CN116931358A - 照明***以及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种照明***，其包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件。光源模块用于提供照明光束。第一透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。聚光元件配置于照明光束的传递路径上。第一透镜阵列位于光源模块与聚光元件之间。第二透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。棱镜元件配置于照明光束的传递路径上。第二透镜阵列位于聚光元件与棱镜元件之间，其中第二透镜阵列的表面面积大于第一透镜阵列的表面面积，使得照明***可提升照明光束的均匀度以及不同颜色的均匀度。本发明也提及具有此照明***的投影装置。

Description

照明***以及投影装置
技术领域
本发明涉及一种光学***以及显示装置，且特别涉及一种照明***以及具有所述照明***的投影装置。
背景技术
投影装置为一种用于产生大面积画面的显示装置，随着科技技术的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明***所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：荧幕或墙面上)，以形成投影画面。
为了追求更小体积的投影装置应用在微型投影装置上，可以使用在头戴显示器上，微型投影装置的照明***从早期的R/G/B三个通道(Red/Green/Blue LED light beamsforming three pathways)，逐渐演变至目前的RB/G二个通道(Red and Blue/Green LEDlight beams forming two pathways)，或是RGB一个通道(Red and Blue and Green LEDlight beams forming one pathway)。上述三种架构，都是利用准直透镜将发光二极体所提供的光源平行入射至透镜阵列，再经由聚光透镜将透镜阵列上的光束聚焦在光阀的成像元件上。不过，为了实现最小体积的设计，会使用最少的光源来做设计。然而，因为部分色光光源为各一颗光源，且位置互为对角线，所以投影出来的画面会有很明显的颜色不均匀的问题。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成所属领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容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在本发明申请前已被所属领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种照明***以及投影装置，其可提升照明光束的均匀度以及不同颜色的均匀度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为实现上述目的之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种照明***，其包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件。光源模块用于提供照明光束。第一透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。聚光元件配置于照明光束的传递路径上。第一透镜阵列位于光源模块与聚光元件之间。第二透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。棱镜元件配置于照明光束的传递路径上。第二透镜阵列位于聚光元件与棱镜元件之间，其中第二透镜阵列的表面面积大于第一透镜阵列的表面面积。
为实现上述目的之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影装置，其包括照明***、光阀以及投影镜头。照明***用于提供照明光束。照明***包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件。光源模块用于提供照明光束。第一透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。聚光元件配置于照明光束的传递路径上。第一透镜阵列位于光源模块与聚光元件之间。第二透镜阵列配置于照明光束的传递路径上。棱镜元件配置于照明光束的传递路径上。第二透镜阵列位于聚光元件与棱镜元件之间。光阀配置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换为影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用于将影像光束投射出投影装置，其中第二透镜阵列的表面面积大于第一透镜阵列的表面面积。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下优点或功效中的一个。在本发明的照明***以及投影装置中，照明***包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件。其中第一透镜阵列配置于光源模块与聚光元件之间，用于控制光源模块所提供照明光束的光束截面积尺寸以匹配接收照明光束的光阀的表面尺寸(表面面积)，第二透镜阵列配置于聚光元件与棱镜元件之间，用于改变照明光束中各色的光型并使其均匀化。如此一来，可提升照明光束的均匀度以及不同颜色的均匀度，以避免人眼可看出发光元件所发出的色光具有不均匀的现象。
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，并配合所附视图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2为本发明一实施例的照明***的示意图。
图3为本发明一实施例的光源模块的示意图。
图4A至图4C分别为不同实施例的部分透镜阵列的示意图。
图5为图2的照明***的部分放大示意图。
图6为本发明另一实施例的照明***的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考视图对一优选实施例作出的详细说明中，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)仅是参考附加视图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。在一实施例中，投影装置10可应用于头戴显示器。本实施例提供的一种投影装置10包括照明***100、光阀60以及投影镜头70。其中，照明***100用于提供一照明光束LB。光阀60配置于照明光束LB的传递路径上，用于转换照明光束LB为影像光束LI。投影镜头70配置于影像光束LI的传递路径上，且用于将影像光束LI投射出投影装置10至投影目标(未显示)，例如荧幕、墙面或头戴式装置的波导元件。
在本实施例中，光阀60例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等反射式光调变器。本发明对光阀60的型态及其种类并不加以限制。光阀60将来自照明***100的照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属领域的公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀60的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置10。光阀60也可使用液晶覆硅板。在本实施例中，投影装置10还包括保护盖80(参见如图2)，用于避免光阀60接触灰尘而影响光学效果。保护盖80的材质例如是玻璃或塑胶。
投影镜头70例如包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头70还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀60的影像光束LI投射至投影目标。本发明对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。
图2为本发明一实施例的照明***的示意图。图3为本发明一实施例的光源模块的示意图。请参考图2及图3。本实施例的照明***100至少可应用于图1所显示的投影装置10中，故以下说明以此为例。在本实施例中，照明***100包括光源模块110、第一透镜阵列120、聚光元件130、第二透镜阵列140以及棱镜元件150。光源模块110用于提供照明光束LB。在本实施例中，光源模块110包括发光元件112以及准直透镜组114，其中发光元件112例如是整合型发光二极体，提供红光、绿光以及蓝光。具体而言，发光元件112为红色、绿色、绿色及蓝色发光二极体排列而成，且红色与蓝色发光二极体互为对角线，两绿色发光二极体互为对角线，如图3所显示。因此，可使其实现最小体积的设计，但本发明并不限于此。在本实施例中，准直透镜组114包括至少一光学透镜，准直透镜组114用于提供平行的照明光束LB到第一透镜阵列120，本发明亦不限于此。
第一透镜阵列120配置于照明光束LB的传递路径上，用于控制光源模块110所提供的照明光束LB的光束截面积尺寸以匹配接收照明光束LB的光阀60的表面尺寸(表面面积)。举例而言，穿过第一透镜阵列120的照明光束LB的光束截面积尺寸等于或近似于接收照明光束LB的光阀60的表面尺寸。
第一透镜阵列120包括多个微透镜，可位于第一透镜阵列120的单面上或位于第一透镜阵列120的相对两面上，本发明并不限于此。
聚光元件130配置于照明光束LB的传递路径上，且第一透镜阵列120位于光源模块110与聚光元件130之间。在本实施例中，聚光元件130具有反射面132，例如镀上一层反射膜，用于反射照明光束LB以传递至第二透镜阵列140。
第二透镜阵列140配置于照明光束LB的传递路径上，用于改变照明光束LB中各色(红色、绿色及蓝色)的光型并使其均匀化，进而提升照明光束LB的均匀度以及不同颜色的均匀度，以避免人眼可看出发光元件112所发出的色光具有不均匀的现象。第二透镜阵列140包括多个微透镜，位于第二透镜阵列140的相对两面上。在本实施例中，在物理上，第二透镜阵列140的表面面积大于第一透镜阵列120的表面面积。此外，第二透镜阵列140的入光面接收到照明光束LB的光束面积也会大于第一透镜阵列120的入光面接收到照明光束LB的光束面积。
图4A至图4C分别为不同实施例的部分透镜阵列的示意图。请参考图2、图4A至图4C。在不同的实施例中，第一透镜阵列120与第二透镜阵列140的微透镜M可因应不同的情境而有不同的排列设计。举例而言，如图4A所显示，第一透镜阵列120与第二透镜阵列140的微透镜M可为六角排列(或称圆形排列)。或者，如图4B所显示，第一透镜阵列120与第二透镜阵列140的微透镜M1可为矩形排列。又或者，如图4C所显示，第一透镜阵列120与第二透镜阵列140的微透镜M2可为螺旋排列(为方便显示，图4C仅显示排列位置)，但本发明并不限于此。
图5为图2的照明***的部分放大示意图。请参考图2及图5。棱镜元件150配置于照明光束LB的传递路径上，且第二透镜阵列140位于聚光元件130与棱镜元件150之间。棱镜元件150例如是全内反射式棱镜(TIR prism)，用以引导照明光束LB传递至光阀60以及引导影像光束LI至投影镜头70(如图1)。进一步说明，棱镜元件150具有第一表面与出光面，棱镜元件150的第一表面面对第二透镜阵列140，棱镜元件150的出光面面对光阀60。棱镜元件150的第一表面用于接收照明光束LB，照明光束LB进入棱镜元件150而传递至光阀60。当光阀60将照明光束LB转换为影像光束LI，影像光束LI再次进入棱镜元件150，并且影像光束LI借由棱镜元件150的第一表面反射而离开棱镜元件150且传递至投影镜头70。
此外，在本实施例中，第二透镜阵列140的延伸方向(此延伸方向垂直于第二透镜阵列140的表面的法线方向)与棱镜元件150的出光面的延伸方向(此延伸方向垂直于光阀60的表面的法线方向)具有夹角A。棱镜元件150的出光面平行于光阀60的表面。具体而言，照明***100还可包括间隔件160，间隔件160与第二透镜阵列140之间具有一距离。
间隔件160设置于第二透镜阵列140与棱镜元件150之间，其目的是用于避免照明光束LB在此空气层中产生光程差，进而造成投影画面品质下降。值得一提的是，本实施例可依据光阀60的表面尺寸及其收光角度而决定第二透镜阵140的尺寸(即光学面积)。如此一来，可提高光的使用效率，如图5所显示，进而提升照明光束LB的均匀度。
图6为本发明另一实施例的照明***的示意图。请参考图6。本实施例的照明***100A类似于图2所显示的照明***100。两者不同之处在于，在本实施例中，光源模块110A的准直透镜组114A包括复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,CPC)，用于将发光元件112所发出不同角度的光透过复合抛物面聚光器的曲面变成平行光。此外，第一透镜阵列120A直接地连接复合抛物面聚光器。因此，可进一步节省照明***100A的体积，且具有良好的光学效果。在另一实施例中，亦可以将第一透镜阵列120A直接地配置连接于聚光元件130的入光面。如此一来，可提升照明光束的均匀度以及不同颜色的均匀度，以避免人眼可看出发光元件112所发出的色光具有不均匀的现象。
综上所述，在本发明的照明***以及投影装置中，照明***包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件。其中第一透镜阵列配置于光源模块与聚光元件之间，用于控制光源模块所提供的照明光束的光束截面积尺寸以匹配接收照明光束的光阀的表面面积尺寸，第二透镜阵列配置于聚光元件与棱镜元件之间，用于改变照明光束中各色的光型并使其均匀化，以及第二透镜阵列的表面面积大于所述第一透镜阵列的表面面积。如此一来，可提升照明光束的均匀度以及不同颜色的均匀度，以避免人眼可看出发光元件所发出的色光具有不均匀的现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照本发明权利要求书及发明说明书所作的简单的等效变化与修饰皆仍处于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书不须实现本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要分和发明名称仅用来辅助专利文件检索之用，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”等用语仅用于命名元件(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。
附图标记列表
10:投影装置
60:光阀
70:投影镜头
80:保护盖
100,100A:照明***
110,110A:光源模块
112:发光元件
114,114A:准直透镜组
120,120A:第一透镜阵列
130:聚光元件
132:反射面
140:第二透镜阵列
150:棱镜元件
160:间隔件
A:夹角
LB:照明光束
LI:影像光束
M,M1,M2:微透镜。

Claims (20)

1.一种照明***，其特征在于，所述照明***包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件，其中：
所述光源模块用于提供照明光束；
所述第一透镜阵列配置于所述照明光束的传递路径上；
所述聚光元件配置于所述照明光束的传递路径上，所述第一透镜阵列位于所述光源模块与所述聚光元件之间；
所述第二透镜阵列配置于所述照明光束的传递路径上；
所述棱镜元件配置于所述照明光束的传递路径上，所述第二透镜阵列位于所述聚光元件与所述棱镜元件之间，其中所述第二透镜阵列的表面面积大于所述第一透镜阵列的表面面积。
2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第二透镜阵列包括多个微透镜，且位于所述第二透镜阵列的相对两面。
3.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第二透镜阵列包括多个微透镜，且所述多个微透镜呈六角排列、矩形排列或螺旋排列。
4.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第二透镜阵列的延伸方向与所述棱镜元件的出光面的延伸方向具有夹角。
5.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光源模块包括发光元件以及准直透镜组，其中所述发光元件提供红光、绿光以及蓝光。
6.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述发光元件为红色、绿色、绿色及蓝色发光二极体排列而成。
7.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述准直透镜组包括至少一光学透镜。
8.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述准直透镜组包括复合抛物面聚光器。
9.根据权利要求8所述的照明***，其特征在于，所述第一透镜阵列直接地连接所述复合抛物面聚光器。
10.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述聚光元件具有反射面，用于反射所述照明光束以传递至所述第二透镜阵列。
11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光阀以及投影镜头，其中：
所述照明***用于提供照明光束，所述照明***包括光源模块、第一透镜阵列、聚光元件、第二透镜阵列以及棱镜元件，其中：
所述光源模块用于提供照明光束；
所述第一透镜阵列配置于所述照明光束的传递路径上；
所述聚光元件配置于所述照明光束的传递路径上，所述第一透镜阵列位于所述光源模块与所述聚光元件之间；
所述第二透镜阵列配置于所述照明光束的传递路径上；
所述棱镜元件配置于所述照明光束的传递路径上，所述第二透镜阵列位于所述聚光元件与所述棱镜元件之间；
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用于将所述照明光束转换为影像光束；
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用于将所述影像光束投射出所述投影装置，其中所述第二透镜阵列的表面面积大于所述第一透镜阵列的表面面积。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第二透镜阵列包括多个微透镜，且位于所述第二透镜阵列的相对两面。
13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第二透镜阵列包括多个微透镜，且所述多个微透镜呈六角排列、矩形排列或螺旋排列。
14.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第二透镜阵列的延伸方向与所述棱镜元件的出光面的延伸方向具有夹角。
15.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光源模块包括发光元件以及准直透镜组，其中所述发光元件提供红光、绿光以及蓝光。
16.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述发光元件为红色、绿色、绿色、蓝色发光二极体排列而成。
17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述准直透镜组包括至少一光学透镜。
18.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述准直透镜组包括复合抛物面聚光器。
19.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述第一透镜阵列直接地连接所述复合抛物面聚光器。
20.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述聚光元件具有反射面，用于反射所述照明光束以传递至所述第二透镜阵列。
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