TW201736940A - 照明系統與投影裝置 - Google Patents

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Abstract

一種照明系統，包括光源、反射罩、波長轉換元件以及濾光元件。光源提供激發光束。反射罩具有焦點以及開孔。反射罩的焦點位於激發光束的傳遞路徑的延伸線上，開孔鄰近焦點。波長轉換元件穿設於開孔。波長轉換元件具有光作用區。波長轉換元件的光作用區配置於激發光束的傳遞路徑上，鄰近於反射罩的焦點，將激發光束轉換成轉換光束。反射罩配置於來自波長轉換元件的轉換光束的傳遞路徑上。濾光元件配置於來自反射罩的轉換光束的傳遞路徑上。來自反射罩的轉換光束傾斜地入射於濾光元件，濾光元件將轉換光束進行過濾。一種投影裝置亦被提出。

Description

照明系統與投影裝置
本發明是有關於一種照明系統與投影裝置。
投影機利用雷射光源所發出的雷射光來激發螢光輪中的螢光粉，藉由激發螢光粉以使螢光粉提供不同顏色的轉換光束。傳統上，在雷射光照射到螢光輪之前，會先通過分色鏡（Dichroic Mirror）再傳遞至螢光輪。分色鏡的功能例如是允許特定光波長範圍的光束穿透並反射另一特定光波長範圍的光束。當雷射光穿透分色鏡並傳遞至螢光輪的螢光粉時，螢光粉被雷射光所激發而發出不同波長的轉換光束，這些轉換光束沿著雷射光傳遞路徑的反方向傳遞至分色鏡，再被分色鏡所反射至投影機中的其他元件。分色鏡在初始的設計上是為了使對應於雷射光的波長穿透，並且使對應於螢光粉所激發的轉換光束波長反射，其並非用以使對應於雷射光的波長反射。因此，當部分雷射光未與螢光粉反應時，被螢光輪反射回分色鏡，雷射光會直接地穿透分色鏡並傳遞至原本的雷射光源處。
為了解決上述的問題，一般所使用的投影機是在螢光輪中設置許多額外的光學導引元件以及光路。穿透分色鏡後的雷射光會穿透螢光輪的透光區，並經由上述光學導引元件以及對應的光路引導，穿透分色鏡後的雷射光入射於分色鏡的方向會被改變，其方向會不同於原先雷射光入射分色鏡的方向。如此一來，穿透分色鏡後的雷射光經過上述光學導引元件會再一次入射並穿透分色鏡傳遞至投影機中的其他元件。然而，由於在投影機中使用上述的光學導引元件以及額外設計的光路，導致投影機的體積較大，且其成本較高。
此外，當雷射光持續照射螢光輪上的螢光粉時，則會產生大量的熱能，而導致螢光粉所產生的轉換光束隨著溫度提高而其強度大幅下降的現象，使得投影機的影像亮度隨著運作時間的增加而降低，導致投影機的可靠度（Reliability）較差。另一方面，在使用雷射光源的投影機中，光斑（Speckle）現象一直都是降低影像品質的重要因素之一，而此會造成投影機所投影出的影像品質不佳。如何解決上述問題，實為目前本領域研發人員研發的重點之一。
“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供一種照明系統，其具有體積小及光路設計簡單等優點。
本發明提供一種投影裝置，其具有上述的照明系統，並具有體積小及光路設計簡單等優點。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種投影裝置，其包括照明系統、光閥以及成像系統。照明系統包括至少一光源、反射罩、波長轉換元件以及濾光元件。至少一光源提供至少一激發光束。反射罩具有焦點以及開孔。反射罩的焦點位於激發光束的傳遞路徑的延伸線上，而開孔鄰近焦點。波長轉換元件穿設於開孔。波長轉換元件具有光作用區。波長轉換元件的光作用區配置於激發光束的傳遞路徑上，且鄰近於反射罩的焦點，並用以將激發光束轉換成轉換光束。反射罩配置於來自波長轉換元件的轉換光束的傳遞路徑上。濾光元件配置於來自反射罩的轉換光束的傳遞路徑上。來自反射罩的轉換光束傾斜地入射於濾光元件，且濾光元件用以將轉換光束過濾成照明光束。光閥配置於照明光束的傳遞路徑上，用以將照明光束轉換成影像光束。成像系統配置於影像光束的傳遞路徑上。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種照明系統，其包括至少一光源、反射罩、波長轉換元件以及濾光元件。至少一光源提供至少一激發光束。反射罩具有焦點以及開孔。反射罩的焦點位於激發光束的傳遞路徑的延伸線上，且開孔鄰近焦點。波長轉換元件穿設於開孔，且具有光作用區。波長轉換元件的光作用區配置於激發光束的傳遞路徑上，且鄰近於反射罩的焦點，並用以將激發光束轉換成轉換光束。反射罩配置於來自波長轉換元件的轉換光束的傳遞路徑上。濾光元件配置於來自反射罩的轉換光束的傳遞路徑上。來自反射罩的轉換光束傾斜地入射於濾光元件，且濾光元件用以將轉換光束進行過濾。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的波長轉換元件包括載板。波長轉換元件的光作用區位於載板的相對兩表面上。光作用區包括至少一波長轉換區以及光反射區。波長轉換區用以將激發光束轉換成轉換光束。光反射區用以反射激發光束。光反射區及波長轉換區輪流地切入激發光束的傳遞路徑。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的波長轉換元件包括第一載板及第二載板。波長轉換元件的光作用區位於第一載板遠離第二載板的表面及第二載板遠離第一載板的表面。光作用區包括至少一波長轉換區以及光反射區。波長轉換區用以將激發光束轉換成轉換光束。光反射區用以反射激發光束。光反射區及波長轉換區輪流地切入激發光束的傳遞路徑。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的波長轉換元件透光元件。光作用區包括至少一波長轉換區以及光穿透區。波長轉換區用以將激發光束轉換成轉換光束。光穿透區用以讓激發光束通過。光穿透區及波長轉換區輪流地切入激發光束的傳遞路徑。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的反射罩的表面為具有焦點的拋物面或局部的橢球面，用以反射來自波長轉換元件的轉換光束。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的照明系統更包括會聚透鏡。拋物面將來自波長轉換元件的轉換光束平行地反射至會聚透鏡，且會聚透鏡將來自拋物面的轉換光束會聚於濾光元件。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的該局部的橢球面的另一焦點遠離於波長轉換元件且鄰近於濾光元件。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的照明系統更包括至少一反射鏡。反射鏡配置於來自光源的激發光束的傳遞路徑上，並將激發光束傾斜地反射至波長轉換元件。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的照明系統更包括散熱模組。散熱模組用以對波長轉換元件進行散熱。
在本發明的照明系統與投影裝置的一實施例中，上述的波長轉換元件更具有間隙。間隙通過散熱模組。
在本發明的投影裝置的一實施例中，上述的投影裝置更包括光優化元件。光優化元件配置於濾光元件與光閥之間。
基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。本發明的實施例的照明系統透過將反射罩的焦點位於激發光束的傳遞路徑的延伸線上，因此光源所發出的激發光束會射往反射罩的焦點。在本發明的實施例中，由於波長轉換元件的光作用區鄰近於反射罩的焦點，當激發光束被波長轉換元件的光作用區轉換成轉換光束時，轉換光束所發出的位置（即光作用區）也鄰近於反射罩的焦點，如此，照明系統不需設置額外的光學導引元件或光路以導引激發光束。因此，本發明的實施例的照明系統具有體積小、光路設計簡單及低成本等優點。進一步來說，由於本發明的實施例的投影裝置包括上述的照明系統，因此本發明的實施例的投影裝置同樣地也具有體積小、光路設計簡單及低成本等優點。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖1，在本實施例中，投影裝置200包括照明系統100、光閥210（Light Value）以及成像系統220，照明系統100包括至少一光源110、反射罩120、波長轉換元件130以及濾光元件140。照明系統100中的至少一光源110提供至少一激發光束EB。在本實施例中，至少一光源110的數量為一個，而至少一激發光束EB為一道激發光束EB，但本發明不以此為限。反射罩120具有焦點120f以及開孔122。反射罩120的焦點120f位於激發光束EB的傳遞路徑的延伸線EL上。反射罩120的開孔122鄰近於反射罩120的焦點120f。波長轉換元件130穿設於開孔122，且具有光作用區132。波長轉換元件130的光作用區132配置於激發光束EB的傳遞路徑上，且鄰近於反射罩120的焦點120f。在本實施例中，波長轉換元件130的光作用區132的部分區域可通過反射罩120的焦點120f。波長轉換元件130的光作用區132用以將激發光束EB轉換成轉換光束CB。反射罩120配置於來自波長轉換元件130的轉換光束CB的傳遞路徑上，並將轉換光束CB反射至濾光元件140。濾光元件140配置於來自反射罩120的轉換光束CB’的傳遞路徑上。來自反射罩120的轉換光束CB’傾斜地入射於濾光元件140。在本實施例中，濾光元件140用以將被反射後的轉換光束CB’過濾成照明光束IB。光閥210配置於照明光束IB的傳遞路徑上，且光閥210用以將照明光束IB轉換成影像光束B。成像系統220配置於影像光束B的傳遞路徑上。
承上述，在本實施例中，波長轉換元件130用以將來自光源110所發出的激發光束EB依序轉換成多種不同顏色（例如是紅光、綠光、黃光）的轉換光束CB，但本發明並不以此為限。隨後，被反射罩120反射後的轉換光束CB’則被濾光元件140過濾成照明光束IB。在本實施例中，濾光元件140可將較寬的光波長頻譜範圍的轉換光束CB’過濾出較窄的光波長頻譜範圍的照明光束IB。如此，濾光元件140藉由對轉換光束CB’進行過濾的方式可有助於提昇照明系統100所提供的光束的色彩純度。接著，在本實施例中，光閥210可將來自濾光元件140的照明光束IB轉換成影像光束B，而後成像系統220可接收影像光束B並投射出影像光束B以產生影像畫面。
具體而言，在本實施例中，光源110例如是包括激發光源（未繪示）及聚光元件（未繪示）。激發光源例如是包括雷射二極體（Laser Diode）或者是發光二極體（Light Emitting Diode），本發明並不以此為限。在本實施例中，聚光元件用以使來自激發光源的光束會聚，以形成激發光束EB。聚光元件例如是凸透鏡或是多片透鏡的組合，本發明並不以此為限。光源110所發出的激發光束EB的波長頻譜範圍例如是藍光、紫外光或者是其他更短波長的光，本發明並不以此為限。
波長轉換元件130例如是螢光輪（Phosphor Wheel），本發明並不以此為限。濾光元件140例如是色輪（Filter Wheel），本發明並不以此為限。在本實施例中，光閥220例如是數位微鏡元件（Digital Micro-mirror Device, DMD），數位微鏡元件可將依序來自濾光元件140的不同顏色的照明光束IB依序轉換成對應顏色的影像光束B，本發明並不限於此。在其他實施例中，光閥220也可以是矽基液晶面板（Liquid-crystal-on Silicon Panel, LCOS panel）或者是液晶顯示面板（Liquid Crystal Display panel, LCD panel），本發明並不以此為限。成像系統220例如是投影鏡頭（Projection Lens），本發明並不以此為限。
由上述可知，相較於習知技術，本實施例的照明系統100不需使用額外的光學導引元件以導引激發光束EB。同時，本實施例的照明系統100也不需要設置額外的光路以導引激發光束EB。因此本實施例的照明系統100具有體積小及光路設計簡單等優點。進一步來說，由於本實施例的投影裝置200包括上述的照明系統100，因此本實施例的投影裝置200同樣地也具有體積小及光路設計簡單等優點。
請再參照圖1，在本實施例中，反射罩120的表面120S為具有焦點120f的局部的橢球面。在本實施例中，反射罩120的表面120S用以反射來自波長轉換元件130的轉換光束CB或者是激發光束EB，其中圖1中例如繪示反射罩120反射轉換光束CB時的樣貌但未繪示反射罩120反射激發光束EB時的樣貌。此局部的橢球面的另一焦點120f’遠離於波長轉換元件130，且鄰近於濾光元件140。在本實施例中，轉換光束CB會從鄰近於焦點120f附近的光作用區132發出，並被反射罩120的表面120S所反射而成為轉換光束CB’，然後再射往局部的橢球面的另一焦點120f’，並傳遞至濾光元件140。
下述實施例沿用前述實施例的部分內容，省略了相同技術內容的說明，關於相同的元件名稱可以參考前述實施例的部分內容，下述實施例不再重複贅述。
圖2繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖2，本實施例的投影裝置200a類似於圖1所繪示的投影裝置200，其主要差異在於：反射罩120的表面120S為具有焦點120f的拋物面，照明系統100a更包括會聚透鏡150。在本實施例中，反射罩120的表面120S用以反射來自波長轉換元件130的轉換光束CB或者是激發光束EB，其中圖2中例如繪示反射罩120反射轉換光束CB時的樣貌但未繪示反射罩120反射激發光束EB時的樣貌。在本實施例中，轉換光束CB會從鄰近於焦點120f附近的光作用區132發出，並被反射罩120的表面120S（即拋物面）所反射而成為平行的轉換光束CB’，然後轉換光束CB’平行地入射至會聚透鏡150。在本實施例中，會聚透鏡150將來自拋物面（即表面120S）的轉換光束CB’會聚至濾光元件140。
圖3繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖3，本實施例的投影裝置200b類似於圖1所繪示的投影裝置200，其主要差異在於：照明系統100b中的反射罩120具有透光部120T，透光部120T的位置對應於激發光束EB的傳遞路徑。具體而言，在本實施例中，激發光束EB經由反射罩120的透光部120T而射往反射罩120的焦點120f，其中透光部120T可為開孔、透明玻璃或透明塑膠，但本發明不以此為限。
圖4繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖4，本實施例的投影裝置200c類似於圖1所繪示的投影裝置200，其主要差異在於：投影裝置200c更包括光優化元件230，光優化元件230配置於濾光元件140與光閥210之間，且照明系統100c中的反射罩120的另一焦點120f’位於濾光元件140與光優化元件230之間。在本實施例中，光優化元件230包括積分柱（Rod，未顯示），積分柱位於來自濾光元件140的照明光束IB的傳遞路徑上，用以均勻化照明光束IB。在本實施例中，光優化元件230可更包括聚光元件（未顯示），聚光元件設置於積分柱與光閥210之間，用以將來自積分柱的均勻光束會聚成入射於光閥210的平行光束。如此一來，光優化元件230可將來自濾光元件140的照明光束IB優化為照明光束IB’。此外，在其他未繪示的實施例中，反射罩120的另一焦點120f’例如是位於濾光元件140與光閥210之間。較佳地，在本實施例中，反射罩120的另一焦點120f’例如是位於濾光元件140與光優化元件230中的積分柱之間；在部分未繪示的實施例中，反射罩120的另一焦點120f’也可位於光優化元件230中的積分柱的光入射端，本發明並不以此為限。
圖5繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖5，本實施例的投影裝置200d類似於圖1所繪示的投影裝置200，其主要差異在於：照明系統100d更包括反射鏡160。反射鏡160配置於光源110與波長轉換元件130之間，並且配置於來自光源110的激發光束EB的傳遞路徑上。反射鏡160用以改變激發光束EB的傳遞方向，以將來自光源110的激發光束EB反射至波長轉換元件130。在本實施例中，反射鏡160的數量例如是一個，本發明並不以此為限。在一些實施例中，反射鏡160的數量例如是多個，如以下圖6所示，本發明仍不以此為限。
圖6繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖6，本實施例的投影裝置200e類似於圖5所繪示的投影裝置200d，其主要差異在於：照明系統100e中的至少一光源110例如是多個光源110，至少一激發光束EB例如是多個激發光束EB，且例如是兩個光源110與兩道激發光束EB。在本實施例中，兩光源110分別發出兩道激發光束EB。在本實施例中，激發光束EB例如是先被反射鏡160反射再射往反射罩120的焦點120f。本實施例中以兩個光源110及兩道激發光束EB為示例，在其他的實施例中，根據不同的亮度需求可以機動地調整光源110以及激發光束EB的數量，例如三個或三個以上的光源110環繞地設置於反射罩120，本發明並不以此為限。
承上述，在其他的實施例中，激發光束EB例如是直接射往反射罩120的焦點120f，而不須經由反射鏡160，本發明並不以此為限。或者是，在部分的實施例中，激發光束EB例如是藉由反射罩120的透光部120T穿透反射罩120，並射往反射罩120的焦點120f，而不須經由反射鏡160，本發明並不以此為限。
於下文中會詳細地描述上述多個實施例中的波長轉換元件的不同實施方式。
簡單地說，在圖1至圖5所繪示的實施例中，光源110的數量示例性地繪示為一個，且激發光束EB示例性地繪示為一道；在圖6所繪示的實施例中，光源110的數量示例性地繪示為兩個，且激發光束EB示例性地繪示為兩道。然而，在其他未繪示的實施例中，依據不同的設計，也可設計為三個或三個以上的光源110環繞地設置於反射罩120，本發明並不以此為限。
圖7A繪示為上述多個實施例中的其中一種波長轉換元件的剖面示意圖。圖7B繪示為圖7A的波長轉換元件的上視圖。圖7C以及圖7D繪示為上述多個實施例中的另兩種波長轉換元件的上視圖。圖7E繪示為上述多個實施例中的另一種波長轉換元件的剖面示意圖。
請同時參照圖7A及圖7B，在本實施例中，波長轉換元件130a例如是螢光輪，其適於以中心轉軸O為軸心旋轉。在本實施例中，波長轉換元件130a包括載板131。在本實施例中，載板131例如是反射式載板或反光載板，其材質例如是由金屬、合金、陶瓷或其組合所製成。在本實施例中，波長轉換元件130a的光作用區132位於載板131的相對兩表面131s1、131s2上，光作用區132包括至少一波長轉換區132w以及光反射區132r。在本實施例中，當激發光束EB（如圖6所示）照射於光作用區132的波長轉換區132w時，波長轉換區132w將激發光束EB轉換成轉換光束CB，且轉換光束CB被波長轉換區132w反射；當激發光束EB（如圖6所示）照射光作用區132的光反射區132r時，光反射區132r用以反射激發光束EB。在本實施例中，波長轉換區132w的數量例如是三個，分別是黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2以及紅光波長轉換區132w3，但本發明亦不以此為限。在本實施例中，當波長轉換元件130a旋轉時，光反射區132r、黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3輪流地切入激發光束EB的傳遞路徑。此外，波長轉換區132w的數量也不限於三個。在一些實施例中，波長轉換區132w的數量例如是兩個（例如綠光波長轉換區及紅光波長轉換區），在部分實施例中，波長轉換區132w的數量例如是一個（例如藍光波長轉換區），本發明亦不以此為限。
具體而言，在本實施例中，黃光波長轉換區132w1中例如設置黃光波長轉換物質，以將激發光束EB轉換成黃色轉換光束CB。綠光波長轉換區132w2中例如設置綠光波長轉換物質，以將激發光束EB轉換成綠色轉換光束CB。紅光波長轉換區132w3中例如設置紅光波長轉換物質，以將激發光束EB轉換成綠色轉換光束CB。上述的波長轉換物質例如是包括螢光粉（Phosphor）或者是量子點（Quantum Dot），本發明並不以此為限。然而，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及光反射區132r的排列方式或區域面積比例等設計參數可端視實際設計需求而定，本發明的波長轉換元件130a不限於圖7B所繪示的型態。
在本實施例中，由於波長轉換元件130a的光作用區132位於載板131的相對兩表面131s1、131s2上，激發光束EB（如圖6及圖7A-7B所示）例如設計為傳遞至位於兩個不同表面的光作用區132上的兩道光束。由於轉換光束可在上述不同表面的光作用區上發出，因此，在相同影像亮度的輸出情況下，激發光束EB的光強度可以降低而使波長轉換區132w中的波長轉換物質所承受的能量密度降低，如此能有效避免波長轉換物質被激發光束EB長時間的照射下因過熱而導致發光效率降低的現象，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的可靠度。
此外，在一些實施例中，光反射區132r更具有散射功能。光反射區132r上例如設置散射反射物質，其中散射反射物質例如是硫酸鋇、氧化镁、氧化钛、氧化铝或其組合，本發明並不以此為限。當激發光束EB照射光反射區132r上的散射反射物質時，激發光束EB（例如是雷射光）會被均勻地散射，可以有效地降低激發光束EB的光斑（Speckle）現象，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的影像品質。
請參照圖7C，圖7C所繪示的波長轉換元件130b類似於圖7B的波長轉換元件130a，其主要差異在於：在本實施例中，波長轉換元件130b的光作用區132包括至少一波長轉換區132w及光穿透區132t。光穿透區132t例如是載板131的開口，以使激發光束EB通過，而通過光穿透區132t的激發光束EB再傳遞至反射罩120。此外，在一些實施例中，光穿透區132t中還可進一步設置透光物質，即在載板131的開口上設置透光物質以形成光穿透區132t，透光物質例如是透明的玻璃片或透光的擴散片，其中透光的擴散片用以對穿過光穿透區132t的激發光束EB產生擴散效果，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的影像品質。然而，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及光穿透區132t的排列方式或區域面積比例等設計參數可端視實際設計需求而定，本實施例的波長轉換元件130b不限於圖7C所繪示的型態。此外，波長轉換區132w的數量也不限於三個。
請參照圖7D，圖7D所繪示的波長轉換元件130c類似於圖7B的波長轉換元件130a，其主要差異在於：在本實施例中，光作用區132的至少一波長轉換區為黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4。黃光波長轉換區132w1中例如設置黃光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成黃色轉換光束CB；綠光波長轉換區132w2中例如設置綠光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成綠色轉換光束CB；紅光波長轉換區132w3中例如設置紅光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成綠色轉換光束CB；藍光波長轉換區132w4中例如設置藍光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成藍色轉換光束CB。在本實施例中，激發光束EB例如是具有第一波長的藍色激發光束，而由藍光波長轉換區132w4轉換而來的藍色轉換光束CB具有第二波長，第一波長小於第二波長。在其他實施例中，激發光束EB的波長範圍例如是低於藍光的波長範圍（例如是紫外光），以使藍光波長轉換物質能夠被激發而發出藍色轉換光束CB。然而，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4的排列方式或區域面積比例等設計參數可端視實際設計需求而定，本實施例的波長轉換元件130c不限於圖7D所繪示的型態。
請參照圖7E，圖7E所繪示的波長轉換元件130d類似於圖7A的波長轉換元件130a，其主要差異在於：在本實施例中，照明系統更包括散熱模組170。在本實施例中，散熱模組170固設於波長轉換元件130d上，以對波長轉換元件130d進行散熱。如此一來，散熱模組170可以將波長轉換物質被激發光束EB長時間的照射下所產生的熱加速排除，因過熱而導致發光效率降低的現象則相對應地減少，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的可靠度。在本實施例中，散熱模組170例如是在載板131內部所形成的散熱結構，如散熱鰭片，或設置於載板131內部的散熱元件，但本發明不以此為限。然而，在其他實施例中，散熱模組也可以採用同時固設於波長轉換元件130d上與鄰近地設置於波長轉換元件130d旁的方式，但本發明仍不以此為限。
圖8A繪示為上述多個實施例中的另一種波長轉換元件的剖面示意圖。圖8B繪示為圖8A的波長轉換元件的上視圖。圖8C以及圖8D繪示為上述多個實施例中的另兩種波長轉換元件的上視圖。圖8E繪示為上述多個實施例中的另一種波長轉換元件的剖面示意圖。
請同時參照圖8A及圖8B，在圖8A及圖8B中的波長轉換元件130e類似於圖7A及圖7B所繪示的波長轉換元件130a，其主要差異在於：在本實施例中，波長轉換元件130e包括第一載板131a1以及第二載板131a2，且波長轉換元件130e還具有間隙G，間隙G位於第一載板131a1及第二載板131a2之間。在本實施例中，波長轉換元件130e例如由相距間隙G的兩個螢光輪所形成，且兩個螢光輪分別具有第一載板131a1以及第二載板131a2。在本實施例中，波長轉換元件130e的光作用區132位於第一載板131a1遠離第二載板131a2的表面131a1s1及第二載板131a2遠離第一載板131a1的表面131a2s2，且表面131a1s1上的光作用區132以及表面131a2s2上的光作用區132分別接收來自兩光源110的兩道激發光束EB（如圖6所示）。在本實施例中，第一載板131a1以及第二載板131a2例如是反射式載板或反光載板，其材質例如是由金屬、合金、陶瓷或其組合所製成。在本實施例中，光作用區132包括至少一波長轉換區132w以及光反射區132r，波長轉換區132w例如具有三個波長轉換區132w1、132w2、132w3，但本發明不以此為限。
請參照圖8C，圖8C所繪示的波長轉換元件130f類似於圖8B的波長轉換元件130e，其主要差異在於：在本實施例中，波長轉換元件130f的光作用區132包括至少一波長轉換區132w及光穿透區132t。光穿透區132t例如是第一載板131a1/第二載板131a2的開口，以使激發光束EB通過，而通過光穿透區132t的激發光束EB再傳遞至反射罩120。此外，在一些實施例中，光穿透區132t中還可進一步設置透光物質，即在第一載板131a1/第二載板131a2的開口上設置透光物質以形成光穿透區132t，透光物質例如是透明的玻璃片或透光的擴散片，其中透光的擴散片用以對穿過光穿透區132t的激發光束EB產生擴散效果，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的影像品質。然而，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及光穿透區132t的排列方式或區域面積比例等設計參數，可端視實際設計需求而定，本實施例的波長轉換元件130f不限於圖8C所繪示的型態。
請參照圖8D，圖8D所繪示的波長轉換元件130g類似於圖8B的波長轉換元件130e，其主要差異在於：在本實施例中，光作用區132的至少一波長轉換區為黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4。黃光波長轉換區132w1中例如設置黃光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成黃色轉換光束CB；綠光波長轉換區132w2中例如設置綠光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成綠色轉換光束CB；紅光波長轉換區132w3中例如設置紅光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成綠色轉換光束CB；藍光波長轉換區132w4中例如設置藍光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖6所示）轉換成藍色轉換光束CB。在本實施例中，激發光束EB例如是具有第一波長的藍色激發光束，而由藍光波長轉換區132w4轉換而來的藍色轉換光束CB具有第二波長，第一波長小於第二波長。在其他實施例中，激發光束EB的波長範圍例如是低於藍光的波長範圍（例如是紫外光），以使藍光波長轉換物質能夠被激發而發出藍色轉換光束CB。然而，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4的排列方式或區域面積比例等設計參數，可端視實際設計需求而定，本實施例的波長轉換元件130g不限於圖8D所繪示的型態。
請參照圖8E，圖8E所繪示的波長轉換元件130h類似於圖8A的波長轉換元件130e，其主要差異在於：在本實施例中，照明系統更包括散熱模組170。散熱模組170鄰近地設置於波長轉換元件130h旁，第一載板131a1以及第二載板131a2之間的間隙G通過散熱模組170或位於散熱模組170內。在本實施例中，散熱模組170例如包括氣流驅動元件，但本發明不限於此。在本實施例中，氣流驅動元件可以驅動鄰近於波長轉換元件130h的氣流之外，更可以驅動位於間隙G內的氣流，以使波長轉換元件130h持續與溫度較低的氣流進行熱交換。在本實施例中，氣流驅動元件例如是風扇（Fan），但本發明不限於此。如此一來，散熱模組170除了可以提昇波長轉換元件130h的散熱能力，可以將波長轉換物質被激發光束EB長時間的照射下所產生的熱加速排除，因過熱而導致發光效率降低的現象則相對應地減少，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的可靠度。然而，在其他實施例中，散熱模組也可以採用同時固設於波長轉換元件130h上與鄰近地設置於波長轉換元件130h旁的方式，但本發明仍不以此為限。
圖9A繪示為上述多個實施例中的另一種波長轉換元件的剖面示意圖。圖9B繪示為圖9A的波長轉換元件的上視圖。圖9C以及圖9D繪示為上述多個實施例中的另兩種波長轉換元件的上視圖。圖9E繪示為上述多個實施例中的另一種波長轉換元件的剖面示意圖。
請同時參照圖9A及圖9B，在圖9A及圖9B中的波長轉換元件130i類似於圖7A及圖7B所繪示的波長轉換元件130a，其主要差異在於：在本實施例中，波長轉換元件130i的光作用區132中的至少一波長轉換區132w例如為透光元件。具體地說，在本實施例中，波長轉換元件130i的光作用區132包括至少一波長轉換區132w及光穿透區132t；當激發光束EB（如圖1-5所示）照射於波長轉換區132w時，波長轉換區132w將激發光束EB轉換成轉換光束CB，且轉換光束CB可穿過波長轉換區132w；當激發光束EB（如圖1-5所示）照射於光穿透區132t時，激發光束EB可穿過光穿透區132t。在本實施例中，至少一波長轉換區132w例如是黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2以及紅光波長轉換區132w3。在本實施例中，光穿透區132t例如是波長轉換元件130i的載板131的開口，在一些實施例中，光穿透區132t中還可進一步設置透光物質（如透明的玻璃片或透光的擴散片）。在本實施例中，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2以及紅光波長轉換區132w3中可分別設置黃光波長轉換物質、綠光波長轉換物質以及紅光波長轉換物質。
請參照圖9C，圖9C所繪示的波長轉換元件130j類似於圖9B所繪示的波長轉換元件130i，其主要差異在於：在本實施例中，波長轉換元件130j的光作用區132包括至少一波長轉換區132w及光反射區132r。在本實施例中，當激發光束EB（如圖1-5所示）照射於波長轉換區132w時，波長轉換區132w將激發光束EB轉換成轉換光束CB，且轉換光束CB被波長轉換區132w反射；當激發光束EB（如圖1-5所示）照射光反射區132r時，光反射區132r用以反射激發光束EB。在本實施例中，光反射區132r例如是在波長轉換元件130j上設置反射元件，本發明並不以此為限。
請參照圖9D，圖9D所繪示的波長轉換元件130k類似於圖9B所繪示的波長轉換元件130i，其主要差異在於：在本實施例中，光作用區132的至少一波長轉換區為黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4。黃光波長轉換區132w1中例如設置黃光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖1-5所示）轉換成黃色轉換光束CB；綠光波長轉換區132w2中例如設置綠光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖1-5所示）轉換成綠色轉換光束CB；紅光波長轉換區132w3中例如設置紅光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖1-5所示）轉換成綠色轉換光束CB；藍光波長轉換區132w4中例如是藍光波長轉換物質，以將激發光束EB（如圖1-5所示）轉換成藍色轉換光束CB。在本實施例中，激發光束EB例如是具有第一波長的藍色激發光束，而由藍光波長轉換區132w4轉換而來的藍色轉換光束CB具有第二波長，第一波長小於第二波長。在其他實施例中，激發光束EB的波長範圍例如是低於藍光的波長範圍（例如是紫外光），以使藍光波長轉換物質能夠被激發而發出藍色轉換光束CB。此外，需說明的是，黃光波長轉換區132w1、綠光波長轉換區132w2、紅光波長轉換區132w3以及藍光波長轉換區132w4的排列方式或區域面積比例等設計參數可端視實際設計需求而定，本實施例的波長轉換元件130k不限於圖9D所繪示的型態。
請參照圖9E，圖9E所繪示的波長轉換元件130l類似於圖9A的波長轉換元件130i，其主要差異在於：在本實施例中，照明系統更包括散熱模組170。在本實施例中，散熱模組170固設於波長轉換元件130l上，以對波長轉換元件130l進行散熱。如此一來，散熱模組170可以將波長轉換物質被激發光束EB長時間的照射下所產生的熱加速排除，因過熱而導致發光效率降低的現象則相對應地減少，進而提升本發明上述多個實施例中的投影裝置的可靠度。在本實施例中，散熱模組170例如是在載板131上所形成的散熱結構或設置於載板131上的散熱元件，但本發明不以此為限。然而，在其他實施例中，散熱模組也可以採用同時固設於波長轉換元件130l上與鄰近地設置於波長轉換元件130l旁的方式，但本發明仍不以此為限。
綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。本發明的實施例的照明系統透過將反射罩的焦點位於激發光束的傳遞路徑的延伸線上，因此光源所發出的激發光束會射往反射罩的焦點。在本發明的實施例中，由於波長轉換元件的光作用區鄰近於反射罩的焦點，當激發光束被波長轉換元件的光作用區轉換成轉換光束時，轉換光束所發出的位置（即光作用區）也鄰近於反射罩的焦點，如此，照明系統不需設置額外的光學導引元件或光路以導引激發光束。因此，本發明的實施例的照明系統具有體積小、光路設計簡單及低成本等優點。進一步來說，由於本發明的實施例的投影裝置包括上述的照明系統，因此本發明的實施例的投影裝置同樣地也具有體積小、光路設計簡單及低成本等優點。
在本發明的實施例中，照明系統的波長轉換元件中的光作用區可位於單一個載板的相對兩表面或者是在兩載板的兩表面上，激發光束可設計為傳遞至位於上述不同表面的光作用區上。在本發明的實施例中，由於轉換光束可在上述兩不同表面的光作用區上發出，如此一來，在相同影像亮度的輸出情況下，激發光束的光強度可以降低，以使波長轉換區中的波長轉換物質所承受的能量密度降低，進而能有效避免波長轉換物質被激發光束長時間的照射下因過熱而導致發光效率降低的現象。在本發明實施例中，由於照明系統的散熱模組固設於波長轉換元件上或鄰近地設置於波長轉換元件旁，因此散熱模組可以將波長轉換物質被激發光束照射下所產生的熱加速排除，因過熱而導致發光效率降低的現象則可減少或避免，進而提升本發明實施例的投影裝置的可靠度。
此外，在本發明實施例中，由於照明系統的波長轉換元件中的光作用區包括具有散射功能的光反射區，因此，當激發光束照射光反射區時，激發光束會被均勻地散射，如此可以有效地降低或避免激發光束所造成的光斑現象，進而提升本發明實施例的投影裝置的影像品質。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件（Element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
200、200a、200b、200c、200d、200e‧‧‧投影裝置
210‧‧‧光閥
220‧‧‧成像系統
230‧‧‧光優化元件
100、100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧照明系統
110‧‧‧光源
120‧‧‧反射罩
120f、120f’‧‧‧焦點
120S‧‧‧表面
120T‧‧‧透光部
122‧‧‧開孔
130、130a、130b、130b、130c、130d、130e、130f、130h、130i、130j、130k、130l‧‧‧波長轉換元件
131‧‧‧載板
131a1‧‧‧第一載板
131a2‧‧‧第二載板
131s1、131s2、131a1s1、131a2s2‧‧‧表面
132‧‧‧光作用區
132r‧‧‧光反射區
132t‧‧‧光穿透區
132w‧‧‧波長轉換區
132w1‧‧‧黃光波長轉換區
132w2‧‧‧綠光波長轉換區
132w3‧‧‧紅光波長轉換區
132w4‧‧‧藍光波長轉換區
140‧‧‧濾光元件
150‧‧‧會聚透鏡
160‧‧‧反射鏡
170‧‧‧散熱模組
B‧‧‧影像光束
CB、CB’‧‧‧轉換光束
EB‧‧‧激發光束
EL‧‧‧延伸線
IB、IB’‧‧‧照明光束
O‧‧‧中心轉軸
圖1繪示為本發明一實施例的投影裝置的示意圖。 圖2繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。 圖3繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。 圖4繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。 圖5繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。 圖6繪示為本發明另一實施例的投影裝置的示意圖。 圖7A繪示為一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。 圖7B繪示為圖7A的波長轉換元件的上視圖。 圖7C以及圖7D繪示為另一實施例的兩種波長轉換元件的上視圖。 圖7E繪示為另一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。 圖8A繪示為另一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。 圖8B繪示為圖8A的波長轉換元件的上視圖。 圖8C以及圖8D繪示為另一實施例的兩種波長轉換元件的上視圖。 圖8E繪示為另一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。 圖9A繪示為另一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。 圖9B繪示為圖9A的波長轉換元件的上視圖。 圖9C以及圖9D繪示為另一實施例的兩種波長轉換元件的上視圖。 圖9E繪示為另一實施例的波長轉換元件的剖面示意圖。
100‧‧‧照明系統
110‧‧‧光源
120‧‧‧反射罩
120f、120f’‧‧‧焦點
120S‧‧‧表面
122‧‧‧開孔
130‧‧‧波長轉換元件
132‧‧‧光作用區
140‧‧‧濾光元件
200‧‧‧投影裝置
210‧‧‧光閥
220‧‧‧成像系統
B‧‧‧影像光束
CB、CB’‧‧‧轉換光束
EB‧‧‧激發光束
EL‧‧‧延伸線
IB‧‧‧照明光束

Claims (21)

  1. 一種投影裝置，包括： 一照明系統，包括： 至少一光源，提供至少一激發光束； 一反射罩，具有一焦點以及一開孔，其中該反射罩的該焦點位於該激發光束的傳遞路徑的延伸線上，而該開孔鄰近該焦點； 一波長轉換元件，穿設於該開孔，且具有一光作用區，其中該波長轉換元件的該光作用區配置於該激發光束的傳遞路徑上，且鄰近於該反射罩的該焦點，並用以將該激發光束轉換成一轉換光束，其中該反射罩配置於來自該波長轉換元件的該轉換光束的傳遞路徑上；以及 一濾光元件，配置於來自該反射罩的該轉換光束的傳遞路徑上，其中來自該反射罩的該轉換光束傾斜地入射於該濾光元件，且該濾光元件用以將該轉換光束過濾成一照明光束； 一光閥，配置於該照明光束的傳遞路徑上，用以將該照明光束轉換成一影像光束；以及 一成像系統，配置於該影像光束的傳遞路徑上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件包括一載板，該波長轉換元件的該光作用區位於該載板的相對兩表面上，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光反射區，用以反射該激發光束，其中該光反射區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件包括一第一載板及一第二載板，該波長轉換元件的該光作用區位於該第一載板遠離該第二載板的表面及該第二載板遠離該第一載板的表面，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光反射區，用以反射該激發光束，其中該光反射區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件為透光元件，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光穿透區，用以讓該激發光束通過，其中該光穿透區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該反射罩的表面為具有該焦點的一拋物面或一局部的橢球面，用以反射來自該波長轉換元件的該轉換光束。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的投影裝置，其中該照明系統更包括一會聚透鏡，其中該拋物面將來自該波長轉換元件的該轉換光束平行地反射至該會聚透鏡，且該會聚透鏡將來自該拋物面的該轉換光束會聚於該濾光元件。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的投影裝置，其中該局部的橢球面的另一焦點遠離於該波長轉換元件且鄰近於該濾光元件。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該照明系統更包括至少一反射鏡，配置於來自該光源的該激發光束的傳遞路徑上，並將該激發光束傾斜地反射至該波長轉換元件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該照明系統更包括一散熱模組，該散熱模組用以對該波長轉換元件進行散熱。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件更具有一間隙，該間隙通過該散熱模組。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，更包括一光優化元件，該光優化元件配置於該濾光元件與該光閥之間。
  12. 一種照明系統，包括： 至少一光源，提供至少一激發光束； 一反射罩，具有一焦點以及一開孔，其中該反射罩的該焦點位於該激發光束的傳遞路徑的延伸線上，且該開孔鄰近該焦點； 一波長轉換元件，穿設於該開孔，且具有一光作用區，其中該波長轉換元件的該光作用區配置於該激發光束的傳遞路徑上，且鄰近於該反射罩的該焦點，並用以將該激發光束轉換成一轉換光束，其中該反射罩配置於來自該波長轉換元件的該轉換光束的傳遞路徑上；以及 一濾光元件，配置於來自該反射罩的該轉換光束的傳遞路徑上，其中來自該反射罩的該轉換光束傾斜地入射於該濾光元件，且該濾光元件用以將該轉換光束進行過濾。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，其中該波長轉換元件包括一載板，該波長轉換元件的該光作用區位於該載板的相對兩表面上，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光反射區，用以反射該激發光束，其中該光反射區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，其中該波長轉換元件包括一第一載板及一第二載板，該波長轉換元件的該光作用區位於該第一載板遠離該第二載板的表面及該第二載板遠離該第一載板的表面，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光反射區，用以反射該激發光束，其中該光反射區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，其中該波長轉換元件為透光元件，該光作用區包括： 至少一波長轉換區，用以將該激發光束轉換成該轉換光束；以及 一光穿透區，用以讓該激發光束通過，其中該光穿透區及該波長轉換區輪流地切入該激發光束的傳遞路徑。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，其中該反射罩的表面為具有該焦點的一拋物面或一局部的橢球面，用以反射來自該波長轉換元件的該轉換光束。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的照明系統，更包括一會聚透鏡，其中該拋物面將來自該波長轉換元件的該轉換光束平行地反射至該會聚透鏡，且該會聚透鏡將來自該拋物面的該轉換光束會聚於該濾光元件。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的照明系統，其中該局部的橢球面的另一焦點遠離於該波長轉換元件且鄰近於該濾光元件。
  19. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，更包括至少一反射鏡，配置於來自該光源的該激發光束的傳遞路徑上，並將該激發光束傾斜地反射至該波長轉換元件。
  20. 如申請專利範圍第12項所述的照明系統，更包括一散熱模組，該散熱模組用以對該波長轉換元件進行散熱。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的照明系統，其中該波長轉換元件更具有一間隙，該間隙通過該散熱模組。
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