照明系统及投影装置的制作方法

本实用新型关于一种光学系统及电子装置，且特别是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，随着科技技术的演进与创新，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。

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-performancelamp，uhplamp)、发光二极管(light-emittingdiode，led)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laserdiode，ld)光源。但在目前的光路架构中，蓝光的传递路径必须有额外回圈，且将造成合光系统体积缩小不易。此外，其他色光主要是由荧光粉被激发光激发后产生受激光，再经由滤光轮(色轮)所滤出，因此其他光色的坐标受限于荧光粉的种类，且效率不高，故将使得能量较高的蓝光易产生能量过强而不均的问题。

“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”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，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，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，可增加光束入射至匀光元件的均匀度，且相较于传统光路能有效减少占用空间。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型提供一种照明系统，包括第一光源、第二光源、波长转换元件、第一分光元件、第二分光元件以及匀光元件。其中，第一光源用以提供第一光束。第二光源用以提供第二光束。波长转换元件具有反射区与转换区，其中反射区用以反射第一光束，转换区用以将第一光束转换为第三光束。第一分光元件用以让第二光束通过，且包括第一区、第二区以及第三区。第一区用以让第一光束通过。第二区用以反射来自反射区的第一光束。第三区用以让来自反射区的第一光束通过。第二分光元件用以反射由第一分光元件穿透的第一光束且让第二光束通过，其中第一分光元件配置于波长转换元件与第二分光元件之间。匀光元件用以接收第一光束、第二光束及第三光束并产生照明光束。

为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型另外提供一种投影装置，包括照明系统、至少一光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。照明系统包括第一光源、第二光源、波长转换元件、第一分光元件、第二分光元件以及匀光元件。其中，第一光源用以提供第一光束。第二光源用以提供第二光束。波长转换元件具有反射区与转换区，其中反射区用以反射第一光束，转换区用以将第一光束转换为第三光束。第一分光元件用以让第二光束通过，且包括第一区、第二区以及第三区。第一区用以让第一光束通过。第二区用以反射来自反射区的第一光束。第三区用以让来自反射区的第一光束通过。第二分光元件用以反射由第一分光元件穿透的第一光束且让第二光束通过，其中第一分光元件配置于波长转换元件与第二分光元件之间。匀光元件用以接收第一光束、第二光束及第三光束并产生照明光束。至少一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。

基于上述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的照明系统及投影装置中，借由第二光源可同时通过第一分光元件以及第二分光元件，以达到提高照明光束亮度的同时减少使用空间。此外，第一分光元件包括第一区、第二区以及第三区，第一光束以离轴方式经由第一区传递至波长转换元件，且由波长转换元件所反射的第一光束以对称波长转换元件中心轴的方式传递至第二区以及第三区，其中第一光束经由第二区反射至匀光元件的位置与第一光束经由通过第三区而借由第二分光元件反射至匀光元件的位置不同。如此一来，可增加第一光束入射至匀光元件的均匀度，且相较于传统光路能有效减少占用空间。

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为本实用新型一实施例的投影装置的示意图。

图2a至图2c分别为本实用新型一实施例的照明系统的不同光路的示意图。

图3为图2a的照明系统中的第一分光元件的示意图。

图4为图2b的照明系统中的部分放大立体示意图。

附图标记列表

10:投影装置

60:光阀

70:投影镜头

100:照明系统

101,102:透镜

110:第一光源

112:第一发光元件

114:第二发光元件

116:反射元件

120:第二光源

122:第三发光元件

124:第四发光元件

126:合光元件

126a:第一部分

126b:第二部分

130:波长转换元件

140:第一分光元件

150:第二分光元件

160:匀光元件

170:扩散元件

a1:第一区

a2:第二区

a3:第三区

b1,b2:中心轴

c:角度

lb:照明光束

li:影像光束

l1:第一光束

l2:第二光束

l3:第三光束

sl1:第一子光束

sl2:第二子光束

sl3:第三子光束

sl4:第四子光束。

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为本实用新型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。

照明系统100用以提供照明光束lb。举例而言，在本实施例中，照明系统100例如包括多个光源、波长转换元件、匀光元件、滤光元件以及多个分合光元件，用以提供出不同波长的光以作为影像光的来源，详细的实施方式将由后续段落说明。

在本实施例中，光阀60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。于一些实施例中，光阀60也可以是透光液晶面板(transparentliquidcrystalpanel)，电光调变器(electro-opticalmodulator)、磁光调变器(magneto-opticmodulator)、声光调变器(acousto-opticmodulator，aom)等穿透式光调变器。本实用新型对光阀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，本实用新型并不限于此。

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。本实用新型对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。

图2a至图2c分别为本实用新型一实施例的照明系统的不同光路的示意图。请参考图1至图2c。在本实施例中，照明系统100包括第一光源110、第二光源120、波长转换元件130、第一分光元件140、第二分光元件150以及匀光元件160。第一光源110用以提供第一光束l1。第二光源120用以提供第二光束l2。举例而言，在本实施例中，第一光源110例如包含多个蓝光复合式激光(multi-chiplaser，mcl)模块，第二光源120则例如包含多个红光复合式激光模块，其中第一光源110及第二光源120所包含的激光模块的数量可不同或相同，本实用新型并不限于此。在一些实施例中，第二光源120也可选择为多个蓝光复合式激光模块，且第二光束l2的波长与第一光束l1的波长例如相差50纳米，本实用新型亦不限于此。

波长转换元件130具有反射区与转换区，且配置于第一光束l1的传递路径上。具体而言，波长转换元件130的反射区例如具有反射材料镀膜，用以反射第一光束l1。波长转换元件130的转换区具有波长转换材料，例如为荧光材料(phosphormaterial)，用以转换第一光束l1为第三光束l3(例如为黄光或绿光)，如图2c所显示。

第一分光元件140配置于第一光束l1及第二光束l2的传递路径上，且位于第一光源110与波长转换元件130之间。第一分光元件140用以让第二光束l2通过。在本实施例中，第一分光元件140为复合式的反射绿橘分光镜(dichroicmirrorwithgreenandorangereflect，dmgo)。换句话说，即第一分光元件140的不同位置处具有不同的分光效果。

第二分光元件150配置于第二光束l2的传递路径上，且位于第一光源110与波长转换元件130之间，而第一分光元件140配置于波长转换元件130与第二分光元件150之间。第二分光元件150用以反射由第一分光元件140穿透的第一光束l1且让第二光束l2通过。在本实施例中，第二分光元件150为反射蓝穿透红分光镜(dichroicmirrorwithbluereflectandredtransmission，dmbrt)。

在本实施例中，波长转换元件130具有中心轴b1(如图2b所显示)，且第一分光元件140及第二分光元件150倾斜于波长转换元件130的中心轴b1。在本实施例中，波长转换元件130的中心轴b1与第二分光元件150不相交。详细而言，本实施例的照明系统100符合r/(2cosθ)，其中r为光束出射波长转换元件130的光束(即第一光束l1)直径，且θ为第二分光元件150相对于波长转换元件130的倾斜角度(如图2b所显示)。在本实施例中，第一分光元件140可平行于第二分光元件150。

匀光元件160配置于第一光束l1、第二光束l2以及第三光束l3的传递路径上，用以接收第一光束l1、第二光束l2及第三光束l3并产生照明光束lb。匀光元件160用于调整光束的光斑形状，以使所传递出照明光束lb的光斑形状能配合光阀60之工作区的形状(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，flyeyelensarray)，本实用新型不限于此。

在本实施例中，照明系统100还可选择性地包括多个光学透镜、分光镜或反射镜等光学元件，用于将第一光源110、第二光源120及波长转换元件130所发出的光束引导至匀光元件160，但本实用新型并不限于此。此外，在本实施例中，也可利用上述的光学元件将照明光束lb由匀光元件160引导至光阀60，本实用新型亦不限于此。

图3为图2a的照明系统中的第一分光元件的示意图。请参考图2a至图3。详细而言，第一分光元件140包括第一区a1、第二区a2以及第三区a3，且第一分光元件140被波长转换元件130中心轴b1区分成两半，其中第一区a1分布于第一分光元件140的邻近匀光元件160的其中一半，第二区a2及第三区a3分布于远离匀光元件160的其中另一半。在本实施例中，第一分光元件140的第二区a2的宽度介于第一分光元件140的整体宽度的20％至30％之间，但本实用新型并不限于此。

第一区a1用以让第一光束l1通过，藉此第一光源110所发出的第一光束l1可由第一分光元件140的第一区a1传递通过，并以离轴方式传递至波长转换元件130。换句话说，即第一光源110的中心轴b2与波长转换元件130的中心轴b1不重叠(如图2b所显示)。因此，光学系统100中邻近第一光源110的透镜101与邻近波长转换元件130的透镜102位置错位，如图2a所显示。

当第一光束l1由第一分光元件140的第一区a1传递通过以传递至波长转换元件130的反射区时，则波长转换元件130反射第一光束l1，且以对称波长转换元件130中心轴b1的方式传递至第一分光元件140的第二区a2以及第三区a3。上述传递至第一分光元件140的第二区a2的第一光束l1借由第二区a2的反射而传递至匀光元件160，而上述传递至第一分光元件140的第三区a3的第一光束l1则传递通过第三区a3以传递至第二分光元件150。上述传递至第二分光元件150的第一光束l1借由第二分光元件150的反射而传递通过第一分光元件140的第一区a1以传递至匀光元件160。

换句话说，在第一分光元件140中，第一区a1及第三区a3用以让第一光束l1通过，第二区a2用以反射来自波长转换元件130的反射区的第一光束l1。即，部分自波长转换元件130反射的第一光束l1依序传递经过第一分光元件140的第三区a3、第二分光元件150以及第一分光元件140的第一区a1。因此，经由波长转换元件130的反射区所反射的第一光束l1可借由第一分光元件140及第二分光元件150的设计而形成两部分，且此两部分以不同位置(或为相对于匀光元件160中心的对称位置)入射匀光元件160。如此一来，可增加第一光束l1入射至匀光元件160的均匀度，且相较于传统光路能有效减少占用空间。

当第一光束l1传递至波长转换元件130的转换区时，则波长转换元件130转换第一光束l1为第三光束l3(如图2c所显示)，且将第三光束l3借由第一分光元件140的反射而传递至匀光元件160。详言之，第一分光元件140的第一区a1、第二区a2以及第三区a3皆反射第三光束l3。

另一方面，第二光束l2由第二光源120依序传递通过第二分光元件150、第一分光元件140以及匀光元件160(如图2b所显示)，因此于本实施例的配置中，第二光束l2将不会传递经过波长转换元件130。如此一来，可提升第二光束l2的使用效率，并且提高照明光束lb的亮度。在本实施例中，可额外配置反射红分光镜(dichroicmirrorwithredreflect，dmr)于第二光束l2的传递路径上，以进一步调整第二光束l2的传递路径，但本实用新型并不限于此。

另外值得一提的是，在本实施例中，第一光源110包括第一发光元件112、两第二发光元件114及两反射元件116。第一发光元件112用以提供第一子光束sl1，两第二发光元件114用以提供两第二子光束sl2，而两反射元件116用以分别反射两第二子光束sl2。反射元件116例如是反射镜或具反射蓝光功能的分光镜，本实用新型并不限于此。在本实施例中，两反射元件116的最短距离大于第一子光束sl1的光束直径。如此一来，可进一步提升第一光束l1的均匀度，且能提升单位面积上的光源密度。

图4为图2a的照明系统中的部分放大立体示意图。请参考图2b及图4。此外，第二光源120包括多个第三发光元件122、多个第四发光元件124及合光元件126。多个第三发光元件122用以提供多个第三子光束sl3，而多个第四发光元件124用以提供多个第四子光束sl4，合光元件126用以让多个第三子光束sl3通过且反射多个第四子光束sl4，进而使多个第三子光束sl3及多个第四子光束sl4朝相同方向传递。详细而言，合光元件126包括连续交错排列的第一部分126a以及第二部分126b，其中第一部分126a用以让多个第三子光束sl3通过，且第二部分126b用以反射多个第四子光束sl4。合光元件126例如为条纹镜(stripemirror)。换句话说，多个第三发光元件122所提供的多个第三子光束sl3与多个第四发光元件124所提供的多个第四子光束sl4彼此不交会。如此一来，可进一步提升第二光束l2的亮度及成像均匀度。

请参考图2a，在本实施例中，照明系统还可包括扩散元件170，配置于第一光源110与第一分光元件140之间，用以均匀化第一光束l1的能量分布。扩散元件170例如是复眼透镜，但本实用新型并不限于此。

综上所述，本实用新型的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本实用新型的照明系统及投影装置中，借由第二光源可同时穿透第一分光元件以及第二分光元件，以达到提高照明光束亮度的同时减少使用空间。此外，第一分光元件包括第一区、第二区以及第三区，第一光束以离轴方式经由第一区传递至波长转换元件，且由波长转换元件所反射的第一光束以对称波长转换元件中心轴的方式传递至第二区以及第三区，其中部分第一光束经由第二区反射至匀光元件的位置与部分第一光束经由通过第三区而借由第二分光元件反射至匀光元件的位置不同。如此一来，可增加第一光束入射至匀光元件的均匀度，且相较于传统光路能有效减少占用空间。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施例而已，不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡是依照本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，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到本实用新型所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本实用新型的权利范围。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。