线被反射后会偏离而不会通过光学元件，因此可将例如至少一致动器140其他结构内缩至承载座120的背侧(叠合光学元件的光反射区域)而不会影响光路，获得进一步缩小整体体积的效果。
[0032]
请再参考图7c，于一实施例中，承载座120可以一第一可挠件150a及一第二可挠件160a与框架110连接，第一可挠件150a与第二可挠件160a位于承载座120的相对的两侧，第一可挠件150a可经由一第一固定点fp1连接框架110，第二可挠件160a可经由一第二固定点fp2连接框架110。承载座120经由外周缘的一第一连接点cp1及一第二连接点cp2连接第一可挠件150a，且承载座120经由外周缘的一第三连接点cp3及一第四连接点cp4连接第二可挠件160a。光学元件130设于承载座120且可以一第一轴向(例如x轴方向)及一第二轴向(例如y轴方向)摆动，且第一连接点cp1及第二连接点cp2可位于第一轴向(例如x轴方向)的两侧。于本实施例中，第一可挠件150a的第一固定点fp1与第一连接点cp1于第一轴向(例如x轴方向)上的距离d小于第一可挠件150a由第一连接点cp1至一基准点bp的总长度。于此基准点bp定义为第一固定点fp1平行第二轴向(例如y轴方向)延伸出的虚拟线与第一连接点cp1平行第一轴向(例如x轴方向)延伸出的虚拟线的交点，且总长度为第一可挠件150a由第一连接点cp1至基准点bp的所有区段的长度的总合。如图7c所示，第一可挠件150a由第一连接点cp1至一基准点bp的总长度为区段l1、区段l2、区段l3、区段l4及区段l5的长度的总合。再者，于本实施例中，第一固定点fp1与承载座120的第一连接点cp1的连线cl不平行第一轴向(例如x轴方向)及第二轴向(例如y轴方向)。另外，于同一可挠件或弹性件经由多个固定点连接至框架的情况下，如图7b所示，举例而言，弹性件150可经由两个固定点fp1、fp1’连接至框架110，则上述相对第一可挠件150a的第一连接点cp1的第一固定点为最接近第一连接点cp1的固定点(即固定点fp1)。
[0033]
再者，上述各个实施例的致动器140的结构及作动方式完全不限定，仅需能提供使光学元件倾斜并摆动的作用力即可。举例而言，于一实施例中，提供一承载座120以承载光学元件130的镜片座、承载架或弹性件的延伸部可由磁性材料构成，且致动器140可如图8所示包含一线圈146或一电磁铁148，当线圈146或电磁铁148通电时可产生吸力吸引承载座，使光学元件130一端下压产生摆动运动。于另一实施例中，如图9a及图9b所示，提供一承载座120以承载光学元件130的镜片座、承载架或弹性件的延伸部可由非磁性材料构成，且致动器140可包含设于承载座120上的永磁体172及对应永磁体172设于承载座120下方的电磁铁148。如图9a所示，永磁体172设于承载座120上且例如左侧为s极且右侧为n极，电磁铁148的左侧为n极且右侧为s极而可吸引永磁体172使光学元件130一端下压；如图9b所示，当电磁铁148交换电流i的方向及磁极性，电磁铁148的左侧为s极且右侧为n极可排斥永磁体172
而使光学元件130一端上抬，如此交替变化即可使光学元件130产生周期摆动，且本实施例同时利用吸力及斥力致动的方式，可获致更大幅度的摆动运动。于另一实施例中，如图10所示，亦可利用一压电元件190，通过在压电元件190上施加电场可使压电元件190产生压缩或拉伸变形，意即可将电能转为机械能以使光学元件130往复摆动达到调整光路效果。
[0034]
图11为本发明一实施例的光路调整机构应用于一光学系统的示意图。请参照图11，光学装置400包括照明系统310、光阀320、投影镜头260以及光路调整机构100。其中，照明系统310具有光源312，其适于提供光束314，且光阀320配置光束314的传递路径上。此光阀320适于将光束314转换为多数个子影像314a。此外，投影镜头260配置于这些子影像314a的传递路径上，且光阀320是位于照明系统310与投影镜头260之间。另外，光路调整机构100可配置于光阀320与投影镜头260之间或投影镜头260内，例如可以在光阀320和内部全反射棱镜319之间或是可以在内部全反射棱镜319和投影镜头260之间，且位于这些子影像314a的传递路径上。上述之光学装置400中，光源312例如可包括红光发光二极管312r、绿光发光二极管312g、及蓝光发光二极管312b，各个发光二极管发出的色光经由一合光装置316合光后形成光束314，光束314会依序经过蝇眼透镜阵列(fly-eye lens array)317、光学元件组318及内部全反射棱镜(tir prism)319。之后，内部全反射棱镜319会将光束314反射至光阀320。此时，光阀320会将光束314转换成多数个子影像314a，而这些子影像314a会依序通过内部全反射棱镜319及光路调整机构100，并经由投影镜头260将这些子影像314a投影于屏幕350上。于本实施例中，当这些子影像314a经过光路调整机构100时，光路调整机构100会改变部分这些子影像314a的传递路径。也就是说，通过此光路调整机构100的这些子影像314a会投影在屏幕350上的第一位置(未绘示)，另一部分时间内通过此光路调整机构100的这些子影像314a则会投影在屏幕350上的第二位置(未绘示)，其中第一位置与第二位置是在水平方向或/且垂直方向上相差一固定距离。于本实施例中，由于光路调整机构100能使这些子影像314a的成像位置在水平方向或/且垂直方向上移动一固定距离，因此能提高影像之水平分辨率或/且垂直分辨率。当然，上述实施例仅为例示，本发明实施例的光路调整机构可运用于不同光学系统以获得不同效果，且光路调整机构于光学系统中的设置位置及配置方式完全不限定。例如图12所示，亦可将光路调整机构100设于光学装置410的投影镜头260内。
[0035]
本发明的“光学元件”用语，是指元件具有部分或全部可反射或穿透的材料所构成，通常包括玻璃或塑料所组成。举例来说，光学元件可以是透镜、全反射棱镜(tir prism)、反向全反射棱镜组(rtir prism)、各种积分仪、各种滤光片等。
[0036]
光阀(light valve)320一词已为投影产界广泛使用，在此产业中大多可用来指一种空间光调制器(spatial light modulator,slm)中的一些独立光学单元。所谓空间光调制器，含有许多独立单元(独立光学单元)，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克耳斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性，从而对照明在所述多个独立单元的照明光束进行调制，并输出影像光束。独立单元可为微型反射镜或液晶单元等光学元件。亦即，光阀可以是数字微镜器件(digital micro-mirror device,dmd)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,lcos panel)或是穿透式液晶面板等。
[0037]
投影仪是利用光学投影方式将影像投射至屏幕上的装置，在投影仪产业中，一般依内部所使用的光阀的不同，将投影仪分为阴极射线管(cathode ray tube)式投影仪、液晶显示屏(liquid crystal display,lcd)式投影仪、数字光投影仪(digital light projector,dlp)以及液晶覆硅(liquid crystal on silicon,lcos)投影仪因投影仪运作时光线会通过lcd面板作为光阀，所以属于穿透式投影仪，而使用lcos、dlp等光阀的投影仪，则是靠光线反射的原理显像，所以称为反射式投影仪。而于本实施例中，投影仪为数字光投影仪，而光阀320为数字微镜器件(dmd)。
[0038]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。