CN203786454U - 照明***及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种照明***，包括一光源模块以及一屈光元件组。光源模块在一物平面上提供一面光源，屈光元件组将位于物平面上的面光源投射于一像平面，其中屈光元件组具有一非球面，以使面光源上的一点在像平面与屈光元件组的光轴的交会处所产生的一中央光斑的方均根半径大于面光源上的其他点在像平面的边缘所产生的多个边缘光斑的方均根半径的平均值，以提供一在亮度分布***亮度大于边缘亮度的面光源，进而补偿屏幕所造成的边缘亮度减损程度较大的效应。

Description

照明***及投影装置

技术领域

本实用新型是有关于一种光学***及显示装置，且特别是有关于一种照明***及投影装置。

背景技术

在现今科技技术的发展之下，大尺寸、高解析度的显示装置大都是使用一定数量的显示装置来拼接而成的电视墙（Video wall）。由于在多个显示装置的拼接上需要有颜色及亮度的一致性，因此背投影***（Rear-projection system）藉由其光源上的一致性成为最适合电视墙的技术方案。

为了提升观察者所看到的亮度及色彩的均匀度，背投影***的穿透式屏幕基本上都具有一片菲捏尔透镜（Fresnel lens）及一片柱状透镜（Lenticular lens），菲捏尔透镜将投影镜头所发出的发散主光线（chief ray）整形成为垂直屏幕方向，柱状透镜则接收来自菲捏尔透镜的光线并控制光线出射屏幕的张角，也就是增加屏幕的可视角度。

在屏幕亮度的均匀度上，最佳的均匀度为100%ANSI（AmericanNational Standards Institute）均匀亮度分布，也就是整个屏幕画面的亮度完全一致。然而，背投影***所发出的光在穿透穿透式屏幕时，会产生在亮度分布上中心亮度优于周边亮度的特性。也就是说，由于穿透式屏幕的周边因为光线入射角度的增加，其穿透穿透式屏幕的光量也相对减少，因此穿透式屏幕的周边亮度降低。此现象在短焦的投影***上更显严重，也因此无法藉由短焦式的投影来设计小体积的背投影***，其中也还会有额外的电子讯号处理来改善此现象进而增加其制作成本。

美国专利第5868481号揭露了一种背投影显示装置，美国专利第4824225号揭露了一种照明光学***，且美国专利第7023619号揭露了一种投影***。

实用新型内容

本实用新型提供一种照明***，其适于提供一在亮度分布***亮度大于边缘亮度的面光源，进而补偿屏幕所造成的边缘亮度减损程度较大的效应。

本实用新型提供一种投影装置，其适于提供一具有均匀亮度的影像。

本实用新型的一实施例提供一种照明***，包括一光源模块以及一屈光元件组，光源模块在一物平面上提供一面光源，屈光元件组将位于物平面上的面光源投射于一像平面，其中屈光元件组具有一非球面，以使面光源上的一点在像平面与屈光元件组的一光轴的交会处所产生的一中央光斑的方均根半径大于面光源上的其他点在像平面的边缘所产生的多个边缘光斑的方均根半径的平均值。

本实用新型的一实施例提供一种投影装置，包括一光阀、一照明***、一投影镜头以及一穿透式屏幕。照明***包括一光源模块以及一屈光元件组，光源模块在一物平面上提供一面光源，屈光元件组将位于物平面上的面光源投射于光阀的主动表面上，其中屈光元件组具有一非球面，以使面光源上的一点在主动表面与屈光元件组的一光轴的交会处所产生的一中央光斑的方均根半径大于面光源上的其他点在主动表面的边缘所产生的多个边缘光斑的方均根半径的平均值。光阀将面光源转换成一影像光束，投影镜头配置于影像光束的传递路径上，穿透式屏幕配置于来自投影镜头的影像光束的传递路径上。

本实用新型的一实施例中，屈光元件组包括由物平面往像平面（主动表面）排列的多个透镜，且最靠近像平面（主动表面）的透镜的朝向像平面（主动表面）的表面为非球面，或最靠近物平面的透镜的朝向物平面的表面为非球面。

本实用新型的一实施例中，光源模块包括一发光元件以及一光均匀化元件，发光元件用以发出一照明光束，光均匀化元件配置于照明光束的传递路径上，其中物平面位于光均匀化元件的出光侧。

本实用新型的一实施例中，中央光斑的几何光斑半径（Geometric spotradius）较这些边缘光斑的几何光斑半径的平均值大。

本实用新型的一实施例中，照明***符合I₁/I₀>1.05，其中I₀为像平面（主动表面）与屈光元件组的光轴交会处的相对照度，且I₁为像平面（主动表面）边缘的相对照度。

本实用新型的一实施例中，中央光斑及这些边缘光斑各具有一圆形区域，这些圆形区域的圆心各自位于中央光斑及这些边缘光斑的中心点，且中央光斑的圆形区域中所具有的光能量占中央光斑的总光能量的α%，这些边缘光斑中各边缘光斑的圆形区域中所具有的光能量占边缘光斑的总光能量的α%，其中中央光斑的圆形区域的半径大于各边缘光斑的圆形区域的半径，且50≤α≤95。

本实用新型的一实施例中，非球面之靠近屈光元件组的光轴的部分为一弯曲凹面，且非球面之远离屈光元件组的光轴的部分为一环绕弯曲凹面的环状弯曲凸面。

本实用新型的一实施例中，非球面之靠近屈光元件组的光轴的部份为一略为凸起的表面，且非球面之远离屈光元件组的光轴的部份为一环绕略为凸起的表面的环状弯曲凸面。其中，非球面上R值为0.3的各点的偏移量（sag value）比值小于0.1，非球面上R值为0.5的各点的偏移量比值小于0.2，非球面上R值为0.7的各点的偏移量比值小于0.5，其中非球面上一点的R值为点与光轴的距离及非球面与光轴的最大距离的比值，点的偏移量比值为在非球面于光轴方向上之点的偏移量与非球面于光轴方向上的最大偏移量的比值。

本实用新型的一实施例中，非球面符合非球面公式

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{y}^2}}+A_1{y}^4+A_2{y}^6+A_3{y}^8+A_4{y}^{10}+A_5{y}^{12},$

其中Z为在非球面于光轴方向上的偏移量，c是密切球面的半径的倒数，K是二次曲面系数，y是于垂直非球面的光轴的方向上的偏移量，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅为非球面系数，其中-0.025<c<-0.005且-500<K<-40，A₁、A₂、A₃、A₄、A₅中的至少其中之一与c的正负号相反，非球面之y=0的位置所对应的Z值不是最大值，非球面包括一斜率为0的位置，斜率为0的位置是指Z相对于y的一阶导数为0的位置，且斜率为0的位置是落在y=0.3γ至y=0.7γ处，其中γ为非球面相对于光轴在y方向上的最大距离（最大半径）。

本实用新型的一实施例中，屈光元件组包括至少一反射镜，且非球面为反射镜的一反射面。

本实用新型的一实施例中，穿透式屏幕包括一菲涅尔透镜表面以及一柱状透镜表面，菲涅尔透镜表面配置于影像光束的传递路径上，柱状透镜表面配置于来自菲涅尔透镜表面的影像光束的传递路径上，其中柱状透镜表面具有多个柱状微透镜结构，每一柱状微透镜结构沿着一第一方向延伸，且这些柱状微透镜结构沿着一第二方向排列。

本实用新型的一实施例中，投影装置还包括一内部全反射棱镜，配置于屈光元件组与光阀之间的光路径上，配置于影像光束的传递路径上，且位于光阀与投影镜头之间。

基于上述，本实用新型的实施例中的照明***及投影装置藉由上述屈光元件组的非球面，可以使光源模块所提供的面光源在穿透具有非球面的屈光元件组后在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性，进而补偿屏幕所造成的边缘亮度减损程度较大的效应。如此一来，当影像光束穿透穿透式屏幕后，便能够产生一亮度均匀的影像。

附图说明

为让本实用新型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：

图1A是本实用新型的实施例中照明***的示意图。

图1B是本实用新型的实施例中自屈光元件组往像平面方向的正视图。

图2是本实用新型的第一实施例中表面具有非球面的透镜的剖面图。

图3A是本实用新型的第一实施例中投影装置的示意图。

图3B是本实用新型的另一实施例中投影装置的示意图。

图4为本实用新型一实施例中一具有非球面的透镜的截面图。

图5是本实用新型一实施例中关于非球面的表面偏移量的关系图。

图6为本实用新型的第一实施例中投影装置中光阀的主动表面上相对照度（Relative illumination）的示意图。

图7A为本实用新型的第一实施例中对于光阀的主动表面的正视图。

图7B为本实用新型的第一实施例中对于光阀的主动表面上各点的光斑示意图。

图8为本实用新型的第一实施例中对应到像平面或光阀的主动表面上各光斑的光能量分布图。

图9是本实用新型的另一实施例中投影装置的局部示意图。

图10是本实用新型的另一实施例中投影装置的局部示意图。

具体实施方式

图1A是本实用新型的实施例中照明***的示意图，图1B是本实用新型的实施例中自屈光元件组往像平面方向的正视图。请参照图1A及图1B，照明***100包括光源模块110以及屈光元件组120，其中光源模块110在物平面121提供一面光源（未显示），来自面光源的照明光束L₁自物平面121进入屈光元件组120，屈光元件组120将位于物平面121上的面光源投射于像平面123。请参照图1A及图1B，在本实施例中，屈光元件组120具有非球面122，其配置在靠近像平面123且面对像平面123的一端并适于被照明光束L₁穿透，非球面122适于让面光源上的一点于像平面123与屈光元件组120的光轴B的交会处至少形成位于像平面123中央区域的中央光斑130及适于让面光源的其他点在像平面123上边缘区域形成多个边缘光斑132（在本实施例中，图1B绘示三个边缘光斑作为示意），且中央光斑130的方均根（Root Mean Square,RMS）半径大于这些边缘光斑132的方均根半径的平均值，因此本实施例的照明***100中，来自物平面121上的面光源的光束在像平面123上的亮度分布具有边缘亮度大于中央亮度的特性。

更详细来说，本实施例的照明***100在像平面123上提供了一种在亮度分布上产生中心较暗、边缘较亮之特性的照明光束L₁，而这种特性适于应用在例如是穿透式投影幕上，藉由上述的边缘亮度大于中央亮度的特性可以让来自面光源的光束穿透光学元件后不会因为光束中入射角度的不同而影响穿透后的均匀度。换句话说，在本实施例中照明光束L₁在穿透像平面后例如到达一穿透式屏幕，其具有多个光学微结构分布于表面，当光束L₁传递到穿透式屏幕的一面时，在穿透式屏幕的四周（亦即远离光轴B的边缘区域）很容易因为光束入射屏幕的角度较大而具有较屏幕中央区域的光穿透效率低的光穿透效率，也就是在屏幕的另外一面会呈现边缘亮度较低的影像，因此，藉由本实施例中光源模块所提供在亮度分布上具有中心较暗、边缘较亮之特性的光束可以有效改善屏幕所显示出的亮度均匀度。

图2是本实用新型的第一实施例中表面具有非球面的透镜的剖面图。请参照图2，本实施例中透镜220为图1的屈光元件组120中其中之一的光学元件，透镜220具有一非球面122，且在非球面122上靠近屈光元件组120（如图1所绘示）的光轴B的部份为一弯曲凹面，而非球面122上远离屈光元件组120（如图1所绘示）的光轴B的部份为一环绕上述弯曲凹面的环状弯曲凸面，亦即该非球面122为具有反曲特质的表面。更详细来说，参照图2，本实施例根据z方向d2及y方向d1，非球面122符合公式

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{y}^2}}+A_1{y}^4+A_2{y}^6+A_3{y}^8+A_4{y}^{10}+A_5{y}^{12},$

其中Z为在z方向d2上的偏移量，c是密切球面的半径的倒数，K是二次曲面系数，y是y方向d1上的偏移量，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅为非球面系数，其中-0.025<c<-0.005且-500<K<-40，而非球面系数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅中的至少其中之一与密切球面的半径的倒数c的正负号相反，非球面于y=0的位置所对应的z值不是最大值，非球面包括一斜率为0的位置，斜率为0的位置是指z相对于y的一阶导数为0的位置，且斜率为0的位置是落在y=0.3γ至y=0.7γ的范围，其中距离γ为非球面相对于光轴在y方向上的最大距离（最大半径）。换句话说，请参照图2，本实施例中，藉由透镜220的非球面122在相对于光轴B的曲率半径的变化，使穿透非球面122远离光轴B的表面的光束较非球面122靠近光轴B的表面的光束集中。

图3A是本实用新型的第一实施例中投影装置的示意图，图3B是本实用新型的另一实施例中投影装置的示意图。请参照图3A，在本实用新型的第一实施例中的投影装置300具有照明***、光阀310、内部全反射棱镜330、投影镜头320及穿透式屏幕340，照明***包括光源模块110以及屈光元件组120，而光源模块110包括发光元件112以及光均匀化元件114。屈光元件组120包括透镜210A、透镜210B、透镜210D、透镜210E、反射镜210C及表面具有非球面122的透镜220。在本实施例中，透镜220具有与图2相同的截面，即透镜220的非球面122在曲率半径的变化及可达到的功效与图2的非球面相同，但不限于此。在其他实施例中，透镜220的非球面122更可以在其弯曲凹面及环状弯曲凸面具有其他的曲率半径。在本实施例中，发光元件112例如是发光二极体（Light Emitting Diode,LED），但不限于此，在其他实施例中发光元件更可以是有机发光二极体（OrganicLight Emitting Diode,OLED）等其他适于发出光束的元件。在本实施例中，光均匀化元件114例如是实心或空心的光积分柱，但不限于此，在其他实施例中光均匀化元件更可以是透镜阵列等其他适于均匀化从发光元件112发出的光束的光学元件。

首先针对本实用新型第一实施例中照明***的部份，在本实施例中，请参照图3A，发光元件112发出一照明光束L₂到光均匀化元件114，光束L₂再从光均匀化元件114的出光侧116发出到屈光元件组120。更详细来说，在本实施例中光均匀化元件114在出光侧116提供了一面光源，也就是说本实施例中照明***的物平面系位于光均匀化元件114的出光侧116。请参照图3A，照明光束L₂依序穿透屈光元件组120的透镜210A、透镜210B再被反射镜210C反射，反射后的光束L₂再依序穿透透镜210D、透镜210E及透镜220到达内部全反射棱镜330，内部全反射棱镜330将光束L₂反射到光阀310。换句话说，本实施例的屈光元件组120将光束L₂自出光侧116（也就是本实施例的物平面）投射到光阀310的一主动表面223，主动表面223可为矩形，且此处的光阀310的主动表面223系位于屈光元件组120的像平面。也就是说，在本实施例中光束L₂因为有穿透透镜220的非球面122，因此在到达主动表面223（也就是本实施例的像平面）时照明光束L₂在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性。

接着，在本实用新型的第一实施例中，照明光束L₂打到光阀310的主动表面223后被反射为影像光束L₃，影像光束L₃依序穿透内部全反射棱镜330及投影镜头320并到达穿透式屏幕340，这边因为光束L₂在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性，因此在被光阀310的主动表面223反射后的影像光束L₃也会在亮度分布上具有对应的边缘亮度大于中央亮度的特性。在本实施例中，透镜220为屈光元件组120中最靠近内部全反射棱镜330的透镜，且透镜220的非球面122是配置在靠近内部全反射棱镜330的一侧并面对内部全反射棱镜330，但上述非球面在屈光元件组120中的配置不限于此。请参照图3B，在其他实施例中，透镜220为屈光元件组120中最靠近光均匀化元件114的透镜，且透镜220的非球面122亦可以配置于靠近光均匀化元件114的一端并面对光均匀化元件114。请参照图3A及图3B，穿透式屏幕340具有菲捏尔透镜（Fresnel Lens）表面342及柱状透镜（Lenticular lens）表面344，菲捏尔透镜表面342适于让从投影镜头320投射出的光束聚焦并准直，而柱状透镜表面344例如具有多个互相平行的柱状微透镜结构346，且这些柱状微透镜结构346沿着第二方向d₃排列，并各柱状微透镜结构346沿着垂直于第二方向d₃的第一方向延伸（参照图3A及图3B所绘示的，第一方向例如是垂直穿出纸面或垂直穿入纸面的方向）。具体来说，请参照图3A，在本实施例中影像光束L₃例如包括光束L₄及光束L₅到达穿透式屏幕340后依序穿透菲涅尔透镜表面342及柱状透镜表面344，而菲涅尔透镜表面342适于对光束L₄及光束L₅聚焦及准直，而柱状透镜表面344适于发散光束L₄及光束L₅，其中例如是光束L₄等靠近穿透式屏幕340边缘区域的光束入射菲涅尔透镜表面342的角度较例如是光束L₅等靠近穿透式屏幕340中央区域的光束入射角度大，因此穿透式屏幕340的边缘区域的光穿透效率相对于穿透式屏幕340的中央区域的光穿透效率会比较低，而再搭配上述影像光束L₃在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性，因此，影像光束L₃穿透过穿透式屏幕340后，仍会受到穿透式屏幕340的补偿而形成亮度均匀的影像。

图4为本实用新型一实施例中一具有非球面的透镜的截面图。请参照图4，在本实施例中，透镜222具有非球面124，且非球面124在靠近屈光元件组120（请参考图1）的光轴B的部份为一略为凸起的表面，且非球面124在远离屈光元件组120（请参考图1）的光轴B的部份为一环绕略为凸起的表面的环状弯曲凸面。详细来说，图5是本实用新型一实施例中关于非球面的表面偏移量的关系图，请参照图4及图5，其中横轴R为图4的非球面124上一点与光轴B之间的距离除以距离γ的值，其中，距离γ的值为该非球面124与光轴B的最大距离（最大半径）；而图5的纵轴是图4的非球面124上一点于光轴B方向上的偏移值（sag value），其为非球面124上一点与直线E的轴向距离除以距离h的值，其中h值为非球面124上一点与直线E的最大轴向距离，且直线E垂直于光轴B。更详细来说，在本实施例中的非球面124在R=0.3的位置其偏移值（sag value）小于0.1，在R=0.5的位置其偏移值（sag value）小于0.2，在R=0.7的位置其偏移值小于0.5。

藉由上述透镜222的曲率之特征，本实用新型在其他实施例中可以类似图3A及图3B配置，惟其不同之处在于将透镜122置换成透镜222，例如透镜222于图3A配置中，非球面124也朝向内部全反射棱镜330，而透镜222于图3B配置中，非球面124也朝向光均匀元件114。更详细来说，再一并参照图2及图4，本实用新型的实施例中非球面122及非球面124的表面曲率特性均具有可以使光束穿透靠近光轴的地方后，具有较低的光能量密度，而使光束穿透远离光轴的地方后，具有较高的光能量密度。再进一步来说，参照图3A，本实用新型的实施例中投影装置300因为具有上述的非球面例如是非球面122或非球面124，可以使例如是光束L₄的量相对增加，而例如是光束L₅的量相对减少，因此可以使本来因为光束于屏幕内的折射、反射及光束入射屏幕的角度而会呈现亮度不均匀的屏幕呈现具有均匀亮度的画面。更进一步来说，本实施例的投影装置300例如是背投影显示器。

接下来将搭配图式来详细说明本实用新型的实施例中照明***及投影装置所能达成的功效。图6为本实用新型的第一实施例中投影装置中光阀的主动表面上相对照度（Relative illumination）的示意图，请参照图3A及图6，藉由例如是本实用新型上述的具有非球面122的透镜220或具有非球面124的透镜222可以使投影装置中光束L₂在主动表面223上的相对照度具有例如是图6的分布关系，其中图6的横轴例如是主动表面223上一参考点距离光束L₂的光轴的偏移量。更详细来说，在本实用新型的第一实施例中，屈光元件组120可以使光源模块110所发出的面光源在像平面（主动表面223）的边缘区域的相对照度大于中心区域的相对照度，且边缘区域的相对照度除以中心区域的相对照度大于1.05。

图7A为本实用新型的第一实施例中对于光阀的主动表面223的正视图，图7B为本实用新型的第一实施例中对于光阀的主动表面223上各点的光斑示意图。请一并参照图7A及图7B，在本实施例中，图7B中光斑图形具有波长为460nm、540nm及620nm的光束的分布图，其中边缘光斑分布图501～508各自对应到图7A中光阀的主动表面223上边缘区域的边缘光场401～408，而中央光斑分布图509对应到图7A中光阀的主动表面223***区域的中央光场409。参照图7A及图7B，可以看出本实用新型的第一实施例在中央光场409的方均根半径（RMS radius）大于边缘光场401～408的方均根半径之平均值，且第一实施例中中央光场409的几何光斑半径（Geometric spot radius）大于边缘光场401～408的几何光斑半径的平均值。

本实用新型的第一实施例的投影装置针对美国国家标准协会（American Nation Standards Institute,ANSI）所订定的光均匀度来说明光束穿透穿透式屏幕后的位置（平面）的光均匀度，其中当投影装置具有上述非球面但不具有穿透式屏幕时，其对应的光均匀度的结果如下表。

另外，当仅具有穿透式屏幕但不具有非球面时的测定如下表

最后，在同时具有非球面的投影装置并搭配穿透式屏幕的情况下测定如下表

此处将本实施例中不具有穿透式屏幕或穿透过穿透式屏幕后的光束所形成的成像面以九宫格平均分割为九个区域时各区域的中心点来做为量测亮度的参考点，再加上分别将四个顶角与成像面的中心点的距离取十分之一的四个点做为量测亮度的参考点，总共13个参考点来做计算。请参照上表，其中各表中间的九格即是对应到光束以九宫格分割的九个区块的亮度，最***四格则是对应到四个顶角与中心点的十分之一距离的角落位置的亮度值。另外，ANSI光均匀度是以四个顶角所对应的相对亮度的最小值除以九宫格分割的九个点中相对亮度的平均值。由上述表格可以看出，在同时具有穿透式屏幕及非球面时，可以让本实施例的投影装置的ANSI的光均匀度值更加接近100%，也就是更接近最佳的亮度均匀度。

图8为本实用新型的第一实施例中对应到像平面或主动表面上各光斑的光能量分布图，其中图8上方所绘示的各座标为各线条所对应到的像平面或主动表面的座标点。换句话说，图8上方各座标点都是一光斑的中心点，横轴代表为相对于光斑的中心点的半径、纵轴代表为以上述半径所画出的圆形区域所包含的能量占总光斑能量的比例，且上述的圆形区域的圆心也均位于光斑的中心点。参照图8，可以看出像平面或主动表面上，中心座标为（0.000，0.000）的数据线所代表的中央光斑中占总能量50％～95％所分布的圆形区域的半径均较其他的八个边缘光斑所对应的圆形区域的半径要大。

图9是本实用新型的另一实施例中投影装置的局部示意图。在本实施例中，请参照图1与图9，投影装置600自物平面往光阀670的主动表面依序具有第一透镜610、第二透镜620、第三透镜630、反射镜640、非球面透镜650、及内部全反射棱镜660，照明光束L2一样依上述这些光学元件的顺序自物平面依序穿透到达光阀670，其中第一透镜610具有第一表面S1及第二表面S2，第二透镜620具有第三表面S3及第四表面S4，第三透镜630具有第五表面S5及第六表面S6，反射镜640具有反射面，非球面透镜650具有第一非球面S7及第二非球面S8，而第一透镜610为凸面（第二表面S2）背向物平面的凹凸透镜，第二透镜620是凸面（第四表面S4）背向物平面的凸凹透镜，第三透镜630为双凸透镜，非球面透镜650的第二非球面S8朝向主动表面。以下内容将举出投影装置600的一实施例，其中非球面系数A1、A2、A3、A4、A5亦可参照上述的非球面公式

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{y}^2}}+A_1{y}^4+A_2{y}^6+A_3{y}^8+A_4{y}^{10}+A_5{y}^{12},$

内部全反射棱镜660的表面S10在图9并未绘示，表面S10系为内部全反射棱镜660里面的内部全反射面，而下述的表一、表二及表三中所列的数据资料并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本实用新型之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本实用新型的范畴内。

（表一）

（表二）

（表三）

上面表一、表二及表三中，间距系指两相邻表面之间于光轴上的直线距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间于光轴B上的直线距离。而半口径（Semi-diameter）系指一表面的孔径的一半值。

图10是本实用新型的另一实施例中投影装置的局部示意图。请参照图10，本实施例中投影装置700具有透镜710、透镜720、透镜730、透镜750及反射镜740，非球面是反射镜740的反射面，其一样具有可对应到本实用新型上述其他实施例中例如是非球面122或非球面124的曲率半径分布。因此本实施例藉由反射镜740的反射面所具有的曲率半径分布来使反射后的照明光束L2可以在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性。

综上所述，本实用新型的实施例中，藉由屈光元件组中非球面的设计让一面光源可以在到达一像平面或一光阀的主动表面时在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性。更详细来说，本实用新型的实施例中藉由非球面可以提供一在亮度分布***往边缘亮度渐增的光束，而在投影到一穿透式屏幕可以补偿屏幕的边缘区域因为入射角较大而带来的亮度分布不均的影响，再进而提供具有最佳亮度均匀度的影像；本实用新型中的投影装置为背投影显示器，可应用于由至少两组背投影显示器所组成的拼接显示器***（Video Wall System），利用各投影装置所投射出的光束在亮度分布上具有边缘亮度大于中央亮度的特性并透过对应的穿透式屏幕的补偿而形成亮度均匀的影像，进而使拼接显示器***也具有亮度均匀的拼接影像画面。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

附图标记列表

B：光轴

h、γ：距离

d1、d2、d3：方向

E：直线

L₁、L₂：照明光束

L₃：影像光束

L₄、L₅：光束

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9：表面

100：照明***

110：光源模块

112：发光元件

114：光均匀化元件

116：出光侧

120：屈光元件组

121：物平面

122、124：非球面

123：像平面

130：中央光斑

132：边缘光斑

210A、210B、210C、210D、210E、220、222、610、620、630、650、710、

720、730、750：透镜

223：主动表面

300：投影装置

310、670：光阀

320：投影镜头

330：内部全反射棱镜

340：穿透式屏幕

342：菲涅尔透镜表面

344：柱状透镜表面

401、402、403、408、405、406、407、408、409：光场

501、502、503、504、505、506、507、508、509：光斑分布图

640、740：反射镜

650：非球面透镜

Claims (24)

1.一种照明***，包括：一光源模块及一屈光元件组，其中，

所述光源模块，在一物平面上提供一面光源，以及

所述屈光元件组，将位于所述物平面上的所述面光源投射于一像平面，其中所述屈光元件组具有一非球面，以使所述面光源上的一点在所述像平面与所述屈光元件组的一光轴的交会处所产生的一中央光斑的方均根半径大于所述面光源上的其他点在所述像平面的边缘所产生的多个边缘光斑的方均根半径的平均值。

2.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述屈光元件组包括多个由所述物平面往所述像平面排列的透镜，且最靠近所述像平面的所述透镜的朝向所述像平面的表面为所述非球面，或最靠近所述物平面的所述透镜的朝向所述物平面的表面为所述非球面。

3.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述光源模块包括：一发光元件以及一光均匀化元件，所述发光元件用以发出一照明光束，所述光均匀化元件配置于所述照明光束的传递路径上，其中所述物平面位于所述光均匀化元件的出光侧。

4.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述中央光斑的几何光斑半径较所述多个边缘光斑的几何光斑半径的平均值大。

5.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述照明***符合I₁/I₀>1.05，其中I₀为所述像平面与所述屈光元件组的所述光轴交会处的相对照度，且I₁为所述像平面边缘的相对照度。

6.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述中央光斑及所述多个边缘光斑各具有一圆形区域，所述多个圆形区域的圆心各自位于所述中央光斑及所述多个边缘光斑的中心点，且所述中央光斑的所述圆形区域中所具有的光能量占所述中央光斑的总光能量的α%，所述多个边缘光斑中各所述多个边缘光斑的所述圆形区域中所具有的光能量占所述边缘光斑的总光能量的α%，其中所述中央光斑的所述圆形区域的半径大于各所述多个边缘光斑的所述圆形区域的半径，且50≤α≤95。

7.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述非球面之靠近所述屈光元件组的所述光轴的部分为一弯曲凹面，且所述非球面之远离所述屈光元件组的所述光轴的部分为一环绕该弯曲凹面的环状弯曲凸面。

8.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述非球面之靠近所述屈光元件组的所述光轴的部份为一略为凸起的表面，且所述非球面之远离所述屈光元件组的所述光轴的部份为一环绕该略为凸起的表面的环状弯曲凸面。

9.如权利要求8所述的照明***，其特征在于：所述非球面上R值为0.3的各点的偏移量比值小于0.1，所述非球面上R值为0.5的各点的偏移量比值小于0.2，所述非球面上R值为0.7的各点的偏移量比值小于0.5，其中所述非球面上一点的R值为所述点与所述光轴的距离及所述非球面与所述光轴的最大距离的比值，所述点的偏移量比值为在所述非球面于光轴方向上之所述点的偏移量与所述非球面于光轴方向上的最大偏移量的比值。

10.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述非球面符合非球面公式

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{y}^2}}+A_1{y}^4+A_2{y}^6+A_3{y}^8+A_4{y}^{10}+A_5{y}^{12},$

其中Z为在所述非球面于光轴方向上的偏移量，c是密切球面的半径的倒数，K是二次曲面系数，y是于垂直所述非球面的光轴方向上的偏移量，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅为非球面系数，其中-0.025<c<-0.005且-500<K<-40，非球面系数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅中的至少其中之一与c的正负号相反，所述非球面之y=0的位置所对应的Z值不是最大值，所述非球面包括一斜率为0的位置，所述斜率为0的位置是指Z相对于y的一阶导数为0的位置，且所述斜率为0的位置是落在y=0.3γ至y=0.7γ处，其中γ为所述非球面相对于所述光轴在y方向上的最大距离。

11.如权利要求1所述的照明***，其特征在于：所述屈光元件组包括至少一反射镜，且所述非球面为所述反射镜的一反射面。

12.一种投影装置，包括：一光阀、一照明***、一投影镜头以及一穿透式屏幕，其中所述照明***包括：一光源模块；以及一屈光元件组，其中所述光源模块在一物平面上提供一面光源，以及所述屈光元件组将位于所述物平面上的所述面光源投射于所述光阀的一主动表面上，且所述屈光元件组具有一非球面，以使所述面光源上的一点在所述主动表面与所述屈光元件组的一光轴的交会处所产生的一中央光斑的方均根半径大于所述面光源上的其他点在所述主动表面的边缘所产生的多个边缘光斑的方均根半径的平均值，且所述光阀将所述面光源转换成一影像光束，以及

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，以及所述穿透式屏幕配置于来自所述投影镜头的所述影像光束的传递路径上。

13.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述屈光元件组包括由所述物平面往所述主动表面排列的多个透镜，且最靠近所述主动表面的所述透镜的朝向所述主动表面的表面为所述非球面，或最靠近所述物平面的所述透镜的朝向所述物平面的表面为所述非球面。

14.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述光源模块包括：一发光元件以及一光均匀化元件，其中所述发光元件用以发出一照明光束，以及所述光均匀化元件配置于所述照明光束的传递路径上，其中所述物平面位于所述光均匀化元件的出光侧。

15.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述中央光斑的几何光斑半径较所述多个边缘光斑的几何光斑半径的平均值大。

16.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述投影装置符合I₁/I₀>1.05，其中I₀为所述主动表面与所述屈光元件组的所述光轴交会处的相对照度，且I₁为所述主动表面边缘的相对照度。

17.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述中央光斑及所述多个边缘光斑各具有一圆形区域，所述多个圆形区域的圆心各自位于所述中央光斑及所述多个边缘光斑的中心点，且所述中央光斑的所述圆形区域中所具有的光能量占所述中央光斑的总光能量的α%，所述多个边缘光斑中各所述多个边缘光斑的所述圆形区域中所具有的光能量占所述边缘光斑的总光能量的α%，其中所述中央光斑的所述圆形区域的半径大于各所述多个边缘光斑的所述圆形区域的半径，且50≤α≤95。

18.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述非球面之靠近所述屈光元件组的所述光轴的部分为一弯曲凹面，且所述非球面之远离所述屈光元件组的所述光轴的部分为一环绕该弯曲凹面的环状弯曲凸面。

19.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述非球面之靠近所述屈光元件组的所述光轴的部份为一略为凸起的表面，且所述非球面之远离所述屈光元件组的所述光轴的部份为一环绕该略为凸起的表面的环状弯曲凸面。

20.如权利要求19所述的投影装置，其特征在于：所述非球面上R值为0.3的各点的偏移量比值小于0.1，所述非球面上R值为0.5的各点的偏移量比值小于0.2，所述非球面上R值为0.7的各点的偏移量比值小于0.5，其中所述非球面上一点的R值为所述点与所述光轴的距离及所述非球面与所述光轴的最大距离的比值，所述点的偏移量比值为在所述非球面于光轴方向上之所述点的偏移量与所述非球面于光轴方向上最大偏移量的比值。

21.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述非球面符合非球面公式

$Z=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{y}^2}}+A_1{y}^4+A_2{y}^6+A_3{y}^8+A_4{y}^{10}+A_5{y}^{12},$

其中Z为在所述非球面于光轴方向上的偏移量，c是密切球面的半径的倒数，K是二次曲面系数，y是于垂直所述非球面的光轴的方向上的偏移量，而A₁、A₂、A₃、A₄、A₅为非球面系数，-0.025<c<-0.005且-500<K<-40，非球面系数A₁、A₂、A₃、A₄、A₅中的至少其中之一与c的正负号相反，所述非球面之y=0的位置所对应的Z值不是最大值，所述非球面包括一斜率为0的位置，所述斜率为0的位置是指Z相对于y的一阶导数为0的位置，且所述斜率为0的位置是落在y=0.3γ至y=0.7γ处，其中γ为所述非球面相对于所述光轴在y方向上的最大距离。

22.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述屈光元件组包括至少一反射镜，且所述非球面为所述反射镜的一反射面。

23.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：所述穿透式屏幕包括：一菲涅尔透镜表面以及一柱状透镜表面，其中所述菲涅尔透镜表面配置于所述影像光束的传递路径上，以及所述柱状透镜表面配置于来自所述菲涅尔透镜表面的所述影像光束的传递路径上，其中所述柱状透镜表面具有多个柱状微透镜结构，每一所述多个柱状微透镜结构沿着一第一方向延伸，且所述多个柱状微透镜结构沿着一第二方向排列。

24.如权利要求12所述的投影装置，其特征在于：还包括一内部全反射棱镜，配置于所述屈光元件组与所述光阀之间的光路径上，配置于所述影像光束的传递路径上，且位于所述光阀与所述投影镜头之间。