TWI509344B - 照明系統以及投影裝置 - Google Patents

Description

照明系統以及投影裝置

本發明是有關於一種光學系統與顯示裝置，且特別是有關於一種照明系統以及投影裝置。

近年來以發光二極體(light-emitting diode,LED)和雷射二極體(laser diode)等固態光源為主的投影裝置漸漸在市場上占有一席之地。由於雷射二極體具有高於約20%的發光效率，為了突破發光二極體的光源限制，因此漸漸發展了以雷射光源激發螢光粉而產生投影機所需用的純色光源。此外，雷射投影裝置除了可以使用雷射光源激發螢光粉發光外，亦可直接以雷射光作為投影機照明光源，並具有因應亮度需求而調整光源數目的優點，以達到各種不同亮度的投影機需求。因此，採用雷射光源的光源系統的投影機架構具有非常大的潛力能夠取代傳統高壓汞燈的方式，而成為新一代主流投影機之光源。

一般而言，雷射投影機須使用多顆的雷射陣列並將其聚焦於螢光粉層上，以產生足夠的輸出螢光強度。然而，隨著雷射 投影機輸出亮度的要求日漸提高，輸入的雷射功率數亦須隨之增加。進一步而言，隨著輸入的雷射功率提升，雷射能量過度集中的狀況將會使得雷射轉換效率下降。如此一來，在螢光粉層上被轉換為熱能的雷射能量將會增加，進而造成螢光粉層的溫度的上升，並可能影響螢光粉發光效率。

一般而言，雷射投影機可藉由在雷射光源的雷射光束傳遞到螢光輪的路徑上配置一擴散片，以將雷射光斑擴散開來，達到能量均勻化的效果。然而，擴散片本身即會造成能量的耗損。此外，由於當雷射光束從雷射光源的發光面離開時，發散角會有快速軸(即雷射光束的長軸)及慢速軸(即雷射光束的短軸)之別。換言之，雷射光源的發光面發射出來的光束會形成一橢圓錐狀，因此當雷射光束被耦合至螢光輪時，於螢光輪上所形成的雷射光斑也是橢圓形的。然而，因為擴散片的擴散方向是等向性的(isotropic)，因此將可能導致螢光輪上所形成的雷射光斑的長軸過長，而造成光學耦合上的困難，並亦會產生能量利用效率上的損失。

中華民國專利第I300834號揭露一種包括點光源陣列、準直透鏡以及透鏡的照明系統。中華民國專利公開第201215987號揭露一種包括光源、光閥、光均勻化元件以及透鏡模組的投影裝置。美國專利第8109638號揭露一種包括光源、調變區及投影鏡頭的投影機。

本發明提供一種照明系統，具有良好的發光頻譜與可靠度。

本發明提供一種投影裝置，具有良好的影像品質與可靠度。

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。照明系統包括至少一雷射光源、至少一非等向擴光元件以及一波長轉換元件。至少一雷射光源發出一雷射光束。至少一非等向擴光元件位於雷射光束的傳遞路徑上，並使雷射光束在一擴光方向上展開。擴光方向實質上平行於雷射光束的慢速軸。波長轉換元件位於雷射光束的傳遞路徑上。

本發明的一實施例提出一種投影裝置。投影裝置包括一前述的照明系統、一光閥以及一投影鏡頭。波長轉換元件並包括至少一波長轉換區以及至少一光穿透區。至少一波長轉換區以及至少一光穿透區適於運動，以輪流切入雷射光束的傳遞路徑上。當至少一光穿透區切入雷射光束的傳遞路徑上時，雷射光束穿透波長轉換元件，當至少一波長轉換區切入雷射光束的傳遞路徑上時，雷射光束被至少一波長轉換區轉換為至少一轉換光束。光閥配置於雷射光束與轉換光束的傳遞路徑上，以將雷射光束與轉換光束轉換為一影像光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。

在本發明的一實施例中，上述的非等向擴光元件具有一光軸以及一彎折表面，彎折表面包括多個相接的子平面，至少部份這些子平面中沿著擴光方向排列，且這些子平面相對於光軸的傾斜角度不同。

在本發明的一實施例中，上述的雷射光束通過至少一非等向擴光元件後，在擴光方向上先收歛而後展開。

在本發明的一實施例中，上述的這些子平面中至少二相鄰者的交界處為一稜線，且雷射光束的快速軸實質上平行於稜線。

在本發明的一實施例中，上述的非等向擴光元件為一楔形元件，這些相接的子平面並沿一第一方向排列，且雷射光束的快速軸實質上平行於第一方向。

在本發明的一實施例中，上述的相鄰的二子平面形成一凹陷部。

在本發明的一實施例中，上述的相鄰的二子平面形成一凸起面。

在本發明的一實施例中，上述的相鄰的每二子平面形成一凸起面，且這些凸起面之間存在多個凹陷部。

在本發明的一實施例中，上述的相接的子平面環繞光軸排列，以使彎折表面形成一錐狀表面。

在本發明的一實施例中，上述的波長轉換元件包括至少一波長轉換區以及至少一光穿透區，至少一波長轉換區以及至少一光穿透區適於運動，以輪流切入雷射光束的傳遞路徑上，當至 少一光穿透區切入雷射光束的傳遞路徑上時，雷射光束穿透波長轉換元件，當至少一波長轉換區切入雷射光束的傳遞路徑上時，雷射光束被至少一波長轉換區轉換為至少一轉換光束。照明系統更包括一合光單元，位於至少一雷射光源與波長轉換元件之間，且位於至少一轉換光束與穿透波長轉換元件的雷射光束的傳遞路徑上。

在本發明的一實施例中，上述的波長轉換元件位於至少一雷射光源與非等向擴光元件之間的雷射光束的傳遞路徑上，當至少一光穿透區切入雷射光束的傳遞路徑上時，雷射光束穿透波長轉換元件並傳遞至非等向擴光元件，且經由非等向擴光元件傳遞至合光單元。

在本發明的一實施例中，上述的非等向擴光元件位於至少一雷射光源與波長轉換元件之間，且雷射光束經由非等向擴光元件傳遞至波長轉換元件。

在本發明的一實施例中，上述的至少一非等向擴光元件為二非等向擴光元件，二非等向擴光元件之一位於至少一雷射光源與波長轉換元件之間，波長轉換元件並位於至少一雷射光源與二非等向擴光元件之另一之間的雷射光束的傳遞路徑上。

在本發明的一實施例中，上述的非等向擴光元件包括多個柱狀透鏡，其中這些柱狀透鏡沿擴光方向排列，並沿一第一方向延伸，且雷射光束的快速軸實質上平行於第一方向。

在本發明的一實施例中，上述的非等向擴光元件為一非 等向擴散片。

基於上述，本發明的實施例可達到下列優點或功效的至少其中之一。本發明的實施例的照明系統及投影裝置藉由非等向擴光元件來針對雷射光束沿慢速軸的方向進行擴光。如此一來，將可對雷射光斑達到非等向性的調整，並降低能量集中度，且避免雷射光束被耦合至波長轉換元件時，可能導致的光學耦合損失。在本發明的實施例的照明系統及投影裝置中，藉由非等向擴光元件來針對雷射光束沿慢速軸的方向進行擴光，如此可對雷射光斑達到非等向性的調整，以提昇照明均勻度與影像均勻度。

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。

60‧‧‧雷射光束

70‧‧‧轉換光束

80‧‧‧影像光束

100、1300、1400、1500‧‧‧照明系統

110‧‧‧雷射光源

120、720、820、920、1020、1120a、1120b、1120、1220‧‧‧非等向擴光元件

121‧‧‧彎折表面

130‧‧‧波長轉換元件

131‧‧‧波長轉換區

133‧‧‧光穿透區

141、143、145‧‧‧透鏡

150‧‧‧合光單元

160‧‧‧光傳遞模組

170‧‧‧光均勻化元件

200‧‧‧投影裝置

210‧‧‧光閥

220‧‧‧投影鏡頭

O‧‧‧光軸

D1‧‧‧第一方向

E1‧‧‧擴光方向

SS‧‧‧子平面

PS‧‧‧凸起面

GP‧‧‧凹陷部

IP‧‧‧斜面平台

P‧‧‧平台部

LL‧‧‧柱狀透鏡

RL‧‧‧稜線

x、y、z‧‧‧方向

θ‧‧‧夾角

A‧‧‧放大區域

圖1A是本發明一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。

圖1B是圖1A中雷射光束在色輪附近的光束分布的局部區域放大示意圖。

圖2A是圖1A的一種非等向擴光元件的正視示意圖。

圖2B是圖2A的非等向擴光元件的剖面示意圖。

圖3是圖2A的非等向擴光元件的光路示意圖。

圖4A與圖4B是雷射光束經非等向擴光元件後的光束分佈圖。

圖5A與圖5B是雷射光束未經非等向擴光元件時的光束分佈圖。

圖6是圖1A的波長轉換元件的正視示意圖。

圖7A、圖8A、圖9A與圖10A繪示了圖1A的不同非等向擴光元件的變化的正視示意圖。

圖7B、圖8B、圖9B與圖10B分別是圖7A、圖8A、圖9A與圖10A的非等向擴光元件的剖面示意圖。

圖11A至圖11C是圖1A的不同非等向擴光元件的正視示意圖。

圖12是圖1A的另一種非等向擴光元件的立體示意圖。

圖13是本發明另一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。

圖14是本發明再一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。

圖15是本發明又一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的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是本發明一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。圖1B是圖1A中雷射光束在色輪附近的光束分布的局部放大 示意圖。請參照圖1A，投影裝置200包括一照明系統100、一光閥210以及一投影鏡頭220。在本實施例中，光閥210例如為一數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)或一矽基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)。然而，在其他實施例中，光閥210亦可以是穿透式液晶面板或其他空間光調變器。

具體而言，在本實施例中，照明系統100包括至少一雷射光源110、至少一非等向擴光元件120以及一波長轉換元件130。舉例而言，雷射光源110例如可為藍光雷射二極體陣列(Blue Laser diode Bank)，雷射光束60則為藍光雷射光束，而波長轉換元件130為一波長轉換輪，但本發明不以此為限。另一方面，在本實施例中，非等向擴光元件120位於雷射光束60的傳遞路徑上，且位於至少一雷射光源110與波長轉換元件130之間。更詳細而言，在本實施例中，照明系統100更包括多個透鏡141、143、145，位於雷射光源110與波長轉換元件130之間，非等向擴光元件120則位於透鏡143與透鏡145之間，而雷射光束60則可經由非等向擴光元件120傳遞至波長轉換元件130。

進一步而言，在本實施例中，雷射光源110發出一雷射光束60。一般而言，當雷射光束從雷射光源110的發光面離開時，發散角會有快速軸(即雷射光束60的長軸)及慢速軸(即雷射光束60的短軸)之別。換言之，雷射光源110的發光面發射出來的光束會形成一橢圓錐，而非等向擴光元件120可使雷射光束60在一擴光方向E1上展開。此外，在本實施例中，如圖1B的放大區 域A所示，在一實施例中，雷射光束60通過非等向擴光元件120後，經過透鏡145後，雷射光束60在擴光方向E1上先收歛/匯聚而後展開/發散，因此本實施例提供非等向擴光元件120，可使雷射光束60於波長轉換元件130的接收雷射光束60的一側，提前光聚焦；之後產生光發散，可降低雷射光束60的能量集中度以及增加雷射光束60與波長轉換元件130的接觸反應面積，提高雷射光束60的波長轉換效率。

在本實施例中，擴光方向E1實質上平行於雷射光束60的慢速軸。雷射光束60的慢速軸例如為x方向，雷射光束60的快速軸例如為y方向。如此，即可達到使雷射光束60入射至波長轉換元件130所生光斑的整形效果，亦即使光束從橢圓錐變成較為近似圓錐，而可避免雷射光束被耦合至波長轉換元件130時所可能導致的光學耦合上的損失。以下將搭配圖2A至圖5B，針對非等向擴光元件120的結構以及功效進行進一步的說明。

圖2A是圖1A的一種非等向擴光元件的正視示意圖。圖2B是圖2A的非等向擴光元件的剖面示意圖。請參照圖2A與圖2B，在本實施例中，非等向擴光元件120具有一光軸O以及一彎折表面121，彎折表面121包括多個相接的子平面SS，至少部份這些子平面SS中沿著擴光方向E1排列，且這些子平面SS相對於光軸O的傾斜角度不同。在本實施例中，擴光方向E1例如為x方向。更詳細而言，在本實施例中，非等向擴光元件120為一楔形元件。這些相接的子平面SS並沿一第一方向D1延伸，且雷射 光束60的快速軸實質上平行於第一方向D1。在本實施例中，第一方向D1例如為y方向。

進一步而言，如圖2B所示，在本實施例中，這些相對於光軸O的傾斜角度不同的相鄰二子平面SS可形成一凸起面PS。此外，在本實施例中，這些相鄰子平面SS中的二相鄰者的交界處為一稜線RL，且稜線RL的延伸方向即為第一方向D1。換言之，雷射光束60的快速軸實質上平行於稜線RL。

圖3是圖2A的非等向擴光元件的光路示意圖。圖4A與圖4B是雷射光束經非等向擴光元件後的光束分佈圖。圖5A與圖5B是雷射光束未經非等向擴光元件時的光束分佈圖。如圖3所示，當雷射光束60通過非等向擴光元件120時，由於非等向擴光元件120的子平面SS相對於光軸O的傾斜角度不同，因此通過非等向擴光元件120的子平面SS部分的雷射光束60受到偏折的方向亦不相同，進而可達到光斑調整的效果。進一步而言，如圖4A與圖4B所示，由於在本實施例中，這些子平面SS中沿著擴光方向E1(即x方向)排列，因此非等向擴光元件120主要是對雷射光束60於x方向上的分量作偏折，而對y方向上的分量則不會。若將圖4A與圖4B的結果與圖5A與圖5B的結果相較，更可看出雷射光束60經非等向擴光元件120後，可針對慢速軸(即x方向)上的雷射光斑進行擴光，並使雷射光斑在快速軸(即y方向)上維持原大小。此外，若以圖5A及圖5B的實施例中的雷射光束60的能量分佈峰值為100%的話，圖4A及圖4B的實施例中的雷射光束60 的能量分佈峰值則為53%。因此，非等向擴光元件120即可對雷射光斑達到非等向性(anisotropic)的調整，並降低能量集中度，進而避免後續雷射光束被耦合至波長轉換元件130時，將可能導致的光學耦合損失且也因為光斑作非等向性的擴張，可降低螢光輪累積熱量的問題。

接著，請再次參照圖1A，在本實施例中，照明系統100更包括一合光單元150，位於至少一雷射光源110與波長轉換元件130之間，且位於穿透波長轉換元件130的雷射光束60的傳遞路徑上。具體而言，合光單元150為一分色鏡或一分色稜鏡，而可對不同顏色的光束提供不同的光學作用。舉例而言，在本實施例中，合光單元150例如可讓藍色光束穿透，而對其他顏色(如紅色、綠色、黃色等)的光束提供反射作用。也就是說，在本實施例中，合光單元150可讓雷射光束60穿透，如此一來，雷射光束60可穿透合光單元150並入射至波長轉換元件130。

圖6是圖1A的波長轉換元件130的正視示意圖。另一方面，如圖1A所示，波長轉換元件130位於雷射光束60的傳遞路徑上，且照明系統100更包括一光均勻化元件170，位於雷射光束60的傳遞路徑上。更詳細而言，如圖6所示，在本實施例中，波長轉換元件130並包括至少一波長轉換區131a、131b以及至少一光穿透區133。舉例而言，在本實施例中，波長轉換區131a、131b更分別包括一螢光粉層(未繪示)的螢光粉區，其中波長轉換區131a、131b所包括的螢光粉層與雷射光束60顏色不同。舉例而言， 波長轉換區131a、131b所包括的螢光粉層的顏色例如分別可為紅色與綠色。至少一波長轉換區131a、131b以及至少一光穿透區133適於運動，以輪流切入雷射光束60的傳遞路徑上。

當至少一波長轉換區131a、131b輪流切入雷射光束60的傳遞路徑上時，雷射光束60被至少一波長轉換區131a、131b分別轉換為紅色或綠色的至少一轉換光束70，且至少一轉換光束70則可被波長轉換元件130反射。另一方面，如圖1A所示，合光單元150位於至少一轉換光束70的傳遞路徑上，因此至少一轉換光束70會被傳遞至合光單元150。

當至少一光穿透區133切入雷射光束60的傳遞路徑上時，雷射光束60穿透波長轉換元件130，並經由一光傳遞模組160傳遞至合光單元150，並穿透合光單元150而傳遞至光均勻化元件170。此外，至少一轉換光束70與雷射光束60的顏色彼此不同，因此被傳遞至合光單元150將可被反射至光均勻化元件170。如此一來，當至少一波長轉換區131a、131b以及至少一光穿透區133切入雷射光束的傳遞路徑上時，照射於波長轉換元件130上的雷射光束60便可依序被轉換成多種不同顏色，並傳遞至光均勻化元件170中。

需說明的是，上述的合光單元150在本實施例中為一讓藍色光束穿透，而對其他顏色(如紅色、綠色等)的光束提供反射作用的分色鏡或分色稜鏡為例示，但本發明不以此為限。在其他實施例中，合光單元150亦為一可對藍色光束提供反射作用， 而讓其他顏色(如紅色、綠色等)的光束穿透的分色鏡或分色稜鏡。此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來對雷射光束60與轉換光束70搭配適當的光路設計後，亦可使合光單元150達到類似的合光效果，在此就不予贅述。

此外，如圖1A所示，當雷射光束60及轉換光束70經由照明系統100傳遞至光均勻化元件170時，光均勻化元件170可使這些不同顏色的雷射光束60及轉換光束70均勻化，並使其傳遞至光閥210。光閥210配置於雷射光束60與轉換光束70的傳遞路徑上，以將雷射光束60與轉換光束70轉換為一影像光束80。投影鏡頭220配置於影像光束80的傳遞路徑上，並用以將影像光束80投影至一屏幕上，以形成影像畫面。由於這些不同顏色的雷射光束60及轉換光束70會聚在光閥210上後，光閥210依序將不同顏色的雷射光束60及轉換光束70轉換成不同顏色的影像光束80傳遞至投影鏡頭220，因此，光閥210所轉換出的影像光束80所被投影出的影像畫面便能夠成為彩色畫面。

此外，亦需說明的是，本實施例的非等向擴光元件120雖以具有一凸起面PS的楔形元件為例示，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，非等向擴光元件120將可具有不同的的結構設計，以下將搭配圖7A至圖10B，進行進一步的解說。

圖7A、圖8A、圖9A與圖10A繪示了圖1A的不同非等向擴光元件120的變化的正視示意圖。圖7B、圖8B、圖9B與圖10B分別是圖7A、圖8A、圖9A與圖10A的非等向擴光元件120 的剖面示意圖。請參照圖7A至圖10B，非等向擴光元件720、820、920、1020與圖2A的非等向擴光元件120類似，而差異如下所述。在圖7A及圖7B的實施例中，非等向擴光元件720的相鄰二子平面SS形成一凹陷部GP，而在圖8A及圖8B的實施例中，非等向擴光元件820的相鄰二子平面SS形成一具有一平台P與一斜面IP的斜面平台。在圖9A與圖9B以及圖10A與圖10B的實施例中，非等向擴光元件920、1020的相鄰每二子平面SS形成一凸起面PS，且這些凸起面PS之間存在至少一凹陷部GP。在這些實施例中，當雷射光束60通過非等向擴光元件120時，通過非等向擴光元件720、820、920、1020的傾斜部分的雷射光束60仍會受到偏折，通過平台部P的光束則維持原方向。如此一來，非等向擴光元件720、820、920、1020亦可達到光斑調整的效果，並具有與非等向擴光元件120類似的功效及優點，在此就不予贅述。

圖11A至圖11C是圖1A的不同非等向擴光元件120的正視示意圖。請參照圖11A至圖11C，非等向擴光元件1120a、1120b、1120c與圖2A的非等向擴光元件120類似，而差異如下所述。在圖11A至圖11C的實施例中，非等向擴光元件1120a、1120b、1120c的相接的子平面SS環繞光軸O排列，以使彎折表面121形成一錐狀表面。舉例而言，(如圖11A至圖11C所示)，彎折表面121可為一三角錐狀表面(如圖11A所示)、一四角錐狀表面(如圖11B所示)或一五角錐狀表面(如圖11C所示)，但本發明不以此為限。在這些實施例中，當雷射光束60通過非等向擴光元件 1120a、1120b或1120c時，雷射光束60通過非等向擴光元件1120a、1120b或1120c的彎折表面1121a、1121b或1121c部分的雷射光束60仍會受到偏折，如此一來，非等向擴光元件1120a、1120b或1120c亦可達到光斑調整的效果。

舉例而言，如圖11A所示，在本實施例中，雷射光束60的快速軸實質上可介於這些相接的子平面SS的稜線RL之間。如此一來，當雷射光束60通過具有三角錐狀表面的非等向擴光元件1120a時，例如：通過非等向擴光元件1120a的於圖11A中左上部的雷射光束60將往右下偏折，通過非等向擴光元件1120a的於圖11A中右上部的雷射光束60將往左下偏折，通過非等向擴光元件1120a的於圖11A中下方的雷射光束60將往上方偏折，且雷射光束60通過非等向擴光元件1120a後，亦會在擴光方向E1上先收歛而後展開，進而可達到光斑調整的效果。

另一方面，在圖11B的實施例中，雷射光束60的慢速軸實質上可介於這些相接的子平面SS的稜線RL之間，且與這些相接的子平面SS的稜線RL的夾角為45度。換言之，在圖11B的實施例中，擴光方向E1與這些相接的子平面SS的稜線RL的夾角θ亦為45度。如此一來，當雷射光束60通過非等向擴光元件1120b時，通過非等向擴光元件120的彎折表面121部分的雷射光束60亦會受到偏折，而會在擴光方向E1上先收歛而後展開，進而可達到光斑調整的效果。類似地，在圖11C的實施例中，雷射光束60的快速軸實質上可介於這些相接的子平面SS的稜線RL 之間。當雷射光束60通過具有五角錐狀表面的非等向擴光元件1120c時，亦會在擴光方向E1上先收歛而後展開，因此非等向擴光元件1120c亦會具有光斑調整的效果。

圖12是圖1A的另一種非等向擴光元件的立體示意圖。請參照圖12，非等向擴光元件1220與圖2A的非等向擴光元件120類似，而差異如下所述。在本實施例中，非等向擴光元件1220包括多個柱狀透鏡LL，其中這些柱狀透鏡LL沿擴光方向E1排列，並沿第一方向D1延伸，且雷射光束60的快速軸實質上平行於第一方向D1。如此一來，當雷射光束60通過對非等向擴光元件1220時，柱狀透鏡LL亦可使雷射光束60產生偏折，且由於在本實施例中，這些子平面SS中沿著擴光方向E1(即x方向)排列，因此非等向擴光元件1220主要是對雷射光束60於x方向上的分量作偏折，而對y方向上的分量則不會。如此，非等向擴光元件1220亦可達到光斑調整的效果，並具有與非等向擴光元件120類似的功效及優點，在此就不予贅述。

此外，在另一未繪示的實施例中，非等向擴光元件亦可為一非等向擴散片，此非等向擴散片上具有多個光學微結構，形成這些微結構的方式例如是將前述非等向擴光元件120的各凸起面PS、凹陷部GP、錐狀表面或是柱狀透鏡LL結構微小化而形成的。因此，此非等向擴散片亦可達到光斑調整的效果，並具有與非等向擴光元件120類似的功效及優點，在此就不予贅述。

承上述，由於非等向擴光元件720、820、920、1020、 1120a、1120b、1120、1220以及非等向擴散片皆可達到光斑調整的效果，因此亦皆可被應用於圖1A的投影裝置200中，而使投影裝置200仍可達到類似的功效與優點，在此亦不再贅述。

圖13是本發明另一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。請參照圖13，本實施例的照明系統1300與圖1A的照明系統100類似，而差異如下所述。在本實施例中，非等向擴光元件120位於透鏡141與透鏡143之間。由於非等向擴光元件120仍可使雷射光束60經由非等向擴光元件120傳遞至波長轉換元件130，並達到光斑調整的效果，因此投影裝置1300仍可達到與投影裝置200類似的功效與優點，在此亦不再贅述。

此外，前述實施例的非等向擴光元件120雖皆以位於至少一雷射光源110與波長轉換元件130之間為例示，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，非等向擴光元件120亦可位於投影裝置200的他處，以下將搭配圖14至圖15進行進一步的說明。

圖14是本發明再一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。請參照圖14，本實施例的照明系統1400與圖1A的照明系統100類似，而差異如下所述。請同時參照圖6及圖14，在本實施例中，波長轉換元件130位於至少一雷射光源110與非等向擴光元件120之間的雷射光束60的傳遞路徑上。當至少一光穿透區133切入雷射光束60的傳遞路徑上時，雷射光束60穿透波長轉換元件130並傳遞至非等向擴光元件120，且經由非等向擴光元件120傳遞至合光單元150。進一步而言，穿透波長轉換元件130的雷射 光束60亦具有非等向性(即為橢圓錐)，然而由於波長轉換元件所轉換而成的轉換光束呈圓錐狀，因此雷射光束與轉換光束之光錐形狀的不同可能導致照明系統所提供的光束之色均勻度下降，而可能對於投影的色均勻度造成影響。但在本實施例中，由於穿透波長轉換元件130的雷射光束60在通過非等向擴光元件120後，其光形將可受到調整，並提前聚焦，因此當雷射光束60被傳遞至光均勻化元件170時，將可不致降低照明系統所提供光束的色均勻度。如此，即可改善投影的色均勻度。

此外，亦需要說明的是，在圖1A的實施例中，由於照明系統100的非等向擴光元件120位於雷射光源110與波長轉換元件130之間，因此可使雷射光束60的光錐形狀在傳遞至波長轉換元件130前即受到調整，而較為近似圓錐狀，因此亦可具有改善照明及投影的色均勻度的功效。

圖15是本發明又一實施例的一種投影裝置的架構示意圖。請參照圖15，本實施例的照明系統1500與圖1A的照明系統100類似，而差異如下所述。請參照圖15，在本實施例中，至少一非等向擴光元件120為二非等向擴光元件120，且二非等向擴光元件120之一位於至少一雷射光源110與波長轉換元件130之間，波長轉換元件130並位於至少一雷射光源110與二非等向擴光元件120之另一之間的雷射光束60的傳遞路徑上。換言之，在本實施例中，位於至少一雷射光源110與波長轉換元件130之間的非等向擴光元件120可使雷射光束60經由非等向擴光元件120傳遞 至波長轉換元件130，並達到光斑調整的效果。此外，由於波長轉換元件130並位於至少一雷射光源110與另一非等向擴光元件120之間的雷射光束60的傳遞路徑上，因此可改善投影的色均勻度。故照明系統1500可達到前述照明系統1400以及照明系統100的類似功效與優點，而使投影裝置200仍可達到類似的功效與優點，在此亦不再贅述。

此外，由於非等向擴光元件720、820、920、1020、1120a、1120b、1120、1220以及非等向擴散片亦皆可達到光斑調整的效果，因此亦皆可被應用於圖13至圖15的照明系統1300、1400、1500中，並使投影裝置200仍可達到類似的功效與優點，在此亦不再贅述。

綜上所述，本發明的實施例的照明系統及投影裝置藉由非等向擴光元件的子平面相對於光軸的傾斜角度不同，因此可使通過非等向擴光元件的子平面部分的雷射光束受到偏折的方向亦不相同，進而能針對雷射光束沿慢速軸的方向進行擴光。如此一來，將可對雷射光斑達到非等向性的調整，並降低能量集中度，且避免雷射光束被耦合至波長轉換元件時，將可能導致的光學耦合損失且也可降低螢光輪積熱問題。此外，本發明的實施例的照明系統及投影裝置亦可將波長轉換元件配置於至少一雷射光源與另一非等向擴光元件之間的雷射光束的傳遞路徑上，以改善照明及投影的色均勻度。

惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能 以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作的簡單等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。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的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的權利範圍。

60‧‧‧雷射光束

70‧‧‧轉換光束

80‧‧‧影像光束

100‧‧‧照明系統

110‧‧‧雷射光源

120‧‧‧非等向擴光元件

130‧‧‧波長轉換元件

141、143、145‧‧‧透鏡

150‧‧‧合光單元

160‧‧‧光傳遞模組

170‧‧‧光均勻化元件

200‧‧‧投影裝置

210‧‧‧光閥

220‧‧‧投影鏡頭

x、y、z‧‧‧方向

E1‧‧‧擴光方向

A‧‧‧放大區域

Claims (27)

1. 一種照明系統，包括：至少一雷射光源，發出一雷射光束；至少一非等向擴光元件，位於該雷射光束的傳遞路徑上，並使該雷射光束在一擴光方向上展開，且該擴光方向實質上平行於該雷射光束的慢速軸；以及一波長轉換元件，位於該雷射光束的傳遞路徑上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該雷射光束通過該至少一非等向擴光元件後，該雷射光束於該擴光方向上展開光斑在收歛光斑之後。
3. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該非等向擴光元件具有一光軸以及一彎折表面，該彎折表面包括多個相接的子平面，至少部份該些子平面中沿著該擴光方向排列，且該些子平面相對於該光軸的傾斜角度不同。
4. 如申請專利範圍第3項所述的照明系統，其中該些子平面中至少二相鄰者的交界處為一稜線，且該雷射光束的快速軸實質上平行於該稜線。
5. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中該非等向擴光元件為一楔形元件，該些相接的子平面並沿一第一方向延伸，且該雷射光束的快速軸實質上平行於該第一方向。
6. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中相鄰的二該子平面形成一凹陷部。
7. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中相鄰的二該子平面形成一凸起面。
8. 如申請專利範圍第4項所述的照明系統，其中相鄰的每二該子平面形成一凸起面，且該些凸起面之間存在至少一凹陷部。
9. 如申請專利範圍第3項所述的照明系統，其中該些相接的子平面環繞該光軸排列，以使該彎折表面形成一錐狀表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該波長轉換元件包括至少一波長轉換區以及至少一光穿透區，該至少一波長轉換區以及至少一光穿透區適於運動，以輪流切入該雷射光束的傳遞路徑上，當該至少一光穿透區切入該雷射光束的傳遞路徑上時，該雷射光束穿透該波長轉換元件，當該至少一波長轉換區切入該雷射光束的傳遞路徑上時，該雷射光束被該至少一波長轉換區轉換為至少一轉換光束，且該照明系統更包括：一合光單元，位於該至少一雷射光源與該波長轉換元件之間，且位於該至少一轉換光束與穿透該波長轉換元件的該雷射光束的傳遞路徑上。
11. 如申請專利範圍第10項所述的照明系統，其中該波長轉換元件位於該至少一雷射光源與該非等向擴光元件之間的該雷射光束的傳遞路徑上，當該至少一光穿透區切入該雷射光束的傳遞路徑上時，該雷射光束穿透該波長轉換元件並傳遞至該非等向擴光元件，且經由該非等向擴光元件傳遞至該合光單元。
12. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該非等向 擴光元件位於該至少一雷射光源與該波長轉換元件之間，且該雷射光束經由該非等向擴光元件傳遞至該波長轉換元件。
13. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該至少一非等向擴光元件為二非等向擴光元件，該二非等向擴光元件之一位於該至少一雷射光源與該波長轉換元件之間，該波長轉換元件並位於該至少一雷射光源與該二非等向擴光元件之另一之間的該雷射光束的傳遞路徑上。
14. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該非等向擴光元件包括多個柱狀透鏡，其中該些柱狀透鏡沿該擴光方向排列，並沿一第一方向延伸，且該雷射光束的快速軸實質上平行於該第一方向。
15. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該非等向擴光元件為一非等向擴散片。
16. 一種投影裝置，包括：一照明系統，包括：至少一雷射光源，發出一雷射光束；至少一非等向擴光元件，位於該雷射光束的傳遞路徑上，並使該雷射光束在一擴光方向上展開，且該擴光方向實質上平行於該雷射光束的慢速軸；以及一波長轉換元件，位於該雷射光束的傳遞路徑上，該波長轉換元件包括至少一波長轉換區以及至少一光穿透區，該至少一波長轉換區以及至少一光穿透區適於運動，以輪流切 入該雷射光束的傳遞路徑上，該至少一光穿透區切入該雷射光束的傳遞路徑上，該雷射光束穿透該波長轉換元件，以及該至少一波長轉換區切入該雷射光束的傳遞路徑上，該雷射光束被該至少一波長轉換區轉換為至少一轉換光束；一光閥，配置於該雷射光束與該轉換光束的傳遞路徑上，適於將該雷射光束與該轉換光束轉換為一影像光束；以及一投影鏡頭，配置於該影像光束的傳遞路徑上。
17. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，其中該雷射光束通過該至少一非等向擴光元件，該雷射光束於該擴光方向上展開光斑在收歛光斑之後。
18. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，其中該非等向擴光元件具有一光軸以及一彎折表面，該彎折表面包括多個相接的子平面，至少部份該些子平面中沿著該擴光方向排列，且該些子平面相對於該光軸的傾斜角度不同。
19. 如申請專利範圍第18項所述的投影裝置，其中該些子平面中至少二相鄰者的交界處為一稜線，且該雷射光束的快速軸實質上平行於該稜線。
20. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中該非等向擴光元件為一楔形元件，該些相接的子平面並沿一第一方向延伸，且該雷射光束的快速軸實質上平行於該第一方向。
21. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中相鄰的二該子平面形成一凹陷部。
22. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中相鄰的二該子平面形成一凸起面。
23. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中相鄰的每二該子平面形成一凸起面，且該些凸起面之間存在至少一凹陷部。
24. 如申請專利範圍第18項所述的投影裝置，其中該些相接的子平面環繞該光軸排列，以使該彎折表面形成一錐狀表面。
25. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，更包括：一合光單元，位於該至少一雷射光源與該波長轉換元件之間，且位於該至少一轉換光束與穿透該波長轉換元件的該雷射光束的傳遞路徑上。
26. 如申請專利範圍第25項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件位於該至少一雷射光源與該非等向擴光元件之間的該雷射光束的傳遞路徑上，當該至少一光穿透區切入該雷射光束的傳遞路徑上時，該雷射光束穿透該波長轉換元件並傳遞至該非等向擴光元件，且經由該非等向擴光元件傳遞至該合光單元。
27. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，其中該非等向擴光元件位於該至少一雷射光源與該波長轉換元件之間，且該雷射光束經由該非等向擴光元件傳遞至該波長轉換元件。