棱镜模块的制造方法、棱镜模块及投影装置与流程

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1.本发明是有关一种光学元件和其制造方法，尤其是一种棱镜模块和其制造方法，以及具有此棱镜模块的投影装置。

背景技术：

2.投影装置主要包括照明系统、光阀及投影镜头，照明系统用以提供照明光束，光阀用以将照明光束转换成影像光束，而投影镜头用以将影像光束投射至屏幕上，以于屏幕上产生影像。
3.在习知技术中，有一部分的投影装置在照明系统、光阀及投影镜头之间设置有棱镜模块，以将照明系统产生的照明光束反射至光阀，再使光阀产生的影像光束通过棱镜模块而传递至投影镜头。棱镜模块主要是由第一棱镜及第二棱镜以粘着层粘合而组成，且第一棱镜与第二棱镜之间存有一空气间隙。然而，这类使用棱镜模块的投影装置在运作期间，影像光束容易在棱镜模块内因空气间隙的变化而使干涉结果改变，造成投影装置投射的影像品质变差。
4.本“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”中所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的习知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
5.本发明提供一种棱镜模块的制造方法，以改善棱镜模块内的干涉问题。
6.本发明提供一种棱镜模块，以改善干涉问题。
7.本发明提供一种投影装置，以提供良好的影像品质。
8.本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
9.为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的棱镜模块的制造方法包括以下步骤。调整第一棱镜与第二棱镜具有预定温差。使用粘着层局部连接于第一棱镜与第二棱镜之间，使第一棱镜与第二棱镜之间具有间隙，其中粘着层包括胶材及设置于胶材内的多个间隙物。
10.为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的棱镜模块包括第一棱镜、第二棱镜以及粘着层。第一棱镜具有第一表面。第二棱镜具有与第一表面相对的第二表面。粘着层局部连接于第一表面与第二表面之间，且第一表面与第二表面之间具有间隙，其中粘着层包括胶材及设置于胶材内的多个间隙物。
11.为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的投影装置包括照明系统、光阀、投影镜头以及上述的棱镜模块。照明系统能提供照明光束。光阀位于照明光束的传递路径上，且光阀能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，且投影镜头能投射影像光束。棱镜模块设置于照明系统、光阀与投影镜头之间，其中
棱镜模块的第一棱镜的第一表面能将照明光束反射至光阀，影像光束则通过第一表面及第二表面而传递至投影镜头。
12.本发明的棱镜模块及其制造方法中，由于采用具有间隙物的粘着层，所以能使第一棱镜和第二棱镜之间的间隙较容易保持一致，进而能避免棱镜模块内的干涉问题。此外，本发明的投影装置因使用此棱镜模块，所以能具有较佳的影像品质。
13.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
14.图1是本发明一实施例的棱镜模块的示意图。
15.图2是本发明一实施例的棱镜模块的制造方法的流程图。
16.图3是图2中步骤s2的示意图。
17.图4是图2中步骤s3的示意图。
18.图5是图4的粘着层的放大示意图。
19.图6是图3的粘着层的放大示意图。
20.图7是本发明一实施例的投影装置的示意图。
具体实施方式
21.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一优选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。
22.为了减轻棱镜模块产生干涉变异，本案发明人深入研究后发现是与棱镜模块的第一棱镜与第二棱镜之间的间距改变有关。进一步而言，当在工作状态时，第一棱镜与第二棱镜的温度会上升，上述温度高于制造棱镜模块的温度，温度不一致而产生应力，因此造成影像具有条纹。此外，第一棱镜与第二棱镜之间有温差使得两个棱镜的膨胀程度不同，导致第一棱镜与第二棱镜之间的间距无法维持一致。本发明对此提出了改善方案，以下将详细说明。此外，工作状态定义为投影装置启动且当光束照射于棱镜模块。
23.图1是本发明一实施例的棱镜模块的示意图。请参考图1与图7，棱镜模块100可用于投影装置，且包括第一棱镜110、第二棱镜120以及粘着层130。第一棱镜110具有第一表面111。第二棱镜120具有与第一表面111相对的第二表面121。粘着层130局部连接于第一表面111与第二表面121之间，且第一表面111与第二表面121之间具有间隙g，其中粘着层130包括胶材131及设置于胶材131内的多个间隙物132。间隙g中具有空气。
24.第一棱镜110与第二棱镜120例如皆为三棱镜(triangular prism)，而第一表面111可为第一棱镜110的矩形面，第二表面121也可为第二棱镜120的矩形面。另外，本实施例的第二棱镜120还可具有与第二表面121相邻的第三表面122，且第三表面122设有吸光层a。吸光层a用以吸收投影装置的光阀产生的杂散光束，所以在投影装置运作时，第二棱镜120的温度会较第一棱镜110高。吸光层a例如包括涂黑层，但本实施例不限于此。此外，第三表面122可为第二棱镜120的矩形面，但本实施例仍不限于此。根据本发明的另一实施例，第一
表面111、第二表面121及第三表面122例如可为抛光面。根据本发明的再一实施例，第一表面111、第二表面121及第三表面122例如可含有光学薄膜，例如抗反射薄膜。
25.间隙物132位于第一表面111与第二表面121之间，以使第一表面111与第二表面121之间的间隙g能维持一致的宽度。进一步讨论间隙物132与粘着层130的关系，若间隙物132占粘着层130的体积比例太小，会导致粘着层130的支撑力不足，反之又会导致粘着层130的粘着力不足。因此，本实施例的间隙物132可约占粘着层130的体积的0.7％～11.3％，以兼顾粘着层130的支撑强度和粘着强度。间隙物132的形状例如为颗粒状，且每一间隙物132的直径d例如介于3.5μm～12.0μm，但本发明不限于此。此外，间隙物132的材料可包括二氧化硅、高分子聚合物、金属或其的组合，但本发明仍不限于此。附带一提，在本实施例中，粘着层130的胶材131可包括紫外线硬化胶(uv胶)、热固胶或热固型紫外线硬化胶(热固uv胶)，但其他实施例不限于此。第一表面111与第二表面121之间的间隙g的最小宽度等于间隙物132的直径d，例如介于3.5μm～12.0μm。
26.因本实施例的棱镜模块100采用具有间隙物132的粘着层130，在投影装置运作期间，即使第一棱镜110与第二棱镜120因温度不同而导致膨胀程度不同，第一表面111与第二表面121之间的间隙g亦能维持一致的宽度，不会造成空气间隙的变化，因此能改善干涉的问题。
27.此外，本案发明人亦发现第一棱镜110与第二棱镜120受热膨胀程度不同会产生应力，使第一棱镜110与第二棱镜120有破裂的风险。而且，粘着层130在高温状态下，粘着力会下降，因此当第一棱镜110与第二棱镜120因膨胀程度不同而拉扯粘着层130，可能会导致第一棱镜110与第二棱镜120有彼此脱离的风险。对此问题，本发明另提出一种棱镜模块的制造方法。
28.图2是本发明一实施例的棱镜模块的制造方法的流程图。图3是图2中步骤s2的示意图。请参考图2及图3，棱镜模块的制造方法包括以下步骤。步骤s1：调整第一棱镜110与第二棱镜120具有预定温差。详言之，调整第二棱镜120的温度高于第一棱镜110的温度。进一步来说，步骤s1中可藉由加热第二棱镜120及/或冷却第一棱镜110的方式完成，其中前述的加热处理可由烤箱进行，但本实施例不限于此。上述的预定温差可依第一棱镜110与第二棱镜120在处于工作状态时的温度差而定，而本实施例的预定温差例如介于2℃～80℃，但其他实施例不限于此。根据本发明的另一实施例，上述的预定温差较佳为等于第一棱镜110与第二棱镜120处于工作状态时的温度差。
29.接着，步骤s2：使用粘着层130局部连接于第一棱镜110与第二棱镜120之间，使第一棱镜110与第二棱镜120之间具有间隙g。其中，粘着层130包括胶材131及设置于胶材131内的多个间隙物132。粘着层130的具体设置位置可依光路而调整，故不限于图中所示的位置，粘着层130的位置不遮挡光束的行进路径。
30.由于步骤s2是在第一棱镜110与第二棱镜120具有预定温差的情形下以粘着层130粘着第一棱镜110与第二棱镜120，因此在第一棱镜110与第二棱镜120具有温差的情形下，粘着层130不易受第一棱镜110与第二棱镜120的拉扯，且第一棱镜110与第二棱镜120不会因应力而有破裂的风险。如此，可解决当工作状态运作时，第一棱镜110与第二棱镜120的温差所导致因应力而使棱镜的破裂问题。以本实施例的棱镜模块的制造方法所制造出的棱镜模块100a处于工作状态时，粘着层130承受的应力可小于2200kpa，甚至可小于1100kpa，所
以能避免第一棱镜110与第二棱镜120彼此脱离的问题。
31.图4是图2中步骤s3的示意图。图5是图4的粘着层的放大示意图。请参考图2、图4与图5，在步骤s2之后，棱镜模块的制造方法还可包括步骤s3：使第一棱镜110与第二棱镜120回复至环境温度。此环境温度较棱镜模块100a处于工作状态时的温度低。举例来说，环境温度例如为20℃左右，所述工作状态时的工作温度可介于60℃～150℃。若在步骤s1是采用加热第二棱镜120的方式，则在回复环境温度的过程中，第二棱镜120会因温度下降而收缩；若在步骤s1是采用冷却第一棱镜110的方式，则在回复环境温度的过程中，第一棱镜110会因温度升高而膨胀。因此，在步骤s3中，粘着层130会因第一棱镜110膨胀及/或第二棱镜120收缩而受到拉扯而变形；例如，图4所示的粘着层130的形状为第二棱镜120收缩而导致。不过，因环境温度是小于工作温度，处于环境温度下的粘着层130与处于工作温度下的粘着层130相比具有较佳的粘着力，即使如同图5所示，粘着层130因应力而产生倾斜，也不会造成第一棱镜110与第二棱镜120之间有彼此脱离的风险。
32.请参考图2及图5，图5所示的粘着层130可具有第一粘着面a1与第二粘着面a2，其中第一粘着面a1接触第一表面111，且第二粘着面a2接触第二表面121。在图2的步骤s2与步骤s3中，第一粘着面a1与第二粘着面a2的重叠率会有差异。重叠率定义为沿着第一棱镜110的第一表面111的法线方向上，粘着层130的第一粘着面a1与第二粘着面a2的重叠区域的比率。具体而言，在步骤s3中，粘着层130会因第一棱镜110膨胀及/或第二棱镜120收缩而受到拉扯而变形，此时第一粘着面a1与第二粘着面a2之间的重叠率为p1。此外，请参考图2及图6，在图2的步骤s2中，粘着层130并未受到第一棱镜110及第二棱镜120的拉扯，此时第一粘着面a1与第二粘着面a2之间的重叠率为p2，且p2大于p1。p2与p1的差异例如约为0.1％，但其他实施例不限于此。此外，处于工作状态时，因第一棱镜110与第二棱镜120之间具有温差，粘着层130因第一棱镜110膨胀及/或第二棱镜120收缩而受到拉扯而变形的程度小于回复至环境温度，因此第一粘着面a1与第二粘着面a2之间的重叠率亦大于p1，使得第一棱镜110与第二棱镜120可有效避免干涉的问题。
33.图7是本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图7，投影装置200包括照明系统210、光阀220、投影镜头230以及上述的棱镜模块100，其中棱镜模块100亦可替换成上述的棱镜模块100a(示于图3及图4)。照明系统210能提供照明光束l1。光阀220位于照明光束l1的传递路径上，且光阀220能将照明光束l1转换成影像光束li。投影镜头230位于影像光束li的传递路径上，且投影镜头230能投射影像光束li离开投影装置200。棱镜模块100设置于照明系统210、光阀220与投影镜头230之间，其中棱镜模块100的第一棱镜110的第一表面111能将照明光束l1反射至光阀220，影像光束li则通过第一表面111及第二表面121而传递至投影镜头230。此外，在影像光束li的传递路径中，棱镜模块100设置于光阀220与投影镜头230之间。
34.照明系统210可包括光源。上述的光源可包括超高压汞灯(uhp lamp)、氙气灯(xenon lamp)、发光二极体(light emitting diode，led)或激光二极体(laser diode，ld)。进一步来说，上述的超高压汞灯与氙气灯的数量例如为一个。另一方面，所述的发光二极体或激光二极体的数量可以是一个或多个。例如，当所述的发光二极体(或激光二极体)的数量是多个时，所述的发光二极体(或激光二极体)可排列成矩阵。此外，在光源包括发光二极体或激光二极体的实施例中，照明系统210还可包括波长转换元件(例如荧光轮
(phosphor wheel))。所述的波长转换元件可接收激光二极体提供的激发光束，并转换为与激发光束不同波长的光并进一步构成影像画面。
35.本实施例的光阀220例如是数位微型反射镜元件(digital micromirror device，dmd)，以产生影像光束li和关闭状态光束ls(即为前文中的杂散光束)。详言之，影像光束li可先入射至第一棱镜110，并在通过第一表面111与第二表面121后，由第二棱镜120的第四表面123出射至投影镜头230。另一方面，关闭状态光束ls则可入射至第二棱镜120的第三表面122的吸光层a。附带一提，棱镜模块100的粘着层130的位置可与光线错开，以防止粘着层130因温度过高而裂化。在其他实施例中，光阀220可为硅基液晶(liquid crystal on silicon，lcos)或液晶显示面板(liquid crystal display，lcd)。此外，本实施例并不限定光阀220的数量。举例来说，其他实施例可采用单片式液晶显示面板或是三片式液晶显示面板的架构，但不限于此，以及影像光束li和关闭状态光束ls的光行径路径也会依据光阀220的类型而有所不同。
36.投影镜头230例如包括一个或多个光学镜片，而所述光学镜片的屈光度可彼此相同或相异。例如，所述光学镜片可包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等各种非平面镜片，或是包括上述各非平面镜片的任意组合。另一方面，投影镜头230也可以包括平面光学镜片。本发明不对投影镜头230的具体结构多做限制。
37.由于本实施例的投影装置采用的棱镜模块100或100a可有效避免干涉的问题，因此具有较佳的影像品质。
38.综上所述，本发明至少具有以下优点：
39.1.本发明的棱镜模块及其制造方法中，由于采用具有间隙物的粘着层，所以能使第一棱镜和第二棱镜之间的间隙较容易保持一致，以避免棱镜模块内的干涉问题，进而提升本发明之投影装置的影像品质。
40.2.本发明的棱镜模块的制造方法中，因在第一棱镜与第二棱镜具有预定温差时以粘着层粘着第一棱镜与第二棱镜，可避免第一棱镜与第二棱镜在工作状态下有破裂或彼此脱离的风险，进而提升本发明的投影装置的可靠度。
41.以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。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。
42.附图标记说明
43.100、100a:棱镜模块
44.110:第一棱镜
45.111:第一表面
46.120:第二棱镜
47.121:第二表面
48.122:第三表面
49.123:第四表面
50.130:粘着层
51.131:胶材
52.132:间隙物
53.200:投影装置
54.210:照明系统
55.220:光阀
56.230:投影镜头
57.a:吸光层
58.a1:第一粘着面
59.a2:第二粘着面
60.d:直径
61.g:间隙
62.l1:照明光束
63.li:影像光束
64.ls:关闭状态光束
65.s1、s2、s3:步骤。

技术特征：

1.一种棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述方法包括：调整第一棱镜与第二棱镜具有预定温差；以及使用粘着层局部连接于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间，使所述第一棱镜与所述第二棱镜之间具有间隙，其中所述粘着层包括胶材及设置于所述胶材内的多个间隙物。2.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，调整所述第一棱镜与所述第二棱镜具有所述预定温差的方法包括：加热所述第二棱镜及/或冷却所述第一棱镜。3.根据权利要求2所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述第一棱镜具有第一表面，所述第二棱镜具有与所述第一表面相对的第二表面，所述粘着层局部连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且所述第二棱镜还具有与所述第二表面相邻的第三表面，所述第三表面设有吸光层。4.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述预定温差介于2℃～80℃。5.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，在使用所述粘着层局部连接于所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的步骤之后，还包括：使所述第一棱镜与所述第二棱镜回复至环境温度。6.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述胶材包括uv胶、热固胶或热固uv胶。7.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述多个间隙物占所述粘着层的体积的0.7％～11.3％。8.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述多个间隙物的材料包括二氧化硅、高分子聚合物、金属或其的组合。9.根据权利要求1所述的棱镜模块的制造方法，其特征在于，所述多个间隙物中的每一个的直径介于3.5μm～12.0μm。10.一种棱镜模块，其特征在于，所述棱镜模块包括第一棱镜、第二棱镜以及粘着层，其中：所述第一棱镜具有第一表面；所述第二棱镜具有与所述第一表面相对的第二表面；以及所述粘着层局部连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且所述第一表面与所述第二表面之间具有间隙，其中所述粘着层包括胶材及设置于所述胶材内的多个间隙物。11.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，所述粘着层具有第一粘着面与第二粘着面，所述第一粘着面接触所述第一表面且所述第二粘着面接触所述第二表面，当所述第一棱镜与所述第二棱镜之间不具温差时，所述第一粘着面与所述第二粘着面之间的重叠率为p1，当所述第一棱镜与所述第二棱镜之间具有温差时，所述第一粘着面与所述第二粘着面之间的重叠率为p2，且p2大于p1。12.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，当所述棱镜模块应用于投影装置，且处于工作状态时，所述粘着层承受的应力小于2200kpa。13.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，当所述棱镜模块应用于投影装置，且处于工作状态时，所述粘着层承受的应力小于1100kpa。
14.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，所述多个间隙物的材料包括二氧化硅、高分子聚合物、金属或其的组合。15.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，所述多个间隙物占所述粘着层的体积的0.7％～11.3％。16.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，所述多个间隙物中的每一个的直径介于3.5μm～12.0μm。17.根据权利要求10所述的棱镜模块，其特征在于，所述第二棱镜还具有与所述第二表面相邻的第三表面，所述第三表面设有吸光层。18.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀、投影镜头以及棱镜模块，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，且所述光阀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，且所述投影镜头用以投射所述影像光束，所述棱镜模块设置于所述照明系统、所述光阀与所述投影镜头之间，其中所述棱镜模块包括第一棱镜、第二棱镜以及粘着层，其中：所述第一棱镜具有第一表面；所述第二棱镜具有与所述第一表面相对的第二表面；以及所述粘着层局部连接于所述第一表面与所述第二表面之间，且所述第一表面与所述第二表面之间具有间隙，其中所述粘着层包括胶材及设置于所述胶材内的多个间隙物；其中，所述第一表面用以将所述照明光束反射至所述光阀，所述影像光束通过所述第一表面及所述第二表面而传递至所述投影镜头。

技术总结

一种棱镜模块的制造方法，包括以下步骤：调整第一棱镜与第二棱镜具有预定温差；使用粘着层局部连接于第一棱镜与第二棱镜之间，使第一棱镜与第二棱镜之间具有间隙，其中粘着层包括胶材及设置于胶材内的多个间隙物。本发明还提供一种棱镜模块，以及具有所述棱镜模块的投影装置。本发明的棱镜模块及其制造方法避免棱镜模块内的干涉问题，进而提升本发明的投影装置的影像品质，并且提升本发明的投影装置的可靠度。靠度。靠度。