照明系统及投影装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种光学系统及光学装置，且特别是涉及一种照明系统及投影装置。


背景技术：

2.在已知技术的激光投影机的架构中，光源模块产生的光经由滤光色轮滤出时序的色光。这些色光穿过匀光元件使光均匀整形后，借由光阀控制画面的灰阶，再透过投影镜头投射出画面。在光源模块的架构中，蓝光激光阵列经过光学元件聚焦在转动的荧光色轮上。蓝光打在荧光色轮的荧光粉时会激发出黄光并经反射后再聚焦至匀光元件内。蓝光打在荧光色轮的非光学作用区时会穿透并经过光学元件再聚焦进匀光元件内。
3.然而，在光路架构中的任一光学元件，蓝光与黄光几乎只会经过一次。也就是说，光路架构使用了过多光学元件，过多的光学元件因此导致结构累积公差大，并造成组装上的困难及精准度不佳。另外，过多的光学元件也使系统的体积不易缩小。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种照明系统及投影装置，其简化光路的架构，使结构累积公差减少，因此系统的组装更容易、组装的精准度更佳且体积可进一步缩小。
5.本实用新型提供一种用于提供照明光束的照明系统，其包括激发光源、荧光色轮、第一透镜、第一反射器以及匀光元件。激发光源用以发出激发光束。激发光束穿透第一透镜后再传递至荧光色轮。在第一时序时，激发光束借由荧光色轮反射而传递至第一反射器。在第二时序时，激发光束借由荧光色轮转换为转换光束。来自荧光色轮的激发光束与转换光束穿透第一透镜后传递至第一反射器。第一反射器反射激发光束与转换光束至第一透镜。激发光束与转换光束穿透第一透镜后再传递至匀光元件以产生照明光束，使照明系统分别输出照明光束中的第一色光与第二色光。
6.本实用新型提供一种投影装置，其包括上述的照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，且用以将影像光束投射出投影装置。
7.基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统或投影装置的激发光束穿过第一透镜三次再传递至匀光元件，以及转换光束穿过第一透镜两次再传递至匀光元件，照明系统的整体光路相对简单，使结构累积公差减少，因此系统的组装更容易、组装的精准度更佳且体积可进一步缩小。
附图说明
8.图1a是根据本实用新型的第一实施例的照明系统及投影装置在第一时序时的示意图。
9.图1b是图1a的荧光色轮及滤光色轮的示意图。
10.图1c是根据本实用新型的第一实施例的照明系统在第二时序时的示意图。
11.图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。
12.图3是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。
13.图4是根据本实用新型的第四实施例的照明系统的示意图。
14.图5a是根据本实用新型的第五实施例的照明系统在第一时序时的示意图。
15.图5b是图5a的第一反射器的示意图。
16.图5c是根据本实用新型的第五实施例的照明系统在第二时序时的示意图。
17.图6是根据本实用新型的第六实施例的照明系统的示意图。
18.图7a是根据本实用新型的第七实施例的照明系统在第一时序时的示意图。
19.图7b是图7a的第一反射器的示意图。
20.图7c是根据本实用新型的第六实施例的照明系统在第二时序时的示意图。
21.图8是根据本实用新型的第八实施例的照明系统的示意图。
22.图9是根据本实用新型的第九实施例的照明系统的示意图。
23.图10是根据本实用新型的第十实施例的照明系统的示意图。
具体实施方式
24.图1a是根据本实用新型的第一实施例的照明系统及投影装置在第一时序时的示意图。请参考图1a，本实用新型的投影装置10包括照明系统100、光阀200以及投影镜头300。照明系统100用以提供照明光束i。光阀200配置于照明光束i的传递路径上，且用以将照明光束i转换成影像光束ib。投影镜头300配置于影像光束ib的传递路径上，且用以将影像光束ib投射出投影装置。
25.详细来说，本实施例的光阀200例如是数字微镜元件(digital micro
‑
mirror device,dmd)、硅基液晶面板(liquid
‑
crystal
‑
on
‑
silicon panel,lcos panel)或是液晶面板(liquid crystal panel,lcd)等空间光调变器。此外，投影镜头300例如是包括具有屈光度的一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、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。本实用新型对投影镜头300的型态及其种类并不加以限制。
26.在本实施例中，照明系统100包括激发光源110、荧光色轮120、第一透镜130、第一反射器140以及匀光元件150。匀光元件150例如是积分柱(integration rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本实用新型不限于此。
27.在本实施例中，激发光源110用以发出激发光束b，其中激发光源110例如是激光二极管(laser diode,ld)或其他合适的光源，且激发光束b例如是蓝光光束或其他合适色光的光束。此外，第一反射器140可为完全反射镜或白反射片。当第一反射器140为完全反射镜时，照明系统100的光能量利用效率更佳。当第一反射器140为白反射片时，由于白反射片为具有扩散效果的反射片，照明系统100所产生的照明光束i的均匀度更佳。
28.图1b是图1a的荧光色轮及滤光色轮的示意图。图1c是根据本实用新型的第一实施例的照明系统在第二时序时的示意图。为了方便说明，图1c仅绘示照明系统100而省略绘示光阀200及投影镜头300。请同时参考图1a、图1b与图1c，在本实施例中，荧光色轮120包括第一区120r1、第二区120r2以及第三区120r3。第一区120r1可为反射区。此外，第二区120r2及
第三区120r3为荧光区，用以使激发光束b转换为转换光束f。例如，第二区120r2使蓝光被转换为绿光，且第三区120r3使蓝光被转换为黄光，但本实用新型不限于此。
29.在本实施例中，激发光束b穿透第一透镜130的外围区域后再传递至荧光色轮120。再者，在第一时序时，第一区120r1切入激发光束b的传递路径上。在第二时序时，第二区120r2或第三区120r3切入激发光束b的传递路径上。
30.在本实施例的第一时序时，激发光束b借由荧光色轮120的第一区120r1的反射而传递至第一反射器140。在第二时序时，激发光束b借由荧光色轮120的第二区120r2或第三区120r3而转换为转换光束f。来自荧光色轮120的激发光束b与转换光束f穿透第一透镜130后传递至第一反射器140，第一反射器140再反射激发光束b与转换光束f至第一透镜130。接着，激发光束b与转换光束f穿透第一透镜130后再传递至匀光元件150以产生照明光束i，使照明系统100分别输出照明光束i中的第一色光与第二色光。
31.在本实施例中，照明系统100还包括滤光色轮160。滤光色轮160设置在第一透镜130与匀光元件150之间，如图1a所示。滤光色轮160包括第一滤光区160r1、第二滤光区160r2、第三滤光区160r3以及第四滤光区160r4，如图1b所示，其中第一滤光区160r1可为蓝光滤光区，第二滤光区160r2可为绿光滤光区，第三滤光区160r3可为黄光滤光区，以及第四滤光区160r4可为红光滤光区。在第一时序时，第一滤光区160r1切入激发光束b的传递路径上。在第二时序时，第二滤光区160r2、第三滤光区160r3或第四滤光区160r4切入转换光束f的传递路径上。
32.在本实施例中，穿透第一透镜130的激发光束b与转换光束f穿透滤光色轮160再传递至匀光元件150。也就是说，上述的第一色光的光色相同于激发光束b的光色，且第二色光可包括三种与激发光束b的光色不同的色光。
33.在本实施例中，第一反射器140平行于荧光色轮120，第一反射器140与第一透镜130互相平行，第一透镜130的光轴130c垂直于第一反射器140的反射表面，以及第一反射器140平行于滤光色轮160。
34.在本实施例中，照明系统100还包括第二透镜170。第二透镜170设置在第一透镜130与荧光色轮120之间。来自激发光源110的激发光束b依序穿透第一透镜130，穿透第二透镜170且经第二透镜170缩束后再传递至荧光色轮120。经荧光色轮120反射的激发光束b与转换光束f穿透第二透镜170再传递至第一透镜130。
35.在本实施例中，第一透镜130的光轴130c与第二透镜170的光轴170c互相平行。
36.在本实施例中，照明系统100还包括光学元件组180。光学元件组180用以将激发光源110所发出的激发光束b准直或缩束。光学元件组180可为具有屈光度的一或多个光学镜片的组合或可为透镜阵列，但本实用新型不限于此。
37.基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统100或投影装置10的光路设计为：激发光束b穿过第一透镜130三次再传递至匀光元件150，转换光束f穿过第一透镜130两次再传递至匀光元件150，以及离开荧光色轮120后，激发光束b与转换光束f共光路，因此，照明系统100的整体光路相对简单。而且，由于照明系统100的光路被简化了，使结构累积公差减少，因此系统的组装更容易、组装的精准度更佳且体积可进一步缩小。
38.图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。请参考图2，本实施例的照明系统100a相似于图1a的照明系统100，其主要差异在于：照明系统100a的第一反射器
140a与荧光色轮120不互相平行。如此一来，在不干扰光路的运作下，将借助于将第一透镜130缩小，且避免第一反射器140a干涉，以将第一反射器140a与荧光色轮120设计为不互相平行，使照明系统100a内各元件的设置更加紧凑，进而使照明系统100a的系统体积缩减。
39.图3是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。请参考图3，本实施例的照明系统100b相似于图2的照明系统100a，其主要差异在于：照明系统100b还包括第二反射器190。相似于第一反射器140a，第二反射器190可为完全反射镜或白反射片。第二反射器190设置在激发光束b的传递路径上。来自激发光源110的激发光束b经第二反射器190反射至第一透镜130。
40.基于上述，在本实用新型的第三实施例的照明系统100b中，借由设置第二反射器190来调整激发光束b的光路，其有利于有效利用照明系统100b的纵向方向(即垂直第一反射器140a往第一透镜130的方向)上的空间，进而使照明系统100b的横向方向上的体积被缩减。
41.图4是根据本实用新型的第四实施例的照明系统的示意图。请参考图4，本实施例的照明系统100c相似于图2的照明系统100a，其主要差异在于：在照明系统100c中，沿第一透镜130的光轴130c方向上，荧光色轮120与滤光色轮160部分重叠。因此，照明系统100c在纵向方向的体积被缩减。
42.图5a是根据本实用新型的第五实施例的照明系统在第一时序时的示意图。图5b是图5a的第一反射器的示意图。图5c是根据本实用新型的第五实施例的照明系统在第二时序时的示意图。请参考图5a、图5b与图5c，本实施例的照明系统100d相似于图2的照明系统100a，其主要差异在于：照明系统100d的第一反射器140d包括分光区140r1以及反射区140r2。如图5a与图5b所示，第一反射器140d沿xy平面设置。在本实施例中，分光区140r1使波长相同于激发光束b的光穿透，并反射其余波长的光例如是转换光束f。此外，来自激发光源110的激发光束b穿透分光区140r1再传递至第一透镜130。在第一时序时，来自荧光色轮120且穿透第一透镜130的激发光束b经反射区140r2反射至第一透镜130。在第二时序时，来自荧光色轮120且穿透第一透镜130的转换光束f经分光区140r1或反射区140r2反射至第一透镜130。
43.在本实施例中，第一反射器140d与第一透镜130互相平行，第一透镜130的光轴130c与第二透镜170的光轴170c’不互相平行，以及滤光色轮160和荧光色轮120不互相平行。
44.基于上述，由于本实施例的照明系统100d的第一反射器140d包括分光区140r1以及反射区140r2，在激发光束b从激发光源110至荧光色轮120的光路中，激发光束b可被设计为穿过靠近第一透镜130的光轴130c处，因此，照明系统100d可使用体积较小的第一透镜130，使照明系统100d的系统体积进一步缩减。
45.图6是根据本实用新型的第六实施例的照明系统的示意图。请参考图6，本实施例的照明系统100e相似于图5a的照明系统100d，其主要差异在于：照明系统100e的第一反射器140d与第一透镜130不互相平行。如此一来，在不干扰光路的运作下，将借助于将第一透镜130缩小，且避免荧光色轮120和滤光色轮160干涉，以将第一反射器140a与荧光色轮120设计为不互相平行，使照明系统100e内各元件的设置更加紧凑，进而使照明系统100e的系统体积缩减。此外，本实施例的照明系统100e的优点相似于图5a的照明系统100d，在此不再
赘述。
46.图7a是根据本实用新型的第七实施例的照明系统在第一时序时示意图。图7b是图7a的第一反射器的示意图。图7c是根据本实用新型的第六实施例的照明系统在第二时序时的示意图。请参考图7a至图7c，本实施例的照明系统100f相似于图1a的照明系统100，其主要差异在于：第一反射器140f为光学膜，且设置在第一透镜130远离荧光色轮120的表面上。如图7a与图7b所示，第一反射器140f沿xy平面设置。此外，相似于图5a与图5b的第一反射器140d，第一反射器140f包括分光区140r1以及反射区140r2，其中激发光束b和转换光束f经第一反射器140f的传递方式也相似于激发光束b和转换光束f经图5a的第一反射器140d的传递方式。
47.在另一实施例中，第一反射器140f还包括抗反射膜，且抗反射膜直接设置在分光区140r1上，使照明系统100f的光能利用率更高。
48.在本实施例中，第一透镜130的光轴130c与第二透镜170的光轴170c互相平行，且滤光色轮160和荧光色轮120互相平行。
49.基于上述，在本实用新型的实施例的照明系统100e中，由于第一反射器140f为光学膜，因此，照明系统100e的体积可进一步缩减。
50.图8是根据本实用新型的第八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100g相似于图4的照明系统100c，其主要差异在于：照明系统100g还包括补充光源102以及分光器104。补充光源102用以发出第三色光r。补充光源102例如是激光二极管或其他合适的光源，且第三色光r例如是红光或其他与激发光束b不同光色的光束。此外，分光器104用于使激发光束b穿透，且使第三色光r反射。
51.在本实施例中，分光器104设置在激发光束b与第三色光r的传递路径上。在第一时序或/及第二时序时，来自补充光源102的第三色光r被分光器104反射至第一透镜130，再以相同于激发光束b在第一时序的光路传递至匀光元件150，使照明系统100g输出照明光束i中的第一色光与第三色光。
52.基于上述，在本实用新型的实施例中，由于照明系统100g包括发出第三色光r的补充光源102，因此，照明系统100g可输出色域更佳范围的照明光束i，例如是提高亮度或是调整色域范围。
53.图9是根据本实用新型的第九实施例的照明系统的示意图。请参考图9，本实施例的照明系统100h相似于图8的照明系统100g，其主要差异在于：分光器104h用于使第三色光r穿透，且使激发光束b反射。再者，在第一时序或/及第二时序时，来自补充光源102的第三色光r穿透分光器104h后传递至第一透镜130，再以相同于激发光束b在第一时序的光路传递至匀光元件150。而本实用新型的实施例的照明系统100h的优点相似于图8的照明系统100g，在此不再赘述。
54.图10是根据本实用新型的第十实施例的照明系统的示意图。请参考图10，本实施例的照明系统100i相似于图8的照明系统100g，其主要差异在于：照明系统100i还包括第二反射器190。第二反射器190使穿透分光器104的激发光束b与被分光器104的反射的第三色光r反射至第一透镜130。再者，在第一时序或/及第二时序时，来自补充光源102的第三色光r被第二反射器190反射后传递至第一透镜130，再以相同于激发光束b在第一时序的光路传递至匀光元件150。而本实用新型的实施例的照明系统100i的优点相似于图8的照明系统
100g，在此不再赘述。
55.综上所述，在本实用新型的一实施例中，由于照明系统或投影装置的光路设计为：激发光束穿过第一透镜三次再传递至匀光元件，转换光束穿过第一透镜两次再传递至匀光元件，以及离开荧光色轮后，激发光束与转换光束共光路，照明系统的整体光路相对简单，使结构累积公差减少，因此系统的组装更容易、组装的精准度更佳且体积可进一步缩小。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。
56.符号说明
57.10：投影装置
58.100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i：照明系统
59.102：补充光源
60.104、104h：分光器
61.110：激发光源
62.120：荧光色轮
63.120r1：第一区
64.120r2：第二区
65.120r3：第三区
66.130：第一透镜
67.130c、170c、170c’：光轴
68.140、140a、140d、140f：第一反射器
69.140r1：分光区
70.140r2：反射区
71.150：匀光元件
72.160：滤光色轮
73.160r1：第一滤光区
74.160r2：第二滤光区
75.160r3：第三滤光区
76.160r4：第四滤光区
77.170：第二透镜
78.180：光学元件组
79.190：第二反射器
80.200：光阀
81.300：投影镜头
82.f：转换光束
83.i：照明光束
84.ib：影像光束
85.r：第三色光。