CN103792635B - 波长转换轮模块及照明*** - Google Patents

波长转换轮模块及照明*** Download PDF

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Abstract

一种波长转换轮模块及照明***，该波长转换轮模块包括一波长转换轮及一第一致动器。波长转换轮包括多个环状区，每一环状区包括至少一波长转换区及至少一光通过区。波长转换区将入射至波长转换区的一原始光束转换成一转换光束，转换光束的波长不同于原始光束的波长。这些环状区沿着波长转换轮的径向排列，其中不同的这些环状区的光学参数彼此不同，且这些环状区的光学参数与波长转换区及光通过区相关。第一致动器连接至波长转换轮，并驱使波长转换轮旋转。

Description

波长转换轮模块及照明***
技术领域
本发明涉及一种光学模块与光学***，且特别涉及一种波长转换轮模块与照明***。
背景技术
近来以发光二极管（light-emittingdiode,LED）和激光二极管（laserdiode）等固态光源为主的投影装置渐渐在市场上占有一席之地。发光二极管的发光效率约在5%-8%之间，且发光二极管拥有不同的发光频谱可供选择，包含红色、绿色及蓝色频谱。发光二极管拥有优秀的发光频谱亦即具有高频谱顶峰值及窄频谱宽度，可以作为投影机所需的纯色光源。
另一方面，由于激光二极管具有高于20%的发光效率，为了突破发光二极管的光源限制，渐渐发展了以激光光源激发荧光粉而产生投影装置所需用的纯色光源。此二种形式为目前固态照明投影装置的光源主流。
为了要达到足够输出亮度，激光投影装置就可使用多颗的激光阵列并将之聚焦于荧光粉层，以产生足够的输出荧光强度。此种以激光二极管排列而成的阵列能够产生非常高的光输出功率以激发荧光粉，并且具有可机动调整光源数目的优点，以达到各种不同亮度的投影需求。因此，以此种方式为光源的投影装置具有非常大的潜力能够取代传统采用高压汞灯（ultrahighpressurelamp,UHPlamp）为光源的投影装置，而成为新一代主流的投影装置。
美国专利第7461950号揭露一影像投影***，其包括照明装置、照明光学***、空间调制元件及投影光学***。美国专利公开第2012/0039065号揭露一应用于投影机的照明***，其包括蓝色激光光源、荧光粉轮及设置于蓝色激光光源和荧光粉轮之间的分光镜。美国专利第6813087号揭露一微镜片投影***，其包括光源、积分柱、多模式色轮、空间光调变器、内部全反射棱镜及投影镜头。美国专利公开第2011/0116253号揭露一应用于投影机的穿透式半导体光源装置，其包括可沿着光轴发出紫外光束的半导体光源、垂直于光轴的荧光粉轮、用以将荧光粉轮以转轴为中心旋转的马达以及致动模块。美国专利第7052146号揭露一种可容易拆卸更换的色轮装置。
发明内容
本发明提供一种波长转换轮模块，可用以产生多种不同的波长转换模式。
本发明提供一种照明***，可产生多种不同的照明效果。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种波长转换轮模块，包括一波长转换轮及一第一致动器。波长转换轮包括多个环状区，每一环状区包括至少一波长转换区及至少一光通过区。波长转换区将入射至波长转换区的一原始光束转换成一转换光束，转换光束的波长不同于原始光束的波长。这些环状区沿着波长转换轮的径向排列，其中不同的这些环状区的光学参数彼此不同，且这些环状区的光学参数与波长转换区及光通过区相关。第一致动器连接至波长转换轮，并驱使波长转换轮围绕一旋转中心旋转。
本发明的一实施例提出一种照明***，其包括一光源、一波长转换轮及一色轮。光源发出一原始光束。波长转换轮配置于原始光束的传递路径上，且包括多个第一环状区。每一第一环状区包括至少一波长转换区，波长转换区将入射至波长转换区的原始光束转换成一转换光束，其中转换光束的波长不同于原始光束的波长。这些第一环状区沿着波长转换轮的径向排列，不同的这些第一环状区的光学参数彼此不同，且这些环状区的光学参数与波长转换区相关。当波长转换轮在一相同的波长转换模式下围绕一旋转中心旋转时，这些第一环状区之一的不同部分轮流切入原始光束的传递路径。当波长转换轮在不同的波长转换模式间切换时，不同的这些第一环状区以相对运动的方式沿着波长转换轮的径向对应切入原始光束的传递路径。色轮配置于转换光束的传递路径上，且包括多个第二环状区。每一第二环状区包括多个颜色不同的滤光区，且这些第二环状区沿着色轮的径向排列。不同的这些第二环状区的光学参数彼此不同，且这些第二环状区的光学参数与这些滤光区相关。当色轮在一相同的滤光模式下围绕一旋转中心旋转时，这些第二环状区之一的这些滤光区轮流切入转换光束的传递路径。当色轮在不同的滤光模式间切换时，不同的这些第二环状区以相对运动的方式沿着色轮的径向对应切入转换光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，每一第一环状区所包括的至少一波长转换区为多个不同的波长转换区，以分别将原始光束对应转换成波长不同的多个的转换光束，且这些不同的波长转换区轮流切入原始光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，这些不同的波长转换区分别为多个不同颜色的荧光区，原始光束为一激发光束，激发光束分别激发这些不同颜色的荧光区，以对应产生波长不同的这些转换光束。
在本发明的一实施例中，这些第一环状区的光学参数包括这些荧光区相对于波长转换轮的旋转中心的张角、这些荧光区的荧光材料、这些荧光区的荧光材料厚度、这些荧光区的荧光材料的浓度、这些荧光区的颜色、同一第一环状区中这些荧光区的排列顺序的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，波长转换模组还包括一第二致动器，第二致动器连接至第一致动器，以驱使波长转换轮的旋转中心沿着波长转换轮的径向移动。
在本发明的一实施例中，至少部分这些第一环状区各包括至少一光通过区，且波长转换区与光通过区轮流切入原始光束的传递路径。当光通过区切入原始光束的传递路径时，原始光束经由光通过区穿透波长转换轮。照明***还包括一合光单元，合光单元将转换光束与从光通过区穿透的原始光束合并为一照明光束，且色轮配置于照明光束的传递路径上。
在本发明的一实施例中，至少部分这些第二环状区各包括至少一光扩散区，同一第二环状区中的这些滤光区与光扩散区轮流切入照明光束的传递路径，且当光通过区切入原始光束的传递路径时，光扩散区切入照明光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，这些第二环状区的光学参数包括这些滤光区相对于色轮的旋转中心的张角、这些滤光区的滤光材料、这些滤光区的滤光材料厚度、这些滤光区的颜色、这些滤光区的色度、同一第二环状区中这些滤光区与至少一光扩散区的排列顺序、至少一光扩散区相对于色轮的旋转中心的张角及至少一光扩散区的雾度的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，照明***还包括一光积分柱，其中照明光束穿透色轮后传递至光积分柱中。
在本发明的一实施例中，光源为同调光源，且原始光束为同调光束。
本发明的一实施例提出一种照明***，其包括一光源及一波长转换轮。光源发出一原始光束。波长转换轮配置于原始光束的传递路径上，且包括至少一波长转换区及至少一光通过区。波长转换区的光学参数与光通过区的光学参数的至少其一沿着波长转换轮的径向呈连续的变化。波长转换区将入射至波长转换区的原始光束转换成一转换光束。转换光束的波长不同于原始光束的波长。光通过区允许原始光束穿透波长转换轮。当波长转换轮在一相同的波长转换模式下围绕一旋转中心旋转时，波长转换轮的相同径向位置的不同部分轮流切入原始光束的传递路径。当波长转换轮在不同的波长转换模式间切换时，波长转换轮的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着波长转换轮的径向对应切入原始光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，波长转换区为一荧光区，波长转换区的光学参数包括荧光区在波长转换轮的任一径向位置上的弧长相对于波长转换轮的旋转中心所形成的张角、荧光区的荧光材料厚度、荧光区的荧光材料浓度及荧光区的颜色的至少其中之一，且光通过区的光学参数包括光通过区在任一径向位置上的弧长相对于波长转换轮的旋转中心所形成的张角。
在本发明的一实施例中，照明***还包括一合光单元及一色轮。合光单元将转换光束与从光通过区穿透的原始光束合并为一照明光束。色轮配置于照明光束的传递路径上，且色轮包括多个滤光区。这些滤光区的光学参数沿着色轮的径向呈连续的变化。当色轮在一相同的滤光模式下围绕一旋转中心旋转时，色轮的相同径向位置的不同部分轮流切入照明光束的传递路径。当色轮在不同的滤光模式间切换时，色轮的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着色轮的径向对应切入照明光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，色轮还包括至少一光扩散区，光扩散区的光学参数沿着色轮的径向呈连续的变化，且当光通过区切入原始光束的传递路径时，光扩散区切入照明光束的传递路径。
在本发明的一实施例中，这些滤光区的光学参数包括这些滤光区在色轮的任一径向位置上的弧长相对于色轮的旋转中心所形成的张角、这些滤光区的滤光材料、这些滤光区的滤光材料厚度、这些滤光区的颜色及这些滤光区的色度的至少其中之一，且光扩散区的光学参数包括光扩散区在色轮的任一径向位置上的弧长相对于色轮的旋转中心所形成的张角及光扩散区的雾度的至少其中之一。
本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。在本发明的实施例的波长转换轮模块中，由于采用了具有不同的光学参数的多个环状区，因此可产生多种不同的光学效果。在本发明的实施例的照明***中，由于波长转换轮与色轮采用了具有不同的光学参数的多个环状区，因此通过不同的环状区以相对运动的方式切入原始光束及转换光束的传递路径，便可产生多种不同的照明效果。在本发明的实施例的照明***中，由于波长转换区的光学参数与光通过区的光学参数的至少其一沿着波长转换轮的径向呈连续的变化，因此通过波长转换轮的不同的径向位置以相对运动的方式切入原始光束的传递路径，便可使照明***对应产生多种不同的照明效果，且所产生的照明效果亦可呈连续变化。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为本发明的一实施例的投影装置的示意图。
图2A为图1中的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图。
图2B为图2A中的波长转换轮沿着I-I线的剖面示意图。
图3为本发明的另一实施例的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图。
图4为本发明的又一实施例的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图。
【主要元件符号说明】
100：投影装置
110：光阀
112：影像光束
120：投影镜头
200：照明***
210：光源
212：原始光束
214：转换光束
216：照明光束
230：合光单元
250：光积分柱
262、264、266：反射器
271～278：透镜
280：控制单元
300：波长转换轮模块
305：反射基板
307、307a、307b：荧光层
310、310’、310”：波长转换轮
311、311a～311c、311a’～311c’：第一环状区
312、312a～312g、312a’～312f’、312”、312a”、312b”：波长转换区
314、314a～314c、314”：光通过区
320：第一致动器
330：第二致动器
400：色轮模块
410、410’、410”：色轮
411、411a～411c、411a’～411c’：第二环状区
412、412a～412g、412a’～412i’、412”、412a”～412c”：滤光区
414、414a～414c、414”：光扩散区
420：第三致动器
430：第四致动器
C1、C2：旋转中心
D1：方向
P1～P3：正投影
S1～S3：光斑
V1、V2：弧长
θ1：张角
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明的一实施例的投影装置的示意图，图2A为图1中的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图，而图2B为图2A中的波长转换轮沿着I-I线的剖面示意图。请参照图1、图2A及图2B，本实施例的投影装置100包括一照明***200、一光阀110及一投影镜头120。照明***200包括一光源210、一波长转换轮模块300及一色轮模块400。光源210发出一原始光束212。在本实施例中，光源210为同调光源，且原始光束212为同调光束。举例而言，光源210为激光产生器，例如为激光二极管（laserdiode），而原始光束212为激光光束，例如为蓝色光束。
波长转换轮模块300包括一波长转换轮310，配置于原始光束212的传递路径上，且包括多个第一环状区311。如图2A所示，本实施例的这些第一环状区311为分别位于波长转换轮310的外圈、中圈及内圈的第一环状区311a、第一环状区311b及第一环状区311c。每一第一环状区311包括至少一波长转换区312，图2A中是以多个波长转换区312为例，且波长转换区312将入射至波长转换区312的原始光束212转换成一转换光束214，其中转换光束214的波长不同于原始光束212的波长。
举例而言，第一环状区311a包括至少一波长转换区312a（图2A是以多个波长转换区312a为例）及至少一波长转换区312b（图2A是以多个波长转换区312b为例），第一环状区311b包括至少一波长转换区312c（图2A是以多个波长转换区312c为例）、至少一波长转换区312d（图2A是以多个波长转换区312d为例）及至少一波长转换区312e（图2A是以多个波长转换区312e为例），且第一环状区311c包括至少一波长转换区312f（图2A是以多个波长转换区312f为例）及至少一波长转换区312g（图2A是以多个波长转换区312g为例）。
这些第一环状区311沿着波长转换轮310的径向排列，例如第一环状区311a、311b及311c从波长转换轮的外圈排列至内圈。不同的这些第一环状区311的光学参数彼此不同，且这些环状区311的光学参数与波长转换区312相关。
在本实施例中，每一第一环状区311所包括的波长转换区312为多个不同的波长转换区312，以分别将原始光束212转换成波长不同的多个的转换光束214，且这些不同的波长转换区312轮流切入原始光束212的传递路径。具体而言，这些不同的波长转换区312可分别为多个不同颜色的荧光区，而原始光束212为一激发光束，且激发光束分别激发这些荧光区以产生不同颜色、不同波长的这些转换光束214。具体而言，波长转换区312a及波长转换区312d例如为黄色荧光区，波长转换区312b、312e及312g例如为绿色荧光区，且波长转换区312c及312f例如为红色荧光区。黄色荧光区将原始光束212转换成呈黄色的转换光束214，绿色荧光区将原始光束212转换成呈绿色的转换光束214，且红色荧光区将原始光束212转换成呈红色的转换光束214。
在本实施例中，波长转换轮310包括一反射基板305及涂布于反射基板305上的多种荧光（phosphor）层307。举例而言，荧光层307a例如为黄色荧光粉层，其可形成波长转换区312a及312d(黄色荧光区)，而荧光层307b例如为红色荧光粉层，其可形成波长转换区312c及312f(红色荧光区)。当波长转换区312将原始光束212转换成转换光束214后，反射基板305将传递至其上的转换光束214往大约相反于原始光束212的行进方向的方向反射，且反射基板305亦将通过波长转换区312但尚未被转换的原始光束212再次反射回波长转换区312，以提升原始光束212被转换成转换光束214的比例。
在本实施例中，这些第一环状区311的光学参数包括这些波长转换区312相对于波长转换轮310的旋转中心C1的张角（例如图2A中所绘示的波长转换区312d相对于旋转中心C1的张角θ1）、这些波长转换区312的荧光材料、这些波长转换区312的荧光材料的厚度（即荧光层307的厚度）、这些荧光区的荧光材料的浓度（即荧光材料在荧光层307中的浓度）、这些荧光区的颜色、同一第一环状区311中这些荧光区（即波长转换区312）的排列顺序的至少其中之一。
在本实施例中，波长转换轮模块300还包括一第一致动器320，连接至波长转换轮310，并驱使波长转换轮310围绕旋转中心C1旋转。第一致动器320例如为马达，其转子可配置于波长转换轮310的中央，以带动波长转换轮310旋转。当波长转换轮310在一相同的波长转换模式下旋转时，这些第一环状区311之一（例如第一环状区312a）的不同部分轮流切入原始光束212的传递路径。图2A中示出原始光束212照射于波长转换轮310上的光斑S1，亦即图2A所绘示的情况为第一环状区311a切入原始光束212的传递路径的状态。
在本实施例中，至少部分这些第一环状区311包括至少一光通过区314。以图2A为例，第一环状区311a包括光通过区314a，第一环状区311b包括光通过区314b，且第一环状区311c包括光通过区314c。光通过区314例如为波长转换轮310上的一开口。或者，在其他实施例中，光通过区314亦可以是波长转换轮310上的一透明区域。当波长转换轮310在相同的波长转换模式下旋转时，这些第一环状区311之一的波长转换区312与光通过区314轮流切入原始光束212的传递路径。当光通过区314切入原始光束212的传递路径时，原始光束212经由光通过区314穿透波长转换轮310。
举例而言，当波长转换轮310以方向D1（即图2A的逆时针方向）并以旋转中心C1为轴心旋转时，波长转换区312a、波长转换区312b及光通过区314a依序切入原始光束212的传递路径，亦即依序切入图2A中原始光束212照射在波长转换轮310上的光斑S1的位置。在其他实施例中，波长转换轮310亦可以以顺时针方向旋转。
此外，当波长转换轮310在不同的波长转换模式间切换时，不同的这些第一环状区311以相对运动的方式沿着波长转换轮310的径向对应切入原始光束212的传递路径。举例而言，当波长转换轮310以相对运动的方式从第一环状区311a切入原始光束212的传递路径的状态切换为第一环状区311b切入原始光束212的传递路径的状态时，原始光束212在波长转换轮310上的光斑S2的位置例如是从光斑S1的位置转变成光斑S2的位置，亦即此时原始光束212照射于第一环状区311b的波长转换区312d上。接着，当波长转换轮310以旋转中心C1为轴心并沿着方向D1旋转时，则波长转换区312d、波长转换区312e及光通过区314b依序切入原始光束212的传递路径。当波长转换轮310以相对运动的方式从第一环状区311b切入原始光束212的传递路径的状态切换为第一环状区311c切入原始光束212的传递路径的状态时，原始光束212在波长转换轮310上的光斑S3的位置例如是从光斑S2的位置转变成光斑S3的位置，亦即此时原始光束212照射于第一环状区311c的波长转换区312f上。接着，当波长转换轮310以旋转中心C1为轴心并沿着方向D1旋转时，波长转换区312f、波长转换区312g及光通过区314c依序切入原始光束212的传递路径。
在本实施例中，波长转换轮模块300还包括一第二致动器330，连接至第一致动器320，以驱使波长转换轮310的旋转中心C1沿着波长转换轮310的径向移动。举例而言，第二致动器330可通过移动第一致动器320的位置，而移动旋转中心C1。当旋转中心C1移动时，不同的这些第一环状区311便能够以相对运动的方式对应切入原始光束212的传递路径。在其他实施例中，亦可以是旋转中心C1不动，而第二致动器330移动光源210，从而使原始光束212相对于旋转中心C1移动，而使得不同的这些第一环状区311便能够以相对运动的方式对应切入原始光束212的传递路径。因此，此处的相对运动可以由旋转中心C1移动而光源210不动来达成，亦可以是旋转中心C1不动，而光源210移动来达成，或者由旋转中心C1与光源210皆移动来达成。
色轮模块400可包括一色轮410。在本实施例中，色轮410配置于转换光束214的传递路径上，且包括多个第二环状区411，如图2A所示，本实施例中是以第二环状区411a、411b及411c为例。每一第二环状区411包括多个颜色不同的滤光区412，且这些第二环状区411沿着色轮410的径向排列。举例而言，第二环状区411a包括至少一滤光区412a及至少一滤光区412b，第二环状区411b包括至少一滤光区412c、至少一滤光区412d及至少一滤光区412e，且第二环状区411c包括至少一滤光区412f及至少一滤光区412g。具体而言，滤光区412a及滤光区412d例如为黄色滤光区，滤光区412b、412e及412g例如为绿色滤光区，且滤光区412c及412f例如为红色滤光区。
不同的这些第二环状区411的光学参数彼此不同，且这些第二环状区411的光学参数与这些滤光区412相关。当色轮410在一相同的滤光模式下围绕一旋转中心C2旋转时，这些第二环状区411之一的这些滤光区412轮流切入转换光束214的传递路径。当色轮410在不同的滤光模式间切换时，不同的这些第二环状区411以相对运动的方式沿着色轮410的径向对应切入转换光束214的传递路径。
在本实施例中，色轮模块400还包括一第三致动器420，连接至色轮410，并驱使色轮410以旋转中心C2为轴心旋转。第三致动器420例如为马达，其转子可配置于色轮410的中央，以带动色轮410旋转。此外，在本实施例中，色轮模块400还包括一第四致动器430，连接至第三致动器420，以驱使色轮410的旋转中心C2沿着色轮410的径向移动。
在本实施例中，照明***200还包括一合光单元230，合光单元230将转换光束214与穿透光通过区314的原始光束212合并为一照明光束216，且色轮410配置于照明光束216的传递路径上。合光单元230例如为一分色镜（dichroicmirror）。然而，在其他实施例中，合光单元230亦可以是一分色棱镜。合光单元230适于让原始光束212穿透，且适于反射转换光束214。举例而言，合光单元230适于让呈蓝色的原始光束212穿透，且适于反射呈红色的转换光束214、呈黄色的转换光束214及呈绿色的转换光束214。然而，在其他实施例中，合光单元230亦可以是反射原始光束212，而让转换光束214穿透。
在本实施例中，照明***200还包括透镜271、272、273、274、275、276、277及278及反射器262、264及266。来自光源210的原始光束212依序经由合光单元230、透镜271及透镜272而传递至波长转换轮310。来自波长转换轮310的转换光束214依序经由透镜272及透镜271而传递至合光单元230。经由光通过区314穿透波长转换轮310的原始光束212依序穿透透镜273及274、被反射器262反射、穿透透镜275、被反射器264反射、穿透透镜276、被反射器266反射及穿透透镜277而回到合光单元230。合光单元230将来自透镜277的原始光束212与来自透镜271的转换光束214合并成照明光束216，而照明光束216经由透镜278传递至色轮410。
在本实施例中，色轮410的至少部分这些第二环状区411包括至少一光扩散区414。以图2A为例，第二环状区411a包括多个光扩散区414a，第二环状区411b包括多个光扩散区414b，且第二环状区411c包括多个光扩散区414c。同一第二环状区411中的这些滤光区412与光扩散区414轮流切入照明光束216的传递路径，且当光通过区314切入原始光束212的传递路径时，光扩散区414对应切入照明光束216的传递路径。举例而言，波长转换轮310与色轮410的转速可以实质上相等，如此一来，除了光通过区314与光扩散区414在波长转换轮310与色轮410转动时两者的角度位置会互相对应之外，波长转换区312的角度位置也会分别与滤光区412的角度位置互相对应。在本实施例中，照明***200可还包括一控制单元280，电连接至波长转换轮模块300与色轮模块400，以控制波长转换轮310与色轮410的转动，进而使波长转换轮310与色轮410的转动相对应。举例而言，控制单元280例如为一微处理器（micro-processor），其可通过载入程式指令来控制波长转换轮310与色轮410的转动。另外，在本实施例中，由于穿透光通过区314的原始光束212仍具有同调性，因此通过色轮410的光扩散区414来散射原始光束212，可有效降低原始光束212所产生的散斑（speckle）现象。
在本实施例中，这些第二环状区411的光学参数包括这些滤光区412相对于色轮410的旋转中心C2的张角、这些滤光区412的滤光材料、这些滤光区412的滤光材料厚度、这些滤光区412的颜色、这些滤光区412的色度、同一第二环状区411中这些滤光区412与光扩散区414的排列顺序、光扩散区414相对于色轮410的旋转中心C2的张角及光扩散区414的雾度的至少其中之一。此外，在本实施例中，照明***200还包括一光积分柱250，其中照明光束216穿透色轮410后传递至光积分柱250中。图2A中示出光积分柱250的入光口在色轮410上的正投影P1、P2及P3，其位置大约与穿透色轮410且进入光积分柱250的照明光束216在色轮410上所形成的光斑一致。因此，当色轮410的模式处于使第二环状区411a以相对运动的方式沿着色轮410的径向切入照明光束216的传递路径的状态时，光积分柱250的入光口在色轮410上的正投影的位置例如为正投影P1的位置。同理，当色轮140的模式处于使第二环状区411b以相对运动的方式切入照明光束216的传递路径的状态时，光积分柱250的入光口在色轮410上的正投影的位置例如为正投影P2的位置。当色轮410的模式处于使第二环状区411c以相对运动的方式切入照明光束216的传递路径的状态时，光积分柱250的入光口在色轮410上的正投影的位置例如为正投影P3的位置。
在本实施例中，当照明光束216通过光积分柱250的光均匀化作用后，便会传递至光阀110。光阀110将照明光束216转换成影像光束112，且影像光束112接着传递至投影镜头120。投影镜头120将影像光束112投影至屏幕（未示出）以形成影像画面。光阀110例如为数字微镜元件（digitalmicro-mirrordevice,DMD）、硅基液晶面板（liquid-crystal-on-siliconpanel,LCOSpanel）或其他适当的空间光调变器（spatiallightmodulator）。此外，在其他实施例中，亦可以用透镜阵列（lensarray）来取代光积分柱250，如此亦可达到光均匀化的效果。
在本实施例中，滤光区412a及滤光区412d例如为黄色滤光区，滤光区412b、412e及412g例如为绿色滤光区，且滤光区412c及412f例如为红色滤光区。此外，在本实施例中，波长转换区312所发出的荧光（即转换光束214）是属于较宽频谱的荧光，而滤光区412的光穿透频谱是相对较窄的，因此滤光区412可将波长转换区312所发出的荧光的颜色进一步纯化，进而提升投影于屏幕的影像画面的色彩饱和度。
在本实施例中，波长转换轮310的波长转换模式与色轮410的滤光模式可交互配对而使照明***200产生多种不同的照明模式。举例而言，原始光束212照射第一环状区311a的波长转换模式可与照明光束216照射于第二环状区411a、411b或411c的滤光模式相搭配。同理，原始光束212照射于第一环状区311b及311c的波长转换模式也是如此。因此，照明***200所能产生的照明模式的数量为波长转换模式的数量乘以滤光模式的数量。举例而言，当使用者欲观看静态的简报资料，而对亮度有较高的需求时，波长转换轮310的波长转换模式可切换至使原始光束212照射于第一环状区311a的波长转换模式，而使色轮410的滤光模式切换至照明光束216照射至第二环状区311b的滤光模式，此时被波长转换区312a转换出的黄色的转换光束214会依序被滤光区412c过滤成红色光束及被滤光区412d过滤成黄色光束。此外，被波长转换区312b转换出的绿色的转换光束214则被滤光区412e过滤成更纯的绿色光束，而通过光通过区314的原始光束212则接着通过光扩散区414。由于黄色荧光粉的波长转换效率较高，因此显示画面可得到较高的亮度。另一方面，若使用者欲观看影片，而对色彩有较高的要求时，此时波长转换轮310的波长转换模式可选择切换至原始光束212照射第一环状区311c的波长转换模式，而色轮410的滤光模式可选择切换至照明光束216照射于第二环状区411c的模式。此时，被波长转换区312f转换出的红色的转换光束214会接着被滤光区412f过滤出颜色更纯的红色光束，被波长转换区312g转换出的绿色的转换光束214会接着被滤光区412g过滤出颜色更纯的绿色光束，而通过光通过区314c的蓝色原始光束212则接着通过光扩散区414c。
如此一来，本实施例的照明***200可采用一个波长转换轮310搭配一个色轮410就可以切换出多种照明模式，而不用以拆装的方式更换滤光片（其可形成滤光区）与波长转换片（其可形成波长转换区）。当使用拆装的方式来更换滤光片与波长转换片时，使用者需额外收管滤光片与波长转换片，且容易造成组装错误，或者可能会在拆装过程中污染或损毁滤光片与波长转换片，而本实施例的照明***200则不会产生这样的问题。在本实施例的照明***200中，通过相对移动波长转换轮310与原始光束212的位置及相对移动色轮410与照明光束216的位置，就可达成照明模式的切换，如此可使投影装置100的不同显示模式达到各自的最佳化。此外，欲达到各自最佳化投影装置100的不同显示模式时，本实施例的照明***200所提供的解决方案对于波长转换轮与色轮的材料的使用及电路同步信号控制的复杂度皆能够有效降低。此外，由于采用一个波长转换轮310搭配一个色轮410，因此有助于缩小照明***200与投影装置100的体积。此外，由于波长转换轮310与色轮410各具有多个环状区，因此，波长转换轮310与色轮410的面积可获得有效的利用。
图3为本发明的另一实施例的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图。请参照图3，本实施例的照明***与图1的照明***200类似，而两者的差异在于波长转换轮与色轮。本实施例的波长转换轮310’与色轮410’分别与图2A的波长转换轮310与色轮410类似，而两实施例的主要差异如下所述。本实施例的波长转换轮310’的第一环状区311a’包括波长转换区312a’及312b’及光通过区314a，第一环状区311b’包括波长转换区312c’及312d’及光通过区314b，而第一环状区311c’包括波长转换区312e’及312f’及光通过区314c。波长转换区312a’、312c’及312e’例如皆为黄色荧光区，但波长转换区312a’的荧光材料厚度小于波长转换区312c’的荧光材料厚度，且波长转换区312c’的荧光材料厚度小于波长转换区312e’的荧光材料厚度。此外，波长转换区312b’、312d’及312f’例如皆为绿色荧光区，但波长转换区312b’的荧光材料厚度小于波长转换区312d’的荧光材料厚度，且波长转换区312d’的荧光材料厚度小于波长转换区312f’的荧光材料厚度。
另一方面，本实施例的色轮410’的第二环状区411a’包括滤光区412a’、412b’、412c’及光扩散区414a，第二环状区411b’包括滤光区412d’、412e’及412f’及光扩散区414b，而第二环状区411c’包括滤光区412g’、412h’及412i’及光扩散区414c。滤光区412a’、412d’及412g’例如皆为红色滤光区，但滤光区412a’的滤光材料的色度小于滤光区412d’的滤光材料的色度，且滤光区412d’的滤光材料的色度小于滤光区412g’的滤光材料的色度。此外，滤光区412b’、412e’及412h’例如皆为黄色滤光区，但滤光区412b’的滤光材料的色度小于滤光区412e’的滤光材料的色度，且滤光区412e’的滤光材料的色度小于滤光区412h’的滤光材料的色度。再者，滤光区412c’、412f’及412i’例如皆为绿色滤光区，但滤光区412c’的滤光材料的色度小于滤光区412f’的滤光材料的色度，且滤光区412f’的滤光材料的色度小于滤光区412i’的滤光材料的色度。另外，光扩散区414a的雾度小于光扩散区414b的雾度，且光扩散区414b的雾度小于光扩散区414c的雾度。如此一来，通过波长转换轮310’的多种波长转换模式与色轮410’的多种滤光模式的搭配，便能够产生多种照明模式。
图4为本发明的又一实施例的照明***的波长转换轮模块的面向原始光束的正视图与色轮模块的面向照明光束的正视图。请参照图4，本实施例的照明***与图1的照明***200类似，而两者的差异在于波长转换轮与色轮。本实施例的波长转换轮310”与色轮410”分别与图2A的波长转换轮310与色轮410类似，而两实施例的主要差异如下所述。本实施例的照明***的波长转换轮310”包括至少一波长转换区312”（图4是以波长转换区312a”与波长转换区312b”为例）及至少一光通过区314”。波长转换区312”的光学参数与光通过区314”的光学参数的至少其一沿着波长转换轮314”的径向呈连续的变化。在本实施例中，波长转换区312”的光学参数包括波长转换区312”在波长转换轮310”的任一径向位置上的弧长相对于波长转换轮310”的旋转中心C1所形成的张角、波长转换区312”的荧光材料厚度、波长转换区312”的荧光材料浓度及波长转换区312”的颜色的至少其中之一。此外，光通过区314”的光学参数包括光通过区314”在任一径向位置上的弧长相对于旋转中心C1所形成的张角。举例而言，对于波长转换区312a”而言，位于光斑S2处的径向位置上的弧长V1相对于旋转中心C1所形成的张角大于位于光斑S3处的径向位置上的弧长V2相对于旋转中心C1所形成的张角。在本实施例中，光通过区314”在各径向位置上的弧长相对于旋转中心C1所形成的张角皆相等。然而，在其他实施例中，光通过区314”在各径向位置上的弧长相对于旋转中心C1所形成的张角亦可以呈连续变化。
也就是说，对于波长转换轮310”而言，光学参数是随着波长转换轮310”的径向位置的改变呈连续变化；而对于图2A中的波长转换轮310而言，光学参数是随着径向位置的改变成分段式地变化。
当波长转换轮310”在一相同的波长转换模式下以旋转中心C1为轴心旋转时，波长转换轮310”的相同径向位置的不同部分轮流切入原始光束212的传递路径。当波长转换轮310”在不同的波长转换模式间切换时，波长转换轮310”的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着波长转换轮310”的径向对应切入原始光束212的传递路径。在本实施例中，波长转换区312a”例如为黄色荧光区，而波长转换区312b”例如为绿色荧光区。
此外，在本实施例中，色轮410”包括多个滤光区412”（图4中是以滤光区412a”、412b”及412c”为例），这些滤光区412”的光学参数沿着色轮410”的径向呈连续的变化。当色轮410”在一相同的滤光模式下以旋转中心C2为轴心旋转时，色轮410”的相同径向位置的不同部分轮流切入照明光束216的传递路径，且当色轮410”在不同的滤光模式间切换时，色轮410”的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着色轮410”的径向对应切入照明光束216的传递路径。
在本实施例中，色轮410”还包括至少一光扩散区414”（在图4中是以多个光扩散区414”为例）。当光通过区314”切入原始光束212的传递路径时，光扩散区414”切入照明光束216的传递路径。在本实施例中，当波长转换轮310”与色轮410”转换时，波长转换区312a”的角度位置可以与滤光区412a”及412b”的角度位置对应，波长转换区312b”的角度位置可以与滤光区412c”的角度位置对应，而光通过区314”的角度位置可以与光扩散区414”的角度位置对应。在本实施例中，光扩散区414”的光学参数不随着径向位置的改变而变化。然而，在其他实施例中，光扩散区414”的光学参数亦可沿着色轮410”的径向呈连续的变化，
在本实施例中，这些滤光区412”的光学参数包括这些滤光区412”在色轮410”的任一径向位置上的弧长相对于色轮410”的旋转中心C2所形成的张角、这些滤光区412”的滤光材料、这些滤光区412”的滤光材料厚度、这些滤光区412”的颜色及这些滤光区412”的色度的至少其中之一，且光扩散区414”的光学参数包括光扩散区414”在色轮的任一径向位置上的弧长相对于色轮410”的旋转中心C2所形成的张角及光扩散区414”的雾度的至少其中之一。
综上所述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其一。在本发明的实施例的波长转换轮模块中，由于采用了具有不同的光学参数的多个环状区，因此可产生多种不同的光学效果。在本发明的实施例的照明***中，由于波长转换轮与色轮采用了具有不同的光学参数的多个环状区，因此通过波长转换轮与色轮的不同的环状区以相对运动的方式分别切入原始光束及转换光束的传递路径，便可产生多种不同的照明效果。在本发明的实施例的照明***中，由于波长转换区的光学参数与光通过区的光学参数的至少其一沿着波长转换轮的径向呈连续的变化，因此通过波长转换轮的不同的径向位置以相对运动的方式切入原始光束的传递路径，便可使照明***产生多种不同的照明效果，且所产生的照明效果亦可呈连续变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (19)

1.一种波长转换轮模块，包括：
一波长转换轮，包括多个环状区，每一该环状区包括至少一波长转换区及至少一光通过区，该波长转换区将入射至该波长转换区的一原始光束转换成一转换光束，该转换光束的波长不同于该原始光束的波长，这些环状区沿着该波长转换轮的径向排列，其中不同的这些环状区的光学参数彼此不同，且这些环状区的光学参数与该波长转换区及该光通过区相关；
一第一致动器，连接至该波长转换轮，并驱使该波长转换轮围绕一旋转中心旋转；以及
一第二致动器，连接至该第一致动器，以驱使该波长转换轮的该旋转中心沿着该波长转换轮的径向移动。
2.如权利要求1所述的波长转换轮模块，其特征在于，每一该环状区所包括的该至少一波长转换区为多个不同的波长转换区，以分别将该原始光束对应转换成波长不同的多个转换光束，且这些不同的波长转换区轮流切入该原始光束的传递路径。
3.如权利要求2所述的波长转换轮模块，其特征在于，这些不同的波长转换区分别为多个不同颜色的荧光区，该原始光束为一激发光束，该激发光束分别激发这些不同颜色的荧光区，以对应产生波长不同的这些转换光束。
4.如权利要求3所述的波长转换轮模块，其特征在于，这些环状区的光学参数包括这些荧光区相对于该波长转换轮的该旋转中心的张角、这些荧光区的荧光材料、这些荧光区的荧光材料厚度、这些荧光区的荧光材料的浓度、这些荧光区的颜色、同一该环状区中这些荧光区与该至少一光通过区的排列顺序及该至少一光通过区相对于该波长转换轮的该旋转中心的张角的至少其中之一。
5.一种照明***，包括：
一光源，发出一原始光束；
一波长转换轮，配置于该原始光束的传递路径上，且包括多个第一环状区，每一该第一环状区包括至少一波长转换区，该波长转换区将入射该波长转换区的该原始光束转换成一转换光束，该转换光束的波长不同于该原始光束的波长，这些第一环状区沿着该波长转换轮的径向排列，不同的这些第一环状区的光学参数彼此不同，且这些环状区的光学参数与该波长转换区相关，其中当该波长转换轮在一相同的波长转换模式下围绕一旋转中心旋转时，这些第一环状区之一的不同部分轮流切入该原始光束的传递路径，且当该波长转换轮在不同的波长转换模式间切换时，不同的这些第一环状区以相对运动的方式沿着该波长转换轮的径向对应切入该原始光束的传递路径；以及
一色轮，配置于该转换光束的传递路径上，且包括多个第二环状区，每一该第二环状区包括多个颜色不同的滤光区，这些第二环状区沿着该色轮的径向排列，不同的这些第二环状区的光学参数彼此不同，这些第二环状区的光学参数与这些滤光区相关，其中当该色轮在一相同的滤光模式下围绕一旋转中心旋转时，这些第二环状区之一的这些滤光区轮流切入该转换光束的传递路径，且当该色轮在不同的滤光模式间切换时，不同的这些第二环状区以相对运动的方式沿着该色轮的径向对应切入该转换光束的传递路径。
6.如权利要求5所述的照明***，其特征在于，每一该第一环状区所包括的该至少一波长转换区为多个不同的波长转换区，以分别将该原始光束转换成波长不同的多个的转换光束，且这些不同的波长转换区轮流切入该原始光束的传递路径。
7.如权利要求6所述的照明***，其特征在于，这些不同的波长转换区分别为多个不同颜色的荧光区，该原始光束为一激发光束，该激发光束分别激发这些不同颜色的荧光区，以对应产生波长不同的这些转换光束。
8.如权利要求7所述的照明***，其特征在于，这些第一环状区的光学参数包括这些荧光区相对于该波长转换轮的该旋转中心的张角、这些荧光区的荧光材料、这些荧光区的荧光材料厚度、这些荧光区的荧光材料的浓度、这些荧光区的颜色、同一该第一环状区中这些荧光区的排列顺序的至少其中之一。
9.如权利要求5所述的照明***，其特征在于，至少部分这些第一环状区各包括至少一光通过区，该波长转换区与该光通过区轮流切入该原始光束的传递路径，且当该光通过区切入该原始光束的传递路径时，该原始光束经由该光通过区穿透该波长转换轮，该照明***还包括一合光单元，该合光单元将该转换光束与从该光通过区穿透的该原始光束合并为一照明光束，且该色轮配置于该照明光束的传递路径上。
10.如权利要求9所述的照明***，其特征在于，至少部分这些第二环状区各包括至少一光扩散区，同一该第二环状区中的这些滤光区与该光扩散区轮流切入该照明光束的传递路径，且当该光通过区切入该原始光束的传递路径时，该光扩散区切入该照明光束的传递路径。
11.如权利要求10所述的照明***，其特征在于，该波长转换区分别为多个不同颜色的荧光区，这些第一环状区的光学参数包括该荧光区相对于该波长转换轮的该旋转中心的张角、该荧光区的荧光材料、该荧光区的荧光材料厚度、该荧光区的荧光材料的浓度、该荧光区的颜色、同一该环状区中该至少一荧光区与该至少一光通过区的排列顺序及该至少一光通过区相对于该波长转换轮的该旋转中心的张角的至少其中之一，且这些第二环状区的光学参数包括这些滤光区相对于该色轮的该旋转中心的张角、这些滤光区的滤光材料、这些滤光区的滤光材料厚度、这些滤光区的颜色、这些滤光区的色度、同一该第二环状区中这些滤光区与该至少一光扩散区的排列顺序、该至少一光扩散区相对于该色轮的该旋转中心的张角及该至少一光扩散区的雾度的至少其中之一。
12.如权利要求10所述的照明***，其特征在于，还包括一光积分柱，其中该照明光束穿透该色轮后传递至该光积分柱中。
13.如权利要求10所述的照明***，其特征在于，该光源为同调光源，且该原始光束为同调光束。
14.一种照明***，包括：
一光源，发出一原始光束；以及
一波长转换轮，配置于该原始光束的传递路径上，且包括至少一波长转换区及至少一光通过区，该波长转换区的光学参数与该光通过区的光学参数的至少其一沿着该波长转换轮的径向呈连续的变化，该波长转换区将入射至该波长转换区的该原始光束转换成一转换光束，该转换光束的波长不同于该原始光束的波长，该光通过区允许该原始光束穿透该波长转换轮，其中当该波长转换轮在一相同的波长转换模式下围绕一旋转中心旋转时，该波长转换轮的相同径向位置的不同部分轮流切入该原始光束的传递路径，且当该波长转换轮在不同的波长转换模式间切换时，该波长转换轮的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着该波长转换轮的径向对应切入该原始光束的传递路径。
15.如权利要求14所述的照明***，其特征在于，该波长转换区为一荧光区，该波长转换区的光学参数包括该荧光区在该波长转换轮的任一径向位置上的弧长相对于该波长转换轮的该旋转中心所形成的张角、该荧光区的荧光材料厚度、该荧光区的荧光材料浓度及该荧光区的颜色的至少其中之一，且该光通过区的光学参数包括该光通过区在任一径向位置上的弧长相对于该波长转换轮的该旋转中心所形成的张角。
16.如权利要求14所述的照明***，其特征在于，还包括：
一合光单元，将该转换光束与从该光通过区穿透的该原始光束合并为一照明光束；以及
一色轮，配置于该照明光束的传递路径上，且包括多个滤光区，这些滤光区的光学参数沿着该色轮的径向呈连续的变化，其中当该色轮在一相同的滤光模式下围绕一旋转中心旋转时，该色轮的相同径向位置的不同部分轮流切入该照明光束的传递路径，且当该色轮在不同的滤光模式间切换时，该色轮的不同径向位置的部分以相对运动的方式沿着该色轮的径向对应切入该照明光束的传递路径。
17.如权利要求16所述的照明***，其特征在于，该色轮还包括至少一光扩散区，该光扩散区的光学参数沿着该色轮的径向呈连续的变化，且当该光通过区切入该原始光束的传递路径时，该光扩散区切入该照明光束的传递路径。
18.如权利要求17所述的照明***，其特征在于，这些滤光区的光学参数包括这些滤光区在该色轮的任一径向位置上的弧长相对于该色轮的该旋转中心所形成的张角、这些滤光区的滤光材料、这些滤光区的滤光材料厚度、这些滤光区的颜色及这些滤光区的色度的至少其中之一，且该光扩散区的光学参数包括该光扩散区在该色轮的任一径向位置上的弧长相对于该色轮的该旋转中心所形成的张角及该光扩散区的雾度的至少其中之一。
19.如权利要求17所述的照明***，其特征在于，还包括一光积分柱，其中该照明光束穿透该色轮后传递至该光积分柱中。
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