CN209746344U - 光学元件及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种光学元件，配置于匀光元件与汇聚透镜之间。光学元件具有至少两个区。至少两个区包括第一区与第二区，其中第一区与第二区分别将透过第一区所形成的第一光束和透过第二区所形成的第二光束的聚焦位置调整至大体上相同的位置。第一光束与第二光束具有不同波长，且第一区与第二区符合以下条件的至少其中一者：第一区与第二区的厚度为不相同；以及第一区与第二区的折射率为不相同。一种包括上述光学元件的投影装置也被提出。本实用新型的光学元件可消除不同波长的光束在通过汇聚透镜之后产生的纵向色差，本实用新型的投影装置具有良好的成像品质。

Description

光学元件及投影装置

技术领域

本实用新型是有关于一种光学元件及应用该光学元件的投影装置。

背景技术

投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束透过光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投影至屏幕上，以形成影像画面。为了形成照明光束，照明系统将具有不同色光的多个光束沿相同光轴入射至聚焦透镜，使光束聚集后进入光积分柱，再经由光积分柱进行匀光后将照明光束投向光阀。

然而，由于透镜对于不同波长的光束具有不同的折射率，其中对于波长较长的光束，透镜的折射率较低，对于波长较短的光束，透镜的折射率较高，导致透镜对于不同波长的光束的焦距不相同。因此，具有不同色光的多个光束在光积分柱前无法聚焦在光轴上的同一位置，形成纵向色差，进而导致光积分柱无法有效的将光线均匀化。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，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的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实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。

实用新型内容

本实用新型提供一种光学元件，可消除不同波长的光束在通过汇聚透镜之后所产生的纵向色差。

本实用新型提供一种投影装置，具有良好的成像品质。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型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，本实用新型的一实施例提出一种光学元件，配置于匀光元件与汇聚透镜之间。光学元件具有至少两个区。至少两个区包括第一区与第二区，其中第一区与第二区分别将透过第一区所形成的第一光束和透过第二区所形成的第二光束的聚焦位置调整至大体上相同的位置。第一光束与第二光束具有不同波长，且第一区与第二区符合以下条件的至少其中一者：第一区与第二区的厚度为不相同；以及第一区与第二区的折射率为不相同。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提出一种投影装置，包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用于发出照明光束。照明系统包括光源模块、汇聚透镜、匀光元件以及上述的光学元件。汇聚透镜配置于光源光束的传递路径上。匀光元件配置于来自汇聚透镜的光源光束的传递路径上。光阀配置于照明光束的传递路径上，以将照明光束调制成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。

基于上述，由于本实用新型的实施例的光学元件的第一区与第二区符合以下条件的至少其中一者：第一区与第二区的厚度为不相同；以及第一区与第二区的折射率为不相同。也就是说，透过调整光学元件的第一区与第二区的厚度和/或折射率，可以分别对透过第一区与第二区所形成的具有不同波长的光束的聚焦位置来进行调整。因此，光学元件的第一区与第二区可分别将透过第一区所形成的第一光束和透过第二区所形成的第二光束的聚焦位置调整至大体上相同的位置，进而消除不同波长的光束在通过汇聚透镜之后所产生的纵向色差，以改善色均匀度。本实用新型的实施例的投影装置因包括上述的光学元件，因此可具有良好的成像品质。

为让本实用新型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是依照本实用新型的第一实施例的一种投影装置的示意图。

图2A是依照本实用新型的一实施例的一种波长转换元件的前视示意图。

图2B是依照本实用新型的另一实施例的波长转换元件的前视示意图。

图3A是依照本实用新型的一实施例的一种光学元件的前视示意图。

图3B是图3A中的光学元件的斜视分解图。

图4A是依照本实用新型的另一实施例的光学元件的前视示意图。

图4B是图4A中的光学元件的斜视图。

图5A是依照本实用新型的又一实施例的光学元件的前视示意图。

图5B是图5A中的光学元件的斜视分解图。

图6A是依照本实用新型的再一实施例的光学元件的前视示意图。

图6B是图6A中的光学元件的斜视图。

图7是依照本实用新型的第二实施例的一种投影装置的示意图。

图8A是依照本实用新型的一实施例的一种波长转换元件的前视示意图。

图8B是依照本实用新型的另一实施例的波长转换元件的前视示意图。

图9是依照本实用新型的第三实施例的一种投影装置的示意图。

图10是依照本实用新型的一实施例的一种光学元件的前视示意图。

图11是依照本实用新型的另一实施例的光学元件的前视示意图。

图12是依照本实用新型的又一实施例的光学元件的前视示意图。

图13是依照本实用新型的再一实施例的光学元件的前视示意图。

图14是说明光束的聚焦位置的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之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，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实用新型。

图1是依照本实用新型的第一实施例的一种投影装置的示意图。请先参照图1，本实施例的投影装置200包括照明系统100、光阀210以及投影镜头220。照明系统100用于发出照明光束IB。光阀210配置于照明光束IB的传递路径上，以将照明光束IB调变成影像光束IMB。投影镜头220配置于影像光束IMB的传递路径上，并用于将影像光束IMB投射至屏幕或墙壁(未绘示)上，以形成影像画面。由于这些不同颜色的照明光束IB照射在光阀210上后，光阀210依时序将不同颜色的照明光束IB转换成影像光束IMB并传递至投影镜头220，因此，光阀210所转换出的影像光束IMB被投射出投影装置200的影像画面便能够成为彩色画面。

在本实施例中，光阀210例如为数字微镜元件(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面板或其他空间光调变器。在本实施例中，投影镜头220例如是包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等非平面镜片或其各种组合。本实用新型对投影镜头220的型态及其种类并不加以限制。

在本实施例中，照明系统100包括光源模块110、波长转换元件120、汇聚透镜130、匀光元件140与光学元件150。光源模块110用于发出光源光束LB。波长转换元件120、汇聚透镜130、匀光元件140与光学元件150皆配置于光源光束LB的传递路径上。光学元件150配置于匀光元件140与汇聚透镜150之间。

在本实施例中，光源模块110泛指为可发出短波长光束的光源，短波长光束的峰值波长(Peak Wavelength)例如是落在蓝光的波长范围或紫外光的波长范围内，其中峰值波长被定义为光强度最大处所对应的波长。光源模块110包括激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或者是上述两者其中之一所构成的阵列(arrayor bank)或群组(group)，本实用新型并不局限于此。在本实施例中，光源模块110为包括激光二极管的激光发光元件。举例而言，光源模块110例如可为蓝光激光二极管阵列(BlueLaser diode Bank)，光源光束LB则为蓝光激光光束，但本实用新型并不局限于此。

图2A是依照本实用新型的一实施例的一种波长转换元件的前视示意图。图2B是依照本实用新型的另一实施例的波长转换元件的前视示意图。图1中的波长转换元件120可以是图2A所示的波长转换元件120A和图2B所示的波长转换元件120B中的其中任一者。

请参照图1与图2A，在本实施例中，波长转换元件120A为可旋转的盘状元件，例如为荧光粉轮(phosphor wheel)。波长转换元件120A包括波长转换区122与光学区124，且可使传递至波长转换区122的短波长光束转换成长波长光束。具体来说，波长转换元件120A包括基板S，基板S具有环状排列的波长转换区122与光学区124，且基板S例如是反射基板。波长转换区122内设置有至少一波长转换物质(图2A是以一种波长转换物质CM为例)，波长转换物质CM例如是产生黄光光束的荧光粉。光学区124例如是穿透区，其可以是嵌设于基板S中的透明板所形成的区域，或者是穿透基板S的穿孔。在本实施例中，波长转换区122与光学区124轮流切入光源光束LB的传递路径。当波长转换区122切入光源光束LB的传递路径上时，波长转换物质CM被光源光束LB激发而发出转换光束CB，且转换光束CB被基板S反射。转换光束CB例如是黄光光束。当光学区124切入光源光束LB的传递路径上时，光源光束LB穿透波长转换元件120A的光学区124而从光学区124输出。

请参照图1与图2B，图2B中的波长转换元件120B与图2A中的波长转换元件120A相似，其差异在于，图2B中的波长转换元件120B的波长转换区122内设置有两种波长转换物质。详细来说，波长转换元件120B的波长转换区122具有第一转换区122a与第二转换区122b，第一转换区122a与第二转换区122b分别设置有两种不同的波长转换物质CM1与波长转换物质CM2，其中波长转换物质CM1例如是产生绿光光束的荧光粉，波长转换物质CM2例如是产生黄光光束或红光光束的荧光粉。当波长转换区122的第一转换区122a切入光源光束LB的传递路径上时，波长转换物质CM1被光源光束LB激发而发出例如是绿光光束的转换光束CB，当波长转换区122的第二转换区122b切入光源光束LB的传递路径上时，波长转换物质CM2被光源光束LB激发而发出例如是黄光光束或红光光束的转换光束CB，但本实用新型不局限于此。

图3A是依照本实用新型的一实施例的一种光学元件的前视示意图。图3B是图3A中的光学元件的斜视分解图。图4A是依照本实用新型的另一实施例的光学元件的前视示意图。图4B是图4A中的光学元件的斜视图。图5A是依照本实用新型的又一实施例的光学元件的前视示意图。图5B是图5A中的光学元件的斜视分解图。图6A是依照本实用新型的再一实施例的光学元件的前视示意图。图6B是图6A中的光学元件的斜视图。图1中的光学元件150可以是图3A与图3B所示的光学元件150A、图4A与图4B所示的光学元件150B、图5A与图5B所示的光学元件150C和图6A与图6B所示的光学元件150D中的其中任一者。

请先参照图3A与图3B，在本实施例中，光学元件150A为可旋转的盘状元件，例如为滤光色轮(filter wheel)。光学元件150A用于滤除(反射或吸收)特定波长范围的光束之外的光束且使此特定波长范围的光束通过，可以提升色光的色纯度，以形成照明光束IB。光学元件150A包括第一区152、第二区154及第三区156。第一区152、第二区154及第三区156的至少其中一者为滤光区。举例来说，第一区152可以是透光区，且例如配置有扩散片(diffuser)、扩散粒子或扩散结构，用于减少或消除光源光束LB的激光光斑(laserspeckle)现象。第一区152也可以是蓝光滤光区，用于使具有蓝光波段范围的光束穿透且滤除其他波段范围的光束。第二区154可以是绿光滤光区，用于使具有绿光波段范围的光束穿透且滤除其他波段范围的光束。第三区156可以是红光滤光区，用于使具有红光波段范围的光束穿透且滤除其他波段范围的光束。

详细来说，在本实施例中，光学元件150A用于绕着其转轴转动，以使光学元件150A的第一区152和光学元件150A的第二区154及第三区156依序分别切入来自波长转换元件120的光源光束LB和转换光束CB的传递路径上。当第一区152切入光源光束LB的传递路径时，光源光束LB通过第一区152或者被过滤而形成蓝光光束。当第二区154及第三区156依序切入转换光束CB的传递路径时，转换光束CB依序被过滤而形成绿光光束及红光光束。需说明的是，当图1中的波长转换元件120是图2A所示的波长转换元件120A时，光学元件150A的第一区152对应于波长转换元件120A的光学区124，光学元件150A的第二区154及第三区156对应于波长转换元件120A的波长转换区122。当图1中的波长转换元件120是图2B所示的波长转换元件120B时，光学元件150A的第一区152对应于波长转换元件120B的光学区124，光学元件150A的第二区154及第三区156分别对应于波长转换元件120B的第一转换区122a与第二转换区122b。此处，光学元件150A的第一区152、第二区154及第三区156的面积可以为不相同，也可以为相同。

在本实施例中，第一区152、第二区154及第三区156符合以下条件的至少其中一者：第一区152、第二区154及第三区156中的至少其中两者的厚度为不相同；以及第一区152、第二区154及第三区156中的至少其中两者的折射率为不相同。光学元件150A的第一区152和光学元件150A的第二区154及第三区156分别将光源光束LB和转换光束CB的聚焦位置调整至大体上相同的位置。进一步来说，第一区152、第二区154及第三区156分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)、透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)及透过第三区156所形成的第三光束(例如是红光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。此处，聚焦位置可以是光束所形成的光斑具有最小尺寸的位置，但须注意的是，不同光束各自的光斑的最小尺寸不会相同，例如转换光束CB的光斑的最小尺寸可能会比光源光束LB的光斑的最小尺寸更大一点，因为转换光束CB会有散射的情况。如此一来，在一实施例中，上述具有不同波长的光束的光斑在相同的聚焦位置上可具有各自的最小尺寸。

为了说明性目的，特意绘示图14来说明光学元件的厚度和/或折射率与光束的聚焦位置之间的关系。请参照图14，当光束L仅通过汇聚透镜CL后，光束L会聚焦在光轴OA上的聚焦位置P。若设置光学元件OE于汇聚透镜CL后，则光束L在通过汇聚透镜CL和光学元件OE后，光束L会聚焦在光轴OA上的聚焦位置P’。聚焦位置P和聚焦位置P’之间的位移量D为(n-1)t/n，其中n为光学元件OE对于光束LB的折射率的数值，t为光学元件OE的厚度T的数值。因此，透过光学元件OE的折射率和厚度T的调整，可改变光束L的聚焦位置P’。进一步而言，光学元件OE对于光束LB的折射率的数值n越大，可使位移量D越大，并且，光学元件OE的厚度T的数值t越大，可使位移量D越大。

也就是说，透过调整光学元件150A的第一区152、第二区154及第三区156的厚度和/或折射率，可以分别对透过第一区152、第二区154及第三区156所形成的具有不同波长的光束的聚焦位置来进行调整。因此，光学元件150A的第一区152、第二区154及第三区156可分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)、透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)及透过第三区156所形成的第三光束(例如是红光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置，进而消除不同波长的光束在通过汇聚透镜130之后所产生的纵向色差，以改善色均匀度。

在本实施例中，透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)的波长例如是小于透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)的波长，透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)的波长例如是小于透过第三区156所形成的第三光束(例如是红光光束)的波长。由于透镜对于波长较长的光束具有较低的折射率，会使波长较长的光束经过透镜后聚焦于距透镜相对较远处，而由于透镜对于波长较短的光束具有较高的折射率，会使波长较短的光束经过透镜后聚焦于距透镜相对较近处。因此，在一实施例中，第一区152的厚度T1可以大于第二区154的厚度T2，且第二区154的厚度T2可以大于第三区156的厚度T3，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量，且使透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第三区156所形成的第三光束可被调整的聚焦位置的位移量。在一实施例中，第一区152的折射率可以大于第二区154的折射率，且第二区154的折射率可以大于第三区156的折射率，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量，且使透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第三区156所形成的第三光束可被调整的聚焦位置的位移量。须注意的是，即使图3B绘示厚度T1、T2及T3不相同，但在本实施例中，厚度T1、T2及T3可为相同，亦即，可仅借由使第一区152、第二区154及第三区156的折射率不同来分别调整第一光束、第二光束及第三光束的聚焦位置的位移量。在一实施例中，第一区152的厚度T1可以大于第二区154的厚度T2，且第二区154的厚度T2可以大于第三区156的厚度T3，并且同时第一区152的折射率可以大于第二区154的折射率，且第二区154的折射率可以大于第三区156的折射率，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量，且使透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第三区156所形成的第三光束可被调整的聚焦位置的位移量。

详细来说，光学元件150A的第一区152、第二区154及第三区156可分别由不同材料所制成，以分别形成具有不同折射率的区域。在本实施例中，第一区152、第二区154及第三区156的材料包括混合有不同物质的光学玻璃。第一区152、第二区154及第三区156的折射率例如落在1.35至2.35的范围内。此处的折射率指的是介质在夫朗和斐谱线D(FraunhoferD line)的折射率Nd。举例来说，当第一区152、第二区154及第三区156的厚度均相等且例如为0.7毫米时，第一区152的材料可以是光学玻璃BaK5(barium crown 5，折射率约为1.557)，第二区154的材料可以是光学玻璃BaLF5(barium light flint 5，折射率约为1.547)，第三区156的材料可以是光学玻璃BK7(borosilicate crown 7，折射率约为1.517)，然本实用新型不局限于此。

此外，在本实施例中，光学元件150A的第一区152与第二区154的厚度差、第二区154与第三区156的厚度差或第一区152与第三区156的厚度差例如为小于等于1.0毫米。举例来说，当第一区152、第二区154及第三区156的材料例如为光学玻璃BK7时，第一区152的厚度T1可以是0.7毫米，第二区154的厚度T2可以是0.69毫米，第三区156的厚度T3可以是0.685毫米，其中第一区152与第二区154的厚度差为0.01毫米，第二区154与第三区156的厚度差为0.005毫米，第一区152与第三区156的厚度差为0.015毫米，然本实用新型不局限于此。

请参照图4A和图4B，图4A和图4B中的光学元件150B与图3A和图3B中的光学元件150A相似，其差异在于，图3A和图3B中的光学元件150A用于绕着其转轴转动，以使第一区152、第二区154及第三区156依序分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)、透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)及透过第三区156所形成的第三光束(例如是红光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。本实施例的光学元件150B用于在垂直光轴的平面上移动，以使第一区152、第二区154及第三区156依序分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)、透过第二区154所形成的第二光束(例如是绿光光束)及透过第三区156所形成的第三光束(例如是红光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。详细来说，光学元件150B可连接于致动器(例如马达)，使光学元件150B沿至少一维方向运动。在本实施例中，光学元件150B例如沿着图4A中的上下方向移动。在其他实施例中，光学元件150B也可以沿着图4A中的上下方向移动，并同时沿着图4A中的左右方向小幅度移动，然本实用新型不局限于此。此外，须注意的是，即使图4B绘示厚度T1、T2及T3不相同，但在某些实施例中，厚度T1、T2及T3可为相同。

请参照图5A和图5B，图5A和图5B中的光学元件150C与图3A和图3B中的光学元件150A相似，其差异在于，图5A和图5B中的光学元件150C仅具有第一区152和第二区154。举例来说，第一区152可以是透光区，且例如配置有扩散片(diffuser)、扩散粒子或扩散结构，用于减少或消除光源光束LB的激光光斑(laser speckle)现象。第一区152也可以是蓝光滤光区，用于使具有蓝光波段范围的光束穿透且滤除其他波段范围的光束。第二区154可以是黄光滤光区，用于使具有黄光波段范围的光束穿透且滤除其他波段范围的光束。

详细来说，在本实施例中，光学元件150C用于绕着其转轴转动，以使光学元件150C的第一区152和第二区154依序分别切入来自波长转换元件120的光源光束LB和转换光束CB的传递路径上。当第一区152切入光源光束LB的传递路径时，光源光束LB通过第一区152或者被过滤而形成蓝光光束。当第二区154切入转换光束CB的传递路径时，转换光束CB被过滤而形成黄光光束。需说明的是，此实施例所对应的波长转换元件120是图2A所示的波长转换元件120A，其中光学元件150C的第一区152对应于波长转换元件120A的光学区124，光学元件150C的第二区154对应于波长转换元件120A的波长转换区122。

在本实施例中，第一区152及第二区154符合以下条件的至少其中一者：第一区152及第二区154的厚度为不相同；以及第一区152及第二区154的折射率为不相同。第一区152和第二区154分别将光源光束LB和转换光束CB的聚焦位置调整至大体上相同的位置。进一步来说，第一区152及第二区154分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)和透过第二区154所形成的第二光束(例如是黄光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。

在本实施例中，透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)的波长例如是小于透过第二区154所形成的第二光束(例如是黄光光束)的波长。因此，在一实施例中，第一区152的厚度T1可以大于第二区154的厚度T4，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量。在一实施例中，第一区152的折射率可以大于第二区154的折射率，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量。须注意的是，即使图5B绘示厚度T1及T4不相同，但在本实施例中，厚度T1及T4可为相同，亦即，可仅借由使第一区152及第二区154的折射率不同来分别调整第一光束及第二光束的聚焦位置的位移量。在一实施例中，第一区152的厚度T1可以大于第二区154的厚度T4，且同时第一区152的折射率可以小于第二区154的折射率，以使透过第一区152所形成的第一光束可被调整的聚焦位置的位移量大于透过第二区154所形成的第二光束可被调整的聚焦位置的位移量。

请参照图6A和图6B，图6A和图6B中的光学元件150D与图5A和图5B中的光学元件150C相似，其差异在于，图5A和图5B中的光学元件150C用于绕着其转轴转动，以使第一区152及第二区154依序分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)及透过第二区154所形成的第二光束(例如是黄光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。本实施例的光学元件150D用于在垂直光轴的平面上移动，以使第一区152及第二区154依序分别将透过第一区152所形成的第一光束(例如是蓝光光束)及透过第二区154所形成的第二光束(例如是黄光光束)的聚焦位置调整至大体上相同的位置。详细来说，光学元件150D可连接于致动器(例如马达)，使光学元件150D沿至少一维方向运动。在本实施例中，光学元件150D例如沿着图6A中的上下方向移动。在其他实施例中，光学元件150D也可以沿着图6A中的上下方向移动，并同时沿着图6A中的左右方向小幅度移动，然本实用新型不局限于此。此外，须注意的是，即使图6B绘示厚度T1及T4不相同，但在某些实施例中，厚度T1及T4可为相同。

当图1中的光学元件150是图5A与图5B所示的光学元件150C和图6A与图6B所示的光学元件150D中的其中任一者时，投影装置200可具有两个光阀，以将照明光束IB调变成影像光束IMB。

基于上述，本实用新型的实施例的光学元件150具有至少两个区(举例来说，光学元件150A和光学元件150B是以三个区为例，光学元件150C和光学元件150D是以两个区为例)，且至少两个区分别将透过至少两个区所形成的不同波长的光束的聚焦位置调整至大体上相同的位置，进而消除不同波长的光束在通过汇聚透镜130之后所产生的纵向色差，以改善色均匀度。本实用新型的实施例的投影装置200因包括上述的光学元件150，因此可具有良好的成像品质。需说明的是，在其他实施例中，光学元件150也可以具有四个或更多个区，本实用新型不局限于此。

值得一提的是，本实施例的光学元件150可同时具有滤光功能和调整光束聚焦位置的功能，而无须设置两个不同的元件来分别达到上述两种功能，因此不会额外增加投影装置200的体积。

请再参照图1，在本实施例中，照明系统100还包括合光模块160、光传递模块170以及多个透镜C1、C2、C3和C4。合光模块160位于光源模块110与波长转换元件120之间，且位于来自光源模块110的光源光束LB、穿透波长转换元件120的光源光束LB与来自波长转换元件120的转换光束CB的传递路径上。光传递模块170包括多个反射镜172和多个透镜174。光传递模块170位于穿透波长转换元件120的光源光束LB的传递路径上，且用于将穿透波长转换元件120的光源光束LB传递回合光模块160。多个透镜C1、C2、C3和C4用于调整照明系统100内部的光束路径。

具体来说，合光模块160可例如为分色镜(dichroic mirror,DM)或分色棱镜(dichroic prism)，而可对不同颜色的光束提供不同的光学作用。举例而言，合光模块160例如可让蓝色光束穿透，而对其他光束(例如红色、绿色或黄色光束)提供反射作用。在本实施例中，合光模块160可被设计为使光源光束LB穿透而反射转换光束CB。因此，合光模块160可将来自光源模块110的光源光束LB传递至波长转换元件120，且在光传递模块170将穿透波长转换元件120的光源光束LB传递回合光模块160后，合光模块160可将来自波长转换元件120的转换光束CB与穿透波长转换元件120的光源光束LB合并，并传递至汇聚透镜130及光学元件150。

在本实施例中，匀光元件140指可让通过此匀光元件140的光束均匀化的光学元件。在本实施例中，匀光元件140配置于来自合光模块160的光源光束LB与转换光束CB的传递路径上。在本实施例中，匀光元件140例如是积分柱(Integration Rod)。在其他实施例中，匀光元件140也可以是透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件。

在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。

图7是依照本实用新型的第二实施例的一种投影装置的示意图。图7的第二实施例的投影装置400包括照明系统300、光阀410以及投影镜头420。照明系统300用于发出照明光束IB。在图7所示的实施例中，光源模块310、汇聚透镜330、匀光元件340、光学元件350、光阀410以及投影镜头420的配置与作用方式类似于第一实施例的光源模块110、汇聚透镜130、匀光元件140、光学元件150、光阀210以及投影镜头220的配置与作用方式，于此不再赘述。请参照图7，本实施例的投影装置400与图1的投影装置200的主要差异在于，投影装置200的波长转换元件120为穿透式波长转换元件，而本实施例的波长转换元件320为反射式波长转换元件，且本实施例可不配置如同图1第一实施例中的光传递模块170。

图8A是依照本实用新型的一实施例的一种波长转换元件的前视示意图。图8B是依照本实用新型的另一实施例的波长转换元件的前视示意图。图7中的波长转换元件320可以是图8A所示的波长转换元件320A，也可以是图8B所示的波长转换元件320B。详细来说，波长转换元件120的光学区124为穿透区，而本实施例的波长转换元件320的光学区324为反射区，其中光学区324例如为基板S的一部分或者是具有高反射性的涂层(coating layer)，例如使用具有银的化合物的涂层。

请参照图7和图8A，在本实施例中，波长转换区322与光学区324轮流切入光源光束LB的传递路径。当波长转换区322切入光源光束LB的传递路径上时，波长转换物质CM被光源光束LB激发而发出转换光束CB，且转换光束CB被基板S反射。当光学区324切入光源光束LB的传递路径上时，光源光束LB被波长转换元件320A的光学区324反射而从光学区324输出。

请参照图7和图8B，在本实施例中，波长转换区322的第一转换区322a和第二转换区322b与光学区324轮流切入光源光束LB的传递路径。当波长转换区322的第一转换区322a和第二转换区322b依序切入光源光束LB的传递路径上时，波长转换物质CM1和波长转换物质CM2依序被光源光束LB激发而发出转换光束CB，且转换光束CB被基板S反射。当光学区324切入光源光束LB的传递路径上时，光源光束LB被波长转换元件320B的光学区324反射而从光学区324输出。

在本实施例中，照明系统300的合光模块360包括分色单元362以及反射单元364。合光模块360位于光源模块310与波长转换元件320之间，且位于来自光源模块310的光源光束LB和来自波长转换元件320的转换光束CB和光源光束LB的传递路径上。反射单元364配置于分色单元362的邻近光源模块310的一侧。合光模块360可将来自波长转换元件320的转换光束CB与光源光束LB合并。具体来说，分色单元362可为分色镜(dichroic mirror,DM)或分色棱镜(dichroic prism)，而可对不同颜色的光束提供不同的光学作用。反射单元364可为反射镜。举例而言，分色单元362例如可让蓝色光束穿透，而对其他光束(例如红色、绿色或黄色光束)提供反射作用。在本实施例中，分色单元362例如可被设计为使光源光束LB穿透而反射转换光束CB。因此，分色单元362可将来自光源模块310的光源光束LB传递至波长转换元件320，且允许被波长转换元件320反射的光源光束LB通过并传递至反射单元364，接着光源光束LB被反射单元364反射并穿透分色单元362而传递至聚焦透镜330与光学元件350。也就是说，分色单元362可将来自波长转换元件320的转换光束CB与被反射单元364反射的光源光束LB合并且传递至聚焦透镜330与光学元件350。

本实施例的光学元件350相同或相似于图1中的光学元件150，其可以是图3A与图3B所示的光学元件150A、图4A与图4B所示的光学元件150B、图5A与图5B所示的光学元件150C和图6A与图6B所示的光学元件150D中的其中任一者，相同的描述可参考第一实施例，于此不再赘述。

图9是依照本实用新型的第三实施例的一种投影装置的示意图。图9的第三实施例的投影装置600包括照明系统500、光阀610以及投影镜头620。照明系统500用于发出照明光束IB。在图9所示的实施例中，汇聚透镜530、匀光元件540、光阀610以及投影镜头620的配置与作用方式类似于第一实施例的汇聚透镜130、匀光元件140、光阀210以及投影镜头220的配置与作用方式，于此不再赘述。

请参照图9，本实施例的投影装置600与图1的投影装置200的主要差异在于，本实施例的光源模块510所发出的光源光束LB包括具有不同波长的第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3，且本实施例可不配置如同图1第一实施例中的波长转换元件120。具体来说，光源模块510包括第一光源512、第二光源514和第三光源516。第一光源512、第二光源514和第三光源516分别发出具有不同波长的第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3。第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3例如各自为蓝光光束、绿光光束和红光光束的其中一种。在一实施例中，光源模块510的第一光源512、第二光源514和第三光源51分别为激光二极管(Laser Diode,LD)所构成的阵列或群组。在另一实施例中，光源模块510的第一光源512、第二光源514和第三光源51分别为发光二极管(Light Emitting Diode,LED)所构成的阵列或群组。

在本实施例中，照明系统500可包括控制器(未示出)来分别控制第一光源512、第二光源514和第三光源516的开关，以使第一光源512、第二光源514和第三光源516依序分别发出第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3。本实施例可透过时序控制来让光学元件550的特定区块对应特定光源，因此光源的摆放位置可具有较大的自由度。

图10是依照本实用新型的一实施例的一种光学元件的前视示意图。图11是依照本实用新型的另一实施例的光学元件的前视示意图。图12是依照本实用新型的又一实施例的光学元件的前视示意图。图13是依照本实用新型的再一实施例的光学元件的前视示意图。图9中的光学元件550可以是图10所示的光学元件550A、图11所示的光学元件550B、图12所示的光学元件550C和图13所示的光学元件550D中的其中任一者。

请参照图10与图11，图10的光学元件550A与图3A与图3B的光学元件150A相似，图11的光学元件550B与图4A与图4B的光学元件150B相似，其差异在于，由于本实施例的光源模块510可发出具有不同波长的光束，因此光学元件550(图10的光学元件550A或图11的光学元件550B)的第一区552、第二区554及第三区556可不为滤光区。

在本实施例中，光学元件550用于绕着其转轴转动(如图10的光学元件550A所示)或在垂直光轴的平面上移动(如图11的光学元件550B所示)，以使光学元件550A的第一区552、第二区554及第三区556依序分别切入来自光源模块110的第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的传递路径上，且分别将第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的聚焦位置调整至大体上相同的位置。在一实施例中，当光源模块510为激光二极管所构成的阵列或群组时，光学元件550的第一区552、第二区554及第三区556可分别为扩散区，其例如配置有扩散片(diffuser)、扩散粒子或扩散结构。第一区552、第二区554及第三区556分别用于减少或消除第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的激光光斑(laser speckle)现象。在另一实施例中，当光源模块510为发光二极管所构成的阵列或群组时，光学元件550的第一区552、第二区554及第三区556可分别为透明区。

图10的光学元件550A和图11的光学元件550B的厚度与折射率的相关描述可以参考前述图3A与图3B的实施例和图4A与图4B的实施例，对应于较短波长光束的区域可具有较大的厚度和/或较大的折射率，对应于较长波长光束的区域可具有较小的厚度和/或较小的折射率，于此不再赘述。

请参照图12与图13，图12的光学元件550C与图5A与图5B的光学元件150C相似，图13的光学元件550D与图6A与图6B的光学元件150D相似，其差异在于，由于本实施例的光源模块510可发出具有不同波长的光束，因此光学元件550(图12的光学元件550C或图13的光学元件550D)的第一区552及第二区554可不为滤光区。

在本实施例中，光学元件550用于绕着其转轴转动(如图12的光学元件550C所示)或在垂直光轴的平面上移动(如图13的光学元件550D所示)，以使光学元件550A的第一区552及第二区554依序分别切入来自第一光源512的第一光源光束LB1与来自第二光源514和第三光源516的第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的传递路径上，且分别将第一光源光束LB1与第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的聚焦位置调整至大体上相同的位置。在一实施例中，当光源模块510为激光二极管所构成的阵列或群组时，光学元件550的第一区552及第二区554可分别为扩散区，其例如配置有扩散片(diffuser)、扩散粒子或扩散结构。第一区552用于减少或消除第一光源光束LB1的激光光斑(laser speckle)现象，第二区554用于减少或消除第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的激光光斑(laser speckle)现象。在另一实施例中，当光源模块510为发光二极管所构成的阵列或群组时，光学元件550的第一区552及第二区554可分别为透明区。

需说明的是，在本实施例中，第二光源光束LB2和第三光源光束LB3可为波长较相近的两种光束，因此可透过同一区来调整其聚焦位置。举例来说，第二光源光束LB2和第三光源光束LB3可分别为绿光光束和红光光束的其中一种，而第一光源光束LB1可为蓝光光束。或者，第二光源光束LB2和第三光源光束LB3可分别为蓝光光束和绿光光束的其中一种，而第一光源光束LB1可为红光光束。

图12的光学元件550C和图13的光学元件550D的厚度与折射率的相关描述可以参考前述图5A与图5B的实施例和图6A与图6B的实施例，对应于较短波长光束的区域可具有较大的厚度和/或较大的折射率，对应于较长波长光束的区域可具有较小的厚度和/或较小的折射率，于此不再赘述。

值得一提的是，当光源模块510为激光二极管所构成的阵列或群组时，本实施例的光学元件550可同时具有扩散功能和调整光束聚焦位置的功能，而无须设置两个不同的元件来分别达到上述两种功能，因此不会额外增加投影装置600的体积。

请再参照图9，在本实施例中，照明系统500的合光模块560包括反射单元562与分色单元564。反射单元562配置于第一光源光束LB1的传递路径上，分色单元564配置于来自反射单元562的第一光源光束LB1与来自第二光源514和第三光源516的第二光源光束LB2和第三光源光束LB3的传递路径上。反射单元562可为反射镜。分色单元564可为分色镜(dichroic mirror,DM)或分色棱镜(dichroic prism)。在本实施例中，分色单元564例如可被设计为使第一光源光束LB1穿透而反射第二光源光束LB2和第三光源光束LB3。因此，合光模块560可将第一光源光束LB1、第二光源光束LB2和第三光源光束LB3传递至汇聚透镜530与光学元件550。

综上所述，由于本实用新型的实施例的光学元件的第一区与第二区符合以下条件的至少其中一者：第一区与第二区的厚度为不相同；以及第一区与第二区的折射率为不相同。也就是说，透过调整光学元件的第一区与第二区的厚度和/或折射率，可以分别对透过第一区与第二区所形成的具有不同波长的光束的聚焦位置来进行调整。因此，光学元件的第一区与第二区可分别将透过第一区所形成的第一光束和透过第二区所形成的第二光束的聚焦位置调整至大体上相同的位置，进而消除不同波长的光束在通过汇聚透镜之后所产生的纵向色差，以改善色均匀度。本实用新型的实施例的投影装置因包括上述的光学元件，因此可具有良好的成像品质。

惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型之权利范围。此外，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：

100、300、500：照明系统

110、310、510：光源模块

120、120A、120B、320、320A、320B：波长转换元件

122、322：波长转换区

122a、322a：第一转换区

122b、322b：第二转换区

124、324：光学区

130、330、530、CL：汇聚透镜

140、340、540：匀光元件

150、150A、150B、150C、150D、350、550、550A、550B、550C、550D、OE：光学元件

152、552：第一区

154、554：第二区

156、556：第三区

160、360、560：合光模块

170：光传递模块

172：反射镜

174、C1、C2、C3、C4：透镜

200、400、600：投影装置

210、410、610：光阀

220、420、620：投影镜头

362、564：分色单元

364、562：反射单元

512：第一光源

514：第二光源

516：第三光源

CB：转换光束

CM、CM1、CM2：波长转换物质

D：位移量

IB：照明光束

IMB：影像光束

L：光束

LB：光源光束

LB1：第一光源光束

LB2：第二光源光束

LB3：第三光源光束

OA：光轴

P、P’：聚焦位置

S：基板

T、T1、T2、T3、T4：厚度。

Claims (24)

1.一种光学元件，其特征在于，所述光学元件配置于匀光元件与汇聚透镜之间，所述光学元件具有至少两个区，所述至少两个区包括第一区与第二区，其中所述第一区与所述第二区分别将透过所述第一区所形成的第一光束和透过所述第二区所形成的第二光束的聚焦位置调整至相同的位置，所述第一光束与所述第二光束具有不同波长，且所述第一区与所述第二区符合以下条件的至少其中一者：

(1)所述第一区与所述第二区的厚度为不相同；以及

(2)所述第一区与所述第二区的折射率为不相同。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，且所述第一区的厚度大于所述第二区的厚度。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，且所述第一区的折射率大于所述第二区的折射率。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件用于绕着其转轴转动，以依序使所述第一区与所述第二区分别将所述第一光束和所述第二光束的聚焦位置调整至相同的位置。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件用于在垂直光轴的平面上移动，以依序使所述第一区与所述第二区分别将所述第一光束和所述第二光束的聚焦位置调整至相同的位置。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一区与所述第二区的面积为不相同。

7.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一区与所述第二区的至少其中一者为滤光区。

8.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一区与所述第二区的至少其中一者为扩散区。

9.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一区与所述第二区的每一者仅为透明区。

10.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件的所述至少两个区还包括第三区，其中所述第一区、所述第二区及所述第三区分别将所述第一光束、所述第二光束及透过所述第三区所形成的第三光束的聚焦位置调整至相同的位置，且所述第一区、所述第二区及所述第三区符合以下条件的至少其中一者：

(1)所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，所述第二光束的波长小于所述第三光束的波长，且所述第一区的厚度大于所述第二区的厚度，所述第二区的厚度大于所述第三区的厚度；以及

(2)所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，所述第二光束的波长小于所述第三光束的波长，且所述第一区的折射率大于所述第二区的折射率，所述第二区的折射率大于所述第三区的折射率。

11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中：

所述照明系统用于发出照明光束，并且所述照明系统包括光源模块、汇聚透镜、匀光元件以及光学元件，其中：

所述光源模块用于发出光源光束；

所述汇聚透镜配置于所述光源光束的传递路径上；

所述匀光元件配置于来自所述汇聚透镜的所述光源光束的传递路径上；以及

所述光学元件配置于所述匀光元件与所述汇聚透镜之间，且位于所述光源光束的传递路径上，所述光学元件具有至少两个区，所述至少两个区包括第一区与第二区，其中所述第一区与所述第二区用于分别将具有不同波长的光束的聚焦位置调整至相同的位置，且所述第一区与所述第二区符合以下条件的至少其中一者：

(1)所述第一区与所述第二区的厚度为不相同；以及

(2)所述第一区与所述第二区的折射率为不相同；

所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束调制成影像光束；以及

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上。

12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括波长转换元件，所述波长转换元件包括波长转换区与光学区，所述波长转换区与所述光学区依序切入所述光源光束的传递路径上，且所述波长转换区设置有至少一波长转换物质，当所述波长转换区切入所述光源光束的传递路径上时，所述至少一波长转换物质被所述光源光束激发而发出转换光束，当所述光学区切入所述光源光束的传递路径上时，所述光源光束穿透所述光学区或被所述光学区反射，其中所述汇聚透镜与所述光学元件还配置于所述转换光束的传递路径上。

13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述光学元件用于绕着其转轴转动或在垂直光轴的平面上移动，以使所述第一区与所述第二区依序分别切入所述光源光束和所述转换光束的传递路径上，且所述第一区与所述第二区分别将所述光源光束与所述转换光束的聚焦位置调整至相同的位置。

14.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述第二区为滤光区。

15.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述第一区的厚度大于所述第二区的厚度。

16.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述第一区的折射率大于所述第二区的折射率。

17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光源光束包括具有不同波长的第一光源光束与第二光源光束。

18.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述光学元件用于绕着其转轴转动或在垂直光轴的平面上移动，以使所述第一区与所述第二区依序分别切入所述第一光源光束和所述第二光源光束的传递路径上，且所述第一区与所述第二区分别将所述第一光源光束与所述第二光源光束的聚焦位置调整至相同的位置。

19.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述第一区与所述第二区分别为扩散区。

20.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述第一区与所述第二区分别为透明区。

21.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述第一光源光束的波长小于所述第二光源光束的波长，且所述第一区的厚度大于所述第二区的厚度。

22.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述第一光源光束的波长小于所述第二光源光束的波长，且所述第一区的折射率大于所述第二区的折射率。

23.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第一区与所述第二区的面积为不相同。

24.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光学元件的所述至少两个区还包括第三区，其中所述第一区、所述第二区及所述第三区分别将透过所述第一区所形成的第一光束、透过所述第二区所形成的第二光束及透过所述第三区所形成的第三光束的聚焦位置调整至相同的位置，所述照明光束包括所述第一光束、所述第二光束及所述第三光束，且所述第一区、所述第二区及所述第三区符合以下条件的至少其中一者：

(1)所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，所述第二光束的波长小于所述第三光束的波长，且所述第一区的厚度大于所述第二区的厚度，所述第二区的厚度大于所述第三区的厚度；以及

(2)所述第一光束的波长小于所述第二光束的波长，所述第二光束的波长小于所述第三光束的波长，且所述第一区的折射率大于所述第二区的折射率，所述第二区的折射率大于所述第三区的折射率。