CN117471832A - 照明系统及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜及匀光元件。合光棱镜配置于第一光源模块提供的第一光束与第二光源模块提供的第二光束的传递路径上。合光棱镜具有第一面、第二面及第三面。来自第一光源模块的第一光束由第一面进入合光棱镜并传递至第二面出光。来自第二光源模块的第二光束由述第三面进入合光棱镜并于合光棱镜的第一面全反射而传递至第二面出光。匀光元件配置于来自合光棱镜的第一光束与第二光束的传递路径上。匀光元件具有入光面，其中照明光束包括第一光束及第二光束的至少其一。且第一光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域重叠于第二光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域。本发明可增加照明系统的光使用效率。

Description

照明系统及投影装置
技术领域
本发明是有关于一种光学系统及电子装置，且特别是有关于一种照明系统及投影装置。
背景技术
投影装置为一种用以投射大尺寸影像的显示装置，投影装置所应用的技术随着科技的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再使影像光束通过投影镜头而投射到投射目标物(例如：荧幕或墙面上)，以形成投影画面。
主流的激光投影机中包含合光系统(combiner)、照明系统、投影镜头，其中合光系统中的光源主要分为三色纯激光光源、荧光粉激发光源以及发光二极管光源。在目前，三色纯激光光源会产生激光散斑(Speckle)现象及具有亮度受限于封装结构的问题。此外，由于纯激光光源所发出的激光的波段与荧光粉激发光源所发出的荧光的波段相近且部分重叠，为了使激光与荧光能进行合光，分色镀膜必须对特定波长附近的波段具有高穿透率(低反射率)，如此一来将牺牲部分频段的荧光而也牺牲亮度。
“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及投影装置，可增加照明系统的光使用效率，同时缩小体积。
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，本发明提供一种照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件。第一光源模块用以提供第一光束。第二光源模块用以提供第二光束。合光棱镜配置于第一光束与第二光束的传递路径上。合光棱镜具有第一面、第二面以及第三面。来自第一光源模块的第一光束由第一面进入合光棱镜并传递至第二面出光。来自第二光源模块的第二光束由第三面进入合光棱镜并于合光棱镜的第一面全反射而传递至第二面出光。匀光元件配置于来自合光棱镜的第一光束与第二光束的传递路径上。匀光元件具有入光面，其中照明光束包括第一光束以及第二光束的至少其一，且第一光束在匀光元件的入光面上的光斑重叠于第二光束在匀光元件的入光面上的光斑。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影镜头，包括照明系统、至少一个光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件。第一光源模块用以提供第一光束。第二光源模块用以提供第二光束。合光棱镜配置于第一光束与第二光束的传递路径上。合光棱镜具有第一面、第二面以及第三面。来自第一光源模块的第一光束由第一面进入合光棱镜并传递至第二面出光。来自第二光源模块的第二光束由第三面进入合光棱镜并于合光棱镜的第一面全反射而传递至第二面出光。匀光元件配置于来自合光棱镜的第一光束与第二光束的传递路径上。匀光元件具有入光面，其中照明光束包括第一光束以及第二光束的至少其一，且第一光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域重叠于第二光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域。至少一个光阀配置于照明光束的传递路径上，用以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，用以将影像光束投射出投影装置。
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。在本发明的照明系统及投影装置中，照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件。其中，来自第一光源模块的第一光束由合光棱镜的第一面进入并传递至合光棱镜的第二面出光，来自第二光源模块的第二光束由合光棱镜的第三面进入并于第一面全反射而传递至第二面出光。并且进一步使得，第一光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域重叠于第二光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域。另外，来自第一光源模块的第一光束的波段范围与来自第二光源模块的第二光束的波段范围至少有部分重叠。如此一来，借由合光棱镜的合光作用，可将具有部分重叠波段的两光束进行合光且不牺牲亮度，相较于传统使用分色镀膜的方式可增加照明系统的光使用效率，同时缩小体积。
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，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2为本发明一实施例的部分照明系统的示意图。
图3为本发明另一实施例的部分照明系统的示意图。
图4为本发明另一实施例的部分照明系统的示意图。
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为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种投影装置10，包括照明系统100、至少一个光阀60以及投影镜头70。其中，照明系统100用以提供照明光束LB。至少一个光阀60配置于照明光束LB的传递路径上，用以转换照明光束LB为影像光束LI。投影镜头70配置于影像光束LI的传递路径上，且用以将影像光束LI投射出投影装置10至投影目标(未显示)，例如荧幕或墙面。
照明系统100用以提供照明光束LB。举例而言，在本实施例中，照明系统100例如由多个发光元件、波长转换元件、匀光元件、滤光元件以及多个分合光元件所组合而成，用以提供出不同波长的光以形成照明光束LB。其详细结构及实施方式可以由本领域公知常识获致足够的教示、建议与实施说明。
在本实施例中，光阀60例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀60也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本发明对光阀60的型态及其种类并不加以限制。光阀60将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由本领域公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀60的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置10，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。
投影镜头70例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头70还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀60的影像光束LI投射至投影目标。本发明对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。
图2为本发明一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图2。本实施例提供一种照明系统100，至少可应用于图1的投影装置10中，照明系统100包括第一光源模块110、第二光源模块120、合光棱镜130以及匀光元件140。第一光源模块110用以提供第一光束L1，第二光源模块120用以提供第二光束L2。其中，第一光束L1的波段范围与第二光束L2的波段范围至少有部分重叠。
详细而言，第一光源模块110为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中一个，且第二光源模块120为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中另一个，第一光源模块110与第二光源模块120为不同种类的光源模块。举例而言，在本实施例中，第一光源模块110为激发荧光模块，第一光源模块110包括激光发光元件112以及波长转换元件114。激光发光元件112的数量可为一个或多个，用以提供激发光束L3，激发光束L3传递至波长转换元件114而被转换为第一光束L1，其中第一光束L1的波长不同于激发光束L3的波长。激光发光元件112例如为蓝色激光二极管或蓝色发光二极管。波长转换元件114例如为荧光色轮(phosphor wheel)，可将蓝色的激发光束L3转换成黄绿色的第一光束L1。在本实施例中，激发荧光模块(第一光源模块110)还包括分色元件116，例如是分光镜(Dichroic Mirror)，用以调整光路，让激发光束L3传递通过至波长转换元件114，并反射第一光束L1至合光棱镜130，于本实施例中，分色元件116例如是允许蓝光穿透且反射黄绿光的分色镜。此外，于波长转换元件114与分色元件116之间，可另外配置至少一个聚焦元件118，本发明并不限于此。
若第一光源模块110为激发荧光模块，则第二光源模块120可为激光二极管模块或发光二极管模块的其中一个。本实施例中第二光源模块120例如为激光二极管模块，而激光二极管模块可为绿色激光二极管、红光激光二极管或是绿色及红色激光二极管模块，用以提供绿色或/及红色的第二光束L2。于其他实施例中，第二光源模块120也可为发光二极管模块，而发光二极管模块可为绿色发光二极管、红色发光二极管或绿色及红色发光二极管模块，用以提供绿色或/及红色的第二光束L2。然在不同的实施例中，亦可以将第一光源模块110与第二光源模块120的种类互换，本发明并不限于此。于不同的实施例中，若是第二光源模块120为激光二极管模块，其可包括绿光、红光及蓝光激光二极管，或是若是第二光源模块120为发光二极管模块，其可包括绿光、红光及蓝光发光二极管。依据不同种类的光源配置，照明系统100还可包括聚焦元件160，配置于第二光源模块120与合光棱镜130之间，用以对第二光束L2进行聚焦，本发明并不限于此。于其他实施例中，第一光源模块110与合光棱镜130之间亦可配置聚焦元件，用以对第一光束L1进行聚焦。
合光棱镜130配置于第一光束L1与第二光束L2的传递路径上。合光棱镜130具有第一面S1、第二面S2以及第三面S3。来自第一光源模块110的第一光束L1由第一面S1进入合光棱镜130并在合光棱镜130内部传递至第二面S2出光，而来自第二光源模块120的第二光束L2由第三面S3进入合光棱镜130并于合光棱镜130的第一面S1全反射而传递至第二面S2出光。举例而言，在本实施例中，合光棱镜例如为全反射棱镜(TIR prism)，其第一面S1、第二面S2以及第三面S3皆无光学镀膜或仅有抗反射镀膜。在一实施例中，前述的聚焦元件160还可直接形成于第一面S1上，以让第二光束L2单独使用或让第一光束L1与第二光束L2共同使用。
匀光元件140配置于来自合光棱镜130的第一光束L1与第二光束L2的传递路径上，用于接收第一光束L1及/或第二光束L2以提供照明光束LB，即照明光束LB包括第一光束L1及第二光束L2的至少其一。匀光元件140调整照明光束LB的光斑形状，以使照明光束LB的光斑形状能配合光阀60的工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度，均匀照明光束LB的光强度。在本实施例中，匀光元件140例如是积分柱，但在其他实施例中，匀光元件140也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜，fly eyelens array)，本发明不限于此。匀光元件140具有入光面S4，且第一光束L1在匀光元件140的入光面S4上的光斑重叠于第二光束L2在匀光元件140的入光面S4上的光斑。如此一来，借由合光棱镜130的合光作用，可将具有部分重叠波段的两光束进行合光，相较于传统使用分色镀膜的方式可增加照明系统100的光使用效率，同时缩小体积。而借由合光棱镜130的配置，亦可将分别来自两个光源模块的第一光束L1及第二光束L2入射至匀光元件140的角度相近，亦可提升光均匀性。此外，借由两种不同种类的光源进行合光，还可以进一步减少激光光源所产生激光散斑的现象。
图3为本发明另一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图3。本实施例的照明系统100A类似于图2所显示的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，照明系统100A还包括光路补偿棱镜150，配置于第一光源模块110与合光棱镜130之间或合光棱镜130与匀光元件140之间。光路补偿棱镜150例如为透光棱镜，而合光棱镜130的折射率大于或等于光路补偿棱镜150的折射率。其中，光路补偿棱镜150与合光棱镜130具有间隔，光路补偿棱镜150用以对所通过的光束进行光程补偿。在图3的本实施例中，光路补偿棱镜150配置于合光棱镜130与匀光元件140之间，合光棱镜130的第二面S2与光路补偿棱镜150的朝向合光棱镜130的表面平行设置，来自第一光源模块110的第一光束L1由第一面S1进入合光棱镜130并在合光棱镜130内部传递至第二面S2出光，接续从光路补偿棱镜150朝向合光棱镜130的表面进入光路补偿棱镜150，并从光路补偿棱镜150朝向匀光元件140的表面离开光路补偿棱镜150，而来自第二光源模块120的第二光束L2由第三面S3进入合光棱镜130并于合光棱镜130的第一面S1全反射而传递至第二面S2出光，接续从光路补偿棱镜150朝向合光棱镜130的表面进入光路补偿棱镜150，并从光路补偿棱镜150朝向匀光元件140的表面离开光路补偿棱镜150，第一光束L1于光路补偿棱镜150内的光程大于第二光束L2于光路补偿棱镜150内的光程。如此一来，可使进入匀光元件140的光使用效率更进一步提升。
图4为本发明另一实施例的部分照明系统的示意图。请参考图4。本实施例的照明系统100B类似于图3的照明系统100A，两者不同之处在于，在本实施例中，光路补偿棱镜150配置于第一光源模块110与合光棱镜130之间，合光棱镜130的第一面S1与光路补偿棱镜150的朝向合光棱镜130的表面平行设置。第一光束L1从光路补偿棱镜150朝向第一光源模块110的表面进入光路补偿棱镜150，并从光路补偿棱镜150朝向合光棱镜130的该表面离开光路补偿棱镜150，接续由第一面S1进入合光棱镜130并在合光棱镜130内部传递至第二面S2出光，来自第二光源模块120的第二光束L2由第三面S3进入合光棱镜130并于合光棱镜130的第一面S1全反射而传递至第二面S2出光，光路补偿棱镜150没有位于第二光束L2的传递路径上，因此第二光束L2直接在合光棱镜130内全反射后，进入匀光元件140，而没有通过光路补偿棱镜150。如此一来，可使进入匀光元件140的光使用效率更进一步提升。
综上所述，在本发明的照明系统及投影装置中，照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件。其中，来自第一光源模块的第一光束由合光棱镜的第一面进入并传递至合光棱镜的第二面出光，来自第二光源模块的第二光束由合光棱镜的第三面进入并于第一面全反射而传递至第二面出光。并且进一步使得，第一光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域重叠于第二光束在匀光元件的入光面上所形成的光斑区域。另外，来自第一光源模块的第一光束的波段范围与来自第二光源模块的第二光束的波段范围至少有部分重叠，如此一来，借由合光棱镜的合光作用，可将具有部分重叠波段的两光束进行合光，相较于传统使用分色镀膜的方式可增加照明系统的光使用效率，同时缩小体积。
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发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，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，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件搜寻之用，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
10:投影装置
60:光阀
70:影镜头
100,100A,100B:照明系统
110:第一光源模块
112:激光发光元件
114:波长转换元件
116:分色元件
118:聚焦元件
120:第二光源模块
130合光棱镜
140匀光元件
150:光路补偿棱镜
160:聚焦元件
L1:第一光束
L2:第二光束
L3:激发光束
LB:照明光束
LI:影像光束
S1:第一面
S2:第二面
S3:第三面
S4:入光面

Claims (20)

1.一种照明系统，其特征在于，包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件，其中
所述第一光源模块用以提供第一光束；
所述第二光源模块用以提供第二光束；
所述合光棱镜配置于所述第一光束与所述第二光束的传递路径上，所述合光棱镜具有第一面、第二面以及第三面，来自所述第一光源模块的所述第一光束由所述第一面进入所述合光棱镜并传递至所述第二面出光，来自所述第二光源模块的所述第二光束由所述第三面进入所述合光棱镜并于所述合光棱镜的所述第一面全反射而传递至所述第二面出光；以及
所述匀光元件配置于来自所述合光棱镜的所述第一光束与所述第二光束的传递路径上，所述匀光元件具有入光面，其中所述照明光束包括所述第一光束及所述第二光束的至少其一，且所述第一光束在所述匀光元件的所述入光面上所形成的光斑区域重叠于所述第二光束在所述匀光元件的所述入光面上所形成的光斑区域。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一光源模块与所述第二光源模块不同，所述第一光源模块为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中一个，且所述第二光源模块为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中另一个。
3.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述激发荧光模块包括激光发光元件以及波长转换元件，所述激光发光元件用以提供激发光束，所述激发光束传递至所述波长转换元件而被转换为所述第一光束或所述第二光束。
4.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述合光棱镜包括抗反射镀膜，形成于所述第一面、第二面以及第三面。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，还包括光路补偿棱镜，配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间或所述合光棱镜与所述匀光元件之间。
6.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述合光棱镜的折射率大于所述光路补偿棱镜的折射率。
7.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，所述光路补偿棱镜与所述合光棱镜具有间隔。
8.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，当所述光路补偿棱镜配置于所述合光棱镜与所述匀光元件之间，所述第一光束于所述光路补偿棱镜内的光程大于所述第二光束于所述光路补偿棱镜内的光程。
9.根据权利要求5所述的照明系统，其特征在于，当所述光路补偿棱镜配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间，所述光路补偿棱镜没有位于所述第二光束的传递路径上。
10.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，还包括聚焦元件，配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间或所述第二光源模块与所述合光棱镜之间。
11.一种投影镜头，其特征在于，包括照明系统、至少一个光阀以及投影镜头，其中
所述照明系统用以提供照明光束，所述照明系统包括第一光源模块、第二光源模块、合光棱镜以及匀光元件，其中
所述第一光源模块用以提供第一光束；
所述第二光源模块用以提供第二光束；
所述合光棱镜配置于所述第一光束与所述第二光束的传递路径上，所述合光棱镜具有第一面、第二面以及第三面，来自所述第一光源模块的所述第一光束由所述第一面进入所述合光棱镜并传递至所述第二面出光，来自所述第二光源模块的所述第二光束由所述第三面进入所述合光棱镜并于所述合光棱镜的所述第一面全反射而传递至所述第二面出光；以及
所述匀光元件配置于来自所述合光棱镜的所述第一光束与所述第二光束的传递路径上，所述匀光元件具有入光面，其中所述照明光束包括所述第一光束以及所述第二光束的至少其一，且所述第一光束在所述匀光元件的所述入光面上所形成的光斑区域重叠于所述第二光束在所述匀光元件的所述入光面上所形成的光斑区域；
所述至少一个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为影像光束；以及
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置。
12.根据权利要求11所述的投影镜头，其特征在于，所述第一光源模块与所述第二光源模块不同，所述第一光源模块为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中一个，且所述第二光源模块为激光二极管模块、激发荧光模块、发光二极管模块的其中另一个。
13.根据权利要求12所述的投影镜头，其特征在于，所述激发荧光模块包括激光发光元件以及波长转换元件，所述激光发光元件用以提供激发光束，所述激发光束传递至所述波长转换元件而被转换为所述第一光束或所述第二光束。
14.根据权利要求11所述的投影镜头，其特征在于，所述合光棱镜包括抗反射镀膜，形成于所述第一面、第二面及第三面。
15.根据权利要求11所述的投影镜头，其特征在于，所述照明系统还包括光路补偿棱镜，配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间或所述合光棱镜与所述匀光元件之间。
16.根据权利要求15所述的投影镜头，其特征在于，所述合光棱镜单元的折射率大于所述光路补偿棱镜的折射率。
17.根据权利要求15所述的投影镜头，其特征在于，所述光路补偿棱镜与所述合光棱镜具有间隔。
18.根据权利要求15所述的投影镜头，其特征在于，当所述光路补偿棱镜配置于所述合光棱镜与所述匀光元件之间，所述第一光束于所述光路补偿棱镜内的光程大于所述第二光束于所述光路补偿棱镜内的光程。
19.根据权利要求15所述的投影镜头，其特征在于，当所述光路补偿棱镜配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间，所述光路补偿棱镜没有位于所述第二光束的传递路径上。
20.根据权利要求11所述的投影镜头，其特征在于，所述照明系统还包括聚焦元件，配置于所述第一光源模块与所述合光棱镜之间或所述第二光源模块与所述合光棱镜之间。
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