CN101520156A - 光源模块及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光源模块，包含反射罩及光发射源，且反射罩又包含光输入端、光输出端及反射面。光输入端具有输入截面，该输入截面存在第一对角线D1；光输出端具有输出截面，该输出截面存在第二对角线D2，且该输入截面与该输出截面之间存在中心距离H；以及，反射面环绕于该光输入端及该光输出端，包含至少一个自由曲面反射面。光发射源是用于对光输入端提供光束，其中，当该光束由该输出端射出时，该光束与该输出截面的法线的夹角不大于最大出光角度ψmax，且该最大出光角度ψmax符合数学式：tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H。

Description

光源模块及投影装置
技术领域
本发明涉及一种投影装置，特别是涉及一种利用反射罩传送光束的光源模块及投影装置。
背景技术
参阅图1，现有以发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为光发射源的投影系统，其光源模块包含发光二极管1、反射罩11及光导管12。其中，该光源模块作用方式为：发光二极管1发射光束，光束首先进入反射罩11内藉由重复反射使得光重迭以搜集较强光束，之后再进入反射罩11后端的光导管12内，光导管12可对光束进行均匀化处理。而此光导管12有一个特征：进入光导管12的光束一般都需要进行三次以上的内部反射，才能在光导管12的出口处实现光斑均匀分布的结果，且该种组合的光导管12其长宽比要大于3∶1。并且，其光斑均匀分布的特性仅仅只能在光导管12的出口处，若远离该出口平面，光斑的均匀性就会急遽下降。
而且，因上述光源模块的特性限制，该光源模块只有用在穿透式的投影系统中才能显示出其特性，若要将该光源模块使用在反射式投影系统上时，则在光导管12和面板13之间加装延像透镜系统(relay lens)(图未示)。显然，若该光源模块使用在反射式投影装置上时，更会增加投影系统的体积。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光源模块及一种组件数少、体积更小的投影装置。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种光源模块，包含：
反射罩，包含：
光输入端，具有输入截面，及该输入截面的第一对角线D1；
光输出端，具有输出截面，及该输出截面的第二对角线D2，该输入
截面与该输出截面之间存在中心距离H；及
反射面，环绕于该光输入端及该光输出端之间，包含至少一个自由曲面反射面；及
光发射源，用以对光输入端提供光束，其中，当该光束由该输出端射出时，该光束与该输出截面的法线的夹角不大于最大出光角度ψmax，且该最大出光角度ψmax符合函数关系tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H。
在本发明所述的光源模块中，该反射面包括偶数面自由曲面反射面，且相对立的该自由曲面反射面具有相同的自由曲线。
在本发明所述的光源模块中，相邻接的该自由曲面反射面具有不同的自由曲线。
在本发明所述的光源模块中，该反射面包括四面自由曲面反射面，且经该自由曲面反射面反射后的光束于该输出截面形成四个梯型照明区块，而未经该自由曲面反射面反射的该光束于该输出截面形成矩形照明区块。
本发明还提供了一种投影装置，包含：
反射罩，包括至少一个自由曲面反射面并于其相对远离的两端设有输入端与输出端，其中，一个光轴贯穿该输入端与该输出端；
光发射源，提供光束至该输入端，其中，当该光束传送至该输出端时，与该光轴之间的夹角不大于最大出光角度ψmax；
光学组件，包括至少一个透镜并具有焦距值f，用以传递反射罩所射出的光束；
面板，其对角线半宽值为hmax，并设置于该光学组件的焦距值f处，以接收来自该光学组件的光束并产生影像；及
镜头，用以投射该影像。
在本发明所述的投影装置中，该反射罩包括偶数面自由曲面反射面，且对立的该自由曲面反射面具有相同的曲面参数。
在本发明所述的投影装置中，满足以下关系式：
tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H
其中，D1为该输入端的输入截面的第一对角线，D2为该输出端的输出截面的第二对角线，且H为该输入截面与该输出截面之间的中心距离。
在本发明所述的投影装置中，满足以下关系式：
tan(ψmax)＝hmax/f。
在本发明所述的投影装置中，满足以下关系式：
tan(θmax)＝(hmax+D/2)/f
其中，θmax为自光学组件入射面板的光束的最大角度，且D为光束于该光学组件上所形成的照射区的对角线。
在本发明所述的投影装置中，该投影装置更包含一偏振片，设置于该光学组件与该面板之间。
藉由上述组成，可使得投影装置投射出具有均匀光斑的投影幕，更可使投影装置更加小型化，缩小投影装置的体积。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有一种发光二极管投影系统的配置图；
图2是本发明投影装置的第一较佳实施例的配置图；
图3是本发明投影装置中反射罩与面板间的角度匹配图；
图4是本发明投影装置的第二较佳实施例的配置图；
图5本发明投影装置的反射罩的立体图；及
图6是本发明投影装置在光发射源经过反射罩后，光输出端于单位立体角上光能量分布示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的两个较佳实施例的详细说明中，将可清楚明白。
在提出详细说明之前，要注意的是，在以下的说明中，类似的组件是以相同标号来表示。
参阅图2，为本发明投影装置的第一较佳实施例，包括光源模块、光学组件4、面板8及镜头9。
其中，光源模块更包含光发射源2及反射罩3，且反射罩3具有光输入端331、光输出端332及光轴L。于本较佳实施例中，反射罩3的反射面是由四个自由曲面反射面330所组成，且光输入端331与光输出端332是相对远离地设置；光发射源2是设置于反射罩3的光输入端331，向光输入端331提供光束；光学组件4是设置于反射罩3的光输出端332的外侧；面板8是设置于光学组件4的焦距值f处，接收来自光学组件4的光束并产生影像，最后再由镜头9将影像投影至屏幕上。
具体而言，光发射源2投射出的光束由反射罩3的光输入端331进入，经由四个自由曲面反射面330所组成的反射面将光束一次反射后，再由光输出端332将光束输出并经过光学组件4聚焦后即可产生具有均匀光斑的投影幕。
参阅图3，为本发明投影装置的角度匹配图，其中反射罩3的出射光束与该轴线L具有出光最大角度ψmax，而面板8的对角半宽为hmax，由三角函数公式tan(ψmax)＝hmax/f即可得知光学组件4的焦距为f。且当反射罩3上光输出端332的光束于该光学组件形成的照射区的对角线为D时，入射到面板8的光束的最大角度θmax满足tan(θmax)＝(hmax+D/2)/f的关系式，而实际上所选用的入射角度通常小于θmax。
参阅图4，为本发明投影装置的第二较佳实施例，采用光发射源2、反光罩3及光学组件4。光发射源2设置于反射罩3的光输入端331处，光学组件4设置于反射罩3的光输出端332处。
由光发射源2投射出的光束在反射罩3内经由四个自由曲面反射面330将光束一次反射再经由聚焦透镜4穿过薄膜金属丝格栅偏振片(Wire GridPolarizer)81后，再经过面板8将光束反射回薄膜金属丝格栅偏振片81，薄膜金属丝格栅偏振片81再将光束反射至偏光片82后，光束信号即可通过镜头9将光束投影成像。
举例而言，反射罩3的光输入端331的截面可小于光输出端332的截面，其截面为矩形，且反射罩3中对立的两个自由曲面反射面330可设置成相同的曲面参数，邻接的这些自由曲面反射面330可设置不同的曲面参数。其中，反射罩3的反射面亦可以是由四面以上的自由曲面反射面330所构成，例如，由六面自由曲面反射面330所构成的反射面可以是六面参数相同的自由曲面反射面330组成；或以两组自由曲面参数分别提供四面及两面自由曲面反射面330组成反射面，并令具有相同自由曲面参数的自由曲面反射面330两两相对设置；或者是利用三组自由曲面参数各自提供两面自由曲面反射面330以组成反射面，并令具有相同自由曲面参数的自由曲面反射面330两两相对设置。
再举例而言，反射罩3的光输入端331与光输出端332之间的反射面可以是由一片自由曲面反射面330所环绕而成。其中，若光输入端331与光输出端332的截面均为圆形，则反射面将呈一圆锥柱状，但不用以限定本发明。
再参考图6所示，由光发射源2投射出的光束进入反射罩3的光输入端331后会发生两种状况，即部分光束将经由自由曲面反射面330反射后射出或部份光束将直接由光输出端332射出。经由自由曲面反射面330所反射后的光束于光输出端332的输出截面上产生四个梯型照明区块335，而直接由光输出端332射出的光束于输出截面上产生矩形照明区块334。于此，迭加四个梯型照明区块335与矩形照明区块334后即可形成一单位立体角上，光能量分布均匀的矩形投影角度区域336。并且，如图5所示，反射罩3可依据投影幕所需的长宽比例，于反射罩3的一组对边增加延伸部333，使投影出去的影像符合所需的长宽比。举例而言，反射罩3的材质可为玻璃、树脂或压克力材料所制成，而反射面上的自由曲面反射面330则可对光发射源2所投射出的光束完全反射。
更具体而言，本发明所提出的光源模块的光输入端331具有第一对角线为D1的输入截面、光源模块的光输出端332具有第二对角线为D2的输出截面，且输入截面的中心与输出截面的中心之间的最短距离为中心距离H。当光发射源2所提供的光束入射至光输入端331后，部分光束会直接由光输出端332射出，而另一部分的光束则会经由反射面进行一次反射后射出，但，无论如何，当光束于光输出端332射出时，光束在输出截面处的行进方向与输出截面的法线将存在一个夹角ψ，且夹角ψ会小于或等于最大出光角度ψmax。其中，最大出光角度ψmax是符合数学式：tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H。
并且，第一较佳实施例中所提到的面板8实务上所选用的为穿透式面板，第二较佳实施例中所提到的面板8实务上所选用的为反射式面板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，均应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种光源模块，其特征在于，包含：
反射罩，包含：
光输入端，具有输入截面，及该输入截面的第一对角线D1；
光输出端，具有输出截面，及该输出截面的第二对角线D2，该输入
截面与该输出截面之间存在中心距离H；及
反射面，环绕于该光输入端及该光输出端之间，包含至少一个自由曲面反射面；及
光发射源，用以对光输入端提供光束，其中，当该光束由该输出端射出时，该光束与该输出截面的法线的夹角不大于最大出光角度ψmax，且该最大出光角度ψmax符合函数关系tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H。
2.依据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该反射面包括偶数面自由曲面反射面，且相对立的该自由曲面反射面具有相同的自由曲线。
3.依据权利要求2所述的光源模块，其特征在于，相邻接的该自由曲面反射面具有不同的自由曲线。
4.依据权利要求3所述的光源模块，其特征在于，该反射面包括四面自由曲面反射面，且经该自由曲面反射面反射后的光束于该输出截面形成四个梯型照明区块，而未经该自由曲面反射面反射的该光束于该输出截面形成矩形照明区块。
5.一种投影装置，其特征在于，包含：
反射罩，包括至少一个自由曲面反射面并于其相对远离的两端设有输入端与输出端，其中，一个光轴贯穿该输入端与该输出端；
光发射源，提供光束至该输入端，其中，当该光束传送至该输出端时，与该光轴之间的夹角不大于最大出光角度ψmax；
光学组件，包括至少一个透镜并具有焦距值f，用以传递反射罩所射出的光束；
面板，其对角线半宽值为hmax，并设置于该光学组件的焦距值f处，以接收来自该光学组件的光束并产生影像；及
镜头，用以投射该影像。
6.依据权利要求5所述的投影装置，其特征在于，该反射罩包括偶数面自由曲面反射面，且对立的该自由曲面反射面具有相同的曲面参数。
7.依据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，满足以下关系式：
tan(ψmax)＝(D1+D2)/2H
其中，D1为该输入端的输入截面的第一对角线，D2为该输出端的输出截面的第二对角线，且H为该输入截面与该输出截面之间的中心距离。
8.依据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，满足以下关系式：
tan(ψmax)＝hmax/f。
9.依据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，满足以下关系式：
tan(θmax)＝(hmax+D/2)/f
其中，θmax为自光学组件入射面板的光束的最大角度，且D为光束于该光学组件上所形成的照射区的对角线。
10.依据权利要求5所述的投影装置，其特征在于，该投影装置更包含一偏振片，设置于该光学组件与该面板之间。
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