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CN211741813U - 光学元件及使用其的投影装置 - Google Patents

光学元件及使用其的投影装置 Download PDF

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CN211741813U
CN211741813U CN202020299878.0U CN202020299878U CN211741813U CN 211741813 U CN211741813 U CN 211741813U CN 202020299878 U CN202020299878 U CN 202020299878U CN 211741813 U CN211741813 U CN 211741813U
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light
light shielding
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prism
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傅懋闵
陈弘斌
张研博
彭建闵
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Abstract

本实用新型提供一种光学元件及使用所述光学元件的投影装置。所述光学元件包括棱镜及遮光件。棱镜具有第一表面、第二表面及第三表面，第一表面与第二表面相连接，第三表面连接于第一表面与第二表面之间，且可设置成与投影装置的光阀相对，第一表面用以反射来自光阀的影像光束，使影像光束通过第二表面。遮光件设置于棱镜上，且包括相邻接的第一遮光部以及第二遮光部。第一遮光部遮蔽第一表面邻近第二表面的一部分，第二遮光部遮蔽第二表面邻近第一表面的一部分。本实用新型提供的光学元件及使用所述光学元件的投影装置具有较佳的遮光效果及较佳的可靠度。

Description

光学元件及使用其的投影装置
技术领域
本实用新型关于一种光学元件，尤其关于一种用于投影装置的光学元件及该投影装置。
背景技术
在一些投影装置中，可设置数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)将光源提供的照明光束转换成影像光束。经数字微镜元件的光束可产生大量的热，进而影响投影装置的可靠度以及内部光学元件的性能及使用寿命。在投影装置中，光学棱镜可局部涂墨，以遮光。然而，涂墨虽可遮蔽杂散光，然仍有相当的光束可产生大量热能，进而影响光学元件及投影装置的可靠度。
本「背景技术」段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在「背景技术」中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。此外，在「背景技术」中所揭露的内容并不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种光学元件，以具有较佳的遮光效果。
本实用新型提供一种投影装置，具有较佳的可靠度。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的实施例提供的光学元件包括棱镜及遮光件。棱镜具有第一表面、第二表面及第三表面，第一表面与第二表面相连接，第三表面连接于第一表面与第二表面之间，且可设置成与投影装置的光阀相对。第一表面用以反射来自光阀的影像光束，使影像光束通过第二表面。遮光件设置于棱镜上，且包括相邻接的第一遮光部以及第二遮光部。第一遮光部遮蔽第一表面邻近第二表面的一部分，第二遮光部遮蔽第二表面邻近第一表面的一部分。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的实施例提供的投影装置包括照明系统、光阀、投影镜头以及光学元件。照明系统可提供照明光束。光阀位于照明光束的传递路径上，且可将照明光束转换成影像光束。投影镜头位于影像光束的传递路径上，且可投射影像光束。光学元件配置于光阀与投影镜头之间，且光学元件第二表面与投影镜头相对，第三表面与光阀相对。照明光束可穿过第一表面与第三表面而传递至光阀，第一表面可反射来自光阀的影像光束，使影像光束通过第二表面而传递至投影镜头。
本实用新型的光学元件中，在棱镜上设置遮光件，用以遮蔽杂散光，且用以避免光束的热能对其他光学元件造成损害。本实用新型的投影装置包含上述光学元件，具有较佳的可靠度。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型的一实施例的光学元件的立体示意图。
图2为图1所示实施例的光学元件的另一角度的分解示意图。
图3为图1所示实施例光学元件的与光阀的关系示意图。
图4为图3所示实施例的光学元件的局部剖视示意图。
图5为本实用新型的另一实施例的光学元件的分解示意图。
图6为图5所示实施例的光学元件的另一角度的分解示意图。
图7为本实用新型的一实施例的投影装置的光路示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳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，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
图1所示为本实用新型的一实施例的光学元件的立体示意图。本实施例的光学元件用于投影装置。如图1所示，光学元件10包括棱镜100以及遮光件300。棱镜100具有第一表面210、第二表面220以及第三表面230。第一表面210与第二表面220相连接，第三表面230连接于第一表面210与第二表面220之间，且投影装置的光阀(未显示)设置成与第三表面230相对。第一表面210可反射来自光阀的影像光束，使影像光束通过第二表面220。有关于影像光束的传递，将于后文详述。
在一些实施例中，棱镜(prism)100可为三棱镜，而第一表面210、第二表面220以及第三表面230为三棱镜的棱面且分别为矩形。第一表面210具有第一侧边211、第二侧边212及第三侧边213。第一侧边211与第二侧边212彼此相对，第三侧边213连接于第一表面210与第二表面220之间，且连接于第一侧边211与第二侧边212之间。本实施例的棱镜100还可具有第四表面240以及第五表面250。第四表面240及第五表面250可皆连接于第一表面210、第二表面220及第三表面230之间，且第四表面240以及第五表面250可彼此相对。在一些实施例中，第四表面240可与第一表面210的第一侧边211邻接，第五表面250可与第一表面210的第二侧边212邻接。第四表面240可与第五表面250相对，且第四表面240可与第五表面250可为棱镜100(三棱镜)的两三角形侧面。
图2为光学元件另一角度的分解示意图。如图1～2所示，光学元件10包含遮光件300，遮光件300设置于棱镜100上，且较佳的固定于棱镜100上。遮光件300包括邻接的第一遮光部3100以及第二遮光部3200，第一遮光部3100遮蔽第一表面210的一部分，例如，第一遮光部3100可遮蔽第一表面210的邻近第二表面220的部分。在本实施例中，第二遮光部3200遮蔽第二表面220的一部分，例如，第二遮光部3200遮蔽第二表面220的邻近第一表面210的部分。在一些实施例中，遮光件300的材料可为塑胶，如聚丁二酸丁二醇酯((Poly(butylene succinate)，PBS)塑胶、聚醚酰亚胺(Polyetherimide，PEI)塑胶，或金属，如铜、铝、铝合金等，然不局限于此。进一步讲，遮光件300的第一遮光部3100、第二遮光部3200可为金属板或塑胶板。遮光件300可为一体成型件，且第一遮光部3100相对第二遮光部3200弯折，使得遮光件300具有对应于棱镜100的形状。在一些实施例中，遮光件300设置于邻近第一表面210的第三侧边213处，且抵靠陵镜100的第一表面210及第二表面220而设置于棱镜100上。在其他实施例中，遮光件300还可包含其他结构，用以将遮光件300的主体固定于棱镜100上。在本实施例中，遮光件300可设置于棱镜100上，其占用空间较小。进一步的，在遮光件300为金属钣金件的情形中，由于金属耐热性较佳，可遮蔽较强的光束。
图3为光学元件10与光阀的关系示意图。如图3所示，光学元件10的棱镜100的第三表面230与投影装置的光阀60相对。光阀60产生的影像光束L’可从第三表面230进入棱镜100后传递至第一表面210，经第一表面210反射(全反射)，使得影像光束L’通过第二表面220，进而进入投影镜头(于后详述)。在一些实施例中，光阀60产生的其他光束(例如，光束L”)不传递至第一表面210，或者传递至第一表面210后不经第二表面220进入投影镜头。在此情形中，光束L”可在入射至棱镜100后传递至遮光件300，或者光束L”可经多次反射后成为杂散光，被遮光件300所阻挡。
本实施例的光学元件10包含棱镜100及设置于棱镜100上的遮光件300。遮光件300可依需求遮蔽杂散光(例如，光束L”)，且可用以避免杂散光(例如，光束L”)产生的热能造成其他元件的损害，进而提高可靠度。
在本实施例中，遮光件300具有对应于棱镜100的形状，有助于有效利用壳体的空间。
在一实施例中，遮光件300可选用深色材质，或涂上深色漆。进一步的，遮光件300可涂布高温漆，以提升吸光效率。在又一实施例中，遮光件300可经阳极处理或电镀等特殊制程，以提升其耐热性及增加表面的机械性质。本发明不限于此，在其他实施例中，遮光件300亦可借由电浆阳极处理或电泳制程加以制造。在一些实施例中，遮光件300可与棱镜100间隔设置，具体而言，遮光件300与棱镜100的第一表面210及/或第二表面220呈一间隔设置，以避免热量从遮光件300传导至棱镜100。热量可由遮光件300与环境气流以热对流的方式进行散热。
在一些实施例中，根据影像光束L’于第一表面210及/或第二表面220上不同的光斑位置，第一遮光部3100相对于第一表面210及/或第二遮光部3200相对于第二表面220遮蔽位置可不同，以避免第一遮光部3100或第二遮光部3200遮蔽影像光束L’。举例来说，如图1～2所示，本实施例的遮光件300的第一遮光部3100例如是沿棱镜100的第三侧边213配置。进一步而言，在第一表面210上，第一遮光部3100从第一侧边211延伸至第二侧边212，而在第二表面220上，第二遮光部3200仅遮蔽一角落，例如第二表面220上较邻近第一侧边211的第一角落224(如图2所示)。在本实施例中，第二遮光部3200遮蔽第一角落224的配置可避免遮蔽影像光束L’。
如图1～2所示，本实施例的遮光件300还可包括第三遮光部3300及第四遮光部3400，用以定位遮光件300。第三遮光部3300及第四遮光部3400可与第一遮光部3100连接且分别配置于第一遮光部3100的相对两端，从而夹持于棱镜100的第四表面240及第五表面250上。例如，第三遮光部3300及第四遮光部3400可分别为夹持部，以夹持该第四表面240与该第五表面250上。在本实施例中，第三遮光部3300遮蔽第四表面240的一部分，第四遮光部3400遮蔽第五表面250的一部分。在本实施例中，第三遮光部3300及第四遮光部3400可具有遮光的功能，亦可具有夹持的功能。然而，本实用新型不限于此，在其他实施例中，第三遮光部3300及第四遮光部3400可不具有夹持功能，而借由其他方式将遮光件300固定于棱镜100。具体而言，第三遮光部3300、第四遮光部3400可为例如金属(弹)片、金属板或塑胶板。在图1～2所示的实施例中，第三遮光部3300与第四遮光部3400分别相对于第一遮光部3100弯折，且第三遮光部3300以及第四遮光部3400可分别与第四表面240及第五表面250接触。
在一些实施例中，可借由调整第三遮光部3300及/或第四遮光部3400相对于棱镜100的夹持位置，从而调整第一遮光部3100与第一表面210间的间隙及/或第二遮光部3200与第二表面220间的间隙。在本实施例中，第一遮光部3100与第一表面210间较佳有间隙，以避免热量从遮光件300传导至棱镜100，进而防止因高温而降低棱镜100的使用寿命。在其他实施例中，第二遮光部3200可靠设于第二表面220，或者第二遮光部3200与第二表面220的间隙可小于第一遮光部3100与第一表面210间的间隙，但本实用新型不局限于此。
如图1～2及图4所示，图4为图3所示实施例的光学元件的局部A的剖视示意图。本实施例的第一遮光部3100还可具有朝棱镜100的第一表面210凸起的多个凸起结构311。这些凸起结构311承靠于第一表面210。凸起结构311可透过例如冲压形成，然不局限于此。凸起结构311的高度可加以设计，从而在第一遮光部3100与第一表面210之间设置适当大小的间隙G。
如图1～2所示，本实施例的光学元件10还可包括黏着材料800，设置于遮光件300与棱镜100之间，用以固定两者，有助提升光学元件10的耐震性及可靠性。第三遮光部3300及/或第四遮光部3400还可具有透孔351。透孔351可透过例如冲压形成，然不局限于此。黏着材料800可设置于透孔351处。举例来说，在第三遮光部3300及第四遮光部3400夹持于棱镜100上后，于透孔351处设置黏着材料800，使得第三遮光部3300及第四遮光部3400分别黏着于第四表面240与第五表面250，从而确保并维持第一遮光部3100与第一表面210间、及第二遮光部3200与第二表面220间适当的间隙。在本实用新型实施例中，举例来说，可透过组装治具将遮光件300设置于棱镜100上的预定位置，再设置黏着材料800固定两者。惟黏着材料800不限于设置在透孔351中。在其他实施例中，如图1～2所示，第一遮光部3100可具有缺口312，该缺口312较佳可暴露第一表面210的邻近于第二侧边212的角落2120。在本实施例中，黏着材料800可设置于缺口312处，并黏着于第一表面210的角落2120。需注意的是，透孔351及缺口312可选择性配置，亦即可于遮光件300上配置其一或两者。黏着材料800亦可选择性设置于透孔351及缺口312处，亦即择一或多来设置黏着材料800。在一些实施例中，黏着材料800例如为UV胶。
图5～6所示为本实用新型的另一实施例的光学元件的分解示意图。如图5～6所示，光学元件10a包括棱镜100a以及遮光件300。光学元件10a与光学元件10的主要差异在于，棱镜100a还具有遮光墨400，而遮光件300例如可遮蔽遮光墨400。遮光墨400可涂布于第一表面210a上的第二角落214a(如图5所示)及/或第二表面220a上第一角落224a(如图6所示)。在本实施例中，第一表面210a上的第二角落214a位于第一侧边211a与第三侧边213a的连接处。然而，本实用新型不局限于此。遮光墨400可用以吸收杂散光。在另一实施例中，也可由其他黑处理(例如利用黑胶带)的方式来取代遮光墨400。
图7为本实用新型的一实施例的投影装置的光路示意图。如图7所示，投影装置1包含照明系统50、光阀60、投影镜头70以及光学元件10。照明系统50可提供照明光束L，光阀60位于照明光束L的传递路径上，且可将照明光束L转换成影像光束L’。投影镜头70位于影像光束L’的传递路径上，且可投射影像光束L’。照明系统50包括光源及所需的光学元件，其中光源用以提供照明光束L，且光源例如是包含一个以上个激光元件(图未示)，这些激光元件例如呈阵列排列，激光元件例如是激光二极管(laser diode,LD)。光源例如是发光二极管(light emitting diode)等固态发光源(solid-state illumination source)。光源也可以是金属卤素灯泡或是超高压汞灯泡等。在一些实施例中，光学元件10包括棱镜100及遮光件300(如图1所示)。而照明系统50包括所需的光学元件，光学元件还可包含合光元件、滤色轮、光均匀化元件、聚光透镜等，用以使照明光束L传递至棱镜100后再传递至光阀60。光阀60例如是反射式光阀，其中反射式光阀可以为数字微镜元件(digital micro-mirrordevice,DMD)或硅基液晶面板(liquid crystal on silicon panel,LCOS panel)，但不局限于此。
在图7所示的实施例中，光学元件10配置于光阀60与投影镜头70之间，且将影像光束L’传递至投影镜头70。进一步而言，棱镜100的第二表面220与投影镜头70相对，第三表面230与光阀60相对。如图7所示，照明光束L可穿过棱镜100的第一表面210与第三表面230而传递至光阀60。光阀60将照明光束L转换成影像光束L’及其他光束L”，其中影像光束L’被反射至棱镜100内，且第一表面210反射影像光束L’，使影像光束L’通过第二表面220而传递至投影镜头70，并经由投影镜头70而投射于屏幕(图未示)上，以于屏幕上形成影像。
另一方面，其他光束L”可经多次反射后成为杂散光。其他光束L”传递至遮光件300，并由遮光件300所吸收。因此，本实施例的投影装置1能有效避免其他光束L”任意行进而传递至投影镜头70影响影像品质，以及降低其他光束L”所产生的热能导致光学元件的使用寿命变短，使得投影装置1具有较佳的可靠度。本实施例仅以光学元件10例示说明，可理解的是，光学元件10a亦可用于投影装置1。
惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型的范围，即凡依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外，本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
1：投影装置
10、10a：光学元件
100、100a：棱镜
210、210a：第一表面
214a：第二角落
211、211a：第一侧边
212、212a：第二侧边
2120：角落
213、213a：第三侧边
220、220a：第二表面
224、224a：第一角落
230、230a：第三表面
240、240a：第四表面
250、250a：第五表面
300：遮光件
3100：第一遮光部
311：凸起结构
312：缺口
3200：第二遮光部
3300：第三遮光部
3400：第四遮光部
351：透孔
400：遮光墨
50：照明系统
60：光阀
70：投影镜头
800：黏着材料
A：局部
G：间隙
L：照明光束
L’：影像光束
L”：光束。

Claims (18)

1.一种光学元件，用于投影装置，其特征在于，所述光学元件包括棱镜以及遮光件，其中：
所述棱镜具有第一表面、第二表面及第三表面，所述第一表面与所述第二表面相连接，所述第三表面连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且与所述投影装置的光阀相对，所述第一表面反射来自所述光阀的影像光束，使所述影像光束通过所述第二表面；以及
所述遮光件设置于所述棱镜上，且包括相邻接的第一遮光部以及第二遮光部，其中所述第一遮光部遮蔽所述第一表面邻近所述第二表面的一部分，所述第二遮光部遮蔽所述第二表面邻近所述第一表面的一部分。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一表面具有第一侧边、第二侧边及第三侧边，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对，所述第三侧边连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且连接于所述第一侧边与所述第二侧边之间，所述第一遮光部从所述第一侧边延伸至所述第二侧边，所述第二遮光部邻近于所述第一侧边且遮蔽所述第二表面邻近于所述第一侧边的第一角落。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述棱镜还具有彼此相对的第四表面及第五表面，所述第四表面及所述第五表面皆连接于所述第一表面、所述第二表面及所述第三表面之间，所述遮光件还具有与所述第一遮光部连接的第三遮光部及第四遮光部，所述第三遮光部遮蔽所述第四表面的一部分，所述第四遮光部遮蔽所述第五表面的一部分。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述第三遮光部与所述第四遮光部分别为夹持部，以夹持所述第四表面与所述第五表面。
5.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述第三遮光部及所述第四遮光部分别具有透孔，所述光学元件还包括黏着材料，设置于所述第三遮光部的所述透孔与所述第四遮光部的所述透孔中，并黏着于所述第四表面与所述第五表面。
6.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述第一遮光部具有缺口，其暴露出所述第一表面的邻近于所述第二侧边的角落，所述光学元件还包括黏着材料，经由所述缺口黏着于所述第一表面。
7.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件还具有遮光墨，其遮蔽所述第一角落及所述第一表面的相邻于所述第一角落的第二角落，且所述遮光件遮蔽所述遮光墨。
8.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一遮光部具有朝所述第一表面凸起的多个凸起结构，且所述多个凸起结构承靠于所述第一表面。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述遮光件包括金属遮光件或塑胶遮光件。
10.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀、投影镜头以及光学元件，其中：
所述照明系统用以提供照明光束；
所述光阀位于所述照明光束的传递路径上，且用以将所述照明光束转换成影像光束；
所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用以投射所述影像光束；以及
所述光学元件配置于所述光阀与所述投影镜头之间，所述光学元件包括棱镜与遮光件，其中：
所述棱镜具有第一表面、第二表面及第三表面，所述第一表面与所述第二表面相连接，所述第三表面连接于所述第一表面与所述第二表面之间，所述第二表面与所述投影镜头相对，所述第三表面与所述光阀相对，所述照明光束穿过所述第一表面与所述第三表面而传递至所述光阀，所述第一表面反射来自所述光阀的所述影像光束，使所述影像光束通过所述第二表面而传递至所述投影镜头；
所述遮光件设置于所述棱镜上，且包括相邻接的第一遮光部以及第二遮光部，其中所述第一遮光部遮蔽所述第一表面邻近所述第二表面的一部分，所述第二遮光部遮蔽所述第二表面邻近所述第一表面的一部分。
11.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一表面具有第一侧边、第二侧边及第三侧边，所述第一侧边与所述第二侧边彼此相对，所述第三侧边连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且连接于所述第一侧边与所述第二侧边之间，所述第一遮光部从所述第一侧边延伸至所述第二侧边，所述第二遮光部邻近于所述第一侧边且遮蔽所述第二表面邻近于所述第一侧边的第一角落。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述棱镜还具有彼此相对的第四表面及第五表面，所述第四表面及所述第五表面皆连接于所述第一表面、所述第二表面及所述第三表面之间，所述遮光件还具有与所述第一遮光部连接的第三遮光部及第四遮光部，所述第三遮光部遮蔽所述第四表面的一部分，所述第四遮光部遮蔽所述第五表面的一部分。
13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第三遮光部与所述第四遮光部分别为夹持部，以夹持所述第四表面与所述第五表面。
14.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第三遮光部及所述第四遮光部分别具有透孔，所述光学元件还包括黏着材料，其设置于所述第三遮光部的所述透孔与所述第四遮光部的所述透孔中，并黏着于所述第四表面与所述第五表面。
15.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第一遮光部具有缺口，其暴露出所述第一表面的邻近于所述第二侧边的角落，所述光学元件还包括黏着材料，经由所述缺口黏着于所述第一表面。
16.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还具有遮光墨，遮蔽所述第一角落及所述第一表面的相邻于所述第一角落的第二角落，且所述遮光件遮蔽所述遮光墨。
17.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一遮光部具有朝所述第一表面凸起的多个凸起结构，且所述多个凸起结构承靠于所述第一表面。
18.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述遮光件包括金属遮光件或塑胶遮光件。
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