照明系统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及光学装置，且特别是有关于一种照明系统及应用所述照明系统的投影装置。

背景技术：

在已知的投影机的架构中，可通过两种方式来产生红光。第一种方式是通过蓝光光束来照射荧光粉轮(phosphor wheel)的荧光胶层以输出黄光，再通过投影机中的滤光轮(filter wheel)撷取出影像中所需要的红光。然而，这种方式需同时使用荧光轮和滤光轮，使得投影机的体积不易缩小。另一种方式是直接使用红光光源来提供红光。然而，这种方式在投影机内部还是需要有设置红光光源及其光路径的空间，使得投影机的体积仍然不易缩小。

“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，不代表所述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，具有较小的体积，且可提供色彩分布均匀的照明光束。

本实用新型提供一种投影装置，具有较小的体积，且可提供色彩分布均匀的投影画面。

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，本实用新型的一实施例提出一种照明系统，包括多个第一激发光源、激发光源模块、波长转换元件以及合光元件。多个第一激发光源用于发出多个第一激发光束。激发光源模块包括多个第二激发光源和多个第三激发光源，多个第二激发光源发出多个第二激发光束，且多个第三激发光源发出多个第三激发光束。波长转换元件配置于多个第一激发光束的传递路径上，且用以将多个第一激发光束转换为转换光束。合光元件配置于多个第二激发光束及多个第三激发光束的传递路径上，并将转换光束反射至多个第二激发光束与多个第三激发光束的传递路径上。激发光源模块具有第一对称轴以及第二对称轴，第一对称轴与二对称轴互相垂直，其中多个第二激发光源和多个第三激发光源各自相对于第一对称轴呈现对称排列，且多个第二激发光源和多个第三激发光源各自相对于第二对称轴呈现对称排列。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种投影装置，包括上述的照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于发出照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，以将照明光束调变成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。

基于上述，在本实用新型的实施例的照明系统中，通过将多个第二激发光源和多个第三激发光源整合在同一激发光源模块中，使第二激发光束和第三激发光束可具有相同光路，因此可节省体积。再者，激发光源模块的多个第二激发光源和多个第三激发光源为对称式的排列，使第二激发光束和第三激发光束在照射至后续光学元件的入射角度接近，因此可提供色彩分布均匀的照明光束。本实用新型的实施例的投影装置包括上述的照明系统，因而可具有较小的体积，且可提供色彩分布均匀的投影画面。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的示意图。

图2A至图2H是图1中的激发光源模块的各种实施样态的前视示意图。

图3是图1中的波长转换元件的前视示意图。

图4是依照本实用新型的另一实施例的一种投影装置的示意图。

附图标记说明

100、300：照明系统

110：第一激发光源

120：激发光源模块

122：第二激发光源

124：第三激发光源

130：波长转换元件

132：波长转换区

140：合光元件

150、350：扩散元件

160：匀光元件

200、400：投影装置

210：光阀

220：投影镜头

370：复合组件

A1：第一对称轴

A2：第二对称轴

C1、C2、C3、C4：透镜

CA1：中心轴

CB：转换光束

CM：波长转换物质

EB1：第一激发光束

EB2：第二激发光束

EB3：第三激发光束

IB：照明光束

IMB：影像光束

S1：基板。

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，在以下配合参考附图的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实用新型。

图1是依照本实用新型的一实施例的一种投影装置的示意图。图2A至图2H是图1中的激发光源模块的各种实施样态的前视示意图。图3是图1中的波长转换元件的前视示意图。请先参照图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。照明系统100用于发出照明光束IB。光阀210配置于照明光束IB的传递路径上，以将照明光束IB调变成影像光束IMB。投影镜头220配置于影像光束IMB的传递路径上，并用于将影像光束IMB投射至屏幕或墙壁(未绘示)上，以形成影像画面。由于这些不同颜色的照明光束IB照射在光阀210上后，光阀210依时序将不同颜色的照明光束IB转换成影像光束IMB并传递至投影镜头220，因此，光阀210所转换出的影像光束IMB被投射出投影装置200的影像画面便能够成为彩色画面。

在本实施例中，光阀210例如为反射式的空间光调变器：数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)或硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)。然而，在其他实施例中，光阀210还可以为穿透式液晶面板(Transparent Liquid Crystal Display Panel,LCD panel)等其他空间光调变器。在本实施例中，光阀210的数量可以为一至多个，其对应不同数量光阀210的详细步骤及实施方式可以由本领域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220例如是包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等非平面镜片或其各种组合。本实用新型对投影镜头220的型态及其种类并不加以限制。

如图1所示，照明系统100包括多个第一激发光源110、激发光源模块120、波长转换元件130以及合光元件140。多个第一激发光源110用于发出多个第一激发光束EB1。激发光源模块120包括多个第二激发光源122和多个第三激发光源124，多个第二激发光源122发出多个第二激发光束EB2，且多个第三激发光源124发出多个第三激发光束EB3。须说明的是，在图1中(以及图4中)，为了清楚表示光束的传递路径，多个第一激发光束EB1被绘示为合并的光束表示，且多个第二激发光束EB2和多个第三激发光束EB3被绘示为合并的光束表示。然而，多个第二激发光束EB2可为彼此分离的多个光束，且多个第二激发光束EB2和多个第三激发光束EB3也可为彼此分离的多个光束。

在本实施例中，第一激发光源110、第二激发光源122和第三激发光源124是泛指为可发出特定波长光束的光源，其中第一激发光源110发出的第一激发光束EB1与第二激发光源122发出的第二激发光束EB2可具有第一颜色，第三激发光源124发出的第三激发光束EB3可具有第二颜色，且第一颜色以及第二颜色的主波长相差大于等于50纳米。举例来说，第一颜色的峰值波长(Peak Wavelength)(即，主波长)例如是落在蓝光的波长范围内，而第二颜色的峰值波长例如是落在红光的波长范围内，其中峰值波长被定义为光强度最大处所对应的波长。第一激发光源110、第二激发光源122和第三激发光源124可为包括激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或者是上述两者其中之一所构成的阵列或群组，本实用新型并不以此为限。在本实施例中，多个第一激发光源110例如为蓝光激光二极管阵列(Blue Laser diode Bank)，第一激发光束EB1则为蓝光激光光束。激发光源模块120例如为红蓝光激光二极管阵列，第二激发光束EB2例如为蓝光激光光束，第三激发光束EB3例如为红光激光光束，但本实用新型并不以此为限。举例来说，第一激发光束EB1的峰值波长例如为455纳米，第二激发光束EB2的峰值波长例如为465纳米，而第三激发光束EB3的峰值波长例如为638纳米。在其他实施例中，第一激发光束EB1的峰值波长与第二激发光束EB2的峰值波长例如为相同的455纳米或者465纳米。

请参照图2A至图2H，在本实施例中，激发光源模块120具有第一对称轴A1以及第二对称轴A2，第一对称轴A1与二对称轴A2互相垂直，且第一对称轴A1与第二对称轴A2共同形成激发光源模块120的发光平面，其中多个第二激发光源122和多个第三激发光源124各自相对于第一对称轴A1呈现对称排列，且多个第二激发光源122和多个第三激发光源124各自相对于第二对称轴A2呈现对称排列。举例来说，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124例如是以阵列形式排列。以第一对称轴A1来看，位于第一对称轴A1的一侧的多个第二激发光源122和位于第一对称轴A1的另一侧的多个第二激发光源122为镜面(mirror)对称，且位于第一对称轴A1的一侧的多个第三激发光源124和位于第一对称轴A1的另一侧的多个第三激发光源124也为镜面对称。以第二对称轴A2来看，位于第二对称轴A2的一侧的多个第二激发光源122和位于第二对称轴A2的另一侧的多个第二激发光源122为镜面对称，且位于第二对称轴A2的一侧的多个第三激发光源124和位于第二对称轴A2的另一侧的多个第三激发光源124也为镜面对称。须说明的是，本实施例是以阵列形式来做示例性说明，然而任何对称形式的排列方式皆在本实用新型所欲保护的范围，例如是，第一对称轴A1与二对称轴A2可皆为曲线，且第一对称轴A1与二对称轴A2共同形成激发光源模块120的发光曲面。

通过将多个第二激发光源122和多个第三激发光源124整合在同一激发光源模块120中，使具有不同颜色的第二激发光束EB2和第三激发光束EB3可具有相同光路，因此可节省体积。再者，激发光源模块120的多个第二激发光源122和多个第三激发光源124为对称式的排列，使具有不同颜色的第二激发光束EB2和第三激发光束EB3在照射至后续光学元件的入射角度(例如是聚焦至匀光元件160的入射角度)接近，因此可提供色彩分布均匀的照明光束IB。本实用新型的实施例的投影装置200包括上述的照明系统100，因而可具有较小的体积，且可提供色彩分布均匀的投影画面。

在本实施例中，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124可排列为具有m行(Row)和n列(Column)的阵列，其中m和n分别可为任意大于等于1的奇数或偶数。举例来说，如图2A至图2E所示，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124排列为具有3行和5列的阵列。如图2F所示，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124排列为具有3行和3列的阵列。如图2G至图2H所示，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124排列为具有4行和5列的阵列，然本实用新型并不以此为限，在其他实施例中，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124可以排列为具有任意行列数的阵列，例如6行/4列或2行/7列。

在本实施例中，第一对称轴A1和第二对称轴A2的其中一者至少重叠于多个第二激发光源122中的一者或多个第三激发光源124中的一者。举例来说，当m为奇数时，第一对称轴A1至少重叠位于中央的激发光源，或者，当n为奇数时，第二对称轴A2至少重叠位于中央的激发光源。以图2A至图2F为例，当m和n皆为奇数时，第一对称轴A1和第二对称轴A2至少重叠位于中央的第二激发光源122。以图2G和图2H为例，当m为偶数且n为奇数时，第一对称轴A1不与位于中央的第二激发光源122重叠，而第二对称轴A2至少重叠靠近中央的第二激发光源122。在其他实施例中，若m和n皆为偶数时，第一对称轴A1和第二对称轴A2皆不与位于中央的第二激发光源122重叠。此处，在图2A至图2H中皆是以第二激发光源122位于中央或靠近中央为例，然而在其他实施例中也可以是第三激发光源124位于中央或靠近中央。

另外，多个第二激发光源122和多个第三激发光源124的数量可以为相同，例如图2G。多个第二激发光源122和多个第三激发光源124的数量也可以为不相同，例如图2A至图2F和图2H，以调配不同色光适当的光强度。

当多个第二激发光源122和多个第三激发光源124彼此交替排列时，可使第二激发光束EB2和第三激发光束EB3的均匀度较佳，例如图2F，其位于中央的1个第二激发光源122周围至少有4个第三激发光源124(在其他实施例中，若位于中央的是第三激发光源124，也可以是位于中央的1个第三激发光源124周围至少有4个第二激发光源122)。

此外，由于不同的激发光源所需要的驱动电压不同，因此其所需的散热模块也可能不相同，若在同一行或同一列中仅设置同一种激发光源，例如图2B和图2G，其同一行仅设置第二激发光源122或仅设置第三激发光源124，此将有利于散热模块的热管(Heat pipe)走线的设计，有助于节省投影装置200的体积。

值得一提的是，由于激发光源模块120的多个第二激发光源122和多个第三激发光源124为对称式的排列，因此即便在组装的过程中将激发光源模块120旋转了180度，激发光源模块120中的多个第二激发光源122和多个第三激发光源124依然可依照预定的排列方式出光，可增加组装的容易度。此外，当激发光源模块120在长度方向和宽度方向上具有相同数目的激发光源时(也就是当m等于n时)，则即便在组装的过程中将激发光源模块120旋转了90度、180度或270度，仍不会改变多个第二激发光源122和多个第三激发光源124的排列方式，更增加了组装的容易度。

请接着参照图1、图3及图4，在本实施例中，波长转换元件130配置于多个第一激发光束EB1的传递路径上，且用以将多个第一激发光束EB1转换为转换光束CB。在本实施例中，波长转换元件130为可旋转的盘状元件，例如为荧光粉轮(phosphor wheel)。具体来说，波长转换元件130包括基板S1以及中心轴CA1，基板S1例如是反射基板，且基板S1具有呈环状的波长转换区132。波长转换元件130的驱动元件带动中心轴CA1以使波长转换区132以旋转的方式切入第一激发光束EB1的传递路径上。波长转换区132内配置有波长转换物质CM，波长转换物质CM例如是绿色荧光粉。所谓绿色荧光粉定义为将第一激发光束EB1转换为具有绿色波段的转换光束CB的荧光粉。波长转换元件130可使传递至波长转换区132的短波长光束转换成长波长光束。在本实施例中，当波长转换区132切入第一激发光束EB1的传递路径上时，第一激发光束EB1被波长转换区132转换为转换光束CB，且转换光束CB被基板S1反射。转换光束CB具有第三颜色，且第三颜色例如是绿色。在其他实施例中，波长转换元件130也可以包括多个波长转换区，分别将第一激发光束EB1转换成不同色光，其中多个波长转换区可具有不同的波长转换物质。

请再参照图1，合光元件140配置于多个第二激发光束EB2以及多个第三激发光束EB3的传递路径上。在一实施例中，合光元件140配置于多个第一激发光束EB1、多个第二激发光束EB2、多个第三激发光束EB3以及转换光束CB的传递路径上。多个第二激发光束EB2以及多个第三激发光束EB3沿同一方向入射至合光元件140。具体来说，合光元件140可为分色单元，例如为分色镜(Dichroic Mirror,DM)或分色棱镜，而可对不同颜色的光束提供不同的光学作用(让不同波段范围的光穿透或反射)。举例而言，合光元件140例如可让蓝色和红色光束穿透，而对绿色光束提供反射作用。在本实施例中，合光元件140可被设计为使第一激发光束EB1、第二激发光束EB2和第三激发光束EB3穿透而反射转换光束CB。因此，来自多个第一激发光源110的多个第一激发光束EB1穿透合光元件140而传递至波长转换元件130，并将来自波长转换元件130的转换光束CB反射至与来自激发光源模块120的多个第二激发光束EB2与多个第三激发光束EB3的同一传递路径上。在一实施例中，转换光束CB可穿透多个透镜或经由反射镜反射后再传递至合光元件140。在一实施例中，多个第二激发光束EB2与多个第三激发光束EB3可先穿透多个透镜或经由反射镜反射后，合光元件140才将转换光束CB反射至二者的传递路径上，本实用新型不以此为限。

在本实施例中，照明系统100还包括扩散元件150和匀光元件160。扩散元件150设置于合光元件140与匀光元件160之间，用于减少或消除第二激发光束EB2与第三激发光束EB3的激光散斑(laser speckle)现象。举例来说，扩散元件150例如为可旋转的扩散轮(diffuser wheel)。扩散元件150配置有扩散片、扩散粒子或扩散结构，且扩散元件150经由驱动元件(例如，马达(motor))带动而旋转，可使第二激发光束EB2与第三激发光束EB3于扩散元件150上产生的热能容易均匀地消散，以避免扩散元件150破裂或烧损。作为另一选择，扩散元件150例如为可进行振动运动的扩散器。扩散元件150配置有扩散片、扩散粒子或扩散结构，且扩散元件150经由驱动元件带动而振动，可使通过扩散元件150的第二激发光束EB2与第三激发光束EB3产生进一步的扩散效果，有利于消除散斑现象。

匀光元件160是指可让通过此匀光元件160的光束均匀化的光学元件。在本实施例中，匀光元件160配置于来自合光元件140的多个第二激发光束EB2、多个第三激发光束EB3与反射后的转换光束CB的传递路径上。多个第二激发光束EB2、多个第三激发光束EB3与转换光束CB沿着同一方向入射至匀光元件160，并形成照明光束IB输出。在本实施例中，匀光元件160例如是积分柱(Integration Rod)。在其他实施例中，匀光元件160也可以是透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件。

此外，照明系统100还可包括一至多个透镜，例如是位于多个第一激发光源110与合光元件140之间的透镜C1与透镜C2、合光元件140与波长转换元件130之间的透镜C3或合光元件140与匀光元件160之间的透镜C4，用以调整照明系统100内部的光束路径。应理解地，图1及图4是用以说明本实用新型提出的投影装置及照明系统，但不用于限制投影装置及照明系统的光束路径。

在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。

图4是依照本实用新型的另一实施例的一种投影装置的示意图。请参照图4，本实施例的照明系统300与图1的实施例的照明系统100相似，其在架构上的主要差异在于：本实施例的照明系统300的扩散元件350设置于合光元件140上，并与合光元件140形成复合组件370。扩散元件350配置有扩散片、扩散粒子或扩散结构，且复合组件370可经由驱动元件带动而振动，可使通过复合组件370的第二激发光束EB2与第三激发光束EB3产生进一步的扩散效果，有利于消除散斑现象。

在本实施例中，扩散元件350可以是设置于合光元件140中靠近激发光源模块120的一侧上。换言之，合光元件140位于波长转换元件130与扩散元件350之间，使转换光束CB可直接传递至合光元件140而发生反射，可避免转换光束CB因穿过扩散元件350而使其光强度降低。

综上所述，在本实用新型的实施例的照明系统中，通过将多个第二激发光源和多个第三激发光源整合在同一激发光源模块中，使第二激发光束和第三激发光束可具有相同光路，因此可节省体积。再者，激发光源模块的多个第二激发光源和多个第三激发光源为对称式的排列，使第二激发光束和第三激发光束在照射至后续光学元件的入射角度接近，因此可提供色彩分布均匀的照明光束。本实用新型的实施例的投影装置包括上述的照明系统，因而可具有较小的体积，且可提供色彩分布均匀的投影画面。

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，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利覆盖的范围内。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，摘要部分和实用新型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，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。