TW202001343A - 照明系統與投影裝置 - Google Patents

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Abstract

一種照明系統。第一發光模組發出激發光束。波長轉換裝置具有波長轉換區域與反射區域，其中波長轉換區域用以將激發光束轉換為波長較大的轉換光束。球殼形分色裝置位於第一發光模組與波長轉換裝置之間，適於讓激發光束穿透且反射轉換光束，其中被球殼型分色裝置反射的轉換光束會聚於勻光裝置的入光面。被波長轉換裝置反射的激發光束穿透球殼型分色裝置並傳遞至光中繼單元，光中繼單元反射激發光束以使激發光束再度穿透球殼型分色裝置而會聚於勻光裝置的入光面。激發光束與轉換光束通過勻光裝置以形成照明光束。一種投影裝置亦被提供。

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，且特別是有關於一種架構簡單的照明系統與投影裝置。
一般雷射投影機的光源模組的架構中通常設置有藍光激光模組以提供連續的藍色光，利用部分藍光激光照射在轉動的螢光粉輪（phosphor wheel）上以激發出其他色光，例如藍色激光照射黃光螢光粉上，以產生黃色光束。一般光源模組合光系統（laser combiner）架構中需要提供給藍色激光的額外的光束傳遞路徑，使得合光系統的整體架構偏大，體積不易縮小。
另外，一般的合光系統使用反射裝置以收集被螢光粉輪激發的其他色光，因此可能在反射裝置上設置開口或分色鏡以讓藍光通過，但會造成部分的光束損耗而降低投影機的系統效率。
“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。
本發明的實施例提供一種照明系統與投影裝置，其具有簡單的結構以及較高的系統效率。
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照明系統。一種照明系統，包括第一發光模組、波長轉換裝置、球殼形分色裝置、勻光裝置以及光中繼單元。第一發光模組用以發出激發光束。波長轉換裝置配置於激發光束的傳遞路徑上，具有波長轉換區域與反射區域，其中波長轉換區域用以將激發光束轉換為轉換光束，其中轉換光束的波長大於激發光束的波長，反射區域用以反射激發光束。球殼形分色裝置位於第一發光模組與波長轉換裝置之間，球殼形分色裝置適於讓激發光束穿透，且適於反射轉換光束。勻光裝置相對於第一發光模組而與波長轉換裝置一起配置於球殼型分色裝置的一側，勻光裝置具有入光面，其中被球殼型分色裝置反射的轉換光束會聚於入光面。以球殼型分色裝置的光軸為準，光中繼單元與第一發光模組分別配置於球殼型分色裝置的外側的兩邊，其中被波長轉換裝置反射的激發光束穿透球殼型分色裝置並傳遞至光中繼單元，光中繼單元反射激發光束以使激發光束再度穿透球殼型分色裝置而會聚於勻光裝置的入光面，其中激發光束與轉換光束通過勻光裝置以形成照明光束。
在本發明的一實施例中，上述的波長轉換裝置接收激發光束的位置為第一位置，勻光裝置的入光面位於第二位置，且第一位置與第二位置以球殼型分色裝置的球心為基準而互為共軛位置。
在本發明的一實施例中，上述的球殼形分色裝置呈現一個完整的球形的一部分的形狀。
在本發明的一實施例中，上述的照明系統還包括光聚焦透鏡組。光聚焦透鏡組配置於激發光束的傳遞路徑上，具有第一區域與第二區域，其中，來自第一發光模組的激發光束通過第一區域並穿透球殼形分色裝置以入射至該波長轉換裝置，且激發光束被波長轉換裝置反射後通過第二區域而被引導至光中繼單元，光中繼單元反射激發光束以使激發光束再度通過第二區域與球殼形分色裝置而會聚於勻光裝置的入光面。
在本發明的一實施例中，上述的光聚焦透鏡組的光軸與球殼型分色裝置的光軸為重合或為不重合。
在本發明的一實施例中，上述的光中繼單元為反射層，且配置於第二區域的出光面上，第二區域的出光面是指光聚焦透鏡組最遠離球殼型分色裝置的面。
在本發明的一實施例中，上述的照明系統，還包括第一光聚焦透鏡組與第二光聚焦透鏡組。第一光聚焦透鏡組配置於第一發光模組與球殼形分色裝置之間的激發光束的路徑上。第二光聚焦透鏡組配置於光中繼單元與球殼形分色裝置之間的激發光束的路徑上，用以將被波長轉換裝置反射的激發光束引導至光中繼單元，其中，被光中繼單元反射的激發光束再度通過第二光聚焦透鏡組與球殼形分色裝置而會聚於勻光裝置的入光面。
在本發明的一實施例中，上述的照明系統還包括反射鏡。反射鏡配置於第一光聚焦透鏡組與球殼形分色裝置之間的激發光束的路徑上，用以改變激發光束的方向使激發光束入射球殼形分色裝置。
在本發明的一實施例中，上述的光中繼單元為反射層，配置於第二光聚焦透鏡組的出光面上，其中第二光聚焦透鏡組的出光面是指第二光聚焦透鏡組最遠離球殼型分色裝置的面。
在本發明的一實施例中，上述的光中繼單元為反射層且配置於球殼形分色裝置的外側面上。
在本發明的一實施例中，在上述的照明系統中，當波長轉換區域與球殼型分色裝置的球心共平面時，勻光裝置的入光面與波長轉換區域共平面，且當波長轉換區域與球殼型分色裝置的球心不平面時，勻光裝置的入光面與波長轉換區域不共平面。
在本發明的一實施例中，上述的波長轉換裝置配置於球殼型分色裝置與勻光裝置之間，波長轉換裝置還包括光散射區域、第一光穿透區域與第一旋轉輪盤。光散射區域用以使激發光束穿透並散射激發光束。第一光穿透區域用以使轉換光束穿透。波長轉換區域與反射區域呈連續環狀地配置於第一旋轉輪盤上，光散射區域與第一光穿透區域分別對應於反射區域與波長轉換區域而配置於第一旋轉輪盤的最外圍環狀區域，且光散射區域與第一光穿透區域在第一旋轉輪盤旋轉時覆蓋勻光裝置的入光面。
在本發明的一實施例中，上述的照明系統，還包括第二發光模組。第二發光模組相對於第一發光模組而與光中繼單元一起配置於球殼型分色裝置的外側的另一邊，用以發出補充光束，且補充光束的波長不同於激發光束的波長，其中，光中繼單元為分光鏡，適於讓補充光束穿透，且適於反射激發光束，其中補充光束穿透光中繼單元與球殼型分色裝置而會聚於勻光裝置的入光面。
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，包括一照明系統，包括上述的照明系統、濾光裝置、光閥模組以及成像鏡頭。光閥模組配置於照明光束的傳遞路徑上，並分別將照明光束轉換成至少一影像光束。成像鏡頭配置於至少一影像光束的傳遞路徑上，至少一影像光束傳遞至成像鏡頭以形成投影光束。
在本發明的一實施例中，上述的投影裝置還包括濾光裝置。濾光裝置配置於照明光束的傳遞路徑上，用以將照明光束分成多個不同顏色的光束。
在本發明的一實施例中，上述的波長轉換裝置還包括第一旋轉輪盤，其中波長轉換區域與反射區域呈連續環狀地配置於第一旋轉輪盤上。上述的濾光裝置沿照明光束的光軸方向配置在波長轉換裝置後面，包括濾光區域、照明光散射區域與第二旋轉輪盤。濾光區域用以將照明光束分成多個不同顏色的光束。照明光散射區域用以散射照明光束。第二旋轉輪盤與第一旋轉輪盤共用旋轉軸，其中濾光區域與照明光散射區域分別對應於波長轉換區域與反射區域在第一旋轉輪盤上的位置而呈連續環狀地配置於第二旋轉輪盤上。
在本發明的一實施例中，在上述投影裝置中，當第二旋轉輪盤與第一旋轉輪盤同步旋轉時，激發光束照射於波長轉換區域上時，照明光束照射於這些濾光區域上，且激發光束照射於反射區域上時，照明光束照射於照明光散射區域上。
在本發明的一實施例中，上述的波長轉換裝置配置於球殼型分色裝置與勻光裝置之間，還包括光散射區域、第一光穿透區域與第一旋轉輪盤。光散射區域用以使激發光束穿透並散射激發光束。第一光穿透區域用以使激發轉換光束穿透。波長轉換區域與反射區域呈連續環狀地配置於第一旋轉輪盤上，光散射區域與第一光穿透區域分別對應於反射區域與波長轉換區域而配置於第一旋轉輪盤的最外圍環狀區域，且光散射區域與第一光穿透區域在第一旋轉輪盤旋轉時覆蓋勻光裝置的入光面。上述的濾光裝置沿照明光束的光軸方向配置於勻光裝置的出光面後，包括濾光區域、第二光穿透區域與第二旋轉輪盤。濾光區域用以將照明光束分成多個不同顏色的光束。第二光穿透區域用以使照明光束穿透。第二旋轉輪盤與第一旋轉輪盤同步旋轉，其中濾光區域與第二光穿透區域分別對應於波長轉換區域與反射區域在第一旋轉輪盤上的位置而呈連續環狀地配置於第二旋轉輪盤上。
基於上述，本發明實施例的照明系統與投影裝置具有結構簡單，降低製造成本的優點，進而可以減少結構體積，並易於與光學鏡組系統結合。
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1A是依照本發明的一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。請參考圖1A，投影裝置10包括照明系統100、濾光裝置102、光閥模組104以及成像鏡頭106。照明系統100用以提供照明光束IB。濾光裝置102配置於照明光束IB的傳遞路徑上且位於照明系統100與光閥模組104之間，用以將照明光束IB分成多個不同顏色的光束，例如紅色光RL、藍色光BL、綠色光GL。光閥模組104包括至少一光閥。在本實施例中，光閥模組104配置在由照明光束IB轉變成的這些不同顏色的光束的傳遞路徑上，將這些顏色光束轉變成影像光束IM。成像鏡頭106配置在影像光束IM的傳遞路徑上，接收這些影像光束IM，並提供投影光束PB至屏幕（未顯示）供觀賞者觀看。
圖1B是依照本發明的一實施例的一種照明系統的示意圖。請參考圖1B，照明系統100可適用於圖1A的投影裝置10。照明系統100包括第一發光模組110、波長轉換裝置120、球殼形分色裝置130、光聚焦透鏡組140、光中繼單元150以及勻光裝置160。在圖1B中，濾光裝置102為濾光色輪並且從勻光裝置160接收照明光束IB。
第一發光模組110包括至少一激光光源用以發出激發光束EB。在本實施例中，第一發光模組110所發出的激發光束EB是藍色光束。光聚焦透鏡組140配置於激發光束EB的傳遞路徑上，用以將激發光束EB引導至波長轉換裝置120。
波長轉換裝置120配置於激發光束EB的傳遞路徑上，並具有波長轉換區域122與反射區域124。波長轉換區域122用以將激發光束EB轉換為轉換光束TB，其中轉換光束TB的波長大於激發光束EB的波長，例如激發光束EB是藍色光，轉換光束TB為黃色光、紅色光或綠色光。反射區域124用以反射激發光束EB。
圖2A是依照本發明的一實施例的一種球殼形分色裝置的反射率對入射波長分佈圖。請參照圖2A，球殼形分色裝置130對於入射光束的波長與反射率的變化曲線為210。球殼形分色裝置130位於第一發光模組110與波長轉換裝置120之間。球殼形分色裝置130具有波長選擇性，可以讓激發光束EB（在此是藍光）穿透並反射轉換光束TB（例如是黃光、紅色光或綠色光）。被球殼形分色裝置130反射的轉換光束TB會聚於勻光裝置160的入光面INC。被反射區域124反射的激發光束EB會再度穿透球殼形分色裝置130，並被引導至光中繼單元150。
圖2B至圖2C是依照本發明的一實施例的一種光中繼單元的反射率對入射波長分佈圖。在本實施例中，光中繼單元150可以是分光元件（反射率如圖2B的曲線220）或是反射層或反射鏡（反射率如圖2C的曲線230），用以改變激發光束EB的方向使激發光束EB重新入射球殼形分色裝置130且會聚到勻光裝置160的入光面INC。本發明不限制光中繼單元150的實施方式。
勻光裝置160具有入光面INC並相對於第一發光模組110而與波長轉換裝置120一起配置於球殼型分色裝置130的一側。具體來說，球殼型分色裝置130具有內側面IS（靠近球心C的表面）與外側面OS，第一發光模組110配置於球殼型分色裝置130靠近外側面OS的一側（以下簡稱為外側），勻光裝置160與波長轉換裝置120配置於球殼型分色裝置130靠近內側面IS的一側（以下簡稱為內側）。
光中繼單元150與第一發光模組110同樣配置於球殼型分色裝置130的外側，但以球殼型分色裝置130的光軸OA為準，光中繼單元150與第一發光模組110分別配置於球殼型分色裝置130的外側的相對兩邊，在圖1B的實施例中，第一發光模組110配置於球殼型分色裝置130的外側的下邊，光中繼單元150配置於球殼型分色裝置130的外側的上邊。光中繼單元150反射激發光束EB以使激發光束EB再度（在本實施例中為第三次穿透）穿透球殼型分色裝置130而會聚於勻光裝置160的入光面INC。激發光束EB與轉換光束TB通過勻光裝置160以形成照明光束IB。勻光裝置160例如是光積分柱，用以將光線均勻化。在圖1B的實施例中，勻光裝置160位於球殼型分色裝置130與濾光裝置102之間。
於以下段落中將會詳細地說明上述各元件。
在本實施例中，球殼形分色裝置130呈現一個完整的球形的一部分的形狀，其表面上並無缺口或孔洞，激發光束EB可以直接穿透球殼形分色裝置130，不需通過孔洞或狹縫來穿過球殼形分色裝置130。在一實施例中，球殼形分色裝置130是將彩色濾光膜（Dichroic filter）共形塗覆或貼附在球殼形透光基板的表面，但不限於此。
圖3是依照本發明的一實施例的一種波長轉換裝置的示意圖。請搭配圖1B參照圖3，波長轉換裝置120為螢光粉輪（Phosphor Wheel），但不以此為限制。波長轉換裝置120包括第一旋轉輪盤126以及設置在第一旋轉輪盤126表面的波長轉換區域122與反射區域124。波長轉換單元122與反射區域124呈連續環狀地配置於第一旋轉輪盤126上。具體來說，在本實施例中，波長轉換單元122與反射區域124會覆蓋第一旋轉輪盤126上以形成一個完整的環狀區域，並且波長轉換單元122與反射區域124都為連續分佈，沒有中斷。
第一旋轉輪盤126旋轉時可以讓激發光束EB輪流照射波長轉換單元122與反射區域124。波長轉換區域122具有光致發光材料可以接收短波長光束並藉由光致發光現象產生相對應的轉換光束TB（如圖1B所示）。光致發光材料例如是螢光粉，而螢光粉的種類例如是黃光螢光粉，本發明並不以此為限制。當光致發光材料為黃光螢光粉時，轉換光束TB相對應為黃色光束。
在圖1B的實施例中，波長轉換裝置120接收激發光束EB的位置為第一位置，勻光裝置160的入光面INC位於第二位置，且第一位置與第二位置以球殼型分色裝置130的球心C為基準而互為共軛位置。
在本實施例中，波長轉換區域122與球殼型分色裝置130的球心C為共平面，勻光裝置160的入光面INC與波長轉換區域122也共平面。具體來說，波長轉換區域122的延伸平面為平面A，當球心C也在平面A上時，勻光裝置160的入光面INC也設置於平面A上，即共平面。然而，本發明並不限於此。
圖4A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖4A的實施例中，照明系統300的結構與實施方式與圖1B的照明系統100相似，差別在於在圖4A的實施例中，波長轉換區域122與球殼型分色裝置130的球心C不共平面，勻光裝置160的入光面INC與波長轉換區域122也不共平面。詳細而言，當球殼型分色裝置130的球心C並不在平面A上時，入光面INC也不會在平面A上，而是以球心C為基準，入光面INC與波長轉換區域122互為共軛位置。
請再參照圖1B的實施例，光聚焦透鏡組140具有第一區域142與第二區域144。舉例來說，以球殼型分色裝置130的光軸OA為分界（在本實施例中，球殼型分色裝置130的光軸OA與光聚焦透鏡組140的光軸OB重合（共軸）），光聚焦透鏡組140的下部稱為第一區域142，光聚焦透鏡組140的上部稱為第二區域144，但本發明並不限制第一區域142與第二區域144的區域大小與界定方式。
來自第一發光模組110的激發光束EB通過第一區域142並穿透球殼形分色裝置130以入射至波長轉換裝置120，且激發光束EB被波長轉換裝置120反射後，穿透球殼形分色裝置130並通過第二區域144而被引導至光中繼單元150，光中繼單元150反射激發光束EB以使激發光束EB再度通過第二區域與球殼形分色裝置130而會聚於勻光裝置160的入光面INC。
在圖1的實施例中，球殼型分色裝置130的光軸OA與光聚焦透鏡組140的光軸OB重合，且光中繼單元150設置方向垂直於光軸OA（或光軸OB），即光中繼單元150的反射面垂直光軸OA（或光軸OB）或光中繼單元150的光軸平行於光軸OA（或光軸OB），然而，球殼型分色裝置130與光聚焦透鏡組140兩者的光軸也可以不重合（不共軸），光中繼單元150設置方向也可以不垂直光軸OA（或光軸OB），即光中繼單元150的反射面與光軸OA（或光軸OB）具有夾角或光中繼單元150的光軸與光軸OA（或光軸OB）之間不平行，本發明對此並不限制。在一實施例中，可以根據波長轉換裝置120與勻光裝置160的位置來決定光軸OA與光軸OB是否要共軸，或決定光中繼單元150與光軸OA（或光軸OB）之間的夾角。
圖4B是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖4B的實施例中，照明系統400的結構與實施方式與圖1的照明系統100相似，差別在於，在圖4的實施例中，球殼型分色裝置130的光軸OA與光聚焦透鏡組140的光軸OB不重合，光中繼單元150設置方向不垂直光軸OA（或光軸OB），光中繼單元150的反射面與光軸OA（或光軸OB）之間具有一夾角θ 。藉由調整光中繼單元150與光軸OA的夾角θ 來改變激發光束EB的反射方向，以讓激發光束EB經由光聚焦透鏡組140會聚至想要的位置。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖5的實施例中，照明系統500的結構與實施方式與圖1B的照明系統100相似，差別在於，在圖1B的實施例中，光中繼單元150為一反射鏡，而在圖5的實施例中，光中繼單元550為一反射層且配置於第二區域144的出光面ES上，其中第二區域144的出光面ES是指光聚焦透鏡組140最遠離球殼型分色裝置130的面。
圖6A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖6A的實施例中，照明系統600與圖1B的照明系統100相似，但照明系統600使用第一光聚焦透鏡組640與第二光聚焦透鏡組642代替圖1中的光聚焦透鏡組140。第一光聚焦透鏡組640配置於第一發光模組110與球殼形分色裝置130之間的激發光束EB的路徑上。第二光聚焦透鏡組642配置於光中繼單元150與球殼形分色裝置130之間的激發光束EB的路徑上。被波長轉換裝置120反射的激發光束EB通過第二光聚焦透鏡組642而傳遞至光中繼單元150。光中繼單元150反射激發光束EB讓激發光束EB再度通過第二光聚焦透鏡組642與球殼形分色裝置130而會聚於勻光裝置160的入光面INC。
在本實施例中，照明系統600還包括反射鏡644。反射鏡644配置於第一光聚焦透鏡組640與球殼形分色裝置130之間的激發光束EB的路徑上，用以改變激發光束EB的方向使激發光束EB入射球殼形分色裝置130。
圖6B是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖6B的實施例中，照明系統600’與圖6A的照明系統600相似，但光中繼單元150可以為反射層，配置於第二光聚焦透鏡組642的出光面上，其中第二光聚焦透鏡組642的出光面是指第二光聚焦透鏡組642最遠離球殼型分色裝置130的面。其實施方式可參考圖5或圖6A的實施例，在此不再贅述。
需說明的是，照明系統600或照明系統600’的反射鏡644並非必需。在其他實施例中，照明系統可以不包括反射鏡644，第一發光模組110所發出的激發光束EB可以直接穿透第一光聚焦透鏡組640與球殼形分色裝置130，或是第一光聚焦透鏡組640設置在反射鏡644與球殼形分色裝置130之間。本發明對於反射鏡644與第一光聚焦透鏡組640的設置位置並不限制。
圖7是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。在圖7的實施例中，照明系統700的結構與實施方式與圖6A的照明系統600相似，但照明系統700的光中繼單元750為反射層且配置於球殼形分色裝置130的外側面OS上。光中繼單元750可以反射膜以鍍膜或塗覆的方式配置在外側面OS上，也可以是貼附在外側面OS上的反射罩，本發明對此並不限制。具體而言，光中繼單元750只有覆蓋部分的球殼形分色裝置130，在此，光中繼單元750只有覆蓋球殼形分色裝置130的上半部（以光軸OA作為分界線）。來自第一光聚焦透鏡組640的激發光束EB可以從未被覆蓋的球殼形分色裝置130的下半部穿透而照射波長轉換裝置120。被波長轉換裝置120反射的激發光束EB在穿透球殼形分色裝置130後會直接被覆蓋在上半部的光中繼單元750反射以會聚至勻光裝置160的入光面INC。在本實施例中，照明系統700相較於照明系統600，還可以省略第二光聚焦透鏡組642。
圖8A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖，圖8B是依照本發明的另一實施例的一種波長轉換裝置的示意圖。在圖8A的實施例中，照明系統800的結構與實施方式與圖1的照明系統100相似，但照明系統800用波長轉換裝置820取代波長轉換裝置120，圖8B顯示波長轉換裝置820的結構示意圖。
波長轉換裝置820配置於球殼型分色裝置130與勻光裝置160之間。相較於波長轉換裝置120，波長轉換裝置820還另外包括第一光穿透區域822與光散射區域824，其中第一光穿透區域822與光散射區域824分別對應於波長轉換區域122與反射區域124而配置於第一旋轉輪盤826的最外圍環狀區域。第一光穿透區域822用以使轉換光束TB穿透，且配置於波長轉換區域122的外圍。光散射區域824用以使激發光束EB穿透並散射激發光束EB，且配置於反射區域124的外圍。詳細來說，第一光穿透區域822與波長轉換區域122具有相同的弧角且屬於同一個扇形區域。相似的，光散射區域824與反射區域124也具有相同的弧角，屬於同一個扇形區域。
需說明的是，當第一旋轉輪盤826轉動時，波長轉換區域122與反射區域124不會與入光面INC重疊。然而，在本實施例中，當第一旋轉輪盤826轉動時，第一光穿透區域822與光散射區域824會輪流覆蓋入光面INC，轉換光束TB會經過第一光穿透區域822進入勻光裝置160，激發光束EB會經過光散射區域824進入勻光裝置160。
圖8C是依照本發明的圖8A的一種濾光裝置的示意圖。照明系統800可適用於投影裝置中。在圖8A的實施例中，濾光裝置102沿照明光束IB的光軸方向配置於勻光裝置160的出光面後，其中勻光裝置160的出光面是相對於入光面INC而言。從勻光裝置160的出光面離開的照明光束IB會通過濾光裝置102以產生多個不同顏色的光束。在本實施例中，濾光裝置102包括第二旋轉輪盤RP、濾光區域（圖8C中的紅色濾光區域RF與綠色濾光區域GF）以及第二光穿透區域TA。濾光區域可以把照明光束IB分成多個不同顏色的光束，例如照明光束IB通過紅色濾光區域RF產生紅色光束，照明光束IB通過綠色濾光區域GF產生綠色光束。第二光穿透區域TA則用以讓照明光束IB穿透。濾光區域（紅色濾光區域RF與綠色濾光區域GF）與第二光穿透區域TA環形排列於第二旋轉輪盤RP，並且排列位置與所佔的弧角會對應於波長轉換裝置820的波長轉換區域122與反射區域124在第一旋轉輪盤826上的配置方式。
具體來說，濾光裝置102的濾光區域在第二旋轉輪盤RP所佔據的弧角大小會與波長轉換裝置820的波長轉換區域122在第一旋轉輪盤826的弧角相同；濾光裝置102的第二光穿透區域TA在第二旋轉輪盤RP所佔據的弧角大小會與波長轉換裝置820的反射區域124在第一旋轉輪盤826的弧角相同。此外，濾光區域與第二光穿透區域TA在第二旋轉輪盤RP的排列方式也會與波長轉換區域122跟反射區域124在第一旋轉輪盤826的排列方式相同。
除此之外，濾光裝置102的第二旋轉輪盤RP會與波長轉換裝置820的第一旋轉輪盤826同步旋轉。也就是說當激發光束EB會聚到波長轉換區域122時，第一光穿透區域822覆蓋勻光裝置160的入光面INC，因此轉換光束TB通過第一光穿透區域822進入勻光裝置160。此時，濾光裝置102的濾光區域會轉到勻光裝置160的出光面上，照明光束IB通過紅色濾光區域RF或綠色濾光區域GF產生紅色光或綠色光。另一方面，當激發光束EB會聚到反射區域124時，光散射區域824覆蓋勻光裝置160的入光面INC，使激發光束EB通過光散射區域824進入勻光裝置160。此時，濾光裝置102的第二光穿透區域TA會轉到勻光裝置160的出光面，讓照明光束IB通過。
圖9A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。照明系統900與照明系統100相似，照明系統900也可適用於投影裝置中。在圖9A的實施例中，波長轉換裝置120的結構可以參考圖3。濾光裝置102沿照明光束IB的光軸方向配置於勻光裝置160的出光面後，從勻光裝置160接收照明光束IB以產生多個不同顏色的光束。
圖9B是依照本發明的圖9A的一種濾光裝置的示意圖。在本實施例中，濾光裝置102包括第二旋轉輪盤RP、濾光區域（圖8C中的紅色濾光區域RF與綠色濾光區域GF）以及照明光散射區域SC。照明光束IB通過紅色濾光區域RF產生紅色光束，照明光束IB通過綠色濾光區域GF產生綠色光束。照明光散射區域SC用以散射照明光束IB。濾光區域與照明光散射區域SC分別對應於波長轉換區域122與反射區域124在第一旋轉輪盤126上的位置而配置於第二旋轉輪盤RP上。
另外，在本實施例中，波長轉換裝置120的第一旋轉輪盤126與濾光裝置102的第二旋轉輪盤RP共用旋轉軸SA，因此第一旋轉輪盤126與第二旋轉輪盤RP會同步旋轉。
具體來說，濾光裝置102的濾光區域在第二旋轉輪盤RP所佔據的弧角大小會與波長轉換裝置120的波長轉換區域122在第一旋轉輪盤126的弧角相同；照明光散射區域SC在第二旋轉輪盤RP所佔據的弧角大小會與波長轉換裝置120的反射區域124在第一旋轉輪盤126的弧角相同。此外，濾光區域與照明光散射區域SC在第二旋轉輪盤RP的排列位置會與波長轉換區域122跟反射區域124在第一旋轉輪盤126的排列位置相同（以旋轉軸SA作為軸心）。
當激發光束EB會聚到波長轉換區域122時，濾光裝置102的濾光區域會轉到勻光裝置160的出光面上，照明光束IB通過紅色濾光區域RF或綠色濾光區域GF產生紅色光或綠色光。當激發光束EB會聚到反射區域124時，濾光裝置102的照明光散射區域SC會轉到勻光裝置160的出光面，讓照明光束IB通過並散射照明光束IB。
圖10A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。請參照圖10A，照明系統1000相較於照明系統100還包括第二發光模組170。第二發光模組170用以發出補充光束CB，且補充光束CB的波長不同於激發光束EB的波長。舉例來說，激發光束EB是藍色光，補充光束CB是紅色光。第二發光模組170與第一發光模組110都是配置於球殼型分色裝置130的外側，但第二發光模組170相對於第一發光模組110而與光中繼單元150一起配置於球殼型分色裝置130的外側的另一邊，在圖10A中是一起配置在球殼型分色裝置130的外側的上半邊。
特別說明的是，在本實施例中，光中繼單元150為一分光鏡，適於讓補充光束CB穿透，且適於反射激發光束EB。
圖10B是依照本發明的圖10A的一種球殼形分色裝置的反射率對入射波長分佈圖。球殼形分色裝置130的反射率會因應補充光束CB的波長而調整。請參照圖10B，球殼形分色裝置130對於入射光束的波長與反射率的變化曲線為920，曲線930是補充光束CB的頻譜。因此，補充光束CB可以穿透光中繼單元150與球殼型分色裝置130而會聚於勻光裝置160的入光面INC。
圖11A是依照本發明的圖10A的一種波長轉換裝置與濾光裝置的光束入射時序圖。濾光裝置102的結構可參考圖8C或圖9B，本發明並不限制濾光裝置102的實施態樣。在此，先以圖9B的實施例作為說明。
過程中，激發光束EB與補充光束CB都持續入射勻光裝置160（激發光束的區間B與補充光束的區間R），而在時間t0至時間t1之間，激發光束EB會聚於波長轉換裝置120的反射區域124（波長轉換裝置的區間T），且濾光裝置102的照明光散射區域SC會轉到勻光裝置160的出光面（主要散射激發光束EB）（濾光裝置的區間B）。在時間t1之後，激發光束EB會聚於波長轉換裝置120的波長轉換122（波長轉換裝置的區間Y）以產生轉換光束TB（以黃光為例）。在時間t1至時間t2之間，濾光裝置102的綠色濾光區域GF會轉到勻光裝置160的出光面（濾光裝置的區間G），以產生綠色光。在時間t2之後，濾光裝置102的紅色濾光區域RF會轉到勻光裝置160的出光面（濾光裝置的區間R），以產生紅色光。
圖11B是依照本發明的圖10A的另一種波長轉換裝置與濾光裝置的光束入射時序圖。圖11B的實施例與圖11A的實施例的實施方式相似，差別在於，補充光束CB可以不需要持續入射勻光裝置160。以補充光束CB是紅色光為例，可以僅在時間t2之後提供補充光束CB，以達到節約能源之效果。詳細的實施方式可從上述實施例的說明獲致足夠的教示與建議，在此不再加以贅述。
在本實施例中，投影裝置中的光閥模組104所包括的光閥係指數位微鏡元件（Digital Micro-mirror Device, DMD）、矽基液晶面板（Liquid-crystal-on-silicon Panel, LCOS Panel）或是液晶面板（Liquid Crystal Panel, LCD）等空間光調變器之任一者，本發明對此並不限制。
另外需說明的是，在另一實施例中，投影裝置10的濾光裝置102可以是以稜鏡組的方式進行分光，本發明並不限制濾光裝置102的實施樣態。關於如何使用分合光鏡片組來接收照明光束以進行分光，其詳細步驟及實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，本發明的示範實施例中提供一種照明系統與投影裝置，投影裝置包括上述的照明系統。上述的照明系統包括第一發光模組、波長轉換裝置、球殼形分色裝置、勻光裝置以及光中繼單元。波長轉換裝置會將由第一發光模組發出的激發光束轉換為轉換光束。本實施例利用球殼形分色裝置的分光特性，球殼形分色裝置適於讓激發光束穿透且適於反射轉換光束，可以將轉換光束會聚於勻光裝置，而穿透球殼形分色裝置的被反射激發光束可藉由光中繼單元引導而重新會聚至勻光裝置，其中激發光束與轉換光束通過勻光裝置以形成照明光束。因此，本發明實施例的照明系統以及投影裝置的結構簡單，可縮小系統體積並且提升系統效率。
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。
10‧‧‧投影裝置100、300、400、500、600、600’、700、800、900、1000‧‧‧照明系統102‧‧‧濾光裝置104‧‧‧光閥模組106‧‧‧成像鏡頭110‧‧‧第一發光模組120、820‧‧‧波長轉換裝置122‧‧‧波長轉換區域124‧‧‧反射區域126、826‧‧‧第一旋轉輪盤130‧‧‧球殼形分色裝置140‧‧‧光聚焦透鏡組142‧‧‧第一區域144‧‧‧第二區域150、550、750‧‧‧光中繼單元160‧‧‧勻光裝置170‧‧‧第二發光模組210、220、230、920、930‧‧‧曲線822‧‧‧第一光穿透區域824‧‧‧光散射區域640‧‧‧第一光聚焦透鏡組642‧‧‧第二光聚焦透鏡組644‧‧‧反射鏡A‧‧‧平面BL‧‧‧藍色光B、Y、R、G、T‧‧‧區間C‧‧‧球心CB‧‧‧補充光束EB‧‧‧激發光束IB‧‧‧照明光束ES‧‧‧第二區域的出光面GF‧‧‧綠色濾光區域GL‧‧‧綠色光INC‧‧‧勻光裝置的入光面IM‧‧‧影像光束IS‧‧‧內側面OS‧‧‧外側面OB、OA‧‧‧光軸PB‧‧‧投影光束SC‧‧‧照明光散射區域SA‧‧‧旋轉軸RL‧‧‧紅色光RF‧‧‧紅色濾光區域TB‧‧‧轉換光束t0、t1、t2‧‧‧時間TA‧‧‧第二光穿透區域θ‧‧‧夾角
圖1A是依照本發明的一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。 圖1B是依照本發明的一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖2A是依照本發明的一實施例的一種球殼形分色裝置的反射率對入射波長分佈圖。 圖2B至圖2C是依照本發明的一實施例的一種光中繼單元的反射率對入射波長分佈圖。 圖3是依照本發明的一實施例的一種波長轉換裝置的示意圖。 圖4A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖4B是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖6A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖6B是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖7是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖8A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖8B是依照本發明的另一實施例的一種波長轉換裝置的示意圖。 圖8C是依照本發明的圖8A的一種濾光裝置的示意圖。 圖9A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖9B是依照本發明的圖9A的一種濾光裝置的示意圖。 圖10A是依照本發明的另一實施例的一種照明系統的示意圖。 圖10B是依照本發明的圖10A的一種球殼形分色裝置的反射率對入射波長分佈圖。 圖11A是依照本發明的圖10A的一種波長轉換裝置與濾光裝置的光束入射時序圖。 圖11B是依照本發明的圖10A的另一種波長轉換裝置與濾光裝置的光束入射時序圖。
100‧‧‧照明系統
102‧‧‧濾光裝置
110‧‧‧第一發光模組
120‧‧‧波長轉換裝置
122‧‧‧波長轉換區域
124‧‧‧反射區域
126‧‧‧第一旋轉輪盤
130‧‧‧球殼形分色裝置
140‧‧‧光聚焦透鏡組
142‧‧‧第一區域
144‧‧‧第二區域
150‧‧‧光中繼單元
160‧‧‧勻光裝置
A‧‧‧平面
C‧‧‧球心
EB‧‧‧激發光束
INC‧‧‧勻光裝置的入光面
IS‧‧‧內側面
OS‧‧‧外側面
OB、OA‧‧‧光軸
TB‧‧‧轉換光束
IB‧‧‧照明光束

Claims (18)

  1. 一種照明系統，包括： 一第一發光模組，用以發出一激發光束； 一波長轉換裝置，配置於該激發光束的傳遞路徑上，具有一波長轉換區域與一反射區域，其中該波長轉換區域用以將該激發光束轉換為一轉換光束，其中該轉換光束的波長大於該激發光束的波長，該反射區域用以反射該激發光束； 一球殼形分色裝置，位於該第一發光模組與該波長轉換裝置之間，該球殼形分色裝置適於讓該激發光束穿透，且適於反射該轉換光束； 一勻光裝置，相對於該第一發光模組而與該波長轉換裝置一起配置於該球殼型分色裝置的一側，該勻光裝置具有一入光面，其中被該球殼型分色裝置反射的該轉換光束會聚於該入光面；以及 一光中繼單元，以該球殼型分色裝置的光軸為準，該光中繼單元與該第一發光模組分別配置於該球殼型分色裝置的外側的兩邊， 其中被該波長轉換裝置反射的該激發光束穿透該球殼型分色裝置並傳遞至該光中繼單元，該光中繼單元反射該激發光束以使該激發光束再度穿透該球殼型分色裝置而會聚於該勻光裝置的該入光面， 其中該激發光束與該轉換光束通過該勻光裝置以形成一照明光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該波長轉換裝置接收該激發光束的位置為一第一位置，該勻光裝置的入光面位於一第二位置，且該第一位置與該第二位置以該球殼型分色裝置的球心為基準而互為共軛位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該球殼形分色裝置呈現一個完整的球形的一部分的形狀。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，還包括： 一光聚焦透鏡組，配置於該激發光束的傳遞路徑上，具有一第一區域與一第二區域，其中，來自該第一發光模組的該激發光束通過該第一區域並穿透該球殼形分色裝置以入射至該波長轉換裝置，且該激發光束被該波長轉換裝置反射後通過該第二區域而被引導至該光中繼單元，該光中繼單元反射該激發光束以使該激發光束再度通過該第二區域與該球殼形分色裝置而會聚於該勻光裝置的入光面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中該光聚焦透鏡組的光軸與該球殼型分色裝置的光軸為重合或為不重合。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中該光中繼單元為一反射層，且配置於該第二區域的出光面上，該第二區域的出光面是指該光聚焦透鏡組最遠離該球殼型分色裝置的面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，還包括： 一第一光聚焦透鏡組，配置於該第一發光模組與該球殼形分色裝置之間的該激發光束的路徑上；以及 一第二光聚焦透鏡組，配置於該光中繼單元與該球殼形分色裝置之間的該激發光束的路徑上，用以將被該波長轉換裝置反射的該激發光束引導至該光中繼單元，其中，被該光中繼單元反射的該激發光束再度通過該第二光聚焦透鏡組與該球殼形分色裝置而會聚於該勻光裝置的入光面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的照明系統，還包括： 一反射鏡，配置於該第一光聚焦透鏡組與該球殼形分色裝置之間的該激發光束的路徑上，用以改變該激發光束的方向使該激發光束入射該球殼形分色裝置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的照明系統，其中該光中繼單元為一反射層，配置於該第二光聚焦透鏡組的出光面上，其中該第二光聚焦透鏡組的出光面是指該第二光聚焦透鏡組最遠離該球殼型分色裝置的面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該光中繼單元為一反射層，且配置於該球殼形分色裝置的外側面上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中，當該波長轉換區域與該球殼型分色裝置的球心共平面時，該勻光裝置的入光面與該波長轉換區域共平面，且當該波長轉換區域與該球殼型分色裝置的球心不共平面時，該勻光裝置的入光面與該波長轉換區域不共平面。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該波長轉換裝置配置於該球殼型分色裝置與該勻光裝置之間，該波長轉換裝置還包括： 一光散射區域，用以使該激發光束穿透並散射該激發光束； 一第一光穿透區域，用以使該轉換光束穿透；以及 一第一旋轉輪盤，其中該波長轉換區域與該反射區域呈連續環狀地配置於該第一旋轉輪盤上，該光散射區域與該第一光穿透區域分別對應於該反射區域與該波長轉換區域而配置於該第一旋轉輪盤的最外圍環狀區域，且該光散射區域與該第一光穿透區域在該第一旋轉輪盤旋轉時覆蓋該勻光裝置的該入光面。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，還包括： 一第二發光模組，相對於該第一發光模組而與該光中繼單元一起配置於該球殼型分色裝置的外側的另一邊，用以發出一補充光束，且該補充光束的波長不同於該激發光束的波長， 其中，該光中繼單元為一分光鏡，適於讓該補充光束穿透，且適於反射該激發光束，其中該補充光束穿透該光中繼單元與該球殼型分色裝置而會聚於該勻光裝置的入光面。
  14. 一種投影裝置，包括： 一照明系統，包括： 一第一發光模組，用以發出一激發光束； 一波長轉換裝置，配置於該激發光束的傳遞路徑上，具有一波長轉換區域與一反射區域，其中該波長轉換區域用以將該激發光束轉換為一轉換光束，其中該轉換光束的波長大於該激發光束的波長，該反射區域用以反射該激發光束； 一球殼形分色裝置，位於該第一發光模組與該波長轉換裝置之間，該球殼形分色裝置適於讓該激發光束穿透，且適於反射該轉換光束； 一勻光裝置，相對於該第一發光模組而與該波長轉換裝置一起配置於該球殼型分色裝置的一側，該勻光裝置具有一入光面，其中被該球殼型分色裝置反射的該轉換光束會聚於該入光面；以及 一光中繼單元，以該球殼型分色裝置的光軸為準，與該第一發光模組分別配置於該球殼型分色裝置的外側的兩邊， 其中被該波長轉換裝置反射的該激發光束穿透該球殼型分色裝置並傳遞至該光中繼單元，該光中繼單元反射該激發光束以使該激發光束再度穿透該球殼型分色裝置而會聚於該勻光裝置的該入光面，其中該激發光束與該轉換光束通過該勻光裝置以形成一照明光束； 一光閥模組，配置於該照明光束的傳遞路徑上，並將該照明光束轉換成至少一影像光束；以及 一成像鏡頭，配置於該至少一影像光束的傳遞路徑上，該至少一影像光束傳遞至該成像鏡頭以形成一投影光束。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的投影裝置，還包括： 一濾光裝置，配置於該照明光束的傳遞路徑上，用以將該照明光束分成多個不同顏色的光束。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，其中， 該波長轉換裝置還包括： 一第一旋轉輪盤，其中該波長轉換區域與該反射區域呈連續環狀地配置於該第一旋轉輪盤上；以及 該濾光裝置，沿該照明光束的光軸方向配置在該波長轉換裝置後面，包括： 一濾光區域，用以將該照明光束分成多個不同顏色的光束； 一照明光散射區域，用以散射該照明光束；以及 一第二旋轉輪盤，與第一旋轉輪盤共用一旋轉軸，其中該濾光區域與該照明光散射區域分別對應於該波長轉換區域與該反射區域在該第一旋轉輪盤上的位置而配置於該第二旋轉輪盤上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，其中，當該第二旋轉輪盤與該第一旋轉輪盤同步旋轉時，該激發光束照射於該波長轉換區域上時，該照明光束照射於該些濾光區域上，且該激發光束照射於該反射區域上時，該照明光束照射於該照明光散射區域上。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的投影裝置，其中， 該波長轉換裝置，配置於該球殼型分色裝置與該勻光裝置之間，還包括： 一光散射區域，用以使該激發光束穿透並散射該激發光束； 一第一光穿透區域，用以使該轉換光束穿透；以及 一第一旋轉輪盤，其中該波長轉換區域與該反射區域呈連續環狀地配置於該第一旋轉輪盤上，該光散射區域與該第一光穿透區域分別對應於該反射區域與該波長轉換區域而配置於該第一旋轉輪盤的最外圍環狀區域，且該光散射區域與該第一光穿透區域在該第一旋轉輪盤旋轉時覆蓋該勻光裝置的該入光面；以及 該濾光裝置，沿該照明光束的光軸方向配置於該勻光裝置的一出光面後，包括： 一濾光區域，用以將該照明光束分成多個不同顏色的光束； 一第二光穿透區域，用以使該照明光束穿透；以及 一第二旋轉輪盤，與第一旋轉輪盤同步旋轉，其中該濾光區域與該第二光穿透區域分別對應於該波長轉換區域與該反射區域在該第一旋轉輪盤上的位置而配置於該第二旋轉輪盤上。
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