CN109100907A - 发光系统 - Google Patents

Abstract

一种发光系统，包括光源、第一萤光轮以及第二萤光轮。光源输出第一光线。第一萤光轮具有第一透光区及第一萤光粉区。第二萤光轮具有第二萤光粉区。第一光线可穿透第一透光区到达第二萤光轮，且T1≧T2。T1系指第一萤光轮旋转一圈的时间长度里，第一光线照射第一透光区的时间长度。T2系指第二萤光轮旋转一圈所需的时间。第一萤光粉区可受激发输出第二光线，第二萤光粉区可受激发输出第三光线，第二光线及第三光线的光谱中的波长峰值不同。透过本发明实施例的发光系统使得光线于每一萤光轮上所产生的温度明显降低，进而增加光线进行波长转换的效率，更可进一步增加影像画面的色彩饱和度。

Description

发光系统

技术领域

本发明涉及一种发光系统，尤其是涉及一种用于投影机的发光系统。

背景技术

现行的投影机的架构主要包括发光系统、光阀以及投影镜头，其中发光系统用以提供光线，而光阀用以将光线转换成影像光线，投影镜头则用以将影像光线投影于屏幕上，以于屏幕上形成影像画面。其中发光系统可以产生不同颜色的光线，主要原理就是藉由例如是激光二极管良好的发光效率来激发萤光轮上的萤光粉，进而产生所需的纯色光源。

在习知的投影机架构中，仅藉由一个萤光轮来进行光线的波长转换，因此，单个萤光轮往往须承受所有激发光能量，在这样的情况下，导致单个萤光轮的温度过高而直接影响到光线的波长转换效率。再者，在仅有单个萤光轮的投影机架构中，往往须在投影机的架构中增加一个同步色轮来增加色彩的饱和度，但增加同步色轮后，会同时造成投影机运作时效率的损失。因此，如何针对上述问题进行改善，实为本领域相关人员所关注的焦点。

发明内容

本发明的一实施例提供一种发光系统。本实施例的发光系统包括光源、第一萤光轮以及第二萤光轮。光源输出第一光线。第一萤光轮具有第一透光区及第一萤光粉区。第二萤光轮具有第二萤光粉区。第一光线可穿透第一透光区到达第二萤光轮，且T1≧T2。T1系指第一萤光轮旋转一圈中，第一光线照射第一透光区的时间长度。T2系指第二萤光轮旋转一圈所需的时间。第一萤光粉区可受激发输出第二光线，第二萤光粉区可受激发输出第三光线，第二光线及第三光线的光谱中的波长峰值不同。在本发明实施例的发光系统的结构设计下，光源所输出的光线是利用两个萤光轮来进行波长转换，光线所产生的能量被两个萤光轮分散，使得光线于每一萤光轮上所产生的温度明显降低，进而增加光线进行波长转换的效率。此外，透过本发明实施例之发光系统更可进一步增加影像画面的色彩饱和度。

为让本发明特征明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合图式，作详细说明。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影机的结构示意图。

图2为图1所示发光系统的第一萤光轮的结构示意图。

图3为图1所示发光系统的第二萤光轮的结构示意图。

图4为本发明另一实施例的投影机的结构示意图。

图5为本发明另一实施例的第一萤光轮的结构示意图。

图6为本发明另一实施例的第二萤光轮的结构示意图。

图7为本发明另一实施例的投影机的结构示意图。

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之一较佳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，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。本发明中所谓的透镜，是指至少能允许部份光线穿透，且其入、出光表面之至少一者的曲率半径非为无限大；换句话说，透镜的入、出光面的至少其中一者需非为平面。而例如是平板玻璃，则非为本发明所指的透镜。本发明所谓光学元件，是指元件具有部份或全部可反射或穿透的材质所构成，通常包括玻璃或塑胶所组成。本发明所谓合光，是指可将一个以上光束，合成一光束输出。

请参照图1，其为本发明一实施例的投影机的结构示意图。如图1所示，本实施例的投影机1包括发光系统10以及成像系统20。发光系统10包括光源101、萤光轮102、萤光轮103、分光光学元件104、透镜组105、分光光学元件106、透镜组107、反射镜组108、分光光学元件109、分光光学元件 110、准直透镜组111、第一驱动装置112、第二驱动装置113及准直透镜组 115。成像系统20包括均光光学元件201、棱镜202、光阀203以及投影镜头204。

本发明所谓的光源101是指激光光源、发光二极管光源或其他例如是电热光源的传统光源之任一者。光源101适于输出第一光线L1，第一光线L1 是光谱中的波长峰值介于400纳米至475纳米之间的蓝色光线、紫外光或是其他可用于激发萤光粉的光线。在本实施例中，第一光线L1为光谱中的波长峰值介于400纳米至475纳米之间的蓝色光线。

本发明所谓的第一萤光轮与第二萤光轮是指具有透光区与萤光粉区的轮状结构。透光区是指镂空区域或是玻璃等大致透明且得允许光线穿透的区域，萤光粉区是指涂布有萤光粉的区域。于本例中，萤光粉区设置有黄色萤光粉层，而于另一实施例中，除了黄色萤光粉的区域外，更设置有绿色萤光粉层的区域。

本发明所谓的分光光学元件104、分光光学元件106、分光光学元件109 以及分光光学元件110是指带通滤光片(bandpass filters)、带拒滤光片 (bandstop filters)、分色滤光片(DM filter)、分色镜(dichroic mirror)、分色棱镜 (DM prism)、X型合光滤镜组(X plate)、X型合光棱镜(X prism)或包括前述各者的至少一者的组合。而于本例中，分光光学元件104、分光光学元件106、分光光学元件109以及分光光学元件110分别为一分色镜(dichroic mirror)，在透光基板上镀有一层分光镀膜(dichroic coating)。在本例中，分光光学元件 104具有让蓝色光线通过且反射红色、绿色或/及黄色光线的的分光镀膜，分光光学元件106与分光光学元件109分别具有让蓝色光线通过且至少反射红色光线的分光镀膜，分光光学元件110具有让红色、绿色或/及黄色光线通过且反射蓝色光线与红色光线的分光镀膜。

本发明所谓的透镜组105、透镜组107、准直透镜组111及准直透镜组 115分别包括至少一枚透镜，且透镜组105、透镜组107、准直透镜组111及准直透镜组115的屈光度分别为正。本例中，透镜组105、透镜组107、准直透镜组111及准直透镜组115的透镜数量分别为两个。

本发明所谓的反射镜组108是两枚以上反射镜所组成的，于本例中，反射镜组108包括第一反射镜108a与第二反射镜108b，而其二者分别相互垂直设置的。

本发明所谓的第一驱动装置112与第二驱动装置113是可经由外部控制元件的电子讯号进行控制的马达，藉以控制萤光轮102与萤光轮103彼此之间进行同调旋转或不同调旋转。

本发明所谓的成像系统20是指将照明光转换为影像光的系统。另外，本发明所谓的均光光学元件201是指积分柱或是复眼透镜(flyeye lens)等具有均光功能的光学元件，而于本例中，均光光学元件201为复眼透镜。

本发明所谓的光阀203是空间光调变器的一种，光阀203指可以将照明光转换为影像光的装置，由于其已广泛应用，故将不多加赘述之，举例来说，光阀为数字微型反射镜元件(Digital Micromirror Device,DMD)、液晶面板 (LCD)或是硅基液晶面板(LCOS)等元件。而于本例中，光阀203为数字微型反射镜元件。

请参照图2与图3，图2为图1所示发光系统的第一萤光轮的结构示意图。图3为图1所示发光系统的第二萤光轮的结构示意图。如图2与图3所示，萤光轮102具有第一透光区TA1及第一萤光粉区PA1。萤光轮103具有第二透光区TA2及第二萤光粉区PA2。萤光轮102的第一萤光粉区PA1可受第一光线L1的激发而输出第二光线L2，萤光轮103的第二萤光粉区PA2 可受第一光线L1的激发而输出第三光线L3。在本实施例中，第二光线L2 及第三光线L3的颜色系相异的，更明确的说，第二光线L2之波长峰值与第三光线L3的光谱中的波长峰值之间具有相差值，此相差值大于或等于15纳米，第二光线L2是绿色光线，也就是于光线光谱中波长峰值介于495纳米至570纳米之间的光线，第三光线L3是红色光线，也就是于光线光谱中波长峰值介于620纳米至750纳米的光线。数字

如图1所示，本实施例的分光光学元件104配置于光源101与萤光轮102 的光学路径之间。透镜组105配置于分光光学元件104与萤光轮102的光学路径之间。准直透镜组111位于萤光轮102与分光光学元件106的光学路径之间以及光源101与分光光学元件104的光学路径之间。分光光学元件106 配置于萤光轮102与萤光轮103的光学路径之间。透镜组107配置于分光光学元件106与萤光轮103的光学路径之间。萤光轮103位于反射镜组108与透镜组107之间，第一反射镜108a位于萤光轮103与第二反射镜108b的光学路径之间。分光光学元件109位于第一光线L1与第三光线L3的传递路径上。分光光学元件110位于第一光线L1与第二光线L2的传递路径上。准直透镜组115位于萤光轮103与分光光学元件109的光学路径之间。第一驱动装置112连接于萤光轮102，并适于驱动萤光轮102旋转。第二驱动装置113连接于萤光轮103，并适于驱动萤光轮103旋转。

在本实施例中，萤光轮102的旋转速度小于萤光轮103的旋转速度的，换句话说，萤光轮102旋转得比较慢。更明确的说，在萤光轮102旋转一圈所需的时间长度中，光源101所输出的第一光线L1照射萤光轮102的第一透光区TA1的时间长度为T1，而萤光轮103旋转一圈的时间长度为T2，T1 大于等于T2。

更明确的说，在一个循环中的第一光线L1照射萤光轮102的第一透光区TA1的期间内，通过第一透光区TA1的第一光线L1会依序照射到萤光轮 103的第二透光区TA2及第二萤光粉区PA2，当中，会有部分的第一光线L1 通过第二透光区TA2，另一部分的第一光线L1传递至第二萤光粉区PA2。第一光线L1照射萤光轮102的第一透光区TA1及第一萤光粉区PA1的时间长度分别占萤光轮102旋转一圈的时间长度的约50％。而通过第一透光区 TA1的第一光线L1照射萤光轮103的第二透光区TA2的时间长度为T1的 30％，通过第一透光区TA1的第一光线L1照射于萤光轮103的第二萤光粉区PA2的时间长度为T1的70％。也就是说，萤光轮103的透光部份可以比具有萤光粉部份来得大的。

以下再针为本实施例的发光系统10形成蓝色光线(第一光线L1)的路径、形成绿色光线(第二光线L2)的路径以及形成红色光线(第三光线L3)的路径做更一步的描述。

如图1至图3所示，本实施例形成蓝色光线的路径为光源101所输出的第一光线L1穿透分光光学元件104及透镜组105而到达萤光轮102的第一透光区TA1，由于透镜组105的屈光度为正，因此，当第一光线L1通过透镜组105时，透镜组105将第一光线L1收敛聚焦至萤光轮102的表面。通过萤光轮102的第一透光区TA1的第一光线L1穿透分光光学元件106及透镜组107而到达萤光轮103的第二透光区TA2，由于透镜组107的屈光度为正，因此，当第一光线L1通过透镜组107时，透镜组107将第一光线L1 收敛聚焦至萤光轮102的第二透光区TA2。值得一提的是，由于第一光线 L1通过萤光轮102的第一透光区TA1时会有光线发散的情况产生，因此，透过配置于萤光轮102与分光光学元件106之间的准直透镜组111将第一光线L1收敛成准直光线，使得第一光线L1能够完全照射至分光光学元件106 上，而同理，萤光轮103后亦得设有一准直透镜组115。第一光线L1在通过萤光轮103的第二透光区TA2后传递至第一反射镜108a，第一反射镜108a 反射第一光线L1而使第一光线L1传递至第二反射镜108b，第二反射镜108b 反射第一光线L1而将第一光线L1传递至分光光学元件109。分光光学元件 109让来自第二反射镜108b的第一光线L1通过而传递至分光光学元件110，分光光学元件110将第一光束L1反射传递至成像系统20中。

如图1至图3所示，本实施例形成绿色光线的路径为光源101所输出的第一光线L1穿透分光光学元件104及透镜组105而到达萤光轮102的第一萤光粉区PA1，第一萤光粉区PA1受到第一光线L1的激发而输出第二光线 L2。第二光线L2被第一萤光粉区PA1反射传递至分光光学元件104。分光光学元件104反射来自第一萤光粉区PA1的第二光线L2而将第二光线L2 传递至分光光学元件110。分光光学元件110让来自分光光学元件104的第二光线L2通过而传递至成像系统20中。

如图1至图3所示，本实施例形成红色光线的路径为光源101所输出的第一光线L1穿透分光光学元件104及透镜组105而到达萤光轮102的第一透光区TA1。通过萤光轮102的第一透光区TA1的第一光线L1穿透准直透镜组111、分光光学元件106及透镜组107而到达萤光轮103的第二萤光粉区PA2，第二萤光粉区PA2受到第一光线L1的激发而输出第三光线L3。第三光线L3被第二萤光粉区PA2反射传递至分光光学元件106。分光光学元件106反射来自第二萤光粉区PA2的第三光线L3而将第三光线L3传递至分光光学元件109。分光光学元件109反射来自分光光学元件106的第三光线L3而传递至分光光学元件110，分光光学元件110将第三光束L3反射传递至成像系统20中。

在本实施例中，发光系统10所形成的第一光线L1、第二光线L2以及第三光线L3传递至成像系统20后依序传递至均光光学元件201、棱镜202、光阀203以及投影镜头204而形成投影光线。

请参照图4，其为本发明另一实施例投影机的结构示意图。如图4所示，本实施例的投影机1a与图1所示之投影机1类似，差异处在于，本实施例的萤光轮102与萤光轮103透过一个驱动装置114的驱动而进行旋转。具体而言，本实施例的发光系统10a的驱动装置114包括马达1141以及旋转轴 1142，马达1141连接于旋转轴1142，且马达1141适于驱动旋转轴1142旋转，旋转轴1142的两端分别连接于该萤光轮102与萤光轮103，当马达1141 驱动旋转轴1142旋转时，旋转轴1142同时带动萤光轮102与萤光轮103进行旋转。需特别说明的是，本实施例之投影机1a的其它构件以及形成蓝色光线、绿色光线以及红色的路径大致与图1所示的投影机1相同，故在本段说明不加以赘述之。

请参照图5与图6，其为本发明另一实施例的第一萤光轮与第二萤光轮的结构示意图。需特别说明的是，本实施例之萤光轮102b与萤光轮103b配置于类似图1所示之投影机1架构中，且本实施例的萤光轮102b与萤光轮 103b之间是同调旋转，也就是萤光轮102b与萤光轮103b之间的转速相同。如图5与图6所示，本实施例的萤光轮102b具有穿透区TA与第一萤光粉区 PA1b，萤光轮102b具有穿透区TA’、暗区DA与第二萤光粉区PA2b，且萤光轮102b的暗区DA占萤光轮102b的圆周的百分比是大于20％。由于本实施例的萤光轮102b与萤光轮103b彼此之间为同调旋转，因此，在萤光轮102b 与萤光轮103b旋转的过程中，萤光轮102b的穿透区TA对应于萤光轮102b 的穿透区TA’与第二萤光粉区PA2b，萤光轮102b的第一萤光粉区PA1b对应于萤光轮102b的暗区DA，也就是说，萤光轮102b的暗区DA为在旋转期间未被第一光线所照射的区域。

请参照图7，其为本发明另一实施例的投影机的结构示意图。如图7所示，本实施例的投影机1c与图1所示之投影机1类似，差异处在于，本实施例的投影机1c省略了如图1所示之投影机1的分光光学元件106以及分光光学元件109，在这样结构设计下，形成第一光线L1(蓝色光线)的路径会与形成第三光线L3(红色光线)的路径相同，因此在图7所绘示的第一光线 L1的线段与第三光线L3的线段为彼此重迭而以实线表示。具体而言，本实施例的发光系统10c形成第三光线L3(红色光束)的路径为光源101所输出的第一光线L1穿透分光光学元件104及透镜组105而到达萤光轮102的第一透光区TA1。通过萤光轮102的第一透光区TA1的第一光线L1穿透透镜组 107而到达萤光轮103的第二萤光粉区PA2，第二萤光粉区PA2受到第一光线L1的激发而输出第三光线L3。第三光线L3直接穿透第二萤光粉区PA2 而传递至第一反射镜108a，第一反射镜108a反射第三光线L3而使第三光线 L3传递至第二反射镜108b，第二反射镜108b反射第三光线L3而将第一光线L1传递至分光光学元件110，分光光学元件110将第三光线L3反射传递至成像系统20中。

综上所陈，在本发明实施例的发光系统的结构设计下，光源所输出的光线是利用两个萤光轮来进行波长转换，光线所产生的能量被两个萤光轮分散，使得光线于每一萤光轮上所产生的温度明显降低，进而增加光线进行波长转换的效率。此外，透过本发明实施例之发光系统更可进一步增加影像画面的色彩饱和度。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明精神和范围，当可作些许更动与润饰，因此本发明保护范围当视后附的权利要求界定者为准。

Claims (10)

1.一种发光系统，包括：

一光源，该光源输出一第一光线；

一第一萤光轮，具有一第一透光区及一第一萤光粉区；以及

一第二萤光轮，具有一第二萤光粉区；

其中，该第一光线可穿透该第一透光区到达该第二萤光轮，且T1≧T2；T1是指该第一萤光轮旋转一圈中，该第一光线照射该第一透光区的时间长度，T2是指该第二萤光轮旋转一圈所需的时间，该第一萤光粉区可受激发输出一第二光线，该第二萤光粉区可受激发输出一第三光线，该第二光线及该第三光线的光谱中的波长峰值不同。

2.一种发光系统，包括：

一光源，输出一第一光线；

一第一萤光轮，具有一穿透区；以及

一第二萤光轮，具有一暗区，该暗区占该第二萤光轮之圆周的百分比系大于20％；

其中，该第一光线可穿透该第一萤光轮的该穿透区以到达该第二萤光轮，该暗区为该第二萤光轮上未被该第一光线照射之区域。

3.一种发光系统，包括：

一光源，输出一第一光线；

一第一萤光轮，具有一第一萤光粉区以及一第一穿透区；以及

一第二萤光轮，具有一第二萤光粉区以及一第二穿透区；

其中，该第一光线可依序穿透该第一穿透区及该第二穿透区，该第一萤光粉区可受激发输出一第二光线，该第二萤光粉区可受激发输出一第三光线，该第二光线及该第三光线的光谱中的波长峰值不同。

4.如权利要求1或2所述的发光系统，其特征在于，该第二萤光轮更具有一第二透光区，该第二透光区可让该第一光线通过。

5.如权利要求1、2或3所述的发光系统，其特征在于，发光系统更包括至少一准直透镜组，该准直透镜组配置于该第一萤光轮与该第二萤光轮之间，且该准直透镜组的屈光度为正。

6.如权利要求1或3所述的发光系统，其特征在于，该第一萤光轮及该第二萤光轮之间为同调旋转，且第一萤光轮及该第二萤光轮之间的转速为相同。

7.如权利要求6所述的发光系统，其特征在于，该发光系统更包括一驱动装置，该驱动装置同时驱动该第一萤光轮及该第二萤光轮。

8.如权利要求2所述的发光系统，其特征在于，该第一萤光轮更具有一第一萤光粉区，该第二萤光轮更具有一第二萤光粉区，该第一萤光粉区可受激发输出一第二光线，该第二萤光粉区可受激发输出一第三光线，该第二光线及该第三光线分别具有一光谱，该第二光线及该第三光线的光谱的波长峰值不同，且该第二光线的光谱中的波长峰值与该第三光线的光谱中的波长峰值之间具有一相差值，该相差值大于等于15纳米。

9.如权利要求1或3所述的发光系统，其特征在于，该第二光线的光谱中的波长峰值与该第三光线的光谱中的波长峰值之间具有一相差值，该相差值大于等于15纳米。

10.如权利要求1、2或3所述的发光系统，其特征在于，该发光系统更包括：

一第一分色镜，配置于该光源与该第一萤光轮之间，该第一分色镜适于让该第一光线穿透，且该第一分色镜反射来自该第一萤光粉区的该第二光线，其中该第一光线之波长峰值介于400纳米至475纳米之间，该第二光线的光谱中的波长峰值介于495纳米至570纳米之间；

一第一透镜组，配置于该第一分色镜与该第一萤光轮之间，穿透该第一分色镜的该第一光线通过该第一透镜组而到达该第一萤光轮，该第一透镜包括复数枚透镜，且该第一透镜组的屈光度为正；

一第二分色镜，配置于该第一萤光轮与该第二萤光轮之间，该第二分色镜适于让通过该第一萤光轮的该第一穿透区的该第一光线穿透，且该第二分色镜反射来自该第二萤光粉区的该第三光线，其中该第三光线的光谱中的波长峰值介于620纳米至750纳米；

一第二透镜组，配置于该第二分色镜与该第二萤光轮之间，穿透该第二分色镜的该第一光线通过该第二透镜组而到达该第二萤光轮，该第一透镜包括复数枚透镜，且该第二透镜组的屈光度为正；

一反射镜组，该第二萤光轮位于该第二透镜组与该反射镜的光路之间，该反射镜组包括复数枚反射镜，该反射镜组适于反射通过该第二萤光轮的该第二穿透区的该第一光线；

一第三分色镜，位于该第一光线与该第三光线的传递路径上，该第三分色镜适于让来自该反射镜组的该第一光线通过，并反射来自该第二分色镜的该第三光线；

一第四分色镜，位于该第一光线与该第二光线的传递路径上，该第四分色镜适于让来自该第一分色镜的该第二光线通过，并反射来自该第三分色镜的该第一光线；

一准直透镜组，位于该第一萤光轮与该第二分色镜之间，且该准直透镜组的屈光度为正；

一第一马达，连接于该第一萤光轮，并适于驱动该第一萤光轮旋转；以及

一第二马达，连接于该第二萤光轮，并适于驱动该第二萤光轮旋转。