TWI684820B - 具不同霧度的擴散色輪及投影裝置的照明模組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具不同霧度的擴散色輪及投影裝置的照明模組，投影裝置的照明模組包括至少一同調光源、一合光元件及一擴散色輪。至少一同調光源用以產生不同波段的多個同調光束。合光元件位於多個同調光束的路徑上，以合併多個同調光束。擴散色輪包括一透光碟片、一擴散層及一光學鍍膜層。透光碟片具有一第一表面以及一相對於第一表面的第二表面；擴散層具有多個光學微結構區設置於第一表面或第二表面上，多個光學微結構區具有不同霧度；光學鍍膜層設置於多個光學微結構區上。當不同波段的多個同調光束投射在具有不同霧度的多個光學微結構區，產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，從而消除或減少色斑。

Description

具不同霧度的擴散色輪及投影裝置的照明模組

本發明涉及一種具不同霧度的擴散色輪及投影裝置的照明模組，尤其涉及一種適用於投影裝置的照明模組，其具有轉動式的擴散色輪，能適用於具有多波段同調光束的光學投影系統。

光學投影系統的照明模組常用的燈泡有金屬鹵素燈泡、或超高壓汞燈泡。然而，這類光源的缺點為體積大、高熱、多耗電量及壽命短。目前已有利用雷射光作為投影光源，可以提高光學效率。在相同的顯示高亮度下，不僅耗電量大幅降低，也能省去使用繁複的光學透鏡元件。

雖然雷射投影擁有許多優點，但是雷射為同調光源，投影畫面因干涉(interference)現象而在被照射面上產生色斑，或稱光斑(speckle)，造成影像模糊的缺點。

因此如何提出一種能進行可消除色斑現象的擴散色輪，供投影裝置的照明模組使用，以克服上述的缺陷，儼然成為該項所屬技術領域人士所欲解決的重要課題。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種具不同霧度的擴散色輪，能進行多種波段的雷射合光及消除色斑。

為了解決上述技術問題，根據本發明的其中一種方案，提供一種具不同霧度的擴散色輪，其包括一透光碟片、一擴散層、以及一光學鍍膜層。所述透光碟片具有一第一表面以及一相對於所述第一表面的第二表面；所述擴散層具有多個光學微結構區，多個所述光學微結構區設置於所述第一表面或所述第二表面上，多個所述光學微結構區具有不同霧度；所述光學鍍膜層設置於多個所述光學微結構區上；其中多個不同波段的同調光束投射在具有不同霧度的多個所述光學微結構區，產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，從而消除或減少色斑。

此外，本發明要解決的技術問題，更在於提供一種投影裝置的照明模組，能進行多種波段的雷射合光及消除色斑。

為了解決上述技術問題，根據本發明的其中一種方案，提供一種投影裝置的照明模組，其包括至少一同調光源以產生不同波段的多個同調光束、一合光元件、及一擴散色輪。所述合光元件位於多個所述同調光束的路徑上，以合併多個所述同調光束；所述擴散色輪接受合併後的多個所述同調光束，該擴散色輪包括：一透光碟片，所述透光碟片具有一第一表面以及一相對於所述第一表面的第二表面；所述擴散層具有多個光學微結構區，多個所述光學微結構區設置於所述第一表面或所述第二表面上，多個所述光學微結構區具有不同霧度；所述光學鍍膜層設置於多個所述光學微結構區上；其中，不同波段的多個所述同調光束投射在具有不同霧度的多個所述光學微結構區，產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，從而消除或減少色斑。

本發明具有以下有益效果：本發明的擴散色輪具有不同霧度的多個所述光學微結構區，可使不同波段的多個同調光束產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，從而消除色斑。藉此可提供良好投射光給投影裝置的照明模組。

為能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取的技術、方 法及功效，請參閱以下有關本發明的詳細說明、圖式，相信本發明的目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

100‧‧‧投影裝置的照明模組

110‧‧‧第一同調光源

120‧‧‧第二同調光源

130‧‧‧第三同調光源

140‧‧‧合光元件

150‧‧‧第一透鏡組

160‧‧‧第二透鏡組

10,10a,10b,10c‧‧‧擴散色輪

11‧‧‧透光碟片

111‧‧‧第一表面

112‧‧‧第二表面

12a、12b、12c‧‧‧擴散層

121,122,123,124,125,126,128,129‧‧‧光學微結構區

13‧‧‧光學鍍膜層

L1‧‧‧第一同調光束

L2‧‧‧第二同調光束

L3‧‧‧第三同調光束

R1‧‧‧第一投射光束

R2‧‧‧第二投射光束

R3‧‧‧第三投射光束

M‧‧‧轉動單元

圖1為本發明的投影裝置的照明模組的示意圖。

圖2為本發明的擴散色輪與轉動單元的立體分解示意圖。

圖3為本發明的擴散色輪與轉動單元的立體組合示意圖。

圖4為本發明第一實施例的擴散色輪的俯視圖。

圖5為本發明第一實施例的擴散色輪的剖視圖。

圖6為本發明圖5的擴散色輪VI部分的放大圖。

圖7為本發明圖5的擴散色輪VII部分的放大圖。

圖8為本發明第二實施例的擴散色輪的俯視圖。

圖9為本發明第三實施例的擴散色輪的剖視圖。

請參閱圖1至圖3，圖1為本發明的投影裝置的照明模組的示意圖。圖2及圖3分為本發明的擴散色輪與轉動單元的立體分解示意圖及立體組合示意圖。本發明的投影裝置的照明模組(illumination module)100，其可應用於一投影裝置(圖中未示出)。照明模組100包括至少一同調光源(110、120、130)、合光元件140、第一透鏡組150、擴散色輪10以及第二透鏡組160。擴散色輪10可以被一轉動單元M(例如馬達)所驅動，以使得擴散色輪10能沿一中心軸線C旋轉。第一透鏡組150與第二透鏡組160各包括至少一透鏡，作為會聚光線的用途，但不以此為限。

同調光源為能發出同調光束的光源，例如為雷射光源。同調光源可以是由多個雷射二極體排列而成的陣列，以輸出高功率的雷射光。同調光源的雷射二極體數量可機動調整以適用於不同亮 度需求的投影裝置中。在本實施例中，照明模組100可包括第一同調光源110、第二同調光源120、第三同調光源130，並且這些同調光源(110、120、130)分別發出不同波長的第一同調光束L1、第二同調光束L2、第三同調光束L3。舉例而言，第一同調光源110所發出的第一同調光束L1的波長介於440奈米至495奈米之間；第二同調光源120所發出的第二同調光束L2的波長可介於波長介於495奈米至580奈米之間；第三同調光源L3所發出的第三同調光束的波長可介於610奈米至750奈米之間，然而本發明不以此為限。

本發明的同調光源數量並不限制於上述實施例，在另一實施例中，照明模組100可以僅設置一個同調光源，例如藍色雷射光束，且透過螢光輪(fluorescent wheel)以及色輪(color wheel)的設置，以提升自照明模組100出射的同調光束的色彩多樣性。

本實施例的照明模組100可進一步包括合光元件140，能合併不同顏色的第一同調光束L1、第二同調光束L2、第三同調光束L3。合光元件140可以是一分色鏡(dichroic mirror)、一分色濾片(dichroic filter)或一合光稜鏡(X-cube)。

第一實施例

請參閱圖4至圖7，其中圖4及圖5為本發明第一實施例的擴散色輪的俯視圖及剖視圖。本發明的其中一項特點在於提供具不同霧度的擴散色輪10a，如圖5所示，擴散色輪10a包括一透光碟片11、一擴散層12a、一光學鍍膜層13。所述透光碟片11具有一第一表面111以及一相對於所述第一表面111的第二表面112。擴散色輪10a具有多個光學微結構區122、124、126、128。多個所述光學微結構區122、124、126、128具有不同霧度(gloss)。本實施例中，多個所述光學微結構區122、124、126、128都設置於透光碟片11的第一表面111，所述第二表面112為光滑面。然而本實施例不限制於此，也可以設置所述第二表面112上，或者分開 設置於第一表面111及第二表面112。

本實施的擴散色輪10a的多個所述光學微結構區122、124、126、128分別呈扇形相接，每一扇形的光學微結構區122、124、126、128具有不同的霧度，相鄰兩個所述光學微結構區的霧度相差5%至10%。上述不同霧度(gloss)可以是以不同粒徑的微顆粒所形成粗糙度(roughness)，舉例而言，如圖6所示的光學微結構區128的粗糙度大於圖7所示的光學微結構區126的粗糙度。其中多個所述光學微結構區122、124、126、128的微顆粒介於0.01微米至1微米之間。或者，上述不同霧度(gloss)可以是相同粒徑的微顆粒而佔有光學微結構區內不同比例的面積。舉例而言，光學微結構區122具有相同0.01微米的微顆粒約佔有10%的面積，光學微結構區124具有相同0.01微米的微顆粒約佔有20%的面積，光學微結構區126具有相同0.01微米的微顆粒約佔有30%的面積，光學微結構區128具有相同0.01微米的微顆粒約佔有40%的面積。較佳的，本實施例的光學微結構區的微顆粒佔有的面積大於0%而小於50%。

本發明藉由上述結構設計，不同波段的第一同調光束L1、第二同調光束L2、第三同調光束L3投射在具有不同霧度的多個所述光學微結構區122、124、126、128，產生不同擴散角度，經過第二透鏡160聚合以疊加多個不同光程的同調光束，從而消除或減少色斑(speckle)。由另一角度描述，當不同波段的第一同調光束L1、第二同調光束L2、第三同調光束L3照射於擴散層12a的多個光學微結構區122、124、126、128的粗糙面時，由於粗糙面的快速移動而造成視覺暫留，因此色斑(speckle)均勻疊加後而得以消除或減少。由另一角度描述本發明消除色斑的機制，當以不同粒徑的微顆粒所形成不同粗糙度的多個光學微結構區，當不同波段的第一同調光束L1、第二同調光束L2、第三同調光束L3經過不同厚度的光程後而疊加，色斑(speckle)可以因相位疊加而得以消除 或減少。藉此，本發明至少一個或是多個同調光束可以投射在擴散色輪10a上，並通過設置在擴散色輪10a上的擴散層12a而達到消除或減少色斑的效果。

本發明的光學鍍膜層13可以是設置於多個所述光學微結構區上。其中光學鍍膜層13至少覆蓋第一表面111或第二表面112的10%至100%的表面面積。值得注意的是，光學鍍膜層13可以為單層膜、雙層膜或多層膜之其中之一者，本發明不以此為限。光學鍍膜層13可以是抗反射膜(Anti-Reflection Coating)或是高反射膜(High-Reflection Coating)。藉此，投射在擴散色輪10a上的至少一個或是多個同調光束可以通過擴散色輪10a而穿透擴散色輪10a或是擴散色輪10a所反射。

請參閱圖6及圖7，分別為擴散色輪10a經過光學微結構區128及光學微結構區126的剖視放大圖。本實施例的光學鍍膜層13可以是抗反射膜，較佳的，光學鍍膜層13具有介於1.2至1.9之間的折射率。當第一同調光源110、第二同調光源120、第三同調光源130的光束都投向轉動式的透光基板11的第一表面111上，第一同調光束L1、第二同調光束L2及第三同調光束L3可以依序通過光學鍍膜層13、光學微結構層(122、124、126、128)、透光基板11的第一表面111、透光基板11的本體11以及透光基板11的第二表面112，而形成多個由第二表面112投射而出的第一投射光束R1、第二投射光束R2、及第三投射光束R3。也就是說，本實施例的擴散色輪10a，透光基板11的第一表面111可以作為擴散色輪10a的入光側，透光基板11的第二表面112可做為擴散色輪10a的出光側。

然而，本發明並不限制於此，在其他實施方式中，光學鍍膜層13可以是一高反射膜，且在投影機整體結構配置的考量下，可以利用反射的方式，使得多個雷射投射光束由透光基板11的第二表面112投射而出。在另一實施例中，可以在透光基板11的第二 表面112塗佈高反射膜的光學鍍膜層13。第一同調光束L1、第二同調光束L2以及第三同調光束L3也可以投射在透光基板11的第二表面112上，以分別形成由第二表面112反射而出的投射光束。

第二實施例

請參閱圖8，為本發明第二實施例具不同霧度的擴散色輪的俯視圖。本實施例的擴散色輪10b與上述實施例的差異在於，擴散層12b的多個所述光學微結構(如121、129代表所示)形成一圓環形霧片，並且具有漸層型態的霧度分布。舉例而言，光學微結構區121具有相同0.01微米的微顆粒約佔有5%的面積，沿著擴散色輪10b的順時針方向及/或逆時針方向，漸漸增加微顆粒佔有的面積比例，與光學微結構區121相對的光學微結構區129可以具有相同0.01微米的微顆粒約佔有50%的面積。然而，本實施例不限制於此，上述微顆粒分佈變化的方向也可以是沿著平行於直徑的方向，由圓周的一處朝向圓周相對的另一處，呈條狀變化。

補充說明，擴散層12b的光學微結構區(如121、129所示)的材質與所述透光碟片11的材質可以是相同的，兩者的折射率相同。例如，光學微結構區可以是以透光碟片11的材質，以噴塗的方式，將微顆粒噴塗於透光碟片11的第一表面111或第二表面112。或者，在透光碟片11的表面印壓微小光學結構改變光行進方向來達到擴散功能。然而，本發明並不限制於此，光學微結構區的材質與所述透光碟片的材質可以是不同的，光學微結構區的材質例如可以是合成樹脂。

第三實施例

請參閱圖9，為本發明第三實施例具不同霧度的擴散色輪的剖視圖。本實施例擴散色輪10c與上述實施例的差異在於，擴散層12c的光學微結構123位於透光碟片11的第二表面112，與光學微結構123相對的第一表面111部分可以是光滑面；光學微結構125位於透光碟片11的第一表面111，與光學微結構125相對的 第二表面112部分可以是光滑面。

本發明的特點及功能在於，本發明的擴散色輪，具有多個不同霧度的光學微結構區組成的擴散層，光學微結構區可位於透光碟片不同表面，使雷射光經過不同厚度，用於產生光程差，或使雷射光經過不同霧度表面，產生不同擴散角度，後再經透鏡聚合，從而消除或減少光斑(speckle)。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

100‧‧‧投影裝置的照明模組

110‧‧‧第一同調光源

120‧‧‧第二同調光源

130‧‧‧第三同調光源

140‧‧‧合光元件

150‧‧‧第一透鏡組

160‧‧‧第二透鏡組

10‧‧‧擴散色輪

L1‧‧‧第一同調光束

L2‧‧‧第二同調光束

L3‧‧‧第三同調光束

M‧‧‧轉動單元

Claims (10)

1. 一種具不同霧度的擴散色輪，其包括：一透光碟片，所述透光碟片具有一第一表面以及一相對於所述第一表面的第二表面；一擴散層，所述擴散層具有多個光學微結構區，多個所述光學微結構區設置於所述第一表面或所述第二表面上，其中位於同一表面上的多個所述光學微結構區具有不同霧度；以及一光學鍍膜層，所述光學鍍膜層設置於多個所述光學微結構區上；其中，多個不同波段的同調光束投射在具有不同霧度的多個所述光學微結構區，產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，藉由不同霧度之粗糙面的快速移動而造成視覺暫留，從而消除或減少色斑。
2. 如請求項1所述的具不同霧度的擴散色輪，其中多個所述光學微結構區分別呈扇形相接，每一扇形的所述光學微結構區具有不同的霧度，相鄰兩個所述光學微結構區的霧度相差5%至10%。
3. 如請求項2所述的具不同霧度的擴散色輪，其中不同霧度是以相同粒徑的微顆粒佔有所述光學微結構區內不同比例的面積而形成，其中微顆粒佔有多個所述光學微結構區的面積大於0%而小於50%。
4. 如請求項2所述的具不同霧度的擴散色輪，其中不同霧度是以不同粒徑的微顆粒形成於多個所述光學微結構區而形成不同粗糙度。
5. 如請求項4所述的具不同霧度的擴散色輪，其中多個所述光學微結構區的微顆粒介於0.01微米至1微米之間。
6. 如請求項2所述的具不同霧度的擴散色輪，其中多個所述光學微結構區位於所述透光碟片的所述第一表面，所述第二表面為 光滑面。
7. 如請求項1所述的具不同霧度的擴散色輪，其中多個所述光學微結構區分別位於所述透光碟片的所述第一表面及所述第二表面。
8. 如請求項1所述的具不同霧度的擴散色輪，其中所述擴散層的多個所述光學微結構形成一圓環形霧片，並且具有漸層型態的霧度分布。
9. 如請求項8所述的具不同霧度的擴散色輪，其中，所述光學微結構區的材質與所述透光碟片的材質相同。
10. 一種投影裝置的照明模組，其包括：至少一同調光源，以產生不同波段的多個同調光束；一合光元件，所述合光元件位於多個所述同調光束的路徑上，以合併多個所述同調光束；以及一擴散色輪，接受合併後的多個所述同調光束，該擴散色輪包括：一透光碟片，所述透光碟片具有一第一表面以及一相對於所述第一表面的第二表面；一擴散層，所述擴散層具有多個光學微結構區，多個所述光學微結構區設置於所述第一表面或所述第二表面上，其中位於同一表面上的多個所述光學微結構區具有不同霧度；以及一光學鍍膜層，所述光學鍍膜層設置於多個所述光學微結構區上；其中，不同波段的多個所述同調光束投射在具有不同霧度的多個所述光學微結構區，產生不同擴散角度，經過透鏡聚合以疊加多個不同光程的同調光束，藉由不同霧度之粗糙面的快速移動而造成視覺暫留，從而消除或減少色斑。

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