CN111665579A - 具有不同雾度的扩散色轮及投影装置的照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有不同雾度的扩散色轮及投影装置的照明模块，投影装置的照明模块包括至少一同调光源、一合光组件及一扩散色轮。至少一同调光源用以产生不同波段的多个同调光束。合光组件位于多个同调光束的路径上，以合并多个同调光束。扩散色轮包括一透光基板、一扩散层及一光学镀膜层。透光基板具有一第一表面以及一相对于第一表面的第二表面；扩散层具有多个光学微结构区设置于第一表面或第二表面上，多个光学微结构区具有不同雾度；光学镀膜层设置于多个光学微结构区上。当不同波段的多个同调光束投射在具有不同雾度的多个光学微结构区，产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑。

Description

具有不同雾度的扩散色轮及投影装置的照明模块

技术领域

本发明涉及一种具有不同雾度的扩散色轮及投影装置的照明模块，尤其涉及一种适用于投影装置的照明模块，其具有转动式的扩散色轮，能适用于具有多波段同调光束的光学投影系统。

背景技术

光学投影系统的照明模块常用的灯泡有金属卤素灯泡、或超高压汞灯泡。然而，这类光源的缺点为体积大、高热、多耗电量及寿命短。目前已有利用激光作为投影光源，可以提高光学效率。在相同的高亮度显示下，不仅耗电量大幅降低，也能省去使用复杂的光学透镜组件。

虽然激光投影拥有许多优点，但是激光为同调光源，投影画面因干涉(interference)现象而在被照射面上产生色斑，或称光斑(speckle)，造成影像模糊的缺点。

因此如何提出一种能进行可消除色斑现象的扩散色轮，供投影装置的照明模块使用，以克服上述的缺陷，俨然成为该项所属技术领域人士所欲解决的重要课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种具有不同雾度的扩散色轮，能进行多种波段的激光合光及消除色斑。

为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种具有不同雾度的扩散色轮，其包括一透光基板、一扩散层、以及一光学镀膜层。透光基板具有一第一表面以及一相对于第一表面的第二表面；扩散层具有多个光学微结构区，多个光学微结构区设置于第一表面或第二表面上，多个光学微结构区具有不同雾度；光学镀膜层设置于多个光学微结构区上；其中多个不同波段的同调光束投射在具有不同雾度的多个光学微结构区，产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑。

此外，本发明要解决的技术问题，更在于提供一种投影装置的照明模块，能进行多种波段的激光合光及消除色斑。

为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种投影装置的照明模块，其包括至少一同调光源以产生不同波段的多个同调光束、一合光组件、及一扩散色轮。合光组件位于多个同调光束的路径上，以合并多个同调光束；扩散色轮接受合并后的多个同调光束，该扩散色轮包括：

一透光基板，透光基板具有一第一表面以及一相对于第一表面的第二表面；扩散层具有多个光学微结构区，多个光学微结构区设置于第一表面或第二表面上，多个光学微结构区具有不同雾度；光学镀膜层设置于多个光学微结构区上；其中，不同波段的多个同调光束投射在具有不同雾度的多个光学微结构区，产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑。

优选的，依据本发明的其中一种方案，多个光学微结构区分别呈扇形相接，每一扇形的光学微结构区具有不同的雾度，相邻两个光学微结构区的雾度相差5％至10％。

优选的，依据本发明的其中一种方案，其中不同雾度是以相同粒径的微颗粒占有光学微结构区内不同比例的面积而形成，其中微颗粒占有多个光学微结构区的面积大于0％而小于50％。

优选的，依据本发明的其中一种方案，其中不同雾度是以不同粒径的微颗粒形成于多个光学微结构区而形成不同粗糙度。

优选的，依据本发明的其中一种方案，多个光学微结构区的微颗粒介于0.01微米至1微米之间。

优选的，依据本发明的其中一种方案，多个光学微结构区位于透光基板的所述第一表面，第二表面为光滑面。

优选的，依据本发明的其中一种方案，多个光学微结构区分别位于透光基板的第一表面及第二表面。

优选的，依据本发明的其中一种方案，所述扩散层的所述多个光学微结构形成一圆环形雾片，并且具有渐层型态的雾度分布。

优选的，依据本发明的其中一种方案，所述光学微结构区的材质与所述透光基板的材质相同。

本发明具有以下有益效果：本发明的扩散色轮具有不同雾度的所述多个光学微结构区，可使不同波段的多个同调光束产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除色斑。借此可提供良好投射光给投影装置的照明模块。

为能更进一步了解本发明为达成既定目的所采取的技术、方法及效果，请参阅以下有关本发明的详细说明、附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明的投影装置的照明模块的示意图。

图2为本发明的扩散色轮与转动单元的立体分解示意图。

图3为本发明的扩散色轮与转动单元的立体组合示意图。

图4为本发明第一实施例的扩散色轮的俯视图。

图5为本发明第一实施例的扩散色轮的剖视图。

图6为本发明图5的扩散色轮VI部分的放大图。

图7为本发明图5的扩散色轮VII部分的放大图。

图8为本发明第二实施例的扩散色轮的俯视图。

图9为本发明第三实施例的扩散色轮的剖视图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，图1为本发明的投影装置的照明模块的示意图。图2及图3分为本发明的扩散色轮与转动单元的立体分解示意图及立体组合示意图。本发明的投影装置的照明模块(illumination module)100，其可应用于一投影装置(图中未示出)。照明模块100包括至少一同调光源(110、120、130)、合光组件140、第一透镜组150、扩散色轮10以及第二透镜组160。扩散色轮10可以被一转动单元M(例如马达)所驱动，以使得扩散色轮10能沿一中心轴线C旋转。第一透镜组150与第二透镜组160各包括至少一透镜，作为会聚光线的用途，但不以此为限。

同调光源为能发出同调光束的光源，例如为激光光源。同调光源可以是由多个激光二极管排列而成的数组，以输出高功率的激光。同调光源的激光二极管数量可机动调整以适用在不同亮度需求的投影装置中。在本实施例中，照明模块100可包括第一同调光源110、第二同调光源120、第三同调光源130，并且这些同调光源(110、120、130)分别发出不同波长的第一同调光束L1、第二同调光束L2、第三同调光束L3。举例而言，第一同调光源110所发出的第一同调光束L1的波长介于440纳米至495纳米之间；第二同调光源120所发出的第二同调光束L2的波长可介于495纳米至580纳米之间；第三同调光源L3所发出的第三同调光束的波长可介于610纳米至750纳米之间，然而本发明不以此为限。

本发明的同调光源数量并不限制于上述实施例，在另一实施例中，照明模块100可以仅设置一个同调光源，例如蓝色激光束，且透过荧光轮(fluorescent wheel)以及色轮(color wheel)的设置，以提升自照明模块100射出的同调光束的色彩多样性。

本实施例的照明模块100可进一步包括合光组件140，能合并不同颜色的第一同调光束L1、第二同调光束L2、第三同调光束L3。合光组件140可以是一二向色镜(dichroicmirror)、一二向色滤光片(dichroic filter)或一合光棱镜(X-cube)。

第一实施例

请参阅图4至图7，其中图4及图5为本发明第一实施例的扩散色轮的俯视图及剖视图。本发明的其中一项特点在于提供具有不同雾度的扩散色轮10a，如图5所示，扩散色轮10a包括一透光基板11、一扩散层12a、一光学镀膜层13。所述透光基板11具有一第一表面111以及一相对于所述第一表面111的第二表面112。扩散色轮10a具有多个光学微结构区122、124、126、128。所述多个光学微结构区122、124、126、128具有不同雾度(gloss)。本实施例中，所述多个光学微结构区122、124、126、128都设置于透光基板11的第一表面111，所述第二表面112为光滑面。然而本实施例不限制于此，也可以设置所述第二表面112上，或者分开设置于第一表面111及第二表面112。

本实施的扩散色轮10a的所述多个光学微结构区122、124、126、128分别呈扇形相接，每一扇形的光学微结构区122、124、126、128具有不同的雾度，相邻两个所述光学微结构区的雾度相差5％至10％。上述不同雾度(gloss)可以是以不同粒径的微颗粒所形成粗糙度(roughness)，举例而言，如图6所示的光学微结构区128的粗糙度大于图7所示的光学微结构区126的粗糙度。其中所述多个光学微结构区122、124、126、128的微颗粒介于0.01微米至1微米之间。或者，上述不同雾度(gloss)可以是相同粒径的微颗粒而占有光学微结构区内不同比例的面积。举例而言，光学微结构区122具有相同0.01微米的微颗粒约占有10％的面积，光学微结构区124具有相同0.01微米的微颗粒约占有20％的面积，光学微结构区126具有相同0.01微米的微颗粒约占有30％的面积，光学微结构区128具有相同0.01微米的微颗粒约占有40％的面积。优选的，本实施例的光学微结构区的微颗粒占有的面积大于0％而小于50％。

本发明通过上述结构设计，不同波段的第一同调光束L1、第二同调光束L2、第三同调光束L3投射在具有不同雾度的所述多个光学微结构区122、124、126、128，产生不同扩散角度，经过第二透镜160聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑(speckle)。从另一角度描述，当不同波段的第一同调光束L1、第二同调光束L2、第三同调光束L3照射于扩散层12a的多个光学微结构区122、124、126、128的粗糙面时，由于粗糙面的快速移动而造成视觉暂留，因此色斑(speckle)均匀迭加后而得以消除或减少。从另一角度描述本发明消除色斑的机制，当以不同粒径的微颗粒所形成不同粗糙度的多个光学微结构区，当不同波段的第一同调光束L1、第二同调光束L2、第三同调光束L3经过不同厚度的光程后而迭加，色斑(speckle)可以因相位迭加而得以消除或减少。因此，本发明至少一个或是多个同调光束可以投射在扩散色轮10a上，并通过设置在扩散色轮10a上的扩散层12a而达到消除或减少色斑的效果。

本发明的光学镀膜层13可以是设置于所述多个光学微结构区上。其中光学镀膜层13至少覆盖第一表面111或第二表面112的10％至100％的表面面积。值得注意的是，光学镀膜层13可以为单层膜、双层膜或多层膜的其中一种，本发明不以此为限。光学镀膜层13可以是抗反射膜(Anti-Reflection Coating)或是高反射膜(High-Reflection Coating)。因此，投射在扩散色轮10a上的至少一个或是多个同调光束可以通过扩散色轮10a而穿透扩散色轮10a或是扩散色轮10a所反射。

请参阅图6及图7，分别为扩散色轮10a经过光学微结构区128及光学微结构区126的剖视放大图。本实施例的光学镀膜层13可以是抗反射膜，优选的，光学镀膜层13具有介于1.2至1.9之间的折射率。当第一同调光源110、第二同调光源120、第三同调光源130的光束都投向转动式的透光基板11的第一表面111上，第一同调光束L1、第二同调光束L2及第三同调光束L3可以依次通过光学镀膜层13、光学微结构层(122、124、126、128)、透光基板11的第一表面111、透光基板11的本体11以及透光基板11的第二表面112，而形成多个由第二表面112投射而出的第一投射光束R1、第二投射光束R2、及第三投射光束R3。也就是说，本实施例的扩散色轮10a，透光基板11的第一表面111可以作为扩散色轮10a的入光侧，透光基板11的第二表面112可做为扩散色轮10a的出光侧。

然而，本发明并不限制于此，在其他实施方式中，光学镀膜层13可以是一高反射膜，而且在投影机整体结构配置的考虑下，可以利用反射的方式，使得多个激光投射光束由透光基板11的第二表面112投射而出。在另一实施例中，可以在透光基板11的第二表面112涂布高反射膜的光学镀膜层13。第一同调光束L1、第二同调光束L2以及第三同调光束L3也可以投射在透光基板11的第二表面112上，以分别形成由第二表面112反射而出的投射光束。

第二实施例

请参阅图8，为本发明第二实施例具有不同雾度的扩散色轮的俯视图。本实施例的扩散色轮10b与上述实施例的差异在于，扩散层12b的所述多个光学微结构(如121、129代表所示)形成一圆环形雾片，并且具有渐层型态的雾度分布。举例而言，光学微结构区121具有相同0.01微米的微颗粒约占有5％的面积，沿着扩散色轮10b的顺时针方向及/或逆时针方向，渐渐增加微颗粒占有的面积比例，与光学微结构区121相对的光学微结构区129可以具有相同0.01微米的微颗粒约占有50％的面积。然而，本实施例不限制于此，上述微颗粒分布变化的方向也可以是沿着平行于直径的方向，由圆周的一处朝向圆周相对的另一处，呈条状变化。

补充说明，扩散层12b的光学微结构区(如121、129所示)的材质与所述透光基板11的材质可以是相同的，两者的折射率相同。例如，光学微结构区可以是以透光基板11的材质，以喷涂的方式，将微颗粒喷涂于透光基板11的第一表面111或第二表面112。或者，在透光基板11的表面印压微小光学结构改变光行进方向来达到扩散功能。然而，本发明并不限制于此，光学微结构区的材质与所述透光基板的材质可以是不同的，光学微结构区的材质例如可以是合成树脂。

第三实施例

请参阅图9，为本发明第三实施例具有不同雾度的扩散色轮的剖视图。本实施例扩散色轮10c与上述实施例的差异在于，扩散层12c的光学微结构123位于透光基板11的第二表面112，与光学微结构123相对的第一表面111部分可以是光滑面；光学微结构125位于透光基板11的第一表面111，与光学微结构125相对的第二表面112部分可以是光滑面。

本发明的特点及功能在于，本发明的扩散色轮，具有多个不同雾度的光学微结构区组成的扩散层，光学微结构区可位于透光基板不同表面，使激光光束经过不同厚度，用于产生光程差，或使激光光束经过不同雾度表面，产生不同扩散角度，后再经透镜聚合，从而消除或减少光斑(speckle)。

以上所述仅为本发明的优选可行实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，包括：

一透光基板，所述透光基板具有一第一表面以及一相对于所述第一表面的第二表面；

一扩散层，所述扩散层具有多个光学微结构区，所述多个光学微结构区设置于所述第一表面或所述第二表面上，所述多个光学微结构区具有不同雾度；以及

一光学镀膜层，所述光学镀膜层设置于所述多个光学微结构区上；

其中，多个不同波段的同调光束投射在具有不同雾度的所述多个光学微结构区，产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑。

2.根据权利要求1所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述多个光学微结构区分别呈扇形相接，每一扇形的所述光学微结构区具有不同的雾度，相邻两个所述光学微结构区的雾度相差5％至10％。

3.根据权利要求2所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，其中不同的雾度是以相同粒径的微颗粒占有所述光学微结构区内不同比例的面积而形成，其中所述微颗粒占有所述多个光学微结构区的面积大于0％而小于50％。

4.根据权利要求2所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，其中不同的雾度是以不同粒径的微颗粒形成于所述多个光学微结构区而形成不同粗糙度。

5.根据权利要求4所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述多个光学微结构区的所述微颗粒介于0.01微米至1微米之间。

6.根据权利要求2所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述多个光学微结构区位于所述透光基板的所述第一表面，所述第二表面为光滑面。

7.根据权利要求1所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述多个光学微结构区分别位于所述透光基板的所述第一表面及所述第二表面。

8.根据权利要求1所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述扩散层的所述多个光学微结构形成一圆环形雾片，并且具有渐层型态的雾度分布。

9.根据权利要求8所述的具有不同雾度的扩散色轮，其特征在于，所述光学微结构区的材质与所述透光基板的材质相同。

10.一种投影装置的照明模块，其特征在于，包括：

至少一同调光源，以产生不同波段的多个同调光束；

一合光组件，所述合光组件位于所述多个同调光束的路径上，以合并所述多个同调光束；以及

一扩散色轮，接受合并后的所述多个同调光束，所述扩散色轮包括：

一透光基板，所述透光基板具有一第一表面以及一相对于所述第一表面的第二表面；

一扩散层，所述扩散层具有多个光学微结构区，所述多个光学微结构区设置于所述第一表面或所述第二表面上，所述多个光学微结构区具有不同雾度；以及

一光学镀膜层，所述光学镀膜层设置于所述多个光学微结构区上；

其中，不同波段的所述多个同调光束投射在具有不同雾度的所述多个光学微结构区，产生不同扩散角度，经过透镜聚合以迭加多个不同光程的同调光束，从而消除或减少色斑。

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