照明系统以及投影装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种光学系统与显示装置，且特别是有关于一种照明系统以及投影装置。
【背景技术】
[0002]近年来以发光二极管(light-emittingd1de,LED)和激光二极管(laser d1de)等固态光源为主的投影装置渐渐在市场上占有一席之地。由于激光二极管具有高于约20%的发光效率，为了突破发光二极管的光源限制，因此渐渐发展了以激光光源激发荧光粉而产生投影机所需用的纯色光源。此外，激光投影装置除了可以使用激光光源激发荧光粉发光外，也可直接以激光作为投影机照明光源，并具有因应亮度需求而调整光源数目的优点，以达到各种不同亮度的投影机需求。因此，采用激光光源的光源系统的投影机架构具有非常大的潜力能够取代传统高压汞灯的方式，而成为新一代主流投影机的光源。
[0003]一种已知的激光投影机使用多颗的激光阵列并将其聚焦于荧光粉层上，以产生足够的输出荧光强度。然而，半导体激光所形成的光斑近似于椭圆形，且其光强度分布近似于高斯分布(Gaussian distribut1n)。另一方面,激光激发突光粉后所发出的光束的光斑则是近似于圆形，且其光强度近似于朗伯分布(Lambertian distribut1n)。当激光光束与突光粉被激发后所发出的光束被合光时，由于光斑形状不同且光强度形状不同，将导致不均匀的照明，进而使激光投影装置所投影出的显示画面的色彩不均匀。
[0004]另一方面，由于光强度近似于高斯分布的激光光束所形成的光斑的中央的单位面积光强度较强，这会使得荧光粉的荧光转换效率达到饱和而难以再提升，这会使激光投影机的影像画面的亮度难以再提升。另外，光强度过于集中的光斑也较会烧损荧光粉或导致荧光粉的使用寿命缩短。
[0005]中国台湾专利公开文献第201235618号揭露一种具有激发光源的光源装置。美国专利文献第8109638号揭露了一种投影机。美国专利文献第6870650号揭露了激光光束经过扩散片后在水平方向与垂直方向的扩散角度不同。美国专利文献第7271962号揭露了影像形成架构。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种照明系统，具有较均匀的照明均匀度、较佳的光效率与较长的使用寿命。
[0007]本发明提供一种投影装置，具有较佳的影像品质、较佳的光效率与较长的使用寿命O
[0008]本发明的其它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。
[0009]为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种照明系统，包括至少一激光光源、波长转换元件及二维非等向性扩散片。激光光源发出激光光束，且波长转换元件位于激光光束的传递路径上。二维非等向性扩散片位于激光光束的传递路径上，且位于激光光源与波长转换元件之间。二维非等向性扩散片使激光光束在第一方向上的发散角增加程度大于在第二方向上的发散角增加程度，且第一方向平行于激光光束的慢速轴(slow axis)。
[0010]本发明的一实施例提出一种投影装置，包括照明系统、光阀及投影镜头。照明系统包括至少一激光光源、至少一二维非等向性扩散片及波长转换元件。激光光源发出激光光束。二维非等向性扩散片位于激光光束的传递路径上，并使激光光束在第一方向上的发散角增加程度大于在第二方向上的发散角增加程度，其中第一方向平行于激光光束的慢速轴。波长转换元件位于来自二维非等向性扩散片的激光光束的传递路径上。波长转换元件包括至少一波长转换区以及至少一光穿透区，波长转换区以及光穿透区用于运动，以轮流切入激光光束的传递路径上。当光穿透区切入激光光束的传递路径上时，激光光束穿透波长转换元件。当波长转换区切入激光光束的传递路径上时，激光光束被波长转换区转换为转换光束。光阀配置于激光光束与转换光束的传递路径上，且用以将激光光束与转换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。
[0011]本发明的实施例可达到下列优点与功效的至少其中之一。在本发明的实施例的照明系统与投影装置中，二维非等向性扩散片使激光光束在慢速轴的方向上有较大的发散角增加程度，进而使得照射于波长转换元件上的光斑较为近似圆形光斑，且其分布较为近似朗伯分布(Lambertian distribut1n)。如此一来,照明系统便可提供较为均勻的照明，且照射于波长转换元件上的光斑较不会因为中心强度过强，而导致波长转换元件的转换效率饱和而难以提升，或导致波长转换元件烧损。因此，本发明的实施例的投影装置可提供较佳的影像品质，且具有较佳的光效率与较长的使用寿命。
[0012]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，并配合所附附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一实施例的一种投影装置的架构示意图。
[0014]图2是图1的波长转换元件130的正视示意图。
[0015]图3A为图1中的二维非等向性扩散片的一种实施例的立体示意图。
[0016]图3B为图3A中的二维非等向性扩散片的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0017]有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。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1是本发明一实施例的一种投影装置的架构示意图。请参照图1，本实施例的投影装置200包括照明系统100、光阀210以及投影镜头220。在本实施例中，光阀210例如为数位微镜元件(digital micro-mirror device, DMD)或娃基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)。然而，在其它实施例中，光阀 210 也可以是穿透式液晶面板或其它空间光调变器。
[0019]具体而言，在本实施例中，照明系统100包括至少一激光光源110、二维非等向性扩散片120以及波长转换元件130。在本实施例中，激光光源110为半导体激光光源，例如为激光二极管。举例而言，激光光源110例如可为蓝光激光二极管阵列(Blue Laser d1deBank)，激光光束60则为蓝光激光光束，而波长转换元件130为波长转换轮，但本发明不限于此。此外，波长转换元件130位于激光光束60的传递路径上。二维非等向性扩散片120位于激光光束60的传递路径上，且位于激光光源110与波长转换元件130之间。更详细而言，在本实施例中，照明系统100还包括多个透镜141、143、145，位于激光光源110与波长转换元件130之间，二维非等向性扩散片120则位于透镜143与透镜145之间，而激光光束60则可经由二维非等向性扩散片120传递至波长转换元件130。在另一实施例中，二维非等向性扩散片120也可配置于透镜141与透镜143之间。
[0020]进一步而言,在本实施例中，激光光源110发出激光光束60。一般而言，当激光光束从激光光源110的发光面离开时，发散角会有快速轴(即激光光束60的长轴，激光光束60在长轴方向上的发散角较大)及慢速轴(即激光光束60的短轴，激光光束在短轴方向上的发散角较小)的区别。换言之，激光光源110的发光面发射出来的光束会形成椭圆锥，而二维非等向性扩散片120可使激光光束60在第一方向(如图1中的X方向)上的发散角增加程度大于在第二方向(如图1中的y方向)上的发散角增加程度，其中第一方向(X方向)实质上平行于激光光束110的慢速轴。也就是说，二维非等向性扩散片120在第一方向(X方向)上的扩散能力大于在第二方向(y方向)上的扩散能力。如此一来，当没有采用二维非等向性扩散片120时，激光光束60会在波长转换元件130上形成椭圆光斑，且此椭圆光斑的短轴实质上平行于第一方向(X方向)，而其长轴实质上平行于第二方向(y方向)；然而，当采用二维非等向性扩散片120时，由于激光光束60于第一方向(X方向)上的发散角增加程度较大，因此激光光束60在波长转换元件130上所形成的光斑会较接近圆形光斑。在本实施例中，第一方向(X方向)实质上垂直于第二方向(y方向)，且z方向垂直于X方向与y方向，其中z方向例如为二维