TWI628504B

TWI628504B - 發光系統

Info

Publication number: TWI628504B
Application number: TW106119531A
Authority: TW
Inventors: 許雅伶; 蔡威弘; 林經綸; 林鈞尉
Original assignee: 揚明光學股份有限公司
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2018-07-01
Also published as: TW201903508A

Abstract

一種發光系統，包括光源、第一螢光輪以及第二螢光輪。光源輸出第一光線。第一螢光輪具有第一透光區及第一螢光粉區。第二螢光輪具有第二螢光粉區。第一光線可穿透第一透光區到達第二螢光輪，且T1≧T2。T1係指第一螢光輪旋轉一圈的時間長度裡，第一光線照射第一透光區的時間長度。T2係指第二螢光輪旋轉一圈所需的時間。第一螢光粉區可受激發輸出第二光線，第二螢光粉區可受激發輸出第三光線，第二光線及第三光線的光譜中的波長峰值不同。

Description

發光系統

本發明關於一種發光系統，尤其是有關於用於投影機的發光系統。

現行的投影機的架構主要包括發光系統、光閥以及投影鏡頭，其中發光系統用以提供光線，而光閥用以將光線轉換成影像光線，投影鏡頭則用以將影像光線投影於螢幕上，以於螢幕上形成影像畫面。其中發光系統可以產生不同顏色的光線，主要原理就是藉由例如是雷射二極體良好的發光效率來激發螢光輪上的螢光粉，進而產生所需的純色光源。

在習知的投影機架構中，僅藉由一個螢光輪來進行光線的波長轉換，因此，單個螢光輪往往須承受所有激發光能量，在這樣的情況下，導致單個螢光輪的溫度過高而直接影響到光線的波長轉換效率。再者，在僅有單個螢光輪的投影機架構中，往往須在投影機的架構中增加一個同步色輪來增加色彩的飽和度，但增加同步色輪後，會同時造成投影機運作時效率的損失。因此，如何針對上述問題進行改善，實為本領域相關人員所關注的焦點。

本發明的一實施例提供一種發光系統。本實施例之發光系統包括光源、第一螢光輪以及第二螢光輪。光源輸出第一光線。第一螢光輪具有第一透光區及第一螢光粉區。第二螢光輪具有第二螢光粉區。第一光線可穿透第一透光區到達第二螢光輪，且T1≧T2。T1係指第一螢光輪旋轉一圈中，第一光線照射第一透光區的時間長度。T2係指第二螢光輪旋轉一圈所需的時間。第一螢光粉區可受激發輸出第二光線，第二螢光粉區可受激發輸出第三光線，第二光線及第三光線的光譜中的波長峰值不同。在本發明實施例之發光系統的結構設計下，光源所輸出的光線是利用兩個螢光輪來進行波長轉換，光線所產生的能量被兩個螢光輪分散，使得光線於每一螢光輪上所產生的溫度明顯降低，進而增加光線進行波長轉換的效率。此外，透過本發明實施例之發光系統更可進一步增加影像畫面的色彩飽和度。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，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，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。本發明中所謂的透鏡，是指至少能允許部份光線穿透，且其入、出光表面之至少一者的曲率半徑非為無限大；換句話說，透鏡的入、出光面的至少其中一者需非為平面。而例如是平板玻璃，則非為本發明所指的透鏡。本發明所謂光學元件，係指元件具有部份或全部可反射或穿透的材質所構成，通常包括玻璃或塑膠所組成。本發明所謂合光，係指可將一個以上光束，合成一光束輸出。

請參照圖1，其為本發明一實施例之投影機的結構示意圖。如圖1所示，本實施例之投影機1包括發光系統10以及成像系統20。發光系統10包括光源101、螢光輪102、螢光輪103、分光光學元件104、透鏡組105、分光光學元件106、透鏡組107、反射鏡組108、分光光學元件109、分光光學元件110、準直透鏡組111、第一驅動裝置112、第二驅動裝置113及準直透鏡組115。成像系統20包括均光光學元件201、稜鏡202、光閥203以及投影鏡頭204。

本發明所謂的光源101係指雷射光源、發光二極體光源或其他例如是電熱光源的傳統光源之任一者。光源101適於輸出第一光線L1，第一光線L1是光譜中的波長峰值介於400奈米至475奈米之間的藍色光線、紫外光或是其他可用於激發螢光粉的光線。在本實施例中，第一光線L1為光譜中的波長峰值介於400奈米至475奈米之間的藍色光線。

本發明所謂的第一螢光輪與第二螢光輪係指具有透光區與螢光粉區的輪狀結構。透光區係指鏤空區域或是玻璃等大致透明且得允許光線穿透的區域，螢光粉區係指塗佈有螢光粉的區域。於本例中，螢光粉區係設置有黃色螢光粉層，而於另一實施例中，除了黃色螢光粉的區域外，更設置有綠色螢光粉層的區域。

本發明所謂的分光光學元件104、分光光學元件106、分光光學元件109以及分光光學元件110係指帶通濾光片(bandpass filters ) 、帶拒濾光片(bandstop filters)、分色濾光片(DM filter)、分色鏡(dichroic mirror)、分色稜鏡 (DM prism)、X型合光濾鏡組(X plate)、X型合光稜鏡(X prism)或包括前述各者之至少一者之組合。而於本例中，分光光學元件104、分光光學元件106、分光光學元件109以及分光光學元件110係分別為一分色鏡(dichroic mirror)，在透光基板上鍍有一層分光鍍膜(dichroic coating)。在本例中，分光光學元件104具有讓藍色光線通過且反射紅色、綠色或/及黃色光線的的分光鍍膜，分光光學元件106與分光光學元件109分別具有讓藍色光線通過且至少反射紅色光線的分光鍍膜，分光光學元件110具有讓紅色、綠色或/及黃色光線通過且反射藍色光線與紅色光線的分光鍍膜。

本發明所謂的透鏡組105、透鏡組107、準直透鏡組111及準直透鏡組115係分別包括至少一枚透鏡，且透鏡組105、透鏡組107、準直透鏡組111及準直透鏡組115的屈光度分別為正。本例中，透鏡組105、透鏡組107、準直透鏡組111及準直透鏡組115的透鏡數量分別為兩個。

本發明所謂的反射鏡組108是兩枚以上反射鏡所組成的，於本例中，反射鏡組108包括第一反射鏡108a與第二反射鏡108b，而其二者係分別相互垂直設置的。

本發明所謂的第一驅動裝置112與第二驅動裝置113是可經由外部控制元件的電子訊號進行控制的馬達，藉以控制螢光輪102與螢光輪103彼此之間進行同調旋轉或不同調旋轉。

本發明所謂的成像系統20係指將影明光轉換為影像光的系統。另外，本發明所謂的均光光學元件201是指積分柱或是複眼透鏡(flyeye lens)等具有均光功能的光學元件，而於本例中，均光光學元件201為複眼透鏡。

本發明所謂的光閥203是空間光調變器的一種，光閥203指可以將照明光轉換為影像光的裝置，由於其已廣泛應用，故將不多加贅述之，舉例來說，光閥為數位微型反射鏡元件(Digital Micromirror Device, DMD)、液晶面板(LCD)或是矽基液晶面板(LCOS)等元件。而於本例中，光閥203為數位微型反射鏡元件。

請參照圖2與圖3，圖2為圖1所示之發光系統的第一螢光輪的結構示意圖。圖3為圖1所示之發光系統的第二螢光輪的結構示意圖。如圖2與圖3所示，螢光輪102具有第一透光區TA1及第一螢光粉區PA1。螢光輪103具有第二透光區TA2及第二螢光粉區PA2。螢光輪102的第一螢光粉區PA1可受第一光線L1的激發而輸出第二光線L2，螢光輪103的第二螢光粉區PA2可受第一光線L1的激發而輸出第三光線L3。在本實施例中，第二光線L2及第三光線L3的顏色係相異的，更明確的說，第二光線L2之波長峰值與第三光線L3的光譜中的波長峰值之間具有相差值，此相差值大於或等於15奈米，第二光線L2是綠色光線，也就是於光線光譜中波長峰值介於495奈米至570奈米之間的光線，第三光線L3是紅色光線，也就是於光線光譜中波長峰值介於620奈米至750奈米的光線。

如圖1所示，本實施例之分光光學元件104配置於光源101與螢光輪102的光學路徑之間。透鏡組105配置於分光光學元件104與螢光輪102的光學路徑之間。準直透鏡組111位於螢光輪102與分光光學元件106的光學路徑之間以及光源101與分光光學元件104的光學路徑之間。分光光學元件106配置於螢光輪102與螢光輪103的光學路徑之間。透鏡組107配置於分光光學元件106與螢光輪103的光學路徑之間。螢光輪103位於反射鏡組108與透鏡組107間，第一反射鏡108a位於螢光輪103與第二反射鏡108b的光學路徑之間。分光光學元件109位於第一光線L1與第三光線L3的傳遞路徑上。分光光學元件110位於第一光線L1與第二光線L2的傳遞路徑上。準直透鏡組115位於螢光輪103與分光光學元件109的光學路徑之間。第一驅動裝置112連接於螢光輪102，並適於驅動螢光輪102旋轉。第二驅動裝置113連接於螢光輪103，並適於驅動螢光輪103旋轉。

在本實施例中，螢光輪102的旋轉速度小於螢光輪103的旋轉速度的，換句話說，螢光輪102旋轉得比較慢。更明確的說，在螢光輪102旋轉一圈所需的時間長度中，光源101所輸出的第一光線L1照射螢光輪102的第一透光區TA1的時間長度為T1，而螢光輪103旋轉一圈的時間長度為T2， T1大於等於T2。

更明確的說，在一個循環中的第一光線L1照射螢光輪102的第一透光區TA1的期間內，通過第一透光區TA1的第一光線L1會依序照射到螢光輪103的第二透光區TA2及第二螢光粉區PA2，當中，會有部分的第一光線L1通過第二透光區TA2，另一部分的第一光線L1傳遞至第二螢光粉區PA2。第一光線L1照射螢光輪102的第一透光區TA1及第一螢光粉區PA1的時間長度分別佔螢光輪102旋轉一圈的時間長度的約50%。而通過第一透光區TA1的第一光線L1照射螢光輪103的第二透光區TA2的時間長度為T1的30%，通過第一透光區TA1的第一光線L1照射於螢光輪103的第二螢光粉區PA2的時間長度為T1的70%。也就是說，螢光輪103的透光部份可以比具有螢光粉部份來得大的。

以下再針為本實施例之發光系統10形成藍色光線(第一光線L1)的路徑、形成綠色光線(第二光線L2)的路徑以及形成紅色光線(第三光線L3)的路徑做更一步的描述。

如圖1至圖3所示，本實施例之形成藍色光線的路徑為光源101所輸出的第一光線L1穿透分光光學元件104及透鏡組105而到達螢光輪102的第一透光區TA1，由於透鏡組105的屈光度為正，因此，當第一光線L1通過透鏡組105時，透鏡組105將第一光線L1收斂聚焦至螢光輪102的表面。通過螢光輪102的第一透光區TA1的第一光線L1穿透分光光學元件106及透鏡組107而到達螢光輪103的第二透光區TA2，由於透鏡組107的屈光度為正，因此，當第一光線L1通過透鏡組107時，透鏡組107將第一光線L1收斂聚焦至螢光輪102的第二透光區TA2。值得一提的是，由於第一光線L1通過螢光輪102的第一透光區TA1時會光線發散的情況產生，因此，透過配置於螢光輪102與分光光學元件106之間的準直透鏡組111將第一光線L1收斂成準直光線，使得第一光線L1能夠完全照射至分光光學元件106上，而同理，螢光輪103後亦得設有一準直透鏡組115。第一光線L1在通過螢光輪103的第二透光區TA2後傳遞至第一反射鏡108a，第一反射鏡108a反射第一光線L1而使第一光線L1傳遞至第二反射鏡108b，第二反射鏡108b反射第一光線L1而將第一光線L1傳遞至分光光學元件109。分光光學元件109讓來自第二反射鏡108b的第一光線L1通過而傳遞至分光光學元件110，分光光學元件110將第一光束L1反射傳遞至成像系統20中。

如圖1至圖3所示，本實施例之形成綠色光線的路徑為光源101所輸出的第一光線L1穿透分光光學元件104及透鏡組105而到達螢光輪102的第一螢光粉區PA1，第一螢光粉區PA1受到第一光線L1的激發而輸出第二光線L2。第二光線L2被第一螢光粉區PA1反射傳遞至分光光學元件104。分光光學元件104反射來自第一螢光粉區PA1的第二光線L2而將第二光線L2傳遞至分光光學元件110。分光光學元件110讓來自分光光學元件104的第二光線L2通過而傳遞至成像系統20中。

如圖1至圖3所示，本實施例之形成紅色光線的路徑為光源101所輸出的第一光線L1穿透分光光學元件104及透鏡組105而到達螢光輪102的第一透光區TA1。通過螢光輪102的第一透光區TA1的第一光線L1穿透準直透鏡組111、分光光學元件106及透鏡組107而到達螢光輪103的第二螢光粉區PA2，第二螢光粉區PA2受到第一光線L1的激發而輸出第三光線L3。第三光線L3被第二螢光粉區PA2反射傳遞至分光光學元件106。分光光學元件106反射來自第二螢光粉區PA2的第三光線L3而將第三光線L3傳遞至分光光學元件109。分光光學元件109反射來自分光光學元件106的第三光線L3而傳遞至分光光學元件110，分光光學元件110將第三光束L3反射傳遞至成像系統20中。

在本實施例中，發光系統10所形成的第一光線L1、第二光線L2以及第三光線L3傳遞至成像系統20後依序傳遞至均光光學元件201、稜鏡202、光閥203以及投影鏡頭204而形成投影光線。

請參照圖4，其為本發明另一實施例之投影機的結構示意圖。如圖4所示，本實施例之投影機1a與圖1所示之投影機1類似，差異處在於，本實施例之螢光輪102與螢光輪103透過一個驅動裝置114的驅動而進行旋轉。具體而言，本實施例之發光系統10a的驅動裝置114包括馬達1141以及旋轉軸1142，馬達1141連接於旋轉軸1142，且馬達1141適於驅動旋轉軸1142旋轉，旋轉軸1142的兩端分別連接於該螢光輪102與螢光輪103，當馬達1141驅動旋轉軸1142旋轉時，旋轉軸1142同時帶動螢光輪102與螢光輪103進行旋轉。需特別說明的是，本實施例之投影機1a的其它構件以及形成藍色光線、綠色光線以及紅色的路徑大致與圖1所示之投影機1相同，故在本段說明不加以贅述之。

請參照圖5與圖6，其為本發明之另一實施例之第一螢光輪與第二螢光輪的結構示意圖。需特別說明的是，本實施例之螢光輪102b與螢光輪103b配置於類似圖1所示之投影機1架構中，且本實施例之螢光輪102b與螢光輪103b之間是同調旋轉，也就是螢光輪102b與螢光輪103b之間的轉速相同。如圖5與圖6所示，本實施例之螢光輪102b具有穿透區TA與第一螢光粉區PA1b，螢光輪102b具有穿透區TA’、暗區DA與第二螢光粉區PA2b，且螢光輪102b的暗區DA佔螢光輪102b之圓周的百分比是大於20%。由於本實施例之螢光輪102b與螢光輪103b彼此之間為同調旋轉，因此，在螢光輪102b與螢光輪103b旋轉的過程中，螢光輪102b的穿透區TA對應於螢光輪102b的穿透區TA’與第二螢光粉區PA2b，螢光輪102b的第一螢光粉區PA1b對應於螢光輪102b的暗區DA，也就是說，螢光輪102b的暗區DA為在旋轉期間未被第一光線所照射的區域。

請參照圖7，其為本發明之另一實施例之投影機的結構示意圖。如圖7所示，本實施例之投影機1c與圖1所示之投影機1類似，差異處在於，本實施例之投影機1c省略了如圖1所示之投影機1的分光光學元件106以及分光光學元件109，在這樣結構設計下，形成第一光線L1(藍色光線)的路徑會與形成第三光線L3(紅色光線)的路徑相同，因此在圖7所繪示的第一光線L1的線段與第三光線L3的線段為彼此重疊而以實線表示。具體而言，本實施例的發光系統10c之形成第三光線L3(紅色光束)的路徑為光源101所輸出的第一光線L1穿透分光光學元件104及透鏡組105而到達螢光輪102的第一透光區TA1。通過螢光輪102的第一透光區TA1的第一光線L1穿透透鏡組107而到達螢光輪103的第二螢光粉區PA2，第二螢光粉區PA2受到第一光線L1的激發而輸出第三光線L3。第三光線L3直接穿透第二螢光粉區PA2而傳遞至第一反射鏡108a，第一反射鏡108a反射第三光線L3而使第三光線L3傳遞至第二反射鏡108b，第二反射鏡108b反射第三光線L3而將第一光線L1傳遞至分光光學元件110，分光光學元件110將第三光線L3反射傳遞至成像系統20中。

綜上所陳，在本發明實施例之發光系統的結構設計下，光源所輸出的光線是利用兩個螢光輪來進行波長轉換，光線所產生的能量被兩個螢光輪分散，使得光線於每一螢光輪上所產生的溫度明顯降低，進而增加光線進行波長轉換的效率。此外，透過本發明實施例之發光系統更可進一步增加影像畫面的色彩飽和度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1、1a、1c‧‧‧投影機

10、10a、10c‧‧‧發光系統

101‧‧‧光源

102、102b、103、103b‧‧‧螢光輪

104、106、109、110‧‧‧分光光學元件

105、107‧‧‧透鏡組

108‧‧‧反射鏡組

108a‧‧‧第一反射鏡

108b‧‧‧第二反射鏡

111、115‧‧‧準直透鏡組

112‧‧‧第一驅動裝置

113‧‧‧第二驅動裝置

114‧‧‧驅動裝置

1141‧‧‧馬達

1142‧‧‧旋轉軸

20‧‧‧成像系統

201‧‧‧均光光學元件

202‧‧‧稜鏡

203‧‧‧光閥

204‧‧‧投影鏡頭

DA‧‧‧暗區

TA1‧‧‧第一透光區

PA1、PA1b‧‧‧第一螢光粉區

TA2‧‧‧第二透光區

PA2、PA2b‧‧‧第二螢光粉區

TA、TA’‧‧‧穿透區

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

L3‧‧‧第三光線

圖1為本發明一實施例之投影機的結構示意圖。圖2為圖1所示之發光系統的第一螢光輪的結構示意圖。圖3為圖1所示之發光系統的第二螢光輪的結構示意圖。圖4為本發明另一實施例之投影機的結構示意圖。圖5為本發明之另一實施例之第一螢光輪的結構示意圖。圖6為本發明之另一實施例之第二螢光輪的結構示意圖。圖7為本發明之另一實施例之投影機的結構示意圖。

Claims

一種發光系統，包括：一光源，該光源輸出一第一光線；一第一螢光輪，具有一第一透光區及一第一螢光粉區；以及一第二螢光輪，具有一第二螢光粉區；其中，該第一光線可穿透該第一透光區到達該第二螢光輪，且T1≧T2；T1係指該第一螢光輪旋轉一圈中，該第一光線照射該第一透光區的時間長度，T2係指該第二螢光輪旋轉一圈所需的時間，該第一螢光粉區可受激發輸出一第二光線，該第二螢光粉區可受激發輸出一第三光線，該第二光線及該第三光線的光譜中的波長峰值不同。
一種發光系統，包括：一光源，輸出一第一光線；一第一螢光輪，具有一穿透區；以及一第二螢光輪，具有一暗區，該暗區佔該第二螢光輪之圓周的百分比係大於20%；其中，該第一光線可穿透該第一螢光輪的該穿透區以到達該第二螢光輪，該暗區為該第二螢光輪上未被該第一光線照射之區域。
一種發光系統，包括：一光源，輸出一第一光線；一第一螢光輪，具有一第一螢光粉區以及一第一穿透區；以及一第二螢光輪，具有一第二螢光粉區以及一第二穿透區；其中，該第一光線可依序穿透該第一穿透區及該第二穿透區，該第一螢光粉區可受激發輸出一第二光線，該第二螢光粉區可受激發輸出一第三光線，該第二光線及該第三光線的光譜中的波長峰值不同。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光系統之任一者，其中該第二螢光輪更具有一第二透光區，該第二透光區可讓該第一光線通過。
如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之發光系統之任一者，更包括至少一準直透鏡組，該準直透鏡組配置於該第一螢光輪與該第二螢光輪之間，且該準直透鏡組的屈光度為正。
如申請專利範圍第1項或第3項所述之發光系統，其中該第一螢光輪及該第二螢光輪之間為同調旋轉，且第一螢光輪及該第二螢光輪之間的轉速為實質相同，該第一螢光輪可反射該第二光線；該第二螢光輪可反射該第三光線。
如申請專利範圍第6項所述之發光系統之任一者，更包括一驅動裝置，該驅動裝置同時驅動該第一螢光輪及該第二螢光輪。
如申請專利範圍第2項所述之發光系統，其中該第一螢光輪更具有一第一螢光粉區，該第二螢光輪更具有一第二螢光粉區，該第一螢光粉區可受激發輸出一第二光線，該第二螢光粉區可受激發輸出一第三光線，該第二光線及該第三光線之分別具有一光譜，該第二光線及該第三光線的光譜的波長峰值不同，且該第二光線的光譜中的波長峰值與該第三光線的光譜中的波長峰值之間具有一相差值，該相差值大於等於15奈米。
如申請專利範圍第1項或第3項所述之發光系統之任一者，其中該第二光線的光譜中的波長峰值與該第三光線的光譜中的波長峰值之間具有一相差值，該相差值大於等於15奈米。
如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之發光系統之任一者，更包括：一第一分色鏡，配置於該光源與該第一螢光輪之間，該第一分色鏡適於讓該第一光線穿透，且該第一分色鏡反射來自該第一螢光粉區的該第二光線，其中該第一光線之波長峰值介於400奈米至475奈米之間，該第二光線的光譜中的波長峰值介於495奈米至570奈米之間；一第一透鏡組，配置於該第一分色鏡與該第一螢光輪之間，穿透該第一分色鏡的該第一光線通過該第一透鏡組而到達該第一螢光輪，該第一透鏡包括複數枚透鏡，且該第一透鏡組的屈光度為正；一第二分色鏡，配置於該第一螢光輪與該第二螢光輪之間，該第二分色鏡適於讓通過該第一螢光輪的該第一穿透區的該第一光線穿透，且該第二分色鏡反射來自該第二螢光粉區的該第三光線，其中該第三光線的光譜中的波長峰值介於620奈米至750奈米；一第二透鏡組，配置於該第二分色鏡與該第二螢光輪之間，穿透該第二分色鏡的該第一光線通過該第二透鏡組而到達該第二螢光輪，該第一透鏡包括複數枚透鏡，且該第二透鏡組的屈光度為正；一反射鏡組，該第二螢光輪位於該第二透鏡組與該反射鏡的光路之間，該反射鏡組包括複數枚反射鏡，該反射鏡組適於反射通過該第二螢光輪的該第二穿透區的該第一光線；一第三分色鏡，位於該第一光線與該第三光線的傳遞路徑上，該第三分色鏡適於讓來自該反射鏡組的該第一光線通過，並反射來自該第二分色鏡的該第三光線；一第四分色鏡，位於該第一光線與該第二光線的傳遞路徑上，該第四分色鏡適於讓來自該第一分色鏡的該第二光線通過，並反射來自該第三分色鏡的該第一光線；一準直透鏡組，位於該第一螢光輪與該第二分色鏡之間，且該準直透鏡組的屈光度為正；一第一馬達，連接於該第一螢光輪，並適於驅動該第一螢光輪旋轉；以及一第二馬達，連接於該第二螢光輪，並適於驅動該第二螢光輪旋轉。