CN113495413B - 照明***与投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明***，用以提供照明光束。照明***包括分别用以提供蓝光、绿光、红光光束的蓝光、绿光、红光激光模块及波长转换元件。波长转换元件具有波长转换区及光学输出区。第一时间区间内，蓝光、绿光、红光光束依序传递至光学输出区，其中照明光束包括蓝光、绿光、红光光束。第二时间区间内，蓝光光束传递至波长转换区，以形成转换光束，其中照明光束包括转换光束。一种包括上述照明***的投影装置亦被提出。应用本发明的照明***的投影装置具有较低的成本且广色域的色彩表现。

Description

照明***与投影装置
技术领域
本发明关于一种照明***与投影装置。
背景技术
随着科技的进步，投影机被大量地应用于生活中，举例来说，其可被应用于室内、电影院、户外等不同的场所。然而，随着使用者对投影装置的要求越来越多，对投影机的影像画面的画质需求度也越来越高。
在一种现有的投影机架构中，其借由激发光源、荧光轮、滤光色轮在不同时序下投射出不同颜色的色光，但由于此种架构借由激发荧光粉来发出黄光，再借由滤光色轮将黄光过滤出绿光、红光，此种架构仅能产生部分窄频段的绿色色光，可见光色域覆盖率较低，并且绿光的消耗程度较大，其色彩表现不佳并且效率低。
在另外一种现有的投影机架构中，其借由红、绿、蓝激光二极管阵列在不同时序下投射出不同颜色的色光，虽然可以达到高可见光色域覆盖率，但其所使用的绿光二极管数量较多，成本高昂。
此外，在上述投影机架构中，会在激光光路上增设扩散轮以解决激光光斑问题，但这样的做法成本高昂。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明实施例提供一种照明***，其可使应用此照明***的投影装置具有良好的色彩表现。
本发明实施例提供一种投影装置，其具有良好的色彩表现。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，在本发明的一实施例中，提供一种用以提供照明光束的照明***，其包括蓝光激光模块、绿光激光模块、红光激光模块以及波长转换元件。蓝光激光模块用以提供蓝光光束。绿光激光模块用以提供绿光光束。红光激光模块用以提供红光光束。波长转换元件具有波长转换区及光学输出区。在第一时间区间内，蓝光光束、绿光光束与红光光束依序传递至光学输出区，其中照明光束包括蓝光光束、绿光光束与红光光束。在第二时间区间内，蓝光光束传递至波长转换区，以形成转换光束，其中照明光束包括转换光束。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，在本发明的一实施例中，提供一种投影装置，其包括上述的照明***、光阀及投影镜头。光阀设置于照明光束的传递路径上，并将照明光束转换成影像光束。投影镜头设置于影像光束的传递路径上。
基于上述，在本发明实施例照明***与投影装置中，采用了蓝光、绿光、红光激光模块及波长转换元件的综合光学架构，相较于现有技术而言，由于本发明的绿光来源较多(来自绿光激光模块及波长转换元件)，因此绿光激光模块内的绿光发光元件的数量可以减少使用，或者绿光激光模块所提供的绿光光束的光强度可以降低，但可使照明***整体所提供的照明光束在绿光波段维持一样的光强度，照明***与投影装置进而可以较低成本的方式达到广色域的色彩表现。
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。
附图说明
图1A至图1C为本发明的一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。
图1D为图1A至图1C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
图2A为图1A至图1D中的投影装置的波长转换元件的上视示意图。
图2B为沿图2A中线段A-A’的剖面示意图。
图3为本发明多个实施例的投影装置内不同元件的时序关系图。
图4A至图4C为本发明的另一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。
图4D为图4A至图4C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
图5A至图5C为本发明的又一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。
图5D为图5A至图5C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
图6A为图5A至图5D中的投影装置的波长转换元件的上视示意图。
图6B为沿图6A中线段B-B’的剖面示意图。
图6C为沿图6A中线段C-C’的剖面示意图。
图7为本发明多个实施例的投影装置内不同元件的时序关系图
图8A至图8C为本发明的再一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。
图8D为图8A至图8C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
附图标记列表
100、100a～100c：照明***
110：蓝光激光模块
120：绿光激光模块
130：红光激光模块
140、140b：波长转换元件
142：转盘
144：波长转换材料
146：转轴
148：透光元件
148’：反射元件
149：光学调整结构
150、150b1：二分之一波长延迟元件
150b2：四分之一波长延迟元件
160、160a、160c：第一分光元件
170：第二分光元件
180：第三分光元件
190：控制器
200、200a～200c：投影装置
210：匀光元件
220：光阀
230：投影镜头
A-A’、B-B’、C-C’：线段
BB、BB1、BB2：蓝光光束
C1～C4、C4b：透镜
CB：转换光束
CL1、CL2：聚焦透镜
GB：绿光光束
HTR：半穿透半反射元件
IB：照明光束
IMB：影像光束
ST1～ST3：第一至第三子时间区间
T1：第一时间区间
T2：第二时间区间
RB：红光光束
M1、M2：反射镜
NT：缺口
OA：光学棱镜组
OOR、OORb：光学输出区
WCR：波长转换区。
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，在以下配合参考附图的一优选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，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1A至图1C为本发明的一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。图1D为图1A至图1C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。图2A为图1A至图1D中的投影装置的波长转换元件的上视示意图。图2B为沿图2A中线段A-A’的剖面示意图。
请参照图1A至图1D，于本实施例中，投影装置200包括照明***100、匀光元件210、光阀220及投影镜头230。照明***100用以提供照明光束IB，其包括蓝光激光模块110、绿光激光模块120、红光激光模块130、波长转换元件140、二分之一波长延迟元件150、第一分光元件160、第二分光元件170、第三分光元件180及控制器190。于以下段落中会详细说明上述各元件。
首先，先介绍照明***100内的各元件。
激光模块可为一至多个激光发光元件排列而成的阵列、或由一至多个激光发光元件、反射镜或透镜所组成的光学元件总成，但本发明并不局限于此，其中激光发光元件例如是激光二极管(Laser Diode,LD)。于本实施例中，蓝光激光模块110内设有一至多个可发出蓝光的蓝光激光发光元件，用以提供蓝光光束BB，其峰值波长(Peak Wavelength)例如为455纳米(nm)，但不局限于此。绿光激光模块120内设有一至多个可发出绿光的绿光激光发光元件，用以提供绿光光束GB，其峰值波长例如为525纳米，但不局限于此。红光激光模块130内设有一至多个可发出红光的红光激光发光元件，用以提供红光光束RB，其峰值波长例如为638纳米，但不局限于此。上述峰值波长被定义为光强度频谱中最大光强度所对应的波长。此外，上述蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB为窄频光，即其光强度频谱的半高宽(Full width at half maximum,FWHM)小于等于25纳米。
于本实施例中，波长转换元件140为一种光学元件，其主要功能系为用于使通过此波长转换元件140的短波长光束转换成相对于短波长光束的长波长光束。请参照图2A及图2B，波长转换元件140的态样例如是穿透式荧光色轮(phosphor wheel)。波长转换元件140包括转盘142、波长转换材料144、转轴146、透光元件148及光学调整结构149。转盘142设有缺口NT，且与转轴146耦接。波长转换材料144设置于转盘142上，波长转换材料144例如是光致发光材料，其例如包含荧光粉或量子点，但不局限于此。由俯视观之，缺口NT与波长转换材料144共同形成环状区域。透光元件148嵌设于缺口NT中，且其例如是具有高透光系数的材料组成，例如是玻璃。波长转换材料144相对于环状区域圆心的圆心角小于透光元件148相对于环状区域圆心的圆心角。当波长转换材料144被短波长光束照射时会产生光致发光现象而发出长波长光束(波长转换)，波长转换材料144所界定的区域亦被称为波长转换区WCR，另一方面，透光元件148所界定的区域则可被光束穿透而输出并不进行波长转换，亦被称为光学输出区OOR(或称光穿透区、非波长转换区)。光学调整结构149例如是可调整光束性质的结构，其设置于透光元件148。于本实施例中，光学调整结构149例如包含可使光束散射的结构，但不局限于此。进一步而言，例如可在透光元件148内掺入散射粒子，或可在透光元件148的表面设置表面微结构而形成粗糙表面，以达到使光束散射的功效。
波长延迟元件(亦称波片、相位延迟片)对不同偏振方向光束会有不同折射率，借此使入射于波长延迟元件的不同偏振方向光束会有不同的传播速度，对不同偏振方向光束之间引入相位差，本领域技术人员可借由控制材料种类及厚度以引入不同的相位差，本发明并不以材料、厚度为限。于本实施例中，波长延迟元件例如是二分之一波长延迟元件150，其可使通过此波长延迟元件的不同偏振方向光束相差1/2个相位。
分光元件系泛指具有分光功能的光学元件。于本实施例中，分光元件为分光镜(Dichroic Mirror,DM)，其具有波长选择性，为利用波长/颜色进行分光的分色片，但不局限于此。在本实施例中，第一分光元件160被设计为可反射黄光、红光及绿光而可使其他色光穿透，第二分光元件170被设计为可反射绿光而可使其他色光穿透，第三分光元件180被设计为可反射蓝光而可使其他色光穿透。
控制器190与蓝光激光模块110、绿光激光模块120、红光激光模块130耦接，且用以控制这些激光模块110～130发光与否。控制器190可为计算器、微处理器(MicroController Unit,MCU)、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的控制器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可编程逻辑装置(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置，本发明并不局限于此。
接着，介绍投影装置200内的其他元件。
匀光元件210系指可让通过此匀光元件210的光束均匀化的光学元件。在本实施例中，匀光元件210例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但不局限于此。
光阀220系指数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid CrystalPanel,LCD)等空间光调变器的任一个，但不局限于此。于本实施例中，光阀220为数字微镜元件。
投影镜头230例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。本发明对投影镜头230的型态及其种类并不加以限制。
此外，在本实施例中，照明***100内部可以选择性地增设一至多个反射镜M1、M2及透镜C1～C4，以调整光路。另一方面，投影装置200的内部亦可选择性地增设光学棱镜组OA，以调整光路。
于以下的段落中会详细地说明上述各元件的配置关系。
请参照图1A至图1D，于本实施例中，蓝光激光模块110设置于波长转换元件140的一侧，而绿光激光模块120与红光激光模块130设置于波长转换元件140的另一侧。蓝光激光模块110并与红光激光模块130对向设置，绿光激光模块120设置于蓝光激光模块110与红光激光模块130两者的一侧。波长转换元件140配置于蓝光光束BB、绿光光束GB及红光光束RB的传递路径上。第一分光元件160、第二分光元件170、第三分光元件180用以导引照明***100内部光束。第一分光元件160设置于蓝光激光模块120与波长转换元件140之间，第一分光元件160用以导引蓝光光束BB以使其传递至波长转换元件140。第二分光元件170设置于绿光激光模块120与红光激光模块130之间，且第二分光元件170用以导引绿光光束GB与红光光束RB以使其传递至波长转换元件140。第三分光元件180设置于波长转换元件140与绿光激光模块120及红光激光模块130之间，且第三分光元件180用以导引绿光光束GB与红光光束RB以使其传递至波长转换元件140。进一步而言，第二分光元件170、第三分光元件180设置于绿光激光模块120、红光激光模块130及波长转换元件140之间的区域。更详细来说，第二分光元件170设置于第三分光元件180、绿光激光模块120及红光激光模块130之间的区域，而第三分光元件180设于波长转换元件140及第二分光元件170之间的区域。请参照图2A及图2B，二分之一波长延迟元件150则设置于透光元件148的表面上，即对应设置于光学输出区OOR。
图3为本发明多个实施例的投影装置内不同元件的时序关系图。图3的横轴的单位是时间。
请参照图1A至图1C及图3，在第一时间区间T1内，照明***100会依序输出红光光束RB、绿光光束GB、蓝光光束BB。依据输出不同颜色的色光，第一时间区间T1更被分为第一至第三子时间区间ST1～ST3，其中照明***100分别在第一、第二、第三子时间区间ST1～ST3输出红光光束RB、绿光光束GB、蓝光光束BB。于以下的段落中会搭配图1A至图1D及图3详细说明本实施例照明***100的光学效果。
请先参照图1A、图2A及图3，在第一子时间区间ST1内，蓝光激光模块110、绿光激光模块120受控制器190控制而关闭，红光激光模块130受控制器190控制而发出红光光束RB。此时波长转换元件140因其转轴146转动而使透光元件148进入红光光束RB的光路上。当红光光束RB发出后，红光光束RB依序穿透第二分光元件170、第三分光元件180、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、C4，并被第一分光元件160反射，以出射于照明***100。照明***100在第一子时间区间ST1内所输出的照明光束IB包括红光光束RB。
请参照图1B、图2A及图3，在第二子时间区间ST2内，蓝光激光模块110、红光激光模块130受控制器190控制而关闭，绿光激光模块120受控制器190控制而发出绿光光束GB。此时波长转换元件140因其转轴146转动而使透光元件148进入绿光光束GB的光路上。当绿光光束GB发出后，绿光光束GB被第二分光元件170反射后而往第三分光元件180传递，并依序穿透第三分光元件180、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、C4，并被第一分光元件160反射，以出射于照明***100。照明***100在第二子时间区间ST2内所输出的照明光束IB包括绿光光束GB。
请参照图1C、图2A及图3，在第三子时间区间ST3内，绿光激光模块120、红光激光模块130受控制器190控制而关闭，蓝光激光模块110受控制器190控制而发出蓝光光束BB。此时波长转换元件140因其转轴146转动而使透光元件148进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB以入射方向入射并穿透第一分光元件160，之后依序穿透透镜C4、C3、二分之一波长延迟元件150、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、透镜C2、C1，而被第三分光元件180反射并往反射镜M1传递，再依序被反射镜M1、M2反射后，以不同于入射方向的方向被传递至第一分光元件160并穿透第一分光元件160，以出射于照明***100。照明***100在第三子时间区间ST3内所输出的照明光束IB包括蓝光光束BB。
请参照图1D、图2A及图3，在第二时间区间T2内，绿光激光模块120、红光激光模块130受控制器190控制而关闭，蓝光激光模块110受控制器190控制而发出蓝光光束BB。此时波长转换元件140因其转轴146转动而使波长转换材料144进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，依序穿透第一分光元件160、透镜C3、C4并传递至波长转换材料144，波长转换材料144受蓝光光束BB照射而被激发出转换光束CB，其中转换光束CB例如是黄光光束。转换光束CB传递至第一分光元件160后被其反射，以出射于照明***100。照明***100在第二时间区间T2内所输出的照明光束IB包括转换光束CB。
请再参照图1A至图1D，当照明光束IB输出于照明***100后，传递至匀光元件210，而被匀光元件210均匀化，并再借由光学棱镜组OA导引至光阀220，亦即，光阀220设置于照明光束IB的传递路径上。请对照图3，光阀220会在不同的时间区间内，将不同颜色的照明光束IB转换成不同颜色的影像光束IMB。更详细来说，在第一、第二、第三子时间区间ST1～ST3及第二时间区间T2内，光阀220分别受一红光、绿光、蓝光、黄光影像控制信号将照明光束IB转换成红光、绿光、蓝光、黄光影像光束IMB。影像光束IMB再经由光学棱镜组OA而传递至投影镜头230，亦即，投影镜头230设置于影像光束IMB的传递路径上。投影镜头230再将影像光束IMB传递至一投影媒介(例如是投影幕或墙面)上。
请再参照图1A至图1C、图2A与图2B，由于蓝光、红光、绿光光束BB、RB、GB皆通过由透光元件148所界定的光学输出区OOR，且光学输出区OOR设有光学调整结构149(例如是散射结构)，因而可消除光斑(Speckle)问题。并且，由于二分之一波长延迟元件150对应设置于光学输出区OOR，其可使通过此光学输出区OOR的蓝光、红光、绿光光束BB、RB、GB相位延迟1/2个相位差，因而可消除画面异色问题。
承上述，在本实施例的照明***100与投影装置200中，采用了波长转换元件140以及分别可发出蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB的蓝光激光模块110、绿光激光模块120、红光激光模块130的综合光学架构。在第一时间区间T1内，蓝光激光模块110、绿光激光模块120、红光激光模块130所发出的蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB依序传递至波长转换元件140的光学输出区OOR(光穿透区、透光元件148)，其中此时间区间T1的照明光束IB包括蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB。在第二时间区间T2内，蓝光光束BB传递至波长转换元件140的波长转换材料144所界定的波长转换区WCR，并激发波长转换材料144而形成转换光束CB，其中此时间区间T2的照明光束IB包括转换光束CB(例如是黄光光束，可作为绿光的来源之一)。从上述光学行为可知，照明***100与投影装置200的绿光来自绿光激光模块120、波长转换元件140两者，相较于现有技术的绿光来源，照明***100与投影装置200的绿光来源更多，因此照明***100与投影装置200可降低绿光激光模块120内绿光发光元件的使用数量，或者可降低绿光激光模块120所提供的绿光光束GB的光强度，但可使照明***100整体所提供的照明光束IB在绿光波段维持一样的光强度，如此一来，照明***100与投影装置200可以以较低成本而达到DCI-P3与Rec.2020的高可见光色域覆盖率的色域规范。
并且，由于波长转换元件140设置于蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB的传递路径上，若使用者要对蓝光光束BB、绿光光束GB、红光光束RB调整的话，可将光学调整功能例如是整合于波长转换元件140的光学输出区OOR中(于上述实施例中，例如是将散射粒子或表面微结构设于透光元件148，或者是，将二分之一波长延迟元件150设于透光元件148)，而不需要在光路上再增设其他光学调整/改质元件，以降低成本。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。
图4A至图4C为本发明的另一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。图4D为图4A至图4C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
请参照图4A至图4D，图4A至图4D的投影装置200a及照明***100a大致上类似于图1A至图1D的投影装置200及照明***100，其主要差异在于：元件摆设的位置及分光元件反射(或被穿透)光束的能力稍有不同，详细来说，匀光元件210与红光激光模块130对向设置，绿光激光模块120与蓝光激光模块110分别设置于红光激光模块130相对两侧(左、右侧)。第一分光元件160a被设计为可反射蓝光而可使其他色光穿透。
于以下的段落中会搭配图4A至图4D以说明投影装置200a的与投影装置200之间的光学行为差异。应注意的是，于以下段落中仅说明光学行为差异，而其他元件的作动可参照图1A至图1D。
请参照图4A及图3，在第一子时间区间ST1内，当红光光束RB发出后，红光光束RB依序穿透第二分光元件170、第三分光元件180、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、C4，并穿透第一分光元件160a，以出射于照明***100a。照明***100a在第一子时间区间ST1内所输出的照明光束IB包括红光光束RB。
请参照图4B及图3，在第二子时间区间ST2内，当绿光光束GB发出后，绿光光束GB被第二分光元件170反射后而往第三分光元件180传递，并依序穿透第三分光元件180、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、C4，并穿透第一分光元件160a，以出射于照明***100a。照明***100a在第二子时间区间ST2内所输出的照明光束IB包括绿光光束GB。
请参照图4C及图3，在第三子时间区间ST3内，当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB以入射方向入射第一分光元件160a并被第一分光元件160a反射，并依序穿透透镜C4、C3、二分之一波长延迟元件150、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、透镜C2、C1，而被第三分光元件180反射，并再依序被反射镜M1、M2反射后，以不同于入射方向的方向被传递至第一分光元件160a并被第一分光元件160a反射，以出射于照明***100a。照明***100a在第三子时间区间ST3内所输出的照明光束IB包括蓝光光束BB。
请参照图4D及图3，在第二时间区间T2内，当蓝光光束BB发出后，被第一分光元件160a反射，并依序穿透透镜C4、C3、而传递至波长转换材料144，波长转换材料144受蓝光光束BB照射而被激发出转换光束CB。转换光束CB再穿透第一分光元件160a，以出射照明***100a。照明***100a在第二时间区间T2内所输出的照明光束IB包括转换光束CB。
上述图4A至图4D的照明光束IB出射于照明***100a后的光路与图1A至图1D的投影装置200的说明相同，于此不再赘述。
图5A至图5C为本发明的又一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。图5D为图5A至图5C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。图6A为图5A至图5D中的投影装置的波长转换元件的上视示意图。图6B为沿图6A中线段B-B’的剖面示意图。图6C为沿图6A中线段C-C’的剖面示意图。
请参照图5A至图5D、图6A、图6B及图6C，图5A至图5D的投影装置200b及照明***100b大致上类似于图1A至图1D的投影装置200及照明***100，其主要差异在于：在本实施例的投影装置200b及照明***100b中，其所采用的波长转换元件140b的态样例如是反射式荧光色轮。并且，透镜C4b为聚焦透镜CL1。照明***100b还包括半穿透半反射元件HTR、四分之一波长延迟元件150b2及另一聚焦透镜CL2，其中半穿透半反射元件HTR设置于蓝光激光模块110与波长转换元件140b之间，半穿透半反射元件HTR为可将传递至此半穿透半反射元件HTR的蓝光光束的一部分反射，并可使一部分蓝光光束穿透的光学元件。另一方面，四分之一波长延迟元件150b2的光学作动原理类似于二分之一波长延迟元件150b1，其差异在于：可使通过此四分之一波长延迟元件150b2的不同偏振方向光束相差1/4个相位。此外，本实施例的照明***100b采用的反射镜M1数量为一个。
详细来说，如图6A、图6B及图6C所示，波长转换元件140b相较于波长转换元件140还包括反射元件148’。反射元件148’及透光元件148共同嵌设于缺口NT，其中二分之一波长延迟元件150b1则设置于透光元件148的表面上，四分之一波长延迟元件150b2设置于反射元件148’的表面上。当波长转换材料144被短波长光束照射时会产生光致发光现象而发出长波长光束(波长转换)，此区域亦被称为波长转换区WCR，透光元件148所界定的区域则可被光束穿透而使光束输出波长转换元件140b(此区域亦被称为光穿透区)，并且反射元件148’所界定的区域则可反射光束而使光束输出波长转换元件140b(此区域亦被称为光反射区)，因此透光元件148及反射元件148’所界定的区域亦被称为光学输出区OORb，即光学输出区OORb包括光穿透区、光反射区，二分之一波长延迟元件150b1及四分之一波长延迟元件150b2对应设置于光学输出区OORb。此外，在未绘示的其他实施例中，转盘142可延伸至光反射区，反射元件148’可为设置于转盘142上的反射涂层或反射膜片，只要能达到反射光束的效果即可。半穿透半反射元件HTR连接于第一分光元件160的一端，聚焦透镜CL1位于半穿透半反射元件HTR连接第一分光元件160所形成的元件与波长转换元件140b之间。反射镜M1设置于半穿透半反射元件HTR的光路下游，由于光是从光路的上游往下游传递，因此，一元件的光路下游可理解为光通过该元件后的光路部分。聚焦透镜CL2则设置于照明***100b的出光处附近。在本实施例中，光学调整结构149较佳仅设置于透光元件148而不设置于反射元件148’。然而，在其他实施例中，光学调整结构149仍可设置于反射元件148’，但由于当光学调整结构149包含可使光束散射的结构时，入射反射元件148’的光束若受到光学调整结构149的影响可能会过于发散，进而无法顺利入射半穿透半反射元件HTR，因此，在此情况下，必须考量设置于反射元件148’的光学调整结构149不能使光束过于发散，例如光学调整结构149所造成的雾度不能过大，避免后续光路与预设的光路偏差过大而影响整体光学效果。
图7为本发明多个实施例的投影装置内不同元件的时序关系图。图7的横轴的单位是时间。
于以下的段落中会搭配图5A至图5D及图7以说明投影装置200b的与投影装置200之间的光学行为与元件作动差异。
请参照图5A、图6A及图7，在第一子时间区间ST1内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使透光元件148进入红光光束RB的光路上。当红光光束RB发出后，红光光束RB依序穿透第二分光元件170、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150b1、透镜C3、聚焦透镜CL1，并被第一分光元件160反射，穿透聚焦透镜CL2后而出射于照明***100b。照明***100b在第一子时间区间ST1内所输出的照明光束IB包括红光光束RB。
请参照图5B、图6A及图7，在第二子时间区间ST2内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使透光元件148进入绿光光束GB的光路上。当绿光光束GB发出后，绿光光束GB被第二分光元件170反射并依序穿透透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150b1、透镜C3、聚焦透镜CL1，并被第一分光元件160反射，穿透聚焦透镜CL2后而出射于照明***100b。照明***100b在第二子时间区间ST2内所输出的照明光束IB包括绿光光束GB。
请参照图5C、图6A及图7，在第三子时间区间ST3内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使反射元件148’进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB穿透第一分光元件160、并由聚焦透镜CL1的一侧进入聚焦透镜CL1、穿透透镜C3、四分之一波长延迟元件150b2而传递至波长转换元件140b的反射元件148’，反射元件148’反射蓝光光束BB。反射后的蓝光光束BB再穿透透镜C3，并由聚焦透镜CL1的另一侧进入聚焦透镜CL1，以出射于聚焦透镜CL1，并传递至半穿透半反射元件HTR。半穿透半反射元件HTR将一部分的蓝光光束BB1反射。另一方面，一部分的蓝光光束BB2穿透半穿透半反射元件HTR后被反射镜M1反射，再穿透第一分光元件160，其中蓝光光束BB1、BB2两者的能量大致上相同，且被半穿透半反射元件HTR反射的蓝光光束BB1与被反射镜M1反射再穿透第一分光元件160的蓝光光束BB2的光路相对于聚焦透镜CL2的光轴大致上是对称的，如此可使投影装置200b所提供的影像具有较佳的色均匀度。蓝光光束BB1、BB2再被聚焦透镜CL2聚焦而出射于照明***100b。照明***100b在第三子时间区间ST3内所输出的照明光束IB包括蓝光光束BB。
请参照图5D、图6A及图7，在第二时间区间T2内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使波长转换材料144进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB穿透第一分光元件160、并由聚焦透镜CL1的一侧进入聚焦透镜CL1、穿透透镜C3而传递至波长转换元件140b的波长转换材料144，波长转换材料144受蓝光光束BB照射而被激发出转换光束CB，其中转换光束CB例如是黄光光束。转换光束CB传递至第一分光元件160后被其反射，穿透聚焦透镜CL2后而出射于照明***100b。照明***100b在第二时间区间T2内所输出的照明光束IB包括转换光束CB。
请再参照图5A至图5C、图6A、图6B及图6C，由于蓝光、红光、绿光光束BB、RB、GB皆通过由透光元件148、反射元件148’共同界定的光学输出区OORb，且光学输出区OORb设有二分之一波长延迟元件150b1、四分之一波长延迟元件150b2，其可使通过此光学输出区OORb的蓝光光束BB相位延迟1/4个相位差，此通过光学输出区OORb的红光光束RB、绿光光束GB相位延迟1/2个相位差，因而可消除画面异色问题。
上述图5A至图5D的照明光束IB出射于照明***100b后的光路与图1A至图1D的投影装置200的说明相同，于此不再赘述。
图8A至图8C为本发明的再一实施例的投影装置在第一时间区间内的第一至第三子时间区间的光路示意图。图8D为图8A至图8C的投影装置在第二时间区间内的光路示意图。
请参照图8A至图8D，图8A至图8D的投影装置200c及照明***100c大致上类似于图5A至图5D的投影装置200b及照明***100b，其主要差异在于：元件摆设的位置及分光元件反射(或被穿透)光束的能力稍有不同。详细来说，在本实施例的投影装置200c及照明***100c中，匀光元件210与红光激光模块130对向设置，绿光激光模块120与蓝光激光模块110分别设置于红光激光模块130相对两侧。第一分光元件160c被设计为可反射蓝光而可使其他色光穿透。并且，第一分光元件160c与半穿透半反射元件HTR分离，且此二者彼此平行设置。聚焦透镜CL1位于半穿透半反射元件HTR及第一分光元件160c与波长转换元件140b之间。
于以下的段落中会搭配图8A至图8D、图6A及图7以说明投影装置200c的投影装置200b之间的光学行为差异。
请参照图8A、图6A及图7，在第一子时间区间ST1内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使透光元件148进入红光光束RB的光路上。当红光光束RB发出后，红光光束RB依序穿透第二分光元件170、透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、聚焦透镜CL1、CL2，以出射于照明***100c。在一些实施例中，依据半穿透半反射元件HTR及第一分光元件160c的摆放角度，红光光束RB自聚焦透镜CL1出射后，也有可能会通过半穿透半反射元件HTR及/或第一分光元件160c才传递至聚焦透镜CL2。照明***100c在第一子时间区间ST1内所输出的照明光束IB包括红光光束RB。
请参照图8B、图6A及图7，在第二子时间区间ST2内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使透光元件148进入绿光光束GB的光路上。当绿光光束GB发出后，绿光光束GB被第二分光元件170反射并依序穿透透镜C1、C2、透光元件148(并在透光元件148内被光学调整结构149散射)、二分之一波长延迟元件150、透镜C3、聚焦透镜CL1、CL2，以出射于照明***100c。在一些实施例中，依据半穿透半反射元件HTR及第一分光元件160c的摆放角度，绿光光束GB自聚焦透镜CL1出射后，也有可能会通过半穿透半反射元件HTR及/或第一分光元件160c才传递至聚焦透镜CL2。照明***100c在第二子时间区间ST2内所输出的照明光束IB包括绿光光束GB。
请参照图8C、图6A及图7，在第三子时间区间ST3内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使反射元件148’进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB被第一分光元件160c反射、并由聚焦透镜CL1的一侧进入聚焦透镜CL1、穿透透镜C3而传递至波长转换元件140b的反射元件148’，反射元件148’反射蓝光光束BB。反射后的蓝光光束BB再穿透透镜C3，并由聚焦透镜CL1的另一侧进入聚焦透镜CL1，以出射于聚焦透镜CL1，并传递至半穿透半反射元件HTR。此时，半穿透半反射元件HTR将一部分的蓝光光束BB1反射至第一分光元件160c，并被第一分光元件160c反射而传递至聚焦透镜CL2的一侧。另一方面，一部分的蓝光光束BB2穿透半穿透半反射元件HTR后而传递至聚焦透镜CL2的另一侧。蓝光光束BB1、BB2两者的能量大致上相同，且被第一分光元件160c反射的蓝光光束BB1与穿透半穿透半反射元件HTR后的蓝光光束BB2的光路相对于聚焦透镜CL2的光轴大致上是对称的，如此可使投影装置200b所提供的影像具有较佳的色均匀度。蓝光光束BB1、BB2被聚焦透镜CL2聚焦后而出射于照明***100c。照明***100c在第三子时间区间ST3内所输出的照明光束IB包括蓝光光束BB1、BB2。
请参照图8D、图6A及图7，在第二时间区间T2内，此时波长转换元件140b因其转轴146转动而使波长转换材料144进入蓝光光束BB的光路上。当蓝光光束BB发出后，蓝光光束BB被第一分光元件160c反射、并由聚焦透镜CL1的一侧进入聚焦透镜CL1、穿透透镜C3而传递至波长转换元件140b的波长转换材料144，波长转换材料144受蓝光光束BB照射而被激发出转换光束CB，其中转换光束CB例如是黄光光束。转换光束CB穿透聚焦透镜CL2而出射于照明***100c。照明***100b在第二时间区间T2内所输出的照明光束IB包括转换光束CB。
上述图8A至图8D的照明光束IB出射于照明***100c后的光路与图1A至图1D的投影装置200的说明相同，于此不再赘述。
应注意的是，在上述实施例中，第一、第二、第三分光元件的设置及其相应反射或穿透色光的能力，系为了能够满足在如同图3或图7色光时序图及因应不同投影装置的光学架构配置。本领域技术人员可因应如同图3或图7色光时序图及不同投影装置的光学架构配置选用不同分光元件的数量及其反射相应色光的能力，本发明并不局限于此。
综上所述，在本发明实施例照明***与投影装置中，采用了蓝光、绿光、红光激光模块及波长转换元件的综合光学架构，相较于现有技术，由于本发明的绿光来源较多(来自绿光激光模块及波长转换元件)，因此绿光激光模块内的绿光发光元件的数量可以减少使用，或者绿光激光模块所提供的绿光光束的光强度可以降低，但可使照明***整体所提供的照明光束在绿光波段维持一样的光强度，照明***与投影装置进而可以较低成本的方式达到广色域的色彩表现。并且，因波长转换元件设于蓝光、绿光、红光激光模块的所发出的蓝光、绿光、红光光束的传递路径上，若使用者要对蓝光、绿光、红光光束作出进一步的光束改质，可直接将光学改质的功能整合于波长转换元件中，以节省元件的使用，进一步降低***复杂度及制造成本。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，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到本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (18)

1.一种照明***，用以提供照明光束，其特征在于，所述照明***包括蓝光激光模块、绿光激光模块、红光激光模块、二分之一波片、第一分光元件以及波长转换元件，其中，
所述蓝光激光模块用以提供蓝光光束；
所述绿光激光模块用以提供绿光光束；
所述红光激光模块用以提供红光光束；
所述波长转换元件具有波长转换区与光学输出区，所述波长转换区与所述光学输出区共同形成环状区域，所述波长转换区相对于所述环状区域的圆心的圆心角小于所述光学输出区相对于所述环状区域的所述圆心的圆心角；
所述二分之一波片对应设置于所述光学输出区；
所述第一分光元件设置于所述蓝光激光模块与所述波长转换元件之间，所述第一分光元件用以导引所述蓝光光束以使其传递至所述波长转换元件，所述第一分光元件为具有波长选择性的分光镜，
其中，
在第一时间区间内，所述蓝光光束、所述绿光光束与所述红光光束依序传递至所述光学输出区；
在第二时间区间内，所述蓝光光束传递至所述波长转换区，以形成转换光束，其中在所述第一时间区间与所述第二时间区间内，所述照明光束包括所述蓝光光束、所述绿光光束、所述红光光束的至少其中之一。
2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光学输出区设有光学调整结构。
3.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括四分之一波片，对应设置于所述光学输出区。
4.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光学输出区为光穿透区，所述蓝光光束、所述绿光光束与所述红光光束依序穿透所述光穿透区。
5.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光学输出区还包括光反射区与光穿透区，其中，
所述蓝光光束传递至所述光反射区，以被所述光反射区反射；
所述绿光光束与所述红光光束依序传递至所述光穿透区，以穿透所述光穿透区。
6.根据权利要求5所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括聚焦透镜，其中，
所述蓝光光束由所述聚焦透镜的一侧进入所述聚焦透镜，并传递至所述光反射区，
所述光反射区反射所述蓝光光束至所述聚焦透镜的另一侧，以出射于所述聚焦透镜。
7.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括第二分光元件，其中，
所述第二分光元件设置于所述绿光激光模块与所述红光激光模块之间，且所述第二分光元件用以导引所述绿光光束与所述红光光束以使其传递至所述波长转换元件。
8.根据权利要求7所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括：
第三分光元件，设置于所述波长转换元件与所述绿光激光模块及所述红光激光模块之间，且所述第三分光元件用以导引所述绿光光束与所述红光光束以使其传递至所述波长转换元件。
9.根据权利要求8所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括半穿透半反射元件，设置于所述蓝光激光模块与所述波长转换元件之间。
10.根据权利要求9所述的照明***，其特征在于，所述第一分光元件连接于所述半穿透半反射元件。
11.根据权利要求9所述的照明***，其特征在于，所述第一分光元件与所述半穿透半反射元件分离。
12.一种投影装置，其特征在于，包括照明***、光阀以及投影镜头，其中，所述照明***用以提供照明光束，所述照明***包括蓝光激光模块、绿光激光模块、红光激光模块、二分之一波片、第一分光元件以及波长转换元件，其中，
所述蓝光激光模块用以提供蓝光光束；
所述绿光激光模块用以提供绿光光束；
所述红光激光模块用以提供红光光束；
所述波长转换元件具有波长转换区与光学输出区，所述波长转换区与所述光学输出区共同形成环状区域，所述波长转换区相对于所述环状区域的圆心的圆心角小于所述光学输出区相对于所述环状区域的所述圆心的圆心角；
所述二分之一波片对应设置于所述光学输出区；
所述第一分光元件设置于所述蓝光激光模块与所述波长转换元件之间，所述第一分光元件用以导引所述蓝光光束以使其传递至所述波长转换元件，所述第一分光元件为具有波长选择性的分光镜，其中，在第一时间区间内，所述蓝光光束、所述绿光光束与所述红光光束依序传递至所述光学输出区；
在第二时间区间内，所述蓝光光束传递至所述波长转换区，以形成转换光束，其中在所述第一时间区间与所述第二时间区间内，所述照明光束包括所述蓝光光束、所述绿光光束、所述红光光束的至少其中之一；
所述光阀设置于所述照明光束的传递路径上，并将所述照明光束转换成一影像光束；
所述投影镜头设置于所述影像光束的传递路径上。
13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述光学输出区设有光学调整结构。
14.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括四分之一波片，对应设置于所述光学输出区。
15.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述光学输出区为光穿透区，所述蓝光光束、所述绿光光束与所述红光光束依序穿透所述光穿透区。
16.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述光学输出区还包括光反射区与光穿透区，其中，
所述蓝光光束传递至所述光反射区，以被所述光反射区反射；
所述绿光光束与所述红光光束依序传递至所述光穿透区，以穿透所述光穿透区。
17.根据权利要求16所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括聚焦透镜，其中，
所述蓝光光束由所述聚焦透镜的一侧进入所述聚焦透镜，并传递至所述光反射区，
所述光反射区反射所述蓝光光束至所述聚焦透镜的另一侧，以出射于所述聚焦透镜。
18.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括第二分光元件，
所述第二分光元件设置于所述绿光激光模块与所述红光激光模块之间，且所述第二分光元件用以导引所述绿光光束与所述红光光束以使其传递至所述波长转换元件。
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