照明系统以及投影装置的制作方法

1.本发明是有关于一种光学系统以及电子装置，且特别是有关于一种照明系统以及投影装置。


背景技术：

2.投影装置为一种用以产生大尺寸画面的显示装置，随着科学技术的演进与创新，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借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：屏幕或墙面上)，以形成投影画面。
3.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。在目前的光学系统中，由于目前高亮度绿光激光二极管尚未到达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光源激发荧光色轮上的荧光粉来产生黄绿光，再经由彩色滤光色轮将所需的红/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。然而，由于入射荧光色轮的光斑是有一定的面积，所以当荧光色轮在快速转动时，光斑在特定时段会同时照射荧光色轮的不同区间的交界处，使得入射积分柱的光为混色光。在这段时序区间时，入射光阀的光为不稳定的混色光。此时光阀的微镜片阵列会呈现关闭状态，经由镜头投射到屏幕上的为黑画面，以避免画面产生异色。因此，将造成投影系统最大的影响即为因光阀在关闭状态而造成的亮度损失。
[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
[0005]
本发明提供一种照明系统以及投影装置，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0006]
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0007]
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种照明系统，用以提供照明光束。照明系统包括蓝光光源、红光光源、波长转换装置、第一分光元件、滤光装置以及匀光元件。蓝光光源用以提供蓝色激发光束。红光光源用以提供红光光束。波长转换装置配置于蓝色激发光束的传递路径上，用以转换蓝色激发光束为受激发光束。第一分光元件配置于蓝色激发光束以及受激发光束的传递路径上，用于让蓝色激发光束以及受激发光束的其中一者通过并反射另一者。滤光装置配置于红光光束、蓝色激发光束以及受激发光束的传递路径上且包括滤光区。滤光装置位于第一分光元件与匀光元件之间，蓝色激发光
束、受激发光束与红光光束依序传递至滤光装置及匀光元件后形成照明光束，其中受激发光束以及红光光束于不同时序时通过滤光区。
[0008]
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影装置，包括照明系统、光阀、以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。照明系统包括蓝光光源、红光光源、波长转换装置、第一分光元件、滤光装置以及匀光元件。蓝光光源用以提供蓝色激发光束。红光光源用以提供红光光束。波长转换装置配置于蓝色激发光束的传递路径上，用以转换蓝色激发光束为受激发光束。第一分光元件配置于蓝色激发光束以及受激发光束的传递路径上，用于让蓝色激发光束以及受激发光束的其中一者通过并反射另一者。滤光装置配置于红光光束、蓝色激发光束以及受激发光束的传递路径上且包括滤光区。滤光装置位于第一分光元件与匀光元件之间，蓝色激发光束、受激发光束与红光光束依序传递至滤光装置及匀光元件后形成照明光束，其中受激发光束以及红光光束于不同时序时通过滤光区。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换为影像光束。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。
[0009]
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及投影装置中，蓝光光源提供蓝色激发光束，红光光源提供红光光束，蓝色激发光束借由波长转换装置转换出受激发光束，且红光光束于不同时序通过滤光装置的不同区域(例如透光区、滤光区以及扩散区)的交界处，其中受激发光束以及红光光束于不同时序时通过滤光装置的滤光区。因此，可避免受激发光束或蓝色激发光束传递至滤光装置的不同区域的交界处，进而产生不稳定混色光。如此一来，可避免入射光阀的光束为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0010]
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
[0011]
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。
[0012]
图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。
[0013]
图3为图2的照明系统的波长转换装置的示意图。
[0014]
图4为图2的照明系统的滤光装置的示意图。
[0015]
图5a及图5b分别为图2的滤光装置中滤光区的光学效果示意图。
[0016]
图6为图2的照明系统的时序示意图。
[0017]
图7为本发明另一实施例的照明系统的示意图。
[0018]
图8为本发明另一实施例的照明系统的示意图。
[0019]
图9为本发明另一实施例的照明系统的示意图。
[0020]
图10为本发明另一实施例的照明系统的时序示意图。
[0021]
图11为本发明另一实施例的照明系统的时序示意图。
具体实施方式
[0022]
有关本发明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发明。
[0023]
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种投影装置10，包括照明系统100、至少一光阀60以及投影镜头70。其中，照明系统100用以提供照明光束lb。至少一光阀60配置于照明光束lb的传递路径上，用以转换照明光束lb为影像光束li。投影镜头70配置于影像光束li的传递路径上，且用以将影像光束li投射出投影装置10至投影目标(未显示)，例如屏幕或墙面。
[0024]
照明系统100用以提供照明光束lb。举例而言，照明系统100例如由一个至多个不等的发光元件、波长转换元件、匀光元件、滤光元件及/或分合光元件所组合而成，用以提供出不同波长的光束以作为影像光束的来源。然而，本发明并不限定投影装置10中照明系统100的种类或形态，其详细结构及实施方式可以下述说明获致足够的教示、建议与实施说明。
[0025]
在本实施例中，光阀60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60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(magneto-optic modulator)、声光调变器(acousto-optic modulator，aom)等穿透式光调变器。本发明对光阀60的型态及其种类并不加以限制。光阀60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。在本实施例中，光阀60的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置10，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。
[0026]
投影镜头70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70还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀60的影像光束li投射至投影目标。本发明对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。
[0027]
图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。请同时参考图1及图2。在本实施例中，照明系统100包括蓝光光源110、红光光源120、波长转换装置130、第一分光元件140、滤光装置150以及匀光元件160。蓝光光源110用以提供蓝色激发光束l1，而红光光源120用以提供红光光束l2。详细而言，本实施例的蓝光光源110是蓝光激光二极管或蓝光激光二极管阵列，且蓝色激发光束l1的峰值波长为455纳米。本实施例的红光光源120是红光激光二极管，且红光光束l2的峰值波长为638纳米，但本发明并不限于此。
[0028]
图3为图2的照明系统的波长转换装置的示意图。请参考图2及图3。波长转换装置130配置于蓝色激发光束l1的传递路径上，用以转换来自蓝光光源110的蓝色激发光束l1为受激发光束l3。波长转换装置130上具有黄光、绿光波长转换材料(例如为荧光材料，phosphor material)，其中波长转换材料用以转换蓝色激发光束l1为黄绿色的受激发光束l3。意即，受激发光束l3包括黄光光束以及黄绿光光束，但本发明并不限于此。详细而言，在本实施例中，波长转换装置130包括黄光转换区132、黄绿光转换区134以及穿透区136，穿透区136例如为透明玻璃或挖空区。
[0029]
请继续参考图2。第一分光元件140配置于蓝色激发光束l1以及受激发光束l3的传
递路径上，用于让蓝色激发光束l1以及受激发光束l3其中一者通过并反射另一者。在本实施例中，第一分光元件140例如为反射绿橘光分光镜(dichroic mirror with green and orange reflect，dmgo)，故可让蓝色激发光束l1及红光光束l2通过并反射受激发光束l2。但在其他实施例中可为不同种类的分光镜，本发明并不限于此。
[0030]
图4为图2的照明系统的滤光装置的示意图。图5a及图5b分别为图2的滤光装置中滤光区的光学效果示意图。请同时参考图2、图4及图5a。滤光装置150配置于红光光束l2、蓝色激发光束l1以及受激发光束l3的传递路径上且包括滤光区。详细而言，在本实施例中，滤光装置150包括透光区152、滤光区154以及扩散区156。透光区152例如为透明玻璃，用以使光束通过。滤光区154具有用以让特定波段光束通过的滤光镀膜。扩散区156用以扩散化通过的光束。在图5a中，线段201为红光光束l2的波长波段及对应至滤光区154的穿透率，线段202为受激发光束l3的波长波段及对应至滤光区154的穿透率，且线段203为所有光束的波长波段及对应至滤光区154的穿透率。在本实施例中，滤光区154的镀膜可让470纳米至580纳米以及620纳米以上波段的光束通过，故滤光区154可使受激发光束l3中绿色波长波段的光束以及红光光束l2通过，如图5b所显示。在不同的实施例中，滤光区的镀膜也可设计为让580纳米以下以及620纳米以上波段的光束通过，如图5b所显示的线段204为所有光束的波长波段及对应至滤光区154的穿透率，但本发明并不限于此。在本实施例中，受激发光束l3中的黄光光束通过透光区152，而受激发光束l3中的黄绿光光束通过滤光区154。
[0031]
请参考图2。匀光元件160配置于通过滤光装置150的光束的传递路径上。意即，滤光装置150位于第一分光元件140与匀光元件160之间。匀光元件160配置于通过滤光装置150的光束的传递路径上，用于调整这些光束的光斑形状，以使所形成的照明光束lb的光斑形状能配合光阀60的有效工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度，均匀照明光束lb的光强度。在本实施例中，匀光元件160例如是积分柱，但在其他实施例中，匀光元件160也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜，fly eye lens array)，本发明不限于此。
[0032]
在本实施例中，照明系统100还包括第二分光元件170，配置于红光光束l2以及蓝色激发光束l1的传递路径上，用于让红光光束l2通过以及反射蓝色激发光束l1。在本实施例中，第二分光元件170例如为反射蓝光分光镜(dichroic mirror with blue reflect，dmb)。但在其他实施例中可为不同种类的分光镜，本发明并不限于此。
[0033]
除此之外，在本实施例中，照明系统100还可包括反射元件(mirror)180。反射元件180用于导引系统中蓝色激发光束l1的传递路径，进而让蓝色激发光束l1传递至匀光元件160。然而，本发明不限于此，于其它实施例中，也可利用其它种类的光学元件将蓝色激发光束l1引导至匀光元件160。
[0034]
图6为图2的照明系统的时序示意图。请同时参考图1至图4以及图6。在本实施例中，照明系统100具有第一时序至第六时序。详细而言，在第一时序时，开启蓝光光源110且关闭红光光源120，蓝色激发光束l1借由第一分光元件140传递至波长转换装置130的黄光转换区132，以将蓝色激发光束l1转换成黄色的受激发光束l3。受激发光束l3借由第一分光元件140反射而传递至滤光装置150的透光区152，进而进入匀光元件160，以使光阀60接收到黄光光束。在第二时序时，开启红光光源120且关闭蓝光光源110，红光光束l2依序传递通过第二分光元件170、第一分光元件140、滤光装置150，进而进入匀光元件160，以使光阀60
接收到红光光束。
[0035]
在第三时序时，开启蓝光光源110且关闭红光光源120，蓝色激发光束l1借由第一分光元件140传递至波长转换装置130的黄绿光转换区134以转换出黄绿色的受激发光束l3。受激发光束l3借由第一分光元件140反射而传递至滤光装置150的滤光区154，进而传递进入匀光元件160，以使光阀60接收到绿光光束。在第四时序时，开启红光光源120且关闭蓝光光源110，红光光束l2依序传递通过第二分光元件170、第一分光元件140、滤光装置150，进而进入匀光元件160，以使光阀60接收到红光光束。
[0036]
在第五时序时，开启蓝光光源110且关闭红光光源120，蓝色激发光束l1借由第一分光元件140传递至波长转换装置130的穿透区136并穿过穿透区136，以依序借由反射元件180以及第二分光元件170的反射而通过第一分光元件140、滤光装置150的扩散区156，进而进入匀光元件160，以使光阀60接收到蓝光光束。在第六时序时，开启红光光源120且关闭蓝光光源110，红光光束l2依序通过第二分光元件170、第一分光元件140、滤光装置150，进而进入匀光元件160，以使光阀60接收到红光光束。
[0037]
值得一提的是，本实施例在第二时序、第四时序及第六时序时，红光光束l2传递至滤光装置150的顺序为透光区152、滤光区154以及扩散区156的交界处。详细而言，滤光装置150中透光区152的一端与滤光区154的一端彼此相邻且为第一连接区，滤光区154的另一端与扩散区156的一端彼此相邻且为第二连接区，而扩散区156的另一端与透光区152的另一端彼此相邻且为第三连接区。因此，于第二时序时，红光光束l2通过滤光装置150的第一连接区。于第四时序时，红光光束l2通过滤光装置150的第二连接区。于第六时序时，红光光束l2通过滤光装置150的第三连接区，即红光光束l2可穿过滤光装置150的透光区152、滤光区154以及扩散区156。换句话说，本实施例借由在上述连接区对应至光束的传递路径时，关闭蓝光光源110可避免让受激发光束l3(黄光、黄绿光)或蓝色激发光束l1传递至上述连接区，进而产生不稳定混色光而使光阀60于上述时序关闭。如此一来，可避免入射光阀60的光为不稳定的混色光，进而提升光阀60的使用效率以增加投影装置10的投影亮度。
[0038]
图7为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参考图7。本实施例的照明系统100a类似于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，第一分光元件140a为反射蓝红光分光镜(dichroic mirror with blue and red reflect，dmbr)。换句话说，在本实施例中，蓝色激发光束l1也可先被第一分光元件140a反射，而反射后的蓝色激发光束l1借由波长转换装置130的黄光转换区132及黄绿光转换区134对应产生黄光光束以及黄绿光光束后再穿透第一分光元件140a。如此一来，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0039]
图8为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参考图8。本实施例的照明系统100b类似于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，第一分光元件140b包括第一部分142以及第二部分144。第一部分142例如为反射绿橘光分光镜(dmgo)，而第二部分144例如为半反射半穿透蓝光且反射绿橘光分光镜。此外，照明系统100b包括聚焦透镜组190，配置于第一分光元件140b与波长转换装置130之间。另外，本实施例的波长转换装置130的穿透区以反射区替换(未显示)。如此一来，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0040]
因此，在第一时序、第三时序、第五时序时，开启蓝光光源110且关闭红光光源120，
蓝色激发光束l1通过第一分光元件140b的第一部分142后，依序入射波长转换装置130的黄光转换区、黄绿光转换区以及反射区。在黄光转换区以及黄绿光转换区所激发的黄光光束以及黄绿光光束反射出射波长转换装置130后传递至第一分光元件140b，最后借由第一分光元件140b反射传递至滤光装置150。而传递至波长转换装置130的反射区的蓝色激发光束l1被反射区反射后，借由聚焦透镜组190镜向传递并通过第一分光元件140b的第二部分144。值得一提的是，传递至第二部分144的蓝色激发光束l1的一部分借由第二部分144反射传递至滤光装置150的扩散区156。而传递至第二部分144的蓝色激发光束l1的另一部分穿过第二部分144后，借由第二分光元件170反射并依序传递通过第一部分142以及滤光装置150的扩散区156。如此一来，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0041]
图9为本发明另一实施例的照明系统的示意图。本实施例的照明系统100c类似于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，蓝光光源110包括第一蓝光光源110_1以及第二蓝光光源110_2。第一蓝光光源110_1所发射的第一蓝色激发光束l1_1的峰值波长例如为455纳米，第二蓝光光源110_2所发射的第二蓝色激发光束l1_2的峰值波长例如为465纳米。另外，类似于图8的照明系统100b，本实施例的波长转换装置130的穿透区以反射区替换(未显示)，但本发明并不限于此。
[0042]
在第一时序以及第三时序时，开启第一蓝光光源110_1且关闭第二蓝光光源110_2以及红光光源120。第一蓝色激发光束l1_1在穿透第一分光元件140后，依序入射波长转换装置130的黄光转换区以及黄绿光转换区。在黄光转换区以及黄绿光转换区所激发的黄光光束以及黄绿光光光束反射出射波长转换装置130后，再经由第一分光元件140的反射，入射滤光装置150。在第五时序时，开启第二蓝光光源110_2且关闭第一蓝光光源110_1以及红光光源120。第二蓝色激发光束l1_2经由第二分光元件170反射并通过第一分光元件140以及滤光装置150的扩散区156。在第二时序、第四时序以及第六时序时，开启红光光源120且关闭第一蓝光光源110_1以及第二蓝光光源110_2。红光光束l2依序传递通过第二分光元件170、第一分光元件140以及滤光装置150。如此一来，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0043]
图10为本发明另一实施例的照明系统的时序示意图。请参考图2以及图10。本实施例的照明系统时序类似于图6所显示的照明系统时序，并且可应用于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，滤光装置150可取消滤光区，且将原滤光区的部分设计作为透光区。换句话说，在第三时序时，受激发光束l3(黄绿光光束)将借由第一分光元件140反射而传递至滤光装置150的透光区，进而传递进入匀光元件160。如此一来，可节省成本，且同时达到提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度的效果。
[0044]
图11为本发明另一实施例的照明系统的时序示意图。请参考图2以及图11。本实施例的照明系统时序类似于图6所显示的照明系统时序，并且可应用于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100可移除滤光装置150，并将原滤光装置150中的扩散区以粘合或涂布的方式设计至其他光学元件上。如此一来，可节省成本，且同时达到提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度的效果。
[0045]
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及投影装置中，蓝光光源提供蓝色激发光束，红光光源提供红光光束，蓝色激发光束借
由波长转换装置转换出受激发光束，且红光光束于不同时序通过滤光装置的不同区域(例如透光区、滤光区以及扩散区)的交界处。因此，可避免受激发光束或蓝色激发光束传递至滤光装置的不同区域的交界处，进而产生不稳定混色光。如此一来，可避免入射光阀的光为不稳定的混色光，进而提升光阀的使用效率以增加投影装置的投影亮度。
[0046]
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明说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。
[0047]
附图标记说明：
[0048]
10:投影装置
[0049]
60:光阀
[0050]
70:投影镜头
[0051]
100,100a,100b,100c:照明系统
[0052]
110:蓝光光源
[0053]
110_1:第一蓝光光源
[0054]
110_2:第二蓝光光源
[0055]
120:红光光源
[0056]
130:波长转换装置
[0057]
132:黄光转换区
[0058]
134:黄绿光转换区
[0059]
136:穿透区
[0060]
140,140a,140b:第一分光元件
[0061]
142:第一部分
[0062]
144:第二部分
[0063]
150:滤光装置
[0064]
152:透光区
[0065]
154:滤光区
[0066]
156:扩散区
[0067]
160:匀光元件
[0068]
170:第二分光元件
[0069]
180:反射元件
[0070]
201,202,203,204:线段
[0071]
l1:蓝色激发光束
[0072]
l1_1:第一蓝光光束
[0073]
l1_2:第二蓝光光束
[0074]
l2:红光光束
[0075]
l3:受激发光束
[0076]
lb:照明光束
[0077]
li:影像光束。