CN211698569U - 照明系统及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，包括多个第一激光光源、多个第二激光光源、光学模块以及匀光元件。第一激光光源用于提供多个第一光束。第二激光光源用于提供多个第二光束。第二光束出射时的光斑面积与第一光束在出射时的光斑面积不同。光学模块配置于第一光束的传递路径上以转换第一光束为多个扩斑光束，扩斑光束所形成的光斑面积与第一光束所形成的光斑面积不同。匀光元件具有入光面，配置于第二光束及扩斑光束的传递路径上，其中第二光束与扩斑光束在入光面上所形成的光斑面积差小于第二光束的与第一光束在出射时的光斑面积差。并公开具有所述照明系统的投影装置，所述照明系统可提高光束的均匀度。

Description

照明系统及投影装置

【技术领域】

本实用新型是有关于一种光学系统及光学装置，且特别是有关于一种照明系统及投影装置。

【背景技术】

投影装置为一种用于产生大尺寸画面的显示设备，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系统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：屏幕或墙面上)，以形成投影画面。

此外，照明系统也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，一路从超高效能灯泡(Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laser diode，LD)光源。在目前的技术发展中，多个激光二极管可集中并组合为多芯片激光(Multi-ChipLaser，MCL)光源。因此，可进一步提高激光光源的设置密度，并大幅降低设计难度。

然而，对主流市场来说，投影装置的体积会是一个重要指标。因此，如何在有限的体积内放入为了达到需求亮度的激光光源，并维持高水平的光学表现，是一大设计难题。此外，在不同的色光源之间有光束强度不均匀的现象。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，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技术领域中普通技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种照明系统及投影装置，可提高光束的均匀度。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种照明系统，包括多个第一激光光源、多个第二激光光源、光学模块以及匀光元件。第一激光光源用于提供多个第一光束。第二激光光源用于提供多个第二光束。第二光束出射时的光斑面积与第一光束在出射时的光斑面积不同。光学模块配置于第一光束的传递路径上以转换第一光束为多个扩斑光束，扩斑光束所形成的光斑面积与第一光束所形成的光斑面积不同。匀光元件具有入光面，配置于第二光束及扩斑光束的传递路径上，其中第二光束与扩斑光束在入光面上所形成的光斑面积差小于第二光束与第一光束在出射时的光斑面积差。

为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的另一实施例提出一种投影装置，包括照明系统、光阀模块以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束。照明系统包括多个第一激光光源、多个第二激光光源、光学模块以及匀光元件。第一激光光源用于提供多个第一光束。第二激光光源用于提供多个第二光束。第二光束出射时的光斑面积与第一光束在出射时的光斑面积不同。光学模块配置于第一光束的传递路径上以转换第一光束为多个扩斑光束，扩斑光束所形成的光斑面积与第一光束所形成的光斑面积不同。匀光元件具有入光面，配置于第二光束及扩斑光束的传递路径上，用于转换第二光束及扩斑光束为照明光束。光阀模块配置于照明光束的传递路径上，用于转换照明光束为影像光束。投影镜头位于影像光束的传递路径上，且用于放大影像光束为投影光束，其中第二光束与扩斑光束在入光面上所形成的光斑面积差小于第二光束与第一光束在出射时的光斑面积差。

基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本实用新型在本实用新型的照明系统及投影装置中，激光光源所提供出的激光光束可借由光学模块进行扩斑作用。因此，单一光斑的激光光束可借由光学模块转换为扩斑光束。如此一来，可进一步将通过的蓝光光束或绿光光束的光学表现调整为与红光光束光学表现相同的扩斑光束，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

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。

【附图说明】

图1为本实用新型一实施例的投影装置的示意图。

图2为本实用新型一实施例的照明系统的立体示意图。

图3为在图2的照明系统中第一光束及第三光束在聚焦透镜上所呈现光斑的示意图。

图4为本实用新型一实施例的部分照明系统的示意图。

图5A本实用新型一实施例的第二光束在匀光元件入光面上所呈现的光斑示意图。

图5B及图5C分别为本实用新型一实施例的第一光束在没有经过及经过光学模块后在匀光元件入光面上所呈现的光斑示意图。

图6为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图7为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图8为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图9为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图10为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图11为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

图12为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。

【符号说明】

10：投影装置

50：光阀模块

60：投影镜头

100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G：照明系统

110、110A、110B：第一激光光源

120：第二激光光源

130：光学模块

132、132A、132B：反射元件

134、134A、134B、134C：折射元件

140：匀光元件

150A、150B：第三激光光源

160：反射镜

170：聚焦透镜

180：分光镜

L1：第一光束

L2：第二光束

L3：第三光束

LB：照明光束

LD：扩斑光束

LI：影像光束

LP：投影光束

S：入光面

S1：第一面

S2、S2A：第二面。

【具体实施方式】

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，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实用新型。

图1为本实用新型一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种投影装置10，包括照明系统100、光阀模块50以及投影镜头60。其中，照明系统100用于提供照明光束LB。光阀模块50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60位于影像光束LI的传递路径上，且用于放大影像光束LI为投影光束LP，而投影光束LP被投射至投影目标(未图示)，例如屏幕或墙面。

光阀模块50包括至少一光阀及多个不同种类的光学元件。光阀例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device,DMD)等反射式光调制器。在一些实施例中，光阀也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调制器(Electro-Optical Modulator)、磁光调制器(Magneto-Optic modulator)、声光调制器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调制器。本实用新型对光阀的型态及其种类并不加以限制。光阀将照明光束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技术领域的公知知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀的数量为一个，例如是使用单个数字微镜器件的投影装置10，但在其他实施例中则可以是多个，本实用新型并不限于此。光学元件例如是光学透镜、反射镜、分光镜、棱镜或上述任意组合等，用于将照明系统100发出的照明光束LB引导至光阀，但本实用新型亦不限于此。

投影镜头60例如包括具有屈光度的一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。在一实施例中，投影镜头60还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀模块50的影像光束LI投射至投影目标。本实用新型对投影镜头60的型态及其种类并不加以限制。

图2为本实用新型一实施例的照明系统的立体示意图。请参考图2。照明系统100包括多个第一激光光源110、多个第二激光光源120、光学模块130以及匀光元件140。具体而言，在本实施例中，照明系统100还包括多个第三激光光源150、多个反射镜160、多个聚焦透镜170以及分光镜180。多个第一激光光源110用于提供多个第一光束(未图示)，多个第二激光光源120用于提供多个第二光束(未图示)，且多个第三激光光源150用于提供多个第三光束(未图示)。在其他实施例中，可不配置第三激光光源150，本实用新型并不限于此。

举例而言，在本实施例中，第一激光光源110为蓝光发光元件，例如是蓝光激光二极管(Laser Diode，LD)或其组成的发光模块，故第一光束为蓝光光束。第二激光光源120为红光发光元件，例如是红光激光二极管或其组成的发光模块，故第二光束为红光光束。第三激光光源150为绿光发光元件，例如是绿光激光二极管或其组成的发光模块，故第三光束为绿光光束。

图3为在图2的照明系统中第一光束及第三光束在聚焦透镜上所呈现光斑的示意图。请同时参考图2及图3。在本实施例中，作为第一激光光源110的蓝光发光元件与作为第三激光光源150的绿光发光元件配置于同一发光侧。因此，可借由照明系统100所需求的蓝光与绿光比例而配置第一激光光源110及第三激光光源150的数量与位置。举例而言，在本实施例中，照明系统100包括四个第一激光光源110及六个第三激光光源150，且这些第一激光光源110与第三激光光源150的配置方式如图2所显示。借由配置于光学模块130中的反射镜或分光镜的光学作用，可使这些第一激光光源110与第三激光光源150所分别发出的第一光束L1与第三光束L3在邻近于第一激光光源110与第三激光光源150的聚焦透镜170上呈均匀分布，如图3所显示。换句话说，在本实施例中，第一光束与第三光束共路径，以抵达聚焦透镜170。

另一方面，值得一提的是，第二光束出射时的光斑面积与第一光束在出射时的光斑面积不同。举例而言，在本实施例中，单个第二激光光源120中的红光激光二极管的数量为两个。因此，由第二激光光源120所提供的第二光束即呈现双光斑的光束。但在其他实施例中，单个第二激光光源120中的红光激光二极管的数量可大于两个，本实用新型并不限于此。在本实施例中，单一个第一激光光源110中的蓝光激光二极管的数量为一个。因此，第一激光光源110所提供的第一光束即呈现单一光斑的光束。

图4为本实用新型一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图2及图4。光学模块130配置于第一光束的传递路径上以转换第一光束为多个扩斑光束(未图示)，而传递通过光学模块130的第三光束转换也成为另外的扩斑光束。匀光元件140具有入光面S，配置于这些第二光束及这些扩斑光束的传递路径上，如图2所显示。匀光元件140用于调整光束的光斑形状，以使光束的光斑形状能配合光阀的工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度，均匀照明光束的光强度。在本实施例中，匀光元件140例如是积分柱，但在其他实施例中，匀光元件140也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜，fly eye lens array)，本实用新型不限于此。

详细而言，光学模块130包括多个反射元件132及至少一折射元件134，反射元件132及折射元件134配置于第一光束及第三光束的传递路径上，折射元件134用于转换第一光束为扩斑光束。折射元件例如为棱镜，且折射元件134具有相对的第一面S1及第二面S2。第一面S1及第二面S2的其中一者为平面，而其中另一者为不平行的多个平面的组合。举例而言，在本实施例中，折射元件134的第一面S1为平面，且第二面S2为由两个平面所组成的复合斜面。并且在本实施例中，折射元件134为多个，且分别配置于第一激光光源110与反射元件132之间。在本实施例中，折射元件134也配置于第三激光光源150与反射元件132之间，如图4所显示。如此一来，单一光斑的激光光束可借由通过折射元件134的第二面S2而折射出具有多个光斑的扩斑光束。

因此，多个第一光束及多个第三光束传递通过光学模块130以形成多个扩斑光束，并接着依序传递经过、相邻于光学模块130的聚焦透镜170以及分光镜180而最后传递至匀光元件140。多个第二光束则依序传递经过多个反射镜160、相邻于反射镜160的聚焦透镜170以及分光镜180而传递至匀光元件140。最后，扩斑光束以及第二光束借由匀光元件140形成为照明光束。

图5A本实用新型一实施例的第二光束在匀光元件入光面上所呈现的光斑示意图。图5B及图5C分别为本实用新型一实施例的第一光束在没有经过及经过光学模块后在匀光元件入光面上所呈现的光斑示意图。请参考图2、图5A至图5C。值得一提的是，在本实施例中，扩斑光束所形成的光斑面积与第一光束所形成的光斑面积不同，以及扩斑光束所形成的光斑面积与第三光束所形成的光斑面积不同，且第二光束与扩斑光束在匀光元件140的入光面S上所形成的光斑面积差小于第二光束与第一光束在出射时的光斑面积差，所谓出射时指的是光束离开激光光源的时候。换句话说，即第一光束转换为扩斑光束时及第三光束转换为扩斑光束时改变了光斑面积。详细而言，在本实施例中，第二光束L2传递至匀光元件140的入光面S上所形成的光斑形状为双光斑，如图5A所显示。扩斑光束LD传递至匀光元件140的入光面S上所形成的光斑形状由于经过光学模块130的扩大光束的光斑，因此也为双光斑，如图5C所显示。换句话说，若第一光束不通过光学模块130进行光束转换而直接地传递至匀光元件140的入光面S上，则所形成的光斑形状为单一光斑，如图5B所显示。此外，在本实施例中，第三光束在出射时的光斑面积与第一光束在出射时的光斑面积大致相同，故由第三光束所转换出的扩斑光束传递至匀光元件140的入光面S上所形成的光斑形状也同为双光斑。如此一来，可进一步借由光学模块将通过的蓝光光束或绿光光束的光学表现调整为与红光光束光学表现相同的扩斑光束，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

图6为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图6。本实施例所显示的部分照明系统100A类似于图4所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100A的折射元件134A中的第二面S2A为由三个平面所组成的复合斜面。因此，可进一步配置于第二激光光源所提供第二光束具有三个光斑(即红光激光二极管的数量为三个)的照明系统中。如此一来，第一光束及第三光束可借由通过折射元件134A的第二面S2A而折射出具有三个光斑的光束，使得光学表现调整为与红光光束光学表现相同的扩斑光束，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

图7为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。本实施例所显示的部分照明系统100B类似于图4所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100B的折射元件134B为复眼透镜。如此一来，第一光束及第三光束可借由通过复眼透镜而产生光斑扩张的扩斑光束，使得光学表现调整为与红光光束光学表现相同，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

图8为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。本实施例所显示的部分照明系统100C类似于图4所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，折射元件134C为单个，且反射元件132配置于第一激光光源110与折射元件134C之间以及第三激光光源150与折射元件134C之间。如此一来，可简化照明系统，且简化安装过程。

图9为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。图10为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图9及图10。图9及图10实施例所显示的部分照明系统100D、100E类似于图4所显示的照明系统100。不同之处在于，在图9及图10的实施例中，第一激光光源110A、110B及第三激光光源150A、150B的摆设方式彼此倾斜。举例而言，在图9的照明系统100D中，第一激光光源110A与第三激光光源150A相互朝外倾斜且彼此对称，而在图10的照明系统100E中，第一激光光源110B与第三激光光源150B相互朝内倾斜且彼此对称。因此，第一光束及第三光束即可借由倾斜配置方式而产生具有双光斑的光束，使得光学表现调整为与红光光束光学表现相同的扩斑光束，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

图11为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。图12为本实用新型另一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图11及图12。图11及图12实施例所显示的部分照明系统100F、100G类似于图4所显示的照明系统100。不同之处在于，在图11及图12的实施例中，各反射元件132A、132B中反射元件包括彼此不平行的多个反射部。举例而言，在图11的照明系统100F中，相邻的反射元件132A包括朝光束入射方向相互弯折的反射部，而在图12的照明系统100G中，相邻的反射元件132B包括背向光束入射方向相互弯折的反射部。如此一来，第一光束及第三光束可借由不同倾斜程度的反射部而产生光斑扩张的扩斑光束，使得光学表现调整为与红光光束光学表现相同，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的照明系统及投影装置中，激光光源所提供出的激光光束可借由光学模块进行扩斑作用。因此，单一光斑的激光光束可借由光学模块转换为扩斑光束。如此一来，可进一步将通过的蓝光光束或绿光光束的光学表现调整为与红光光束光学表现相同的扩斑光束，进而提升照明系统所提供照明光束的均匀度。

只是以上所述内容，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(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。

Claims (20)

1.一种照明系统，其特征在于，所述照明系统包括多个第一激光光源、多个第二激光光源、光学模块和匀光元件，其中，

所述多个第一激光光源用于提供多个第一光束；

所述多个第二激光光源用于提供多个第二光束，所述多个第二光束在出射时的光斑面积与所述多个第一光束在出射时的光斑面积不同；

所述光学模块配置于所述多个第一光束的传递路径上以转换所述多个第一光束为多个扩斑光束，所述多个扩斑光束所形成的光斑面积与所述多个第一光束所形成的光斑面积不同；以及

所述匀光元件具有入光面，配置于所述多个第二光束及所述多个扩斑光束的传递路径上，其中所述多个第二光束与所述多个扩斑光束在所述入光面上所形成的光斑面积差小于所述多个第二光束与所述多个第一光束在出射时的光斑面积差。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述多个第二光束在出射时的光斑数量为多个。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光学模块包括多个反射元件，配置于所述多个第一光束的传递路径上，用于转换所述多个第一光束为所述多个扩斑光束，各所述反射元件包括彼此不平行的多个反射部。

4.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光学模块包括多个反射元件及至少一折射元件，所述多个反射元件及所述至少一折射元件配置于所述多个第一光束的传递路径上，所述至少一折射元件用于转换所述多个第一光束为所述多个扩斑光束。

5.根据权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述至少一折射元件为多个，且分别配置于所述多个第一激光光源与所述多个反射元件之间。

6.根据权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述至少一折射元件为单个，且所述多个反射元件配置于所述多个第一激光光源与所述折射元件之间。

7.根据权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述至少一折射元件为棱镜，且所述至少一折射元件具有相对的第一面及第二面，所述第一面及所述第二面的其中一者为平面，而其中另一者为不平行的多个平面的组合。

8.根据权利要求4所述的照明系统，其特征在于，所述至少一折射元件为复眼透镜。

9.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述多个第一激光光源为蓝光激光，且所述多个第二激光光源为红光激光。

10.根据权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括：

多个第三激光光源，用于提供多个第三光束，所述多个第三激光光源为绿光激光光源，且所述多个第一光束与所述多个第三光束共路径。

11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括有照明系统、光阀模块和投影镜头，其中，

所述照明系统用于提供照明光束，所述照明系统包括多个第一激光光源、多个第二激光光源、光学模块和匀光元件，其中，

所述多个第一激光光源用于提供多个第一光束；所述多个第二激光光源用于提供多个第二光束，所述多个第二光束出射时的光斑面积与所述多个第一光束在出射时的光斑面积不同；所述光学模块配置于所述多个第一光束的传递路径上以转换所述多个第一光束为多个扩斑光束，所述多个扩斑光束所形成的光斑面积与所述多个第一光束所形成的光斑面积不同；以及所述匀光元件具有入光面，配置于所述多个第二光束及所述多个扩斑光束的传递路径上，用于转换所述多个第二光束及所述多个扩斑光束为所述照明光束；

所述光阀模块配置于所述照明光束的传递路径上，用于转换所述照明光束为影像光束；以及

所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用于放大所述影像光束为投影光束，其中所述多个第二光束与所述多个扩斑光束在所述入光面上所形成的光斑面积差小于所述多个第二光束的与所述多个第一光束在出射时的光斑面积差。

12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述多个第二光束在出射时的光斑数量为多个。

13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光学模块包括多个反射元件，配置于所述多个第一光束的传递路径上，用于转换所述多个第一光束为所述多个扩斑光束，各所述反射元件包括彼此不平行的多个反射部。

14.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光学模块包括多个反射元件及至少一折射元件，所述多个反射元件及所述至少一折射元件配置于所述多个第一光束的传递路径上，所述至少一折射元件用于转换所述多个第一光束为所述多个扩斑光束。

15.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述至少一折射元件为多个，且分别配置于所述多个第一激光光源与所述多个反射元件之间。

16.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述至少一折射元件为单个，且所述多个反射元件配置于所述多个第一激光光源与所述折射元件之间。

17.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述至少一折射元件为棱镜，且所述至少一折射元件具有相对的第一面及第二面，所述第一面及所述第二面的其中一者为平面，而其中另一者为不平行的多个平面的组合。

18.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述至少一折射元件为复眼透镜。

19.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述多个第一激光光源为蓝光激光，且所述多个第二激光光源为红光激光。

20.根据权利要求19所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括多个第三激光光源，用于提供多个第三光束，所述多个第三激光光源为绿光激光光源，且所述多个第一光束与所述多个第三光束共路径。

Images