照明系统以及投影装置的制作方法

本实用新型是有关于一种光学系统以及光学装置，且特别是有关于一种照明系统以及投影装置。

背景技术：

投影装置为一种用以产生大尺寸画面的显示装置，随着科技技术的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束藉由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射出投影装置后于目标物(例如：荧幕或墙面上)形成投影画面。

此外，照明系统也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，一路从超高效能灯泡 (Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laser diode，LD) 光源。但在照明系统中，目前产生红光及绿光较符合成本的作法为，使用蓝光激光二极管激发荧光色轮的荧光粉来产生黄绿光。接着，再经由光学元件将所需的红光或绿光滤出以作为照明光束。

然而，于已知的照明系统架构中，在蓝光传递至光学系统的路径上通常配置有聚焦透镜组等光学元件，以使蓝光完整地入射至荧光色轮。如此一来，将使成本居高不下，且使体积无法缩小的问题。

“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本领域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本领域技术人员所知晓或认知。

实用新型内容

本实用新型提供一种照明系统及投影装置，可简化结构并缩小体积。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种照明系统，包括一激发光源、一第一分光元件、一第一反光元件、一波长转换装置以及一滤光装置，其中激发光源用于提供一激发光束。激发光束包括一第一子光束以及一第二子光束。第一分光元件配置于激发光束的传递路径上，第一分光元件具有一第一区以及一第二区。第一反光元件配置于第二子光束的传递路径上。波长转换装置配置于激发光束的传递路径上。波长转换装置具有一光学区以及一波长转换区。波长转换装置用于以一中心轴旋转，使光学区以及波长转换区轮流切入激发光束的传递路径上。波长转换区用于转换激发光束为一第一转换光束，激发光束的波长不同于第一转换光束的波长。滤光装置配置于激发光束及第一转换光束的传递路径上，其中在第一时序时，光学区切入激发光束的传递路径上，激发光束的第一子光束由第一分光元件的第一区传递至光学区，且激发光束的第二子光束由第一分光元件及第一反光元件传递至滤光装置。在第二时序时，波长转换区切入激发光束的传递路径上，激发光束传递至波长转换区转换成第一转换光束。

为达上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本实用新型的另一实施例提出一种投影装置，用于提供一投影光束。投影装置包括一照明系统，提供一照明光束。照明系统包括一激发光源、一第一分光元件、一第一反光元件、一波长转换装置以及一滤光装置，其中激发光源用于提供一激发光束。激发光束包括一第一子光束以及一第二子光束。第一分光元件配置于激发光束的传递路径上，第一分光元件具有一第一区以及一第二区。第一反光元件配置于第二子光束的传递路径上。波长转换装置配置于激发光束的传递路径上。波长转换装置具有一光学区以及一波长转换区。波长转换装置用于以一中心轴旋转，使光学区以及波长转换区轮流切入激发光束的传递路径上。波长转换区用于转换激发光束为一第一转换光束，激发光束的波长不同于第一转换光束的波长。滤光装置配置于激发光束及第一转换光束的传递路径上。至少一光阀配置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换成至少一影像光束。镜头模块配置于至少一影像光束的传递路径上，用于将至少一影像光束形成投影光束，其中在第一时序时，光学区切入激发光束的传递路径上，激发光束的第一子光束由第一分光元件的第一区传递至光学区，且激发光束的第二子光束由第一分光元件及第一反光元件传递至滤光装置。在第二时序时，波长转换区切入激发光束的传递路径上，激发光束传递至波长转换区转换成第一转换光束。

基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的上述实施例中，由于激发光束所包括的第一子光束及第二子光束，可分别以不同传递路径传递至第一分光元件、波长转换装置以及滤光装置，因此照明系统可不需在激发光束由激发光源发出的传递路径上配置额外的光准直镜组。如此一来，能降低成本、简化结构并缩小体积。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的投影装置示意图。

图2A及图2B分别为图1的波长转换装置于不同实施例的示意图。

图3A及图3B分别为图1的滤光装置于不同实施例的示意图。

图4为图1的投影装置于另一时序的示意图。

图5为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图6为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图7为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图8为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图9为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图10为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图11为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。

图12为图11的投影装置于另一时序的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的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，仅是参考附加图式的方向。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。

图1为本实用新型一实施例的投影装置示意图。请参考图1，在本实施例中，投影装置10用于提供一投影光束LP。具体而言，投影装置10包括一照明系统100、至少一光阀50以及一镜头模块60，且照明系统100用于提供一照明光束LB。光阀50配置于照明光束LB 的传递路径上，用于将照明光束LB转换成至少一影像光束LI。换句话说，所谓照明光束LB是指照明系统100在任意时间提供至光阀50 的光束，例如是由激发光源110提供的激发光束、由波长转换装置140 所转换的转换光束或其组合。镜头模块60配置于影像光束LI的传递路径上，用于将影像光束LI转换成投影光束LP，而投影光束LP用于被投射至一投影目标(未绘示)，例如一荧幕或一墙面。

在本实施例中，光阀50例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device, DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀50也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器 (Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Maganeto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本实用新型对光阀50的型态及其种类并不加以限制。光阀 50将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。本实施例将以单一个光阀50为例，例如是使用单个数字微镜元件(1-DMD)的投影装置10，但在其他实施例中，光阀50 的数量可以是多个，本实用新型并不限于此。

投影镜头60例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，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。于一实施例中，投影镜头60也可以包括平面光学镜片，以反射或穿透方式将来自光阀50的影像光束LI 投射至投影目标。本实用新型对投影镜头60的型态及其种类并不加以限制。

在本实施例中，投影装置10还可包括匀光元件70，配置于激发光束L0及转换光束(如图4的第一转换光束L3)的传递路径上，用以调整光斑形状为照明光束LB，以使照明光束LB的光斑形状能配合光阀50的工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度。在本实施例中，匀光元件70例如是积分柱(Integration Rod)，但在其他实施例中，匀光元件70也可以是其它适当型态的光学元件，本实用新型不限于此。

此外，在一些实施例中，投影装置10还可选择性地包括聚光元件 (未绘示)及反射器90。聚光元件及反射器90用以将照明系统100 发出的照明光束LB引导至光阀50。然而，本实用新型不限于此，于其它实施例中，也可利用其它光学元件将照明光束LB引导至光阀50。

照明系统100包括一激发光源110、一第一分光元件120、一第一反光元件130、一波长转换装置140以及一滤光装置150。聚光元件 105则配置用以引导光束并聚焦光束于其他构件上，聚光元件105例如为透镜或准直镜组，本实用新型并不限于此。详细而言，激发光源 110提供一激发光束L0，且激发光束L0包括一第一子光束L1及一第二子光束L2。在本实施例中，激发光源110为激光二极管(Laser Diode， LD)，但在其他实施例中，激发光源110可以是发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)。具体而言，依实际设计上符合需求的光源皆可实施，本实用新型对激发光源110及后续说明中的其他光源的型态及其种类并不加以限制。在本实施例中，激发光束L0例如是波长为445奈米或460奈米的蓝色激发光束。

第一分光元件120配置于激发光束L0的传递路径上且位于激发光源110及波长转换装置140之间，第一分光元件120具有一第一区122 以及一第二区124。在本实施例中，第一区122用于让蓝光通过且反射黄光，第二区用于反射蓝光及黄光。第一反光元件130用于反射任意颜色的光束，且配置于第二子光束L2的传递路径上，但在其他实施例中，第一区122及第二区124的透射或反射特性可进行调整，本实用新型并不限于此。具体而言，在本实施例中，第一区122与第二区124呈相邻配置，而第一分光元件120与第一反光元件130呈垂直摆置，且第一反光元件130配置于第一分光元件120的第二区124与激发光源110之间。因此，第一子光束L1可直接穿过第一区122而传递至第一分光元件120相对于激发光源110的另一侧的其他构件。第二子光束L2则可由第一反光元件130反射并通过第一分光元件120 的第一区122至第一分光元件120相对于第一反光元件130的另一侧的其他构件，如图1所绘示。

图2A及图2B分别为图1的波长转换装置于不同实施例的示意图。

图4为图1的投影装置于另一时序的示意图。请参考图1、图2A及图 4，波长转换装置140配置于激发光束L0的传递路径上，且波长转换装置140具有一光学区142以及一波长转换区144。波长转换装置140 用于以一中心轴A1旋转，使光学区142以及波长转换区144轮流切入激发光束L0的传递路径上。在本实施例中，光学区142例如为反射镜，用于反射激发光束L0，而波长转换区144用于将激发光束L0 转换为一第一转换光束L3，激发光束L0的波长不同于第一转换光束 L3的波长，如图2A所绘示。举例而言，波长转换区144例如具有可激发出黄光的波长转换材料(例如黄色荧光粉)，因此可将激发光束L0 转换为呈黄光的第一转换光束L3。请参考图2B，在其他实施例中，光学区142A例如具有相异于波长转换区144的波长转换材料，例如是可激发出绿光的波长转换材料(例如绿色荧光粉)，如图2B所绘示的波长转换装置140A，用于转换激发光束L0为呈现绿光的一第二转换光束(未绘示)，或是用于转换部分的激发光束L0为呈现绿光的一第二转换光束(未绘示)，而第二转换光束与没有被转换的激发光束L0 可形成蓝绿光。因此，可进一步改善蓝光色点的问题，进而提升光学品质，但本实用新型并不限于此。

图3A及图3B分别为图1的滤光装置于不同实施例的示意图。请先参考先图1、图2A、图3A及图4，在本实施例中，滤光装置150 配置于激发光束L0及第一转换光束L3的传递路径上，且用于反射激发光束L0以及让第一转换光束L3通过。详细而言，滤光装置150包括一第一滤光区152及一第二滤光区154，且用于以一中心轴A2旋转，使滤光装置150的第一滤光区152及第二滤光区154轮流切入第二子光束L2的传递路径上。在本实施例中，第一滤光区152例如配置为蓝光滤光片，第二滤光区154则例如配置为黄光滤光片、红光滤光片或绿光滤光片，如图3A所绘示。在其他实施例中，滤光装置150还可进一步包括第三滤光片156及第四滤光片158，且第二滤光区154、第三滤光区156及第四滤光区158分别配置为黄光滤光片、红光滤光片或绿光滤光片，如图3B所绘示的滤光装置150A。因此，第一转换光束L3可穿过第二滤光区154，第一转换光束L3通过第三滤光区156 而形成第一滤光光束L4，及第一转换光束L3通过第四滤光区158而形成第二滤光光束L5，其中第一转换光束L3例如为黄色光束，第一滤光光束L4例如为红色光束，第二滤光光束L5例如为绿色光束，以适用于不同光阀50数量的投影装置10，但本实用新型并不限于此。

详细而言，在本实施例中，投影装置10的操作可分为第一时序及第二时序。在第一时序时，波长转换装置140的光学区142切入激发光束L0的传递路径上。因此，激发光束L0的第一子光束L1由第一分光元件120的第一区122传递至光学区142并反射至第一分光元件 120的第二区124，再经由第二区124的反射传递通过滤光装置150 的第一滤光区152以形成照明光束LB中蓝光部分的一部分。而同时，激发光束L0的第二子光束L2由第一反光元件130反射后依序通过第一分光元件120的第一区122及滤光装置150的第一滤光区152以形成照明光束LB中蓝光部分的另一部分，如图1所绘示。

在第二时序时，波长转换装置140的波长转换区144切入激发光束L0的传递路径上。因此，激发光束L0的第一子光束L1传递通过第一分光元件120的第一区122至波长转换区144并转换为第一转换光束L3，第一转换光束L3被波长转换装置140反射回第一分光元件 120，且经由第一分光元件120的反射而传递通过滤光装置150的第二滤光区152以形成照明光束LB中黄光、红光或绿光部分的一部分。而激发光束L0的第二子光束L2由第一反光元件130反射通过第一分光元件120的第一区122，此时，滤光装置150的第二滤光区154切入第二子光束L2的传递路径上，则来自第一区122的第二子光束L2 并依序由滤光装置150的第二滤光区154及第一分光元件120反射至波长转换区144以转换为第一转换光束L3，第一转换光束L3被波长转换装置140反射回第一分光元件120，且经由第一分光元件120的反射而传递通过滤光装置150的第二滤光区152以形成照明光束LB 中黄光、红光或绿光部分的另一部分。如此一来，可不需在激发光束 L0由激发光源110发出的传递路径上配置额外的光准直镜组，进而能降低成本、简化结构并缩小体积。

图5为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。请参考图5，本实施例的照明系统100A及投影装置10A类似于图1的照明系统100 及投影装置10。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100A 还包括一扩散元件160，配置于激发光源110与第一分光元件120之间，用于让激发光束L0通过。详细而言，扩散元件160的延伸方向与激发光束L0的传递方向的夹角可呈小于或等于90度。因此，可使激发光束L0藉由扩散元件160达到扩散均匀化。而在夹角小于90度的实施例中，还可进一步调整激发光束L0的光斑大小及形状，例如将通过扩光元件160的激发光束L0的光斑调整成椭圆形，以利于后续光学效率的提高。

图6为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。本实施例的照明系统100B及投影装置10B类似于图5的照明系统100A及投影装置 10A。惟两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100B还包括一扩散元件160A，配置于激发光源110与第一分光元件120之间，且配置于第一分光元件120的第一区122。举例而言，在本实施例中扩散元件160A例如是以镀膜方式形成于第一区122的扩散层，但本实用新型并不限于此。

图7为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。请参考图7，本实施例的照明系统100C及投影装置10C类似于图1的照明系统100 及投影装置10。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100C 还包括一补充光源170。补充光源170用于提供一补充光束L6，且补充光束L6的波长不同于激发光束L0的波长。具体而言，补充光源170 例如为可发出红光的光源，且补充光束L6为红色光束，在本实施例中，补充光源170例如为可发出红光的激光光源，且补充光束L6为红色激发光束，但本实用新型并不限于此。在本实施例投影装置10C 的第二时序中，补充光束L6依序通过第一反光元件130及第一分光元件120以传递至滤光装置150。换句话说，在本实施例中，第一分光元件120的第一区122例如用于让蓝光、红光通过且反射黄光，第一反光元件130例如为让红光通过且反射蓝光的分光镜。当波长转换装置140的波长转换区144切入激发光束L0的传递路径时，激发光束L0的第一子光束L1传递通过第一分光元件120的第一区122至波长转换区144并转换为第一转换光束L3，第一转换光束L3被波长转换装置140反射回第一分光元件120，且经由第一分光元件120的反射而传递通过如图3B的滤光装置150A的第三滤光区156(例如红光滤光片)以形成照明光束LB中红光部分的一部分。而激发光束L0的第二子光束L2由第一反光元件130反射通过第一分光元件120的第一区122，此时，如图3B的滤光装置150A的第三滤光区156切入第二子光束L2的传递路径上，则来自第一区122的第二子光束L2并依序由第三滤光区156及第一分光元件120反射至波长转换区144以转换为第一转换光束L3，第一转换光束L3被波长转换装置140反射回第一分光元件120，且经由第一分光元件120的反射而传递通过如图3B 的滤光装置150A的第三滤光区156以形成照明光束LB中红光的一部分；同时，补充光源170开启并发出补充光束L6，则补充光束L6依序通过第一反光元件130、第一分光元件120的第一区122及第三滤光区156以形成照明光束LB中红光的另一部分。如此一来，可进一步增加投影装置10C的色域，进而得到良好的显示效果。

图8为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。请参考图8，本实施例的照明系统100D及投影装置10D类似于图7的照明系统 100C及投影装置10C。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统 100D还包括一第二分光元件180，第二分光元件180例如是让蓝光通过且反射红光的分光镜，配置于补充光束L6的传递路径上，而第一反光元件130例如为反射所有光束的反射镜，其中激发光束L0的第二子光束L2通过第二分光元件180且被第一反光元件130反射而通过第一分光元件120的第一区122，而补充光源170开启并发出补充光束L6，补充光束L6被第二分光元件180反射至第一反光元件130 且被第一反光元件130反射而通过第一分光元件120的第一区122并接续传递至如图3B的第三滤光区156以形成照明光束LB中红光的一部分。如此一来，可进一步增加投影装置10C的色域，进而得到良好的显示效果。

图9为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。请参考图9，本实施例的照明系统100E及投影装置10E类似于图7的照明系统 100C及投影装置10C。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统 100D还包括一第二分光元件180，第二分光元件180例如是让蓝光、黄光通过且反射红光的分光镜，配置于补充光束L6及第一转换光束 L3的传递路径上，而第一反光元件130例如为反射所有光束的反射镜，其中激发光束L0及第一转换光束L3通过第二分光元件180，而补充光源170开启并发出补充光束L6，补充光束L6被第二分光元件180 反射至如图3B的滤光装置150A的第三滤光区156以形成照明光束 LB中红光的一部分。如此一来，可进一步增加投影装置10C的色域，进而得到良好的显示效果。

图10为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。请参考图10，本实施例的照明系统100F及投影装置10F类似于图1的照明系统100 及投影装置10。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100F 还包括一第二反光元件190，配置于第一分光元件120的第二区124，其中第二反光元件190位于第一分光元件120的第二区124与第一反光元件130之间。详细而言，在本实施例中，第一分光元件120实际上为第一区122及第二区124皆让蓝光通过且反射黄光的分光镜。换句话说，在第一时序时，如图2A的波长转换装置140的光学区142 切入激发光束L0的传递路径上，激发光束L0的第一子光束L1由第一分光元件120的第一区122传递至光学区142并反射至第一分光元件120的第二区124，由波长转换装置140所反射的第一子光束L1将通过第一分光元件120并由第二反光元件190反射而传递至滤光装置 150。如此一来，可使第一分光元件120的制作较简易，同时能降低波长转换装置140与第一分光元件120在组装时产生的光学公差问题。

图11为本实用新型另一实施例的投影装置示意图。图12为图11 的投影装置于另一时序的示意图。请参考图11及图12，本实施例的照明系统100G及投影装置10G类似于图1的照明系统100及投影装置10。两者不同之处在于，在本实施例中，第一分光元件120的第一区122用于反射第一子光束L1以及让第一转换光束L3通过，即反射蓝光而让黄光穿透。第一分光元件120的第二区124用于让激发光束 L0以及第一转换光束L3通过，即让所有光束通过。详细而言，在本实施例中，第一分光元件120的第二区124配置于第一反光元件130 与激发光源110之间，且第一分光元件120的第一区122用于反射第一子光束L1及让第一转换光束L3通过，第一分光元件120的第二区 124用于让第二子光束L2及第一转换光束L3通过。波长转换装置140 与滤光装置150配置于第一分光元件120的相对两侧。

同时参考图12、图2A及图3A，在第一时序时，波长转换装置 140的光学区142切入激发光束L0的传递路径上，来自激发光源110 的第一子光束L1由第一区122及波长转换装置140反射通过滤光装置150。第二子光束L2传递通过第二区124至第一反光元件130，并由第一反光元件130反射通过滤光装置150。在第二时序时，波长转换装置140的波长转换区144切入激发光束L0的传递路径上，第一子光束L1由第一分光元件120的第一区122反射至波长转换装置140 的波长转换区144以转换为第一转换光束L3。第二子光束L2传递通过第一分光元件120的第二区124至第一反光元件130，并依序由第一反光元件130及滤光装置150的第二滤光区154反射通过第二区124 至波长转换装置140的波长转换区144以转换为第一转换光束L3。第一转换光束L3则传递通过第一分光元件120至滤光装置150。其详细实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的上述实施例中，由于激发光束所包括的第一子光束及第二子光束，可分别以不同传递路径传递至第一分光元件、波长转换装置以及滤光装置，因此照明系统可不需在激发光束由激发光源发出的传递路径上配置额外的光准直镜组。如此一来，能降低成本、简化结构并缩小体积。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型权利要求书及说明书所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。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的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。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。

附图标记

10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G：投影装置

50：光阀

60：镜头

90：反射器

100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G：照明系统

105：聚光元件

110：激发光源

120：第一分光元件

122：第一区

124：第二区

130：第一反光元件

140、140A：波长转换装置

142、142A：光学区

144：波长转换区

150、150A：滤光装置

152：第一滤光区

154：第二滤光区

156：第三滤光区

158：第四滤光区

160、160A：扩散元件

170：补充光源

180：第二分光元件

190：第二反光元件

A1、A2：中心轴

L0：激发光束

L1：第一子光束

L2：第二子光束

L3：第一转换光束

L4：第一滤光光束

L5：第二滤光光束

L6：补充光束

LB：照明光束

LI：影像光束

LP：投影光束。