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TWI363191B - Lens array and illumination module - Google Patents

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TWI363191B
TWI363191B TW096151573A TW96151573A TWI363191B TW I363191 B TWI363191 B TW I363191B TW 096151573 A TW096151573 A TW 096151573A TW 96151573 A TW96151573 A TW 96151573A TW I363191 B TWI363191 B TW I363191B
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lens
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Ko Shun Chen
Ching Chuan Wei
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Aixin Technologies Llc
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Description

1363191 PT1079 25540twf.doc/d 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種投影裝置，且特別是有關於一種 透鏡陣列及使用其之照明模組。 【先前技術】 圖1為習知一種照明模組之示意圖。請參照圖1，照 明模組100具有一光源110、一第一透鏡陣列120、一第二 透鏡陣列130以及一偏振轉換系統14〇。光源11〇可發出 一照明光束L10 ’而第一透鏡陣列12〇以及第二透鏡陣列 130依序配置於照明光束L10的光路徑上。第一透鏡陣列 120以及第二透鏡陣列130使照明光束li〇均勻化，而偏 振轉換系統140配置於來自第二透鏡陣列130之照明光束 L10的光路徑上，並使照明光束L10形成一偏振化之偏振 光束L20。 偏振轉換系統140具有多個吸收元件142、多個偏振 分光元件144、多個反射元件146以及多個半波片148。照 明光束L10入射偏振分光元件144，而部分照明光束L10 穿透偏振分光元件144及半波片148 ;另一部分照明光束 L10則被偏振分光元件144反射至反射元件146，並被反 射元件146反射而穿出偏振轉換系統140。 吸收元件142、偏振分光元件144、反射元件146以 及半波片148相對一對稱面14〇a對稱配置，而第一透鏡陣 列120以及第二透鏡陣列130分別具有多個第一透鏡122 6 1363191 PT1079 25540twf.d〇c/d 及多個第二透鏡132，而每—第—透鏡122及每一第二透 鏡m &對應至―偏振分光元件144之中心點。由於偏振 轉換系統14G為對賊置，目此在鄰近對稱面14如兩側會 有相鄰對稱之二偏振分光元件144a。為配合兩相鄰對稱之 偏振分光兀件144a’使第—透鏡122a及第二透鏡132a皆 對應至偏振分光元件144a之中心點，對應於偏振分光元件 144a之第-透鏡l22a及第二透鏡132&的寬度d，會小於第 透鏡122及第—透鏡m之寬度d。如此，會使通過第 一透鏡陣列120以及第二透鏡陣列130之照明光束L10產 生不連續。 【發明内容】 本發明提出一種透鏡陣列’可使通過此透鏡陣列之照 明光束較均勻。 本發明提出一種照明模組，其具有較佳的均勻度及效 率。 本發明之一實施例提供一種透鏡陣列，包括一第一透 鏡群、一第二透鏡群以及一對稱面。第一透鏡群包括具有 第一光學曲面之多列第一透鏡，而第二透鏡群包括具有第 二，學曲面之多列第二透鏡。每一第一透鏡及第二透鏡沿 一第一軸延伸。第二透鏡群沿一垂直於第一軸之第二轴配 置於第一透鏡群之兩側，而第二光學曲面之光軸垂直於第 一轴與第二軸，且第一光學曲面之光軸垂直第一軸並與第 二光學曲面之光輛具有大於0度且小於6度的夾角。對稱 1363191 PT1079 25540twf.d〇c/d 面垂直第二減通過第_透’使 鏡群分別以對稱面為基準對稱設置，而第=曲= 光軸上之-法向量遠離對稱面。 九千曲面在其
、廣本ΓΓμΙ另—實施例提供一種照明模組，包括一光 源、一偏振轉換系統、—第—透鏡陣列（即上述透鏡陣列） 以及一第—透鏡陣列。光源適於發出—照批束。偏振轉 換糸統配置於照明光束之光路徑上，以將照明光束轉換成 二偏振光束。第一透鏡陣列配置於照明光線之光路徑上， 並位於光源與偏振轉換魏之間。第二魏陣列配置於照 明光線之光路徑上，並位於第—透鏡_與偏 統 之間。 在本發明之一實施例中，第一光學曲面及第二光學曲 面之曲率相同。此外，上述每一第一透鏡與每一第二透鏡 沿第二軸之寬度可相同。 在本發明之一實施例中，上述該些第一透鏡的數目係 為二列，並組成第一透鏡群。
在本發明之一實施例中/述第一光學曲面之光軸與 第二光學曲面之光軸之夾角為^^摩。 '、 在本發明之一實施例中，上述第一透鏡群更包括多列 第三透鏡，其中每一第丨三透鏡具有一第三光學曲面，且每 一第三透鏡沿第一軸延伸，該些第三透鏡並沿第二軸配置 於該些第一透鏡之兩側，且第三光學曲面之光軸垂直第一 轴並與第二光學曲面之光軸具有一大於1.5度且小於4度 的夾角。此外，第三光學曲面之光軸與第二光學曲面之光 8 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 軸之夾角可為2.5度。 在本發明之一實施例中， 型偏振轉換系統。 在本發明之上述實施例中，因第一光學曲面之光轴與 第二光學曲面之光軸具有-失角，因此可使通過第一透鏡 的照明光束的投影寬度往第二轴的方向拉伸。如此，可降 低因偏振轉換系統所產生的不連.提高_模 明
品質。 · 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉多個實_，並合所關式’作詳細說明如下。 【實施方式】 下列各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本 發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用 語，例=r上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」
上逃偏振轉換系统為一對稱 等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是 用來說明’而非用來限制本發明。 圖2為本發明一實施例中照明模組的示意圖。請參照 圖2，照明模組2〇〇可做為一投影裝置之照明模組。照明 模組200包括一光源21〇、一第一透鏡陣判3〇〇、一第二透 鏡陣列220以及一偏振轉換系統230。光源210可發出一 照明光束L10。第一透鏡陣列3〇〇、第二透鏡陣列220以 及偏振轉換系統230依序配置於照明光束L10之光路徑 上。照明光束L10通過第一透鏡陣列3〇〇以及第二透鏡陣 9 PT1079 25540twf.doc/d 列220後形成均勻化的照明光束Lio,而偏振轉換系統230 則將照明光束L10轉換為一偏振光束L20。 詳細來說，第一透鏡陣列300包括一第一透鏡群310 以及一第二透鏡群320。第一透鏡群310具有多列第一透 鏡312’而第二透鏡群320具有多列第二透鏡322,其中每 一第一透鏡312具有一第一光學曲面312b，而每一第二透 鏡322具有一第二光學曲面322b。每一第一透鏡312及每 一第二透鏡322沿一第一軸X延伸。該些第二透鏡322沿 一垂直於第一軸X之第二轴γ配置於第一透鏡群31〇之兩
側’而這些第二光學面322b之光轴322a垂直於第一轴X 與第二軸γ，且這些第一光學面312b之光軸312a垂直第 一軸X並與該第二光學面322b之光軸322a具有一夾角0 1 〇 更具體而言，第一透鏡陣列3〇〇具有與第二轴γ垂直 並通過第—透鏡群310之一對稱面300a，使第一透鏡群310 與第二透鏡群320分別以對稱面300a為基準對稱設置，而 1些第—光學曲面312b在其光軸312a上的一法向量312c 遠離對稱面300a，而法向量312c通過並垂直第一光學曲 ，312b。換句話說，這些第一光學曲面312b之光轴312a 疋向外延伸’其中夾角θ1大於0度且小於6度，在本實 施例中’失角<91可為3.5度。 ，本實施例中，偏振轉換系統230可為一對稱型偏振 ，換系統。偏振轉換系統230可具有多個吸收元件232、 夕個偏振分光元件234、多個反射元件236以及多個半波 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 片238。偏振分光元件234例如為偏振分光稜鏡，而反射 元件236例如為反射棱鏡，且吸收元件232配置於反射元 件236上’而半波片238配置於偏振分光元件234上。照 明光束L10入射偏振分光元件234，而部分照明光束L10 穿透偏振分光元件234及半波片230;另一部分照明光束 L10則被偏振分光元件234反射，並被反射元件230反射。 偏振轉換糸統230具有一對稱面230a，而吸收元件 232、偏振分光元件234、反射元件236以及半波片238以 對稱面230a為甲心沿第二軸γ對稱排列，而鄰接對稱面 230a兩側則配置有相鄰的偏振分光元件23如。每一第二透 鏡322可對應於一偏振分光元件2弘設置，而每一第一透 鏡312則可對應於一偏振命光元件234&設置，並使第一透 鏡陣列之對稱面300a與偏振轉換系統230之對稱面230a 重合。 一由於第一光學曲面312b之光軸312a沿第二轴Y與第 光于曲面322b之光軸322a具有一失角0 1，如此可使通 過第一透鏡312之照明光束l1〇的投影寬度往第二軸γ的 方向拉伸’因此可改善相鄰之偏振分光元件23如所造成的 陰影’使偏振光束L20更均勻。 ^表1及表2為習知照明模組與本實施例之透鏡陣列比 ^表’圖3A為圖2之照賴域發出之偏振絲的照度 刀佈圖’而圖3B為習知照明模組所發出之偏振光束的照 度分佈圖。 明參照表卜圖3A及圖3B，比較圖3A及圖3B可看 11 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 出本實施例之偏振光束L 2 0的照度分佈明顯較習知技術之 照明光束照度分佈均勻。另外，由表1中可得知，本實施 例之照明模組在效率和均勻度亦較習知技術高。請參照表 2,本實施例之照明模組2〇〇與習知透鏡陣列搭配非對稱型 偏振轉換系統之照明模組相較之下，亦有較高之效率及均 勻度。 表1 效率 均勻度 習知透鏡陣列搭配對稱型偏振轉換系統 53% 83% 本實施例之第一透鏡陣列搭配對稱型偏 振轉換系統 54.2% 93% 增益比 2.26% 12% 效率 均勻度 習知透鏡陣列搭配非對稱型偏振轉換系 51.9% 81% 本實施例之第一透鏡陣列搭配對稱型偏 54.2% 93% 振轉換系統 增益比 4.43% 14.8%
在本實施例中，第一透鏡群31()可具有二列第一透鏡 312 ’但本發明並不以此為限，本領域的技術人員可以上述 12 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 參 表3 效率 均勻度 習知透鏡陣列搭配非對稱型偏振轉換系 統 51.9% 81% 本實施例之第一透鏡陣列搭配對稱型偏 振轉換系統 56% 94% 增益比 7.9% 16% 綜上所述，由於本發明之上述實施例中第一光學曲面 之光軸與第二光學曲面之光轴具有一夾角，如此可使通過 第一透鏡之照明光束的投影寬度往第二軸的方向拉伸，因 此可改善偏振轉換系統中相鄰之偏振分光元件所造 影，使偏振光束更均勻。 =
此外，在上述實施例中，更可使第一透鏡之第一光學 曲面與第二透鏡之第二光學曲面的曲率相同以降低 第一透鏡陣列之難度，進而降低製作成本。另外，更 第一透鏡與第二透鏡在第二軸上之寬度相同，以進一半 低成本。 / 除此之外，在上述實施例中，第一透鐘 列第三透鏡。第三透鏡之第三光學面的光輛具有多 面之光軸具有一夾角。如此可更進一步使光學 化，提高照明模組之照明品質。 、光束均勻 用以限定 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非 丄 PT1079 25540twf.d〇c/d 發明所揭•之入^實闕或”補翻·達成本 ㈣僅《 ^王部目的或優點或特點。此外，摘要部分和 日I之播=來_專利文件搜尋之用’並非用來限制本發 明之權利範圍。 +
【圖式簡單說明】 圖1為習知一種照明模組之示意圖。 圖2為本發明—實施例巾照賴組的示意圖。 圖3Α為圖2之照明模組所發出之偏振光束的照度分 $圖。 圖3Β為習知照明模組所發出之偏振光束的照度分佈 I ° 圖4為本發明另一實施例之照明模組。
j月#何所屬技術領域中 ==和範圍内，當可作些許之更動:二= ^發，㈣範圍當視後附之中請專利範圍所界定者為 【主要元件符號說明】 d ' d’ ：寬度 L10 :照明光束 L20 :偏振光束 X ·第一轴 Y :第二軸 <91、02:夾角 15 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 312a、322a、314a :光轴 312b :第一光學曲面 312c :法向量 314 :第三透鏡 314b :第三光學曲面 320 :第二透鏡群 322 :第二透鏡 322b :第二光學曲面 17

Claims (1)

13.63191 PT1079 25540twf.doc/d
十、申請專利範園·· 1. 一種透鏡陣列，.包括： 一第一透鏡群，具有多列第一透鏡，其中每一該第一 透鏡具有一第一光學曲面，且每一該第一'透鏡沿一第一轴 延伸； —第二透鏡群，具有多列第二透鏡，其中每一該第二 透鏡具有一第二光學曲面，且每一該第二透鏡沿該第一軸
/ =伸，該些第二透鏡並沿一垂直於該第一轴之第二轴配置 2該第一透鏡群之兩側，而每二該第二光學曲面之光軸垂 該第—轴與該第二軸，且該第-光學曲面之光軸垂直 小^轴並與該第二光學曲面之該光軸具有一大於〇'度且 於6度的夾角；以及
苐稱面’垂直該第二轴並通過該第—透鏡群，使該 置=群與該第二透鏡群分別㈣對稱面為基準對稱設 該辦稱Sr該第—光學曲面在其該光軸上之—法向量遠離 第請專利範圍第1項所述之透鏡陣列，其中該 ^曲面及該第二光學曲面之曲率相同。 〜該第利範11第1項所述之透鏡陣列，其中每 4.如，第二透鏡沿該第二軸之寬度相同。 些第^利範圍第1項所述之透鏡陣列，其十該 5二 == 二列，並組成該第-透鏡群。 第1學曲面之該第^項透鏡陣列，其中該 /、通第—先學曲面之該光軸之夾角 18 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 為3.5度。 6. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡陣列，其中該 第一透鏡群更包括多列第三透鏡，其中每一該第三透鏡具 有一第三光學曲面，且每一該第三透鏡沿該第一軸延伸， 該些第三透鏡並沿該第二軸配置於該些第一透鏡之兩側， 且該第三光學曲面之光軸垂直該第一軸並與該第二光學曲 面之該光軸具有一大於1.5度且小於4度的夾角。 7. 如申請專利範圍第6項所述之透鏡陣列，其中該 第三光學曲面之該光轴與該第二光學曲面之該光軸之夾角 為2.5度。 8. —種照明模組，包括： 一光源，適於發出一照明光束； 一偏振轉換系統，配置於該照明光束之光路徑上，以 將該照明光束轉換為一偏振光束； 一第一透鏡陣列，配置於該照明光線之光路徑上，並 位於該光源與該偏振轉換系統之間，該第一透鏡陣列包括： —第一透鏡群，具有多列第一透鏡，其中每一該 第:透鏡具有一第一光學曲面，且每一該第一透鏡沿 一第一輛延伸； —第二透鏡群，具有多列第二透鏡，其中每一該 第一透鏡具有一第二光學曲面，且每一該第二透鏡沿 該第一輛延伸，該些第二透鏡並沿一垂直於該第一轴 之第-輪配置於該第一透鏡群之兩側，而每一該第二 光學曲面之光軸垂直於該第—軸與該第二軸，且該第 1363191 PT1079 25540twf.doc/d 一光子曲面之光軸垂直該 *之：具有-大於。度且小於6度的夹一角:: 使該第—透鏡群’ 美準對第二透鏡群分取該對稱面為 基準對^又置，而每一該第一光學曲 之一法向量遠離騎稱面；以及 光軸上 位;，配置於該照明光線之光路徑上，並 位於該弟-錢__偏鋪⑽統之間。 第— 圍第8項賴找轉組，其中該 弟先子曲面及該第二光學曲面之曲率相同。 -兮^如/請專利範㈣8項所述之照明模組，其中每 μ透鏡與每-該第二透鏡沿該第二軸之寬度相同。 此第-透H專利範圍第8項所述之照明模組，其中該 二第透鏡的數目係為二列，並組成該第一透鏡群。 如申請專利範圍第8項所述之照明模組其中該 為3 5=曲面之該光軸與該第二絲曲面之該光袖之夾角 楚一 Γ·如申請專利範圍第8項所述之照明模組，其中該 鏡群更包括多列第三透鏡，其中每一該第三透鏡具 該此笫曲面，鸡—該第三透鏡沿該第—轴延伸， 透鏡並沿該第二軸配置於該些第—透鏡之兩側， ^弟二光學曲面之光軸垂直該第一軸並與該第二光學曲 面之該光軸具有一大於丨.5度且小於4度的夾角。 14.如申請專利範圍第13項所述之照明模組，其中該 20 1363191
PT1079 25540twf.doc/d 第三光學曲面之該光轴與該第二光學曲面之該光軸之夾角 為2.5度。 15.如申請專利範圍第8項所述之照明模組，其中該 偏振轉換系統為一對稱型偏振轉換系統。 21
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