CN108153089B - 照明系统及使用其的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明系统及使用其的投影装置，其中照明系统包括第一色光源、第一分光元件、光波长转换元件、第二分光元件以及第二色光源。第一色光源适于提供第一色光束。第一分光元件用以将第一色光束分成第一子光束与第二子光束。光波长转换元件用以将第一子光束转换成第二色光束，并将第二色光束反射回第一分光元件。第二子光束被第二分光元件反射回第一分光元件。第二色光源适于提供第三色光束，第三色光束通过第二分光元件而传递至第一分光元件，其中第一分光元件用以将第二子光束、第二色光束及第三色光束合并成照明光束。本发明的照明系统改善了已知采用两组蓝色激光光源的投影装置的光传递路径复杂及成本较高的问题。

Description

照明系统及使用其的投影装置

技术领域

本发明涉及一种光源模块，且特别涉及一种照明系统及使用其的投影装置。

背景技术

目前采用激光光源的激光投影装置在高阶投影装置的市场中的比重愈来愈高。一般而言，高阶投影装置的其中一种是指具有三片光阀的投影装置，所以需要提供连续的三色光束(红光、绿光、蓝光)至三片光阀。

已知的具有三片光阀的激光投影装置通常包括两组蓝光激光光源，其中一组蓝光激光光源提供的蓝光照射在荧光粉上，以激发荧光粉产生黄光，并藉由复杂的光路设计，使黄光与另一组蓝光激光光源连续提供的蓝光合并。之后，再藉由多个分光元件将合并后的黄光与蓝光分成红光、绿光、蓝光而分别传递至三片光阀。

然而，由于已知的具有三片光阀的激光投影装置需使用两组蓝光激光光源，所以成本较高，而且光路设计也较为复杂，因而具有体积较大的缺点。

本“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”中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。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表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

本发明提出一种照明系统，以降低照明系统的成本。

本发明提出一种包括三片光阀的投影装置，以降低投影装置的成本。

本发明提出一种包括一片光阀的投影装置，以降低投影装置的成本。

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照明系统，其包括第一色光源、第一分光元件、光波长转换元件、第二分光元件以及第二色光源。第一色光源为激光光源且适于提供第一色光束。第一分光元件配置于第一色光束的传递路径上，用以将第一色光束分成第一子光束与第二子光束。光波长转换元件配置于第一子光束的传递路径上，用以将第一子光束转换成第二色光束，并将第二色光束反射回第一分光元件。第二分光元件配置于第二子光束的传递路径上且位于第二色光源及第一分光元件之间，第二子光束被第二分光元件反射回第一分光元件。第二色光源适于提供第三色光束，第三色光束通过第二分光元件而传递至第一分光元件，其中第一分光元件用以将第二子光束、第二色光束及第三色光束合并成照明光束。

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投影装置，其包括上述实施例的照明系统及一分合光系统，分合光系统配置于照明系统所提供的照明光束的传递路径上，以将照明光束分成第四色光束、第五色光束及第六色光束。第一光阀配置于第四色光束的传递路径上，以将第四色光束转换成第一子影像光束。第二光阀配置于第五色光束的传递路径上，以将第五色光束转换成第二子影像光束。第三光阀配置于第六色光束的传递路径上，以将第六色光束转换成第三子影像光束，其中第一子影像光束、第二子影像光束及第三子影像光束经由分合光系统合并成影像光束。投影镜头配置于合并后的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另一种投影装置，其包括上述实施例的照明系统、光阀及投影镜头，光阀配置于照明系统所提供的照明光束的传递路径上，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。

本发明实施例的照明系统因透过第一分光元件将第一色光源(激光光源)所提供的第一色光束分成第一子光束与第二子光束，再透过光波长转换元件将第一子光束转换成第二色光束后反射，第二色光束可与第二子光束合并，因此只需要使用一单色激光光源即可产生能传递至光阀的第一色光束及第二色光束。相较于已知技术，本发明实施例的照明系统因可减少激光光源的数量，所以能降低成本，另外，第一色光源和第二色光源共用一个第二分光元件，则可缩小照明系统的体积。

为让本发明的上述和其他目的、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是本发明一实施例的照明系统的示意图。

图2A是本发明另一实施例的照明系统的第一分光元件的示意图。

图2B是本发明另一实施例的照明系统的第一分光元件的示意图。

图3是本发明另一实施例的照明系统的示意图。

图4是本发明另一实施例的照明系统的示意图。

图5是本发明另一实施例的照明系统的示意图。

图6是本发明一实施例的投影装置的示意图。

图7是本发明另一实施例的投影装置的示意图。

图8是本发明另一实施例的投影装置的示意图。

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，在以下配合参考附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是本发明一实施例的照明系统的示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种照明系统100包括第一色光源110、第一分光元件120、光波长转换元件130、第二分光元件140以及第二色光源150。第一色光源110为激光光源且适于提供第一色光束B1。第一分光元件120配置于第一色光束B1的传递路径上，用以将第一色光束B1分成第一子光束B11与第二子光束B12，第一分光元件120位于第一色光源110及光波长转换元件130之间。光波长转换元件130配置于第一子光束B11的传递路径上，用以将第一子光束B11转换成第二色光束B2，并将第二色光束B2反射回第一分光元件120。第二分光元件140配置于第二子光束B12的传递路径上且位于第二色光源150及第一分光元件120之间，第二子光束B12被第二分光元件140反射回第一分光元件120。第二色光源150适于提供第三色光束B3，第三色光束B3通过第二分光元件140而传递至第一分光元件120，其中第一分光元件120用以将第二子光束B12、第二色光束B2及第三色光束B3合并成照明光束L1。

在本实施例中，第一色光源110例如包括多个激光二极管(图未示)，这些激光二极管(laser diode)例如呈阵列排列，于本实施例中，第一色光源110可例如为蓝色激光光源。第二色光源150可包括发光二极管(light emitting diode)、激光二极管或其他合适的发光元件，且发光元件的数量可为一个或多个。其中，发光二极管可为具有荧光粉层且封装完整的发光装置，或者为单一发光二极管芯片。于本实施例中，第二色光源150可例如为红色激光光源。此外，第一色光源110例如是与光波长转换元件130的位置相对设置，但不限于此。第一色光束B1的一部分例如穿过第一分光元件120而形成传递至光波长转换元件130的第一子光束B11，第一色光束B1的另一部分例如被第一分光元件120反射而形成传递至第二分光元件140的第二子光束B12，而被第二分光元件140反射回第一分光元件120的第二子光束B12的一部分穿过第一分光元件120。第三色光束B3例如是穿过第一分光元件120，且来自光波长转换元件130的第二色光束B2被第一分光元件120反射，而与穿过第一分光元件120的第三色光束B3及穿过第一分光元件120的第二子光束B12的所述部分合并成照明光束L1。

参考图1所示，本实施例的第一分光元件120例如包括基板121、第一分光层122以及第二分光层123，其中基板121例如为透光基板，第一分光层122及第二分光层123配置于基板121上，其中第一分光层122例如配置在基板121的中心位置的一个块状图案，且第一分光层122于基板121的覆盖面积小于第二分光层123于基板121的覆盖面积。具体而言，基板121例如具有相对的第一表面1211及第二表面1212，第一表面1211面向第一色光源110，第一分光层122例如设置于第一表面1211，而第二分光层123例如设置于第二表面1212。第二分光层123例如可以是覆盖整个第二表面1212，而第一分光层122覆盖第一表面1211的局部。在另一实施例中，第一分光层122及第二分光层123也可以是局部形成在相同的表面(例如第一表面1211或第二表面1212)，即第二分光层123配置于第一分光层122的周围，而第一分光层122及第二分光层123例如是以分区镀膜方式形成于基板121上。

上述第一分光层122用以反射第一色光束B1的一部分而形成第二子光束B12，并允许第三色光束B3通过。第二分光层123用以使第一色光束B1的另一部分(未传递至第一分光层122的第一色光束B1)穿过而形成第一子光束B11、反射第二色光束B2以及允许来自第二分光元件140的第二子光束B12及第三色光束B3通过。在一实施例中，第一分光层122于基板121上的覆盖面积与第二分光层123于基板121上的覆盖面积的比例范围例如为5％-20％，但于此不限制上述的数值范围。另外，本实施例的第一分光元件120的第一分光层122除了可以包括图1所示配置在中心的一个块状图案外，也可以是如图2A所述的包括分散于基板121上的多个块状图案或如图2B所示的包括一个条状图案，只要符合第一分光层122于基板121上的覆盖面积与第二分光层123于基板121上的覆盖面积的比例范围例如为5％-20％的条件下，本发明并不限制第一分光层122的形状。

请再参照图1，本实施例的光波长转换元件130例如为荧光粉色轮，具体来说，光波长转换元件130例如具有转动件131及配置于转动件131上的荧光粉层132，荧光粉层132例如是环形配置于转动件131上。当来自第一分光元件120的第一子光束B11照射于转动件131上的荧光粉层132时，第一子光束B11可以激发荧光粉层132中的荧光粉，以产生第二色光束B2。荧光粉可以是产生黄色色光的荧光粉或产生绿色色光的荧光粉，但不限于此。此外，随着光波长转换元件130的转动件131的转动，可让第一子光束B11照射于荧光粉层132的不同区块，而避免荧光粉层132因过热而损坏。

在一实施例中，第二分光元件140例如包括扩散层141与第三分光层142，扩散层141配置于第三分光层142与第一分光元件120之间，即第三分光层142位于第二色光源150及扩散层141之间，第三分光层142允许第三色光束B3穿透且反射第二子光束B12。第二子光束B12通过第二分光元件140的扩散层141后被第三分光层142反射回第一分光元件120，而第二子光束B12的一部分会通过第一分光元件120的第二分光层123。第二色光源150所发出的第三色光束B3依序通过第三分光层142及扩散层141而传递至第一分光元件120，并通过第一分光元件120。扩散层141例如是雾状结构、颗粒状结构或其他能允许光束通过且扩散光束的结构。本实施例的第二分光元件140例如还包括动件143，扩散层141环状连接于动件143，而第三分光层142配置于扩散层141的朝向第二色光源150的表面且对应于扩散层141的位置。另一实施例的第二分光元件140例如包括可透光的动件143，扩散层141环状配置于动件143的朝向第一分光元件120的表面，而第三分光层142配置于动件143朝向第二色光源150的表面且对应于扩散层141的位置。另外，动件143适于转动及/或震动，例如为圆碟盘，藉此可使照射于第二分光元件140的第二子光束B12或第三色光束B3持续被扩散，以避免在投影装置的影像画面产生散斑(speckle)。

在一实施例中，第一色光束B1、第一子光束B11及第二子光束B12例如是蓝光，第二色光束B2例如是黄光或绿光，第三色光束B3例如是红光。本实施例中，第一色光束B1例如为波长约为455奈米(nm)的蓝光、第三色光束B3例如为波长约为638nm的红光；其中，第一分光元件120的第一分光层122例如可反射波长小于630nm的光束并允许波长大于630nm的光束穿透，而第二分光层123例如可反射波长范围在470nm和630nm之间的光束且允许波长小于470nm的光束及波长大于630nm的光束穿透，但本发明的分光层不限制于上述数值范围，可依据实际使用的色光而调整穿透、反射的波长范围。此外，本实施例的照明系统100还包括光积分柱160，配置于所述照明光束L1的传递路径上，用以接收照明光束L1并将照明光束L1均匀化。照明系统100还可包括其他光学元件，例如配置于第一色光源110与第一分光元件120之间的透镜111、112、配置于第一分光元件120与光积分柱160之间的透镜124、配置于第一分光元件120与光波长转换元件130之间的透镜133、配置于第二分光元件140与第一分光元件120之间的透镜144及配置于第二分光元件140与第二色光源150之间的透镜151。

本实施例中，第一色光源110所提供的第一色光束B1的第一子光束B11用以激发光波长转换元件130的荧光粉而转换成第二色光束B2，而与第一色光束B1的第二子光束B12合并，在第一色光束B1为蓝光而第二色光束B2为黄光的实施例中，第二色光束B2与第二子光束B12即可合并成白光。相较于已知技术需使用两组蓝色激光光源，本实施例仅需使用一组蓝色激光光源(第一色光源110)，所以能降低照明系统的成本，而第一色光源110及第二色光源150共用第二分光元件140，并缩小照明系统100的体积。在第一色光束B1为蓝光而第二色光束B2为绿光的实施例中，可藉由第二色光源150提供的红光(第三色光束B3)与第二子光束B12及第二色光束B2合并成白光。

图3是本发明另一实施例的照明系统的示意图。如图3所示，本发明另一实施例的照明系统100a，本实施例的照明系统100a与前述实施例的照明系统100相似，主差异在于第一分光元件不同。具体而言，本实施例的第一分光元件120a包括基板121a、第一分光层122a及第二分光层123a，基板121a例如为透光基板，第一分光层122a配置于基板121a的第一表面1211a，且位于基板121a与第一色光源110之间，第一分光层122a用以反射第一色光束B1的一部分而形成第二子光束B12，并用以使第一色光束B1的另一部分通过而形成第一子光束B11。第二分光层123a配置于基板121a的第二表面1212a，用以使第一子光束B11、第三色光束B3通过，以及反射第二色光束B2。其中，第一分光层122a可全部覆盖于第一表面1211a，第二分光层123a可全部覆盖第二表面1212a。本实施例中，第一分光元件120a的第一分光层122a对第一色光束B1的反射率例如为X％、穿透率例如为Y％，其中X例如是小于Y，且X+Y小于或等于100。在一实施例中，X例如为10-30，Y例如为90-70，另外，本实施例中，第一色光束B1例如为波长约为455nm的蓝光、第三色光束B3例如为波长约为638nm的红光，第一分光层122a允许波长大于630nm的光束穿透，而第二分光层123a例如反射波长范围在470nm和630nm之间的光束且允许波长小于470nm的光束及波长大于630nm的光束穿透，但本发明的分光层不限于上述数值范围，可依据实际使用的色光而调整穿透、反射的波长范围。详细而言，来自第一分光元件120a的第一子光束B11被光波长转换元件130转换成第二色光束B2且第二色光束B2被传递回第一分光元件120a，进而被第二分光层123a反射；来自第一分光元件120a的第二子光束B12透过第二分光元件140的第三分光层142反射回第一分光层122a，第二子光束B12的一部分被第一分光层122a反射而另一部分则依序穿透第一分光层122a及第二分光层123a。此外，本实施例的第一色光束B1、第二色光束B2及第三色光束B3的传递路径与图1的实施例相似，于此不再重述。

图4是本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参照图4，本发明实施例的照明系统100b与图1的照明系统100相似，主要差异在于光波长转换元件130、第二色光源150及第二分光元件140的位置不同，其中第二分光元件140及第二色光源150是与第一色光源110相对，而需对应改变第一分光层122b与第二分光层123b的穿透、反射功能。

本实施例的第一分光元件120b相似于图1，包括基板121b、第一分光层122b以及第二分光层123b，基板121b例如为透光基板，第一分光层122b配置于基板121b的第一表面1211b，第二分光层123b配置于基板121b的第二表面1212b。主要差异在于：第一分光元件120b的基板121b设有一通孔124b且第一分光层122b及第二分光层123b没有覆盖通孔124b。第一分光层122b用以反射第一色光束B4的一部分而形成传递至光波长转换元件130的第一子光束B41及允许第二色光束B5穿过，第一色光束B4的另一部分可直接穿过通孔124b而形成传递至第二分光元件140的第二子光束B42，而第二分光层123b用以反射第三色光束B6、允许第二色光束B5穿过以及反射被第二分光元件140反射的第二子光束B42，其中，所述通孔124b例如于基板121b的面积小于第一分光层121b或第二分光层123b于基板121b的覆盖面积。举例来说，通孔124b于基板121b的面积为第一分光层121b或第二分光层123b于基板121b的覆盖面积的5％-20％。

本实施例的第一色光束B4(第一子光束B41、第二子光束B42)与第三色光束B6的传递路径举例说明如下。被第一分光层122b反射的第一子光束B41传递至光波长转换元件130，并转换成第二色光束B5，且第二色光束B5被光波长转换元件130反射回第一分光元件120b而依序穿透第一分光层122b及第二分光层123b。另一方面，通过第一分光元件120b的通孔124b的第二子光束B42传递至第二分光元件140，而被第二分光元件140的第三分光层142反射回第一分光元件120b并被第一分光元件120b的第二分光层123b反射，来自第二色光源150的第三色光束B6被第一分光层122b反射。且第二色光束B5通过第二分光层123b而与被第二分光层123b反射的第三色光束B6及第二子光束B42合并成照明光束L2。本实施例中，第一色光束B4例如为波长约为455nm的蓝光、第三色光束B6例如为波长约为638nm的红光；其中，第一分光元件120b的第一分光层122b例如可反射波长小于470nm的光束并允许波长大于470nm的光束穿透，而第二分光层123b例如可反射波长小于470nm的光束和波长大于630nm的光束且允许波长范围于470nm和630nm之间的光束穿透，但本发明的分光层不限于上述数值范围，可依据实际使用的色光而调整穿透、反射的波长范围。另一实施例中，基板121b可以不设置通孔，而是于基板121b的第一表面1211b设置一第一穿透区(未示出)，即第一分光层122b没有覆盖第一穿透区，而第二表面1212b对应于所述第一穿透区设置一第二穿透区(未示出)，即第二分光层123b没有覆盖第二穿透区，则第一色光束B4的部分可依序穿过第一穿透区及第二穿透区而形成传递至第二分光元件140的第二子光束B42。

图5是本发明另一实施例的照明系统的示意图。如图5所示，本实施例的照明系统100c与图4的照明系统100b相似，主要差异处在于第一分光元件的结构。具体而言，本实施例的第一分光元件120c例如包括基板121c、第一分光层122c及第二分光层123c，基板121c例如为透光基板，第一分光层122c配置于基板121c的第一表面1211c，且位于基板121c与第一色光源110之间，第一分光层122c用以使第二色光束B5穿过，反射第一色光束B4的一部分而形成第一子光束B41，并用以使第一色光束B4的另一部分穿过而形成第二子光束B42。第二分光层123c配置于基板121c的第二表面1212c，用以使第二子光束B42通过、使第二色光束B5穿过以及反射第三色光束B6，第一分光层122c可全部覆盖于第一表面1211c，第二分光层123c可全部覆盖第二表面1212c。第一分光层122c对第一色光束B4的反射率为X％、穿透率为Y％，且X+Y略小于或等于100。举例来说，X例如为90-70，Y例如为10-30，本实施例的第一分光层122c例如对第一色光束B4的反射率为75％而穿透率为25％，另外，本实施例中，第一色光束B4例如为波长约为455nm的蓝光、第三色光束B6例如为波长约为638nm的红光，第一分光层122c允许波长范围于470nm和630nm之间的光束穿透，而第二分光层123c例如允许波长小于630nm之间的光束穿透且反射波长大于630nm的光束，但本发明的分光层不限于上述数值范围，可依据实际使用的色光而调整穿透、反射的波长范围。此外，本实施例的第一色光束B4、第二色光束B5及第三色光束B6的传递路径与图4的实施例相似，于此不再重述。

图6是本发明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300包括光阀320、投影镜头330及照明系统310。照明系统310可为上述任一实施例的照明系统，如照明系统100、100a、100b或100c。光阀320配置于照明系统310所提供的照明光束L3(L1、L2)的传递路径上，以将照明光束L3转换成影像光束Lm，投影镜头330配置于影像光束Lm的传递路径上，以将影像光束Lm投影在屏幕(图未示出)上，进而于屏幕上形成影像画面。

此外，本实施例的投影装置300例如还包括滤光色轮340，滤光色轮340配置于光阀320与照明系统310之间，且位于照明光束L3的传递路径上，其中，透过时序性地运转的滤光色轮340可用以将照明光束L3依序过滤成多种不同颜色的子照明光束，如红色子照明光束、绿色子照明光束、蓝色子照明光束。投影装置300例如还包括透镜311，设置于照明系统310与光阀320之间，透镜311适于接收照明光束L3。另外，投影装置300例如还包括内部全反射棱镜312，其配置于照明光束L3的传递路径上，以将照明光束L3反射至光阀320。光阀320例如是一片反射式光阀，如数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)，其用以将上述多个子照明光束依序转换成多个子影像光束，如红色子影像光束、绿色子影像光束、蓝色子影像光束。这些子影像光束会穿过内部全反射棱镜312，并经由投影镜头330投射于屏幕上。本实施例的投影装置300因使用上述各实施例的照明系统，所以能改善已知采用两组激光光源的投影装置的光传递路径复杂及成本较高的问题，并且能缩小体积。

另外，虽然投影装置300是以采用内部全反射棱镜312的架构为例，但本发明并不限于此。在其他实施例中，投影装置也可以是采用反射元件将来自滤光色轮340的照明光束L3反射至光阀320的架构或其他合适的架构。另外，光阀320也可以是其他反射式光阀，如硅基液晶面板(Liquid Crystal on Silicon Panel,LCoS Panel)，但搭配的光学元件种类及摆设位置需适当调整。若光阀具有彩色滤光片，则滤光色轮340可省略。举例来说，光阀320可以是具有彩色滤光片的反射式液晶面板，例如具有彩色滤光片的硅基液晶面板，如此可省略色轮340。在其他实施例中，光阀也可采用穿透式光阀(例如穿透式液晶面板)，但搭配的光学元件种类及摆设位置需适当调整。由于不同种类的光阀需搭配的光学元件的种类及摆设位置为本发明所属技术领域中的通常知识，在此不加以详述。此外，若穿透式光阀具有彩色滤光片，也可不需设有上述的色轮340。虽然上述的投影装置300的光阀320是以单片光阀为例，但在其他实施例中，光阀320也可包括多片光阀。以下将举例说明多片光阀的实施例。

图7是本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图7，本发明实施例提供另一种投影装置400，包括分合光系统410、第一光阀421、第二光阀422、第三光阀423、投影镜头430及照明系统460。照明系统460可为上述任一实施例的照明系统，如照明系统100、100a、100b或100c。分合光系统410配置于照明系统460所提供的照明光束L4(L1、L2)的传递路径上，以将照明光束L4分成第四色光束L41、第五色光束L421及第六色光束L422。第一光阀421配置于第四色光束L41的传递路径上，以将第四色光束L41转换成第一子影像光束Lm1。第二光阀422配置于第五色光束L421的传递路径上，以将第五色光束L421转换成第二子影像光束Lm2。第三光阀423配置于第六色光束L422的传递路径上，以将第六色光束L422转换成第三子影像光束Lm3，其中第一子影像光束Lm1、第二子影像光束Lm2及第三子影像光束Lm3经由分合光系统410合并成影像光束Lm。投影镜头430配置于合并后的影像光束Lm的传递路径上。第一光阀421、第二光阀422及第三光阀423皆为穿透式光阀或皆为反射式光阀，以下以反射式液晶面板举例说明，而第一光阀421、第二光阀422以及第三光阀423例如分别为硅基液晶面板，但本发明并不限制反射式光阀的种类，例如反射式光阀也可以是数字微镜元件。

本实施例的分合光系统410例如还包括X型分色元件411、第一反射元件412、第一偏振分光元件413、分色片414、第二反射元件415、第二偏振分光元件416、第三偏振分光元件417以及X型合光元件440。

在本实施例中，X型分色元件411配置于照明光束L4的传递路径上，以将照明光束L4分成两道颜色不同且朝彼此相反的方向传递的光束。在本实施例中，X型分色元件411例如是使照明光束L4中的第四色光束L41与第七色光束L42朝彼此相反的方向反射。第四色光束L41例如是蓝光，而第七色光束L42例如是黄光。第一反射元件412配置于被X型分色元件411反射后的第四色光束L41的传递路径上，以使第四色光束L41朝向第一光阀421传递。

所述第一偏振分光元件413配置于第一反射元件412与第一光阀421之间，用以使第四色光束L41中具有第一偏振态(例如P偏振态)的部分第四色光束L41通过而传递至第一光阀421。第一光阀421用以将具有第一偏振态的第四色光束L41转换成具有第二偏振态(例如S偏振态)的第一子影像光束Lm1，且第一子影像光束Lm1依序被第一光阀421与第一偏振分光元件413反射至X型合光元件440。

所述第二反射元件415配置于被X型分色元件411反射后的第七色光束L42的传递路径上，以将第七色光束L42反射至分色片414，所述分色片414配置于被第二反射元件415反射后的第七色光束L42的传递路径上，以将第七色光束L42分成第五色光束L421与第六色光束L422，其中第五色光束L421穿过分色片414，而第六色光束L422被分色片414反射。第五色光束L421与第六色光束L422可分别为红光及绿光其中之一，例如第五色光束L421为红光而第六色光束L422为绿光。

所述第二偏振分光元件416配置于分色片414与第二光阀422之间，用以使第五色光束L421中具有第一偏振态(例如P偏振态)的部分第五色光束L421通过而传递至第二光阀422。第二光阀422用以将具有第一偏振态的第五色光束L421转换成具有第二偏振态(例如S偏振态)的第二子影像光束Lm2，且第二子影像光束Lm2依序被第二光阀422与第二偏振分光元件416反射至X型合光元件440。

所述第三偏振分光元件417配置于分色片414与第三光阀423之间，用以将第六色光束L422中具有第一偏振态(例如P偏振态)的部分第六色光束L422反射至第三光阀423。第三光阀423用以将具有第一偏振态的第六色光束L422转换成具有第二偏振态(例如S偏振态)的第三子影像光束Lm3，且第三子影像光束Lm3被第三光阀423反射而穿过第三偏振分光元件417，并传递至X型合光元件440。X型合光元件440反射第一子影像光束Lm1与第二子影像光束Lm2，并使第三子影像光束Lm3通过，进而使第一子影像光束Lm1、第二子影像光束Lm2与第三子影像光束Lm3合并成朝投影镜头430传递的影像光束Lm。投影镜头430则用以将影像光束Lm投影于屏幕上，以于屏幕上形成影像画面。如此，本实施例的投影装置400因使用上述各实施例的照明系统，所以能改善已知采用两组激光光源的投影装置的光传递路径复杂及成本较高的问题，并且能缩小体积。

此外，所述的第一偏振态与第二偏振态是分别以P偏振态与S偏振态为例，但在另一实施例中，第一偏振态与第二偏振态也可分别为S偏振态与P偏振态。此外，分合光系统410还可包括偏振转换元件418，其配置于照明系统460与X型分色元件411之间，以将照明光束L4的偏振态转换成第一偏振态。另外，分合光系统410还可包括透镜或其他光学元件，例如配置于偏振转换元件418与X型分色元件411之间的透镜419、配置于第二偏振分光元件416与分色片414之间的透镜451、配置于分色片414与第三偏振分光元件417之间的透镜452、配置于第一偏振分光元件413与第一反射元件412之间的透镜453。本实施例的第一光阀421、第二光阀422及第三光阀423为反射式光阀，但在其他实施例也可以是穿透式光阀。以下将举例说明多片穿透式光阀的实施例。

图8是本发明另一实施例的投影装置的示意图。请参照图8，本发明实施例提供另一种投影装置500，包括分合光系统510、第一光阀521、第二光阀522、第三光阀523、投影镜头530及照明系统560。其中第一光阀521、第二光阀522以及第三光阀523皆为穿透式液晶面板，而照明系统560可为上述任一实施例的照明系统，如照明系统100、100a、100b或100c，经由前述实施例的照明系统560提供照明光束L5(L1、L2)于分合光系统510，进而将照明光束L5分成第四色光束L51、第五色光束L521及第六色光束L522，并于分别通过第一光阀521、第二光阀522以及第三光阀523而转换成影像光束Lm。此外，分合光系统510例如还包括配置于第一光阀521、第二光阀522以及第三光阀523之间的X型合光元件540。

于本实施例中，所述分合光系统510例如还包括第一分色片511、第一反射元件512、第二分色片513、第二反射元件514以及第三反射元件515。以下将以照明光束L5为白光为例来说明投影装置500的运作方式。其中，所述第一分色片511配置于来自照明系统560的照明光束L5的传递路径上，以将照明光束L5分成第四色光束L51与第七色光束L52，其中第四色光束L51穿过第一分色片511，而第七色光束L52被第一分色片511反射。第四色光束L51例如为红光，而第七色光束L52例如包括蓝光与绿光。此外，第一反射元件512配置于第四色光束L51的传递路径上，以将第四色光束L51反射至第一光阀521，而第一光阀521用以将第四色光束L51转换成朝向X型合光元件540传递的第一子影像光束Lm4。

所述第二分色片513配置于第七色光束L52的传递路径上，以将第七色光束L52分成第五色光束L521与第六色光束L522，其中第五色光束L521被第二分色片513反射至第二光阀522，而第六色光束L522穿过第二分色片513。第二光阀522用以将第五色光束L521转换成朝向X型合光元件540传递的第二子影像光束Lm5。

所述第二反射元件514配置于第六色光束L522的传递路径上，以反射第六色光束L522。第三反射元件515配置于第二反射元件514与第三光阀523之间，以将第六色光束L522反射至第三光阀523。第三光阀523用以将第六色光束L522转换成朝向X型合光元件540传递的第三子影像光束Lm6。X型合光元件540反射第一子影像光束Lm4与第三子影像光束Lm6，并使第二子影像光束Lm5通过，进而使第一子影像光束Lm4、第二子影像光束Lm5与第三子影像光束Lm6合并成朝投影镜头530传递的影像光束Lm。投影镜头530则用以将影像光束Lm投影于屏幕上，以于屏幕上形成影像画面。如此，本实施例的投影装置500因使用上述各实施例的照明系统，所以能改善已知采用两组激光光源的投影装置的光传递路径复杂及成本较高的问题，并且能缩小体积。

另外，所述分合光系统510还可包括透镜或其他光学元件，例如配置于照明系统560与第一分色片511之间的透镜516、配置于第一光阀521与第一反射元件512之间的透镜517、配置于第二光阀522与第二分色片513之间的透镜518、配置于第二反射元件514与第二分色片513之间的透镜519、配置于第二反射元件514与第三反射元件515之间的透镜551、配置于第三反射元件515与第三光阀523之间的透镜552。且上述的透镜也可视设计需求而省略或替换成其他合适的光学元件。

本发明实施例的照明系统因透过第一分光元件将第一色光源(激光光源)所提供的第一色光束分成第一子光束与第二子光束，再透过光波长转换元件将第一子光束转换成第二色光束后反射，而可与第二子光束合并，因此只需要使用一组蓝色激光光源即可产生能传递至光阀的第一色光束及第二色光束。相较于已知技术，本发明实施例的照明系统因可减少激光光源的数量，所以能降低成本，并缩小体积。另外，第二分光元件可以包括动件，透过转动或振动以改善散斑的现象。另外，本发明实施例的投影装置因使用此照明系统，所以改善已知采用两组蓝色激光光源的投影装置的光传递路径复杂及成本较高的问题，并且第一色光源(蓝光激光光源)及第二色光源(红光激光光源)共用第二分光元件，因此能缩小体积。

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、100a、100b、100c、310、460、560：照明系统

110：第一色光源

120、120a、120b、120c：第一分光元件

121、121a、121b、121c：基板

1211、1211a、1211b、1211c：第一表面

1212、1212a、1212b、1212c：第二表面

122、122a、122b、122c：第一分光层

123、123a、123b、123c：第二分光层

124b：通孔

130：光波长转换元件

131：转动件

132：荧光粉层

140：第二分光元件

141：扩散层

142：第三分光层

143：动件

150：第二色光源

160：光积分柱

300、400、500：投影装置

312：全反射棱镜

320：光阀

330、430、530：投影镜头

340：滤光色轮

410、510：分合光系统

411：X型分色元件

412、512：第一反射元件

413：第一偏振分光元件

414：分色片

415、514：第二反射元件

416：第二偏振分光元件

417：第三偏振分光元件

418：偏振转换元件

421、521：第一光阀

422、522：第二光阀

423、523：第三光阀

440、540：X型合光元件

511：第一分色片

513：第二分色片

515：第三反射元件

111、112、124、133、144、151、311、419、451、452、453、516、517、518、519、551、552：透镜

B1、B4：第一色光束

B11、B41：第一子光束

B12、B42：第二子光束

B2、B5：第二色光束

B3、B6：第三色光束

L1、L2、L3、L4、L5：照明光束

Lm：影像光束

Lm1、Lm4：第一子影像光束

Lm2、Lm5：第二子影像光束

Lm3、Lm6：第三子影像光束

L41、L51：第四色光束

L42、L52：第七色光束

L421、L521：第五色光束

L422、L522：第六色光束

Claims (18)

1.一种照明系统，包括：一第一色光源、一第一分光元件、一光波长转换元件、一第二分光元件以及一第二色光源；其中

所述第一色光源为激光光源且适于提供一第一色光束；

所述第一分光元件配置于所述第一色光束的传递路径上，用以将所述第一色光束分成一第一子光束与一第二子光束；

所述光波长转换元件配置于所述第一子光束的传递路径上，用以将所述第一子光束转换成一第二色光束，并将所述第二色光束反射回所述第一分光元件；

所述第二分光元件配置于所述第二子光束的传递路径上且位于所述第二色光源及所述第一分光元件之间，所述第二子光束被所述第二分光元件反射回所述第一分光元件，所述第二分光元件包括一扩散层与一第三分光层，所述扩散层配置于所述第三分光层与所述第一分光元件之间，所述第二子光束通过所述扩散层后被所述第三分光层反射回所述第一分光元件，所述第三色光束依序通过所述第三分光层及所述扩散层而传递至所述第一分光元件；以及

所述第二色光源适于提供一第三色光束，所述第三色光束通过所述第二分光元件而传递至所述第一分光元件，其中所述第一分光元件用以将所述第二子光束、所述第二色光束及所述第三色光束合并成一照明光束。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一色光束的一部分穿过所述第一分光元件而形成传递至所述光波长转换元件的所述第一子光束，所述第一色光束的另一部分被所述第一分光元件反射而形成传递至所述第二分光元件的所述第二子光束，而被所述第二分光元件反射回所述第一分光元件的所述第二子光束有一部分通过所述第一分光元件，所述第三色光束通过所述第一分光元件，且所述第二色光束被所述第一分光元件反射，而与通过所述第一分光元件的所述第三色光束及通过所述第一分光元件的所述部分的所述第二子光束合并成所述照明光束。

3.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光元件包括：一基板、一第一分光层以及一第二分光层，所述第一分光层及所述第二分光层配置于所述基板上，所述第一分光层用以反射所述第一色光束的所述另一部分而形成所述第二子光束，并使所述第三色光束通过；以及所述第二分光层用以使所述第一色光束的所述部分穿过而形成所述第一子光束、反射所述第二色光束以及使来自所述第二分光元件的所述第二子光束及所述第三色光束通过，其中所述第一分光层于所述基板的覆盖面积小于所述第二分光层于所述基板的覆盖面积。

4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光层于所述基板的覆盖面积为所述第二分光层于所述基板的覆盖面积的5％-20％。

5.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光元件包括：

一基板，具有一第一表面及与所述第一表面相对的一第二表面；

一第一分光层，配置于所述第一表面，且位于所述基板与所述第一色光源之间，所述第一分光层用以使所述第一色光束的所述部分穿过而形成所述第一子光束，并用以反射所述第一色光束的所述另一部分而形成所述第二子光束；以及

一第二分光层，配置于所述第二表面，用以使所述第一子光束、所述第三色光束通过、以及反射所述第二色光束。

6.如权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光层对所述第一色光束的反射率为X％、穿透率为Y％，其中X介于10-30，Y介于90-70，且X+Y小于或等于100。

7.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一色光束的一部分被所述第一分光元件反射而形成传递至所述光波长转换元件的所述第一子光束，所述第一色光束的另一部分穿过所述第一分光元件而形成传递至所述第二分光元件的所述第二子光束，而被所述第二分光元件反射回所述第一分光元件的所述第二子光束有一部分被所述第一分光元件反射，所述第三色光束被所述第一分光元件反射，且所述第二色光束穿过所述第一分光元件而与被所述第一分光元件反射的所述第三色光束及被所述第一分光元件反射的所述部分的所述第二子光束合并成所述照明光束。

8.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光元件包括：一基板、一第一分光层以及一第二分光层，所述第一分光层及所述第二分光层配置于所述基板，所述基板包括一通孔，所述第一分光层用以使所述第一色光束的所述部分反射而形成所述第一子光束，并且使所述第二色光束穿过，所述通孔使所述第一色光束的所述另一部分穿过而形成所述第二子光束；所述第二分光层用以使所述第二色光束通过以及反射所述第三色光束与被所述第二分光元件反射的所述第二子光束，其中所述通孔于所述基板的面积小于所述第一分光层或所述第二分光层于所述基板的覆盖面积。

9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述通孔于所述基板的面积为所述第一分光层及所述第二分光层于所述基板的覆盖面积的5％-20％。

10.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光元件包括：

一基板，具有一第一表面及与所述第一表面相对的一第二表面；以及

一第一分光层，配置于所述第一表面，且位于所述基板与所述第一色光源之间，所述第一分光层用以反射所述第一色光束的所述部分而形成所述第一子光束，并用以使所述第一色光束的所述另一部分通过而形成所述第二子光束；

一第二分光层，配置于所述第二表面，用以使所述第二子光束通过、使所述第二色光束通过以及反射所述第三色光束。

11.如权利要求10所述的照明系统，其特征在于，所述第一分光层对所述第一色光束的反射率为X％、穿透率为Y％，其中X介于90-70，Y介于10-30，且X+Y小于或等于100。

12.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一色光束为蓝光光束，所述第二色光束为黄光光束或绿光光束，所述第三色光束为红光光束。

13.权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光波长转换元件为一荧光粉色轮。

14.权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第二分光元件还包括一动件，而所述扩散层连接于所述动件，而所述第三分光层配置于所述扩散层的朝向所述第二色光源的表面，所述动件适于转动或震动。

15.权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第二色光源为发光二极管光源或激光光源。

16.权利要求1所述的照明系统，其特征在于，还包括一光积分柱，配置于所述照明光束的传递路径上。

17.一种投影装置，包括：

一如权利要求1-16中任一项所述的照明系统；

一分合光系统，配置于所述照明系统所提供的所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束分成一第四色光束、一第五色光束及一第六色光束；

一第一光阀，配置于所述第四色光束的传递路径上，以将所述第四色光束转换成一第一子影像光束；

一第二光阀，配置于所述第五色光束的传递路径上，以将所述第五色光束转换成一第二子影像光束；

一第三光阀，配置于所述第六色光束的传递路径上，以将所述第六色光束转换成一第三子影像光束，其中所述第一子影像光束、所述第二子影像光束及所述第三子影像光束经由所述分合光系统合并成一影像光束；以及

一投影镜头，配置于合并后的所述影像光束的传递路径上。

18.一种投影装置，包括：

一如权利要求1-16中任一项所述的照明系统；

一光阀，配置于所述照明系统所提供的所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束转换成一影像光束；以及

一投影镜头，配置于所述影像光束的传递路径上。

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