CN213069459U - 照明系统及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种用于提供照明光束照明系统。照明系统包括至少一光源、可动式反射元件、透镜元件以及匀光元件。至少一光源用以发出至少一光束。至少一光束借由可动式反射元件反射后，再穿透透镜元件与匀光元件，以形成照明光束。借由可动式反射元件的运动，使至少一光束在透镜元件的光学有效面积大于至少一光束在可动式反射元件的光学有效面积，其中光学有效面积为每一个光束在不同时间时照射至透镜元件或可动式反射元件的联集的面积。一种投影装置亦被提出。本实用新型提供的照明系统及投影装置，其能提供均匀的照明光束，并使投影效果较佳。

Description

照明系统及投影装置
技术领域
本实用新型涉及一种光学系统及光学装置，且特别是涉及一种照明系统及投影装置。
背景技术
一般来说，激光投影装置使用准直的激光光源发出激光光。激光光借由透镜元件聚焦后进入匀光元件匀光。或者是，激光光穿过光扩散元件和匀光元件使光均匀整形后，借由光阀控制影像画面的灰阶。最后，影像光束透过投影镜头而投射出影像画面。
然而，在上述的结构中，不同波长的激光光入射匀光元件的角度不一致。这导致激光光穿过匀光元件后，不同波长的激光光的光斑之间具有一定程度的间隔，使得投影出来的影像画面存在各光色均匀度不佳的问题。实际上，上述的不一致情况并非只发生在投影装置使用多光色的复合式激光(Multi-Chip Laser,MCL)作为光源。即便是投影装置的光源为多个单色模块的激光光源，各光色的激光光入射的角度亦会有不一致的情形。因此，投影装置存在了亮度上不均匀等问题。
“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本领域技术人员所知道的现有技术。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本领域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，其能提供均匀的照明光束，并使投影效果较佳。
本实用新型提供一种用于提供照明光束照明系统。照明系统包括至少一光源、可动式反射元件、透镜元件以及匀光元件。至少一光源用以发出至少一光束。至少一光束依序经借由可动式反射元件反射后，再穿透透镜元件与匀光元件，以形成照明光束。借由可动式反射元件的运动，使至少一光束在透镜元件的光学有效面积大于至少一光束在可动式反射元件的光学有效面积，其中光学有效面积为每一个光束在不同时间时照射至透镜元件或可动式反射元件的联集的面积。
本实用新型提供一种投影装置，其包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束。照明系统包括至少一光源、可动式反射元件、透镜元件以及匀光元件。至少一光源用以发出至少一光束。至少一光束借由可动式反射元件反射后，再穿透透镜元件与匀光元件，以形成照明光束。借由可动式反射元件的运动，使至少一光束在透镜元件的光学有效面积大于至少一光束在可动式反射元件的光学有效面积，其中光学有效面积为每一个光束在不同时间时照射至透镜元件或可动式反射元件的联集的面积。光阀配置于照明光束的传递路径上，用于将所述照明光束转换为影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用于将所述影像光束投射至所述投影装置外。
基于上述，在本实用新型的实施例的照明系统以及投影装置中，借由可动式反射元件的运动，光束在透镜元件的光学有效面积大于光束在可动式反射元件的光学有效面积，使照明系统的照明光束更均匀。因此，对使用者来说，本实用新型的实施例的照明系统以及投影装置的使用体验较佳。
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
包含附图以便进一步理解本实用新型，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本实用新型的实施例，并与描述一起用于解释本实用新型的原理。
图1为本实用新型的一实施例的投影装置的示意图。
图2为本实用新型的另一实施例的投影装置的示意图。
图3为本实用新型的另一实施例的投影装置的示意图。
附图标记列表
10：投影装置
100：照明系统
110A、110B、110C：光源
120：可动式反射元件
122：反射面
130：透镜元件
130C：光轴
132：入光面
140：匀光元件
150、150B：光扩散元件
160：合光模块
170：致动模块
200：光阀
300：投影镜头
A：运动轴
B1、B2、B3：光束
I：照明光束
IB：影像光束。
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为本实用新型的一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本实施例的投影装置10包括照明系统100、光阀200以及投影镜头300。照明系统100用于提供照明光束I。照明系统100包括至少一光源110A、110B、110C、可动式反射元件120、透镜元件130以及匀光元件140。光源110A、110B、110C用以发出至少一光束B1、B2、B3。光束B1、B2、B3借由可动式反射元件120反射后，再穿透透镜元件130与匀光元件140，以形成照明光束I。光阀200配置于照明光束I的传递路径上，且用于将照明光束I转换为影像光束IB。投影镜头300配置于影像光束IB的传递路径上，且用于将所述影像光束IB投射至所述投影装置10外。
在本实施例中，光阀200例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel,LCD)等空间光调变器。在本实施例中，光阀200的数量可为一个。在其他的实施例中，光阀200的数量可以为多个，本实用新型并不局限于此。
在本实施例中，投影镜头300例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、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。本实用新型对投影镜头300的型态及其种类并不加以限制。
详细来说，本实施例的光源110A、110B、110C例如是激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或其他合适的光源或其组合，本实用新型并不局限于此。此外，光束B1、B2、B3可为蓝光、红光、绿光或其他光色的光。
在本实施例中，光源110A、110B、110C可为多个光源，且光束B1、B2、B3为多个光束，其中光束B1、B2、B3包括至少两种波峰波长。光源110A、110B、110C例如是具有不同光色的复合式激光光源(Multi-Colour Laser,MCL)或多个单色模块的光源，但本实用新型不局限于此。在一实施例中，光源的数量可为一个，或光源包括一种波峰波长。
在本实施例中，从光源110A、110B、110C发出的光束B1、B2、B3在不同时间分别入射至可动式反射元件120的反射面122。再者，照明系统100还包括致动模块170。致动模块170可为致动器(actuator)、电动机(motor)或使用压电材料的装置，但本实用新型不局限于此。致动模块170与可动式反射元件120连接，使可动式反射元件120沿其运动轴A产生一个维度、两个维度及三个维度的移动、转动或震动。如此一来，即使因为光源110A、110B、110C的空间配置不同，而使不同的光束B1、B2、B3以不同的角度入射至可动式反射元件120的反射面122，借由可动式反射元件120的运动，可使每一个光束B1、B2、B3在不同时间投射在透镜元件130的入光面132的位置大体上落在入光面132与透镜元件130的光轴130C的交点处。
在本实施例中，可动式反射元件120的运动模式可针对光束B1、B2、B3而设计。举例来说，若光源110A、110B、110C所发出的光束B1、B2、B3的光斑为狭长形，可动式反射元件120可被设计为向光束B1、B2、B3的短边方向运动。因此，从可动式反射元件120反射后的光束B1、B2、B3的短边的大小被扩大了而使得反射后的光束B1、B2、B3可呈现圆形或方形。或者是，可动式反射元件120的运动可被设计为使反射后的光束B1、B2、B3调整为所需的形状。或者是，可动式反射元件120的运动使反射后的光束B1、B2、B3等比例放大。
在本实施例中，致动模块170使可动式反射元件120产生运动的运动频率大于等于60Hz。由于可动式反射元件120的运动频率大于人眼的识别率，因此本实用新型的实施例的投影装置10让使用者的体验较佳。在一较佳的实施例中，致动模块170使可动式反射元件120产生运动的运动频率大于等于60Hz，且小于等于1000Hz。
在本实施例中，借由可动式反射元件120的运动，光束B1、B2、B3在透镜元件130(的入光面132)的光学有效面积大于光束B1、B2、B3在可动式反射元件120(的反射面122)的光学有效面积，其中光学有效面积为每一个光束B1、B2、B3在不同时间时照射至透镜元件130或可动式反射元件120的联集的面积。在一较佳的实施例中，光束B1、B2、B3在透镜元件130(的入光面132)的光学有效面积的范围彼此相同。也就是说，反射后的光束B1、B2、B3在其光斑的边缘处的差异降低了。因此，照明系统100所产生的照明光束I的均匀度更佳。
在本实施例中，匀光元件140使通过的光束B1、B2、B3均匀化。匀光元件140例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本实用新型不局限于此。
在一实施例中，照明系统100还包括合光模块160。合光模块160用以使光束B1、B2、B3入射至可动式反射元件120的反射面122在可动式反射元件120的运动轴A处。在另一实施例中，合光模块160使光束B1、B2、B3以互相平行的方式入射至可动式反射元件120的反射面122在可动式反射元件120的运动轴A处。
合光模块160例如包括透镜、反射器、半穿透半反射器等光学元件组成的模块。但本实用新型不局限于此，合光模块160所使用的光学元件的种类和数量以照明系统100在光路设计上的需求而定。在本实用新型的实施例的照明系统100，由于照明系统100包括了合光模块160，且合光模块160使光束B1、B2、B3以互相平行的方式入射至可动式反射元件120的反射面122在可动式反射元件120的运动轴A处，因此，照明系统100可提供均匀度更佳的照明光束I。
在本实施例中，每一个光束B1、B2、B3照射至透镜元件130的波长不随时间改变。
在本实施例中，照射至透镜元件130以及可动式反射元件120上的同一束光束B1、B2、B3的波长相同。
在本实施例中，投影装置10还包括光扩散元件150。光扩散元件150在光束B1、B2、B3的传递路径上设置于透镜元件130与匀光元件140之间。在本实施例中，光扩散元件150例如是扩散轮，使光束B1、B2、B3进一步被散射而降低或消除光斑(Speckle)现象。当光束B1、B2、B3为激光光束时，则可破坏激光光束的同调性(coherence)。
在一实施例中，可动式反射元件120可为完全反射镜或白反射片。当可动式反射元件120为完全反射镜时，照明系统100的光能量利用效率较佳。当可动式反射元件120为白反射片时，由于白反射片为具有扩散效果的反射片，照明系统100所产生的照明光束I的均匀度更佳。此外，因为可动式反射组件120的出光点为反射面122的中心区域(光学有效面积)，且光束B1、B2、B3由出光点出发后会恰巧成像在匀光元件140的入口(入光处)，如此一来，可确保光束B1、B2、B3进入匀光元件140的比例最高,即使投影装置10达到最高成像效率。
在另一实施例中，可动式反射元件120可为半穿透半反射器。当可动式反射元件120为半穿透半反射器时，光束B1、B2、B3的一部分透过可动式反射元件120的反射而形成照明光束I，且光束B1、B2、B3的一部分穿透可动式反射元件120而形成另一道光路。例如，穿透可动式反射元件120的光束B1、B2、B3形成另一道照明光束，并透过另一光阀以及另一投影镜头而形成另一道影像光束。也就是说，投影装置10可具有多个影像光束，使投影装置10投影出多个不同的影像。
基于上述，在本实用新型的实施例的照明系统100以及投影装置10中，借由可动式反射元件120的运动，可使每一个光束B1、B2、B3在不同时间投射在透镜元件130的入光面132的位置大体上落在入光面132与透镜元件130的光轴130C的交点处。照明系统100因不同的光束B1、B2、B3以不同的角度入射至可动式反射元件120的反射面122所产生的光斑具有间隔的问题下降。因此，本实用新型的实施例的照明系统100的照明品质较佳，且投影装置10所投射出的画面的色均匀度也进一步提高。再者，借由可动式反射元件120的运动，光束B1、B2、B3在透镜元件130的光学有效面积大于光束B1、B2、B3在可动式反射元件120的光学有效面积，使照明系统100的照明光束I更均匀。因此，对使用者来说，本实用新型的实施例的照明系统100以及投影装置10的使用体验较佳。
另一方面，光束B1在不同时间点照射在透镜元件130上的光斑可能至少部分重叠或不重叠，使光学有效面积扩大，但不会超过透镜元件130的入光面132，使全部光束B1可被传递至匀光元件140，而有任何浪费光束B1的任何部分。此外，光束B2、B3也因上述光路的配置而达到相同功效，因此本实用新型的投影装置可维持亮度。
图2为本实用新型的另一实施例的投影装置的示意图。请参考图2，图2的投影装置10中的照明系统100A与图1的投影装置10中的照明系统100大致相同，其主要差异如下。在本实施例中，照明系统100A省略了光扩散元件150。此时，可动式反射元件120较佳是使用白反射片。也就是说，借由可动式反射元件120的运动，本实用新型的实施例的照明系统100A即可产生良好品质的照明光束I，因此，照明系统100A的光能使用效率更佳，且成本较低。
图3为本实用新型的另一实施例的投影装置的示意图。请参考图3，图3的投影装置10中的照明系统100B与图1的投影装置10中的照明系统100大致相同，其主要差异如下。在本实施例中，光扩散元件150B例如是扩散板。由于本实用新型的实施例的照明系统100B使用光扩散元件150B，因此，除了上述光扩散元件150所具有的功能之外，使用光扩散元件150B可进一步使光束B1、B2、B3的光斑被放大，且使照明系统100B及投影装置10的体积较小。
在另一实施例中，照明系统100或照明系统100B也可同时设置光扩散元件150以及150B。
综上所述，在本实用新型的实施例的照明系统以及投影装置中，借由可动式反射元件的运动，照明系统因不同的光束以不同的角度入射至可动式反射元件所产生的光斑具有间隔的问题下降。因此，本实用新型的实施例的照明系统的照明品质较佳，且投影装置所投射出的画面的色均匀度也进一步提高。再者，借由可动式反射元件的运动，光束在透镜元件的光学有效面积大于光束在可动式反射元件的光学有效面积，使照明系统的照明光束更均匀。因此，对使用者来说，本实用新型的实施例的照明系统以及投影装置的使用体验较佳。
以上所述，仅为本实用新型的优选实施例而已，不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡是依照本实用新型权利要求书及实用新型说明书内容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到本实用新型所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索，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 (18)

1.一种照明系统，用于提供照明光束，其特征在于，所述照明系统包括至少一光源、可动式反射元件、透镜元件以及匀光元件，其中：
所述至少一光源用以发出至少一光束，所述至少一光束借由所述可动式反射元件反射后，再穿透所述透镜元件与所述匀光元件，以形成照明光束；以及
借由所述可动式反射元件的运动，使所述至少一光束在所述透镜元件的光学有效面积大于所述至少一光束在所述可动式反射元件的光学有效面积，其中所述光学有效面积为每一个所述光束在不同时间时照射至所述透镜元件或所述可动式反射元件的联集的面积。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，每一个所述光束照射至所述透镜元件的波长不随时间改变。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，照射至所述透镜元件以及所述可动式反射元件上的同一束所述光束的波长相同。
4.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述可动式反射元件的运动包括一个维度、两个维度及三个维度的移动、转动或震动。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述可动式反射元件的运动频率大于等于60Hz，且小于等于1000Hz。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括光扩散元件，在所述至少一光束的传递路径上设置于所述透镜元件与所述匀光元件之间。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述可动式反射元件为完全反射镜、半穿透半反射器或白反射片。
8.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述至少一光源为多个光源，且所述至少一光束为多个光束，所述多个光束包括至少两种波峰波长。
9.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述至少一光束以互相平行的方式入射至所述可动式反射元件的反射面在所述可动式反射元件的运动轴处。
10.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中：
所述照明系统用于提供照明光束，所述照明系统包括至少一光源、可动式反射元件、透镜元件以及匀光元件，其中：
所述至少一光源用以发出至少一光束，所述至少一光束借由所述可动式反射元件反射后，再穿透所述透镜元件与所述匀光元件，以形成照明光束；
借由所述可动式反射元件的运动，使所述至少一光束在所述透镜元件的光学有效面积大于所述至少一光束在所述可动式反射元件的光学有效面积，其中所述光学有效面积为每一个所述光束在不同时间时照射至所述透镜元件或所述可动式反射元件的联集的面积；
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用于将所述照明光束转换为影像光束；以及
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用于将所述影像光束投射至所述投影装置外。
11.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述每一光束照射至所述透镜元件的波长不随时间改变。
12.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，照射至所述透镜元件以及所述可动式反射元件上的同一束所述光束的波长相同。
13.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述可动式反射元件的运动包括一个维度、两个维度及三个维度的移动、转动或震动。
14.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述可动式反射元件的运动频率大于等于60Hz，且小于等于1000Hz。
15.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括光扩散元件，在所述至少一光束的传递路径上设置于所述透镜元件与所述匀光元件之间。
16.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述可动式反射元件为完全反射镜、半穿透半反射器或白反射片。
17.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述至少一光源为多个光源，且所述至少一光束为多个光束，所述多个光束包括至少两种波峰波长。
18.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述至少一光束以互相平行的方式入射至所述可动式反射元件的反射面在所述可动式反射元件的运动轴处。
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