照明系统及投影装置的制作方法

1.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：

2.在目前的rgb发光二极管或激光二极管投影装置架构中，其合光系统上常使用三个光路rgb独立光源作为主要架构。或是为了更高亮度需求，会额外加入短波长蓝光激发光源去激发产生绿光，因而增加整体输出亮度。在追求提高整体亮度下，相较于色彩上的平衡及色亮度的提升也是进一步须作考量及加强图。
3.然而，为了提高亮度使用蓝光激发光源去激发绿光，使整体绿色能量配比偏高，因而造成画面偏绿。再者，为了平衡色彩会借由拉高红光及蓝光电流，造成温度提高，且红光对于热较为敏感，造成饱和使整体转化效率下滑。
[0004]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，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所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
[0005]
本实用新型提供一种照明系统，其可在降低红光及蓝光光源的电流值的条件下，提升红光、蓝光的亮度比例，因此，照明系统可降低热能产生，并提供平衡的红光、绿光、蓝光能量。而使用本实用新型的实施例的照明系统的投影装置因此可提供稳定且显示效果较佳的投影画面。
[0006]
本实用新型的一实施例的照明系统用以提供照明光束。照明系统包括红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块、第一合光元件以及匀光元件。红光光源模块包括第一红光发光元件以及第二红光发光元件。第一红光发光元件用以发出第一红光。第二红光发光元件用以发出第二红光，其中第二红光的峰值波长大于第一红光的峰值波长。蓝光光源模块包括第一蓝光发光元件以及第二蓝光发光元件。第一蓝光发光元件用以发出第一蓝光。第二蓝光发光元件用以发出第二蓝光，其中第二蓝光的峰值波长小于第一蓝光的峰值波长。绿光光源模块用以产生绿光。第一合光元件将第一红光、第二红光、第一蓝光、第二蓝光以及绿光导引进入匀光元件，使照明系统输出照明光束。
[0007]
本实用新型的一实施例的投影装置包括照明系统、至少一光阀以及投影镜头。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，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，用以将影像光束投射出投影装置。照明系统包括红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块、第一合光元件以及匀光元件。红光光源模块包括第一红光发光元件以及第二红光发光元件。第一红光发光元件用以发出第一红光。第二红光发光元件用以发出第二红光，其中第二红光的峰值波长大于第一红光的峰值
波长。蓝光光源模块包括第一蓝光发光元件以及第二蓝光发光元件。第一蓝光发光元件用以发出第一蓝光。第二蓝光发光元件用以发出第二蓝光，其中第二蓝光的峰值波长小于第一蓝光的峰值波长。绿光光源模块用以产生绿光。第一合光元件将第一红光、第二红光、第一蓝光、第二蓝光以及绿光导引进入匀光元件，使照明系统输出照明光束。
[0008]
本实用新型的一实施例的照明系统用以提供照明光束。照明系统包括红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块、第一合光元件以及匀光元件。红光光源模块包括第一红光发光元件以及第二红光发光元件。第一红光发光元件用以发出第一红光。第二红光发光元件用以发出第二红光，其中第二红光的峰值波长大于第一红光的峰值波长。蓝光光源模块用以产生蓝光。绿光光源模块用以产生绿光。第一合光元件将第一红光、第二红光、蓝光以及绿光导引进入匀光元件，使照明系统输出所述照明光束。
[0009]
本实用新型的一实施例的照明系统用以提供照明光束。照明系统包括红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块、第一合光元件以及匀光元件。红光光源模块用以产生红光。蓝光光源模块包括第一蓝光发光元件以及第二蓝光发光元件。第一蓝光发光元件用以发出第一蓝光。第二蓝光发光元件用以发出第二蓝光，其中第二蓝光的峰值波长小于第一蓝光的峰值波长。绿光光源模块用以产生绿光。第一合光元件将红光、第一蓝光、第二蓝光以及绿光导引进入匀光元件，使照明系统输出照明光束。
[0010]
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于红光光源模块包括第一红光发光元件以及第二红光发光元件，蓝光光源模块包括第一蓝光发光元件以及第二蓝光发光元件，因此，每一红光发光元件与每一蓝光发光元件所需输入的电流可降低，使投影装置或照明系统的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。而且，搭配绿光光源模块产生绿光的情况下，使红光、绿光及蓝光的能量配比较均衡，因此，投影装置或照明系统的色彩呈现效果较佳。
[0011]
除此之外，在本实用新型的另一实施例中，由于红光光源模块包括第一红光发光元件以及第二红光发光元件或蓝光光源模块包括第一蓝光发光元件以及第二蓝光发光元件，因此，每一红光元件或每一蓝光元件所需输入的电流可降低，使照明系统的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。
附图说明
[0012]
图1是根据本实用新型的第一实施例的照明系统及投影装置的示意图。
[0013]
图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。
[0014]
图3是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。
具体实施方式
[0015]
有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳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。
[0016]
图1是根据本实用新型的第一实施例的照明系统及投影装置的示意图。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、至少一光阀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，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，用以将来自光阀200的影像光束ib 投射出投影装置10。
[0017]
在本实施例中，照明系统100包括红光光源模块110、蓝光光源模块120、绿光光源模块130、第一合光元件150以及匀光元件 140。红光光源模块120包括第一红光发光元件r1以及第二红光发光元件r2。第一红光发光元件r1以及第二红光发光元件r2 可为发光二极管(light
‑
emitting diode,led)元件或激光二极管 (laser diode，ld)元件，且可为单一发光元件或是发光元件阵列。第一红光发光元件r1用以发出第一红光rl1，且第二红光发光元件r2用以发出第二红光rl2。
[0018]
在本实施例中，第二红光rl2的峰值波长大于第一红光rl1 的峰值波长。在一较佳的实施例中，第一红光rl1的波长落在600 纳米至630纳米的范围内，且第二红光rl2的波长落在645纳米至675纳米的范围内。其中，设置两种不同波长的红光有利于降低每一红光发光元件所需输入的电流，使投影装置10或照明系统 100的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。而且，第一红光rl1与第二红光rl2的波长范围涵盖了600纳米至675纳米，其大约是可见光的红光范围，因此，投影装置10或照明系统100可输出的红光在色域范围内较广。此外，设置长波长红光的第二红光发光元件r2也有助于投影装置10或照明系统100可输出较高亮度的红光。
[0019]
在本实施例中，红光光源模块110还包括分光元件112、透镜组114以及透镜组116。分光元件112设置在第一红光rl1与第二红光rl2的传递路径上，且使第一红光rl1穿透及使第二红光 rl2反射。但本实用新型不局限于此，在一实施例中，第一红光发光元件r1以及第二红光发光元件r2所设置的位置可对调，且分光元件112使第二红光rl2穿透及使第一红光rl1反射。在本实施例中，透镜组114设置在第一红光发光元件r1与分光元件 112之间，且透镜组116设置在第二红光发光元件r2与分光元件 112之间。透镜组114与透镜组116分别用于使第一红光rl1与第二红光rl2准直。
[0020]
在本实施例中，蓝光光源模块120包括第一蓝光发光元件b1 以及第二蓝光发光元件b2。第一蓝光发光元件b1以及第二蓝光发光元件b2可为发光二极管元件或激光二极管元件，且可为单一发光元件或是发光元件阵列。第一蓝光发光元件b1用以发出第一蓝光bl1。第二蓝光发光元件b2用以发出第二蓝光bl2。
[0021]
在本实施例中，第二蓝光bl2的峰值波长小于第一蓝光bl1 的峰值波长。在一较佳的实施例中，第一蓝光bl1的波长落在440 纳米至470纳米的范围内，且第二蓝光bl2的波长落在405纳米至435纳米的范围内。其中，设置两种不同波长的蓝光也有利于降低每一蓝光发光元件所需输入的电流，使投影装置10或照明系统100的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。而且，第一蓝光bl1与第二蓝光bl2的波长范围涵盖了405纳米至470纳米，其大约是可见光的蓝光范围，因此，投影装置10或照明系统100可输出的蓝光在色域范围内较广。此外，设置短波长蓝光的第二蓝光发光元件b2也有助于投影装置10或照明系统100可输出较高亮度的蓝光。
[0022]
在本实施例中，蓝光光源模块120还包括分光元件122、透镜组124以及透镜组126。分光元件122设置在第一蓝光bl1与第二蓝光bl2的传递路径上，且使第一蓝光bl1穿透及使第二蓝光bl2反射。但本实用新型不局限于此，在一实施例中，第一蓝光发光元件b1以及第
二蓝光发光元件b2所设置的位置可对调，且分光元件122使第二蓝光bl2穿透及使第一蓝光bl1反射。在本实施例中，透镜组124设置在第一蓝光发光元件b1与分光元件 122之间，且透镜组126设置在第二蓝光发光元件b2与分光元件 122之间。透镜组124与透镜组126分别用于使第一蓝光bl1与第二蓝光bl2准直。
[0023]
在本实施例中，绿光光源模块130用以产生绿光g。绿光光源模块130包括激发光源元件e以及波长转换元件132。激发光源元件e用以发出激发光el。激发光源元件e可为蓝光发光二极管元件、蓝光激光二极管元件或蓝光泵浦激光光源，且可为单一发光元件或是发光元件阵列。在本实施例中，波长转换元件132 可为荧光色轮。
[0024]
在本实施例中，第一合光元件150使来自激发光源元件e的激发光el反射至波长转换元件132。激发光el传递至波长转换元件132后，被波长转换元件132转换为绿光g。接着，绿光g 穿透第一合光元件150再传递至匀光元件140。在本实用新型的一实施例中，使用激发光源元件e以及波长转换元件132来产生绿光g，使得投影装置10或照明系统100可输出较高亮度的绿光。而且，搭配使用红光光源模块110产生第一红光rl1与第二红光 rl2，以及使用蓝光光源模块120产生第一蓝光bl1与第二蓝光 bl2，也使红、绿及蓝光的能量配比较均衡，因此，投影装置10 或照明系统100的色彩呈现效果较佳。
[0025]
在本实施例中，绿光光源模块130还包括透镜组134与透镜组136。透镜组134设置在波长转换元件132与第一合光元件150 之间，且透镜组136设置在激发光源元件e与第一合光元件150 之间。透镜组136用于使激发光el准直。透镜组134用于使激发光el缩束而传递至波长转换元件132，并使绿光g准直或缩束而传递至匀光元件140。
[0026]
在本实施例中，第一合光元件150还使第一红光rl1、第二红光rl2、第一蓝光bl1以及第二蓝光bl2反射至匀光元件140。第一合光元件150将第一红光rl1、第二红光rl2、第一蓝光bl1、第二蓝光bl2以及绿光g导引进入匀光元件140，使照明系统100 输出照明光束i。
[0027]
在本实施例中，照明系统100还包括一第二合光元件160。第二合光元件160用以将第一红光rl1、第二红光rl2、第一蓝光bl1及第二蓝光bl2合并至同一光路并传递至第一合光元件 150。以图1为例，第二合光元件160使来自红光光源模块110的第一红光rl1与第二红光rl2反射而传递至第一合光元件150，并使来自蓝光光源模块120的第一蓝光bl1与第二蓝光bl2穿透至第一合光元件150。但本实用新型不局限于此，在一实施例中，红光光源模块110与蓝光光源模块120所设置的位置可对调，且第二合光元件160使第一红光rl1与第二红光rl2穿透而传递至第一合光元件150，并使第一蓝光bl1与第二蓝光bl2反射至第一合光元件150。
[0028]
在本实施例中，匀光元件140使通过的第一红光rl1、第二红光rl2、绿光g、第一蓝光bl1与第二蓝光bl2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。
[0029]
在本实施例中，光阀200例如是数字微镜元件(digitalmicro
‑
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。本发明对投影镜头300 的型态及其种类并不加以限制。
[0030]
在本实施例中，投影装置10还包括反射元件14以及反射元件18。反射元件14用于使来自匀光元件140的照明光束i反射至反射元件18，且反射元件18使照明光束i反射而传递至光阀200。反射元件14与反射元件18可为完全反射镜或白反射片。当反射元件14或反射元件18为完全反射镜时，投影装置10的光能量利用效率较佳。当反射元件14或反射元件18为白反射片时，由于白反射片为具有扩散效果的反射片，使照明光束i的均匀度更佳。
[0031]
在本实施例中，投影装置10还包括透镜组12与透镜组16。透镜组12设置在匀光元件140与反射元件14之间，且透镜组16 设置在反射元件14与反射元件18之间。透镜组12与透镜组16 用于使照明光束i准直或缩束而传递至光阀200
[0032]
在本实施例中，投影装置10还包括棱镜组400。棱镜组400 可为两个棱镜所组合成的内部全反射棱镜(total internal reflectionprism,tir prism)。借由反射元件18反射后的照明光束i传递至棱镜组400，再被棱镜组400反射至光阀200。照明光束i借由光阀200转换为影像光束ib后，影像光束ib穿透棱镜组400而传递至投影镜头300。
[0033]
图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。请参考图2，图2的照明系统100’与图1的照明系统100相似，其主要的差异在于：蓝光光源模块120’用以产生蓝光bl。在本实施例中，蓝光光源模块120’包括蓝光发光元件b。而照明系统100’的红光光源模块110及绿光光源模块130与图1的照明系统100 的红光光源模块110及绿光光源模块130大致相似，在此不再重述。此外，第一合光元件150将第一红光rl1、第二红光rl2、蓝光bl以及绿光g导引进入匀光元件140，使照明系统100’输出所述照明光束i’。
[0034]
在本实施例中，照明系统100’的蓝光发光元件b可为照明系统100中蓝光光源模块120的第一蓝光发光元件b1或第二蓝光发光元件b2。照明系统100’的蓝光bl的波长可相同于照明系统100 的第一蓝光bl1的波长或第二蓝光bl2的波长，但蓝光bl的波长较佳是相同于第一蓝光bl1的波长。也就是说，蓝光bl的波长较佳是落在440纳米至470纳米的范围内。
[0035]
图3是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。请参考图3，图3的照明系统100”与图1的照明系统100相似，其主要的差异在于：红光光源模块110”用以产生红光rl。在本实施例中，红光光源模块110”包括红光发光元件r。而照明系统 100”的蓝光光源模块120及绿光光源模块130与图1的照明系统 100的蓝光光源模块120及绿光光源模块130大致相似，在此不再重述。此外，第一合光元件150将红光rl、第一蓝光bl1、第二蓝光bl2以及绿光g导引进入匀光元件140，使照明系统100”输出照明光束i”。
[0036]
在本实施例中，照明系统100”的红光发光元件r可为照明系统100的第一红光发光元件r1或第二红光发光元件r2。照明系统100”的红光rl的波长可相同于照明系统100的第一红光rl1 的波长或第二红光rl2的波长，但红光rl的波长较佳是相同于第一红光rl1的波长。也就是说，红光rl的波长较佳是落在600 纳米至630纳米的范围内。
[0037]
综上所述，在本实用新型的第一实施例中，由于红光光源模块可发出波长不同的第一红光与第二红光，蓝光光源模块可发出波长不同的第一蓝光与第二蓝光，因此，每一红光发光元件与每一蓝光发光元件所需输入的电流可降低，使投影装置或照明系统的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。再搭配绿光光源模块产生绿光的情况下，使红光、绿光及蓝光的能量配比较均衡，因此，投影装置或照明系统的色彩呈现效果较佳。而由于投影装置或照明系统使用了第一红光、第二红光、第一蓝光与第二蓝光，投影装置或照明系统的整体亮度可提高，且各色彩在画面的亮度也被提高。
[0038]
除此之外，在本实用新型的第二实施例或第三实施例中，由于红光光源模块可发出波长不同的第一红光与第二红光或蓝光光源模块可发出波长不同的第一蓝光与第二蓝光，因此，每一红光发光元件或每一蓝光发光元件所需输入的电流可降低，使照明系统的系统温度较低，因此减少系统热饱和情况的产生，使系统的能量转换效率较佳。再搭配绿光光源模块产生绿光的情况下，使红光、绿光及蓝光的能量配比较均衡，因此，照明系统的色彩呈现效果较佳。而由于照明系统使用了第一红光与第二红光或第一蓝光与第二蓝光，投影装置或照明系统的整体亮度可提高，且各色彩在画面的亮度也被提高。
[0039]
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即凡依本实用新型权利要求书及本实用新型内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露之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，并非用来限制本实用新型之权利范围。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。
[0040]
附图标记说明：
[0041]
10:投影装置
[0042]
12、16、114、116、124、126、134、136:透镜组
[0043]
14、18:反射元件
[0044]
100、100’、100”:照明系统
[0045]
110、110”:红光光源模块
[0046]
112、122:分光元件
[0047]
120、120’:蓝光光源模块
[0048]
130:绿光光源模块
[0049]
132:波长转换元件
[0050]
140:匀光元件
[0051]
150:第一合光元件
[0052]
160:第二合光元件
[0053]
200:光阀
[0054]
300:投影镜头
[0055]
400:棱镜组
[0056]
b:蓝光发光元件
[0057]
b1:第一蓝光发光元件
[0058]
b2:第二蓝光发光元件
[0059]
bl:蓝光
[0060]
bl1:第一蓝光
[0061]
bl2:第二蓝光
[0062]
e:激发光源元件
[0063]
el:激发光
[0064]
g:绿光
[0065]
i、i’、i”:照明光束
[0066]
ib:影像光束
[0067]
r:红光发光元件
[0068]
r1:第一红光发光元件
[0069]
r2:第二红光发光元件
[0070]
rl:红光
[0071]
rl1:第一红光
[0072]
rl2:第二红光。