TWI287111B - LED light concentrating system using imaging method - Google Patents

Description

1287111 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種集光系統，特別是和 ^ ^ 疋知一種利用成 像法的發光二極體集光系統。 【先前技術】 由於發光二極體（以下簡稱LED)的與日進步，當作两明 的應用也越來越普遍，在投影的應用上，如何有攻地收集 led發出的大角度光線，實為一重要研究方向，由於 光源具有面積較大，以及發光角度也大的兩個特點，造成 難以將LED光源當作點光源的困難。 一般習知投影機的照明系統可分為兩類，一類是利用 超高壓（ultra-high pressure，UHP)短弧光（arc)燈泡配合透鏡 陣列集中與均勻光線，然必須配合一大體積之反射罩，且 此類光源含有大量的紫外線與紅外線光，容易傷害投影機 内的光學元件，長時間的使用會造成這些光學元件壽命快 速損耗。另一類是利用積分管來進行勻光的作用，但是此 -方式的入射光線與出射角度相同’或者出射光線的角度 縮小，但是出射面的面積變大，而且利用積分管方式必須 在出口處連接搭配一組傳遞锈倍έ 一 丨哥遴远鏡組以將出射口的影像投影 至顯示單元上’如此一來’整個導光系統加上勻光系統的 長度將會非常長。 【發明内容】 口此本Is明之-目的’即在提供_種縮小體積空間 之利用成像法的發光二極體集光系統。本發明之另一目的 1287111 ’即在提供一種可收集到大角度光線之利用成像法的發光 二極體集光系統。

於是’本發明利用成像法的發光二極體集光系統是包 έ至少一發光二極體組、一虛像透鏡組及一實像透鏡組。 發光二極體組提供一光束，虛像透鏡組具有一第一有效焦 距且發光二極體組與虛像透鏡組之距離係小於第一有效焦 距’以在發光二極體組遠離虛像透鏡組之方向形成發光二 極體組光束之一虛像，實像透鏡組具有一第二有效焦距且 虛像與實像透鏡組之距離係大於第二有效焦距，使發光二 極體組光束之虛像在一預定位置形成一實像。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配a參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 參閱圖1與圖2，本發明利用成像法的發光二極體集光 系統之較佳實施例包含，依序在一主軸丨上之至少一發光 一極體組2、一虛像透鏡組3及一實像透鏡組4。 發光二極體組2提供—光束且具有-基材21、位於基 材21上且面對虛像透鏡組3的三原色發光二極體a及一 覆蓋該三原色發光二極體22的半球形透鏡”，三原色發光 極體22包括紅光發光二極體、綠光發光二極體及藍光發 光二極體，係陣列形式咖，其發出之光束可經半球料 鏡B往中央軸^偏折射出，半球形透鏡23之折射率約為 1.5卜此外’發光二極體組2之各式型態及組件應為熟習該 6 1287111 項技藝者所孰知，a并db I & 、 - 且並非本案改良重點所在，故在此不再 贅速’特別說明的是’本例中發光二極體组2之數目是以 -說明’然亦可視亮度設計需求而為複數 例所揭露者為限。 Μ她 虛像透鏡組3具有—第—有效焦距，其數值約介於 8.7〜n.4軸（毫旬，且發光二極體組2與虛像透鏡組3之 距離係小於第一有效焦距’本例中’虛像透鏡組3是以且 有-鄰近發光二極體組2的第一透鏡31及一遠離發光二極 體組2的第二透鏡32說明，且第-、第二透鏡31、32皆 為正透鏡，然易而推知’透鏡數目並非其限制。而第一、 第二透鏡31、32之詳細組成參數，請參閱下列表一： 表一

具有一第二有效焦距，其 . η 7入 at、此， 數值約介於30〜42 mm，本例中，實像透鏡組4是以具有 鄰近發光二極體組2的第二透镑4 1 » 、土 ^ 乐一迓鏡41及一遠離發光二極體組 2的第四透鏡42說明，且第二、第读 乐一弟四逍鏡41、42皆為正透 鏡，同樣地易而推知’透鏡數目並非其限制。而第三、第 四透鏡41、42之詳細組成參數，請參閱下列表二 7 1287111

光圈大小（mm)材質種類 至下一表面的 距離（mm)

以下詳述本發明之作用原 組2之基材21相對於主^之半高度為h，且三 二極體22之發射光束與主軸丨之失角為丁，發射光束= 由半球形透鏡23沿主軸丨延伸方向偏折射離，接著，再進 入虛像透鏡組3,且被其中之第一、第二透鏡μ、”將光 束會聚，由於發光二極體組2係位於虛像透鏡組3之第一 有效焦距内，因此，當將發光二極體組2視為一成像系統 之物面時，可於發光二極體組2遠離虛像透鏡組3之方、向（ 也就是該物面後方）對應形成一放大的虛像5，定義該放大 虛像5之基材的半高度為h，，且該虛像5發出之光束與主 軸1夹角為t，較佳地，（1/3)T<t<(1/2)T。經過虛像透鏡組3 的光束接著通過實像透鏡組4，一般而言，該虛像5位置與 實像透鏡組4之距離係大於第二有效焦距，藉此，在實像 透鏡組4前方一預設位置處可形成發光二極體組2光束之 一像面’且該像面為一實像，其中，在該預設位置處可設 置一光閥6 ’光閥6恰可接收實像透鏡組4投射之光束，光 闊6可為但不限於一反射式液晶面板（LCOS)，並且，定義 1287111 實透鏡組4之放大率為m，則像面之高度（放大率）為 此像面即為S亥虛像5光源所產生的像，當然，熟悉 :項技藝者當知’藉由移動實像透鏡组4與虛像透鏡組3 ，相對距離，即可調整系統之放大率，以達到變化像面大 即照明區域大小)的目的，本例中，虛像透鏡組3及實 像透鏡組4之相對距離較佳地係介於13〜26 _。 特別說明的是，以上第一〜四透鏡mil皆 2以正透鏡說明，然熟習該項技藝者當知，亦可搭配負透 、’見使用，不應以本實施例所揭露為限。 ’不上所述，本發明利用成像法的發光二極體集光系統 ’由於其虛像透鏡組3及實像透鏡組4之搭配利用，可省 去習知積分管、透鏡陣列或是傳遞透鏡組等等元件，節省 其所佔據的體積，並且，可藉由調整虛像透鏡組3及實像 透鏡組4之相對距離，以達到調整照明區域大小的目的， 再者，可克服習知LED之大角度光線不易收集利用之困難 ’經由虛像透鏡組3可收集大角度光束，將其轉換成小角 度光束’再經由實像透鏡組4將其成像在光閥6上。 准以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 =以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明申請專利 軌圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 土—圖1是本發明利用成像法的發光二極體集光系統之較 佺見軛例的一不意圖，說明一發光二極體組及一虛像透鏡 1287111 圖2是該較佳實施例的一示意圖，說明一實像透鏡組 ;及 圖3是該較佳實施例的一示意圖，說明一第三透鏡及 一^第四透鏡。

10 1287111 【主要元件符號說明】 2…… ••…發光二極體組 體 3…… ••…虛像透鏡組 23…… ••…半球形透鏡 4…… ••…實像透鏡組 31 ••…第一透鏡 5…… ••…虛像 32 …··第二透鏡 6…… .....光閥 41 ····. ••…第三透鏡 1…… .....主軸 42••… ……第四透鏡 21 •… …··基材 22.···. ••…三原色發光二極

Claims (1)

1287111 - 十、申請專利範圍： 1 · 一種利用成像法的發光二極體集光系統，包含·· - 至少一發光二極體組’提供一光束； • 一虛像透鏡組，具有一第一有效焦距且該發光二極 體組與該虛像透鏡組之距離係小於該第一有效焦距，以 在該發光二極體組遠離該虛像透鏡組之方向形成該發光 二極體組光束之一虛像；及 一實像透鏡組，具有一第二有效焦距且該虛像與該 # 實像透鏡組之距離係大於該第二有效焦距，使該發光二 極體組光束之該虛像在一預定位置形成一實像。 2.依據申請專利範圍第！項所述之集光系統，其中，該發 光二極體組具有面對該虛像透鏡組之三原色發光二極體 及一覆蓋該三原色發光二極體的半球形透鏡。 3·依據申請專利範圍第丨項所述之集光系統，其中，該虛 像透鏡組具有一鄰近該發光二極體組的第一透鏡及一遠 離該發光二極體組的第二透鏡。 鲁4.依據申請專利範圍帛丨項所述之集光系統今其中’該第 有效焦距之數值介於8·7〜17.4毫米。 5 ·依據申％專利範圍第3項所述之集光系統，其中，該第 、弟一透鏡皆為一正透鏡。 .6·依據申請專利範圍第1項所述之集光系統，其中，該虛 像透鏡組及該實像透鏡組之距離介於13〜26毫米。 依據申5月專利範圍第1項所述之集光系統，其中，該第 二有效焦距之數值介於30〜42毫米。 12 1287111 8.依據申請專利範圍第1項所述之集光系統，其中，該實 像透鏡組具有一鄰近該發光二極體組的第三透鏡及一遠 . 離該發光二極體組的第四透鏡。 . 9.依據申請專利範圍第8項所述之集光系統，其中，該第 三、第四透鏡皆為一正透鏡。

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