照明系統(tǒng)及投影裝置制造方法及圖紙

一種照明系統(tǒng)，包括一光源模塊以及一屈光元件組。光源模塊在一物平面上提供一面光源，屈光元件組將位于物平面上的面光源投射于一像平面，其中屈光元件組具有一非球面，以使面光源上的一點(diǎn)在像平面與屈光元件組的光軸的交會(huì)處所產(chǎn)生的一中央光斑的方均根半徑大于面光源上的其他點(diǎn)在像平面的邊緣所產(chǎn)生的多個(gè)邊緣光斑的方均根半徑的平均值，以提供一在亮度分布上中央亮度大于邊緣亮度的面光源，進(jìn)而補(bǔ)償屏幕所造成的邊緣亮度減損程度較大的效應(yīng)。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
照明系統(tǒng)及投影裝置
本技術(shù)是有關(guān)于一種光學(xué)系統(tǒng)及顯示裝置，且特別是有關(guān)于一種照明系統(tǒng)及投影裝置。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)今科技技術(shù)的發(fā)展之下，大尺寸、高解析度的顯示裝置大都是使用一定數(shù)量的顯示裝置來(lái)拼接而成的電視墻(Video wall)。由于在多個(gè)顯示裝置的拼接上需要有顏色及亮度的一致性，因此背投影系統(tǒng)(Rear-projection system)藉由其光源上的一致性成為最適合電視墻的技術(shù)方案。為了提升觀察者所看到的亮度及色彩的均勻度，背投影系統(tǒng)的穿透式屏幕基本上都具有一片菲捏爾透鏡(Fresnel lens)及一片柱狀透鏡(Lenticular lens),菲捏爾透鏡將投影鏡頭所發(fā)出的發(fā)散主光線(chief ray)整形成為垂直屏幕方向，柱狀透鏡則接收來(lái)自菲捏爾透鏡的光線并控制光線出射屏幕的張角，也就是增加屏幕的可視角度。在屏幕亮度的均勻度上，最佳的均勻度為100%ANSI (American NationalStandards Institute)均勻亮度分布，也就是整個(gè)屏幕畫面的亮度完全一致。然而，背投影系統(tǒng)所發(fā)出的光在穿透穿透式屏幕時(shí)，會(huì)產(chǎn)生在亮度分布上中心亮度優(yōu)于周邊亮度的特性。也就是說(shuō)，由于穿透式屏幕的周邊因?yàn)楣饩€入射角度的增加，其穿透穿透式屏幕的光量也相對(duì)減少，因此穿透式屏幕的周邊亮度降低。此現(xiàn)象在短焦的投影系統(tǒng)上更顯嚴(yán)重，也因此無(wú)法藉由短焦式的投影來(lái)設(shè)計(jì)小體積的背投影系統(tǒng)，其中也還會(huì)有額外的電子訊號(hào)處理來(lái)改善此現(xiàn)象進(jìn)而增加其制作成本。美國(guó)專利第5868481號(hào)揭露了一種背投影顯示裝置，美國(guó)專利第4824225號(hào)揭露了一種照明光學(xué)系統(tǒng)，且美國(guó)專利第7023619號(hào)揭露了一種投影系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)提供一種照明系統(tǒng)，其適于提供一在亮度分布上中央亮度大于邊緣亮度的面光源，進(jìn)而補(bǔ)償屏幕所造成的邊緣亮度減損程度較大的效應(yīng)。本技術(shù)提供一種投影裝置，其適于提供一具有均勻亮度的影像。本技術(shù)的一實(shí)施例提供一種照明系統(tǒng)，包括一光源模塊以及一屈光元件組，光源模塊在一物平面上提供一面光源，屈光元件組將位于物平面上的面光源投射于一像平面，其中屈光元件組具有一非球面，以使面光源上的一點(diǎn)在像平面與屈光元件組的一光軸的交會(huì)處所產(chǎn)生的一中央光斑的方均根半徑大于面光源上的其他點(diǎn)在像平面的邊緣所產(chǎn)生的多個(gè)邊緣光斑的方均根半徑的平均值。本技術(shù)的一實(shí)施例提供一種投影裝置，包括一光閥、一照明系統(tǒng)、一投影鏡頭以及一穿透式屏幕。照明系統(tǒng)包括一光源模塊以及一屈光元件組，光源模塊在一物平面上提供一面光源，屈光元件組將位于物平面上的面光源投射于光閥的主動(dòng)表面上，其中屈光元件組具有一非球面，以使面光源上的一點(diǎn)在主動(dòng)表面與屈光元件組的一光軸的交會(huì)處所產(chǎn)生的一中央光斑的方均根半徑大于面光源上的其他點(diǎn)在主動(dòng)表面的邊緣所產(chǎn)生的多個(gè)邊緣光斑的方均根半徑的平均值。光閥將面光源轉(zhuǎn)換成一影像光束，投影鏡頭配置于影像光束的傳遞路徑上，穿透式屏幕配置于來(lái)自投影鏡頭的影像光束的傳遞路徑上。本技術(shù)的一實(shí)施例中，屈光元件組包括由物平面往像平面(主動(dòng)表面)排列的多個(gè)透鏡，且最靠近像平面(主動(dòng)表面)的透鏡的朝向像平面(主動(dòng)表面)的表面為非球面，或最靠近物平面的透鏡的朝向物平面的表面為非球面。本技術(shù)的一實(shí)施例中，光源模塊包括一發(fā)光元件以及一光均勻化元件，發(fā)光元件用以發(fā)出一照明光束，光均勻化元件配置于照明光束的傳遞路徑上，其中物平面位于光均勻化元件的出光側(cè)。本技術(shù)的一實(shí)施例中，中央光斑的幾何光斑半徑(Geometric spot radius)較這些邊緣光斑的幾何光斑半徑的平均值大。本技術(shù)的一實(shí)施例中，照明系統(tǒng)符合I1AtlM.05，其中^為像平面(主動(dòng)表面)與屈光元件組的光軸交會(huì)處的相對(duì)照度，且I1為像平面(主動(dòng)表面)邊緣的相對(duì)照度。本技術(shù)的一實(shí)施例中，中央光斑及這些邊緣光斑各具有一圓形區(qū)域，這些圓形區(qū)域的圓心各自位于中央光斑及這些邊緣光斑的中心點(diǎn)，且中央光斑的圓形區(qū)域中所具有的光能量占中央光斑的總光能量的α%，這些邊緣光斑中各邊緣光斑的圓形區(qū)域中所具有的光能量占邊緣光斑的總光能量的α%，其中中央光斑的圓形區(qū)域的半徑大于各邊緣光斑的圓形區(qū)域的半徑，且50 < α <95。本技術(shù)的一實(shí)施例中，非球面之靠近屈光元件組的光軸的部分為一彎曲凹面，且非球面之遠(yuǎn)離屈光元件組的光軸的部分為一環(huán)繞彎曲凹面的環(huán)狀彎曲凸面。 本技術(shù)的一實(shí)施例中，非球面之靠近屈光元件組的光軸的部份為一略為凸起的表面，且非球面之遠(yuǎn)離屈光元件組的光軸的部份為一環(huán)繞略為凸起的表面的環(huán)狀彎曲凸面。其中，非球面上R值為0.3的各點(diǎn)的偏移量(sag value)比值小于0.1，非球面上R值為0.5的各點(diǎn)的偏移量比值小于0.2，非球面上R值為0.7的各點(diǎn)的偏移量比值小于0.5，其中非球面上一點(diǎn)的R值為點(diǎn)與光軸的距離及非球面與光軸的最大距離的比值，點(diǎn)的偏移量比值為在非球面于光軸方向上之點(diǎn)的偏移量與非球面于光軸方向上的最大偏移量的比值。本技術(shù)的一實(shí)施例中，非球面符合非球面公式本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種照明系統(tǒng)，包括：一光源模塊及一屈光元件組，其中，所述光源模塊，在一物平面上提供一面光源，以及所述屈光元件組，將位于所述物平面上的所述面光源投射于一像平面，其中所述屈光元件組具有一非球面，以使所述面光源上的一點(diǎn)在所述像平面與所述屈光元件組的一光軸的交會(huì)處所產(chǎn)生的一中央光斑的方均根半徑大于所述面光源上的其他點(diǎn)在所述像平面的邊緣所產(chǎn)生的多個(gè)邊緣光斑的方均根半徑的平均值。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種照明系統(tǒng)，包括:一光源模塊及一屈光元件組，其中， 所述光源模塊，在一物平面上提供一面光源，以及 所述屈光元件組，將位于所述物平面上的所述面光源投射于一像平面，其中所述屈光元件組具有一非球面，以使所述面光源上的一點(diǎn)在所述像平面與所述屈光元件組的一光軸的交會(huì)處所產(chǎn)生的一中央光斑的方均根半徑大于所述面光源上的其他點(diǎn)在所述像平面的邊緣所產(chǎn)生的多個(gè)邊緣光斑的方均根半徑的平均值。2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述屈光元件組包括多個(gè)由所述物平面往所述像平面排列的透鏡，且最靠近所述像平面的所述透鏡的朝向所述像平面的表面為所述非球面，或最靠近所述物平 面的所述透鏡的朝向所述物平面的表面為所述非球面。3.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述光源模塊包括:一發(fā)光元件以及一光均勻化元件，所述發(fā)光元件用以發(fā)出一照明光束，所述光均勻化元件配置于所述照明光束的傳遞路徑上，其中所述物平面位于所述光均勻化元件的出光側(cè)。4.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述中央光斑的幾何光斑半徑較所述多個(gè)邊緣光斑的幾何光斑半徑的平均值大。5.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述照明系統(tǒng)符合I1AtlM.05，其中Itl為所述像平面與所述屈光元件組的所述光軸交會(huì)處的相對(duì)照度，且I1為所述像平面邊緣的相對(duì)照度。6.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述中央光斑及所述多個(gè)邊緣光斑各具有一圓形區(qū)域，所述多個(gè)圓形區(qū)域的圓心各自位于所述中央光斑及所述多個(gè)邊緣光斑的中心點(diǎn)，且所述中央光斑的所述圓形區(qū)域中所具有的光能量占所述中央光斑的總光能量的α%，所述多個(gè)邊緣光斑中各所述多個(gè)邊緣光斑的所述圓形區(qū)域中所具有的光能量占所述邊緣光斑的總光能量的α%，其中所述中央光斑的所述圓形區(qū)域的半徑大于各所述多個(gè)邊緣光斑的所述圓形區(qū)域的半徑，且50 < α <95。7.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面之靠近所述屈光元件組的所述光軸的部分為一彎曲凹面，且所述非球面之遠(yuǎn)離所述屈光元件組的所述光軸的部分為一環(huán)繞該彎曲凹面的環(huán)狀彎曲凸面。8.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面之靠近所述屈光元件組的所述光軸的部份為一略為凸起的表面，且所述非球面之遠(yuǎn)離所述屈光元件組的所述光軸的部份為一環(huán)繞該略為凸起的表面的環(huán)狀彎曲凸面。9.如權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面上R值為0.3的各點(diǎn)的偏移量比值小于0.1，所述非球面上R值為0.5的各點(diǎn)的偏移量比值小于0.2，所述非球面上R值為0.7的各點(diǎn)的偏移量比值小于0.5，其中所述非球面上一點(diǎn)的R值為所述點(diǎn)與所述光軸的距離及所述非球面與所述光軸的最大距離的比值，所述點(diǎn)的偏移量比值為在所述非球面于光軸方向上之所述點(diǎn)的偏移量與所述非球面于光軸方向上的最大偏移量的比值。10.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述非球面符合非球面公式 Z =- cy+^1V4 + A2y6 +ΑΔ\β+Α4\ι? + A5V12， I+ ^1-(1 +足)c2 j2^ 其中Z為在所述非球面于光軸方向上的偏移量，C是密切球面的半徑的倒數(shù)，K是二次曲面系數(shù)，y是于垂直所述非球面的光軸方向上的偏移量，而HHk5為非球面系數(shù)，其中-0.025〈c〈-0.005且-500〈K〈-40,非球面系數(shù)A1' A2、A3、A4、A5中的至少其中之一與c的正負(fù)號(hào)相反，所述非球面之y=0的位置所對(duì)應(yīng)的Z值不是最大值，所述非球面包括一斜率為O的位置，所述斜率為O的位置是指Z相對(duì)于y的一階導(dǎo)數(shù)為O的位置，且所述斜率為O的位置是落在y=0.3gamma至y=0.7gamma處,其中Y為所述非球面相對(duì)于所述光軸在y方向上的最大距離。11.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于:所述屈光元件組包括至少一反射鏡，且所述非球面為所述反射鏡的一反射面。12.一種投影裝置，包括:一光閥、一照明系統(tǒng)、一投影鏡頭以及一穿透式屏幕，其中所述照...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘浩煒，李貴宇，李建德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：揚(yáng)明光學(xué)股份有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：中國(guó)臺(tái)灣;71