CN107272315A - 照明系统与投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统，包括光源、反射罩、波长转换元件及滤光元件。反射罩的焦点位于光源提供的激发光束的传递路径的延伸线上，反射罩的开孔邻近焦点。波长转换元件穿设于开孔。波长转换元件具有光作用区。光作用区配置于激发光束的传递路径上，邻近于反射罩的焦点，将激发光束转换成转换光束。反射罩配置于来自波长转换元件的转换光束的传递路径上。滤光元件配置于来自反射罩的转换光束的传递路径上。来自反射罩的转换光束倾斜地入射于滤光元件，滤光元件对转换光束进行过滤。一种投影装置也被提出。本发明具有体积小及光路设计简单等优点。

Description

照明系统与投影装置
技术领域
本发明是有关于一种照明系统与投影装置。
背景技术
投影机利用激光源所发出的激光来激发荧光轮中的荧光粉，藉由激发荧光粉以使荧光粉提供不同颜色的转换光束。传统上，在激光照射到荧光轮之前，会先通过分色镜(Dichroic Mirror)再传递至荧光轮。分色镜的功能例如是允许特定光波长范围的光束穿透并反射另一特定光波长范围的光束。当激光穿透分色镜并传递至荧光轮的荧光粉时，荧光粉被激光所激发而发出不同波长的转换光束，这些转换光束沿着激光传递路径的反方向传递至分色镜，再被分色镜所反射至投影机中的其他元件。分色镜在初始的设计上是为了使对应于激光的波长穿透，并且使对应于荧光粉所激发的转换光束波长反射，其并非用以使对应于激光的波长反射。因此，当部分激光未与荧光粉反应时，被荧光轮反射回分色镜，激光会直接地穿透分色镜并传递至原本的激光源处。
为了解决上述的问题，一般所使用的投影机是在荧光轮中设置许多额外的光学导引元件及光路。穿透分色镜后的激光会穿透荧光轮的透光区，并经由上述光学导引元件及对应的光路引导，穿透分色镜后的激光入射于分色镜的方向会被改变，其方向会不同于原先激光入射分色镜的方向。如此一来，穿透分色镜后的激光经过上述光学导引元件会再一次入射并穿透分色镜传递至投影机中的其他元件。然而，由于在投影机中使用上述的光学导引元件及额外设计的光路，导致投影机的体积较大，且其成本较高。
此外，当激光持续照射荧光轮上的荧光粉时，则会产生大量的热能，而导致荧光粉所产生的转换光束随着温度提高而其强度大幅下降的现象，使得投影机的影像亮度随着运作时间的增加而降低，导致投影机的可靠度(Reliability)较差。另一方面，在使用激光源的投影机中，光斑(Speckle)现象一直都是降低影像品质的重要因素之一，而此会造成投影机所投影出的影像品质不佳。如何解决上述问题，实为目前本领域研发人员研发的重点之一。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，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，其具有体积小及光路设计简单等优点。
本发明提供一种投影装置，其具有上述的照明系统，并具有体积小及光路设计简单等优点。
本发明的其他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。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，其包括照明系统、光阀及成像系统。照明系统包括至少一光源、反射罩、波长转换元件及滤光元件。至少一光源提供至少一激发光束。反射罩具有焦点及开孔。反射罩的焦点位于激发光束的传递路径的延伸线上，而开孔邻近焦点。波长转换元件穿设于开孔。波长转换元件具有光作用区。波长转换元件的光作用区配置于激发光束的传递路径上，且邻近于反射罩的焦点，并用以将激发光束转换成转换光束。反射罩配置于来自波长转换元件的转换光束的传递路径上。滤光元件配置于来自反射罩的转换光束的传递路径上。来自反射罩的转换光束倾斜地入射于滤光元件，且滤光元件用以将转换光束过滤成照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。成像系统配置于影像光束的传递路径上。
为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种照明系统，其包括至少一光源、反射罩、波长转换元件及滤光元件。至少一光源提供至少一激发光束。反射罩具有焦点及开孔。反射罩的焦点位于激发光束的传递路径的延伸线上，且开孔邻近焦点。波长转换元件穿设于开孔，且具有光作用区。波长转换元件的光作用区配置于激发光束的传递路径上，且邻近于反射罩的焦点，并用以将激发光束转换成转换光束。反射罩配置于来自波长转换元件的转换光束的传递路径上。滤光元件配置于来自反射罩的转换光束的传递路径上。来自反射罩的转换光束倾斜地入射于滤光元件，且滤光元件用以将转换光束进行过滤。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例的照明系统透过将反射罩的焦点位于激发光束的传递路径的延伸线上，因此光源所发出的激发光束会射往反射罩的焦点。在本发明的实施例中，由于波长转换元件的光作用区邻近于反射罩的焦点，当激发光束被波长转换元件的光作用区转换成转换光束时，转换光束所发出的位置(即光作用区)也邻近于反射罩的焦点，如此，照明系统不需设置额外的光学导引元件或光路以导引激发光束。因此，本发明的实施例的照明系统具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。进一步来说，由于本发明的实施例的投影装置包括上述的照明系统，因此本发明的实施例的投影装置同样地也具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。
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绘示为本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图3绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图4绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图5绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图6绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。
图7A绘示为一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图7B绘示为图7A的波长转换元件的俯视图。
图7C及图7D绘示为另一实施例的两种波长转换元件的俯视图。
图7E绘示为另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图8A绘示为另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图8B绘示为图8A的波长转换元件的俯视图。
图8C及图8D绘示为另一实施例的两种波长转换元件的俯视图。
图8E绘示为另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图9A绘示为另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图9B绘示为图9A的波长转换元件的俯视图。
图9C及图9D绘示为另一实施例的两种波长转换元件的俯视图。
图9E绘示为另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
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。
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参照图1，在本实施例中，投影装置200包括照明系统100、光阀210(Light Valve)及成像系统220，照明系统100包括至少一光源110、反射罩120、波长转换元件130及滤光元件140。照明系统100中的至少一光源110提供至少一激发光束EB。在本实施例中，至少一光源110的数量为一个，而至少一激发光束EB为一道激发光束EB，但本发明不限于此。反射罩120具有焦点120f及开孔122。反射罩120的焦点120f位于激发光束EB的传递路径的延伸线EL上。反射罩120的开孔122邻近于反射罩120的焦点120f。波长转换元件130穿设于开孔122，且具有光作用区132。波长转换元件130的光作用区132配置于激发光束EB的传递路径上，且邻近于反射罩120的焦点120f。在本实施例中，波长转换元件130的光作用区132的部分区域可通过反射罩120的焦点120f。波长转换元件130的光作用区132用以将激发光束EB转换成转换光束CB。反射罩120配置于来自波长转换元件130的转换光束CB的传递路径上，并将转换光束CB反射至滤光元件140。滤光元件140配置于来自反射罩120的转换光束CB’的传递路径上。来自反射罩120的转换光束CB’倾斜地入射于滤光元件140。在本实施例中，滤光元件140用以将被反射后的转换光束CB’过滤成照明光束IB。光阀210配置于照明光束IB的传递路径上，且光阀210用以将照明光束IB转换成影像光束B。成像系统220配置于影像光束B的传递路径上。
承上述，在本实施例中，波长转换元件130用以将来自光源110所发出的激发光束EB依序转换成多种不同颜色(例如是红光、绿光、黄光)的转换光束CB，但本发明并不限于此。随后，被反射罩120反射后的转换光束CB’则被滤光元件140过滤成照明光束IB。在本实施例中，滤光元件140可将较宽的光波长频谱范围的转换光束CB’过滤出较窄的光波长频谱范围的照明光束IB。如此，滤光元件140藉由对转换光束CB’进行过滤的方式可有助于提升照明系统100所提供的光束的色彩纯度。接着，在本实施例中，光阀210可将来自滤光元件140的照明光束IB转换成影像光束B，而后成像系统220可接收影像光束B并投射出影像光束B以产生影像画面。
具体而言，在本实施例中，光源110例如是包括激发光源(未绘示)及聚光元件(未绘示)。激发光源例如是包括激光二极管(LaserDiode)或者是发光二极管(Light Emitting Diode)，本发明并不限于此。在本实施例中，聚光元件用以使来自激发光源的光束会聚，以形成激发光束EB。聚光元件例如是凸透镜或是多片透镜的组合，本发明并不限于此。光源110所发出的激发光束EB的波长频谱范围例如是蓝光、紫外光或者是其他更短波长的光，本发明并不限于此。
波长转换元件130例如是荧光轮(Phosphor Wheel)，本发明并不限于此。滤光元件140例如是色轮(Filter Wheel)，本发明并不限于此。在本实施例中，光阀220例如是数位微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)，数位微镜元件可将依序来自滤光元件140的不同颜色的照明光束IB依序转换成对应颜色的影像光束B，本发明并不限于此。在其他实施例中，光阀220也可以是硅基液晶面板(Liquid-crystal-onSilicon Panel,LCOS panel)或者是液晶显示面板(Liquid Crystal Displaypanel,LCD panel)，本发明并不限于此。成像系统220例如是投影镜头(Projection Lens)，本发明并不限于此。
由上述可知，相较于现有技术，本实施例的照明系统100不需使用额外的光学导引元件以导引激发光束EB。同时，本实施例的照明系统100也不需要设置额外的光路以导引激发光束EB。因此本实施例的照明系统100具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。进一步来说，由于本实施例的投影装置200包括上述的照明系统100，因此本实施例的投影装置200同样地也具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。
请再参照图1，在本实施例中，反射罩120的表面120S为具有焦点120f的局部的椭球面。在本实施例中，反射罩120的表面120S用以反射来自波长转换元件130的转换光束CB或者是激发光束EB，其中图1中例如绘示反射罩120反射转换光束CB时的样貌但未绘示反射罩120反射激发光束EB时的样貌。此局部的椭球面的另一焦点120f’远离于波长转换元件130，且邻近于滤光元件140。在本实施例中，转换光束CB会从邻近于焦点120f附近的光作用区132发出，并被反射罩120的表面120S所反射而成为转换光束CB’，然后再射往局部的椭球面的另一焦点120f’，并传递至滤光元件140。
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2绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图2，本实施例的投影装置200a类似于图1所绘示的投影装置200，其主要差异在于：反射罩120的表面120S为具有焦点120f的抛物面，照明系统100a还包括会聚透镜150。在本实施例中，反射罩120的表面120S用以反射来自波长转换元件130的转换光束CB或者是激发光束EB，其中图2例如绘示反射罩120反射转换光束CB时的样貌但未绘示反射罩120反射激发光束EB时的样貌。在本实施例中，转换光束CB会从邻近于焦点120f附近的光作用区132发出，并被反射罩120的表面120S(即抛物面)所反射而成为平行的转换光束CB’，然后转换光束CB’平行地入射至会聚透镜150。在本实施例中，会聚透镜150将来自抛物面(即表面120S)的转换光束CB’会聚至滤光元件140。
图3绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图3，本实施例的投影装置200b类似于图1所绘示的投影装置200，其主要差异在于：照明系统100b中的反射罩120具有透光部120T，透光部120T的位置对应于激发光束EB的传递路径。具体而言，在本实施例中，激发光束EB经由反射罩120的透光部120T而射往反射罩120的焦点120f，其中透光部120T可为开孔、透明玻璃或透明塑料，但本发明并不限于此。
图4绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图4，本实施例的投影装置200c类似于图1所绘示的投影装置200，其主要差异在于：投影装置200c还包括光优化元件230，光优化元件230配置于滤光元件140与光阀210之间，且照明系统100c中的反射罩120的另一焦点120f’位于滤光元件140与光优化元件230之间。在本实施例中，光优化元件230包括积分柱(Rod，未绘示)，积分柱位于来自滤光元件140的照明光束IB的传递路径上，用以均匀化照明光束IB。在本实施例中，光优化元件230还可包括聚光元件(未绘示)，聚光元件设置于积分柱与光阀210之间，用以将来自积分柱的均匀光束会聚成入射于光阀210的平行光束。如此一来，光优化元件230可将来自滤光元件140的照明光束IB优化为照明光束IB’。此外，在其他未绘示的实施例中，反射罩120的另一焦点120f’例如是位于滤光元件140与光阀210之间。优选地，在本实施例中，反射罩120的另一焦点120f’例如是位于滤光元件140与光优化元件230中的积分柱之间；在部分未绘示的实施例中，反射罩120的另一焦点120f’也可位于光优化组件230中的积分柱的光入射端，本发明并不限于此。
图5绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图5，本实施例的投影装置200d类似于图1所绘示的投影装置200，其主要差异在于：照明系统100d还包括反射镜160。反射镜160配置于光源110与波长转换元件130之间，并且配置于来自光源110的激发光束EB的传递路径上。反射镜160用以改变激发光束EB的传递方向，以将来自光源110的激发光束EB反射至波长转换组件130。在本实施例中，反射镜160的数量例如是一个，本发明并不限于此。在一些实施例中，反射镜160的数量例如是多个，如以下图6所示，本发明并不限于此。
图6绘示为本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图6，本实施例的投影装置200e类似于图5所绘示的投影装置200d，其主要差异在于：照明系统100e中的至少一光源110例如是多个光源110，至少一激发光束EB例如是多个激发光束EB，且例如是两个光源110与两道激发光束EB。在本实施例中，两个光源110分别发出两道激发光束EB。在本实施例中，激发光束EB例如是先被反射镜160反射再射往反射罩120的焦点120f。本实施例中以两个光源110及两道激发光束EB为示例，在其他的实施例中，根据不同的亮度需求可以机动地调整光源110及激发光束EB的数量，例如三个或三个以上的光源110环绕地设置于反射罩120，本发明并不限于此。
承上述，在其他的实施例中，激发光束EB例如是直接射往反射罩120的焦点120f，而不须经由反射镜160，本发明并不限于此。或者是，在部分的实施例中，激发光束EB例如是藉由反射罩120的透光部120T穿透反射罩120，并射往反射罩120的焦点120f，而不须经由反射镜160，本发明并不限于此。
于下文中会详细地描述上述多个实施例中的波长转换元件的不同实施方式。
简单地说，在图1至图5所绘示的实施例中，光源110的数量示例性地绘示为一个，且激发光束EB示例性地绘示为一道；在图6所绘示的实施例中，光源110的数量示例性地绘示为两个，且激发光束EB示例性地绘示为两道。然而，在其他未绘示的实施例中，依据不同的设计，也可设计为三个或三个以上的光源110环绕地设置于反射罩120，本发明并不限于此。
图7A绘示为上述多个实施例中的其中一种波长转换元件的剖面示意图。图7B绘示为图7A的波长转换元件的俯视图。图7C及图7D绘示为上述多个实施例中的另两种波长转换元件的俯视图。图7E绘示为上述多个实施例中的另一种波长转换元件的剖面示意图。
请同时参照图7A及图7B，在本实施例中，波长转换元件130a例如是荧光轮，其适于以中心转轴O为轴心旋转。在本实施例中，波长转换元件130a包括载板131。在本实施例中，载板131例如是反射式载板或反光载板，其材质例如是由金属、合金、陶瓷或其组合所制成。在本实施例中，波长转换元件130a的光作用区132位于载板131的相对两表面131s1、131s2上，光作用区132包括至少一波长转换区132w及光反射区132r。在本实施例中，当激发光束EB(如图6所示)照射于光作用区132的波长转换区132w时，波长转换区132w将激发光束EB转换成转换光束CB，且转换光束CB被波长转换区132w反射；当激发光束EB(如图6所示)照射光作用区132的光反射区132r时，光反射区132r用以反射激发光束EB。在本实施例中，波长转换区132w的数量例如是三个，分别是黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2及红光波长转换区132w3，但本发明也不限于此。在本实施例中，当波长转换元件130a旋转时，光反射区132r、黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3轮流地切入激发光束EB的传递路径。此外，波长转换区132w的数量也不限于三个。在一些实施例中，波长转换区132w的数量例如是两个(例如绿光波长转换区及红光波长转换区)，在部分实施例中，波长转换区132w的数量例如是一个(例如蓝光波长转换区)，本发明也不限于此。
具体而言，在本实施例中，黄光波长转换区132w1中例如设置黄光波长转换物质，以将激发光束EB转换成黄色转换光束CB。绿光波长转换区132w2中例如设置绿光波长转换物质，以将激发光束EB转换成绿色转换光束CB。红光波长转换区132w3中例如设置红光波长转换物质，以将激发光束EB转换成红色转换光束CB。上述的波长转换物质例如是包括荧光粉(Phosphor)或者是量子点(Quantum Dot)，本发明并不限于此。然而，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及光反射区132r的排列方式或区域面积比例等设计参数可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130a不限于图7B所绘示的型态。
在本实施例中，波长转换元件130a的光作用区132位于载板131的相对两表面131s1、131s2上，激发光束EB(如图6及图7A-7B所示)例如设计为传递至位于两个不同表面的光作用区132上的两道光束。由于转换光束可在上述不同表面的光作用区上发出，因此，在相同影像亮度的输出情况下，激发光束EB的光强度可以降低而使波长转换区132w的波长转换物质所承受的能量密度降低，如此能有效避免波长转换物质被激发光束EB长时间的照射下因过热而导致发光效率降低的现象，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的可靠度。
此外，在一些实施例中，光反射区132r还具有散射功能。具体地说，光反射区132r上例如设置散射反射物质，其中散射反射物质例如是硫酸钡、氧化镁、氧化钛、氧化铝或其组合，本发明不限于此。当激发光束EB照射光反射区132r上的散射反射物质时，激发光束EB(例如是激光)会被均匀地散射，可以有效地降低激发光束EB的光斑(Speckle)现象，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的影像品质。
请参照图7C，图7C所绘示的波长转换元件130b类似于图7B的波长转换元件130a，其主要差异在于：在本实施例中，波长转换元件130b的光作用区132包括至少一波长转换区132w及光穿透区132t。光穿透区132t例如是载板131的开口，以使激发光束EB通过，而通过光穿透区132t的激发光束EB再传递至反射罩120。此外，在一些实施例中，光穿透区132t中可进一步设置透光物质，即在載板131的開口上設置透光物質以形成光穿透區132t，透光物质例如是可设置透明的玻璃片或透光的扩散片，其中透光的擴散片用以对穿过光穿透区132t的激发光束EB产生扩散效果，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的影像品质。然而，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及光穿透区132t的排列方式或区域面积比例等设计参数可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130b不限于图7C所绘示的型态。此外，波长转换区132w的数量也不限于三个。
请参照图7D，图7D所绘示的波长转换元件130c类似于图7B的波长转换元件130a，其主要差异在于：在本实施例中，光作用区132的至少一波长转换区为黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4。黄光波长转换区132w1中例如设置黄光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成黄色转换光束CB；绿光波长转换区132w2中例如设置绿光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成绿色转换光束CB；红光波长转换区132w3中例如设置红光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成红色转换光束CB；蓝光波长转换区132w4中例如设置蓝光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成蓝色转换光束CB。在本实施例中，激发光束EB例如是具有第一波长的蓝色激发光束，而由蓝光波长转换区132w4转换而来的蓝色转换光束CB具有第二波长，第一波长小于第二波长。在其他实施例中，激发光束EB的波长范围例如是低于蓝光的波长范围(例如是紫外光)，以使蓝光波长转换物质能够被激发而发出蓝色转换光束CB。然而，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4的排列方式或区域面积比例等设计参数可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130c不限于图7D所绘示的型态。
请参照图7E，图7E所绘示的波长转换元件130d类似于图7A的波长转换元件130a，其主要差异在于：在本实施例中，照明系统还包括散热模块170。在本实施例中，散热模块170固设于波长转换元件130d上，以对波长转换元件130d进行散热。如此一来，散热模块170可以将波长转换物质被激发光束EB长时间的照射下所产生的热加速排除，因过热而导致发光效率降低的现象则相对应地减少，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的可靠度。在本实施例中，散热模块170例如是在载板131内部所形成的散热结构，如散热鳍片，或设置于载板131内部的散热组件，但本发明并不限于此。然而，在其他实施例中，散热模块也可以采用同时固设于波长转换组件130d上与邻近地设置于波长转换组件130d旁的方式，但本发明并不限于此。
图8A绘示为上述多个实施例中的另一种波长转换元件的剖面示意图。图8B绘示为图8A的波长转换元件的俯视图。图8C及图8D绘示为上述多个实施例中的另两种波长转换元件的俯视图。图8E绘示为上述多个实施例中的另一种波长转换元件的剖面示意图。
请同时参照图8A及图8B，在图8A及图8B中的波长转换元件130e类似于图7A及图7B所绘示的波长转换元件130a，其主要差异在于：在本实施例中，波长转换元件130e包括第一载板131a1及第二载板131a2，且波长转换组件130e还具有间隙G，间隙G位于第一载板131a1及第二载板131a2之间。在本实施例中，波长转换组件130e例如由相距间隙G的两个荧光轮所形成，且两个荧光轮分别具有第一载板131a1以及第二载板131a2。在本实施例中，波长转换元件130e的光作用区132位于第一载板131a1远离第二载板131a2的表面131a1s1及第二载板131a2远离第一载板131a1的表面131a2s2，且表面131a1s1上的光作用区132以及表面131a2s2上的光作用区132分别接收来自两光源110的两道激发光束EB(如图6所示)。在本实施例中，第一载板131a1及第二载板131a2例如是反射式载板或反光载板，其材质例如是由金属、合金、陶瓷或其组合所制成。在本实施例中，光作用区132包括至少一波长转换区132w以及光反射区132r，波长转换区132w例如具有三个波长转换区132w1、132w2、132w3，但本发明并不限于此。
请参照图8C，图8C所绘示的波长转换元件130f类似于图8B的波长转换元件130e，其主要差异在于：在本实施例中，波长转换元件130f的光作用区132包括至少一波长转换区132w及光穿透区132t。光穿透区132t例如是第一载板131a1/第二载板131a2的开口，以使激发光束EB通过，而通过光穿透区132t的激发光束EB再传递至反射罩120。此外，在一些实施例中，光穿透区132t中可进一步设置透光物质，即在第一载板131a1/第二载板131a2的开口上设置透光物质以形成光穿透区132t，透光物质例如是透明的玻璃片或可设置透光的扩散片，其中透光的擴散片用以对穿过光穿透区132t的激发光束EB产生扩散效果，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的影像品质。然而，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及光穿透区132t的排列方式或区域面积比例等设计参数，可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130f不限于图8C所绘示的型态。
请参照图8D，图8D所绘示的波长转换元件130g类似于图8B的波长转换元件130e，其主要差异在于：在本实施例中，光作用区132的至少一波长转换区为黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4。黄光波长转换区132w1中例如设置黄光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成黄色转换光束CB；绿光波长转换区132w2中例如设置绿光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成绿色转换光束CB；红光波长转换区132w3中例如设置红光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成红色转换光束CB；蓝光波长转换区132w4中例如设置蓝光波长转换物质，以将激发光束EB(如图6所示)转换成蓝色转换光束CB。在本实施例中，激发光束EB例如是具有第一波长的蓝色激发光束，而由蓝光波长转换区132w4转换而来的蓝色转换光束CB具有第二波长，第一波长小于第二波长。在其他实施例中，激发光束EB的波长范围例如是低于蓝光的波长范围(例如是紫外光)，以使蓝光波长转换物质能够被激发而发出蓝色转换光束CB。然而，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4的排列方式或区域面积比例等设计参数，可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130g不限于图8D所绘示的型态。
请参照图8E，图8E所绘示的波长转换元件130h类似于图8A的波长转换元件130e，其主要差异在于：在本实施例中，照明系统还包括散热模块170。散热模块170邻近地设置于波长转换元件130h旁，第一载板131a1及第二载板131a2之间的间隙G通过散热模块170或位于散热模块170内。在本实施例中，散热模块170例如包括气流驱动元件，本发明并不限于此。在本实施例中，气流驱动元件可以驱动邻近于波长转换元件130h的气流之外，还可以驱动位于间隙G内的气流，以使波长转换元件130h持续与温度较低的气流进行热交换。在本实施例中，气流驱动元件例如是风扇(Fan)，本发明并不限于此。如此一来，散热模块170除了可以提升波长转换元件130h的散热能力，可以将波长转换物质被激发光束EB长时间的照射下所产生的热加速排除，因过热而导致发光效率降低的现象则相对应地减少，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的可靠度。然而，在其他实施例中，散热模块也可以采用同时固设于波长转换组件130h上与邻近地设置于波长转换组件130h旁的方式，但本发明仍不以此为限。
图9A绘示为上述多个实施例中的另一种波长转换元件的剖面示意图。图9B绘示为图9A的波长转换元件的俯视图。图9C及图9D绘示为上述多个实施例中的另两种波长转换元件的俯视图。图9E绘示为上述多个实施例中的另一种波长转换元件的剖面示意图。
请同时参照图9A及图9B，在图9A及图9B中的波长转换元件130i类似于图7A及图7B所绘示的波长转换元件130a，其主要差异在于：在本实施例中，波长转换元件130i的光作用区132中的至少一波长转换区132w例如为透光元件。具体地说，在本实施例中，波长转换元件130i的光作用区132包括至少一波长转换区132w及光穿透区132t；当激发光束EB(如图1-5所示)照射于波长转换区132w时，波长转换区132w将激发光束EB转换成转换光束CB，且转换光束CB可穿过波长转换区132w；当激发光束EB(如图1-5所示)照射于光穿透区132t时，激发光束EB可穿过光穿透区132t。在本实施例中，至少一波长转换区132w例如是黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2及红光波长转换区132w3。在本实施例中，光穿透区132t例如是波长转换元件130i的载板131的开口，在一些实施例中，光穿透区132t中还可进一步设置透光物质(如透明的玻璃片或透光的扩散片)。在本实施例中，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2及红光波长转换区132w3中可分别设置黄光波长转换物质、绿光波长转换物质以及红光波长转换物质。
请参照图9C，图9C所绘示的波长转换元件130j类似于图9B所绘示的波长转换元件130i，其主要差异在于：在本实施例中，波长转换元件130j的光作用区132包括至少一波长转换区132w及光反射区132r。在本实施例中，当激发光束EB(如图1-5所示)照射于波长转换区132w时，波长转换区132w将激发光束EB转换成转换光束CB，且转换光束CB被波长转换区132w反射；当激发光束EB(如图1-5所示)照射光反射区132r时，光反射区132r用以反射激发光束EB。在本实施例中，光反射区132r例如是在波长转换元件130j上对应设置反射元件，本发明并不限于此。
请参照图9D，图9D所绘示的波长转换元件130k类似于图9B所绘示的波长转换元件130i，其主要差异在于：在本实施例中，光作用区132的至少一波长转换区为黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4。黄光波长转换区132w1中例如设置黄光波长转换物质，以将激发光束EB(如图1-5所示)转换成黄色转换光束CB；绿光波长转换区132w2中例如设置绿光波长转换物质，以将激发光束EB(如图1-5所示)转换成绿色转换光束CB；红光波长转换区132w3中例如设置红光波长转换物质，以将激发光束EB(如图1-5所示)转换成红色转换光束CB；蓝光波长转换区132w4中例如设置蓝光波长转换物质，以将激发光束EB(如图1-5所示)转换成蓝色转换光束CB。在本实施例中，激发光束EB例如是具有第一波长的蓝色激发光束，而由蓝光波长转换区132w4转换而来的蓝色转换光束CB具有第二波长，第一波长小于第二波长。在其他实施例中，激发光束EB的波长范围例如是低于蓝光的波长范围(例如是紫外光)，以使蓝光波长转换物质能够被激发而发出蓝色转换光束CB。然而此外，需说明的是，黄光波长转换区132w1、绿光波长转换区132w2、红光波长转换区132w3及蓝光波长转换区132w4的排列方式或区域面积比例等设计参数可端视实际设计需求而定，本实施例的波长转换元件130k不限于图9D所绘示的型态。
请参照图9E，图9E所绘示的波长转换元件130l类似于图9A的波长转换元件130i，其主要差异在于：在本实施例中，照明系统还包括散热模块170。在本实施例中，散热模块170固设于波长转换元件130l上，以对波长转换元件130l进行散热。如此一来，散热模块170可以将波长转换物质被激发光束EB长时间的照射下所产生的热加速排除，因过热而导致发光效率降低的现象则相对应地减少，进而提升本发明上述多个实施例中的投影装置的可靠度。在本实施例中，散热模块170例如是在载板131上所形成的散热结构或设置于载板131上的散热组件，但本发明并不限于此。然而，在其他实施例中，散热模块也可以采用同时固设于波长转换组件130l上与邻近地设置于波长转换组件130l旁的方式，但本发明仍不以此为限。
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。本发明的实施例的照明系统透过将反射罩的焦点位于激发光束的传递路径的延伸线上，因此光源所发出的激发光束会射往反射罩的焦点。在本发明的实施例中，由于波长转换元件的光作用区邻近于反射罩的焦点，当激发光束被波长转换元件的光作用区转换成转换光束时，转换光束所发出的位置(即光作用区)也邻近于反射罩的焦点，如此，照明系统不需设置额外的光学导引元件或光路以导引激发光束。因此，本发明的实施例的照明系统具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。进一步来说，由于本发明的实施例的投影装置包括上述的照明系统，因此本发明的实施例的投影装置同样地也具有体积小、光路设计简单及低成本等优点。
在本发明的实施例中，照明系统的波长转换元件中的光作用区可位于单一个载板的相对两个表面或者是在两个载板中的两个表面上，激发光束可设计为传递至位于上述不同表面的光作用区上。在本发明的实施例中，由于转换光束可在上述两个不同的表面的光作用区上发出，如此一来，在相同影像亮度的输出情况下，激发光束的光强度可以降低，以使波长转换区中的波长转换物质所承受的能量密度降低，进而能有效避免波长转换物质被激发光束长时间的照射下因过热而导致发光效率降低的现象。在本发明的实施例中，，由于照明系统的散热模块固设于波长转换元件上或邻近地设置于波长转换组件旁，因此散热模块可以将波长转换物质被激发光束长时间的照射下所产生的热加速排除，因过热而导致发光效率降低的现象则可减少或避免，进而提升本发明实施例的投影装置的可靠度。
此外，在本发明的实施例中，由于照明系统的波长转换元件中的光作用区包括具有散射功能的光反射区，因此，当激发光束照射光反射区时，激发光束会被均匀地散射，如此可以有效地降低或避免激发光束所造成的光斑现象，进而提升本发明实施例的投影装置的影像品质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须实现本发明所揭露的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。
附图标记说明
200、200a、200b、200c、200d、200e：投影装置
210：光阀
220：成像系统
230：光优化元件
100、100a、100b、100c、100d、100e：照明系统
110：光源
120：反射罩
120f、120f’：焦点
120S：表面
120T：透光部
122：开孔
130、130a、130b、130c、130d、130e、130f、130g、130h、130i、130j、130k、130l：波长转换元件
131：载板
131a1：第一载板
131a2：第二载板
131s1、131s2、131a1s1、131a2s2：表面
132：光作用区
132r：光反射区
132t：光穿透区
132w：波长转换区
132w1：黄光波长转换区
132w2：绿光波长转换区
132w3：红光波长转换区
132w4：蓝光波长转换区
140：滤光元件
150：会聚透镜
160：反射镜
170：散热模块
B：影像光束
CB、CB’：转换光束
EB：激发光束
EL：延伸线
IB、IB’：照明光束
O：中心转轴

Claims (21)

1.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀以及成像系统，其中
所述照明系统包括至少一光源、反射罩、波长转换元件以及滤光元件，其中
所述光源提供至少一激发光束；
所述反射罩具有焦点以及开孔，其中所述反射罩的所述焦点位于所述激发光束的传递路径的延伸线上，而所述开孔邻近所述焦点；
所述波长转换元件穿设于所述开孔，且具有光作用区，其中所述波长转换元件的所述光作用区配置于所述激发光束的传递路径上，且邻近于所述反射罩的所述焦点，并用以将所述激发光束转换成转换光束，其中所述反射罩配置于来自所述波长转换元件的所述转换光束的传递路径上；
所述滤光元件配置于来自所述反射罩的所述转换光束的传递路径上，其中来自所述反射罩的所述转换光束倾斜地入射于所述滤光元件，且所述滤光元件用以将所述转换光束过滤成照明光束；
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束；
所述成像系统配置于所述影像光束的传递路径上。
2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换元件包括载板，所述波长转换元件的所述光作用区位于所述载板的相对两表面上，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光反射区，用以反射所述激发光束，其中所述光反射区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换元件包括第一载板及第二载板，所述波长转换元件的所述光作用区位于所述第一载板远离所述第二载板的表面及所述第二载板远离所述第一载板的表面，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光反射区，用以反射所述激发光束，其中所述光反射区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
4.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换元件为透光元件，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光穿透区，用以让所述激发光束通过，其中所述光穿透区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述反射罩的表面为具有所述焦点的抛物面或局部的椭球面，用以反射来自所述波长转换元件的所述转换光束。
6.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括会聚透镜，其中所述抛物面将来自所述波长转换元件的所述转换光束平行地反射至所述会聚透镜，且所述会聚透镜将来自所述抛物面的所述转换光束会聚于所述滤光元件。
7.如权利要求5所述的投影装置，其特征在于，所述局部的椭球面的另一焦点远离于所述波长转换元件且邻近于所述滤光元件。
8.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括至少一反射镜，配置于来自所述光源的所述激发光束的传递路径上，并将所述激发光束倾斜地反射至所述波长转换元件。
9.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括散热模块，所述散热模块用以对所述波长转换元件进行散热。
10.如权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换元件还具有间隙，所述间隙通过所述散热模块。
11.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括光优化元件，所述光优化元件配置于所述滤光元件与所述光阀之间。
12.一种照明系统，其特征在于，包括：
至少一光源，提供至少一激发光束；
反射罩，具有焦点以及开孔，其中所述反射罩的所述焦点位于所述激发光束的传递路径的延伸线上，且所述开孔邻近所述焦点；
波长转换元件，穿设于所述开孔，且具有光作用区，其中所述波长转换元件的所述光作用区配置于所述激发光束的传递路径上，且邻近于所述反射罩的所述焦点，并用以将所述激发光束转换成转换光束，其中所述反射罩配置于来自所述波长转换元件的所述转换光束的传递路径上；以及
滤光元件，配置于来自所述反射罩的所述转换光束的传递路径上，其中来自所述反射罩的所述转换光束倾斜地入射于所述滤光元件，且所述滤光元件用以将所述转换光束进行过滤。
13.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换元件包括载板，所述波长转换元件的所述光作用区位于所述载板的相对两表面上，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光反射区，用以反射所述激发光束，其中所述光反射区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
14.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换元件包括第一载板及第二载板，所述波长转换元件的所述光作用区位于所述第一载板远离所述第二载板的表面及所述第二载板远离所述第一载板的表面，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光反射区，用以反射所述激发光束，其中所述光反射区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
15.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换元件为透光元件，所述光作用区包括：
至少一波长转换区，用以将所述激发光束转换成所述转换光束；以及
光穿透区，用以让所述激发光束通过，其中所述光穿透区及所述波长转换区轮流地切入所述激发光束的传递路径。
16.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，所述反射罩的表面为具有所述焦点的抛物面或局部的椭球面，用以反射来自所述波长转换元件的所述转换光束。
17.如权利要求16所述的照明系统，其特征在于，还包括会聚透镜，其中所述抛物面将来自所述波长转换元件的所述转换光束平行地反射至所述会聚透镜，且所述会聚透镜将来自所述抛物面的所述转换光束会聚于所述滤光元件。
18.如权利要求16所述的照明系统，其特征在于，所述局部的椭球面的另一焦点远离于所述波长转换元件且邻近于所述滤光元件。
19.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，还包括至少一反射镜，配置于来自所述光源的所述激发光束的传递路径上，并将所述激发光束倾斜地反射至所述波长转换元件。
20.如权利要求12所述的照明系统，其特征在于，还包括散热模块，所述散热模块用以对所述波长转换元件进行散热。
21.如权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换元件还具有间隙，所述间隙通过所述散热模块。
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