TWI715844B - 投影裝置以及光源裝置 - Google Patents

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Abstract

一種投影裝置及光源裝置。光源裝置包括至少一第一光源、至少一第二光源、波長轉換元件以及濾光元件。第一光源適於提供第一光束。第二光源適於提供第二光束，且第一光束的波長與第二光束的波長不同。波長轉換元件設置於來自第一光源的第一光束的傳遞路徑上，並適於將第一光束轉換為轉換光束。濾光元件對應於波長轉換元件，設置於第一光源與波長轉換元件之間，並設置於第二光源與波長轉換元件之間。濾光元件適於讓第一光束及轉換光束穿過，並適於反射第二光束。

Description

投影裝置以及光源裝置
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種投影裝置以及光源裝置。
投影機為一種用以產生大尺寸畫面的顯示裝置，其成像原理是將光源模組所提供的照明光束藉由光閥轉換成影像光束後，再將影像光束藉由鏡頭投射到螢幕以形成影像。投影機對於資訊的傳遞起了非常大的作用，因此被廣泛地用於許多領域。使用者利用投影機並搭配投影屏幕，以配合影像源提供影像資訊的內容做圖式畫面的呈現。
“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。
本發明提供一種投影裝置以及光源裝置，其具有良好的光源使用效率。
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投影裝置，包括光源裝置、光閥以及鏡頭。光源裝置適於提供照明光束。光源裝置包括至少一第一光源、至少一第二光源、波長轉換元件以及濾光元件。第一光源適於提供第一光束。第二光源適於提供第二光束，其中第一光束的波長與第二光束的波長不同。波長轉換元件設置於來自至少一第一光源的第一光束的傳遞路徑上，並適於將第一光束轉換為轉換光束。濾光元件對應於波長轉換元件。濾光元件設置於至少一第一光源與波長轉換元件之間。濾光元件設置於至少一第二光源與波長轉換元件之間。濾光元件適於讓第一光束及轉換光束穿過，並適於反射第二光束。照明光束包括轉換光束與第二光束。光閥設置於照明光束的傳遞路徑上，適於將照明光束轉換為影像光束。鏡頭設置於影像光束的傳遞路徑上，其中影像光束穿過鏡頭後適於成為投影光束。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的另一實施例提出一種光源裝置，包括至少一第一光源、至少一第二光源、波長轉換元件以及濾光元件。第一光源適於提供第一光束。第二光源適於提供第二光束，其中第一光束的波長與第二光束的波長不同。波長轉換元件設置於來自至少一第一光源的第一光束的傳遞路徑上，並適於將第一光束轉換為轉換光束。濾光元件對應於波長轉換元件。濾光元件設置於至少一第一光源與波長轉換元件之間。濾光元件設置於至少一第二光源與波長轉換元件之間。濾光元件適於讓第一光束及轉換光束穿過，並適於反射第二光束。
在本發明的一實施例中，上述的波長轉換元件包括波長轉換區以及非波長轉換區。波長轉換區適於將來自於濾光元件的第一光束轉換為轉換光束。非波長轉換區適於將來自於濾光元件的第一光束反射至濾光元件，或適於讓來自於濾光元件的第一光束穿過。
在本發明的一實施例中，上述的第一光束的光軸與第二光束的光軸夾一角度，且角度介於0度至180度之間。
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材料。濾光元件對應於至少一波長轉換材料的全部部分或其中一部分。
在本發明的一實施例中，上述的濾光元件為濾光片。
在本發明的一實施例中，上述的濾光元件為波長轉換元件上的鍍膜。
基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的實施例中，光源裝置中的波長轉換元件上可配置濾光元件，使第一光束透射/穿過濾光元件後被傳遞至波長轉換元件以轉換成轉換光束，並且反射第二光束回光學系統中。因此，可提高第二光束及轉換光束的使用效率，進而使投影裝置及光源裝置具有良好的光源使用效率。
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為本發明一實施例的投影裝置的方塊示意圖。圖1B為波長轉換元件的側視示意圖。圖2為本發明一實施例的光源裝置中的第一光束與轉換光束的示意圖，圖3為本發明一實施例的光源裝置中的第二光束的示意圖。請參考同時圖1A、圖1B、圖2與圖3，在本實施例中，投影裝置50包括光源裝置100、光閥60以及鏡頭70。光源裝置100提供照明光束LB。光閥60設置於照明光束LB的傳遞路徑上，將照明光束LB轉換為影像光束LI。鏡頭70設置於影像光束LI的傳遞路徑上，且影像光束LI穿過(pass through)鏡頭70成為投影光束LP，以產生投影畫面。
光閥60例如是包含數位微鏡元件（Digital Micro-mirror Device，DMD）、液晶顯示器（liquid-crystal display，LCD）或液晶覆矽板（Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel）。此外，光閥60也可以是包含透光液晶面板（Transparent Liquid Crystal Panel）、電光調變器（Electro-Optical Modulator）、磁光調變器（Maganeto-Optic modulator）、聲光調變器（Acousto-Optic Modulator，AOM）等穿透式光調變器。但本發明對光閥的型態及其種類並不加以限制。
在本實施例中，光源裝置100包括至少一第一光源110、至少一第二光源120、波長轉換元件130以及濾光元件140。第一光源110適於提供第一光束L1。第二光源120適於提供第二光束L2。在本實施例中，第一光源110與第二光源120為固態光源，例如是雷射二極體(Laser Diode)或發光二極體(Light Emitting Diode, LED)，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一光束L1的波長與第二光束L2的波長不同。舉例而言，第一光束L1例如是波長為445奈米或455奈米的藍光光束，而第二光束L2例如是波長為460奈米的藍光光束，本發明並不以此為限。在其他的實施例中，第二光束L2例如也可以是波長為638奈米的紅光光束，本發明並不以此為限。波長轉換元件130設置於來自至少一第一光源110的第一光束L1的傳遞路徑上，適於將第一光束L1轉換為轉換光束L3。在本實施例中，波長轉換元件130例如配置於基板130S上。在本實施例中，波長轉換元件130位於濾光元件140與基板130S之間，濾光元件140例如位於波長轉換元件130的表面S1上，基板130S例如位於波長轉換元件130的表面S2上，但本發明不以此為限。在一實施例中，基板130S例如是反射式基板，因而由波長轉換元件130與基板130S所構成的反射式波長轉換裝置可反射轉換光束L3，並將轉換光束L3反射回濾光元件140。在一實施例中，基板130S例如是穿透式基板，因而由波長轉換元件130與基板130S所構成的穿透式波長轉換裝置可讓轉換光束L3穿過。濾光元件140對應於波長轉換元件130設置。此外，濾光元件140設置於第一光源110與波長轉換元件130之間，並設置於第二光源120與波長轉換元件130之間。濾光元件140適於讓第一光束L1及轉換光束L3穿過，並適於反射第二光束L2。在一實施例中，波長轉換元件130具有由至少一波長轉換材料所組成的波長轉換區，且濾光元件140對應於波長轉換材料(波長轉換區)。在一實施例中，波長轉換區的波長轉換材料適於將來自於濾光元件140的第一光束L1轉換為轉換光束L3。在一實施例中，波長轉換元件130具有非波長轉換區，非波長轉換區不會對第一光束L1的波長進行轉換，且濾光元件140對應於非波長轉換區。在部分實施例中，非波長轉換區可為反射區，因此，非波長轉換區可將來自於濾光元件140的第一光束L1反射回濾光元件140。在部分實施例中，非波長轉換區可為穿透區，因此，非波長轉換區可讓來自於濾光元件140的第一光束L1穿過，即第一光束L1可依序穿過濾光元件140與非波長轉換區。
此外，本發明不限制與濾光元件140與波長轉換元件的波長轉換材料(波長轉換區)的對應關係。也就是說，在本實施例中，濾光元件140可對應至單一種波長轉換材料(波長轉換區)，也可對應至多種波長轉換材料(波長轉換區)。即，在本實施例中，濾光元件140對應於至少一波長轉換材料(至少一波長轉換區)的全部部分或其中一部分。
由上述可知，因為第二光束L2不會入射至波長轉換元件130，因此第二光束L2不會被波長轉換元件130中的波長轉換材料(波長轉換區)所激發。如此，可使第二光束L2反射回系統中，而使第二光束L2可被充分地利用，進而提升光源的使用效率。
詳細而言，在本實施例中，波長轉換元件130例如是波長轉換輪，且例如是磷光粉輪（phosphor wheel）或是螢光粉輪（fluorescence wheel），適於將第一光束L1轉換成不同波長的轉換光束L3。具體而言，在本實施例中，波長轉換元件130包括至少一波長轉換材料（例如磷光(phosphor)或螢光(fluorescence)），此波長轉換材料適於將第一光束L1轉換成不同波長的轉換光束L3。
又詳細而言，在本實施例中，濾光元件140例如是波長轉換元件130上的鍍膜。在其他實施例中，濾光元件140也可例如是可連接或固設於波長轉換元件130的濾光片，並且可選擇性地與波長轉換元件130分開設置，本發明並不以此為限。在本實施例中，濾光元件140的位置對應於波長轉換元件130上的波長轉換材料（例如磷光或螢光），本發明並不以此為限。
在本實施例中，光源裝置100所提供的照明光束LB（見如圖1）包括由第一光束L1轉換形成的轉換光束L3以及自濾光元件140反射的第二光束L2，即照明光束LB包括來自於波長轉換元件130的波長轉換材料(波長轉換區)的轉換光束L3與來自於濾光元件140的第二光束L2。由於第二光束L2不會入射至波長轉換元件130，因此第二光束L2的使用效率可提升，進而使光源裝置100具有良好的光源使用效率。在一未繪示的實施例中，照明光束LB包括未被激發的第一光束L1，即照明光束LB包括來自於波長轉換元件130的非波長轉換區的第一光束L1，本發明並不限於此。
在本實施例中，光源裝置100中可進一步設置具有分色元件162與透鏡164的光學導引元件160，分色元件162可決定讓光束的穿過或反射，透鏡164可聚焦光束，但本發明不以此為限。在其他實施例中，光學導引元件160可進一步包括透鏡166，但本發明仍不以此為限。在一實施例中，光學導引元件160也可進一步包括可動件以移動或轉動分色元件162，但本發明並不以此為限。此外，在圖2與圖3的實施例中，多個光源的排列方式例如是多個第一光源110圍繞多個第二光源120的形式，如圖4A所示，但本發明不以此為限。在其他實施例中，多個光源的排列方式也可以是多個第二光源120圍繞多個第一光源110的形式，如圖4B所示，但本發明仍不以此為限。
圖4C為本發明一實施例的第一光源及第二光源的示意圖。請參考圖4C，多個第一光源110與多個第二光源120的排列方式例如是並列排列，即上排的多個第一光源110與下排的多個第二光源120彼此並列，但本發明仍不以此為限。在一未繪示的實施例中，上排的第一光源110的數量可為一個，下排的第二光源120的數量也可為一個，但本發明仍不以此為限。在上述實施例中，第一光源110所提供的第一光束L1的光軸例如平行於第二光源120所提供的第二光束L2的光軸，但本發明不以此為限。以下舉例說明第一光束L1的光軸不平行於第二光束L2的光軸的實施例。
圖5為本發明另一實施例的光源裝置中的第一光束與轉換光束的示意圖，圖6為本發明另一實施例的光源裝置中的第二光束的示意圖。請參考圖5與圖6，本實施例的光源裝置100A類似於圖2與圖3中的光源裝置100，兩者的不同之處主要在於，在本實施例中，光源裝置100A還包括合光元件170，且第一光源110及第二光源120分開配置。在本實施例中，合光元件170位於第一光源110及第二光源120之間，第一光源110及第二光源120例如分別位於合光元件170的相對兩表面旁，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一光源110所提供的第一光束L1的光軸例如垂直於第二光源120所提供的第二光束L2的光軸，但本發明仍不以此為限。在其他實施例中，第一光束L1的光軸也可不平行且不垂直於第二光束L2的光軸，即第一光束L1的光軸與第二光束L2的光軸之間的夾角可為任意角度。簡言之，在本實施例中，第一光束L1的光軸與第二光束L2的光軸夾一角度，且此角度介於0度至180度之間。
在圖2、圖3、圖5與圖6中，為了簡化第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3的描述，故僅繪示主要的幾道主光束。即，圖2、圖3、圖5與圖6中，並非繪示完整的光路徑，而第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3僅為部分的光束。
圖7為本發明一實施例的第二光束及濾光元件的光學特性示意圖。圖7中的濾光元件140A至少可應用於上述圖2、圖3、圖5及/或圖6的光源裝置。在本實施例中，第二光束L2為波長為630至650奈米波段的光束(紅色光束)，而濾光元件140A則選用可反射625奈米以上波段光束的濾光元件，即例如選用可讓高頻率的光束穿過的高通濾光片（highpass filter）。
圖8為本發明另一實施例的第二光束及濾光元件的光學特性示意圖。圖8中的濾光元件140B至少可應用於上述圖2、圖3、圖5及/或圖6的光源裝置。在本實施例中，第二光束L2例如是波長為630至650奈米波段的光束(紅色光束)，而濾光元件140B選用可反射625奈米至655奈米波段光束的濾光元件，即例如選用帶通濾光片（bandpass filter）。在本實施例中，濾光元件140B可反射第二光束L2，且使大部分的轉換光束L3仍可透射/穿過濾光元件140B而返回到系統中，進而可同時提升第二光束L2與轉換光束L3的使用效率。
圖9～圖11為本發明另三個實施例的第二光束及濾光元件的光學特性示意圖。圖9～圖11中的濾光元件140C、140D、140E至少可應用於上述圖2、圖3、圖5及/或圖6的光源裝置。在本實施例中，第二光束L2例如是波長為460奈米波段的光束(藍色光束)。在圖9的實施例中，濾光元件140C例如選用帶通濾光片。在圖10的實施例中，濾光元件140D例如選用高通濾光片。在圖11的實施例中，濾光元件140E例如選用低通濾光片。由上述可知，各種型態的濾光元件皆可適用於投影裝置中，因此本發明的實施例的濾光元件不僅可提升光使用效率，還具有通用性。
綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的範例實施例中，光源裝置中的波長轉換元件上可配置濾光元件，使第一光束透射/穿過濾光元件後被傳遞至波長轉換元件以轉換成轉換光束，並且反射第二光束回光學系統中。因此，可提高第二光束及轉換光束的使用效率，進而使投影裝置及光源裝置具有良好的光源使用效率。
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。
50‧‧‧投影裝置60‧‧‧光閥70‧‧‧鏡頭100、100A‧‧‧光源裝置110‧‧‧第一光源120‧‧‧第二光源130‧‧‧波長轉換元件130S‧‧‧基板140、140A、140B、140C、140D、140E‧‧‧濾光元件160‧‧‧光學導引元件162‧‧‧分色元件164、166‧‧‧透鏡170‧‧‧合光元件L1‧‧‧第一光束L2‧‧‧第二光束L3‧‧‧轉換光束LB‧‧‧照明光束LI‧‧‧影像光束LP‧‧‧投影光束S1、S2‧‧‧表面
圖1A為本發明一實施例的投影裝置的方塊示意圖。 圖1B為波長轉換元件的側視示意圖。 圖2為本發明一實施例的光源裝置中的第一光束與轉換光束的示意圖。 圖3為本發明一實施例的光源裝置中的第二光束的示意圖。 圖4A～圖4C為本發明三個實施例的第一光源及第二光源的示意圖。 圖5為本發明另一實施例的光源裝置中的第一光束與轉換光束的示意圖。 圖6為本發明另一實施例的光源裝置中的第二光束的示意圖。 圖7～圖11為本發明五個實施例的第二光束及濾光元件的光學特性示意圖。
130‧‧‧波長轉換元件
130S‧‧‧基板
140‧‧‧濾光元件
L1‧‧‧第一光束
L2‧‧‧第二光束
L3‧‧‧轉換光束
S1、S2‧‧‧表面

Claims (10)

  1. 一種投影裝置，包括：一光源裝置，適於提供一照明光束，包括：至少一第一光源，適於提供一第一光束；至少一第二光源，適於提供一第二光束，其中該第一光束的波長與該第二光束的波長不同；一波長轉換元件，設置於來自該至少一第一光源的該第一光束的傳遞路徑上，適於將該第一光束轉換為一轉換光束；以及一濾光元件，對應於該波長轉換元件，設置於該至少一第一光源與該波長轉換元件之間，設置於該至少一第二光源與該波長轉換元件之間，適於讓該第一光束及該轉換光束穿過，並適於反射該第二光束，使該第二光束不會入射至該波長轉換元件，其中該照明光束包括該轉換光束與該第二光束，其中該濾光元件為該波長轉換元件上的鍍膜；或該濾光元件連接或固設於該波長轉換元件；一光閥，設置於該照明光束的傳遞路徑上，適於將該照明光束轉換為一影像光束；以及一鏡頭，設置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該影像光束穿過該鏡頭後適於成為一投影光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件包括： 一波長轉換區，適於將來自於該濾光元件的該第一光束轉換為該轉換光束；以及一非波長轉換區，適於將來自於該濾光元件的該第一光束反射至該濾光元件，或適於讓來自於該濾光元件的該第一光束穿過。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該第一光束的光軸與該第二光束的光軸夾一角度，且該角度介於0度至180度之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該波長轉換元件包括至少一波長轉換材料，該濾光元件對應於該至少一波長轉換材料的至少其中一部分。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的投影裝置，其中該濾光元件為濾光片。
  6. 一種光源裝置，包括：至少一第一光源，適於提供一第一光束；至少一第二光源，適於提供一第二光束，其中該第一光束的波長與該第二光束的波長不同；一波長轉換元件，設置於來自該至少一第一光源的該第一光束的傳遞路徑上，適於將該第一光束轉換為一轉換光束；以及一濾光元件，對應於該波長轉換元件，設置於該至少一第一光源與該波長轉換元件之間，設置於該至少一第二光源與該波長轉換元件之間，適於讓該第一光束及該轉換光束穿過，並適於反 射該第二光束，使該第二光束不會入射至該波長轉換元件，其中該濾光元件為該波長轉換元件上的鍍膜；或該濾光元件連接或固設於該波長轉換元件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光源裝置，其中該波長轉換元件包括：一波長轉換區，適於將來自於該濾光元件的該第一光束轉換為該轉換光束；以及一非波長轉換區，適於將來自於該濾光元件的該第一光束反射至該濾光元件，或適於讓來自於該濾光元件的該第一光束穿過。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光源裝置，其中該第一光束的光軸與該第二光束的光軸夾一角度，且該角度介於0度至180度之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的光源裝置，其中該波長轉換元件包括至少一波長轉換材料，該濾光元件對應於該至少一波長轉換材料的至少其中一部分。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的光源裝置，其中該濾光元件為濾光片。
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