投影装置以及照明系统的制作方法

1.本发明涉及一种光学装置以及光学系统，尤其涉及一种投影装置以及照明系统。


背景技术：

2.在传统的投影装置中，激发光束经由分光元件、多个透镜以及多个反射镜传递至光波长转换模块，光波长转换模块将激发光束转换成转换光束，转换光束再经由分光元件以及其他透镜传递至滤光模块。由于照明系统使用过多的光学元件，因此造成组装困难、精准度不佳以及体积不易缩小等问题。
[0003]“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”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所记载的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
[0004]
本发明提供一种照明系统以及投影装置，其有助于减少光学元件的数量。
[0005]
本发明的其他目的和优点可以从本发明所记载的技术特征中得到进一步的了解。
[0006]
为达上述的一个或部分或全部目的或是其他目的，本发明的实施例提供一种照明系统，其用于提供照明光束。照明系统包括激发光源、滤光模块、光波长转换模块以及匀光元件。激发光源用于发出激发光束。滤光模块包括光作用区且设置在来自激发光源的激发光束的传递路径上。光波长转换模块包括光波长转换区且设置在被滤光模块的光作用区反射的激发光束的传递路径上。光波长转换模块的光波长转换区用于将激发光束转换成转换光束且将转换光束反射。转换光束的波长不同于激发光束的波长。匀光元件设置在穿过滤光模块的激发光束的传递路径上。来自光波长转换模块的转换光束穿过滤光模块的光作用区后形成至少一色光。匀光元件设置在所述至少一色光的传递路径上。入射滤光模块的光作用区的激发光束的光轴以及滤光模块的光作用区的法线分别与匀光元件的中心轴不平行。激发光束与所述至少一色光构成照明光束。
[0007]
为达上述的一个或部分或全部目的或是其他目的，本发明的实施例提供一种投影装置，其包括上述的照明系统、光阀以及投影镜头。光阀设置在照明光束的传递路径上且将照明光束转换成影像光束。投影镜头设置在影像光束的传递路径上。
[0008]
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的照明系统以及投影装置的实施例中，来自激发光源的激发光束可经由滤光模块的光作用区的反射传递至光波长转换模块并被光波长转换模块转换成转换光束，转换光束经由光波长转换模块的反射传递至滤光模块的光作用区，并穿过滤光模块的光作用区后形成至少一色光。由于可有效减少照明系统中所使用的光学元件的数量，因此有助于改善组装困难、精准度不佳以及体积不易缩小等问题中的至少一者。
[0009]
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详
细说明如下。
附图说明
[0010]
图1a及图1b分别是本发明的第一个实施例的投影装置在不同时段的俯视示意图；
[0011]
图1c及图1d分别是图1a中滤光模块以及光波长转换模块的正视示意图；
[0012]
图2是本发明的第二个实施例的投影装置的俯视示意图；
[0013]
图3是本发明的第三个实施例的投影装置的俯视示意图；
[0014]
图4是本发明的第四个实施例的投影装置的俯视示意图；
[0015]
图5a以及图5b分别是本发明的第五个实施例的投影装置在第一时段的俯视示意图以及侧视示意图；
[0016]
图5c是本发明的第五个实施例的投影装置在第二时段的俯视示意图。
具体实施方式
[0017]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的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发明。
[0018]
图1a及图1b分别是本发明的第一个实施例的投影装置在不同时段的俯视示意图。图1c及图1d分别是图1a中滤光模块以及光波长转换模块的正视示意图。请参照图1a至图1d，本发明的第一个实施例的投影装置1可包括照明系统10、光阀12以及投影镜头14。
[0019]
照明系统10用于提供照明光束ilb。详细而言，照明系统10可包括激发光源100、滤光模块101、光波长转换模块102以及匀光元件103。激发光源100用于提供激发光束b。举例来说，激发光源100包括多个发光元件。所述多个发光元件可包括多个激光二极管、多个发光二极管或上述两种发光元件的组合。
[0020]
滤光模块101设置在来自激发光源100的激发光束b的传递路径上。如图1c所示，滤光模块101可包括光作用区r1、光作用区r2以及光穿透区r3。然而，光作用区或光穿透区的数量可依需求改变而不以上述为限。
[0021]
光作用区r1、光作用区r2以及光穿透区r3沿着滤光模块101的圆周方向设置，以环绕滤光模块101的转轴s101。滤光模块101用于以转轴s101为中心旋转，使得光作用区r1、光作用区r2以及光穿透区r3轮流切入来自激发光源100的激发光束b的传递路径上。光作用区r1以及光作用区r2用于反射激发光束b且让激发光束b(如蓝色光束)以外的至少一色光通过。举例来说，光作用区r1为用于反射激发光束b且让红色光束通过的红色滤光区，而光作用区r2为用于反射激发光束b且让绿色光束通过的绿色滤光区。光作用区r1可设置反射激发光束b的镀膜以及让红色光束通过的红色滤光片。光作用区r2可设置反射激发光束b的镀膜以及让绿色光束通过的绿色滤光片。光穿透区r3用于让至少部分激发光束b通过。举例来说，光穿透区r3可设置蓝色滤光片或不设置任何滤光片。在一些实施例中，光穿透区r3可设置抗反射层，以降低介面反射造成的光损耗。
[0022]
光波长转换模块102设置在被滤光模块101的光作用区(如光作用区r1或光作用区r2)反射的激发光束b的传递路径上。如图1d所示，光波长转换模块102可包括光波长转换区
r4以及非光波长转换区r5。然而，光波长转换区以及非光波长转换区的数量可依需求改变而不以上述为限。
[0023]
光波长转换区r4以及非光波长转换区r5沿着光波长转换模块102的圆周方向设置，以环绕光波长转换模块102的转轴s102。光波长转换区r4用于将来自滤光模块101的光作用区r1或r2的激发光束b(如蓝色光束)转换成转换光束b1(如红色光束、绿色光束或黄色光束)且将转换光束b1反射回滤光模块101。举例来说，光波长转换区r4可设置将激发光束b转换成转换光束b1(如黄色光束)的光波长转换层以及将转换光束b1反射的反射层(如金属载板或金属镀膜)。光波长转换层的材料可包括荧光粉层、量子点层或上述两种材料的组合，但不限于此。在一些实施例中，光波长转换层的材料可进一步包括光扩散粒子。光波长转换层设置在光波长转换区r4中且没有配置于非光波长转换区r5。也就是说，光波长转换层未覆盖非光波长转换区r5。非光波长转换区r5可具有扩光特性，例如非光波长转换区r5可设置扩散片，但不限于此。在本实施例中，光波长转换模块102以黄色光转换区举例说明，然而，在其他实施例中，光波长转换模块102也可包括多个光波长转换区，如将激发光束b转换成红色光束的红色光转换区、将激发光束b转换成绿色光束的绿色光转换区及将激发光束b转换成黄色光束的黄色光转换区中的至少两个。于其他实施例中，光波长转换模块102可仅包括光波长转换区而没有配置非光波长转换区，例如光波长转换模块102可只包括多个光波长转换区，如将激发光束b转换成红色光束的红色光转换区、将激发光束b转换成绿色光束的绿色光转换区及将激发光束b转换成黄色光束的黄色光转换区中的至少两个
[0024]
光波长转换模块102用于以转轴s102为中心旋转，且光波长转换模块102用于与滤光模块101同部旋转。详细而言，在第一时段内，滤光模块101的光穿透区r3以及光波长转换模块102的非光波长转换区r5同步切入光照射区域。具体地，滤光模块101的光穿透区r3切入来自激发光源100的激发光束b的传递路径上。在第一时段内，如图1a所示，传递至滤光模块101的大部分激发光束b穿过滤光模块101的光穿透区r3而未传递至光波长转换模块102。匀光元件103设置在穿过滤光模块101的激发光束b的传递路径上，以提升自照明系统10输出的光束的均匀性。举例来说，匀光元件103为光积分柱，但不限于此。穿过滤光模块101的激发光束b接着穿过匀光元件103，然后自照明系统10输出。换句话说，在第一时段内，自照明系统10输出的光束为蓝色光束。
[0025]
在第二时段内，滤光模块101的光作用区r2以及光波长转换模块102的光波长转换区r4同步切入光照射区域。具体地，滤光模块101的光作用区r2切入来自激发光源100的激发光束b的传递路径上。如图1b所示，传递至滤光模块101的激发光束b被滤光模块101的光作用区r2反射。光波长转换模块102的光波长转换区r4(如黄色光转换区)切入被光作用区r2反射的激发光束b的传递路径上，且光波长转换模块102的光波长转换区r4将激发光束b转换成转换光束b1(如黄色光束)并将转换光束b1反射。被光波长转换模块102的光波长转换区r4反射的转换光束b1传递至滤光模块101的光作用区r2，其中转换光束b1中的绿色光束穿过滤光模块101的光作用区r2(如绿色滤光区)，且转换光束b1中的红色光束被滤光模块101的光作用区r2滤除。换句话说，来自光波长转换模块102的转换光束b1穿过滤光模块101的光作用区r2后形成一色光(如绿光)。匀光元件103设置在绿色光束的传递路径上。穿过滤光模块101的绿色光束接着穿过匀光元件103，然后自照明系统10输出。换句话说，在第二时段内，自照明系统10输出的光束为绿色光束。
[0026]
在第三时段内，滤光模块101的光作用区r1以及光波长转换模块102的光波长转换区r4同步切入光照射区域。具体地，滤光模块101的光作用区r1切入来自激发光源100的激发光束b的传递路径上。如图1b所示，传递至滤光模块101的激发光束b被滤光模块101的光作用区r1反射。光波长转换模块102的光波长转换区r4(如黄色光转换区)切入被光作用区r1反射的激发光束b的传递路径上，且光波长转换模块102的光波长转换区r4将激发光束b转换成转换光束b1(如黄色光束)并将转换光束b1反射。被光波长转换模块102的光波长转换区r4反射的转换光束b1传递至滤光模块101的光作用区r1，其中转换光束b1中的红色光束穿过滤光模块101的光作用区r1(如红色滤光区)，且转换光束b1中的绿色光束被滤光模块101的光作用区r1滤除。换句话说，来自光波长转换模块102的转换光束b1穿过滤光模块101的光作用区r1后形成一色光(如红光)。匀光元件103设置在红色光束的传递路径上。穿过滤光模块101的红色光束接着穿过匀光元件103，然后自照明系统10输出。换句话说，在第三时段内，自照明系统10输出的光束为红色光束。
[0027]
根据上述，照明系统10可依据滤光模块101中的光作用区以及光穿透区的数量切出多个时段(如第一时段至第三时段)，且照明系统10在不同时段输出不同颜色的光束(如蓝色光束、绿色光束及红色光束)。这些不同颜色的光束构成图1a及图1b所示的照明光束ilb。在本实施例中，照明系统10具有三个时段，且照明系统10在三个时段内分别输出蓝色光束、绿色光束及红色光束。然而，时段的数量、每个时段所输出的颜色、输出颜色的顺序及各时段的持续时间等可依需求改变。
[0028]
依据不同的需求，照明系统10可进一步包括其他元件。举例来说，照明系统10可进一步包括多个透镜(如透镜104、透镜105、透镜106以及透镜107)，以达到汇聚光束或将光束准直化的功能。
[0029]
透镜104设置在来自激发光源100的激发光束b的传递路径上，且滤光模块101设置在来自透镜104的激发光束b的传递路径上。透镜105至透镜107设置在滤光模块101以及光波长转换模块102之间，且透镜105至透镜107位于来自激发光源100的激发光束b的传递路径之外。如图1a或图1b所示，透镜105至透镜107不位于从激发光源100传递至滤光模块101的激发光束b的传递路径上。具体地，透镜105设置在来自滤光模块101的激发光束b的传递路径上。透镜106设置在来自透镜105的激发光束b的传递路径上。透镜107设置在来自透镜106的激发光束b的传递路径上。光波长转换模块102设置在来自透镜107的激发光束b的传递路径上。透镜107还设置在被光波长转换模块102的光波长转换区r4反射的转换光束b1的传递路径上。透镜106还设置在来自透镜107的转换光束b1的传递路径上。透镜105还设置在来自透镜106的转换光束b1的传递路径上。滤光模块101还设置在来自透镜105的转换光束b1的传递路径上。
[0030]
光阀12设置在照明光束ilb的传递路径上且将照明光束ilb转换成影像光束imb。举例来说，光阀12可以是数字微镜元件(digital micro-mirror devices,dmd)、硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,lcos panel)或穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)，但不限于此。
[0031]
投影镜头14设置在影像光束imb的传递路径上，以将影像光束imb投射至屏幕或其他可成像的物件上。投影镜头14可采用现有的投影镜头，于此不多加赘述。
[0032]
在本实施例中，借由调整匀光元件103、激发光源100以及滤光模块101的相对设置
关系，使入射滤光模块101的光作用区(或光穿透区)的激发光束b的光轴ox以及滤光模块101的光作用区(或光穿透区)的法线vl1分别与匀光元件103的中心轴cx不平行。举例来说，可使滤光模块101斜向设置在匀光元件103的上游(法线vl1与中心轴cx的夹角可介于0度至45度之间，且例如为15度)，且激发光源100斜向设置在滤光模块101的上游，其中匀光元件103、滤光模块101以及光波长转换模块102可在直线路径p上排列，且激发光源100可位于直线路径p之外，使来自激发光源100的激发光束b斜向入射滤光模块101，即滤光模块101的光作用区的法线vl1与激发光源100的激发光束b的光轴ox之间有不等于0的夹角θ，其中直线路径p例如平行于匀光元件103的中心轴cx。如此，来自激发光源100的激发光束b可经由滤光模块101的光作用区的反射传递至光波长转换模块102并被光波长转换模块102转换成转换光束b1(如黄色光束)，转换光束b1经由光波长转换模块102的反射传递至滤光模块101的光作用区，并穿过滤光模块101的光作用区后形成至少一色光(如绿光或红光)。由于来自激发光源100的激发光束b可以不用经由分光元件以及多个反射镜传递至光波长转换模块102，因此可有效减少照明系统10中所使用的光学元件的数量，从而有助于改善组装困难、精准度不佳以及体积不易缩小等问题中的至少一者。
[0033]
在一些实施例中，如图1a所示，光波长转换区(或非光波长转换区)的法线vl2(绘示于图1a)可平行于匀光元件103的中心轴cx，使得滤光模块101的光作用区(或光穿透区)的法线vl1与光波长转换模块102的光波长转换区(或非光波长转换区)的法线vl2可不平行也不垂直。
[0034]
在以下的实施例中，相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，以下便不再重述相同元件的相关描述(如设置关系、材料或功效等)。
[0035]
图2是本发明的第二个实施例的投影装置的俯视示意图。请参照图2，第二个实施例的投影装置1a与图1b的投影装置1的主要差异说明如下。在投影装置1a中，照明系统10a还包括辅助光源108以及合光元件109。
[0036]
辅助光源108用于发出辅助光束b’，其中辅助光束b’的波长不同于激发光束b的波长。举例来说，辅助光源108为红色光源，且辅助光束b’为红色光束。辅助光源108可例如为激光二极管或发光二极管。
[0037]
合光元件109设置在来自激发光源100的激发光束b的传递路径上以及来自辅助光源108的辅助光束b’的传递路径上，其中来自激发光源100的激发光束b以及来自辅助光源108的辅助光束b’被合光元件109合并并经由相同的传递路径(如传递路径pa)传递至滤光模块101。在本实施例中，合光元件109让激发光束b通过且反射辅助光束b’。然而，在其他实施例中，辅助光源108与激发光源100的位置可对调，且合光元件109可设计成让辅助光束b’通过且反射激发光束b。
[0038]
辅助光源108可在第三时段(照明系统10a输出红色光束的时段)开启，且在其他时段关闭。在第三时段内，来自辅助光源108的辅助光束b’可依序经过合光元件109以及穿透透镜107并传递至滤光模块101的光作用区r1。滤光模块101的光作用区r1除了可让来自光波长转换模块102的转换光束b1中的红色光束通过之外还可让辅助光束b’通过。通过滤光模块101的光作用区r1的辅助光束b’以及转换光束b1中的红色光束接着通过匀光元件103并自照明系统10a输出，借此，照明系统10a所提供的红色光束具有较佳的色纯度、演色性及亮度。
[0039]
图3是本发明的第三个实施例的投影装置的俯视示意图。请参照图3，第三个实施例的投影装置1b与图2的投影装置1a的主要差异说明如下。在投影装置1b中，照明系统10b不包括图2的合光元件109，且照明系统10b进一步包括分色元件110。
[0040]
分色元件110设置在来自辅助光源108的辅助光束b’的传递路径上且在滤光模块101以及光波长转换模块102之间。在本实施例中，分色元件110设置在透镜105与透镜106之间，但不限于此。分色元件110例如用于反射激发光束(未绘示)以及辅助光束b’且让其余光束通过。详细而言，分色元件110可用于反射来自辅助光源108的辅助光束b’，且被分色元件110反射的辅助光束b’穿过滤光模块101的光作用区(如图1c所示的光作用区r1)而进入匀光元件103。此外，分色元件110还可用于将来自光波长转换模块102的激发光束(如未被光波长转换模块102转换成转换光束且被光波长转换模块102反射的激发光束)反射，避免未被光波长转换模块102转换成转换光束的激发光束传递至滤光模块101，进而有助于提升自照明系统10b输出的红色光束的色纯度。
[0041]
图4是本发明的第四个实施例的投影装置的俯视示意图。请参照图4，第四个实施例的投影装置1c与图1a的投影装置1的主要差异说明如下。在投影装置1c中，照明系统10c还包括反射镜111。反射镜111位于激发光源100以及滤光模块101之间，且来自激发光源100的激发光束b经由反射镜111反射至滤光模块101。此外，反射镜111以及激发光源100位于透镜105至透镜107的一侧，且透镜105至透镜107与反射镜111不重叠。
[0042]
图5a以及图5b分别是本发明的第五个实施例的投影装置在第一时段的俯视示意图以及侧视示意图，图5c是本发明的第五个实施例的投影装置在第二时段的俯视示意图。请参照图5a至图5c，第五个实施例的投影装置1d与图1a及图1b的投影装置1的主要差异说明如下。在投影装置1d中，照明系统10d可不包括图1a及图1b的透镜104，且照明系统10b可进一步包括第一反射镜112以及第二反射镜113。
[0043]
第一反射镜112位于激发光源100以及滤光模块101之间，且来自激发光源100的激发光束b经由第一反射镜112传递至滤光模块101。第二反射镜113位于来自激发光源100的激发光束b的传递路径之外，即位于激发光束b在激发光源100及滤光模块101之间的传递路径之外。如图5b所示，第二反射镜113不位于从激发光源100传递至滤光模块101的激发光束b的传递路径上，且第二反射镜113与透镜105例如共同位于第一反射镜112的下方。此外，如图5c所示，第二反射镜113设置在被滤光模块101反射的激发光束b的传递路径上以及被光波长转换模块102反射的转换光束b1的传递路径上。
[0044]
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的照明系统以及投影装置的实施例中，来自激发光源的激发光束可经由滤光模块的光作用区的反射传递至光波长转换模块并被光波长转换模块转换成转换光束，转换光束经由光波长转换模块的反射传递至滤光模块的光作用区，并穿过滤光模块的光作用区后形成至少一色光。由于可有效减少照明系统中所使用的光学元件的数量，因此有助于改善组装困难、精准度不佳以及体积不易缩小等问题中的至少一者。在一些实施例中，照明系统可进一步包括多个透镜，以达到汇聚光束或将光束准直化的功能。在一些实施例中，照明系统可进一步包括辅助光源，以提升自照明系统输出的特定色光(如红光)的能量。在一些实施例中，照明系统可进一步包括合光元件或分色元件，以将来自辅助光源的辅助光束传递至滤光模块。在一些实施例中，分色元件可设置在滤光模块与光波长转换模块之间且设计成将辅助光束以及
激发光束反射，以提升自照明系统输出的特定色光(如红光)的纯度。在一些实施例中，可借由第一反射镜替代透镜将来自激发光源的激发光束传递至滤光模块，且可借由第二反射镜替代分光元件将被滤光模块的光作用区反射的激发光束传递至光波长转换模块，以降低激发光束在传递至光波长转换模块的过程中的光损耗或降低照明系统的体积或重量。
[0045]
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的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一个实施例或权利要求不须达成本发明所记载的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。