CN104102080A - 光源模块及其所适用的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种光源模块及其所适用的投影装置。光源模块适用于包括透镜的投影装置，光源模块至少包括多个发光元件，相对于中心轴线呈环形对称排列，并发出多条光线至透镜。其中，入射至透镜的多条光线相对于透镜的圆心呈环形对称排列，以使穿透透镜射出的多条光线具有相同的折射角。藉此，可达到有效避免制造的公差问题，降低制造及时间成本，减低制造及设计难度以及使聚焦后的聚焦光点能量均匀分布等功效。

Description

光源模块及其所适用的投影装置

技术领域

本发明涉及一种光源模块，尤指一种相对于中心轴线呈环形对称排列的光源模块及其所适用的投影装置。

背景技术

近年来，各式各样的投影装置，例如投影机(Projector)已被广泛地应用于家庭、学校或者各种商务场合中，以用于将一影像信号源所提供的影像信号放大显示于屏幕。为增加发光效率，目前的投影装置的光源模块(IlluminationModule)已使用固态发光元件，例如发光二极管(LED)或高功率激光二极管，来取代传统的高密度气体放电灯(HID Lamp)或高压汞灯。此外，为了使总亮度突破以往技术瓶颈，达到高能量密度的光点以用于激发荧光剂材料，进而产生高亮度的多种色光，光源模块中固态发光元件的排列与聚焦方式日渐成为重要课题。

请参阅图1A及图1B，其分别显示传统光源模块发光及光路径的示意图以及图1A所示的光源模块的右视图。如图1A及图1B所示，现有投影装置所使用的传统光源模块1多采用行乘列的发光阵列，其于二维平面上以每行及每列设置固定数量发光二极管11的方式置入，并佐以阶梯式反射镜12来达到缩小行或列的单方向光点间距，同时将发光二极管11发射的光线反射导入光路径中，最后再以透镜13进行聚焦，以得到较大的亮度。然而，由光学不变量(Etendue，或称光展量)的公式可知，在相同的聚焦面积下，传统光源模块1的每一个发光元件11发出的光线，经阶梯式反射镜12反射后，相对于透镜13均有不同的光线入射角，使得成像设计上具有不同的光学不变量、不同的入光角度以及不同的聚焦平面，故使得多束入射光无法有效聚焦于成像面14上，且光点能量分布无法呈均匀的方式分配。

再者，由于需要阶梯式反射镜12的机构设计上，需要多个转折、反射用的镜面，以及搭载、固定用的模具，在在皆存在公差的问题，使得光学调校上平添许多困难，且难以吻合理论推算值，进而导致发光效率不如预期，不仅在制造上难度及成本较高，也使得设计人员难以设计出理想的光源模块且耗费许多时间成本。

因此，如何发展一种可改善上述习知技术缺陷，避免光点能量不均匀分布、减少公差问题、降低制造及时间成本且减低制造及设计难度的光源模块及其所适用的投影装置，实为目前尚待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种光源模块及其所适用的投影装置，以解决传统光源模块发出的光点能量不均匀分布，阶梯式反射镜制造的公差问题，以及制造成本、时间及设计难度较高等缺点。

本发明的另一目的为提供一种光源模块及其所适用的投影装置，通过多个发光元件相对中心轴线呈环形对称排列的设计，可于不通过阶梯式反射镜的情况下，有效避免制造的公差问题，进而达到降低制造及时间成本，以及减低制造及设计难度等功效。

本发明的另一目的为提供一种光源模块及其所适用的投影装置，通过入射至透镜的多条光线相对于透镜的圆心呈环形对称排列的设计，可使多条光线穿透透镜后具有相同的折射角，进而达到使聚焦后的聚焦光点能量均匀分布的功效。

本发明的另一目的为提供一种光源模块及其所适用的投影装置，利用每一个发光元件与相邻的二个发光元件具有相垂直的光学极化方向，以及多条光线呈环形对称穿透透镜并聚焦的特性，可达到将各发光元件的椭圆形光点场形聚焦整合为圆形光点的功效。

本发明的另一目的为提供一种光源模块及其所适用的投影装置，引入将多个发光元件分为前排发光元件及后排发光元件的交错排列方式，可达到有效缩小产品体积并利于轻薄化设计的功效。

为达上述目的，本发明的一较广实施形式为提供一种光源模块，适用于包括一透镜的一投影装置，该光源模块至少包括：多个发光元件，相对于一中心轴线呈环形对称排列，且发出多条光线至该透镜；其中，入射至该透镜的该多条光线相对于该透镜的一圆心呈环形对称排列，以使穿透该透镜射出的该多条光线具有相同的折射角。

为达上述目的，本发明的另一较广实施形式为提供一种投影装置，至少包括：一透镜；以及多个发光元件，相对于一中心轴线呈环形对称排列，且发出多条光线至该透镜；其中，入射至该透镜的该多条光线相对于该透镜的一圆心呈环形对称排列，以使穿透该透镜射出的该多条光线具有相同的折射角。

附图说明

图1A显示传统光源模块发光及光路径的示意图。

图1B显示图1A所示的光源模块的右视图。

图2A显示本发明较佳实施例的光源模块结构示意图。

图2B显示用以承载第2A图所示的光源模块的固定模具示意图

图3A显示本发明较佳实施例的投影装置的部分结构示意图。

图3B显示图3A所示的投影装置的部分结构右视图。

图4A显示多个发光元件具有单一光学极化方向的光源模块示意图。

图4B显示相邻的发光元件具有相垂直的光学极化方向的光源模块示意图。

图5A显示本发明另一实施例的光源模块结构示意图。

图5B显示本发明光源模块的多个发光元件呈前后排交错排列的示意图。

图6A显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正四边形排列的示意图。

图6B显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正五边形排列的示意图。

图6C显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正六边形排列的示意图。

图7A显示一反射镜相对光源模块设置于透镜的另一侧的示意图。

图7B显示一反射镜于光路径上设置于光源模块及透镜间的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：传统光源模块

11：发光二极管

12：阶梯式反射镜

13：透镜

14：成像面

2：光源模块

20：固定模具

201：通孔

21：发光元件

211：前排发光元件

212：后排发光元件

3：投影装置

31：透镜

32：聚焦光点

33：反射镜

A：中心轴线

B：点

C：圆心

H：水平方向

V：垂直方向

r：半径

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明用，而非架构于限制本发明。

请参阅图2A、图2B、图3A及图3B，其中图2A显示本发明较佳实施例的光源模块结构示意图，图2B显示用以承载图2A所示的光源模块的固定模具示意图，图3A显示本发明较佳实施例的投影装置的部分结构示意图，以及图3B显示图3A所示的投影装置的部分结构右视图。如图2A、图2B、图3A及图3B所示，本发明的光源模块2适用于投影装置3，且投影装置3包括透镜31，其中投影装置3为例如但不限于三维立体影像投影机、实物投影机或其它光学投影机等，且透镜31为平凸透镜、凹凸透镜或双凸透镜等具有正屈光力的光学透镜，但不以此为限。光源模块2至少包括多个发光元件21，相对于中心轴线A呈环形对称排列，且架构于发出多条光线至透镜31。其中，入射至透镜31的多条光线相对于透镜31的圆心C呈环形对称排列，以使穿透透镜31射出的多条光线具有相同的折射角（如图3A及图3B所示），进而聚焦于一聚焦光点32上，且因透镜31的折射率为一常数，故多条光线相对于透镜31具有相同的入射角。此外，多个发光元件21相对于中心轴线A呈点对称排列及线对称排列，且多条光线相对于透镜31的圆心C呈点对称排列及线对称排列。因此，本发明通过入射至透镜31的多条光线相对于透镜31的圆心C呈环形对称排列的设计，可使多条光线穿透透镜31后具有相同的折射角，进而达到使聚焦后的聚焦光点32能量均匀分布的功效。

本发明的光源模块2通过前述环形对称排列的设计，可将多个发光元件21设置于固定模具20的多个通孔201中，例如以穿设或嵌设的方式设置，且多个发光元件21所对应的中心轴线A亦可对应绘制于固定模具20上的点B，以利于固定模具20的制造。简言之，每一通孔201的中心，距离点B的长度皆为以点B为圆心的圆半径r，由于在同一模具上进行多个通孔201的设置，故可避免公差问题。藉此，本发明可于不通过现有阶梯式反射镜的情况下，有效避免制造的公差问题，进而达到降低制造及时间成本，以及减低制造及设计难度等功效。

请再参阅图3A，于一些实施例中，本发明光源模块2的多个发光元件21相对的中心轴线A以直接贯穿透镜31的圆心C为较佳，且于另一些实施例中，中心轴线A亦可以间接的方式经转折而贯穿透镜31的圆心C，亦即当多个发光元件21所发出的多条光线于光路径中先经反射而导入透镜31时，多个发光元件21相对的中心轴线A经相同光学反射角度的转折后，亦延伸贯穿透镜31的圆心C，然皆不以此为限。

请参阅图4A及图4B并配合图3A，其中图4A显示多个发光元件具有单一光学极化方向的光源模块示意图，以及图4B显示相邻的发光元件具有相垂直的光学极化方向的光源模块示意图。如图3A、图4A及图4B所示，本发明的光源模块2的多个发光元件21，为固态发光元件，包括但不限于发光二极管及激光二极管等。当发光元件21采用激光二极管时，由于激光二极管为半导体激光，故其光点场形较接近椭圆形，且其光学极化方向为线性极化，故当本发明的多个发光元件21皆具有单一光学极化方向，例如水平方向H时，本发明光源模块2的多个发光元件21所发出的多条光线通过投影装置3的透镜31聚焦而汇集的聚焦光点32亦呈椭圆形光点。

根据本发明的构想，为使聚焦光点的能量分布更加均匀分布，本发明的光源模块2进一步采用具有相垂直的光学极化方向的多个发光元件21，例如图4B所示的相邻发光元件21，分别具有水平方向H及垂直方向V等二种光学极化方向，亦即每一发光元件21与相邻的二个发光元件21具有相垂直的光学极化方向，且不限于水平方向H及垂直方向V，其可依需求进行调整，然而彼此相邻的二个发光元件21的光学极化方向需相互垂直，以使多个发光元件21所发出的多条光线穿透透镜31聚焦而汇集的聚焦光点呈圆形光点，藉此达到将各发光元件31的椭圆形光点场形聚焦整合为圆形光点的功效。

请参阅图5A、图5B、图6A、图6B及图6C，其中图5A显示本发明另一实施例的光源模块结构示意图，图5B显示本发明光源模块的多个发光元件呈前后排交错排列的示意图，图6A显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正四边形排列的示意图，图6B显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正五边形排列的示意图，以及图6C显示前排发光元件与后排发光元件分别相对中心轴线以正六边形排列的示意图。如图5A、图5B、图6A、图6B及图6C所示，本发明光源模块2的多个发光元件21除可如图5A所示呈环形并排对称排列以外，亦可如图5B所示呈环形前后排对称排列。换言之，多个发光元件21包括多个前排发光元件211及多个后排发光元件212。

其中，多个前排发光元件211相对于中心轴线A呈正多边形排列，例如正四边形、正五边形或正六边形，但不以此为限，且多个后排发光元件212相对于中心轴线A呈正多边形排列，例如正四边形、正五边形或正六边形（分别如图6A、图6B及图6C所示），然亦不以此为限。当然，如图5A所示的环形并排对称排列的排列方式，亦可视为将位于奇数位置及位于偶数位置的多个发光元件21以二组正多边形交错排列，其亦属本发明的教示范围。由于本发明的光源模块2引入将多个发光元件21分为前排发光元件211及后排发光元件212的交错排列方式，可增加空间利用率，进而达到有效缩小产品体积并利于轻薄化设计的功效。

另一方面，如本发明于前述实施例提出，相邻的二个发光元件21的光学极化方向相垂直的概念，亦可应用于呈前后排交错排列的多个发光元件，亦即每一前排发光元件211与相邻的二个后排发光元件212具有相垂直的光学极化方向，且每一后排发光元件212与相邻的二个前排发光元件211具有相垂直的光学极化方向，其概念与前述实施例相同，且皆用以使多条光线穿透透镜聚焦而汇集的聚焦光点呈圆形光点，故于此不再赘述。

根据本发明的构思，本发明的投影装置3亦可加入反射镜以达到转折光路的效果。请参阅图7A及图7B，其分别显示一反射镜相对光源模块设置于透镜的另一侧的示意图以及一反射镜于光路径上设置于光源模块及透镜间的示意图。如图7A及图7B所示，本发明的投影装置3进一步包括反射镜33，相对光源模块2的多个发光元件21设置于透镜31的另一侧，用以反射穿透透镜31的多条光线，以使多条光线经反射转折后聚焦于聚焦光点32上。于另一些实施例中，反射镜33亦可于光路径上设置于光源模块2的多个发光元件21及透镜31之间，用以反射多个发光元件21所发出的多条光线，以使多条光线入射至透镜31且相对透镜31的圆心呈环形对称排列并具有相同的入射角。简言之，反射镜33可依光机的实际需求、空间配置而设置，以达到通过反射转折光路的需求。

综上所述，本发明提供一种光源模块及其所适用的投影装置，通过多个发光元件相对中心轴线呈环形对称排列的设计，可于不通过阶梯式反射镜的情况下，有效避免制造的公差问题，进而达到降低制造及时间成本，以及减低制造及设计难度等功效。此外，通过入射至透镜的多条光线相对于透镜的圆心呈环形对称排列的设计，可使多条光线穿透透镜后具有相同的折射角，进而达到使聚焦后的聚焦光点能量均匀分布的功效。再者，利用每一个发光元件与相邻的二个发光元件具有相垂直的光学极化方向，以及多条光线呈环形对称穿透透镜并聚焦的特性，可达到将各发光元件的椭圆形光点场形聚焦整合为圆形光点的功效。同时，本发明引入将多个发光元件分为前排发光元件及后排发光元件的交错排列方式，可达到有效缩小产品体积并利于轻薄化设计的功效。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本技艺的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (10)

1.一种光源模块，适用于包括一透镜的一投影装置，该光源模块至少包括：

多个发光元件，相对于一中心轴线呈环形对称排列，且发出多条光线至该透镜；

其中，入射至该透镜的该多条光线相对于该透镜的一圆心呈环形对称排列，以使穿透该透镜射出的该多条光线具有相同的折射角。

2.如权利要求1所述的光源模块，其中该多条光线相对于该透镜具有相同的入射角。

3.如权利要求1所述的光源模块，其中该多个发光元件相对于该中心轴线呈点对称排列及线对称排列。

4.如权利要求1所述的光源模块，其中该多条光线相对于该透镜的该圆心呈点对称排列及线对称排列。

5.如权利要求1所述的光源模块，其中每一发光元件与相邻的二个发光元件具有相垂直的光学极化方向，该多个发光元件所发出的该多条光线穿透该透镜并聚焦于一聚焦光点，且该聚焦光点为圆形光点。

6.如权利要求1所述的光源模块，其中该多个发光元件包括多个前排发光元件及多个后排发光元件，该多个前排发光元件相对于该中心轴线呈正多边形排列，且该多个后排发光元件相对于该中心轴线呈正多边形排列。

7.如权利要求6所述的光源模块，其中每一前排发光元件与相邻的二个该后排发光元件具有相垂直的光学极化方向，且每一后排发光元件与相邻的二个该前排发光元件具有相垂直的光学极化方向。

8.一种投影装置，至少包括：

一透镜；以及

多个发光元件，相对于一中心轴线呈环形对称排列，且发出多条光线至该透镜；

其中，入射至该透镜的该多条光线相对于该透镜的一圆心呈环形对称排列，以使穿透该透镜射出的该多条光线具有相同的折射角。

9.如权利要求8所述的投影装置，其中该投影装置还包括一反射镜，其相对该多个发光元件设置于该透镜的另一侧，用以反射穿透该透镜的该多条光线，以使该多条光线聚焦于一聚焦光点。

10.如权利要求8所述的投影装置，其中该投影装置还包括一反射镜，于一光路径上设置于该多个发光元件及该透镜之间，用以反射该多条光线，以使该多条光线入射至该透镜且相对于该透镜的该圆心呈环形对称排列并具有相同的入射角。