TWI690764B - 波長轉換元件、照明系統與投影裝置 - Google Patents

Abstract

一種照明系統，包括激發光源以及波長轉換元件。激發 光源提供激發光束。波長轉換元件具有波長轉換區域、反射區域以及透光區域。波長轉換區域以及反射區域形成環形區域。該透光區域被該環形區域所圍繞，其中激發光束適於穿透波長轉換元件的透光區域。另，一種具有上述照明系統的投影裝置亦被提供。

Description

波長轉換元件、照明系統與投影裝置

本發明是有關於一種投影裝置，且特別是有關於具有一種波長轉換元件、包含該波長轉換元件的照明系統及包含該照明系統的投影裝置。

在雷射投影機的架構中，其主要透過藍光雷射光束來依序地照射螢光輪的螢光粉與反射區以輸出黃光與藍光。當藍光雷射光束照射螢光輪的螢光粉時，螢光粉被藍光雷射光束激發而發出黃光，分光鏡透過其波長範圍分離的特性將黃光沿著一方向傳遞至色輪。當藍光雷射光束照射螢光輪的反射區時，將藍光雷射光束沿著另一方向傳遞。並且藍光雷射光束再藉由投影機中的光學元件(反射鏡、透鏡)以及對應的光路設置，將藍光雷射光束重新導引至色輪。這樣的結構使用了大量的光學元件，而使整體的體積以及成本上升。

為了解決上述的問題，一種做法是在投影機中設置具有分合光元件的反射元件，反射元件與分合光元件的表面作為反射 面。當藍光雷射光束透過分合光元件以照射螢光輪的螢光粉時，螢光粉激發出的黃光被反射面反射而往一方向傳遞。當藍光雷射光束透過分合光元件以照射螢光輪的反射區時，藍光雷射光束依序被反射面反射而沿著與黃光的同一傳遞方向傳遞。這樣的作法是可以避免上述的問題，但是當黃光光束或藍光雷射光束傳遞至反射面時，部分的黃光光束或藍光光束會經由分合光元件而溢散至外界，而導致光學效率不良。

“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，不代表所述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及應用於該照明系統的波長轉換元件，其可使應用此照明系統的投影裝置體積較小且可使應用此照明系統的投影裝置具有良好的光學效率。

本發明提供一種投影裝置，其體積小且具有良好的光學效率。

本發明的一實施例提供一種照明系統，包括激發光源以及波長轉換元件。激發光源提供激發光束。波長轉換元件具有波 長轉換區域、反射區域以及透光區域。波長轉換區域以及反射區域形成環形區域，且透光區域被環形區域所圍繞，其中激發光束用於穿透波長轉換元件的透光區域。

在本發明的一實施例中，照明系統還包括反射罩，具有焦點，其中波長轉換元件的波長轉換區域以及反射區域依序進入包括焦點的照射區域，反射罩在波長轉換元件上的正投影區域涵蓋波長轉換元件的透光區域的至少一部分。

在本發明的一實施例中，照明系統還包括分合光鏡組，而分合光鏡組包括第一部分以及第二部分，第一部分與第二部分配置於激發光束的傳遞路徑上，其中，激發光束依序被第一部分導引至反射罩，再由反射罩導引至環形區域。

在本發明的一實施例中，其中分合光鏡組與反射罩之間設置參考平面，且位於激發光束的傳遞路徑上，其中在參考平面上激發光束的光斑面積小於或等於反射罩在參考平面上的正投影面積的二分之一。

在本發明的一實施例中，其中反射罩包括第一反射部以及第二反射部，第一反射部相對於第二反射部遠離於波長轉換元件，第二反射部在波長轉換元件上的正投影區域涵蓋波長轉換元件的透光區域的至少一部分。

在本發明的一實施例中，其中反射罩具有拋物反射面，其中激發光束或轉換光束被反射罩的拋物反射面反射。

在本發明的一實施例中，其中波長轉換元件包括轉軸、 環形基板以及透光部，環形區域對應位於環形基板上，透光部與轉軸對應位於透光區域，透光部分別與轉軸與環形基板連接。

在本發明的一實施例中，其中透光部為透明基板，透明基板的外徑大於或等於環形基板的內徑。

在本發明的一實施例中，其中波長轉換元件還包括多個支撐部，每支撐部的一端與轉軸連接，每支撐部的另一端與環形基板連接。

在本發明的一實施例中，其中波長轉換元件中的環形區域與透光區域以共圓心的方式設置。

在本發明的一實施例中，其中在激發光束傳遞至環形區域中的波長轉換區域的時間區間內，波長轉換區域被激發光束激發而發出轉換光束，轉換光束被反射罩反射，且部分轉換光束穿透透光區域的至少一部分，且被分合光鏡組的第一部分以及第二部分導引以沿方向傳遞，以將轉換光束輸出。在激發光束傳遞至環形區域中的反射區域的時間區間內，激發光束依序被反射區域與反射罩反射而穿透透光區域的至少一部分，且被分合光鏡組的第二部分導引以沿方向傳遞，以將激發光束輸出。

在本發明的一實施例中，其中激發光束依序被第一部分以及反射罩的第一反射部反射而傳遞至環形區域，其中在激發光束傳遞至環形區域中的波長轉換區域的時間區間內，轉換光束中的第一轉換子光束被第一反射部反射並穿透第一部分以導引沿方向傳遞，轉換光束中的第二轉換子光束被第二反射部反射並穿透 透光區域的至少一部分以及第二部分以沿方向傳遞，在激發光束傳遞至環形區域中的反射區域的時間區間內，激發光束被第二反射部反射並穿透透光區域的至少一部分，且被第一部分與第二部分導引以沿方向傳遞。

在本發明的一實施例中，其中激發光束穿透第一部分，且被反射罩的第一反射部反射而傳遞至環形區域，其中在激發光束傳遞至環形區域中的波長轉換區域的時間區間內，轉換光束中的第一轉換子光束被第一反射部反射並被第一部分反射以沿方向傳遞，轉換光束中的第二轉換子光束被第二反射部反射且穿透透光區域的至少一部分，且被第二部分反射以沿方向傳遞，在激發光束傳遞至環形區域中的反射區域的時間區間內，激發光束被第二反射部反射並穿透透光區域的至少一部分以被第二部分導引沿方向傳遞。

在本發明的一實施例中，其中分合光鏡組還包括第三部分，第三部分配置於激發光束的傳遞路徑上，其中在激發光束傳遞至環形區域中的反射區域的時間區間內，激發光束中的第一激發子光束被第二部分反射以沿方向傳遞，激發光束中的第二激發子光束穿透第二部分並被第三部分反射以沿方向傳遞。

本發明的一實施例提供一種投影裝置，包括上述的照明系統、濾光元件、至少一光閥以及投影鏡頭。其中濾光元件配置於來自照明系統的轉換光束或激發光束的傳遞路徑上，用於形成照明光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。

本發明的一實施例提供一種波長轉換元件，包括波長轉換區域、反射區域、以及透光區域。波長轉換區域及反射區域形成環形區域，且透光區域被環形區域所圍繞。波長轉換區域適於被激發光束激發而發出轉換光束，且激發光束和部分的轉換光束適於穿透波長轉換元件的透光區域。

基於上述，在本發明實施例中的照明系統與投影裝置中，由於反射罩涵蓋此透光區域的至少一部分，因此被反射罩反射的轉換光束或者是激發光束可以透過此透光區域出射而被分合光鏡組導引以沿同一方向傳遞。因此，相較於相關技術，本實施例的照明系統與投影裝置可以以較少的光學元件以及較小的體積以達到將激發光束與轉換光束導引至同一方向的效果。

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。

100、100a:照明系統

110:激發光源

120、120f:波長轉換元件

121:支撐部

122:波長轉換物質

124:反射部

126:透光部

128:轉軸

130:反射罩

132:第一反射部

134:第二反射部

140、140a、140b、140c、140d:分合光鏡組

142、142a、142b、142c、142d:第一部分

144、144a、144b、144c、144d:第二部分

146a:第三部分

200、200a:投影裝置

210:濾光元件

220:勻光元件

230:光閥

AR1、AR2、AR3:抗反射鍍膜

C:會聚透鏡

D:方向

CR:圓心

CB:轉換光束

CB1:第一轉換子光束

CB2:第二轉換子光束

EB:激發光束

EB1:第一激發子光束

EB2:第二激發子光束

F:焦點

IR:內徑

LA:導光組

P:照射區域

R:環形區域

R1:波長轉換區域

R2:反射區域

R3:透光區域

S:環型基板

S1、S2、S3、S4:基板

OR:外徑

OL1、OL2、OL3、OL4、OL5、OL6:光學層

圖1A是本發明的一實施例的投影裝置在第一時間區間內的光路示意圖。

圖1B是圖1A的投影裝置在第二時間區間內的光路示意圖。

圖2是圖1A與圖1B中的波長轉換元件的前視示意圖。

圖3是圖1A與圖1B中的波長轉換元件的剖面示意圖。

圖4A是圖1A與圖1B中的分合光鏡組的第一部分的放大示 意圖。

圖4B是第一部分的光學層的光譜圖。

圖5A是圖1A與圖1B中的分合光鏡組的第二部分的放大示意圖。

圖5B是第二部分的光學層的光譜圖。

圖6是圖1A與圖1B中的濾光元件的前視示意圖。

圖7A是本發明的另一實施例的照明系統100a在第一時間區間內的光路示意圖。

圖7B是圖7A的照明系統100a在第二時間區間內的光路示意圖。

圖8A是圖7A與圖7B中分合光鏡組的第一部分與第二部分的放大示意圖。

圖8B是第一部分與第二部分共用的光學層的光譜圖。

圖8C是第二部分的光學層的光譜圖。

圖9A是第三部分的放大示意圖。

圖9B是圖9A的光學層的光譜圖。

圖10、圖11A以及圖12為本發明不同實施例的第一部分與第二部分的放大示意圖。

圖11B是圖11A中的第二部分的光學層的光譜圖。

圖13A是本發明另一實施例的第三部分的放大示意圖。

圖13B是圖13A中的第三部分的反射膜的光譜圖。

圖14為本發明另一實施例的波長轉換元件。

圖15為圖14的波長轉換元件的剖面示意圖。

圖16為本發明又一實施例的波長轉換元件。

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是本發明的一實施例的投影裝置在第一時間區間內的光路示意圖。圖1B是圖1A的投影裝置在第二時間區間內的光路示意圖。圖2是圖1A與圖1B中的波長轉換元件的前視示意圖。圖3是圖1A與圖1B中的波長轉換元件的剖面示意圖。圖4A是圖1A與圖1B中的分合光鏡組的第一部分的放大示意圖。圖4B是第一部分的光學層的光譜圖。圖5A是圖1A與圖1B中的分合光鏡組的第二部分的放大示意圖。圖5B是第二部分的光學層的光譜圖。圖6是圖1A與圖1B中的濾光元件的前視示意圖。

請參照圖1A以及圖1B，在本實施例中，投影裝置200包括照明系統100、濾光元件210、勻光元件220、至少一光閥230以及投影鏡頭240。照明系統100用於輸出光束至光閥230。照明系統100包括激發光源110、波長轉換元件120、反射罩130以及分合光鏡組140。於以下的段落中會詳細地說明上述的各元件。

在本發明實施例中所指的激發光源110係泛指為可發出短波長光束的光源，短波長光束的峰值波長(Peak Wavelength)例如是落在藍光的波長範圍或紫外光的波長範圍內，其中峰值波長被定義為光強度最大處所對應的波長，例如為445、455或460奈米(nm)。激發光源110包括雷射二極體(Laser Diode,LD)、發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或者是上述兩者其中之一所構成的矩陣，本發明並不以此為限。在本實施例中，激發光源110為雷射發光元件。激發光源110提供激發光束EB。

在本發明的實施例中所指的波長轉換元件120用於將短波長光束轉換成相對於短波長光束的長波長光束的光學元件。在本實施例中，波長轉換元件120為螢光粉輪(Phosphor Wheel)，但不以此為限制。請參照圖2以及圖3，詳細來說，波長轉換元件120具有波長轉換區域R1、反射區域R2、透光區域R3、轉軸128以及環形基板S。其中波長轉換區域R1以及反射區域R2以轉軸128為中心藉由環狀排列以形成環形區域R。此外，波長轉換元件120包括波長轉換物質122、反射部124以及透光部126。波長轉換物質122定義出波長轉換區域R1，且使傳遞至波長轉換區域R1的短波長光束轉換成長波長光束。波長轉換物質122是螢光粉，例如是可被激發出黃光的螢光粉稱為黃色螢光粉，但不以此為限制。當激發光束EB傳遞至波長轉換區域R1時，激發光束EB激發波長轉換物質122以發出轉換光束CB。轉換光束CB例如是黃光光束。反射部124定義出反射區域R2，且使傳遞至此反射區域 R2的激發光束被反射，其中反射部124可為具有反射功能的塗布層，但不以此為限。透光部126定義出透光區域R3，且使傳遞至此透光區域R3的光束穿透。波長轉換區域R1與反射區域R2形成環形區域R。透光區域R3被環形區域R所圍繞。透光區域R3設置於環形區域R與轉軸128之間。環形區域R與透光區域R3例如是以共圓心CR的方式設置，但本發明並不以此為限制。環型區域R對應設置於環型基板S上，其中透光部126設置於環型基板S與轉軸128之間。透光部126對應位於透光區域R3。透光部126分別與轉軸128與環型基板S連接。在本實施例中，透光部126為透明基板，且透明基板的外徑(半徑)OR大於環型基板S的內徑IR。透明基板抵靠於環形基板S的卡槽T。在其他的實施例中，透明基板的外徑OR也可以是等於環型基板S的內徑IR，並且透明基板例如是透過膠體與環形基板S黏著，本發明並不以此為限制。環形基板S例如為金屬基板或具有高反射鍍膜的基板，環形基板S可用於反射轉換光束CB。

在本發明的實施例中所指的反射罩130係指具有反射功能的罩體，可為金屬材料或透明基材上塗布高反射材料(例如銀或其化合物等)所製成。在本實施例中，反射罩130具有拋物反射面RS(設置於反射罩130內表面)，且拋物反射面RS具有焦點F。反射罩130包括彼此相連的第一反射部132以及第二反射部134。第一反射部132例如是反射罩130的上半部。第二反射部134例如是反射罩130的下半部。第一反射部132相對於第二反射部134 遠離波長轉換元件120。第二反射部134於波長轉換元件120上的正投影區域涵蓋波長轉換元件120的透光區域R3的至少一部分。

在本實施例中，分合光鏡組140包括第一部分142以及第二部分144。請參照圖4A以及圖5A，更詳細來說，第一部分142包括第一基板S1、光學層OL1以及抗反射塗層AR1(Anti-reflection coating,AR Coating)。光學層OL1以及抗反射塗層AR1分別設置於第一基板S1的相對兩表面上。第二部分144包括第二基板S2、光學層OL2以及抗反射塗層AR2。光學層OL2以及抗反射塗層AR2分別設置於第二基板S2的相對兩表面上。請參照圖4B，光學層OL1對於藍光波長範圍的光束反射，而讓綠光波長範圍的光束與紅光波長範圍的光束穿透。在本實施例中，光學層OL1反射藍光，且可讓綠光與紅光穿透。請參照圖5B，光學層OL2對於藍光波長範圍的部分光束反射，而讓綠光波長範圍的光束與紅光波長範圍的光束穿透。在本實施例中，光學層OL2可讓部分的藍光反射，且可讓部分的藍光、綠光以及紅光穿透。第一基板S1與第二基板S2的材質皆為透光材質，且例如是玻璃或塑膠，但不以此為限制。

在本發明的實施例中的光閥230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。於本實施例中，光閥230為數位微鏡元件。在本實施例中，光閥230的 數量為一個。於其他的實施例中，光閥230的數量可以為多個，本發明並不以此為限制。

在本發明實施例中所指的濾光元件210係泛指可以濾除特定波長範圍的光束且使除了此特定波長範圍的光束之外的光束通過的光學元件。請參照圖6，在本實施例中，濾光元件210例如是色輪(Color Wheel)。濾光元件210具有紅光濾光區域RR、綠光濾光區域GR以及透光區域TR，且包括紅光濾光片212、綠光濾光片214、透光元件(玻璃片)216以及轉軸218。紅光濾光區域RR內設置有紅光濾光片212，用於使紅光穿透且濾除除了紅光以外的光束。綠光濾光區域GR內設置有綠光濾光片214，用於使綠光穿透且濾除除了綠光以外的光束。舉例而言，紅光濾光片212，用於使具有紅光波段範圍的光束穿透且濾除(或反射)其他波段範圍的光束，以此類推。透光區域TR內設置有透光元件216。在其他實施例中，透光區域TR內還設置擴散片、擴散粒子或擴散結構，用於減少或消除激發光束的光斑(Speckle)現象。紅光濾光區域RR例如是占整個濾光元件210的5/12，綠光濾光區域GR例如是占整個濾光元件210的5/12，且透光區域TR例如是占了整個濾光元件210的1/6，但不以此為限制，本領域的技術人員可以依照設計上的需求而進行調整。

在本發明實施例中的勻光元件220係指可讓通過此勻光元件220的光束均勻化的光學元件。在本實施例中，勻光元件220例如是積分柱(Integration Rod)、透鏡陣列或其他具有光均勻化 效果的光學元件，但不以此為限制。

在本發明實施例中的投影鏡頭240例如是包括具有屈光度的一或多個光學鏡片的組合，光學鏡片例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、平凸透鏡以及平凹透鏡等非平面鏡片的各種組合。本發明對投影鏡頭240的型態及其種類並不加以限制。此外，在本實施例中，投影裝置200內部可以選擇性地設置會聚透鏡C與導光組LA，以調整投影裝置200內的光束路徑。

於以下的段落中會詳細地說明上述元件之間的配置關係。請再參照圖1A以及圖1B，分合光鏡組140的第一部分142配置於激發光束EB的傳遞路徑上。反射罩130配置於來自第一部分142的激發光束EB的傳遞路徑上。波長轉換元件120配置於來自反射罩130的激發光束EB的傳遞路徑上。分合光鏡組140的第二部分144配置於來自波長轉換元件120的激發光束EB或轉換光束CB的傳遞路徑上。會聚透鏡C配置於來自分合光鏡組140的激發光束EB與轉換光束CB的傳遞路徑上，且位於分合光鏡組144與濾光元件210之間。勻光元件220配置於來自濾光元件210的照明光束IB的傳遞路徑上，且位於濾光元件210與至少一光閥230之間。導光組LA配置於來自勻光元件220的照明光束IB的傳遞路徑上。光閥230配置於來自濾光元件210的照明光束IB的傳遞路徑上。投影鏡頭240配置於影像光束IMB的傳遞路徑上。

波長轉換元件120的驅動元件(例如馬達(motor))帶動轉軸128以使波長轉換區域R1以及反射區域R2以旋轉的方式依序 進入包括拋物反射面RS的焦點F的一照射區域P。在本實施例中，投影裝置200藉由使波長轉換元件120與濾光元件210同步轉動的方式，以使濾光元件210的紅光濾光區域RR與綠光濾光區域GR對應於波長轉換元件120的波長轉換區域R1，且使濾光元件210的透光區域TR對應於波長轉換元件120的反射區域R2。也就是說，來自波長轉換區域R1的光束會通過紅光濾光區域RR或綠光濾光區域GR，且來自反射區域R2的光束會通過透光區域TR。於以下的段落中會詳細地說明在投影裝置200中的光學行為。

請參照圖1A，激發光束EB傳遞至環形區域R中的波長轉換區域R1的時間區間為第一時間區間。在第一時間區間內，激發光束EB由激發光源110發出，並依序被分合光鏡組140的第一部分142以及反射罩130的第一反射部132導引至環形區域R的波長轉換區域R1。詳細來說，激發光束EB被第一部分142反射至第一反射部132。激發光束EB再被第一反射部132反射而傳遞至包括拋物反射面RS的焦點F的照射區域P。在本實施例中，此照射區域P例如是激發光束EB照射到波長轉換區域R1上的光斑的區域範圍，此光斑面積的長軸長度小於波長轉換區域R1的寬度。波長轉換區域R1被激發光束EB激發後而發出轉換光束CB。轉換光束CB傳遞至反射罩130的第一反射部132與第二反射部134，而被第一反射部132與第二反射部134反射。由於第一反射部132與第二反射部134的表面為拋物反射面RS，因此被第一反 射部132與第二反射部134反射後的轉換光束CB會以平行地方式出射於反射罩130。此外，值得一提的是，一參考平面RP設置於分合光鏡組140的第一部分142與反射罩130的第一反射部132之間的激發光束EB的傳遞路徑上，其中在參考平面RP上激發光束EB的光斑面積小於或等於反射罩130的拋物反射面RS在參考平面RP上正投影(projection)面積的二分之一(1/2)。

請再參照圖1A，接著，反射後的轉換光束CB被分合光鏡組140的第一部分142與第二部分144導引以沿方向D傳遞，以將轉換光束CB輸出於照明系統100。具體而言，轉換光束CB包括第一轉換子光束CB1以及第二轉換子光束CB2。第一轉換子光束CB1被第一反射部132反射並穿透分合光鏡組140的第一部分142而沿方向D傳遞。另一方面，第二轉換子光束CB2被第二反射部134反射並穿透波長轉換元件120的透光區域R3的至少一部分，並穿透分合光鏡組140的第二部分144而沿方向D傳遞。轉換光束CB(第一轉換子光束CB1以及第二轉換子光束CB2)藉由會聚透鏡C會聚於濾光元件140的紅光濾光區域RR或綠光濾光區域GR。具體而言，當轉換光束CB傳遞至紅光濾光區域RR/綠光濾光區域GR時，紅光濾光區域RR/綠光濾光區域GR可使轉換光束CB中的紅光/綠光通過，並濾除其他色光。也就是說，濾光元件210可以提升色光的色純度。

請參照圖1B，激發光束EB傳遞至環形區域R中的反射區域R2的時間區間為第二時間區間。在第二時間區間內，激發光 束EB由激發光源110發出，並被分合光鏡組140的第一部分142反射至反射罩130的第一反射部132。激發光束EB被第一反射部132反射而傳遞至包括拋物反射面RS的焦點F的照射區域P。激發光束EB再被反射區域R2反射後而傳遞至反射罩130的第二反射部134，藉由第二反射部134的反射，穿透透光區域R3的至少一部分。同樣地，激發光束EB也會以平行地方式出射於反射罩130。

請再參照圖1B，接著，反射後的激發光束EB被分合光鏡組140的第二部分144導引以沿方向D傳遞，以將激發光束EB輸出於照明系統100。具體而言，激發光束EB包括第一激發光束EB1以及第二激發光束EB2。當激發光束EB傳遞至第二部分144時，由於第二部分144的光學層144b能使一半的藍光反射且讓一半的藍光穿透，因此，第一激發光束EB1被第二部分144所反射而傳遞至第一部分142，第一激發光束EB1再被第一部分142所反射而沿方向D傳遞。另一方面，第二激發光束EB2穿透第二部分144而沿方向D傳遞。第一激發光束EB1與第二激發光束EB2藉由會聚透鏡C會聚於濾光元件140的透光區域TR。進一步說明，藉由第二部分144的分光作用(部分穿透部分反射)，激發光束EB可平均地傳遞至會聚透鏡C，不會造成激發光束EB分布不均勻的狀態傳遞至會聚透鏡C。

接著，同時參考圖1A與圖1B，藉由濾光元件140的紅光濾光區域RR與綠光濾光區域GR，讓轉換光束CB中的紅光/綠 光通過。藉由濾光元件140的透光區域TR，讓激發光束EB通過，其中激發光束EB例如為藍光。依據時序通過濾光元件140的紅光、綠光與藍光以形成照明光束IB。照明光束IB傳遞至勻光元件220，並藉由勻光元件220將照明光束IB均勻化。照明光束IB再藉由導光組LA導引至光閥230，其中導光組LA可為全反射稜鏡(TIR prism)。光閥230再將照明光束IB轉換成影像光束IMB。投影鏡頭240再將影像光束IMB傳遞至一投影媒介(例如是投影屏幕，未示出)上以形成影像畫面。

承上述，在本實施例中的照明系統100與投影裝置200中，由於反射罩130在波長轉換元件120上的正投影(projection)區域涵蓋此透光區域R3的至少一部分，因此被反射罩130反射的轉換光束CB或者是激發光束EB可以透過此透光區域R3出射而被分合光鏡組140導引而沿同一方向D傳遞。因此，相較於相關技術，本實施例的照明系統100與投影裝置200可以以較少的光學元件以及較小的體積以達到將激發光束EB與轉換光束CB導引至同一方向D的效果。

另一方面，在本實施例的照明系統100與投影裝置200中，激發光束EB或轉換光束CB係藉由反射罩130的反射面RS而反射至分合光鏡組140。本發明實施例的照明系統100與投影裝置200較不容易有光束溢散，而具有良好的光學效率。

在此必須說明的是，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7A是本發明的另一實施例的照明系統100a在第一時間區間內的光路示意圖。圖7B是圖7A的照明系統100a在第二時間區間內的光路示意圖。圖8A是圖7A與圖7B中分合光鏡組的第一部分與第二部分的放大示意圖。圖8B是第一部分與第二部分共用的光學層的光譜圖。圖8C是第二部分的光學層的光譜圖。圖9A是第三部分的放大示意圖。圖9B是圖9A的光學層的光譜圖。

請同時參照圖7A以及圖7B的照明系統100a以及圖8A、圖8B、圖8C、圖9A以及圖9B，照明系統100a大致上類似於圖1A與圖1B中的照明系統100，其在架構上的主要差異在於：分合光鏡組140a除了第一部分142a與第二部分144a外，還包括第三部分146a。第三部分146a配置於激發光束EB的傳遞路徑上。請參照圖8A、圖8B與圖8C，在本實施例中，分合光鏡組140a的第一部分142a與分合光鏡組140a的第二部分144a例如設置於同一基板S3。第一部分142a與第二部分144a共用同一光學層OL3，且設置於基板S3的表面上。光學層OL4與抗反射鍍膜AR3設置於基板S3的另一表面上。抗反射鍍膜AR3與光學層OL4分別定義出第一部分142a與第二部分144b在基板S3上的區域。請參照圖8B，在本實施例中，光學層OL3讓藍光波長範圍的光束穿透，且對於綠光波長範圍的光束與紅光波長範圍的光束反射。光學層OL3可讓藍光穿透，且反射綠光與紅光(即可反射包含黃光波長範圍的光束)。請參照圖8C，在本實施例中，光學層OL4對 於藍光波長範圍的光束部分反射部分穿透，且對於綠光波長範圍的光束與紅光波長範圍的光束反射。光學層OL4可反射部分的藍光，且可讓部分的藍光、綠光以及紅光穿透(即可讓包含黃光波長範圍的光束穿透)。

請參照圖9A與圖9B，分合光鏡組140a的第三部分146a包括基板S4以及光學層OL5，光學層OL5設置於基板S4的表面上。光學層OL5對於藍光波長範圍的光束反射。光學層OL5可反射藍光，且讓紅光波長範圍的光束與綠光波長範圍的光束穿透。在其他實施例中，光學層OL5可為高反射率的反射層，例如銀或鋁基材上鍍上二氧化矽或氟化鎂。接著，於下方的段落介紹照明系統100a的光學行為。

請參照圖7A，在第一時間區間內，激發光束EB先穿透第一部分142a後，且被反射罩130的第一反射部132反射而傳遞至環形區域R的波長轉換區域R1而使波長轉換區域R1被激發出轉換光束CB。轉換光束CB中的第一子轉換光束CB1被第一反射部132反射而平行出射於反射罩130。第一子轉換光束CB1再被第一部分142a反射以沿方向D傳遞。另一方面，轉換光束CB中的第二子轉換光束CB2被第二反射部134反射且穿透透光區域R3的至少一部分。第二子轉換光束CB2再被第二部分144a反射以沿方向D傳遞而被會聚透鏡C會聚於濾光元件210。轉換光束CB後續的光學行為類似於圖1A的光學行為，於此不再贅述。

請參照圖7B，在第二時間區間內，激發光束EB穿透第 一部分142a後，被反射罩130的第一反射部132反射而傳遞至環形區域R的反射區域R2。激發光束EB被反射區域R2反射後，再被反射罩130的第二反射部134反射並穿透透光區域T3的至少一部分。激發光束EB再被第二部分144b導引以沿方向D傳遞。具體而言，激發光束EB中的第一激發子光束EB1被第二部分144a反射而沿方向D傳遞。激發光束EB中的第二激發子光束EB2穿透第二部分144a後再被第三部分146a反射而傳遞至第一部分142a。第二激發子光束EB2再穿透第一部分142a以沿方向D傳遞而被會聚透鏡C會聚於濾光元件210。激發光束EB後續的光學行為類似於圖1B中的光學行為，於此不再贅述。

圖10、圖11A以及圖12為本發明不同實施例的第一部分與第二部分的放大示意圖。圖11B是圖11A中的第二部分的光學層的光譜圖。圖13A是本發明另一實施例的第三部分的放大示意圖。圖13B是圖13A中的第三部分的反射膜的光譜圖。

請參照圖10，分合光鏡組140b的第一部分142b與第二部分144b大致類似於圖8A的第一部分142a與第二部分144a，其主要差異在於：第一部分142b與第二部分144b彼此分離。應注意的是，上述的第一部分142b與第二部分144b可替換如圖7A與圖7B中的第一部分142a與第二部分144a，而達到同樣的光學效果。

請參照圖11A與圖11B，分合光鏡組140c的第一部分142c與第二部分144c大致類似於圖8A的第一部分142a與第二部 分144a，其主要差異在於：第一部分142c與第二部分144c共用抗反射鍍膜AR3。光學層OL3與光學層OL6分別定義出第一部分142c與第二部分144c。請參照圖11B，光學層OL6對於藍光波長範圍的光束部分穿透部分反射，且對紅光波長範圍的光束與綠光波長範圍的光束反射。光學層OL6可反射部分的藍光、綠光以及紅光(即可反射包含黃光波長範圍的光束)，且可讓部分的藍光穿透。應注意的是，上述的第一部分142c與第二部分144c可替換如圖7A與圖7B中的第一部分142a與第二部分144a，而達到同樣的光學效果。

請參照圖12，第一部分142d與第二部分144d大致類似於圖11A的第一部分142c與第二部分144c，其主要差異在於：第一部分142d與第二部分144d彼此分離。應注意的是，上述的第一部分142d與第二部分144d可替換如圖7A與圖7B中的第一部分142a與第二部分144a，而達到同樣的光學效果。

請參照圖13A與圖13B，第三部分146e大致類似於圖9A與圖9B中的第三部分146，其主要差異在於：反射層RL設置於第三基板S3的表面上。反射層RL反射藍光，例如銀或鋁基材上鍍上二氧化矽或氟化鎂。應注意的是，上述的第三部分146e可替換如圖7A與圖7B中的第三部分146，而達到同樣的光學效果。

圖14為本發明另一實施例的波長轉換元件。圖15為圖14的波長轉換元件的剖面示意圖。

請參照圖14與圖15，在本實施例中，波長轉換元件120f 還包括多個支撐部121。每一支撐部121分別具有兩端E1與E2，每一支撐部121的一端E2與轉軸128連接。每一支撐部121的另一端E1與環形基板S連接。本實施例中三支撐部121可區分透光區域R3成三個區域，且三區域呈扇形且具有相等的面積(兩支撐部121之間的夾角為120度)。因此，透過這些支撐部121的設置，本實施例的波長轉換元件120f的結構強度相較於波長轉換元件120更為堅固。

此外，圖16為本發明又一實施例的波長轉換元件。請參照圖6以及圖16，在本實施例中，這些支撐部121對應於濾光元件210的紅光濾光區域RR、綠光濾光區域GR與透光區域TR兩兩區域之間的間隔設置。當轉換光束CB或者是激發光束EB由透光區域R3穿透時，部分的轉換光束CB或者是部分的激發光束EB會被這些支撐部121所阻擋，而不會傳遞至濾光元件210中的三區域兩兩之間的間隔。這樣的配置方式避免了當轉換光束CB傳遞至三區域兩兩之間的間隔時，會對應產生雜散色光的問題。同時，也可以透過濾光元件210中輪輻區的特性降低激發光束EB或轉換光束CB的損耗。根據濾光元件210的紅光濾光區域RR、綠光濾光區域GR與透光區域TR兩兩區域之間具有間隔，在此間隔處通過這些濾光區域的光束會產生非預期的顏色(非純色)，光閥230大都會在此間隔處所對應的時間區間中處於關閉的狀態，因此藉由上述這些支撐部121的位置設計也不會影響到投射的影像畫面的畫質或顏色。應注意的是，上述的波長轉換元件120f可替換如同 照明系統100與照明系統100a中的波長轉換元件120。

綜上所述，在本發明實施例中的照明系統與投影裝置200中，由於反射罩涵蓋此透光區域的至少一部分，因此被反射罩反射的轉換光束或者是激發光束可以透過此透光區域出射而被分合光鏡組導引而沿同一方向傳遞。因此，相較於相關技術，本發明實施例的照明系統與投影裝置可以以較少的光學元件以及較小的體積以達到將激發光束與轉換光束導引至同一方向的效果。此外，反射罩的反射面並非由分合光元件的表面構成，因此，本發明實施例的照明系統與投影裝置較不容易有光束溢散，而具有良好的光學效率。

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”等用語僅用於命名元件(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。

100:照明系統

110:激發光源

120:波長轉換元件

122:波長轉換物質

124:反射部

126:透光部

128:轉軸

130:反射罩

132:第一反射部

134:第二反射部

140:分合光鏡組

142:第一部分

144:第二部分

200:投影裝置

210:濾光元件

220:勻光元件

230:光閥

C:會聚透鏡

D:方向

CB:轉換光束

CB1:第一轉換子光束

CB2:第二轉換子光束

EB:激發光束

F:焦點

IB:照明光束

IMB:影像光束

LA:導光組

P:照射區域

R1:波長轉換區域

R2:反射區域

R3:透光區域

RS:拋物反射面

RP:參考平面

S:環型基板

Claims (34)

1. 一種照明系統，包括：一激發光源，提供一激發光束；一波長轉換元件，具有一波長轉換區域、一反射區域以及一透光區域，該波長轉換區域以及該反射區域形成一環形區域，且該透光區域被該環形區域所圍繞，其中該波長轉換區域適於被該激發光束激發而發出一轉換光束，且該激發光束和部分該轉換光束適於穿透該波長轉換元件的該透光區域；以及一反射罩，該反射罩在該波長轉換元件上的一正投影區域涵蓋該波長轉換元件的該透光區域的至少一部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該反射罩具有一焦點，且該波長轉換元件的該波長轉換區域以及該反射區域依序進入包括該焦點的一照射區域。
3. 如申請專利範圍第2項所述的照明系統，還包括一分合光鏡組，該分合光鏡組包括一第一部分以及一第二部分，該第一部分與該第二部分配置於該激發光束的傳遞路徑上，其中該激發光束依序被該第一部分導引至該反射罩，再由該反射罩導引至該環形區域。
4. 如申請專利範圍第3項所述的照明系統，其中該分合光鏡組與該反射罩之間設置一參考平面，且位於該激發光束的傳遞路徑上，其中在該參考平面上該激發光束的光斑面積小於或等於該反射罩在該參考平面上的一正投影面積的二分之一。
5. 如申請專利範圍第3項所述的照明系統，其中該反射罩包括一第一反射部以及一第二反射部，該第一反射部相對於該第二反射部遠離於該波長轉換元件，該第二反射部在該波長轉換元件上的一正投影區域涵蓋該波長轉換元件的該透光區域的至少一部分。
6. 如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該反射罩具有一拋物反射面，其中該激發光束或該轉換光束被該反射罩的該拋物反射面反射。
7. 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一轉軸、一環形基板以及一透光部，該環形區域對應位於該環形基板上，該透光部與該轉軸對應位於該透光區域，該透光部分別與該轉軸與該環形基板連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述的照明系統，其中該透光部為一透明基板，該透明基板的外徑大於或等於該環形基板的內徑。
9. 如申請專利範圍第7項所述的照明系統，其中該波長轉換元件還包括多個支撐部，每一該支撐部的一端與該轉軸連接，每一該支撐部的另一端與該環形基板連接。
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中的該環形區域與該透光區域以共圓心的方式設置。
11. 如申請專利範圍第5項所述的照明系統，其中 在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該波長轉換區域被該激發光束激發而發出該轉換光束，該轉換光束被該反射罩反射，且部分該轉換光束穿透該透光區域的至少一部分，且被該分合光鏡組的該第一部分以及該第二部分導引以沿一方向傳遞，以將該轉換光束輸出，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束依序被該反射區域與該反射罩反射而穿透該透光區域的至少一部分，且被該分合光鏡組的該第二部分導引以沿該方向傳遞，以將該激發光束輸出。
12. 如申請專利範圍第11項所述的照明系統，其中該激發光束依序被該第一部分以及該反射罩的該第一反射部反射而傳遞至該環形區域，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該轉換光束中的一第一轉換子光束被該第一反射部反射並穿透該第一部分以導引沿該方向傳遞，該轉換光束中的一第二轉換子光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分以及該第二部分以沿該方向傳遞，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分，且被該第一部分與該第二部分導引以沿該方向傳遞。
13. 如申請專利範圍第5項所述的照明系統，其中 該激發光束穿透該第一部分，且被該反射罩的該第一反射部反射而傳遞至該環形區域，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該轉換光束中的一第一轉換子光束被該第一反射部反射並被該第一部分反射以沿一方向傳遞，該轉換光束中的一第二轉換子光束被該第二反射部反射且穿透該透光區域的至少一部分，且被該第二部分反射以沿該方向傳遞，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分以被該第二部分導引沿該方向傳遞。
14. 如申請專利範圍第13項所述的照明系統，其中該分合光鏡組還包括一第三部分，該第三部分配置於該激發光束的傳遞路徑上，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束中的一第一激發子光束被該第二部分反射以沿該方向傳遞，該激發光束中的一第二激發子光束穿透該第二部分並被該第三部分反射以沿該方向傳遞。
15. 一種投影裝置，包括：一照明系統，包括：一激發光源，提供一激發光束；一波長轉換元件，具有一波長轉換區域、一反射區域以及一透光區域，該波長轉換區域以及該反射區域形成一環形區域，且該透光區域被該環形區域所圍繞，其中該波長轉換區域適 於被該激發光束激發而發出一轉換光束，且該激發光束和部分該轉換光束適於穿透該波長轉換元件的該透光區域；以及一反射罩，該反射罩在該波長轉換元件上的一正投影區域涵蓋該波長轉換元件的該透光區域的至少一部分；一濾光元件，配置於來自該照明系統的該轉換光束或該激發光束的傳遞路徑上，用於形成一照明光束；至少一光閥，配置於來自該濾光元件的該照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換成一影像光束；以及一投影鏡頭，配置於該影像光束的傳遞路徑上。
16. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，其中該反射罩具有一焦點，且該波長轉換元件的該波長轉換區域以及該反射區域依序進入包括該焦點的一照射區域。
17. 如申請專利範圍第16項所述的投影裝置，還包括一分合光鏡組，該分合光鏡組包括一第一部分以及一第二部分，該第一部分與該第二部分配置於該激發光束的傳遞路徑上，該激發光束依序被該第一部分以及該反射罩導引而傳遞至該環形區域。
18. 如申請專利範圍第17項所述的投影裝置，其中該分合光鏡組與該反射罩之間設置一參考平面，且位於該激發光束的傳遞路徑上，其中在該參考平面上該激發光束的光斑面積小於或等於該反射罩在該參考平面上的一正投影面積的二分之一。
19. 如申請專利範圍第17項所述的投影裝置，其中該反射罩包括一第一反射部以及一第二反射部，該第一反射部相對於 該第二反射部遠離於該波長轉換元件，該第二反射部在該波長轉換元件上的一正投影區域涵蓋該波長轉換元件的該透光區域的至少一部分。
20. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，其中該反射罩具有一拋物反射面，其中該激發光束或該轉換光束被該反射罩的該拋物反射面反射。
21. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件包括一轉軸、一環形基板以及一透光部，該環形區域對應位於該環形基板上，該透光部與該轉軸對應位於該透光區域，該透光部分別與該轉軸與該環形基板連接。
22. 如申請專利範圍第21項所述的投影裝置，其中該透光部為一透明基板，該透明基板的外徑大於或等於該環形基板的內徑。
23. 如申請專利範圍第21項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件還包括多個支撐部，每一該支撐部的一端與該轉軸連接，每一該支撐部的另一端與該環形基板連接。
24. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件中的該環形區域與該透光區域以共圓心的方式設置。
25. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該波長轉換區域被該激發光束激發而發出該轉換光束，該轉換光束被該反射罩反射，且部分該轉換光束穿透該透光區域 的至少一部分，且被該分合光鏡組的該第一部分以及該第二部分導引以沿一方向傳遞，以將該轉換光束輸出，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束依序被該反射區域與該反射罩反射而穿透該透光區域的至少一部分，且被該分合光鏡組的該第二部分導引以沿該方向傳遞，以將該激發光束輸出。
26. 如申請專利範圍第25項所述的投影裝置，其中該激發光束依序被該第一部分以及該反射罩的該第一反射部反射而傳遞至該環形區域，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該轉換光束中的一第一轉換子光束被該第一反射部反射並穿透該第一部分以導引沿該方向傳遞，該轉換光束中的一第二轉換子光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分以及該第二部分以沿該方向傳遞，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分，且被該第一部分與該第二部分導引以沿該方向傳遞。
27. 如申請專利範圍第19項所述的投影裝置，其中該激發光束穿透該第一部分，且被該反射罩的該第一反射部反射而傳遞至該環形區域，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該波長轉換區域的時間區間內，該轉換光束中的一第一轉換子光束被該第一反射部反 射並被該第一部分反射以沿一方向傳遞，該轉換光束中的一第二轉換子光束被該第二反射部反射且穿透該透光區域的至少一部分，且被該第二部分反射以沿該方向傳遞，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束被該第二反射部反射並穿透該透光區域的至少一部分以被該第二部分導引沿該方向傳遞。
28. 如申請專利範圍第27項所述的投影裝置，其中該分合光鏡組還包括一第三部分，該第三部分配置於該激發光束的傳遞路徑上，其中，在該激發光束傳遞至該環形區域中的該反射區域的時間區間內，該激發光束中的一第一激發子光束被該第二部分反射以沿該方向傳遞，該激發光束中的一第二激發子光束穿透該第二部分並被該第三部分反射以沿該方向傳遞。
29. 如申請專利範圍第15項所述的投影裝置，還包括一勻光元件，配置於來自該濾光元件的該照明光束的傳遞路徑上，且位於該濾光元件與該至少一光閥之間。
30. 一種波長轉換元件，包括：一波長轉換區域；一反射區域；以及一透光區域，該波長轉換區域以及該反射區域形成一環形區域，且該透光區域被該環形區域所圍繞，其中該波長轉換區域適於被一激發光束激發而發出一轉換光束，且該激發光束和部分該轉換光束藉由一反射罩穿透該波長轉換元件的該透光區域，其中 該反射罩在該波長轉換元件上的一正投影區域涵蓋該波長轉換元件的該透光區域的至少一部分。
31. 如申請專利範圍第30項所述的波長轉換元件，其中該波長轉換元件包括一轉軸、一環形基板以及一透光部，該環形區域對應位於該環形基板上，該透光部與該轉軸對應位於該透光區域，該透光部分別與該轉軸與該環形基板連接。
32. 如申請專利範圍第31項所述的波長轉換元件，其中該透光部為一透明基板，該透明基板的外徑大於或等於該環形基板的內徑。
33. 如申請專利範圍第31項所述的波長轉換元件，其中該波長轉換元件還包括多個支撐部，每一該支撐部的一端與該轉軸連接，每一該支撐部的另一端與該環形基板連接。
34. 如申請專利範圍第30項所述的波長轉換元件，其中該波長轉換元件中的該環形區域與該透光區域以共圓心的方式設置。

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