照明系统与投影装置的制作方法

1.本发明是有关于一种光学系统与装置，且特别是有关于一种照明系统与投影装置。


背景技术：

2.投影机所使用的光源技术随着市场对投影亮度、色彩饱和度、使用寿命及无毒环保等要求，从超高压汞灯进化到红绿蓝发光二极管，然后再进化到激光二极管光源。因为目前高亮度的绿光激光二极管尚未达到投影机应用的合宜价格，故目前主要采用的方式为使用蓝光激光二极管激发荧光粉轮来产生黄绿光，再经由色轮将所需的红光与绿光过滤出来，再搭配由蓝光激光二极管所产生的蓝光，即可构成投影画面所需的红、绿、蓝三原色。
3.然而，为了使用蓝光激光二极管所产生的蓝光作为三原色之一，则荧光粉轮的金属基板会有一镂空区，并且镶嵌透明玻璃，使得蓝光可以穿透荧光粉轮。由于金属基板是一个有缺口的基板，为了能使荧光粉轮能够平衡地旋转，金属基板上的不同区域会设置动平衡配重块，来降低荧光粉轮旋转时的偏摆现象。上述荧光粉轮的种种特征，均会增加荧光粉轮的结构与组装的复杂度，进而提高荧光粉轮的成本。
4.本“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，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
发明内容
5.本发明提供一种照明系统，其可有效降简化波长转换器的结构，增加波长转换器的结构强度与散热面积，缩短波长转换器的动平衡调校工时，简化照明系统的光路，可缩小照明系统的体积，且可降低电子控制的复杂度，进而有效降低照明系统的成本。
6.本发明提供一种投影装置，其可有效简化波长转换器的结构，增加波长转换器的结构强度与散热面积，缩短波长转换器的动平衡调校工时，简化照明系统的光路，可缩小照明系统的体积，且可降低电子控制的复杂度，进而有效降低投影装置的成本。
7.本发明的一实施例提出一种照明系统，包括一激发光源阵列、一多区分色元件、一色序产生器以及一波长转换器。激发光源阵列用以发出多个激发光束，多区分色元件具有呈条状交替排列的多个第一分色区与多个非分色区，其中这些第一分色区分别配置于这些激发光束的传递路径上。色序产生器具有一透光区与至少一第二分色区，其中来自激发光源阵列的这些激发光束透过多区分色元件的这些第一分色区传递至色序产生器，透光区与此至少一第二分色区依序切入这些激发光束的传递路径上。当透光区位于这些激发光束的传递路径上时，这些激发光束穿透透光区。当此至少一第二分色区位于这些激发光束的传递路径上时，此至少一第二分色区将这些激发光束分别反射至多区分色元件的这些非分色区。来自色序产生器的这些激发光束透过多区分色元件的这些非分色区传递至波长转换
region)210与多个非分色区220，其中这些第一分色区210分别配置于这些激发光束111的传递路径上。
23.色序产生器300具有一透光区310与至少一第二分色区320(在图1a中是以三个第二分色区322、324及326为例)，其中来自激发光源阵列110的这些激发光束111透过多区分色元件200的这些第一分色区210传递至色序产生器300。
24.在本实施例中，这些第一分色区210例如是由涂布于一透明基板的表面(例如背对激发光源阵列110的表面)的多个彼此相间隔的分色膜(dichroic film)所形成，而此分色膜适于让蓝色光束(即激发光束111)穿透，并反射其他颜色的光束。也就是说，这些第一分色区210分别让这些激发光束111穿透而传递至色序产生器300。
25.在本实施例中，色序产生器300例如为一色轮(color wheel)，其包括透光区310与此至少一第二分色区320(例如是第二分色区322、324及326)；色序产生器300适于旋转，以让透光区310及第二分色区322、324及326依序切入这些激发光束111的传递路径上，其中色序产生器300的透光区310可以是光扩散区(light diffusing region)，其可以扩散蓝色激发光束(即激发光束111)，而达到抑制散斑(speckle)现象的效果，而第二分色区322、324、236例如是分别让红光、黄光及绿光穿透的分色区。
26.当透光区310位于这些激发光束111的传递路径上时，这些激发光束111穿透透光区310而传递至光均匀化元件120。当此至少一第二分色区320位于这些激发光束111的传递路径上时，此至少一第二分色区320将这些激发光束111分别反射至多区分色元件200的这些非分色区220。来自色序产生器200的这些激发光束111透过多区分色元件200的这些非分色区220传递至波长转换器400。在本实施例中，这些非分色区220例如为多个反射镜面区，其分别将被至少一第二分色区320反射的这些激发光束111反射至波长转换器400。在本实施例中，这些反射镜面区例如是由涂布于透明基板的表面(例如背对激发光源阵列110的表面)的多个彼此相间隔的反射膜所形成，而这些反射膜例如为金属镀膜或非金属反射膜。
27.波长转换器400将这些激发光束111转换成一转换光束411，转换光束411传递回多区分色元件200，转换光束411透过多区分色元件200传递至色序产生器300，且至少部分转换光束411穿透此至少一第二分色区320。
28.在本实施例中，波长转换器400为一适于转动的波长转换轮且具有一波长转换区410，波长转换区410为一完整环状区域，且当波长转换轮转动时，这些激发光束111维持照射于完整环状区域内。在本实施例中，波长转换区410以配置一种荧光粉层为例，其中，波长转换器400具有一反射基板405，例如为金属基板，而波长转换区410例如是由涂布于反射基板405的表面的荧光粉层所形成。反射基板405可以是呈完整的圆形(盘状)。在本实施例中，呈蓝色的激发光束111照射于荧光粉层后，会激发出呈黄绿色的转换光束411，而反射基板405会将朝反射基板405传递的部分转换光束411反射而使其往多区分色元件200反射。
29.在本实施例中，来自波长转换器400的呈黄绿色的转换光束411在传递回多区分色元件200的第一分色区210与非分色区220时，第一分色区210用以反射除了蓝色光束的其他色光束，非分色区220用以反射所有光束，因此，第一分色区210与非分色区220皆会将转换光束411反射至色序产生器300。此时，呈黄绿色的转换光束411照射于第二分色区320上，并受到第二分色区320的滤光作用。举例而言，第二分色区322、324及326依序切入转换光束411的传递路径上，而部分转换光束411在依序穿透第二分色区322、324及326之后，分别形
成了红色光束、黄色光束及绿色光束并传递至光均匀化元件120。如此一来，搭配原本透光区310切入激发光束111时穿透透光束的呈蓝色的激发光束111，照明系统100便能够依序提供蓝色光束、红色光束、黄色光束及绿色光束给后续的光阀(将在之后的内容中介绍)，以形成彩色的影像画面。此外，穿透色序产生器300的激发光束111与转换光束411可传递至光均匀化元件120，以使光束的强度分布均匀化。在本实施例中，光均匀化元件120为光积分柱(light integration rod)。然而，在其他实施例中，光均匀化元件120也可以是透镜阵列(lens array)。
30.在本实施例中，照明系统100还包括一聚光透镜130，配置于多区分色元件200与色序产生器300之间，用以将来自这些第一分色区210的这些激发光束111会聚于色序产生器300上，且用以将此至少一第二分色区320反射的这些激发光束111传递回这些非分色区220。在本实施例中，聚光透镜130的光轴a相对于激发光源阵列110的中心光轴e具有一离轴量f，即聚光透镜130的光轴a与激发光源阵列110的中心光轴e之间的距离大于0，借此，激发光束111穿过聚光透镜130的光路径与被至少一第二分色区320反射的激发光束111穿过聚光透镜130的光路径不重叠。此离轴量f可使原本穿透第一分色区210的激发光束111被色序产生器300的至少一第二分色区320反射后传递至与此第一分色区210相邻的非分色区220(例如图1a中在第一分色区210的右上方的相邻的非分色区220)。
31.在本实施例中，照明系统100还包括至少一聚光透镜140(图1a中是以两个聚光透镜140为例)，配置于多区分色元件200与波长转换器400之间，其中聚光透镜140将这些激发光束111会聚于波长转换器400上，即会聚于荧光粉层上，以提高激发荧光粉层的能量。
32.在本实施例的照明系统100中，由于激发光源110所发出的激发光束111是传递至色序产生器300后于不同时序被分成通过的光束和反射至波长转换器400的光束，因此可以有效地简化波长转换器400的结构。举例而言，波长转换器400的反射基板405因而可以呈现完整的圆形而没有缺口，如此可增加波长转换器400的结构强度与散热面积。因为反射基板405呈现完整的圆，所以波长转换器400本身较为平衡而对称，因此可缩短波长转换器400的动平衡调校工时。此外，相对已知技术中穿过荧光粉轮的缺口的蓝光采用绕一圈的方式与荧光合束，本实施例采用多区分色元件200与色序产生器300来分光，可简化照明系统100的光路，进而缩小照明系统的体积。此外，在本实施例的照明系统100中，波长转换器400上的波长转换区410为一完整环状区域，因此色序产生器300的旋转与波长转换器400的旋转可以不用同步，因此可降低电子控制的复杂度，进而有效降低照明系统100的成本。
33.图2是本发明的另一实施例的照明系统的波长转换器的正视示意图。请参照图1a与图2，本实施例的照明系统与图1a的照明系统100类似，而两者的差异在于本实施例的照明系统以波长转换器400a取代图1a的照明系统100中的波长转换器400。在本实施例的波长转换器400a中，波长转换区410a呈c形区域，且当波长转换轮400a转动时，这些激发光束111维持照射于c形区域内。
34.在本实施例中，波长转换区410a以配置三种荧光粉层(波长转换层)为例，其中，波长转换区410a配置一第一波长转换层412、一第二波长转换层414及一第三波长转换层416，第一波长转换层412、第二波长转换层414及第三波长转换层416依序切入来自多区分色元件200的这些激发光束111的传递路径上，当第一波长转换层412位于这些激发光束111的传递路径上时，第一波长转换层412将这些激发光束转111换成一第一转换光束。当第二波长
转换层414位于这些激发光束111的传递路径上时，第二波长转换层414将这些激发光束111转换成一第二转换光束。当第三波长转换层416位于这些激发光束111的传递路径上时，第二波长转换层416将这些激发光束111转换成一第三转换光束。而第一转换光束、第二转换光束以及第三转换光束依序被反射基板405反射至多区分色元件200后，再被多区分色元件200反射至色序产生器300，此至少一第二分色区320包括对应第一转换光束的一第一滤色区(即第二分色区322)、对应第二转换光束的一第二滤色区(即第二分色区324)及对应于第三转换光束的一第三滤色区(即第二分色区326)，用以分别使部分的第一转换光束、部分的第二转换光束及部分的第三转换光束穿透。举例而言，举例而言，第一转换光束、第二转换光束及第三转换光束例如分别为橙色光束、黄色光束及绿色光束，而第二分色区322、第二分色区324及第二分色区326例如可分别将橙色光束、黄色光束及绿色光束过滤成红色光束、较纯的黄色光束及较纯的绿色光束。在其他实施例中，波长转换区410a也可以只有两个波长转换成，例如第一波长转换层412及第三波长转换层416，而第二分色区320也可以只有两个滤色区，例如第二分色区322与第二分色区326，但本发明并不限制波长转换层与滤色区的数量。此外，在本实施例中，色序产生器300的转动与波长转换器400a的转动是同步的，可以借由电连接至色序产生器300与波长转换器400a的同步电路将两者同步。
35.图3为本发明的又一实施例的照明系统的激发光束的光路示意图。请参照图3，本实施例的照明系统100b类似于图1的照明系统100，而两者的差异如下所述。在本实施例的照明系统100b中，聚光透镜140将这些激发光束111会聚的焦点f1与波长转换器400的波长转换表面s1不重合，而波长转换表面s1例如为荧光粉层的表面或反射基板410的表面。如此一来，照射于波长转换器400的荧光粉层(波长转换层)上的光斑变会较大，进而降低光斑的光强度峰值，且降低荧光粉层受热烧毁的风险。
36.图4a为本发明的再一实施例的照明系统的激发光束的光路示意图，而图4b为图4a的照明系统的转换光束的光路示意图。请参照图4a与图4b，本实施例的照明系统100c与图1a的照明系统100类似，而两者的差异如下所述。本实施例的照明系统100c还包括一透镜阵列或扩散板150c，配置于多区分色元件200与波长转换器400之间，以均匀化这些激发光束111在波长转换器400上所产生的光斑，进而降低光斑的光强度峰值，且降低荧光粉层受热烧毁的风险。
37.图5a为本发明的再一实施例的照明系统的激发光束的光路示意图，而图5b为图5a的照明系统的转换光束的光路示意图。本实施例的照明系统100d与图1a的照明系统100类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的照明系统100d的多区分色元件200d中，这些第一分色区210d分别将这些激发光束111反射至色序产生器300。在本实施例中，这些第一分色区210d可以由配置于透光基板的表面(例如朝向激发光源阵列110的表面)上的多个彼此间隔的条状分色膜所形成，而这些分色膜可以反射蓝色光束，并让其他颜色的光束穿透。此外，这些非分色区220d为多个光穿透区，其分别让此至少一第二分色区320反射的这些激发光束111穿透而传递至波长转换器400。在本实施例中，在多区分色元件200d的透光基板的两个表面的至少其中一个表面上可镀有抗反射层，以让光穿透区的光穿透效率提升，而光穿透区例如是透明的区域。然而，在另一实施例中，光穿透区也可以是透光基板的镂空区域。
38.波长转换器400将激发光束111转换为呈黄绿色的转换光束411后，转换光束411可
穿透第一分色区210d与非分色区220d而传递至色序产生器300。
39.图6为本发明的一实施例的投影装置的光路示意图。请参照图1a、图1b与图6，上述各实施例的照明系统100、100b、100c、100d皆可以配置于本实施例的投影装置700中，而以下将举将图1a的照明系统100配置于本实施例的投影装置700中为例。本实施例的投影装置700包括照明系统100、一光阀500及一投影镜头600。光阀500配置于来自色序产生器300的这些激发光束111与转换光束411的传递路径上，例如配置于来自光均匀化元件120的这些激发光束111与转换光束411的传递路径上，以将这些激发光束111与转换光束411转换成一影像光束501。在本实施例中，光阀500例如为数字微镜元件(digital micro-mirror device,dmd)或硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,lcos panel)。然而，在其他实施例中，光阀500亦可以是穿透式液晶面板。投影镜头600配置于影像光束501的传递路径上，以将影像光束501投射出投影装置700外，例如是将影像光束501投射于一屏幕上，以形成影像画面。
40.综上所述，在本发明的实施例的照明系统与投影装置中，由于激发光源所发出的激发光束是传递至色序产生器后被分成通过的光束和反射至波长转换器的光束，因此可以有效地简化波长转换器的结构，增加波长转换器的结构强度与散热面积，缩短波长转换器的动平衡调校工时，简化照明系统的光路，可缩小照明系统的体积，且可降低电子控制的复杂度，进而有效降低照明系统的成本。
41.惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。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。
42.附图标记说明：
43.100、100b、100c、100d:照明系统
44.110:激发光源阵列
45.111:激发光束
46.112:发光元件
47.120:光均匀化元件
48.130、140:聚光透镜
49.150c:透镜阵列或扩散板
50.200、200d:多区分色元件
51.210、210d:第一分色区
52.220、220d:非分色区
53.300:色序产生器
54.310:透光区
55.320、322、324、326:第二分色区
56.400、400a:波长转换器
57.405:反射基板
58.410、410a:波长转换区
59.411:转换光束
60.412:第一波长转换层
61.414:第二波长转换层
62.416:第三波长转换层
63.500:光阀
64.501:影像光束
65.600:投影镜头
66.700:投影装置
67.a:光轴
68.e:中心光轴
69.f:离轴量
70.f1:焦点
71.s1:波长转换表面。