CN111550749A

CN111550749A - 照明装置

Info

Publication number: CN111550749A
Application number: CN201910063055.XA
Authority: CN
Inventors: 纪政宏
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-08-18

Abstract

一种照明装置，其包括一光源阵列以及一绕射光学元件(DOE)。光源阵列包括以一阵列排列的多个点光源。绕射光学元件包括分别与这些点光源对准的多个绕射区域。这些绕射区域分别将光从这些点光源绕射至一待照明物体，用以重叠光，以在待照明物体上形成一均匀明亮区域。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及一种光学装置，且特别涉及一种照明装置。

背景技术

照明器广泛用于各个区域。在许多情况下，需要光源来照明被看见或被拍摄的目标，这可以通过照明器来实现。在一些拍摄场合，需要均匀照明来改善影像的品质，并且还需要足够的亮度。

采用激光发射器作为发光器中的发光装置可以增加亮度，但是激光发射器所发射的光束通常具有小的发散角。光束的小发散角容易降低照明的均匀性。为了在使用具有小的发散角的光束的发光装置时增加照明的均匀性，可以采用各种光学元件来增加发散角。然而，使用光学元件增大了整个光学***(即照明器)的体积。一般而言，发散角越小，采用光学元件的整个光学***的体积越大。

发明内容

本发明提供一种照明装置，其结构有助于减少照明装置的体积。

根据本发明的实施例所提供的照明装置包括一光源阵列以及绕射光学元件。光源阵列包括以一阵列排列的多个点光源。绕射光学元件包括分别与这些点光源对准的多个绕射区域。这些绕射区域分别将来自这些点光源的光绕射至一待照明物体，用以重叠光，以在待照明物体上形成一均匀明亮区域。

在根据本发明实施例的照明装置中，绕射区域分别与多个点光源对准，并且分别将光从这些点光源绕射至待照明物体，使得绕射光学元件和光源阵列之间的间距可被减少。因此，根据本发明实施例的照明装置可以具有较小的体积。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的照明装置的示意性剖面图。

图2A是图1中的光源阵列的示意性俯视图。

图2B和图2C是根据本发明的两个实施例，图1中区域R的放大图。

图3示出了由图1中的照明装置所照明的待照明物体上的均匀明亮区域。

图4是根据本发明另一实施例的照明装置的示意性剖面图。

图5是根据图1与图4的实施例的照明装置的待照明物体上的均匀明亮区域的不均匀性相对于重叠率的折线图。

图6是根据图1与图4的实施例的照明装置的效率相对于重叠率的折线图。

附图标记说明：

50：待照明物体

60：均匀明亮区域

100、100a：照明装置

110：光源阵列

112：点光源

113：光

120：绕射光学元件

A：绕射区域

D：外径

L：间距

N：参考线

P：节距

R：区域

S：扩张宽度

V：重叠宽度

θ：发散角

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是根据本发明的实施例的照明装置的示意性剖视图。图2A是图1中的光源阵列的示意性俯视图。图2B和图2C是根据本发明的两个实施例，图1中区域R的放大图。图3示出了由图1中的照明装置所照明的待照明物体上的均匀明亮区域。请参照图1、图2A-图2C与图3，本实施例的照明装置100包括一光源阵列110以及一绕射光学元件120。光源阵列110包括以一阵列排列的多个点光源112。在本实施例中，光源阵列110为激光光源阵列。例如，光源阵列110是垂直共振腔面射型激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)，并且，如图2A所示，这些点光源112分别是垂直共振腔面射型激光的光输出的开口。然而，在其他实施例中，光源阵列110可以是激光二极管阵列，且这些点光源112分别是激光二极管。

绕射光学元件包括分别与这些点光源112对准的多个绕射区域A。这些绕射区域A分别将来自这些点光源112的光113绕射至一待照明物体50，用以重叠光113，以在待照明物体50上形成一均匀明亮区域60。在本实施例中，由从每一点光源发射并由相应的绕射区域A绕射的光所形成的待照明物体50上的光点分散至整个均匀明亮区域60上，但在光点中具有暗区域。再者，由所有点光源发出并分别被相应的绕射区域A绕射的光所形成的光点重叠，以形成均匀明亮区域60。

在本实施例中，待照明物体50例如是墙壁。然而，在其他实施例中，待照明物体50可以是人脸、所要拍摄的物体或任何其他待照明的物体。在本实施例中，均匀明亮区域60为矩形。然而，在其他实施例中，均匀明亮区域60可以是任何其他形状。均匀明亮区域60的形状可由绕射光学元件120的设计来决定。

在根据本发明实施例的照明装置100中，绕射区域A分别与这些点光源112对准，并分别将光113从这些点光源112绕射至待照明物体50，使得绕射光学元件120和光源阵列110之间的间距L可减小。因此，根据本发明实施例的照明装置100可具有较小的体积。在本实施例中，绕射光学元件120和光源阵列110之间的间距L小于或等于0.1毫米，并且例如是0.05毫米。

在根据比较实施例的照明装置中，绕射光学元件不具有如同图1的实施例中的那些个别的绕射区域，并且绕射光学元件和光源阵列之间的间距大于图1的实施例，使得在绕射光学元件上分别被从光源阵列的点光源发出的发散光照射的区域在很大程度上相互重叠。因此，在比较实施例中，绕射光学元件将所有光一起绕射至待照明物体。在比较实施例中，绕射光学元件是在假设点光源发出的光是平行光束(即平面波)的情况下所设计的。然而，实际上，点光源所发出的光具有小的发散角，使得根据比较实施例的照明装置所形成的待照明物体上的明亮区域将模糊并且与原始设计不同，例如，照明装置的视野(Field ofView,FOV)将与原始设计不同。

反之，在根据图1的实施例的照明装置100中，考虑具有发散角θ的光113，绕射区域A分别与这些点光源112对准，并且分别将光113从这些点光源112绕射至待照明物体50，使得待照明物体50上的均匀明亮区域60与原始设计相同或相似，并且照明装置100的视野是可预测的。

在本实施例中，绕射光学元件120的表面可具有至少两个高度阶，使得绕射光学元件120可绕射光113。例如，在图2B中，绕射光学元件120的表面具有两个高度阶，且在图2C中，绕射光学元件的表面具有四个高度阶。

图4是根据本发明另一实施例的照明装置的示意性剖视图。请参照图4，本实施例的照明装置100a与图1的照明装置100相似，且两者之间的主要差异如下。在图1中，由两个相邻的光113在绕射光学元件120上所形成的照明区域彼此不重叠。然而，图4中的绕射光学元件120和光源阵列110之间的间距L大于图1中的绕射光学元件120和光源阵列110之间的间距L，使得由沿着连接两个相邻的点光源112的参考线N上的两个相邻的点光源112所分别发射的两个相邻的光113所分别照明的两个区域彼此重叠。在图4中，V是绕射光学元件上由沿着连接两个相邻的点光源112的参考线N上的两个相邻的点光源112所分别发射的两个相邻的光113所分别照明的两个区域的重叠宽度。

在图1和图4的实施例中，照明装置100或100a符合关系式L＝[E·P/2+(P/2-D/2)]/tan(θ/2)及0≦E≦0.5，其中L为光源阵列110与绕射光学元件120之间的间距，E为系数，P是这些点光源112的节距，D是每一点光源的外径，θ是每一光113的发散角。当照明装置100或100a符合关系式0≦E≦0.5时，待照明物体50上的均匀明亮区域60与原始设计相同或相似，并且照明装置100的视野更可预测。在图1和4的实施例中，照明装置100或100a符合关系式E＝V/P。在图1的实施例中，V＝0且E＝0。此外，在图4的实施例中，V大于0，且0<E≦0.5。在一实施例中，0<E≦0.3。再者，在图1和图4中，这些点光源112以相等的间距设置，但本发明不以此为限。

图5是根据图1与图4的实施例的照明装置的待照明物体上的均匀明亮区域的不均匀性相对于重叠率的折线图。图6是根据图1与图4的实施例的照明装置的效率相对于重叠率的折线图。请参照图1、图4、图5与图6，由2高度阶所表示的折线对应于如图2B所示的具有绕射光学元件120的照明装置100或100a，其表面具有两个高度阶，且由4高度阶所表示的折线对应于如图2C所示的具有绕射光学元件120的照明装置100或100a，其表面具有四个高度阶。图5和图6的重叠率的定义为重叠宽度V除以绕射光学元件120上的区域的扩展宽度S，该区域由沿着连接两个相邻的点光源112的参考线N上的每一两个相邻的点光源112所发射的光113来照明，即重叠率等于V/S。图5中的不均匀性的定义为(I_max-I_min)/I_mean，其中I_max是均匀明亮区域60中的最大光强度，I_min是均匀明亮区域60中的最小光强度，而I_mean是均匀明亮区域60中的平均光强度。图6中的效率的定义为均匀明亮区域60内的光能量除以从照明装置100或100a所输出的全部光能量。从图5中可以了解到，当重叠率小于或等于15％时，均匀明亮区域60具有高的光均匀性。再者，可以从图6中可以了解到，当重叠率小于或等于20％时，照明装置100或100a具有高效率。还可以从图5和图6中了解到，当重叠率小于30％时，光均匀性和效率良好。

在根据本发明实施例的照明装置中，绕射区域分别与多个点光源对准，并且分别将光从这些点光源绕射至待照明物体，使得绕射光学元件与光源阵列之间的间距可被减少。因此，根据本发明实施例的照明装置可以具有较小的体积。

虽然本发明已以实施例公开如上，然而这些实施例并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，故本发明的保护范围应以随附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种照明装置，包括：

一光源阵列，包括：

多个点光源，以一阵列排列；以及

一绕射光学元件，包括：

多个绕射区域，分别与该多个点光源对准，其中该多个绕射区域分别将光从该多个点光源绕射至一待照明物体，用以重叠光，以在该待照明物体上形成一均匀明亮区域。

2.如权利要求1所述的照明装置，其中该光源阵列为激光光源阵列。

3.如权利要求2所述的照明装置，其中该光源阵列为垂直共振腔面射型激光。

4.如权利要求1所述的照明装置，其中该照明装置符合下列关系式：

L＝[E·P/2+(P/2-D/2)]/tan(θ/2)及0≦E≦0.5，其中L为该光源阵列与该绕射光学元件之间的间距，E为系数，P为该多个点光源的节距，D为每一点光源的外径，θ为每一光的发散角。

5.如权利要求4所述的照明装置，其中E＝V/P，V为由沿着连接两个相邻的点光源的参考线上的该两个相邻的点光源所分别发射的两个相邻的光所分别照明的两个区域的重叠宽度。

6.如权利要求1所述的照明装置，其中该照明装置符合下列关系式：

0≦V/P≦0.5，其中V为在该绕射光学元件上由沿着连接两个相邻的点光源的参考线上的该两个相邻的点光源所分别发射的两个相邻的光所分别照明的两个区域的重叠宽度，且P为该多个点光源的节距。

7.如权利要求1所述的照明装置，其中该光源阵列与该绕射光学元件之间的间距小于或等于0.1毫米。

8.如权利要求1所述的照明装置，其中该多个点光源为激光二极管。