照明系统及投影装置的制作方法

本发明是有关于一种光学系统及光学装置，且特别是有关于一种照明系统及投影装置。

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。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到投射目标物(例如：荧幕或墙面上)，以形成投影画面。

为了产生三原色(红、蓝、绿)的照明光束，投影装置的照明系统包括色轮。色轮具有光转换区(例如：滤光区或波长转换区)及穿透区。来自光源的光束通过滤光区及波长转换区时，光束能分别于第一时序及第二时序分别转换成具有多种颜色的第一照明光束(例如：红色照明光束)及第二照明光束(例如：绿色照明光束)。来自光源的光束通过非光转换区时，照明系统能于第三时序提供第三照明光束(例如：蓝色照明光束)。然而，于已知的照明系统架构中，需提供额外的光学元件，以供穿过非光转换区的光束传递，进而造成体积过大的问题。

“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本领域技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种照明系统及投影装置，其体积小。

本发明的照明系统包括激发光源、透光基材、分色膜、第一色轮元件以及匀光元件。激发光源用于发出第一色光，第一色光为激发光。透光基材设置于第一色光的传递路径上。分色膜设置于透光基材上。第一色轮元件包括至少一波长转换材料。第一色轮元件具有相对的第一侧与第二侧，其中透光基材及分色膜设置于第一色轮元件的第一侧，而匀光元件设置于第一色轮元件的第二侧。第一色光穿过透光基材的实体及分色膜，以传递至第一色轮元件且被第一色轮元件的至少一波长转换材料转换为第二色光。第二色光的第一部分朝分色膜传递，且被分色膜反射回第一色轮元件，而入射至匀光元件。第二色光的第二部分穿过第一色轮元件并入射至匀光元件。

本发明的投影装置包括上述照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束，照明光束包括第一色光及至少部分的第二色光。光阀用以接收照明光束，且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。

基于上述，在本发明的实施例的投影装置及其照明系统中，于第一时序，第一色光穿过透光基材的实体及分色膜后传递至第一色轮元件的波长转换材料且被波长转换材料转换为第二色光，部分第二色光朝分色膜传递且被分色膜反射回第一色轮元件进而入射至匀光元件；于第二时序，第一色光穿过透光基材的实体及分色膜后传递至第一色轮元件的非波长转换区，第一色光通过第一色轮元件的非波长转换区且维持原本的颜色，进而入射至匀光元件。换句话说，第一色光与第二色光在不同的时序入射相同的匀光元件，而不需设置额外的光学构件仅供穿过第一色轮元件后的第一色光传递。因此，投影装置及其照明系统具有体积小、减少光学构件数量及降低成本的优点。

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

图1为本发明一实施例的投影装置的概要示意图。

图2示出本发明一实施例的第一色光的发光光谱及第二色光的发光光谱。

图3示出本发明一实施例的分色膜的反射光谱。

图4为本发明一实施例的第一色轮元件的正视示意图。

图5为本发明一实施例的第二色轮元件的正视示意图。

图6示出本发明一实施例的于各时序内输入至激发光源的电流、第一色轮元件切入光路的区域以及第二色轮元件切入光路的区域。

图7为本发明另一实施例的投影装置的概要示意图。

图8为本发明又一实施例的投影装置的概要示意图。

图9为图8的第一色轮元件的正视示意图。

图10为本发明再一实施例的投影装置的概要示意图。

图11示出图10的第一色光的发光光谱、第二色光的发光光谱及辅助光的发光光谱。

图12示出图10的分色膜的反射光谱。

图13示出图10的实施例的在各时序内输入至激发光源的电流、输入至辅助光源的电流、第一色轮元件切入光路的区域以及第二色轮元件切入光路的区域。

图14为本发明一实施例的投影装置的概要示意图。

图15为本发明另一实施例的导光元件的剖面示意图。

图16为本发明又一实施例的导光元件的剖面示意图。

图17为本发明再一实施例的导光元件的剖面示意图。

具体实施方式

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。

图1为本发明一实施例的投影装置的概要示意图。请参照图1，投影装置10包括照明系统100、光阀200及投影镜头300。照明系统100用于提供照明光束l，照明光束l包括第一色光l1及至少部分的第二色光l2。光阀200用以接收照明光束l，且将照明光束l转换为影像光束l’。投影镜头300用于接收影像光束l’且将影像光束l’投射至投影目标，例如一荧幕或一墙面。

在本实施例中，光阀200例如是液晶覆硅板(liquidcrystalonsiliconpanel，lcospanel)、数字微镜元件(digitalmicro-mirrordevice,dmd)等反射式光调变器。于一实施例中，光阀200也可以是透光液晶面板(transparentliquidcrystalpanel)，电光调变器(electro-opticalmodulator)、磁光调变器(maganeto-opticmodulator)、声光调变器(acousto-opticmodulator，aom)等穿透式光调变器。本发明对光阀200的型态及其种类并不加以限制。光阀200将照明光束l转换为影像光束l’的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

在本实施例中，投影镜头300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300也可以包括平面光学镜片，以反射或穿透方式将来自光阀200的影像光束l’投射至投影目标。本发明对投影镜头300的型态及其种类并不加以限制。

此外，在本实施例中，投影装置10还可选择性地包括聚光元件400、500及反射镜600。聚光元件400、500及反射镜600用以将照明系统100发出的照明光束l引导至光阀200。然而，本发明不限于此，于其它实施例中，也可利用其它光学元件将照明光束l引导至光阀200。

照明系统100包括激发光源110、透光基材122、分色膜124、第一色轮元件130及匀光元件140。激发光源110用于发出第一色光l1，第一色光l1为激发光(例如：蓝光)。举例而言，在本实施例中，激发光源110可以是激光二极管(laserdiode)或多个成阵列配置的激光二极管。于一实施例中，激发光源110也可以是发光二极管(lightemittingdiode，led)、多个成阵列配置的发光二极管、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，oled)或是多个成阵列配置的有机发光二极管。具体而言，依实际设计上符合体积要求的光源皆可实施，本发明对激发光源110的型态及其种类并不加以限制。

透光基材122设置于第一色光l1的传递路径上，且透光基材122的整体完整，其表面上并无缺口或孔洞。透光基材122具有入光面122a、相对于入光面122a的出光面122b以及连接于入光面122a与出光面122b之间的侧面122c。入光面122a靠近激发光源110，而出光面122b远离激发光源110。在本实施例中，入光面122a例如是凸面，而出光面122b例如是凹面，但本发明不以此为限。在本实施例中，入光面122a可以是完整球形的一部分，出光面122b也可以是完整球形的一部分。激发光源110具有主光轴x，透光基材122的中心厚度为入光面122a与出光面122b在主光轴x上的距离d，透光基材122的边缘厚度为透光基材122的侧面122c在与主光轴x交错的方向d(本实施例绘示为垂直于主光轴x的方向)上的宽度w。在本实施例中，透光基材122的中心厚度(即距离d)可等于透光基材122的边缘厚度(即宽度w)；亦即，中心厚度与边缘厚度的比例可等于1。换句话说，在本实施例中，透光基材122可以是完整等厚球殻的一部分。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，透光基材122也可为其它适当样态，以下将于后续段落配合其它附图举例说明之。

在本实施例中，分色膜124设置于透光基材122上，透光基材122与分色膜124可视为一导光元件120，其中分色膜124可例如为二向色滤光片(dichroicfilter)或二向色镜(dichroicmirror)等分色元件，本发明不以此为限。激发光源110发出的第一色光l1能穿过分色膜124，进而传递至第一色轮元件130的波长转换材料134。波长转换材料134能将第一色光l1转换为第二色光l2，而分色膜124能反射第二色光l2。以下配合图2及图3举例说明之。

图2示出本发明一实施例的第一色光的发光光谱及第二色光的发光光谱。图3示出本发明一实施例的分色膜的反射光谱。请参照图1及图2，在本实施例中，第一色光l1的中心波长落在455nm，即第一色光l1例如为蓝光，第二色光l2的波长范围例如为480nm～700nm，即第二色光l2例如为黄光。图3中所绘示出的是分色膜124对于入射光束的波长与反射率的变化曲线，请参照图1及图3，在本实施例中，分色膜124对于属于蓝光波段的第一色光l1具有接近0％的反射率，即绝大部分的第一色光l1可穿透分色膜124；分色膜124对于属于黄光波段的第二色光l2具有接近100％的反射率，即绝大部分的第二色光l2可被分色膜124反射。对照图2及图3可知，分色膜124用于允许第一色光l1通过且反射第二色光l2。

请参照图1，在本实施例中，分色膜124可选择性地设置在透光基材122的出光面122b上。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，分色膜124也可设置在透光基材122的入光面122a或其它适当位置，以下将于后续段落配合其它附图说明之。

请参照图1，从激发光源110出射的第一色光l1依序穿过透光基材122的实体及分色膜124，以传递至第一色轮元件130且被第一色轮元件130的波长转换材料134转换为第二色光l2。波长转换材料134转换出的第二色光l2包括具有不同传递方向的第一部分l21及第二部分l22。分色膜124具有朝向波长转换材料134的第一表面124a。第二色光l2的第一部分l1朝分色膜124传递，分色膜124的第一表面124a将第二色光l2的第一部分l21反射回第一色轮元件130，被反射回第一色轮元件130的第二色光l2的第一部分l21能穿过第一色轮元件130，进而入射匀光元件140。第二色光l2的第二部分l22则往远离分色膜124的方向传递且直接穿过第一色轮元件130，进而入射至匀光元件140。

在本实施例中，分色膜124的第一表面124a可选择性地为球面，所述球面为完整球形的一部分。在本实施例中，所述球面(即第一表面124a)的球心可位于第一色轮元件130上，更详细地说，所述球心可位于第一色轮元件130的波长转换材料134上。藉此，第二色光l2的第一部分l21被分色膜124的球面(即第一表面124a)反射后能够更有效地汇聚至位于第一色轮元件130上，进而增加照明系统100的光利用效率。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，第一表面124a也可设计为其它适当型态。

请参照图1，在本实施例中，照明系统100可选择性地包括聚光元件160。聚光元件160设置于激发光源110与导光元件120之间。聚光元件160用以将激发光源110发出的第一色光l1汇聚至第一色轮元件130。在本实施例中，透光基材122可具有朝激发光源110凸起的入光面122a，第一色光l1入射至入光面122a上的一点122a-1，通过点122a-1之入光面122a的切线t与第一色光l1具有夹角θ，而θ≥70°。藉此，第一色光l1通过透光基材122时不会或不致过度发散，而仍然能够汇聚至第一色轮元件130。更进一步来说，从激发光源110出射的第一色光l1依序通过聚光元件160、导光元件120的透光基材122及分色膜124后会被汇聚于分色膜124的球面(即第一表面124a)的球心或球心附近，即第一色光l1会聚焦于配置于球心或球心附近的第一色轮元件130的波长转换材料134上。

请参照图1，第一色轮元件130具有相对的第一侧s1与第二侧s2。导光元件120设置于第一色轮元件130的第一侧s1，而匀光元件140设置于第一色轮元件130的第二侧s2。

图4为本发明一实施例的第一色轮元件的正视示意图。请参照图1及图4，在本实施例中，第一色轮元件130包括透光基底132以及至少一波长转换材料134。透光基底132例如为玻璃、石英等可透光的基材，波长转换材料134例如是能将第一色光l1转换成第二色光l2的荧光粉，或是其他可激发出第二色光的光致发光材料，本发明不以此为限制。透光基底132具有至少一波长转换区以及至少一非波长转换区132w。本实施例中，透光基底132具有两个波长转换区132y1、132y2，波长转换材料134设置于波长转换区132y1、132y2，而非波长转换区132w不配置波长转换材料134，波长转换区132y1、132y1可配置相同的波长转换材料，也可分别配置不同的波长转换材料，可依据设计需求而配置，本发明并不以此为限制。在本实施例中，非波长转换区132w例如可以是挖空的孔洞或是设置透明板，而用于让第一色光l1直接过。然而，在一些实施例中，非波长转换区132w也可以设置扩散板(diffusionplate)，以对穿透非波长转换区132w的第一色光l1进行扩散，而达到光形调整或是消除光斑。或者，非波长转换区132w也可以设置具有多个穿孔的透明板或是具有多个穿孔的扩散板，以减少第一色光l1的能量损失，本发明并不以此为限。

需说明的是，图4所绘的波长转换区132y1、132y2的数量及非波长转换区132w数量仅是用以举例说明本发明而非用以限制本发明。于一实施例中，所述波长转换区的数量及所述非波长转换区的数量也可视实际的需求设计为其它适当数量。

请参照图1，在本实施例中，透光基底132具有相对的表面132a及表面132b，其中表面132a靠近导光元件120，而表面132b远离导光元件120。在本实施例中，波长转换材料134可选择性地设置在透光基底132之远离导光元件120的表面132b上。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，波长转换材料134也可选择性地设置在透光基底132之靠近导光元件120的表面132a上，或将波长转换材料134混入透光基底132内。

请参照图1，在本实施例中，照明系统100可选择性地包括第二色轮元件150。第二色轮元件150设置于第一色轮元件130的第二侧s2。第二色轮元件150即滤光片色轮。

图5为本发明一实施例的第二色轮元件的正视示意图。请参照图1及图5，在本实施例中，第二色轮元件150包括透光基底152，透光基底152具有滤光区152r、滤光区152g及穿透区152w。滤光区152r及滤光区152g分别设有滤光构件154r及滤光构件154g，而穿透区152w未设置滤光构件。举例而言，在本实施例中，滤光区152r可设有红色滤光构件154r，用以允许红色波段的光通过且滤除其他波段的光，滤光区152g可设有绿色滤光构件154g，用以允许绿色波段的光通过且滤除其他波段的光，穿透区152w则允许穿透的光能维持原本的颜色。在本实施例中，滤光构件154r及滤光构件154g可以是分别混入滤光区152r及滤光区152g的滤光材料，或者是配置于透光基底152上且分别对应滤光区152r及滤光区152g的滤光片。本发明并不加以限制滤光构件154r、154g的型态及其数量，也不限制穿透区152w的型态及其数量，于其他实施例中，透光基底152还可具有允许黄色波段的光通过且滤除其他波段的光的滤光区。参考图1、图4及图5，第二色轮元件150可对应第一色轮元件130转动，且第二色轮元件150的滤光区152r、滤光区152g可对应至第一色轮元件130的至少一波长转换区，第二色轮元件150的穿透区152w可对应至第一色轮元件130的非波长转换区132w。

请参照图1，匀光元件140设置于第一色轮元件130的第二侧s2。匀光元件140用以调整第一色光l1的光斑形状及第二色光l2的光斑形状并对第一色光l1及第二色光l2进行匀光，以使第一色光l1的光斑形状及第二色光l2的光斑形状能配合光阀200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140例如是积分柱，但本发明不限于此，根据其它实施例，匀光元件也可以是其它适当型态的光学元件，以下将于后续段落配合其它附图举例说明之。

在本实施例中，匀光元件140可选择性地设置于第一色轮元件130与第二色轮元件150之间，而匀光元件140可将穿过第一色轮元件130的第一色光l1及第二色光l2导引至第二色轮元件150。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，匀光元件140也可以设置于其它适当位置，以下将于后续段落配合其它附图举例说明之。

图6示出本发明一实施例的于各时序内输入至激发光源的电流、第一色轮元件切入光路的区域以及第二色轮元件切入光路的区域。以下配合图1、图4、图5及图6，举例说明投影装置10提供投影画面的过程。

请参照图1及图6，于第一时序内，输入激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第一时序内，第一色轮元件130的波长转换区132y1切入第一色光l1的传递路径，设置于波长转换区132y1的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，第二色光l2的第一部分l21朝分色膜124传递且被分色膜124反射回第一色轮元件130而穿透第一色轮元件130并入射至匀光元件140，第二色光l2的第二部分l22直接穿过第一色轮元件130并入射至匀光元件140，其中，如图2所示，由匀光元件140出射的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至700nm。于第一时序内，第二色轮元件150的滤光区152r切入由匀光元件140出射的第二色光l2的传递路径，包括绿光、黄光、橙光及红光波长范围的第二色光l2通过第二色轮元件150的滤光区152r后至少绿光成份可被滤除，而穿出第二色轮元件150的滤光区152r的具有特定红光波长范围的光可以是色纯度表现佳的照明红光，所述照明红光为照明光束l的组成之一。于第一时序内，所述照明红光入射至光阀200，而光阀200将所述照明红光转换为红色影像光束，红色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成红色画面。

请参照图1及图6，于第二时序内，输入激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第二时序内，第一色轮元件130的非波长转换区132w切入第一色光l1的传递路径，第一色光l1穿过第一色轮元件130的非波长转换区132w及匀光元件140且维持原本的颜色(例如：蓝色)。于第二时序内，第二色轮元件150的穿透区152w切入由匀光元件140出射的第一色光l1的传递路径，第一色光l1穿过第二色轮元件150的穿透区域152w且维持原本的颜色(例如：蓝色)。穿过第二色轮元件150的穿透区域152w的第一色光l1可为照明蓝光，所述照明蓝光为照明光束l的组成之一。于第二时序内，所述照明蓝光入射至光阀200，而光阀200将所述照明蓝光转换为蓝色影像光束，蓝色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成蓝色画面。

请参照图1及图6，于第三时序内，输入激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第三时序内，第一色轮元件130的波长转换区132y2切入第一色光l1的传递路径，设置于波长转换区132y2的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，第二色光l2的第一部分l21朝分色膜124传递且被分色膜124反射回第一色轮元件130而穿透第一色轮元件130并入射至匀光元件140，第二色光l2的第二部分l22直接穿过第一色轮元件130并入射至匀光元件140，其中，如图2所示，由匀光元件140出射的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至700nm。于第三时序内，第二色轮元件150的滤光区152g切入由匀光元件140出射的第二色光l2的传递路径，包括绿光、黄光、橙光及红光波长范围的第二色光l2通过第二色轮元件150的滤光区152g后，至少红光成份可被滤除，而穿出第二色轮元件150的滤光区152g的具有特定绿光波长范围的光可以是色纯度表现佳的照明绿光，所述照明绿光为照明光束l的组成之一。于第三时序内，所述照明绿光入射至光阀200，而光阀200将所述照明绿光转换为绿色影像光束，绿色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成绿色画面。

如上所述，投影装置10分别于第一时序、第二时序及第三时序投射红色画面、蓝色画面及绿色画面至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，利用人眼的视觉暂留，所述红色画面、所述蓝色画面及所述绿色画面能组成所需的彩色投影画面。

图7为本发明另一实施例的投影装置的概要示意图。请参照图1及图7，图7的投影装置10a与图1的投影装置10相似，以下主要说明两者差异处，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。投影装置10a与投影装置10的主要差异在于，投影装置10a的匀光元件140a与投影装置10的匀光元件140不同。详言之，于图7的实施例中，匀光元件140a可包括透镜组144及设置于透镜组144之间的透镜阵列142，则来自第一色轮元件130的第一色光l1及第二色光l2依序通过透镜组144中靠近第一色轮元件130的透镜、透镜阵列142及透镜组144中靠近第二色轮元件150的透镜后，入射至第二色轮元件150。

图8为本发明又一实施例的投影装置的概要示意图。请参照图1及图8，图8的投影装置10b与图1的投影装置10相似，投影装置10b与投影装置10的主要差异在于，投影装置10b的第一色轮元件130b与投影装置10的第一色轮元件130不同。图8的第一色轮元件130b整合了图1的第一色轮元件130的波长转换功能及第二色轮元件150的滤光功能，而图8的投影装置10b可省略图1之第二色轮元件150。以下主要说明两者差异处，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。

图9为图8的第一色轮元件130b的正视示意图。请参照图8及图9，在本实施例中，第一色轮元件130b包括透光基底132b，透光基底132b具有滤光区132r、滤光区132g及非波长转换区132w，波长转换材料134设置于透光基底132b的滤光区132r、滤光区132g上。滤光区132r及滤光区132g分别设有滤光构件154r及滤光构件154g。举例而言，在本实施例中，滤光区132r可设有红色滤光构件154r，滤光区132g可设有绿色滤光构件154g，非波长转换区132w未设置滤光构件。在本实施例中，滤光构件154r及滤光构件154g可以是分别混入透光基底132b的吸收型滤光材料，或者是分别配置于透光基底132b上的吸收型滤光片。来自波长转换材料134的第二色光l2中特定波长范围的光用于穿过透光基底132b的至少一滤光区132r、132g，而第二色光l2中其他波长范围的光被滤光区132r、132g吸收(即不会穿透)，举例说明如下。

于第一时序内，第一色轮元件130b的滤光区132r切入第一色光l1的传递路径，设置于滤光区132r的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，波长转换材料134所转换出的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm(如图2所示)，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至700nm，第二色光l2通过第一色轮元件130b的滤光区132r后至少绿光成份可被吸收，而穿出第一色轮元件130b的滤光区132r的具有特定红光波长范围的光可以是色纯度表现佳的照明红光，所述照明红光为照明光束l的组成之一。

于第二时序内，第一色轮元件130b上未设置滤光材料及波长转换材料的非波长转换区132w切入第一色光l1的传递路径，第一色光l1穿过第一色轮元件130b的非波长转换区132w且维持原本的颜色(例如：蓝色)。第一色轮元件130b的非波长转换区132w的第一色光l1可为照明蓝光，所述照明蓝光为照明光束l的组成之一。

于第三时序内，第一色轮元件130b的滤光区132g切入第一色光l1的传递路径，设置于滤光区132g的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，波长转换材料134所转换出的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm(如图2所示)，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至750nm，第二色光l2通过第一色轮元件130b的滤光区132g后至少红光成份可被吸收，而穿出第一色轮元件130b的滤光区132g的具有特定绿光波长范围的光可以是色纯度表现佳的照明绿光，所述照明绿光为照明光束l的组成之一。

图10为本发明再一实施例的投影装置的概要示意图。请参照图1及图10，图10的投影装置10c与图1的投影装置10相似，投影装置10c与投影装置10的主要差异在于，投影装置10c还包括辅助光源170及合光元件180，且投影装置10c的分色膜124c与投影装置10的分色膜124也略有不同。以下主要说明两者差异处，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此不再重述。

图11示出图10的第一色光l1的发光光谱、第二色光l2的发光光谱及辅助光lr的发光光谱。图12示出图10的分色膜124c的反射光谱。请参照图10，辅助光源170用于发出辅助光lr，其中辅助光lr的波长范围不同于第一色光l1的波长范围，而合光元件180例如允许第一色光l1通过而反射辅助光lr，用以使来自激发光源110的第一色光l1及来自辅助光源170的辅助光lr进行合光且朝向导光元件120传递。请参照图10及图11，举例而言，在本实施例中，辅助光lr的发光光谱的中心波长例如为635nm。图12中所绘示出的是分色膜124c对于入射光束的波长与反射率的变化曲线，请参照图10及图12，在本实施例中，分色膜124c例如可反射波长范围480nm至625nm的光且允许其他波长范围的光穿透。因此，分色膜124c对于属于蓝光波段的第一色光l1及属于红光波段的辅助光lr具有接近0％的反射率，即绝大部分的第一色光l1及辅助光lr可穿透分色膜124c；分色膜124c对于在波长范围480nm至625nm的第二色光l2具有接近100％的反射率，即在波长范围480nm至625nm的第二色光l2会被分色膜124c反射。

图13示出图10的实施例的在各时序内输入至激发光源110的电流、输入至辅助光源170的电流、第一色轮元件130切入光路的区域以及第二色轮元件150切入光路的区域。以下配合图10及图13，举例说明投影装置10c提供投影画面的过程。

请参照图10及图13，于第一时序内，输入至激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第一时序内，第一色光l1穿过合光元件180、透光基材122的实体及分色膜124c而传递至第一色轮元件130的波长转换材料134以转换为第二色光l2，第一色轮元件130的波长转换区132y1切入第一色光l1的传递路径，设置于波长转换区132y1的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，第二色光l2的第一部分l21朝分色膜124c传递且被分色膜124c反射回第一色轮元件130而穿透第一色轮元件130并入射至匀光元件140，第二色光l2的第二部分l22直接穿过第一色轮元件130并入射至匀光元件140，其中，如图11所示，由匀光元件140出射的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至700nm。于第一时序内，第二色轮元件150的滤光区152r切入由匀光元件140出射的第二色光l2的传递路径，包括绿光、黄光、橙光及红光的第二色光l2通过第二色轮元件150的滤光区152r后至少绿光成份可被滤除，而穿出第二色轮元件150的滤光区152r的具有特定红光波长范围的光可以是色纯度表现佳的第一子照明红光。

于第一时序内，输入至辅助光源170的电流也为高准位，辅助光源170开启而发出辅助光lr(例如：红光)。辅助光lr被合光元件180反射且穿过透光基材122的实体、分色膜124c及第一色轮元件130的波长转换区134，以入射至匀光元件140。于第一时序内，第二色轮元件150的滤光区152r切入由匀光元件140出射的辅助光lr的传递路径，至少部份的辅助光lr可不被第二色轮元件150的滤光区152r滤除，而穿出第二色轮元件150的滤光区152r的辅助光lr是色纯度表现佳的第二子照明红光，所述第一子照明红光及第二子照明红光可组成高光强度的照明红光，进而提升投影画面色彩饱和度。

于第一时序内，所述高光强度的照明红光入射至光阀200，而光阀200将高光强度的照明红光转换为高光强度的红色影像光束，高光强度的红色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成光强度足够的红色画面。

请参照图10及图13，于第二时序内，输入激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第二时序内，第一色轮元件130的非波长转换区132w切入第一色光l1的传递路径，第一色光l1穿过透光基材122的实体、分色膜124c、第一色轮元件130的非波长转换区132w及匀光元件140且维持原本的颜色(例如：蓝色)。于第二时序内，第二色轮元件150的穿透区152w切入由匀光元件140出射的第一色光l1的传递路径，第一色光l1穿过第二色轮元件150的穿透区域152w且维持原本的颜色(例如：蓝色)。穿过第二色轮元件150的穿透区域152w的第一色光l1可为照明蓝光，所述照明蓝光为照明光束l的组成之一。于第二时序内，所述照明蓝光入射至光阀200，而光阀200将所述照明蓝光转换为蓝色影像光束，蓝色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成蓝色画面。于第二时序内，输入至辅助光源170的电流为低准位，辅助光源170关闭不发出辅助光lr。辅助光源170的设置不影响所述蓝色画面。

请参照图10及图13，于第三时序内，输入激发光源110的电流为高准位而使激发光源110发出第一色光l1(例如：蓝光)。于第三时序内，第一色轮元件130的波长转换区132y2切入第一色光l1的传递路径，设置于波长转换区132y2的波长转换材料134将第一色光l1转换为第二色光l2，第二色光l2的第一部分l21朝分色膜124传递且被分色膜124反射回第一色轮元件130，而穿透第一色轮元件130且入射至匀光元件140，第二色光l2的第二部分l22直接穿过第一色轮元件130并入射至匀光元件140，其中，如图2所示，由匀光元件140出射的第二色光l2的波长范围大致可落在480nm至700nm，其包括绿光的波长范围495nm至570nm、黄光的波长范围570nm至590nm、橙光的波长范围590nm至620nm及红光的波长范围620nm至700nm。于第三时序内，第二色轮元件150的滤光区152g切入由匀光元件140出射的第二色光l2的传递路径，包括绿光、黄光、橙光及红光的第二色光l2通过第二色轮元件150的滤光区152g后，至少红光成份可被滤除，而穿出第二色轮元件150的滤光区152g的具有特定绿光波长范围的光可以是色纯度表现佳的照明绿光，所述照明绿光为照明光束l的组成之一。于第三时序内，所述照明绿光入射至光阀200，而光阀200将所述照明绿光转换为绿色影像光束，绿色影像光束投射至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，而形成绿色画面。于第三时序内，输入辅助光源170的电流为低准位，辅助光源170关闭不发出辅助光lr。辅助光源170的设置不影响所述绿色画面。

投影装置10c分别于第一时序、第二时序及第三时序投射红色画面、蓝色画面及绿色画面至投射目标物(例如：荧幕或墙面)，利用人眼的视觉暂留，所述红色画面、所述蓝色画面及所述绿色画面能组成所需的彩色画面。特别是，透过辅助光源170的设置，红色画面的亮度能提升，有助投影画面的色彩饱和度。

图14为本发明一实施例的投影装置的概要示意图。请参照图1及图14，图14的投影装置10d与图1的投影装置10相似，以下主要说明两者差异处，两者相同或相似处，请参照前述说明，于此便不再重述。投影装置10d与投影装置10的主要差异在于，投影装置10d还包括透镜组190。透镜组190配置于第一色轮元件130与第二色轮元件150之间，第二色轮元件150位于透镜组190与匀光元件140之间，其中透镜组190将穿过第一色轮元件130的第一色光l1及第二色光l2导引至第二色轮元件150。

图15为本发明另一实施例的导光元件的剖面示意图。请参照图1及图15，图15的导光元件120a与图1的导光元件120类似，惟导光元件120a的分色膜124(或124c)设置于透光基材122的入光面122a。

图16为本发明又一实施例的导光元件的剖面示意图。请参照图1及图16，图16的导光元件120b与图1的导光元件120类似，惟导光元件120b的透光基材122b与图1的导光元件120的透光基材122不同。详细而言，激发光源110具有主光轴x，透光基材122b的中心厚度为入光面122a与出光面122b在主光轴x上的距离d1，透光基材122c的边缘厚度为透光基材122b的侧面122c在与主光轴x交错的方向d(本实施例绘示为垂直于主光轴x的方向)上的宽度d2，而透光基材122b的中心厚度(即距离d1)小于边缘厚度(即宽度d2)。在本实施例中，中心厚度与边缘厚度的比例可大于或等于0.25且小于1。

图17为本发明再一实施例的导光元件的剖面示意图。请参照图1及图17，图17的导光元件120c与图1的导光元件120类似，惟导光元件120c的透光基材122c与图1的导光元件120的透光基材122不同。详细而言，激发光源110具有主光轴x，透光基材122c的中心厚度为入光面122a与出光面122b在主光轴x上的距离d1，透光基材122c的边缘厚度为透光基材122c的侧面122c在与主光轴x交错的方向d(本实施例绘示为垂直于主光轴x的方向)上的宽度d3，而透光基材122c的中心厚度(即距离d1)大于边缘厚度(即宽度d3)。在本实施例中，中心厚度与边缘厚度的比例可大于1且小于或等于4。

图15至图17的导光元件120a、120b、120c的任一者可取代投影装置10、10a、10b、10c、10d的任一者的导光元件120，以此方式形成的各种投影装置也在本发明所欲保护的范围。

另外，本发明的另一实施例中投影装置包括两个光阀，照明系统不配置第二色轮组件，投影装置于匀光组件与光阀之间配置第一分合光组件，于光阀与投影镜头之间配置第二分合光组件。于第一时序时，第一色轮组件的波长转换区切入第一色光(例如为蓝光)的传递路径，设置于波长转换区的波长转换材料将第一色光转换为第二色光(例如为黄光)，第二色光经过第一分合光组件后被分成第一波段光(例如为红光)及第二波段光(例如为绿光)，第一波段光及第二波段光分别被第一分合光组件导引至不同的光阀，光阀分别将第一波段光及第二波段光转换成红色影像光束及绿色影像光束，红色影像光束及绿色影像光束再被第二分合光组件合光后传递至投影镜头。于第二时序内，第一色轮组件上未设置波长转换材料的非波长转换区切入第一色光的传递路径，第一色光穿过非波长转换区且经过匀光组件后进入第一分合光组件，第一分合光组件将第一色光(例如为蓝光)导引至两个光阀的其一，所述光阀将第一色光转换成蓝色影像光束，蓝色影像光束再被第二分合光组件导引至投影镜头。藉此，投影装置分别于第一时序及第二时序投射红色画面、绿色画面及蓝色画面至投射目标物(例如：屏幕或墙面)。

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。在本发明的实施例的投影装置及其照明系统中，于第一时序，第一色光穿过透光基材的实体及分色膜后传递至第一色轮元件的波长转换材料且被波长转换材料转换为第二色光，部分第二色光朝分色膜传递且被分色膜反射回第一色轮元件进而入射至匀光元件；于第二时序，第一色光穿过透光基材的实体及分色膜后传递至第一色轮元件的非波长转换区，第一色光通过第一色轮元件的非波长转换区且维持原本的颜色，进而入射至匀光元件。换句话说，第一色光与第二色光在不同的时序入射相同的匀光元件，而不需设置额外的光学构件仅供穿过第一色轮元件后的第一色光传递。因此，投影装置及其照明系统具有体积小、减少光学构件数量及降低成本的优点。

此外，位于激发光源与第一色轮元件之间的导光元件包括透光基材及配置于透光基材上的分色膜。激发光源发出的第一色光是在穿过透光基材的实体及分色膜后传递至第一色轮元件。换句话说，导光元件并无孔洞及缺口，其结构简单，易制造。

再者，由于导光元件无孔洞及缺口，因此能穿过导光元件的激发光源的光斑面积不会受孔洞尺寸的限制，而可设置数量较多的激发光源，以提升照明光束的光强度及投影画面的亮度。

以上所述，仅为本发明之优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及说明书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。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。

附图标记

10、10a～10d：投影装置

100：照明系统

110：激发光源

120、120a、120c：导光元件

122、122b、122c：透光基材

122a：入光面

122a-1：点

122b：出光面

122c：侧面

124、124c：分色膜

124a：第一表面

130、130b：第一色轮元件

132、132b：透光基底

132a、132b：表面

132r、132g：滤光区

132w：非波长转换区

132y1、132y1：波长转换区

134：波长转换材料

140、140a：匀光元件

142：透镜阵列

144：透镜组

150：第二色轮元件

152：透光基底

152r、152g：滤光区

152w：穿透区

160：聚光元件

170：辅助光源

180：合光元件

190：透镜组

200：光阀

300：投影镜头

400、500：聚光元件

600：反射镜

d、d1：距离

d2、d3、w：宽度

d：方向

l：照明光束

l’：影像光束

l1：第一色光

l2：第二色光

l21：第一部分

l22：第二部分

lr：辅助光

s1：第一侧

s2：第二侧

t：切线

x：主光轴

θ：夹角