CN111221112A - 图案投射装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种图案投射装置，包括矩阵式光源、成像镜头及车灯灯罩。矩阵式光源由多个发光元件组成，可发出具有一图案的影像光。成像镜头位于矩阵式光源的光路下游，成像镜头包含具屈光度的一透镜及一非对称式光学元件。车灯灯罩位于非对称式光学元件的光路下游。非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合。

Description

图案投射装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种图案投射装置及其制造方法，尤其涉及一种具有矩阵式光源的图案投射装置及其制造方法。
背景技术
目前的投影装置所投射出来的画面的长宽比与其矩阵式光源的长宽比一致。假若要投射出另一种长宽比的画面，必须将光源更换成另一种矩阵式光源，甚为不便。基于此，有需要提出一种新的且能够改善前述问题的投影装置。
发明内容
本发明提供了一种图案投射装置及其制造方法，可改善前述问题。
根据本发明一实施例，提出一种交通工具的图案投射装置。图案投射装置包括矩阵式光源、成像镜头及车灯灯罩。矩阵式光源由多个发光元件组成，可发出具有一图案的影像光。成像镜头位于矩阵式光源的光路下游，成像镜头包含具屈光度的透镜及非对称式光学元件(anamorphic optical element)。车灯灯罩位于非对称式光学元件的光路下游。其中，非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合。如此，无需光阀，矩阵式光源本身可发出具有图案的影像光，且具有第一长宽比的影像光穿透非对称式光学元件后，影像光的第一长宽比会改变成第二长宽比。
根据本发明另一实施例，提出一种图案投射装置。图案投射装置包括矩阵式光源及成像镜头。矩阵式光源可发出具有一图案的第一光束，矩阵式光源包括基板及多个自发光的发光元件，此些发光元件配置在基板上。成像镜头位于矩阵式光源的光路下游，且包含至少一具屈光度的透镜和一非对称式光学元件，其中，非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合。第一光束穿透成像镜头后成为第二光束，第二光束具有小于等于0.5的长宽比。如此，图案投射装置通过非对称式光学元件对第二光束提供一预期的长宽比变化。
根据本发明另一实施例，提出一种图案投射装置的制造方法。制造方法包括以下步骤。提供一矩阵式光源，可发出具有一图案的一第一光束，矩阵式光源包括一基板及多个自发光的发光元件，此些发光元件配置在基板上；将一成像镜头装配在矩阵式光源的光路下游，且成像镜头包含至少一具屈光度的透镜和一非对称式光学元件，其中，非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合。成像镜头允许第一光束穿透后成为一第二光束，其中，第二光束在一成像面具有一小于等于0.5的长宽比。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1A及图1B为依照本发明一实施例的图案投射装置的示意图。
图1C为图1A的矩阵式光源的示意图。
图1D为图1A的微透镜阵列之示意图。
图2A-2B为依照本发明另一实施例的图案投射装置的示意图。
图3A-3B为依照本发明另一实施例的图案投射装置的示意图。
图4-6为依照本发明其它实施例的非对称式光学元件的示意图。
图7为依照本发明另一实施例的图案投射装置的示意图。
图8为依照本发明另一实施例的图案投射装置的示意图。
图9为依照本发明另一实施例的图案投射装置投射第二光束的示意图。
具体实施方式
请参照图1A-1D，图1A及图1B绘示依照本发明一实施例的图案投射装置100的示意图，图1C绘示图1A的矩阵式光源110的示意图，而图1D绘示图1A的微透镜阵列120的示意图。
图案投射装置100包括矩阵式光源110、微透镜阵列(Microlens Array)120及成像镜头130。
矩阵式光源110可发出具有第一长宽比，且包含至少一图案的第一光束L1。微透镜阵列120位于矩阵式光源110与成像镜头130之间的光路。成像镜头130位于矩阵式光源110的光路下游。成像镜头130至少包含具屈光度的透镜133和一非对称式光学元件(anamorphic optical element)131，透镜133可以是一或多个，透镜133可配置在光源110与非对称式光学元件131之间的光路，或是，非对称式光学元件131可以配置在光源110与透镜133之间的光路。非对称式光学元件131允许第一光束L1穿透后成为第二光束L2，且第二光束L2具有第二长宽比，第二长宽比与第一长宽比相异。换言之，成像镜头130可改变矩阵式光源110的出光的长宽比，使第二光束L2的第二长宽比不会受到矩阵式光源110的长宽比所限制。
如图1A-1C所示，矩阵式光源110包括基板111及数个发光元件112。发光元件112配置在基板111上。第一长宽比例如是此些发光元件112的铺排区域的第一长度W11及第二长度W12的比值(W11/W12)。第二长宽比例如是第二光束L2投射在成像面T1的投射区域的第三长度W21及第四长度W22的比值(W21/W22)。图1A的成像面T1以垂直于光轴为例说明，然视图案投射装置100的实际用途而定，如图9的成像面T1由第一成像面T11与第二成像面T12所组成，第二成像面T12可以是路面，而图案投射装置100发出的第二光束可同时照射第一成像面T11与第二成像面T12，以照明路面及前方路况，而分别照射到第一成像面T11与第二成像面T12的部分第二光束的长宽比各为小于等于0.5。
此外，在本实施例中，各发光元件112例如是自发光的发光元件。在此情况下，矩阵式光源110不需要背光模块。在一实施例中，发光元件112例如是微型发光二极管(MicroLED)，利用微缩制程技术可以让Micro LED介于约1微米-约10微米，其可通过巨量转移等适合技术配置在基板111上，再封装成单一Micro LED芯片，其尺寸小于100微米，与有机发光二极管(OLED)一样能够实现每个像素(pixel)单独定址，单独驱动发光(自发光)，但相较OLED更加省电，且反应速度更快。在另一实施例中，发光元件112例如是次毫米发光二极管(Mini LED)，次毫米发光二极管介于约100微米-约200微米之间。但根据晶电公司的分类为例，一般的发光二极管晶粒是介于约200微米～约300微米，而Mini LED介于约50微米～约60微米，而Micro LED则是在约15微米，所以尺寸并不适合用来唯一分类，只能辅助分类，还是要以是否可自发光和LED生产技术来区分。
在实施例中，多个发光元件112可独立受控发光，使此些发光元件112的一些发光，而另一些可不发光，使第一光束L1呈现一图案。换言之，矩阵式光源110可发出具有图案的第一长宽比的第一光束L1(影像光)，而具有第二长宽比的第二光束L2(影像光)对应呈现长宽比不同的图案。此外，通过对多个发光元件112的控制，可改变第一光束L1的图案。在其它实施例中，此些发光元件112可同时发出不同光色(不同色温)的色光，各发光元件112可发出例如是红光、蓝光、绿光与白光等多个不同色光。或者，所有发光元件112可发出具有不同灰阶的单一光色的色光，如白光或任何色温的色光。
综上可知，本发明实施例的图案投射装置100可利用同一矩阵式光源110发出一具有图案的第一光束L1。在一实施例中，第一光束L1的图案与第二光束L2的图案是相同的，仅长宽比不同。此外，前述图案的内容是可变化。在另一实施例中，前述图案可呈现彩色(多种光色)，然亦可呈现多个灰阶的单光色，如白光或其它色温的光色。
由于矩阵式光源110的发光元件112可发出一具图案的光束，如图1A及图1B所示，由于矩阵式光源110本身可发出影像光，因此矩阵式光源110与成像镜头130之间的光路可不配置任何光阀，然本发明实施例不受此限。此外，如图1A及图1B可知，本实施例的图案投射装置100的矩阵式光源110与成像镜头130之间的光路可不配置有习知的合光模块或合光元件。
此外，如图1C所示，数个发光元件112排列成一n×m的矩阵，其中n及m为等于或大于1的正整数，且n与m的和大于2，且n与m的数值可相等或相异。在一实施例中，n及m的值可介于约1－约1000000之间，如数个、数十、数百、数千、数万或数十万等，甚至更多。如此，可提高第一光束L1的图案的解析度且/或使第一光束L1提供更多图案变化。
如图1D所示，微透镜阵列120包含数个微透镜结构121。此些微透镜结构121可将第一光束L1聚光，使聚光后的第一光束L1’大部分或全部入射至成像镜头130。在另一实施例中，图案投射装置100可省略微透镜阵列120，在此情况下，第一光束L1自矩阵式光源110发出后，可不经过任何实体光学元件，而直接投射至成像镜头130，然本发明实施例不受此限。
如图1A及图1B所示，在本实施例中，非对称式光学元件131是以圆柱状透镜(cylindrical lens)为例说明。详言之，圆柱状透镜沿第一方向(如沿Y轴向)不具有屈光度，而沿第二方向(如沿X轴向)具有一屈光度，第一方向与第二方向实质上垂直。如此，圆柱状透镜可维持第一光束L1’沿第一方向的长度，但放大第一光束L1’沿第二方向的长度，使第二光束L2的第二长宽比与第一光束L1的第一长宽比相异。在另一实施例中，图1A及图1B的柱状透镜也可以转动90度配置，如此，圆柱状透镜沿第一方向(如沿X轴向)不具有屈光度，而沿第二方向(如沿Y轴向)具有屈光度。
请参照图2A-2B，其绘示依照本发明另一实施例的图案投射装置200的示意图。
图案投射装置200包括矩阵式光源110、微透镜阵列120(选择性)及成像镜头230。成像镜头230包括具屈光度的透镜233及非对称式光学元件231，透镜233可以是一或多个。在本实施例中，非对称式光学元件231为柱状阵列透镜(Lenticular Lens)，其可提供类似前述圆柱状透镜改变第一光束L1的长宽比的技术效果。
如图2A及图2B所示，柱状阵列透镜沿第一方向(如沿X轴向)不具屈光度，而沿第二方向(如沿Y轴向)具有屈光度，第一方向与第二方向实质上垂直。如此，柱状阵列透镜可维持第一光束L1’沿第一方向的长度，但放大第一光束L1’沿第二方向的长度，使第二光束L2的第二长宽比与第一光束L1的第一长宽比相异。在另一实施例中，图2A及图2B的柱状阵列透镜也可以转动90度配置，如此，柱状阵列透镜沿第一方向(如沿Y轴向)不具有屈光度，而沿第二方向(如沿X轴向)具有屈光度。
请参照图3A-3B，其绘示依照本发明另一实施例的图案投射装置300的示意图。
图案投射装置300包括矩阵式光源110、微透镜阵列120(选择性)及成像镜头330。成像镜头330包括非对称式光学元件331和具屈光度的透镜333，透镜333可以是一或多个。在本实施例中，非对称式光学元件331为双锥形透镜(Biconic lens)，其可提供类似前述圆柱状透镜及柱状阵列透镜改变第一光束L1’的长宽比的技术效果。
如图3A及图3B所示，双锥形透镜沿第一方向(如沿Y轴向)具第一屈光度，而沿第二方向(如沿X轴向)具有第二屈光度，其中第一屈光度与第二屈光度相异。由于第一屈光度与第二屈光度相异，因此双锥形透镜使穿透的第二光束L2沿第一方向的第一焦距F1及第二方向的第二焦距F2不同，借此使第二光束L2的第二长宽比与第一光束L1’的第一长宽比相异。在另一实施例中，第3A及3B图的双锥形透镜也可以转动90度配置，如此，双锥形透镜沿第一方向(如沿X轴向)及第二方向(如沿Y轴向)同样具有屈光度。
请参照图4-6，其绘示依照本发明其它实施例的非对称式光学元件的示意图。前述成像镜头130、230或330的非对称式光学元件可以非对称式光学元件430取代。在此些实施例中，非对称式光学元件430可包含至少二透镜，如第一透镜431及第二透镜432。第一透镜431例如是楔形平板(Wedge plate)、楔形透镜(Wedge lens)或具有屈光度的透镜，而第二透镜432例如是楔形平板、楔形透镜或具有屈光度的透镜。借由第一透镜431与第二透镜432的组合，可使第二光束L2的图案变形(第二光束L2长宽比与第一光束L1(未绘示)相异)且可补偿色散。前述楔形平板或楔形透镜是利用光程差改变达到第二光束L2的长宽比改变。此外，前述具有屈光度的透镜例如是前述非对称式光学元件131、231或331，或者其它具有一平面、一球面、非球面或具有其它曲率曲面的透镜。
本发明实施例并不限定成像镜头所包含的非对称式光学元件的种类，除了前述圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜及楔形透镜外，只要是能够改变第一光束L1的长宽比的单一透镜、数个透镜的组合、反射镜、单一楔形平板、数个楔形平板的组合或楔形平板与透镜的组合，皆可做为本发明实施例的非对称式光学元件的应用。
请参照图7及图8，其绘示依照本发明另一实施例的图案投射装置500的示意图。本实施例的图案投射装置500以应用在一交通工具的车灯为例说明。然，本发明实施例的图案投射装置可视实际需求应用于其它需要照明或投射图案的光学产品，不限于应用于车灯产品。
图案投射装置500包括光源壳510、前述矩阵式光源110、微透镜阵列120、镜筒530、前述成像镜头130、230及330、电路板540、散热鳍片550、风扇560及灯罩570。在另一实施例中，若无需求，图案投射装置500也可选择性省略光源壳510、镜筒530、电路板540、散热鳍片550、风扇560与灯罩570至少一者。
矩阵式光源110设置在光源壳510内，以受到光源壳510的保护且可避免漏光。成像镜头(130、230或330)设置在镜筒530内，以受到镜筒530的保护。在本实施例中，矩阵式光源110配置且电性连接于电路板540，使外部信号(未绘示)可通过电路板540控制矩阵式光源110的发光模式。矩阵式光源110的发热可通过热管(heat pipe)(未绘示)传导至散热鳍片550。风扇560可将散热鳍片550的热强制排出图案投射装置500外。灯罩570可覆盖光源壳510、矩阵式光源110、微透镜阵列120、镜筒530、成像镜头(130、230或330)、电路板540、散热鳍片550及风扇560，以保护此些元件。在另一实施例中，灯罩570内可配置二组以上的图案投射模块，一组图案投射模组包含光源壳510、矩阵式光源110、微透镜阵列120、镜筒530、成像镜头(130、230或330)、电路板540、散热鳍片550及风扇560。
灯罩570允许第二光束L2穿透而离开灯罩570。从灯罩570射出的第二光束L2可投射至路面或远方标的物。如图9所示，第二光束L2的第二长宽比指的是射出灯罩570的第二光束L2投射至路面或远方标的物的第一成像面或第二成像面的长宽比。第二长宽比的比值例如是小于等于0.5。
如图7所示，矩阵式光源110配置在电路板540的表面540s上，且表面540s的法线方向N1实质上平行于矩阵式光源110的光轴OP1。
此外，虽然图未绘示，然图案投射装置500更可包含一电源板(power board)，其电性连接于电路板540，可传输电力(电力例如来自于图案投射装置500外部的电源)给电路板540。在另一实施例中，电源板可被配置在图案投射装置500的外部，并通过线路(未绘示)电性连接于电路板540。
此外，前述图案投射装置的其中一种制造方法例如包括：提供一矩阵式光源，可发出具有一图案的一第一光束，矩阵式光源包括一基板及多个自发光的发光元件，此些发光元件配置在基板上。然后，将一成像镜头装配在矩阵式光源的光路下游，且成像镜头包含至少一具屈光度的透镜和一非对称式光学元件，其中，非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合，其中，第一光束穿透成像镜头后成为一第二光束，第二光束在一成像面具有一小于等于0.5的长宽比。
如本发明实施例的图案投射装置所示，无需光阀，矩阵式光源本身可发出具有图案的影像光，且具有第一长宽比的影像光穿透非对称式光学元件后，影像光的第一长宽比会改变成具有第二长宽比的第二光束，用以提供一预期的长宽比变化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种交通工具的图案投射装置，其特征在于，包括一矩阵式光源、一成像镜头以及一车灯灯罩，其中：
所述矩阵式光源由多个发光元件组成，可发出具有一图案的影像光；
所述成像镜头位于所述矩阵式光源的光路下游，所述成像镜头包含：
具屈光度的一透镜；以及
一非对称式光学元件；以及
所述车灯灯罩位于所述非对称式光学元件的光路下游；
其中，所述非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合。
2.一种图案投射装置，其特征在于，包括一矩阵式光源以及一成像镜头，其中：
所述矩阵式光源可发出具有一图案的一第一光束，所述矩阵式光源包括多个自发光的发光元件；以及
所述成像镜头位于所述矩阵式光源的光路下游，且包含至少一具屈光度的透镜和一非对称式光学元件，其中，所述非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合；
其中，所述第一光束穿透所述成像镜头后成为一第二光束，所述第二光束在一成像面具有一小于等于0.5的长宽比。
3.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述矩阵式光源与所述成像镜头之间的光路不具有光阀。
4.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述发光元件满足下列条件之一：(1)所述发光元件排列成n×m矩阵型，其中n及m为介于1-1000000之间的正整数；(2)所述发光元件是以巨量转移技术配置在一基板上。
5.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述发光元件满足下列条件之一：(1)所述发光元件用以发出相异光色的色光；(2)所述发光元件用以发出相同光色的色光。
6.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述非对称式光学元件满足下列条件之一：(1)沿一第一方向具有一第一屈光度且沿一第二方向具有一第二屈光度，所述第一屈光度与所述第二屈光度相异，所述第一方向与所述第二方向实质上垂直；(2)沿一第一方向不具有屈光度，而沿一第二方向具有一屈光度，所述第一方向与所述第二方向实质上垂直；(3)所述非对称式光学元件更包括一反射镜。
7.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述矩阵式光源所发出的所述第一光束直接投射至所述成像镜头。
8.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述图案投射装置更包括：
一电路板，具有一表面；
其中，所述矩阵式光源配置在所述电路板的所述表面上，且所述表面的法线方向实质上平行于所述矩阵式光源的光轴。
9.如权利要求1或2所述的图案投射装置，其特征在于，所述图案投射装置更包括：
一微透镜阵列，位于所述矩阵式光源与所述成像镜头之间的光路。
10.一种图案投射装置的制造方法，其特征在于，包括：
提供一矩阵式光源，可发出具有一图案的一第一光束，所述矩阵式光源包括一基板及多个自发光的发光元件，所述发光元件配置在所述基板上；以及
将一成像镜头装配在所述矩阵式光源的光路下游，且所述成像镜头包含至少一具屈光度的透镜和一非对称式光学元件，其中，所述非对称式光学元件是由下列中选出：圆柱状透镜、双锥形透镜、柱状阵列透镜、楔形透镜、楔形平板或前述元件的组合，其中，所述第一光束穿透所述成像镜头后成为一第二光束，所述第二光束在一成像面具有一小于等于0.5的长宽比。
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