投影装置及其照明系统的制作方法

本实用新型是关于一种投影装置及其照明系统，且特别关于一种可有效产生照明光束的投影装置及其照明系统。

背景技术：

投影装置是一种可将影像投射到投影屏幕上以呈现给使用者观看的设备。投影装置会具有能产生均匀亮度的照明系统，以提供投影所需的照明光束。一般投影装置的照明系统是使光源产生的光束聚焦于荧光粉层，以产生荧光光束输出。而照明系统为了要达到均匀的输出亮度，通常会设置有光积分柱，以使荧光粉层产生的荧光光束可以经由光积分柱均匀化后，产生合适的照明光束。

然而，由于荧光粉层的荧光粉设置及/或温度的关系，荧光粉层产生的荧光光束的光斑会大于光源产生的光束的光斑，因而会产生无法有效将荧光光束投射至光积分柱中的问题。因此，如何使荧光粉层产生的荧光光束有效的投射至光积分柱中，实为本领域相关人员所关注的焦点。

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”中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。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并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，也不代表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投影装置，可以有效的将波长转换元件产生的转换光束投射至光积分柱中。

本实用新型另提供一种照明系统，可以有效的将波长转换元件产生的转换光束投射至光积分柱中。

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。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型之一实施例提供一种投影装置，包括照明系统、光阀及投影镜头。照明系统包括激发光源、波长转换元件、聚光透镜及光积分柱。激发光源用于提供激发光束。波长转换元件配置于激发光束的传递路径上，用于将激发光束的第一部分转换成转换光束。激发光束的第一部分在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度是第一距离，转换光束在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度是第二距离，第二距离大于第一距离。聚光透镜配置于来自波长转换元件的转换光束的传递路径上，聚光透镜的有效收光孔径的直径是有效孔径CA，有效孔径CA是第二距离的二倍以上。光积分柱配置于转换光束的传递路径上，用于接收来自聚光透镜的转换光束。光阀配置于转换光束的传递路径上，用于接收来自光积分柱的转换光束，并将转换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。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型之一实施例提供一种照明系统，包括：激发光源、波长转换元件、聚光透镜、光积分柱。激发光源，用于提供激发光束。波长转换元件配置于激发光束的传递路径上，用于将激发光束的第一部分转换成转换光束。激发光束的第一部分在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度是第一距离，转换光束在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度是第二距离，第二距离大于第一距离。聚光透镜配置于来自波长转换元件的转换光束的传递路径上。聚光透镜的有效收光孔径的直径是一有效孔径CA，有效孔径CA是第二距离的二倍以上。光积分柱配置于转换光束的传递路径上，用于接收来自聚光透镜的转换光束。

本实用新型实施例投影装置的照明系统透过设置聚光透镜，且聚光透镜的有效孔径是转换光束在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度的二倍以上，可以有效接收波长转换元件产生的转换光束，以将转换光束投射至光积分柱中。

为让本实用新型之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。

图2是本实用新型一实施例的照明系统的方块示意图。

图3是本实用新型一实施例的照明系统的示意图。

图4是图3的波长转换元件上所形成的光斑的示意图。

图5是图3的波长转换元件的示意图。

图6是本实用新型另一实施例的照明系统的示意图。

图7是图6的波长转换元件上所形成的光斑的示意图。

图8是图6的波长转换元件的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一优选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是本实用新型一实施例的投影装置的示意图。请参照图1，本实施例的投影装置1包括照明系统10、光阀102及投影镜头104。光阀102配置于照明系统10所提供的照明光束IL1的传递路径上，用于将照明光束IL1转换成影像光束IL2。投影镜头104配置于影像光束IL2的传递路径上。影像光束IL2用于通过投影镜头104之后成为(become)投影光束IL3，进而于投影面上形成影像画面。虽然图1中是以一个光阀102为例，但于其他实施例中，光阀102的数量也可以是多个。此外，本实施例的光阀102是以穿透式光阀(例如穿透式液晶面板)作为举例说明，本实用新型并不以此为限制。在其他实施例中，光阀102也可以采用反射式光阀，如反射式液晶面板、数位微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)或硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon Panel,LCoS Panel)，且搭配的光学元件种类及摆设位置可适当调整。

图2是本实用新型一实施例的照明系统的方块示意图。请参照图2，在本实施例中，照明系统10包括激发光源11、波长转换元件13、聚光透镜15及光积分柱19。在本实施例中，激发光源11用于提供激发光束L01。激发光源11所使用的光源例如是激光二极管(Laser Diode，LD)或激光二极管阵列(Blue Laser diode Bank)。或者，激发光源11所使用的光源亦可以是发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)。具体而言，依实际设计上符合要求的光源皆可实施，本实用新型并不以此为限。波长转换元件13配置于激发光束L01的传递路径上，并用于将激发光束L01的第一部分转换成转换光束L02。在本实施例中，聚光透镜15配置于来自波长转换元件13的转换光束L02以及激发光束L01的第二部分L03的传递路径上，以使转换光束L02以及激发光束L01的第二部分L03传递至光积分柱19，并构成照明光束IL1。

图3是本实用新型一实施例的照明系统的示意图。请参照图3，本实施例的照明系统10包括激发光源11、波长转换元件13、聚光透镜15及光积分柱19。激发光源11用于提供激发光束L01。波长转换元件13配置于激发光束L01的传递路径上，用于将激发光束L01的第一部分转换成转换光束L02。聚光透镜15配置于来自波长转换元件13的转换光束L02的传递路径上。光积分柱19配置于转换光束L02的传递路径上，用于接收来自聚光透镜15的转换光束L02。

请同时参照图4，图4是图3所示照明系统10的波长转换元件13上所形成的光斑的示意图。在本实施例中，激发光束L01的第一部分入射至波长转换元件13上所形成的光斑F1a中最大的宽度是第一距离d1，转换光束L02从波长转换元件13出射前在波长转换元件13上所形成的光斑F1b中最大的宽度是第二距离d2，第二距离d2大于第一距离d1。聚光透镜15的有效收光孔径的直径是有效孔径CA1，有效孔径CA1是第二距离d2的二倍以上。藉由设置有效孔径CA1是第二距离d2的二倍以上的聚光透镜15，本实施例的照明系统10可以有效的将波长转换元件13产生的转换光束L02投射至光积分柱19中。

详细来说，聚光透镜15与波长转换元件13之间具有间距gap1。聚光透镜15具有接收转换光束L02的收光角θ1，其中θ1＝2tan^-1(CA1/2gap1)，θ1>150°。透过设置有效孔径CA1的聚光透镜15，并调整间距gap1使收光角θ1>150°时，照明系统10可以有效的将波长转换元件13产生的转换光束L02投射至光积分柱19中。

在本实施例中，由于激发光源11可以有不同的种类或型式，因此激发光束L01会在波长转换元件13上形成不同的光斑，例如圆形、椭圆形或不规则的形状等。而转换光束L02也会在波长转换元件13上形成不同的光斑。不同的光斑中，第一距离d1是定义为光斑F1a中最大的宽度，而第二距离d2是定义为光斑F1b中最大的宽度。

请同时参照图5，图5是图3的波长转换元件的示意图。在本实施例中，照明系统10还包括分色元件17。分色元件17配置于激发光源11与聚光透镜15之间，用于使来自于激发光源11的激发光束L01穿透至聚光透镜15。聚光透镜15将激发光束L01汇聚至波长转换元件13。其中波长转换元件13具有反射式波长转换部131及透光部133。波长转换元件13的反射式波长转换部131用于将激发光束L01的第一部分转换成转换光束L02以及用于反射转换光束L02至聚光透镜15。波长转换元件13的透光部133用于使来自聚光透镜15的激发光束L01的第二部分L03穿透。分色元件17并用于反射来自于聚光透镜15的转换光束L02，以将转换光束L02投射至光积分柱19。

详细来说，照明系统10还可以包括光传递模块。光传递模块设置于穿透透光部133的激发光束L01的第二部分L03的传递路径上，并用于将穿透波长转换元件13的透光部133的激发光束L01的第二部分L03传递回分色元件17。分色元件17让激发光束L01的第二部分L03穿透并投射至光积分柱19。因此，在本实施例中，透过分色元件17及光传递模块的设置，可使转换光束L02及激发光束L01的第二部分L03传递至光积分柱19以构成照明光束IL1。光阀102接收经光积分柱19传递至的照明光束IL1，并将照明光束IL1转换成影像光束IL2。

如图3所示，光传递模块例如可以包括第一反射元件121、第二反射元件123及第三反射元件125。第一反射元件121设置于激发光束L01的第二部分L03的传递路径上，并用于将穿透透光部133的激发光束L01的第二部分L03反射至第二反射元件123。第二反射元件123用于将激发光束L01的第二部分L03反射至第三反射元件125。第三反射元件125用于将激发光束L01的第二部分L03反射至分色元件17。图3所示的光传递模块仅为一示例，并非用以限制本实用新型。

具体而言，波长转换元件13例如为荧光粉转轮，并包括转盘135及驱动转盘135转动的马达(图未示)。在本实施例中，反射式波长转换部131设置于转盘135上，而转盘135具有上述的透光部133，透光部133例如是在转盘135上设置一开口或是配置一透光的扩散元件，本实用新型不以此为限。在本实施例中，反射式波长转换部131具有荧光粉，荧光粉例如是可激发出黄色转换光束的黄色荧光粉，但不限于此。在其他实施例中，反射式波长转换部131也可以具有多个区域以分别配置多种荧光粉，例如可激发出黄色转换光束的黄色荧光粉及可激发出绿色转换光束的绿色荧光粉。在本实施例中，随着转盘135的转动，激发光束L01可轮流地照射在反射式波长转换部131及透光部133。上述激发光束L01的第一部分是指照射在反射式波长转换部131的激发光束，而激发光束L01的第二部分L03是指照射在透光部133的激发光束。更具体地说，在本实施例中，当反射式波长转换部131转动至位于激发光束L01的传递路径上时，此时刻照射至反射式波长转换部131的激发光束L01为其第一部分，会被反射式波长转换部131转换成转换光束L02。另一方面，在本实施例中，当透光部133转动至位于激发光束L01的传递路径上时，此时刻照射至透光部133的激发光束L01为其第二部分L03，会穿透透光部133。换言之，本实用新型说明书及权利要求书所称“激发光束的第一部分”和“激发光束的第二部分”并不是指激发光束包含有两种光束或者两光束，而是来自于激发光源的同一激发光束但在不同时间分别照射在波长转换元件13，例如在不同时间分别照射在反射式波长转换部和透光部，为了方便说明在不同时间照射在波长转换元件13的激发光束，所以称为“激发光束的第一部分”和“激发光束的第二部分”。简言之，激发光束的第一部分是指照射在反射式波长转换部的激发光束L01。因为当透光部133转动至位于激发光束L01的传递路径上时，激发光束L01会穿透透光部133，因此激发光束L01的第二部分L03是指穿透透光部133后的激发光束L01。图4所显示的是激发光束L01及转换光束L02在波长转换元件13的反射式波长转换部131上所形成的光斑。

附带一提的，由于波长转换元件13的荧光粉设置及/或温度的影响，转换光束L02在波长转换元件13上所形成的光斑F1b会大于激发光束L01的第一部分所形成的光斑F1a，但本实用新型并不以此为限制。

承上述，请参照图3与图5，在本实施例中，反射式波长转换部131用于将对应的激发光束L01的第一部分转换成转换光束L02以及用于反射转换光束L02，而透光部133用于使对应的激发光束L01的第二部分L03穿透。在本实施例中，当马达驱动转盘135转动时，激发光源11所提供的激发光束L01轮流地照射在反射式波长转换部131及透光部133。反射式波长转换部131使激发光束L01激发荧光粉以产生转换光束L02以及反射转换光束L02，透光部133使激发光束L01的第二部分L03穿透。具体而言，在本实施例中，反射式波长转换部131可进一步设置反射层或反射涂布层(图未示)，而荧光粉配置于反射层或反射涂布层上，以反射荧光粉产生的光线，提升反射转换光束L02的使用率，但本实用新型不限于此。本实施例的激发光束L01例如是蓝色光束，转换光束L02例如是黄色光束，但本实用新型不限于此。在一实施例中，蓝色光束例如是420-470纳米(nm)的光束，但本实用新型不限于此。

详细来说，照明系统10还可以包括第一透镜141。第一透镜141配置于聚光透镜15与光积分柱19的光路之间，使来自于聚光透镜15的转换光束L02经第一透镜141投射后成为准直光束。在本实施例中，第一透镜141以设置于聚光透镜15与分色元件17之间做为举例说明，但本实用新型并不以此为限制。

另外，照明系统10还可以包括第二透镜143。第二透镜143配置于光积分柱19与第一透镜141的光路之间，使被第一透镜141投射的转换光束L02经第二透镜143投射至光积分柱19。在本实施例中，第二透镜143以设置于光积分柱19与分色元件17之间作为举例说明，但本实用新型并不以此为限制。透过第一透镜141及/或第二透镜143的设置，可以让转换光束L02更有效的投射至光积分柱19中。

此外，在本实施例中，照明系统10例如还可以包括滤色轮(color wheel)16，其中滤色轮16配置于光积分柱19与分色元件17之间。在本实施例中，滤色轮16例如是用于对光束进行滤光的滤光轮(filter wheel)，使通过滤色轮16的不同颜色的光束更纯色化。在本实施例中，来自于分色元件17的转换光束L02及激发光束L01的第二部分L03经由滤色轮16滤光后再经由光积分柱19均匀化，以产生照明光束IL1。在本实施例中，光积分柱19例如可以是空心光积分柱或实心光积分柱，本实用新型并不以此为限制。

在本实施例中，上述分色元件17可以是分色元件(例如分色镜(dichroic mirror))或半穿透半反射元件(例如半反射镜(half mirror))，可视激发光束L01及转换光束L02的颜色而定。

图6是本实用新型另一实施例的照明系统的示意图。请参照图6，本实施例的照明系统20包括激发光源11a、波长转换元件13a、聚光透镜15a及光积分柱19。激发光源11a用于提供激发光束L01a。波长转换元件13a配置于激发光束L01a的传递路径上，用于将激发光束L01a的一第一部分转换成转换光束L02a。聚光透镜15a配置于来自波长转换元件13a的转换光束L02a的传递路径上。光积分柱19配置于转换光束L02a的传递路径上，用于接收来自聚光透镜15a的转换光束L02a。

请同时参照图7，图7是图6所示照明系统20的波长转换元件13a上所形成的光斑的示意图。在本实施例中，激发光束L01a的第一部分入射至波长转换元件13a上所形成的光斑F2a中最大的宽度是第一距离d3，转换光束L02a出射波长转换元件13a前在波长转换元件13a上所形成的光斑F2b中最大的宽度是第二距离d4，第二距离d4大于第一距离d3。聚光透镜15a的有效收光孔径的直径是有效孔径CA2，有效孔径CA2是第二距离d4的二倍以上。藉由设置有效孔径CA2是第二距离d4的二倍以上的聚光透镜15a，本实施例的照明系统20可以有效的将波长转换元件13a产生的转换光束L02a投射至光积分柱19。

详细来说，聚光透镜15a与波长转换元件13a之间具有间距gap2。聚光透镜15a具有接收转换光束L02a的收光角θ2，其中θ2＝2tan^-1(CA2/2gap2)，θ2>150°。透过设置有效孔径CA2的聚光透镜15a，并调整间距gap2使收光角θ2>150°时，照明系统20可以有效的将波长转换元件13a产生的转换光束L02a投射至光积分柱19中。

图8是图6的波长转换元件13a的示意图。如图8所示，在本实施例中，照明系统20的波长转换元件13a具有穿透式波长转换部131a及透光部133a。波长转换元件13a的穿透式波长转换部131a用于将激发光束L01a的第一部分转换成转换光束L02a以及用于使转换光束L02a穿透而传递至聚光透镜15a。波长转换元件13a的透光部133a用于使激发光束L01a的第二部分L03a穿透而传递至聚光透镜15a，聚光透镜15a将转换光束L02a及激发光束L01a的第二部分L03a投射至光积分柱19。当照明系统20应用于如图1所示的投影装置1时，光阀102接收经光积分柱19传递至的转换光束L02a及激发光束L01a的第二部分L03a，并将转换光束L02a及激发光束L01a的第二部分L03a转换成影像光束IL2。

详细而言，在本实施例中，波长转换元件13a例如是荧光粉转轮，并包括转盘135a及驱动转盘135a转动的马达(图未示)。在本实施例中，穿透式波长转换部131a配置于转盘135a上并包括荧光粉，荧光粉例如是可激发出黄色转换光束的黄色荧光粉，但不限于此。在其他实施例中，穿透式波长转换部131a也可以具有多个区域以分别配置多种不同颜色的荧光粉。转盘135a可具有上述穿透式波长转换部131a，用于将对应的激发光束L01a的第一部分转换成转换光束L02a以及用于让转换光束L02a穿透而传递至聚光透镜15a；而透光部133a用于使对应的激发光束L01a的第二部分L03a穿透而传递至聚光透镜15a。在本实施例中，当马达驱动转盘135a转动时，激发光源11a所提供的激发光束L01a可轮流地照射在穿透式波长转换部131a及透光部133a，以使激发光束L01a激发荧光粉产生转换光束L02a；转换光束L02a穿透穿透式波长转换部131a，且激发光束L01a的第二部分L03a穿透透光部133a。本实施例的激发光束L01a例如是蓝色光束，转换光束L02a例如是黄色光束，但不限于此。图7所显示的即是激发光束L01a及转换光束L02a在波长转换元件13a的穿透式波长转换部131a上所形成的光斑。附带一提的，由于波长转换元件13a的荧光粉设置及/或温度的影响，转换光束L02a在波长转换元件13a上所形成的光斑F2b会大于激发光束L01a的第一部分所形成的光斑F2a，但本实用新型并不以此为限制。

此外，照明系统20还可以包括滤色轮16，配置于光积分柱19与聚光透镜15a之间。转换光束L02a及激发光束L01a的第二部分L03a经由滤色轮16滤光后再经由光积分柱19均匀化，以产生照明光束IL1a。

详细来说，照明系统20还可以包括第一透镜141a。第一透镜141a配置于聚光透镜15a与光积分柱19的光路之间，使来自于聚光透镜15a的转换光束L02a经第一透镜141a投射后成为准直光束。

另外，照明系统20还可以包括第二透镜143a。第二透镜143a配置于光积分柱19与第一透镜141a的光路之间，使被第一透镜141a投射的转换光束L02a经第二透镜143a投射至光积分柱19。透过第一透镜141a及/或第二透镜143a的设置，可以让转换光束L02a更有效的投射至光积分柱19中。

在一实施例中，上述的分色元件或透镜等光学元件可视实际所需而由球面镜片、球面镜片或/及镀膜等所形成，但本实用新型不限于此。

综上所述，本实用新型的实施例投影装置的照明系统透过设置聚光透镜，且聚光透镜的有效孔径是转换光束在波长转换元件上所形成的光斑中最大的宽度的二倍以上，可以有效接收波长转换元件产生的转换光束，以将转换光束投射至光积分柱中而减少光学上的耗损。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施例而已，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，摘要部分和标题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，本说明书或申请专利范围中提及的“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

1：投影装置

10、20：包括照明系统

102：光阀

104：投影镜头

11、11a：激发光源

121：第一反射元件

123：第二反射元件

125：第三反射元件

13、13a：波长转换元件

131：反射式波长转换部

131a：穿透式波长转换部

133、133a：透光部

135、135a：转盘

141、141a：第一透镜

143、143a：第二透镜

15、15a：聚光透镜

16：滤色轮

17：分色元件

19：光积分柱

CA1、CA2：有效孔径

d1、d3：第一距离

d2、d4：第二距离

F1a、F1b、F2a、F2b：光斑

gap1、gap2：间距

IL1、IL1a：照明光束

IL2：影像光束

IL3：投影光束

L01、L01a：激发光束

L02、L02a：转换光束

θ1、θ2：收光角。