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CN213690208U - 照明系统及投影装置 - Google Patents

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CN213690208U CN202023013425.6U CN202023013425U CN213690208U CN 213690208 U CN213690208 U CN 213690208U CN 202023013425 U CN202023013425 U CN 202023013425U CN 213690208 U CN213690208 U CN 213690208U
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Abstract

一种用以提供照明光束的照明系统。照明系统包括光源模块、散射元件以及匀光元件。光源模块用以发出照明光束。散射元件设置在光源模块与匀光元件之间。散射元件具有不同雾度的多个散射区。在多个散射区的任两者中，靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度。一种投影装置亦被提出。本实用新型的散射元件具有不同雾度的多个散射区，且靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度，使照明系统及投影装置的光能量的利用率提高。

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
一般来说，雷射投影机中包含光源模块、滤光色轮、匀光元件、光阀以及投影镜头。滤光色轮包含红光、绿光、蓝光等部分。光源模块所发出的照明光束在经过滤光色轮后依序滤出红光、绿光、蓝光后进入匀光元件。从匀光元件出来的光线经聚光透镜(condenserlens)后传递至光阀，并透过投影镜头投影至屏幕上。
然而，上述的红光、绿光、蓝光的发光角度在空间上分布不一致，导致投影机的颜色均匀度分布不佳。而为了解决各色光的发光角度在空间上分布不一致的问题，通常搭配散射元件来使各色光的张角增大。虽然散射元件使光束的张角增大了，但匀光元件收光角度有限，反而导致入光效率降低。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本案内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本案一个或多个实施例所要解决的问题，在本案申请前已被所属技术领域中的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，其能在提高色均匀度分布的情况下，进一步提高光能量的利用率。
本实用新型的一实施例的照明系统用以提供照明光束。照明系统包括光源模块、散射元件以及匀光元件。光源模块用以发出照明光束。散射元件设置在光源模块与匀光元件之间。散射元件具有不同雾度的多个散射区。在多个散射区的任两者中，靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度。
本实用新型的一实施例的投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束投射出投影装置。照明系统包括光源模块、散射元件以及匀光元件。光源模块用以发出照明光束。散射元件设置在光源模块与匀光元件之间。散射元件具有不同雾度的多个散射区。在多个散射区的任两者中，靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统及投影装置设有散射元件，散射元件具有不同雾度的多个散射区，且靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度，因此，照明系统及投影装置在提高色均匀度分布的情况下，进一步提高了光能量的利用率。
附图说明
图1是根据本实用新型的一实施例的一种投影装置的示意图。
图2是散射元件相对于匀光元件的示意图。
图3是照明光束依序穿过散射元件及匀光元件的示意图。
图4是根据本实用新型的一实施例的散射元件与匀光元件的入光面之间具有夹角的示意图。
图5是根据本实用新型的另一实施例的一种散射元件的示意图。
图6是根据本实用新型的又一实施例的一种散射元件的示意图。
具体实施方式
图1是根据本实用新型的一实施例的一种投影装置的示意图。请参考图1，本实用新型的一实施例的投影装置10包括照明系统100、光阀200以及投影镜头300。照明系统100用以提供照明光束I。光阀200配置于照明光束I的传递路径上，且用以将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头300配置于影像光束IB的传递路径上，且用以将影像光束IB投射出投影装置10。
在本实施例中，照明系统100包括光源模块110、散射元件120以及匀光元件130。光源模块110用以发出照明光束I。光源模块110可包括发光二极管(Light-emitting diode,LED)元件或激光二极管(Laser diode,LD)等光源，并发出照明光束I中的各种色光，例如红光、绿光及蓝光，但不局限于此。在另一实施例中，照明系统100可包括波长转换元件及滤光元件，波长转换元件例如是荧光轮(Phosphor wheel)，滤光元件例如是色轮(Colorwheel)。光源模块110包括激光二极管，发出激发光，并使激发光传递至波长转换元件及滤光元件。在照明系统100的其中一个时序，照明系统100输出激发光，使照明系统100发出照明光束I中的激发光的色光。在其他时序，激发光透过波长转换元件及滤光元件转换为其他光色不同于激发光的色光，使照明系统100发出照明光束I中的其他色光。
在一实施例中，照明系统100可包括合光模块，且上述的光源模块110包括合光模块。合光模块例如还包括分光元件或反射元件，以将不同光色的光导引至匀光元件130。在一实施例中，合光模块可包括波长转换元件及滤光元件。
在本实施例中，散射元件120设置在光源模块110与匀光元件130之间。散射元件120例如是散射片。散射元件120的材质例如是光散射材料或具有散射微结构。匀光元件130可为空心元件、实心元件(例如是积分柱(Integration Rod))或微透镜阵列，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。
在本实施例中，照明光束I借由散射元件120扩大其光束张角。照明光束I依序穿透散射元件120以及匀光元件130，使照明系统100输出照明光束I。
图2是散射元件相对于匀光元件的示意图。图2所绘示的视角例如是从图1的散射元件120的入光面120S1往出光面120S2的方向。请同时参考图1与图2，在本实施例中，散射元件120具有不同雾度的多个散射区120R1、120R2。散射元件120的多个散射区120R1、120R2由光散射材料形成或具有散射微结构，使每一散射区120R1、120R2的雾度大于0。在本实施例中，前述的光散射材料或散射微结构可设置在散射元件120的入光面120S1或出光面120S2。
在本实施例中，在多个散射区120R1、120R2的任两者中，靠近散射元件120的中心120C的一者(如散射区120R1)的雾度大于远离中心120C的另一者(如散射区120R2)的雾度。
在本实施例中，匀光元件130的入光面130S1的中心轴130C穿过位于散射元件120的中心120C的多个散射区120R1、120R2的一者(如散射区120R1)。
在本实施例中，位于散射元件120的中心120C的多个散射区120R1、120R2的一者(例如散射区120R1)于匀光元件130的入光面130S1的正投影与匀光元件130的入光面130S1完全重叠，且其余的多个散射区120R1、120R2(例如散射区120R2)于匀光元件130的入光面130S1的正投影与匀光元件130的入光面130S1部分重叠。
请再参考图1，在本实施例中，散射元件120与匀光元件130之间的距离D大于0毫米且小于等于2.7毫米。其中，当散射元件120与匀光元件130紧靠时，使距离D大于0毫米有利于避免因组装时的调整而导致散射元件120或匀光元件130的元件破损。此外，当距离D小于等于2.7毫米时，有效地减少部分的照明光束I无法入射至匀光元件130，因此，本实用新型一实施例的照明系统100或投影装置10的光能量的利用率较佳。
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。此外，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。
图3是照明光束依序穿过散射元件及匀光元件的示意图。请参考图3，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统100及投影装置10设有散射元件130，照明光束I穿过散射元件130后，其光束的张角增大，使照明光束I在匀光元件130内的反射次数增加了，因此照明系统100及投影装置10的色均匀度较佳。再者，散射元件130具有不同雾度的多个散射区120R1、120R2，且靠近散射元件120的中心120C的一者的雾度大于远离中心120C的另一者的雾度，使得照明光束I从靠近散射元件120的中心120C的散射区120R1出射后的张角，大于从远离散射元件120的中心120C的散射区120R2出射后的张角。因此，从远离散射元件120的中心120C的散射区120R2出射的照明光束I仍能有效地被导引至匀光元件130，使照明系统100及投影装置10光能量的利用率提高。
图4是根据本实用新型的一实施例的散射元件与匀光元件的入光面之间具有夹角的示意图。请参考图4，在本实施例中，散射元件120’与匀光元件130的入光面130S1之间的夹角θ大于0度且小于10度。其中，散射元件120’倾斜设置可将圆形光斑及圆对称角度分布的照明光束I变形为椭圆形光斑的照明光束I，因此增加了光线在匀光元件130中的反射次数，以提升均匀度。
在图4中，散射元件120’与匀光元件130之间的最短距离及最大距离分别为D1及D2，其中距离D1较佳是大于0毫米，且距离D2较佳是小于等于2.7毫米
图5是根据本实用新型的另一实施例的一种散射元件的示意图。图5的左侧示意了散射元件120”俯视图，且右侧示意了散射元件120”侧视图。请参考图5，图5的散射元件120”与图2的散射元件120相似，其主要的差异在于，散射元件120”具有散射区120R1、120R2、120R3。在本实施例中，散射区120R1、120R2、120R3以中心120C排列成同心圆，其中设置更多的散射区进一步提高了照明系统及投影装置的色均匀度，且光能量的利用率也更高。
图6是根据本实用新型的又一实施例的一种散射元件的示意图。图6的左侧示意了散射元件120”’俯视图，且右侧示意了散射元件120”’侧视图。请参考图6，图6的散射元件120”’与图5的散射元件120”相似，其主要的差异在于，在多个散射区120R1、120R2、120R3的任两者中，靠近散射元件120”’的中心120C的一者的厚度大于远离中心120C的另一者的厚度。例如，散射区120R1的厚度H1大于散射区120R2的厚度H2，且散射区120R2的厚度H2大于散射区120R3的厚度H3。在制作上，散射元件120”’可由多片具有不同面积但雾度相同的玻璃迭加制作而成，因此，散射元件120”’在制程上较为简单。
综上所述，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统及投影装置设有散射元件，因此照明系统及投影装置的色均匀度较佳。再者，散射元件具有不同雾度的多个散射区，且靠近散射元件的中心的一者的雾度大于远离中心的另一者的雾度，使照明系统及投影装置光能量的利用率提高。
惟以上所述者，仅为本案的较佳实施例而已，当不能以此限定本案实施的范围，即凡依本案权利要求书及实用新型内容所作简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本案的任一实施例或权利要求不须达成本案所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本案的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(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。
附图标记说明：
10:投影装置
100:照明系统
110:光源模块
120、120’、120”、120”’:散射元件
120C:中心
120R1、120R2、120R3:散射区
120S1、130S1:入光面
120S2、130S2:出光面
130:匀光元件
130C:中心轴
200:光阀
300:投影镜头
D、D1、D2:距离
H1、H2、H3:厚度
I:照明光束
IB:影像光束
θ:夹角。

Claims (20)

1.一种照明系统，用以提供照明光束，其特征在于，所述照明系统包括光源模块、散射元件以及匀光元件，其中：
所述光源模块用以发出所述照明光束；以及
所述散射元件设置在所述光源模块与所述匀光元件之间，所述散射元件具有不同雾度的多个散射区，在所述多个散射区的任两者中，靠近所述散射元件的中心的一者的雾度大于远离所述中心的另一者的雾度。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述散射元件与所述匀光元件之间的距离大于0毫米且小于等于2.7毫米。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光元件的入光面的中心轴穿过位于所述散射元件的所述中心的所述多个散射区的一者。
4.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，位于所述散射元件的所述中心的所述多个散射区的一者于所述匀光元件的入光面的正投影与所述匀光元件的所述入光面完全重叠，且其余的所述多个散射区于所述匀光元件的所述入光面的正投影与所述匀光元件的所述入光面部分重叠。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述散射元件的所述多个散射区由光散射材料形成或具有散射微结构。
6.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述光散射材料或所述散射微结构设置在所述散射元件的入光面或出光面。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，在所述多个散射区的任两者中，靠近所述散射元件的所述中心的一者的厚度大于远离所述中心的另一者的厚度。
8.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光元件为空心元件、实心元件或微透镜阵列。
9.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述散射元件与所述匀光元件的入光面之间的夹角大于0度且小于10度。
10.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述散射元件的每一所述多个散射区的雾度大于0。
11.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中：
所述照明系统用以提供照明光束；
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束；以及
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置，并且所述照明系统包括光源模块、散射元件以及匀光元件，其中：
所述光源模块用以发出所述照明光束；以及
所述散射元件设置在所述光源模块与所述匀光元件之间，所述散射元件具有不同雾度的多个散射区，在所述多个散射区的任两者中，靠近所述散射元件的中心的一者的雾度大于远离所述中心的另一者的雾度。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述散射元件与所述匀光元件之间的距离大于0毫米且小于等于2.7毫米。
13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述匀光元件的入光面的中心轴穿过位于所述散射元件的所述中心的所述多个散射区的一者。
14.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，位于所述散射元件的所述中心的所述多个散射区的一者于所述匀光元件的入光面的正投影与所述匀光元件的所述入光面完全重叠，且其余的所述多个散射区于所述匀光元件的所述入光面的正投影与所述匀光元件的所述入光面部分重叠。
15.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述散射元件的所述多个散射区由光散射材料形成或具有散射微结构。
16.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述光散射材料或所述散射微结构设置在所述散射元件的入光面或出光面。
17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，在所述多个散射区的任两者中，靠近所述散射元件的所述中心的一者的厚度大于远离所述中心的另一者的厚度。
18.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述匀光元件为空心元件、实心元件或微透镜阵列。
19.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述散射元件与所述匀光元件的入光面之间的夹角大于0度且小于10度。
20.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述散射元件的每一所述多个散射区的雾度大于0。
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