CN108073025A - 投影装置以及照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投影装置以及照明系统，其中，投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统包括至少一个激光光源、至少一个分光元件、波长转换元件以及反射元件。至少一个激光光源用于产生至少一道激光光束，且至少一道激光光束用于穿透分光元件的至少一个第一镀膜区。波长转换元件用于将来自于分光元件的激光光束转换为转换光束。反射元件的反射面的第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分激光光束，且第二镀膜区以及第一镀膜区用于反射转换光束。部分激光光束与转换光束构成照明光束。通过本发明的投影装置与照明系统，转换光束可以更为有效地被加以利用，使得照明系统具有良好的光学效率，并使得投影装置具有良好的成像效果。

Description

投影装置以及照明系统
技术领域
本发明涉及一种显示装置与光学系统，且特别涉及一种投影装置以及照明系统。
背景技术
近年来以发光二极管(light-emitting diode,LED)和激光二极管(laser diode)等固态光源为主的投影装置渐渐在市场上占有一席之地。一般而言，激光投影装置中透过激光光源所提供的激光激发荧光粉进行成像，并具有因应亮度需求而调整光源数目的优点，以达到各种不同亮度的投影机需求。因此，采用激光光源的光源系统的投影机架构具有非常大的发展潜力。
目前而言，在现有的第一种激光投影机架构中，光源系统所发出的蓝光穿过反射罩的孔洞而汇聚在荧光粉轮(phosphor wheel)上，一部分的蓝光激发转动的荧光粉轮上的荧光粉而产生黄光，且黄光以及另一部分未被激发的蓝光共同形成此激光投影机架构的照明光束。然而，由荧光粉激发而产生的黄光也会经由反射罩的孔洞而离开光学系统，进而无法进行后续的利用，因此激光投影机会浪费掉一部分的光能，使得激光投影机的光学效率降低。
“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所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。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所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种投影装置，其具有良好的成像效果。
本发明提供一种照明系统，其具有良好的光学效率。
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。
为达上述之一或部分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、光阀以及投影镜头。照明系统包括至少一个激光光源、至少一个分光元件、波长转换元件以及反射元件。至少一个激光光源用于产生至少一道激光光束。至少一个分光元件位于来自于至少一个激光光源的至少一道激光光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区。至少一个激光光源对应于至少一个分光元件，且至少一道激光光束用于穿透至少一个第一镀膜区。波长转换元件位于来自于至少一个分光元件的至少一道激光光束的传递路径上，并用于将部分至少一道激光光束转换为转换光束。反射元件配置于至少一个激光光源与波长转换元件之间，并具有面对波长转换元件的反射面。反射面具有第二镀膜区，且第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分至少一道激光光束。第二镀膜区以及至少一个第一镀膜区用于反射转换光束，且部分至少一道激光光束与转换光束构成照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用于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。
为达上述之一或部分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，其包括至少一个激光光源、至少一个分光元件、波长转换元件以及反射元件。至少一个激光光源用于产生至少一道激光光束。至少一个分光元件位于来自于至少一个激光光源的至少一道激光光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区。至少一个激光光源对应于至少一个分光元件，且至少一道激光光束用于穿透至少一个第一镀膜区。波长转换元件位于来自于至少一个分光元件的至少一道激光光束的传递路径上，并用于将部分至少一道激光光束转换为转换光束。反射元件配置于至少一个激光光源与波长转换元件之间，并具有面对波长转换元件的反射面。反射面具有第二镀膜区，且第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分至少一道激光光束。第二镀膜区以及至少一个第一镀膜区用于反射转换光束，且部分至少一道激光光束与转换光束构成照明光束。
为达上述之一或部分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，其包括至少一个固态光源、至少一个分光元件、波长转换元件以及反射元件。至少一个固态光源用于产生至少一道发射光束。至少一个分光元件位于来自于至少一个固态光源的至少一道发射光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区。至少一个固态光源对应于至少一个分光元件，且至少一道发射光束用于穿透至少一个第一镀膜区。波长转换元件位于来自于至少一个分光元件的至少一道发射光束的传递路径上，并用于将部分至少一道发射光束转换为转换光束。反射元件配置于至少一个固态光源与波长转换元件之间，并具有面对波长转换元件的反射面。反射面具有第二镀膜区，且第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分至少一道发射光束。第二镀膜区以及至少一个第一镀膜区用于反射转换光束，且部分至少一道发射光束与转换光束构成照明光束。
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。在本发明的实施例的投影装置与照明系统中，至少一个分光元件位于来自于至少一个激光光源的至少一道激光光束的传递路径上，且波长转换元件用于将部分至少一道激光光束转换为转换光束。另外，本发明实施例的投影装置与照明系统中，反射元件中面对波长转换元件的反射面的第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分至少一道激光光束，且第二镀膜区以及至少一个第一镀膜区用于反射转换光束。因此，本发明实施例的投影装置与照明系统中，至少一道激光光束可以藉由穿透至少一个分光元件的至少一个第一镀膜区而传递至波长转换元件，且转换光束可不返回至少一个分光元件的至少一个第一镀膜区。本发明实施例的投影装置与照明系统中，转换光束可以更为有效地被加以利用，使得照明系统具有良好的光学效果，并使得投影装置具有良好的成像效果。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是示出本发明一实施例的投影装置的架构示意图。
图2A是示出图1实施例的波长转换元件的正视示意图。
图2B是示出图2A的波长转换元件的导光结构的剖面示意图。
图2C是示出图2B于区域A1的放大示意图以及激光光束的光路示意图。
图2D是示出图2B于区域A2的放大示意图以及激光光束的光路示意图。
图3A是示出图1实施例的分光元件以及反射元件的关系示意图。
图3B是示出图1实施例的分光元件以及反射元件的剖面示意图。
图4是示出本发明另一实施例的分光元件以及反射元件的剖面示意图。
图5是示出本发明又一实施例的照明系统的架构示意图。
图6是示出本发明再一实施例的投影装置的架构示意图。
图7是示出本发明另一实施例的照明系统的架构示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式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发明。
图1是示出本发明一实施例的投影装置的架构示意图，请参考图1。在本实施例中，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包括至少一个激光光源110、至少一个分光元件(light separating element)120、波长转换元件130以及反射元件140。至少一个激光光源110用于产生至少一道激光光束L1。具体而言，本实施例的照明系统100包括一个激光光源110，且激光光源110为半导体激光光源。举例而言，激光光源110包括激光二极管，且激光光源110例如是蓝光激光二极管阵列(Blue Laser Diode Array)。另外，激光光源110产生激光光束L1，且激光光束L1例如是蓝光激光光束，本发明不限于此。然而，上述激光光源110为举例说明，在其他实施例中，照明系统100中的光源也可以其他适当的固态光源(solid-state light source)，例如发光二极管(Light Emitting Diode)。更具体地说，在其他实施例中，也可利用发出蓝色的发射光束的发光二极管取代激光光源110，本发明不限于此。
整体而言，在一实施例中，至少一个固态光源(例如激光光源110)用于产生至少一道发射光束(例如激光光束L1)，至少一个分光元件120位于来自于至少一个固态光源的至少一道发射光束的传递路径上，至少一个固态光源对应于至少一个分光元件120，且至少一道发射光束用于穿透至少一个第一镀膜区(容后详述)；波长转换元件130位于来自于至少一个分光元件120的至少一道发射光束的传递路径上，并用于将部分至少一道发射光束转换为转换光束(容后详述)；反射元件140配置于至少一个固态光源与波长转换元件130之间，第二镀膜区(容后详述)用于反射来自于波长转换元件130的部分至少一道发射光束，且部分至少一道发射光束与转换光束构成照明光束(容后详述)。
承上述，具体地说，在本实施例中，至少一个分光元件120位于来自于至少一个激光光源110的至少一道激光光束L1的传递路径上，且至少一个激光光源110对应于至少一个分光元件120。另外，至少一个分光元件120具有至少一个第一镀膜区C1，且至少一道激光光束L1用于穿透至少一个第一镀膜区C1。在本实施例中，分光元件120的材质可包括玻璃或塑胶，而第一镀膜区C1例如是形成于玻璃或塑胶上的镀膜(coating film)，而第一镀膜区C1的镀膜材质可以是介电材料(dielectric material)，但本发明不限于此。更具体地说，分光元件120例如是二向色分色镜(dichroic mirror)，但本发明仍不限于此。
具体而言，本实施的照明系统100包括一个分光元件120。分光元件120位于来自于激光光源110的激光光束L1的传递路径上，激光光源110对应于分光元件120。在本实施例中，分光元件120配置于激光光源110与波长转换元件130之间。另外，在本实施例中，分光元件120具有第一镀膜区C1，且激光光束L1用于穿透第一镀膜区C1而传递至波长转换元件130。在本实施例中，当激光光束L1通过第一镀膜区C1时，分光元件120例如对激光光束L1进行缩束(beam shrinkage)而使激光光束L1汇聚至波长转换元件130上。然而，在一些实施例中，照明系统中可以在适当的位置(例如激光光源110与分光元件120之间，但本发明不限于此)设置适当的光学元件(例如透镜或透镜群，但本发明不限于此)以对激光光束L1进行缩束，使得激光光束L1在通过分光元件120之前已被缩束，本发明并不限于此。
在本实施例中，波长转换元件130位于来自于至少一个分光元件120的至少一道激光光束L1的传递路径上，并用于将部分的至少一道激光光束L1转换为转换光束L2。反射元件140配置于至少一个激光光源110与波长转换元件130之间，并具有面对波长转换元件130的反射面RS。另外，反射面RS具有第二镀膜区C2。具体而言，波长转换元件130位于来自于分光元件120的激光光束L1的传递路径上，并用于将部分的至少一道激光光束L1转换为转换光束L2。另外，在一实施例中，波长转换元件130也会反射部分的至少一道激光光束L1。
在本实施例中，第二镀膜区C2例如是形成于金属、介电材料、玻璃或塑胶上的镀膜，而第二镀膜区C2的镀膜材质可以是金属或介电材料，其中金属镀膜的材质可以是银、铝或其它适当金属，但本发明不限于此。
图2A是示出图1实施例的波长转换元件的正视示意图。请参考图1、图2A，在本实施例中，照明系统100的波长转换元件130包括至少一个波长转换区132a、132b以及波长保留区134，且至少一个波长转换区以及波长保留区134用于轮流切入至少一道激光光束L1的传递路径上。在一实施例中，当至少一个波长转换区132a、132b切入至少一道激光光束L1的传递路径时，至少一道激光光束L1被至少一个波长转换区132a、132b转换为转换光束L2。具体而言，在本实施例中，波长转换元件130是波长转换轮，例如是磷光粉轮(phosphor wheel)或是荧光粉轮(fluorescence wheel)，举例而言，在基板上涂布磷光粉层或是荧光粉层，但本发明不限于此。在本实施例中，波长转换元件130包括波长转换区132a、波长转换区132b以及波长保留区134。在本实施例中，波长转换元件130用于转动，以使波长转换区132a、波长转换区132b以及波长保留区134轮流切入激光光束L1的传递路径上。在本实施例中，当波长转换区132a或波长转换区132b切入激光光束L1的传递路径上时，激光光束L1被波长转换区132a或波长转换区132b转换为转换光束L2，且转换光束L2传递至反射元件140的反射面RS。另外，在本实施例中，当波长保留区134切入激光光束L1的传递路径上时，波长保留区134用于将激光光束L1引导至反射元件140的反射面RS。在本实施例中，转换光束L2的波长例如是不同于激光光束L1的波长。另外，在本实施例中，尚未传递至波长保留区134的激光光束L1的波长(例如蓝光波长)大体上等于被波长保留区134反射至反射元件140的激光光束L1的波长(例如蓝光波长)。
详细而言，并请参考图1、图2A，波长转换区132a以及波长转换区132b例如分别为红色波长转换区以及绿色波长转换区，但本发明不限于此。在本实施例中，当红色波长转换区(如波长转换区132a)切入激光光束L1上时，激光光束L1被此红色波长转换区转换为红色的转换光束L2。在本实施例中，当绿色波长转换区(如波长转换区132b)切入激光光束L1上时，激光光束L1被此绿色波长转换区转换为绿色的转换光束L2。在本实施例中，每一波长转换区132a、132b包括反射板以及配置于反射板(未示出)上的荧光粉层(未示出)。在本实施例中，激光光束L1被荧光粉层激发而产生转换光束L2，且转换光束L2传递至反射元件140的反射面RS。具体而言，在本实施例中，透过波长转换区132a、132b中的荧光粉层所转换而成的转换光束L2的颜色与激光光束L1的颜色不相同。举例而言，激光光束L1的颜色例如是蓝色，红色波长转换区(如波长转换区132a)中的荧光粉层所转换而成的转换光束L2的颜色例如是红色，而绿色波长转换区(如波长转换区132b)中的荧光粉层所转换而成的转换光束L2的颜色例如是绿色。在其他实施例中，波长转换元件130也可以包括将激光光束L1转换为其他颜色的转换光束L2。举例而言，在一些实施例中，波长转换元件130例如包括可以将激光光束L1转换为黄色的转换光束L2的波长转换区，本发明并不限于此。
承上述，在本实施例中，分光元件120的第一镀膜区C1对于光束的通过具有波长选择性。举例而言，在一些实施例中，激光光束L1例如是蓝光，而转换光束L2例如是黄光，但本发明并不限于此。这些实施例的分光元件120的第一镀膜区C1例如是对于蓝光波长具有选择性，而使得具有蓝光波长以外的波长的光线(例如黄色的转换光束L2)无法通过第一镀膜区C1。因此，转换光束L2并不会穿透分光元件120的第一镀膜区C1，而是被分光元件120的第一镀膜区C1反射。如此一来，在本实施例中可大幅提升转换光束L2的使用效率，进而使照明系统具有良好的光利用效率以及投影装置具有良好的成像效果。然而，在其他实施例中，第一镀膜区C1可以因应设计需求而对其他色光波长具有选择性，而使得具有所述色光波长以外的波长的光线无法通过第一镀膜区C1，本发明并不限于此。
在本实施例中，照明系统100还包括光均匀元件150。在本实施例中，光均匀元件150例如为光积分柱(light integration rod)，且光积分柱可为实心积分柱或空心积分柱，但本发明不限于此。具体而言，在本实施例中，激光光束L1藉由穿透分光元件120的第一镀膜区C1而传递至波长转换元件130。另外，在本实施例中，波长转换元件130对激光光束L1进行波长转换而产生的转换光束L2被第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2反射而汇聚至光均匀元件150。此外，在本实施例中，未被波长转换元件130进行波长转换的激光光束L1可被波长保留区134引导至波长转换元件130的反射面RS，而未被波长转换元件130进行波长转换的激光光束L1可再被反射面RS反射，进而汇聚至光均匀元件150。具体而言，在本实施例中，汇聚至光均匀元件150的激光光束L1以及转换光束L2构成照明光束L3。在本实施例中，光均匀元件150位于照明光束L3的传递路径上，用以使照明光束L3的光强度/亮度分布均匀化。举例而言，光均匀元件150例如是光积分柱。然而在一些实施例中，光均匀元件150也可以是其他光学元件，本发明并不限于此。
请继续参考图1，在本实施例中，照明系统100还包括光学调整元件160，光学调整元件160配置于照明光束L3的传递路径上。具体而言，光学调整元件160例如包括滤光轮(filter wheel)，用以调整照明光束L3的波长。在本实施例中，滤光轮包括多个滤光区，且滤光轮用于转动，以使这些滤光区轮流切入照明光束L3的传递路径上，并且过滤出对应于这些滤光区的色光。举例而言，滤光轮例如包括红色滤光区、绿色滤光区、蓝色滤光区或者其它颜色的滤光区。当红色滤光区切入照明光束L3的传递路径上，红色滤光区可滤除照明光束L3中红光波长以外的部分。在本实施例中，当照明光束L3通过红色滤光区后，照明光束L3会呈现红色。另外，其它颜色滤光区的作用类似于红色滤光区的作用，在此不再赘述。由上述可知，本实施例透过设置滤光轮，可调整照明光束L3的色纯度，进而提升照明系统100的光学品质与投影装置200的成像品质。除此之外，在其他实施例中，光学调整元件160也可以包括适宜的光学元件，用以调整照明光束L3的光谱半高宽，以调整照明光束L3的色纯度，本发明并不限于此。
在本实施例中，投影装置200的光阀210配置于照明光束L3的传递路径上，用于将照明光束L3转换为影像光束L4。另外，投影镜头220配置于影像光束L4的传递路径上，并投射投影光束L5。在本实施例中，投影光束L5可投影至投影面、墙面或屏幕(未示出)上，以形成影像画面，但本发明不限制投影光束L5的成像位置或成像形式。在本实施例中，光阀210例如是数字微镜元件(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也可以是穿透式液晶显示面板(Liquid Crystal Display panel,LCD panel)或其他空间光调变器，但本发明不限于此。
如图1所示，在本实施例中，贯孔例如形成于反射元件140的中央，而分光元件120嵌合于贯孔中，以使分光元件120与反射元件140相结合，进而使分光元件120可固定于反射元件140的中央。然而，本发明不限制分光元件需位于反射元件的中央，分光元件/贯孔的位置可视设计考虑而决定。在本实施例中，分光元件120的第一镀膜区C1以及反射元件140的第二镀膜区C2共同形成局部的球面SS。然而，上述中关于嵌合的技术手段为举例说明，并非限制本发明。在一些实施例中，也可以先透过组装治具固定分光元件120以及反射元件140的位置，以使具有相同曲率(或曲率半径)的第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2共同形成局部的球面SS；接着，点胶以将分光元件120固定于反射元件140，而后移除组装治具，本发明并不限于此。另外，在一些实施例中，分光元件120与反射元件140可以是一体成形的元件，而透过分区镀膜的方式形成第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2，本发明并不限于此。具体而言，较于上述分区镀膜制作第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2的实施例而言，本发明实施例采用的分光元件120与反射元件140相结合的制作方式较易于制作。
承上述，并请参考图1、图2A-2B，图2B是示出图2A的波长转换元件的导光结构的剖面示意图。在本实施例中，当波长保留区134切入激光光束L1的传递路径上时，波长保留区134用于将激光光束L1引导至反射元件140的反射面RS。具体而言，在本实施例中，波长保留区134具有多个导光结构135，且导光结构135用于将传递至波长保留区134的激光光束L1引导至第二镀膜区C2。详细而言，在本实施例中，每一导光结构135的形状例如为锥体/锥形(taper)P，但本发明不限于此。在本实施例中，各锥体P例如是具有反射面RSP1以及反射面RSP2，且激光光束L1在锥体P的反射面RSP1以及反射面RSP2上反射而朝向第二镀膜区C2传递。也就是说，在本实施例中，激光光束L1在反射面RSP1以及反射面RSP2上反射后可避开原入射方向，进而大体上可不朝第一镀膜区C1传递，使得已入射至波长转换元件130的激光光束L1不易返回至分光元件120，进而提高激光光束L1的使用效率。
图2C是示出图2B于区域A1的放大示意图以及激光光束的光路示意图，且图2D是示出图2B于区域A2的放大示意图以及激光光束的光路示意图。请先参考图1、图2C，在本实施例中，为了清楚说明图1中缩束而成的光锥状激光光束L1，图2C中例如以激光光线L1_1a、激光光线L1_2a以及激光光线L1_3a进行说明，其中图2C中的激光光线L1_1a例如位于图1中的激光光束L1的光轴方向上，而激光光束L1(激光光线L1_1a、L1_2a、L1_3a)例如是经分光元件120或其他光学元件缩束后，倾斜地入射至波长转换元件130的导光结构135的反射面RSP1。请参考图1、图2B-2C，在本实施例中，射往反射面RSP1的激光光线L1_1a与波长转换元件130的基板130S的法向量Ax之间具有夹角θa，且入射反射面RSP1的激光光线L1_1a与射往反射面RSP1的激光光线L1_3a具有夹角θb(即缩束成光锥状的激光光束L1的半锥角)，而反射面RSP1法向量Ax1与基板130S的法向量Ax具有夹角θc。在本实施例中，当透过适当的夹角θc以使夹角θc大于夹角θa与夹角θb之和(即θc>θa+θb)时，被反射面RSP1反射的激光光线L1_1b、L1_2b、L1_3b可不与入射至反射面RSP1的激光光线L1_1a、L1_2a、L1_3a干涉，也就是说，被反射面RSP1反射的光锥状激光光束L1不会与入射至反射面RSP1的光锥状激光光束L1干涉。因此，来自第一镀膜区C1的激光光束L1经反射面RSP1反射后，可朝向第二镀膜区C2传递，且不易返回至第一镀膜区C1。
类似地，请参考图1、图2D，在本实施例中，为了清楚说明图1中缩束而成的光锥状激光光束L1，图2D中例如以激光光线L1_1a、激光光线L1_2a以及激光光线L1_3a进行说明，其中图2D中的激光光线L1_1a例如位于图1中的激光光束L1的光轴方向上，而激光光束L1(激光光线L1_1a、L1_2a、L1_3a)例如是经分光元件120或其他光学元件缩束后倾斜地入射至波长转换元件130的导光结构135的另一反射面RSP2。在本实施例中，反射面RSP2具有法向量Ax2。由图2D可以看出，当导光结构135的设置犹如图2C采取适当的夹角θa、θb与θc时，如夹角θc大于夹角θa与夹角θb之和(即θc>θa+θb)时，被反射面RSP2反射的激光光线L1_1b、L1_2b、L1_3b可不与入射至反射面RSP2的激光光线L1_1a、L1_2a、L1_3a干涉，也就是说，被反射面RSP2反射的光锥状激光光束L1不会与入射至反射面RSP2的光锥状激光光束L1干涉。因此，来自第一镀膜区C1的激光光束L1经反射面RSP2反射后，可朝向第二镀膜区C2传递，且不易返回至第一镀膜区C1。综合参考图1、图2C以及图2D，具体而言，在本实施例中，导光结构135可以引导激光光束L1(激光光线L1_1b、L1_2b、L1_3b)朝向第二镀膜区C2传递，使得激光光束L1不易返回至分光元件120的第一镀膜区C1，进而提高激光光束L1的使用效率。
在本实施例中，上述锥体P例如是圆锥(cone，未示出)或角锥(pyramid)，且这些导光结构135的节距(pitch)例如是落在0.5毫米(mm)至1.5毫米的范围内，但本发明不限于此。然而在一些实施例中，这些导光结构135也可以具有其他节距。另外，这些导光结构135也可以具有其他结构，例如是具有光学干涉结构、光学绕射(diffractive)结构或栅状结构的光学元件，而可以引导已入射至波长转换元件130的激光光束L1不易返回至分光元件120，本发明仍不限于上述光学元件。在本实施例中，具有光学绕射结构的光学元件例如是绕射光学元件(diffractive optical element，DOE)，栅状结构例如是光栅(grating，未示出)，且绕射光学元件/栅状结构可以为一维结构，也可以为二维结构，以可控制光束反射的形式。更具体地说，在本实施例中，可在波长转换元件130的入射面设置栅状结构，当激光光束L1到达波长转换元件130的入射面时，可透过栅状结构而发生干涉现象以达到使激光光束L1往特定方向反射的目的，但本发明仍不限于此。然而，在其他实施例中，上述锥体P也可以是柱状(cylindrical或lenticular)锥体，例如三角柱(triangle cylinder)、圆柱(circular cylinder，未示出)或柱状阵列(cylindrical array或lenticular array)，但本发明仍不限于此。
具体而言，在本实施例中，激光光束L1用于穿透分光元件120的第一镀膜区C1而传递至波长转换元件130，且波长转换元件130用于将至少部分激光光束L1转换为转换光束L2。另外，在本实施例中，反射元件140面对波长转换元件130的反射面RS的第二镀膜区C2以用于反射来自于波长转换元件130的部分激光光束L1，且第二镀膜区C2以及第一镀膜区C1用于反射转换光束L2。因此，在本实施例中，激光光束L1与转换光束L2可以更为有效地被加以利用，使得投影装置200具有良好的成像效果与照明系统100具有良好的光利用效率。
在上述实施例中，波长转换元件130的波长保留区134例如具有多个导光结构135以改变激光光束L1的行进方向，然而，本发明并非限定波长转换元件中必需设置导光结构。也就是说，在其他实施例中，波长转换元件130的波长保留区134中也可不设置导光结构135。
图3A是示出图1实施例的分光元件以及反射元件的关系示意图，且图3B是示出图1实施例的分光元件以及反射元件的剖面示意图。请先同时参考图1以及图3A-3B，在本实施例中，至少一个第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2共同形成局部的球面。在本实施例中，分光元件120的第一镀膜区C1以及反射元件140的第二镀膜区C2连续地连结而共同形成局部的球面SS。在本实施例中，第二镀膜区C2用于反射来自于波长转换元件130的部分至少一道激光光束L1，第二镀膜区C2以及至少一个第一镀膜区C1用于反射转换光束L2，且转换光束L2与部分至少一道激光光束L1构成照明光束L3。简单地说，在本实施例中，由图1可知，来自于第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2的转换光束L2与部分的激光光束L1构成照明光束L3。
请继续同时参考图1与图3A-3B，在本实施例中，分光元件120的第一镀膜区C1与反射元件140的第二镀膜区C2共同形成局部的球面SS。在本实施例中，波长转换元件130位于局部的球面SS的第一近心位置PP1上，且光均匀元件150位于局部的球面SS的第二近心位置PP2上。在本实施例中，位于局部的球面SS的第二近心位置PP2上的是光均匀元件150的入光处，但本发明不限于此。另外，在本实施例中，局部的球面SS的球心SC位于第一近心位置PP1与第二近心位置PP2之间，且位于第一近心位置PP1与第二近心位置PP2的连线上。在本实施例中，第一近心位置PP1与第二近心位置PP2对称于局部的球面SS的球心SC。在本实施例中，局部的球面SS的球心SC的位置例如是第一近心位置PP1与第二近心位置PP2两者的中心位置。具体而言，以第一轴X、第二轴Y以及第三轴Z所建构的三维空间为例，在本实施例中，第一近心位置PP1与第二近心位置PP2的连线平行于第一轴X，第一近心位置PP1与第二近心位置PP2在沿着第一轴X的方向上相距D，球心SC与分光元件120在沿着第三轴Z的方向上相距R。
承上述，请同时参考图1以及图3A-3B，在本实施例中，第一近心位置PP1靠近球心SC，且第二近心位置PP2靠近球心SC，但本发明不限于此。在本实施例中，来自第一近心位置PP1的光线经局部的球面SS反射后大体上可汇聚于第二近心位置PP2。具体而言，在本实施例中，通过分光元件120的激光光束L1入射至第一近心位置PP1后可会传递至波长转换元件130。另外，在本实施例中，转换光束L2以及未被波长转换元件130转换为转换光束L2的激光光束L1构成照明光束L3，且照明光束L3被第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2反射至汇聚于第二近心位置PP2并进入光均匀元件150。在本实施例中，由于波长转换元件130设置于局部的球面SS的第一近心位置PP1且光均匀元件150设置于第二近心位置PP2，照明光束L3可汇聚于第二近心位置PP2以入射至光均匀元件150，但本发明不限于此。然而在其他实施例中，也可以依据实际光学需求而在第二近心位置PP2设置其他适当的光学元件，但本发明仍不限于此。在本实施例中，第一近心位置PP1与第二近心位置PP2之间具有距离D，且距离D与局部的球面SS的半径R的比值落在0.1与0.3之间。在一些实施例中，距离D与局部的球面SS的半径R的比值可落在0.1与0.2之间。然而在其他实施例中，也可以依据实际光学需求而设定适当的第一近心位置PP1与第二近心位置PP2，本发明并不限于此。
在其他实施例中，分光元件120(或分光元件120的第一镀膜区C1)也可以是对于光束的通过具有偏光/偏振选择性的偏光片(或偏振片，polarizer)，但本发明仍不限于此。更具体地说，在其他实施例中，激光光源110所提供的激光光束L1例如是线偏振光(linearpolarization light)，分光元件120(或分光元件120的第一镀膜区C1)例如是线偏光片，激光光束L1被波长转换元件130的波长转换区132a/132b转换而成的转换光束L2例如不具有偏振性，而激光光束L1被波长保留区134反射后可以仍具有线偏振性或变为不具有偏振性。然而，上述线偏振特性为举例说明，本发明不限制激光光束与分光元件的偏振特性，即激光光束与分光元件的偏振特性也可以是圆偏振(circular polarization)或椭圆偏振(elliptical polarization)。
在上述实施例中，至少一个第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2例如共同形成局部的球面，然而在其他实施例中，至少一个第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2也可共同形成局部的椭球面，如图4所示。图4是示出本发明另一实施例的分光元件以及反射元件的剖面示意图，请参考图4。在本实施例中，分光元件120A以及反射元件240类似于图3B实施例的分光元件120以及反射元件140，分光元件120A以及反射元件240的相关叙述可以分别参考分光元件120以及反射元件140的相关叙述，在此不再赘述。分光元件120A以及反射元件240与分光元件120以及反射元件140的主要差异如下所述。在本实施例中，第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2共同形成局部的椭球面ES，局部的椭球面ES具有第一焦点F1与第二焦点F2。在本实施例中，如图1与图4所示，来自第一焦点F1的光线经局部的椭球面ES反射后大体上可汇聚于第二焦点F2。更具体地说，在本实施例中，波长转换元件130位于局部的椭球面ES的第一焦点F1上，因此，通过分光元件120的激光光束L1入射至第一焦点F1后可传递至波长转换元件130，照明光束L3被第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2反射而汇聚于第二焦点F2。在本实施例中，局部的椭球面ES的第二焦点F2可进一步地设置光均匀元件150，以使被第一镀膜区C1以及第二镀膜区C2反射的照明光束L3在汇聚于第二焦点F2之后可进入光均匀元件150，但本发明不限于此。在本实施例中，由于波长转换元件130设置于局部的椭球面ES的第一焦点F1且光均匀元件150设置于第二焦点F2，照明光束L3可汇聚于第二焦点F2以入射至光均匀元件150，但本发明不限于此。然而在其他实施例中，也可以依据实际光学需求而在第二焦点F2设置其他适当的光学元件，但本发明仍不限于此。此外，由图4可知，在本实施例中，第一焦点F1与第二焦点F2例如位于局部的椭球面ES的长轴上，分光元件120A例如位于局部的椭球面ES的短轴上，第一焦点F1与第二焦点F2之间的距离与局部的椭球面ES的短轴的比值落在0.1与0.4之间。然而在其他实施例中，也可以依据实际光学需求而设定适当的第一近心位置PP1与第二近心位置PP2，本发明并不限于此。
在上述实施例中，如图1、图3A-3B、图4所示，第一镀膜区C1例如为一个，且第二镀膜区C2(或反射面RS)例如环绕此第一镀膜区C1。然而，第一镀膜区C1相对于第二镀膜区C2(反射面RS)的设置位置并不于上述实施例。
在另外一些实施例中，第一镀膜区C1也可以为多个，如图5所示。图5是示出本发明又一实施例的照明系统的架构示意图，在本实施例中，照明系统500类似于图1实施例的照明系统100。照明系统500的构件以及相关叙述可以参考图1实施例的照明系统100的构件以及相关叙述，在此不再赘述。照明系统500与照明系统100的主要差异如下所述。在本实施例中，照明系统500的至少一个激光光源510为多个激光光源510，至少一个第一镀膜区C1为多个第一镀膜区C1，且这些第一镀膜区C1分别对应于这些激光光源510。具体而言，在本实施例中，照明系统500包括与反射元件540结合的多个分光元件520，且每一分光元件520例如具有一个第一镀膜区C1，每一第一镀膜区C1例如对应于一个激光光源510。在本实施例中，图5所示的两个第一镀膜区C1例如是相连的，但本发明不限于此。在其他实施例中，多个第一镀膜区C1也可以不相连，但本发明仍不限于此。或者，在一些实施例中，部分的多个第一镀膜区C1可以依据实际需求而设置为相连且部分的多个第一镀膜区C1设置为不相连，本发明并不限于此。
图6是示出本发明再一实施例的投影装置的架构示意图。请参考图6，在本实施例中，投影装置700包括照明系统600、光阀710以及投影镜头720。照明系统600包括至少一个激光光源610、至少一个分光元件620、波长转换元件630以及反射元件640。至少一个激光光源610用于产生至少一道激光光束L1。至少一个分光元件620位于来自于至少一个激光光源610的至少一道激光光束L1的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区C1。至少一个激光光源610对应于至少一个分光元件620，且至少一道激光光束L1用于穿透至少一个第一镀膜区C1。另外，波长转换元件630位于来自于至少一个分光元件620的至少一道激光光束L1的传递路径上，并用于将至少部分至少一道激光光束L1转换为转换光束L2。反射元件640配置于至少一个激光光源610与波长转换元件630之间，并具有面对波长转换元件630的反射面RS。反射面RS具有第二镀膜区C2，且第二镀膜区C2用于反射来自于波长转换元件630的部分至少一道激光光束L1。第二镀膜区C2以及至少一个第一镀膜区C1用于反射转换光束L2，且部分至少一道激光光束L1与转换光束L2构成照明光束L3。此外，光阀710配置于照明光束L3的传递路径上，且其用于将照明光束L3转换为影像光束L4。另外，投影镜头720配置于影像光束L4的传递路径上。在本实施例中，投影镜头720投射投影光束L5。具体而言，本发明的实施例的投影装置700的构件相关叙述可以由图1至图5实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
图7是示出本发明另一实施例的照明系统的架构示意图。，请参考图7在本实施例中，照明系统800包括至少一个激光光源810、至少一个分光元件820、波长转换元件830以及反射元件840。至少一个激光光源810用于产生至少一道激光光束L1。至少一个分光元件820位于来自于至少一个激光光源810的至少一道激光光束L1的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区C1。至少一个激光光源810对应于至少一个分光元件820，且至少一道激光光束L1用于穿透至少一个第一镀膜区C1。另外，波长转换元件830位于来自于至少一个分光元件820的至少一道激光光束L1的传递路径上，并用于将至少部分至少一道激光光束L1转换为转换光束L2。反射元件840配置于至少一个激光光源810与波长转换元件830之间，并具有面对波长转换元件830的反射面RS。反射面RS具有第二镀膜区C2，且第二镀膜区C2用于反射来自于波长转换元件830的部分至少一道激光光束L1。第二镀膜区C2以及至少一个第一镀膜区C1用于反射转换光束L2，且部分至少一道激光光束L1与转换光束L2构成照明光束L3。具体而言，本发明的实施例的照明系统800的构件相关叙述可以由图1至图5实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
综上所述，本发明实施例的投影装置与照明系统中，至少一个分光元件位于来自于至少一个激光光源的至少一道激光光束的传递路径上，且波长转换元件用于将至少部分至少一道激光光束转换为转换光束。另外，本发明实施例的投影装置与照明系统中，反射元件中面对波长转换元件的反射面的第二镀膜区用于反射来自于波长转换元件的部分至少一道激光光束，且第二镀膜区以及至少一个第一镀膜区用于反射转换光束。因此，本发明实施例的投影装置与照明系统中，至少一道激光光束可以藉由穿透至少一个分光元件的至少一个第一镀膜区而传递至波长转换元件，且转换光束可不返回至少一个分光元件的至少一个第一镀膜区。本发明实施例的投影装置与照明系统中，转换光束可以更为有效地被加以利用，使得照明系统具有良好的光学效率，并使得投影装置具有良好的成像效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。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的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题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。
【符号说明】
100、500、600、800：照明系统
110、510、610、810：激光光源
120、120A、520、620、820：分光元件
130、630、830：波长转换元件
130S：基板
132a、132b：波长转换区
134：波长保留区
135：导光结构
140、240、540、640、840：反射元件
150：光均匀元件
160：光学调整元件
200、700：投影装置
210、710：光阀
220、720：投影镜头
A1、A2：区域
Ax、Ax1、Ax2：法向量
C1：第一镀膜区
C2：第二镀膜区
D：距离
ES：局部的椭球面
F1：第一焦点
F2：第二焦点
L1：激光光束
L1_1a、L1_2a、L1_3a、L1_1b、L1_2b、L1_3b：激光光线
L2：转换光束
L3：照明光束
L4：影像光束
L5：投影光束
P：锥体
PP1：第一近心位置
PP2：第二近心位置
R：半径
RS、RSP1、RSP2：反射面
SC：球心
SS：局部的球面
X：第一轴
Y：第二轴
Z：第三轴
θa、θb、θc：夹角

Claims (17)

1.一种投影装置，包括照明系统、光阀以及投影镜头，其特征在于：所述照明系统包括至少一个激光光源、至少一个分光元件、波长转换元件以及反射元件，
所述至少一个激光光源用于产生至少一道激光光束，
所述至少一个分光元件位于来自于所述至少一个激光光源的所述至少一道激光光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区，其中所述至少一个激光光源对应于所述至少一个分光元件，且所述至少一道激光光束用于穿透所述至少一个第一镀膜区，
所述波长转换元件位于来自于所述至少一个分光元件的所述至少一道激光光束的传递路径上，并用于将部分所述至少一道激光光束转换为转换光束，
所述反射元件配置于所述至少一个激光光源与所述波长转换元件之间，并具有面对所述波长转换元件的反射面，其中所述反射面具有第二镀膜区，所述第二镀膜区用于反射来自于所述波长转换元件的部分所述至少一道激光光束，所述第二镀膜区以及所述至少一个第一镀膜区用于反射所述转换光束，且部分所述至少一道激光光束与所述转换光束构成照明光束，
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，并用于将所述照明光束转换为影像光束，
所述投影镜头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至少一个波长转换区以及波长保留区，所述至少一个波长转换区以及所述波长保留区用于轮流切入所述至少一道激光光束的传递路径上，当所述至少一个波长转换区切入所述至少一道激光光束的传递路径时，所述至少一道激光光束被所述至少一个波长转换区转换为所述转换光束。
3.如权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述波长保留区具有多个导光结构，所述导光结构用于将传递至所述波长保留区的部分所述至少一道激光光束引导至所述第二镀膜区。
4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，每一所述导光结构的形状为锥体。
5.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的椭球面或局部的球面。
6.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的椭球面，所述波长转换元件位于所述局部的椭球面的第一焦点上，且所述照明系统还包括光均匀元件，所述光均匀元件位于所述局部的椭球面的第二焦点上，其中所述第一焦点与所述第二焦点位于所述局部的椭球面的长轴上，所述第一焦点与所述第二焦点之间的距离与所述局部的椭球面的短轴的比值落在0.1与0.4之间。
7.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的球面，所述波长转换元件位于所述局部的球面的第一近心位置上，且所述照明系统还包括光均匀元件，所述光均匀元件位于所述局部的球面的第二近心位置上，其中所述局部的球面的球心位于所述第一近心位置与所述第二近心位置之间，且位于所述第一近心位置与所述第二近心位置的连线上，其中所述第一近心位置与所述第二近心位置之间具有距离，且所述距离与所述局部的球面的半径的比值落在0.1与0.3之间。
8.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述至少一个激光光源为多个激光光源，所述至少一个第一镀膜区为多个第一镀膜区，且所述第一镀膜区分别对应于所述激光光源。
9.一种照明系统，其特征在于，包括：
至少一个激光光源，用于产生至少一道激光光束；
至少一个分光元件，位于来自于所述至少一个激光光源的所述至少一道激光光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区，其中所述至少一个激光光源对应于所述至少一个分光元件，且所述至少一道激光光束用于穿透所述至少一个第一镀膜区；
波长转换元件，位于来自于所述至少一个分光元件的所述至少一道激光光束的传递路径上，并用于将部分所述至少一道激光光束转换为转换光束；以及
反射元件，配置于所述至少一个激光光源与所述波长转换元件之间，并具有面对所述波长转换元件的反射面，其中所述反射面具有第二镀膜区，所述第二镀膜区用于反射来自于所述波长转换元件的部分所述至少一道激光光束，所述第二镀膜区以及所述至少一个第一镀膜区用于反射所述转换光束，且部分所述至少一道激光光束与所述转换光束构成照明光束。
10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换元件包括至少一个波长转换区以及波长保留区，所述至少一个波长转换区以及所述波长保留区用于轮流切入所述至少一道激光光束的传递路径上，当所述至少一个波长转换区切入所述至少一道激光光束的传递路径时，所述至少一道激光光束被所述至少一个波长转换区转换为所述转换光束。
11.如权利要求10所述的照明系统，其特征在于，所述波长保留区具有多个导光结构，所述导光结构用于将传递至所述波长保留区的部分所述至少一道激光光束引导至所述第二镀膜区。
12.如权利要求11所述的照明系统，其特征在于，每一所述导光结构的形状为锥体。
13.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的椭球面或局部的球面。
14.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的椭球面，所述波长转换元件位于所述局部的椭球面的第一焦点上，且所述照明系统还包括光均匀元件，所述光均匀元件位于所述局部的椭球面的第二焦点上，其中所述第一焦点与所述第二焦点位于所述局部的椭球面的长轴上，所述第一焦点与所述第二焦点之间的距离与所述局部的椭球面的短轴的比值落在0.1与0.4之间。
15.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个第一镀膜区以及所述第二镀膜区共同形成局部的球面，所述波长转换元件位于所述局部的球面的第一近心位置上，且所述照明系统还包括光均匀元件，所述光均匀元件位于所述局部的球面的第二近心位置上，其中所述局部的球面的球心位于所述第一近心位置与所述第二近心位置之间，且位于所述第一近心位置与所述第二近心位置的连线上，其中所述第一近心位置与所述第二近心位置之间具有距离，且所述距离与所述局部的球面的半径的比值落在0.1与0.3之间。
16.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述至少一个激光光源为多个激光光源，所述至少一个第一镀膜区为多个第一镀膜区，且所述第一镀膜区分别对应于所述激光光源。
17.一种照明系统，其特征在于，包括：
至少一个固态光源，用于产生至少一道发射光束；
至少一个分光元件，位于来自于所述至少一个固态光源的所述至少一道发射光束的传递路径上，并具有至少一个第一镀膜区，其中所述至少一个固态光源对应于所述至少一个分光元件，且所述至少一道发射光束用于穿透所述至少一个第一镀膜区；
波长转换元件，位于来自于所述至少一个分光元件的所述至少一道发射光束的传递路径上，并用于将部分所述至少一道发射光束转换为转换光束；以及
反射元件，配置于所述至少一个固态光源与所述波长转换元件之间，并具有面对所述波长转换元件的反射面，其中所述反射面具有第二镀膜区，所述第二镀膜区用于反射来自于所述波长转换元件的部分所述至少一道发射光束，所述第二镀膜区以及所述至少一个第一镀膜区用于反射所述转换光束，且部分所述至少一道发射光束与所述转换光束构成照明光束。
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