CN114518685B - 照明***以及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种照明***以及投影装置，照明***包括激光光源、波长转换模块以及偏振变换单元。激光光源的激光光束经由波长转换模块的波长转换区转换为波长转换光束。偏振变换单元具有多个第一偏振变换区与多个第二偏振变换区，其中偏振变换单元包括多个相位延迟片，对应地位于偏振变换单元的多个第二偏振变换区中面向激光光源的表面上，其中具有第二偏振态的波长转换光束通过偏振变换单元位于第一偏振变换区中且面向激光光源的表面后离开偏振变换单元，具有第一偏振态的波长转换光束通过位于第二偏振变换区的相位延迟片后离开偏振变换单元。所述照明***以及所述投影装置具有小体积，且能够提供具有良好均匀度的照明光束。

Description

照明***以及投影装置

技术领域

本发明是有关于一种光学***与光学装置，且特别是有关于一种照明***以及投影装置。

背景技术

近来以发光二极管(light-emitting diode,LED)和激光二极管(laser diode)等固态光源为主的投影装置渐渐在市场上占有一席之地。由于激光二极管具有高于约20％的发光效率，为了突破发光二极管的光源限制，因此渐渐发展了以激光光源作为投影机所需光源的机种。

一般而言，以激光光源作为光源的投影装置包含有波长转换模块、滤光模块、光阀、投影镜头等光学模块的设置。具体而言。滤光模块会设置于波长转换模块的后段光路上，使来自波长转换模块的不同波段的色光能在经过滤光模块后被滤出预定的色光，以纯化色彩，并达到色彩饱和的效果。之后，这些色光经由匀光元件调整色光光束的均匀度，再经由光阀的调变而形成影像光束，再借由投影镜头将影像光束投射至外界。

然而，在现有已知技术中，为了缩小***体积，现有一种设置两段式的分光设计，并使激光光束从分光元件的一侧入光的投影装置。在此种投影装置中，分光元件上镀有的单片分光膜的部分可允许具有激光光束的一部分穿透，并同时反射另一部分，再经由设置于后段光路的光学元件将激光光束传递至滤光模块与匀光元件处，以形成***中的蓝光路径，并使激光光束可对称地入射至匀光元件。

然而，在此种投影装置中，由于光源只能摆在***中的特定一侧的位置，因此降低了光源摆放的自由度。并且，由于此种投影装置采用了两段式的分光设计，因此，入射至匀光元件处的激光光束也会在匀光元件上形成两处光斑，而影响了照明光束以及影像画面的均匀度。

“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”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，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所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种照明***，其具有小体积，且能够提供具有良好均匀度的照明光束。

本发明提供一种投影装置，其具有小体积，且能够提供具有良好均匀度的照明光束。

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。

为达上述的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照明***。照明***用以提供照明光束，并包括激光光源、波长转换模块以及偏振变换单元。激光光源用以提供激光光束。波长转换模块具有波长转换区，且波长转换模块位于激光光束的传递路径上，其中激光光束经由波长转换区转换为波长转换光束，一部分的波长转换光束的偏振态为第一偏振态，另一部分的波长转换光束的偏振态为第二偏振态。偏振变换单元位于波长转换模块与激光光源之间，其中偏振变换单元具有多个第一偏振变换区与多个第二偏振变换区，其中偏振变换单元包括多个相位延迟片，对应地位于偏振变换单元的多个第二偏振变换区中面向激光光源的表面上，其中具有第二偏振态的波长转换光束通过偏振变换单元位于第一偏振变换区中且面向激光光源的表面后离开偏振变换单元，具有第一偏振态的波长转换光束通过位于第二偏振变换区的相位延迟片后离开偏振变换单元。

为达上述的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投影装置。投影装置包括上述的照明***、光阀以及投影镜头。光阀设置于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换为影像光束。投影镜头设置于影像光束的传递路径上，用于将影像光束投射出投影装置。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，照明***与投影装置通过偏振变换单元的设置，可使激光光源所提供的激光光束正向入射至偏振分光片以及后续的光学元件上，进而可提高光源摆放的自由度。并且，由于照明***与投影装置已在激光光束以及波长转换光束的路径上配置有微透镜阵列，因此可在匀化激光光束以及波长转换光束的同时，亦可缩小装置体积。此外，在本实施例中，激光光束以及波长转换光束自波长转换模块出射之后的传递路径完全相同，如此，亦可提高照明光束以及影像画面的整体均匀度。

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1是本发明一实施例的一种投影装置的方块图。

图2A是图1的一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。

图2B是图2A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图2C是图2A的照明***的波长转换光束的光路示意图。

图2D是图2C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图3A是图1的另一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。

图3B是图3A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图3C是图3A的照明***的波长转换光束的光路示意图。

图3D是图3C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图4A是图1的又一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。

图4B是图4A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图4C是图4A的照明***的波长转换光束的光路示意图。

图4D是图4C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。

图5A是图1的又一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。

图5B是图5A的照明***的波长转换光束及补充光束的光路示意图。

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1是本发明一实施例的一种投影装置的方块图。请参照图1，投影装置200包括照明***100、光阀210以及投影镜头220。照明***100用于提供照明光束70。光阀210设置于来自照明***100的照明光束70的传递路径上，用于将照明光束70转换为影像光束80。投影镜头220设置于影像光束80的传递路径上，用于将影像光束80投射出投影装置200。在本实施例中，光阀210的数量为一个，但本发明不局限于此，在其他实施例中，光阀210的数量亦可为多个。此外，在本实施例中，光阀210可为一数字微镜元件(digital micro-mirrordevice,DMD)或是一硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)。然而，在其他实施例中，光阀210亦可以是穿透式液晶面板或其他光束调变器。

图2A是图1的一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。图2B是图2A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。图2C是图2A的照明***的波长转换光束的光路示意图。图2D是图2C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。具体而言，如图2A与图2C所示，在本实施例中，照明***100用以提供照明光束70，并包括激光光源110、波长转换模块150以及偏振变换单元130。激光光源110用以提供激光光束50BP。举例而言，在本实施例中，激光光源110可为包括多个排成阵列的蓝光激光二极管，激光光束50BP为蓝光激光光束，但本发明不局限于此。

如图2A与图2B所示，在本实施例中，偏振变换单元130位于波长转换模块150与激光光源110之间，且偏振变换单元130具有多个第一偏振变换区PR1与多个第二偏振变换区PR2，各第一偏振变换区PR1以及各第二偏振变换区PR2交错排列。在本实施例中，偏振变换单元130包括多个相位延迟片131，对应地位于偏振变换单元130的多个第二偏振变换区PR2中面向激光光源110的表面上。在本实施例中，来自激光光源110的激光光束50BP在入射偏振变换单元130后会经由偏振变换单元130而形成同时具有第一偏振态与第二偏振态的激光光束50B。

如图2A与图2C所示，波长转换模块150位于激光光束50B的传递路径上。具体而言，在本实施例中，波长转换模块150具有波长转换区(未绘示)，激光光束50B会经由波长转换区转换为波长转换光束60Y。并且，在本实施例中，波长转换光束60Y包含了具有第一偏振态的一部分(例如为波长转换光束60YP)与具有第二偏振态的另一部分(例如为波长转换光束60YS)。而如图2C与图2D所示，在本实施例中，具有第二偏振态的波长转换光束60YS通过偏振变换单元130位于第一偏振变换区PR1中且激光光源110的表面后离开偏振变换单元130，而具有第一偏振态的波长转换光束60YP会通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片131后离开偏振变换单元130。

具体而言，如图2A与图2B所示，在本实施例中，来自激光光源110的激光光束50BP的偏振态为第一偏振态。举例而言，在本实施例中，第一偏振态为水平偏振态(P偏振态)，但本发明不局限于此，在另一实施例中，第一偏振态亦可为垂直偏振态(S偏振态)。进一步而言，在本实施例中，照明***100还包括偏振分光片120。如图2A与图2C所示，在本实施例中，偏振分光片120位于激光光源110与偏振变换单元130之间；偏振分光片120用以使具有第一偏振态的光束通过，且反射具有第二偏振态的光束。具体而言，在本实施例中，第一偏振态与第二偏振态彼此正交。举例而言，在本实施例中，当第一偏振态为水平偏振态(P偏振态)时，第二偏振态则为垂直偏振态(S偏振态)，但本发明不局限于此；在另一实施例中，当第一偏振态为垂直偏振态(S偏振态)时，第二偏振态则为水平偏振态(P偏振态)。如此，来自激光光源110的激光光束50BP可通过偏振分光片120而被传递至偏振变换单元130。

如图2A至图2D所示，进一步而言，在本实施例中，偏振变换单元130具有彼此相对的第一表面S1与第二表面S2，其中第一表面S1面向激光光源110，而第二表面S2面向波长转换模块150。因此，偏振变换单元130所包括的多个相位延迟片131是位于偏振变换单元130的多个第二偏振变换区PR2中的第一表面S1上。

如图2B与图2D所示，在本实施例中，偏振变换单元130的内部中具有多个偏振分光膜PBS，对应地设置于多个偏振分光面SS上，其中多个偏振分光面SS为相邻的第一偏振变换区PR1与第二偏振变换区PR2的交界面，且偏振分光膜PBS用以使具有第一偏振态的光束通过，且反射具有第二偏振态的光束。举例而言，第一偏振变换区PR1与多个第二偏振变换区PR2的截面形状为平行四边形或是两个三角形结合而成的形状，且偏振分光面SS相对于偏振变换单元130的第一表面S1与第二表面S2倾斜，且倾斜角介于40度至50度之间。

并且，如图2A至图2D所示，在本实施例中，照明***100还包括微透镜阵列140，微透镜阵列140位于偏振变换单元130与波长转换模块150之间，其中微透镜阵列140具有多个凸部CP以及多个凹部RP，各凹部RP用于连接相邻的两凸部CP。举例而言，微透镜阵列140包括两个微透镜阵列片141及142，且其中一微透镜阵列片141的凸部CP与另一微透镜阵列片142的凸部CP对齐，以形成微透镜阵列140的上述凸部CP。此外，在本实施例中，微透镜阵列片141的凸部CP朝向激光光源110凸出，而微透镜阵列片142的凸部CP朝向波长转换模块150凸出。另一方面，其中一微透镜阵列片141的凹部RP与另一微透镜阵列片142的凹部RP也会对齐，以形成微透镜阵列140的上述凹部RP。更详细而言，如图2B与图2D所示，在本实施例中，微透镜阵列140的各凸部CP的中心光轴分别通过各相位延迟片131，并与未配置有相位延迟片131的第一偏振变换区PR1的第二表面S2以及配置有相位延迟片131的第二偏振变换区PR2的第一表面S1对齐。

如此，如图2A与图2B所示，在本实施例中，当来自激光光源110的激光光束50BP入射至偏振变换单元130时，入射至多个第二偏振变换区PR2的激光光束50BP的偏振态会在通过相位延迟片131后转变为第二偏振态，而形成具有第二偏振态的激光光束50BS，并经由偏振分光膜PBS反射后通过偏振变换单元130的第二表面S2而离开。另一方面，入射至多个第一偏振变换区PR1的激光光束50BP的偏振态由于未通过相位延迟片131，因此在自偏振变换单元130的第二表面S2离开后仍可维持第一偏振态。也就是说，如图2B所示，在本实施例中，自偏振变换单元130的第一表面S1入射至多个第二偏振变换区PR2的激光光束50BP在自偏振变换单元130的第二表面S2离开后转变为具有第二偏振态的激光光束50BS，自偏振变换单元130的第一表面S1入射至多个第一偏振变换区PR1的激光光束50BP的偏振态在自偏振变换单元130的第二表面S2离开后维持第一偏振态。因此，离开偏振变换单元130的激光光束50BP与激光光束50BS可形成同时具有第一偏振态与第二偏振态的激光光束50B，亦即，此时的激光光束50B包含激光光束50BP与激光光束50BS。

并且，如图2A与图2B所示，同时具有第一偏振态与第二偏振态的激光光束50B会同时入射于微透镜阵列140的其中一微透镜阵列片141的凸部CP与凹部RP，并经由微透镜阵列140的另一微透镜阵列片142的凸部CP均匀出射而被传递至后续的光学元件。

进一步而言，如图2A至图2D所示，照明***100还包括第一聚焦透镜CL1。第一聚焦透镜CL1位于微透镜阵列140与波长转换模块150之间，可使来自微透镜阵列140的激光光束50B会聚至波长转换模块150。具体而言，在本实施例中，波长转换模块150还包括非转换区(未绘示)，且波长转换模块150用于以转轴为中心旋转，以使前述波长转换区与非转换区轮流切入激光光束50B的传递路径上。当非转换区切入激光光束50B的传递路径上时，激光光束50B经由非转换区反射而形成激光光束60B，而当波长转换区切入激光光束50B的传递路径上时，激光光束50B经由波长转换区转换为波长转换光束60Y。并且，由于入射波长转换模块150的激光光束50B包含了具有第一偏振态的部分(例如为激光光束50BP)与具有第二偏振态的另一部分(例如为激光光束50BS)，因此，离开波长转换模块150而自偏振变换单元130的第二表面S2入射的激光光束60B的一部分也会包含了具有第一偏振态的部分与具有第二偏振态的另一部分；并且，在本实施例中，波长转换光束60Y也会包含了具有第一偏振态的一部分与具有第二偏振态的另一部分，亦即，此时的波长转换光束60Y包含波长转换光束60YP与波长转换光束60YS。

接着，如图2C与图2D所示，在本实施例中，来自于波长转换模块150的激光光束60B与波长转换光束60Y会经由微透镜阵列140的凸部CP汇聚后入射至偏振变换单元130，且由于各凸部CP的中心光轴分别通过各相位延迟片131，并与位于第一偏振变换区PR1中的第二表面S2相对，因此，波长转换光束60Y会自偏振变换单元130位于第一偏振变换区PR1中的第二表面S2入射偏振变换单元130。更进一步而言，如图2D所示，在本实施例中，当同时具有第一偏振态与第二偏振态的波长转换光束60Y通过位于第一偏振变换区PR1中的第二表面S2，并入射至偏振变换单元130的偏振分光膜PBS时，具有第二偏振态的波长转换光束60YS会被偏振分光膜PBS反射后经由位于第一偏振变换区PR1中的第一表面S1(即面向激光光源110的表面)离开偏振变换单元130，而具有第一偏振态的波长转换光束60YP会依序通过偏振分光膜PBS以及位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片131后离开偏振变换单元130。并且，由于具有第一偏振态的波长转换光束60YP会通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片131离开偏振变换单元130，因此，这些具有第一偏振态的波长转换光束60YP会在通过相位延迟片131后转变为第二偏振态，而形成具有第二偏振态的波长转换光束60YS。也就是说，自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第二偏振态的波长转换光束60YS的偏振态在离开偏振变换单元130后维持第二偏振态，自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第一偏振态的波长转换光束60YP在自偏振变换单元130的第一表面S1离开后转变为具有第二偏振态的波长转换光束60YS。

另一方面，由于离开波长转换模块150的激光光束60B的一部分也会包含了具有第一偏振态的部分与具有第二偏振态的另一部分，因此自偏振变换单元130的第二表面S2入射的激光光束60B在偏振变换单元130中的光路变化与波长转换光束60Y在偏振变换单元130中的光路变化相同，在此就不再重述。这也就是说，如图2C与图2D所示，在本实施例中，自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第二偏振态的激光光束60BS的偏振态在离开偏振变换单元130后维持第二偏振态。自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第一偏振态的激光光束60BP的偏振态在通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片131后转变为具有第二偏振态的激光光束60BS，且自偏振变换单元130的第一表面S1离开。

接着，如图2C所示，照明***100还可包括第二聚焦透镜CL2以及滤光模块160。第二聚焦透镜CL2位于偏振分光片120与滤光模块160之间，并且，在本实施例中，由于偏振分光片120可用以反射具有第二偏振态的光束，因此，自偏振变换单元130的第一表面S1出射的具有第二偏振态的波长转换光束60YS与激光光束60BS将可被偏振分光片120反射至后续的第二聚焦透镜CL2上，而使波长转换光束60YS与激光光束60BS可经由第二聚焦透镜CL2对称入射至滤光模块160。并且，在本实施例中，偏振分光片120面向波长转换模块150的表面也可镀有分光膜或是极化分光膜，用以反射具有特定发光波段范围的光束，在此，特定发光波段范围指的是波长转换光束60YS的发光波段范围，如此，可进一步提高波长转换光束60YS的光线利用效率。

接着，如图2C所示，在本实施例中，滤光模块160位于激光光束60BS以及波长转换光束60YS的传递路径上，且滤光模块160具有滤光光学区(未绘示)与透光区(未绘示)。滤光模块160还包括一致动器(未绘示)，用于使滤光光学区(未绘示)在不同时间中对应地进入波长转换光束60YS的照射范围内，以分别形成不同色光，例如红色色光与绿色色光。另一方面，透光区(未绘示)在不同时间中亦会对应地进入被传递至滤光模块160的激光光束60BS的照射范围内，以形成蓝色色光。如此，即可使激光光束60BS以及波长转换光束60YS依时序地形成具有多种不同颜色的照明光束70。

另一方面，如图2A与图2C所示，在本实施例中，投影装置200还可选择性的包括光均匀化元件170，位于通过滤光模块160后所形成的照明光束70的传递路径上。在本实施例中，光均匀化元件170例如包括积分柱，但本发明不局限于此。更详细而言，如图2C所示，当照明光束70中的激光光束60BS以及波长转换光束60YS传递至光均匀化元件170时，光均匀化元件170可使其均匀化，并使其传递至光阀210(绘示于图1)。然而，本发明不局限于此，由于在来自于波长转换模块150的激光光束60B以及波长转换光束60Y的路径上已配置有可达到均匀化光线功效的微透镜阵列140，因此，在另一实施例中，光均匀化元件170的配置亦可被省略，进而缩小体积。

如此一来，照明***100与投影装置200通过偏振变换单元130的设置，可使激光光源110所提供的激光光束50BP正向入射至偏振分光片120以及后续的光学元件上，进而可提高光源摆放的自由度。并且，由于照明***100与投影装置200已在激光光束60B以及波长转换光束60Y的路径上配置有微透镜阵列140，因此可在匀化激光光束60B以及波长转换光束60Y的同时，亦可缩小装置体积。此外，在本实施例中，激光光束50B以及波长转换光束60Y自波长转换模块150出射之后的传递路径完全相同，如此，亦可提高照明光束70以及影像画面的整体均匀度。

值得注意的是，在前述的实施例中，微透镜阵列140虽以包含两个彼此对位的微透镜阵列片141、142为例，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，微透镜阵列140亦可是单片的微透镜阵列片。以下将搭配图3A至图3D进行进一步地说明。

图3A是图1的另一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。图3B是图3A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。图3C是图3A的照明***的波长转换光束的光路示意图。图3D是图3C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。请参照图3A至图3D，图3A的照明***300与图2A的照明***100类似，而差异如下所述。如图3A至图3D所示，在本实施例中，微透镜阵列340的本体为单片的微透镜阵列片形式，微透镜阵列340具有多个凸部CP以及多个凹部RP，各凹部RP用于连接相邻的两凸部CP，微透镜阵列340的多个凸部CP分别朝激光光源110与波长转换模块150凸出。微透镜阵列340的各凸部CP的中心光轴亦分别通过各相位延迟片131，并且，微透镜阵列340的各凸部CP以及各凹部RP与照明***300的其他光学元件的对位方式与图2A的照明***100的微透镜阵列140类似，在此就不再赘述。此外，在本实施例中，激光光束50BP、50B、50BS、60BP、60B、60BS以及波长转换光束60Y、60YP、60YS的传递路径与图2A的激光光束50BP、50B、50BS、60BP、60B、60BS以及波长转换光束60Y、60YP、60YS的传递路径以及偏振态的变化过程相同，在此也不再赘述。

如此一来，通过微透镜阵列340与偏振变换单元130的设置，照明***300亦能实现与前述照明***100类似的效果与优点，在此不再赘述。并且，当照明***300被应用至图1的投影装置200时，亦能使投影装置200亦能实现前述的效果与优点，在此不再赘述。

另一方面，在前述的实施例中，偏振变换单元130的偏振分光膜PBS虽以能使与来自激光光源110的激光光束的偏振态相同的光束穿透为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，偏振变换单元130的偏振分光膜PBS亦可反射与来自激光光源110的激光光束的偏振态相同的光束，而使与来自激光光源110的激光光束的偏振态正交的光束穿透。以下将搭配图4A至图4D进行进一步地说明。

图4A是图1的又一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。图4B是图4A的激光光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。图4C是图4A的照明***的波长转换光束的光路示意图。图4D是图4C的波长转换光束通过偏振变换单元时的光路放大示意图。请参照图4A至图4D，图4A的照明***400与图2A的照明***100类似，而差异如下所述。如图4A所示，在本实施例中，来自激光光源110的激光光束50BS的偏振态为第一偏振态，且偏振变换单元430的偏振分光膜PBS用以使具有第二偏振态的光束通过，且反射具有第一偏振态的光束。举例而言，本实施例的第一偏振态为垂直偏振态(S偏振态)，而第二偏振态为水平偏振态(P偏振态)。并且，如图4A至图4D所示，在本实施例中，微透镜阵列140的各凸部CP的中心光轴分别免于通过各相位延迟片431，而与配置有相位延迟片431的第二偏振变换区PR2的第二表面S2以及未配置有相位延迟片431的第一偏振变换区PR1的第一表面S1对齐。也就是说，在本实施例中，微透镜阵列140的各凸部CP的中心光轴与偏振变换单元430的第一偏振变换区PR1与第二偏振变换区PR2的对位方式会与图2A的照明***100不同，而有所偏移。

如此，如图4B所示，在本实施例中，当来自激光光源110的激光光束50BS入射至偏振变换单元430时，入射至多个第二偏振变换区PR2的激光光束50BS的偏振态亦会在通过相位延迟片431后转变为第二偏振态，而形成具有第二偏振态的激光光束50BP，并经由偏振分光膜PBS反射后通过偏振变换单元430的表面而离开。另一方面，入射至多个第一偏振变换区PR1的激光光束50BS的偏振态由于未通过相位延迟片431，因此在自偏振变换单元430的第二表面S2离开后仍可维持第一偏振态。也就是说，如图2B所示，在本实施例中，自偏振变换单元430的第一表面S1入射至多个第二偏振变换区PR2的激光光束50BS在自偏振变换单元430的第二表面S2离开后转变为具有第二偏振态的激光光束50BP；自偏振变换单元430的第一表面S1入射至多个第一偏振变换区PR1的激光光束50BS的偏振态在自偏振变换单元430的第二表面S2离开后维持第一偏振态。因此，离开偏振变换单元430的激光光束50BP与激光光束50BS也可形成同时具有第一偏振态与第二偏振态的激光光束50B，亦即，此时的激光光束50B包含激光光束50BP与激光光束50BS。

另一方面，如图4C与图4D所示，在本实施例中，来自于波长转换模块150的激光光束50B与波长转换光束60Y会经由微透镜阵列140的凸部CP汇聚后入射至偏振变换单元430，且由于各凸部CP的中心光轴分别面于通过各相位延迟片431，并与位于第二偏振变换区PR2中的第二表面S2相对，因此，波长转换光束60Y会自偏振变换单元430位于第二偏振变换区PR2中的第二表面S2入射偏振变换单元430。更进一步而言，如图4D所示，在本实施例中，当同时具有第一偏振态或第二偏振态的波长转换光束60Y通过位于第二偏振变换区PR2中的第二表面S2，并入射至偏振变换单元430的偏振分光膜PBS时，具有第一偏振态的波长转换光束60YS会被偏振分光膜PBS反射后通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片431后离开偏振变换单元430。并且，由于具有第一偏振态的波长转换光束60YS会通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片431离开偏振变换单元430，因此，这些具有第一偏振态的波长转换光束60YS会在通过相位延迟片431后转变为第二偏振态，而形成具有第二偏振态的波长转换光束60YP。而具有第二偏振态的波长转换光束60YP会依序通过偏振分光膜PBS以及经由位于第一偏振变换区PR1中的第一表面S1(即面向激光光源110的表面)离开偏振变换单元430。也就是说，自偏振变换单元430的第二表面S2入射且具有第二偏振态的波长转换光束60YP的偏振态在离开偏振变换单元430后维持第二偏振态，自偏振变换单元430的第二表面S2入射且具有第一偏振态的波长转换光束60YS在自偏振变换单元430的第一表面S1离开后转变为具有第二偏振态的波长转换光束60YP。

另一方面，由于离开波长转换模块150的激光光束60B的一部分也会包含了具有第一偏振态的部分与具有第二偏振态的另一部分，因此自偏振变换单元430的第二表面S2入射的激光光束60B在偏振变换单元430中的光路变化与波长转换光束60Y在偏振变换单元430中的光路变化相同，在此就不再重述。这也就是说，如图4C与图4D所示，在本实施例中，自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第二偏振态的激光光束60BP的偏振态在离开偏振变换单元130后维持第二偏振态。自偏振变换单元130的第二表面S2入射且具有第一偏振态的激光光束60BS的偏振态在通过位于第二偏振变换区PR2的相位延迟片131后转变为具有第二偏振态的激光光束60BP，且自偏振变换单元130的第一表面S1离开。

并且，在本实施例中，第二偏振态虽为水平偏振态(P偏振态)，但由于偏振分光片420可用以反射具有第二偏振态的光束，因此，通过偏振变换单元130的波长转换光束60YP与激光光束60BP将可被偏振分光片420反射至后续的光学元件上，并形成照明光束70。

如此一来，照明***400通过偏振变换单元430与微透镜阵列140的设置以及对位方式的设计，亦可提高光源摆放的自由度，缩小装置体积，并且提高照明光束70以及影像画面的整体均匀度，进而实现与前述照明***100类似的效果与优点，在此不再赘述。并且，当照明***400被应用至图1的投影装置200时，亦能使投影装置200亦能实现前述的效果与优点，在此不再赘述。

图5A是图1的又一种照明***的架构及激光光束的光路示意图。图5B是图5A的照明***的波长转换光束及补充光束的光路示意图。图5A的照明***500与图2A的照明***100类似，而差异如下所述。如图5A与图5B所示，在本实施例中，照明***500还包括补充光源AL，用以提供补充光束B，补充光束B的偏振态例如为第一偏振态，第一偏振态例如为水平偏振态(P偏振态)。举例而言，在本实施例中，补充光源AL可为包括多个排成阵列的蓝光激光二极管，补充光束B为蓝光激光光束。如此，由于补充光束B可用以作为提供照明光束70中的蓝光部分，因此，在本实施例中，波长转换模块150就不需配置非转换区，而可仅配置有波长转换区，如此，激光光束50B入射波长转换模块150后将直接被转换为波长转换光束60Y，而不会形成激光光束60B。

如此一来，如图5A与图5B所示，在本实施例中，偏振分光片120位于补充光束B与波长转换光束60Y经由偏振变换单元130所形成的波长转换光束60YS的传递路径上。在本实施例中，偏振分光片120可用以使具有第一偏振态的光束通过，且反射具有第二偏振态(例如为S偏振态)的光束，因此，经由偏振变换单元130所形成的具有第二偏振态的波长转换光束60YS将可被偏振分光片120反射，且偏振分光片120可使具有第一偏振态的补充光束B通过。补充光束B在通过偏振分光片120后与波长转换光束60YS可经由滤光模块160形成照明光束70，并被传递至光阀210(绘示于图1)。

如此一来，由于照明***500的偏振变换单元130与微透镜阵列140的结构以及对位方式的设计与前述照明***100类似，因此，照明***500亦可通过偏振变换单元130与微透镜阵列140的设置以及对位方式的设计，提高光源摆放的自由度，缩小装置体积，进而实现与前述照明***100类似的效果与优点，在此不再赘述。并且，当照明***500被应用至图1的投影装置200时，亦能使投影装置200亦能实现前述的效果与优点，在此不再赘述。

此外，图3A与图4A的照明***300、400也可增设补充光源AL，并形成与图5A的照明***500类似的结构，而实现与前述照明***100类似的效果与优点，在此不再赘述。并且，当这些照明***100被应用至图1的投影装置200时，亦能使投影装置200亦能实现前述的效果与优点，在此不再赘述。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，照明***与投影装置通过偏振变换单元的设置，可使激光光源所提供的激光光束正向入射至偏振分光片以及后续的光学元件上，进而可提高光源摆放的自由度。并且，由于照明***与投影装置已在激光光束以及波长转换光束的路径上配置有微透镜阵列，因此可在匀化激光光束以及波长转换光束的同时，亦可缩小装置体积。此外，在本实施例中，激光光束以及波长转换光束自波长转换模块出射之后的传递路径完全相同，如此，亦可提高照明光束以及影像画面的整体均匀度。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书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，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，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。

附图标记说明：

50B、50BP、50BS、60B、60BP、60BS：激光光束

60Y、60YP、60YS：波长转换光束

70：照明光束

80：影像光束

100、300、400、500：照明***

110：激光光源

120、420：偏振分光片

130、430：偏振变换单元

131、431：相位延迟片

140、340：微透镜阵列

141、142：微透镜阵列片

150：波长转换模块

160：滤光模块

170：光均匀化元件

200：投影装置

210：光阀

220：投影镜头

AL：补充光源

B：补充光束

CL1：第一聚焦透镜

CL2：第二聚焦透镜

CP：凸部

PR1：第一偏振变换区

PR2：第二偏振变换区

PBS：偏振分光膜

RP：凹部

S1：第一表面

S2：第二表面

SS：偏振分光面。

Claims (24)

1.一种照明***，其特征在于，所述照明***用以提供照明光束，并且包括激光光源、波长转换模块以及偏振变换单元，其中：

所述激光光源用以提供激光光束；

所述波长转换模块具有波长转换区，且所述波长转换模块位于所述激光光束的传递路径上，其中所述激光光束经由所述波长转换区转换为波长转换光束，一部分的所述波长转换光束的偏振态为第一偏振态，另一部分的所述波长转换光束的偏振态为第二偏振态；以及

所述偏振变换单元位于所述波长转换模块与所述激光光源之间，其中所述偏振变换单元具有多个第一偏振变换区与多个第二偏振变换区，其中所述偏振变换单元包括多个相位延迟片，其对应地位于所述偏振变换单元的多个所述第二偏振变换区中面向所述激光光源的表面上，其中具有所述第二偏振态的所述波长转换光束通过所述偏振变换单元位于所述第一偏振变换区中且面向所述激光光源的表面后离开所述偏振变换单元，具有所述第一偏振态的所述波长转换光束通过位于所述第二偏振变换区的所述相位延迟片后离开所述偏振变换单元。

2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，来自所述激光光源的所述激光光束的偏振态为所述第一偏振态。

3.根据权利要求2所述的照明***，其特征在于，所述偏振变换单元具有彼此相对的第一表面与第二表面，所述第一表面面向所述激光光源，所述第二表面面向所述波长转换模块，自所述偏振变换单元的所述第一表面入射至多个所述第二偏振变换区的所述激光光束的偏振态在自所述偏振变换单元的所述第二表面离开后转变为所述第二偏振态，自所述偏振变换单元的所述第一表面入射至多个所述第一偏振变换区的所述激光光束的偏振态在自所述偏振变换单元的所述第二表面离开后维持所述第一偏振态。

4.根据权利要求3所述的照明***，其特征在于，自所述偏振变换单元的所述第二表面入射的所述激光光束的一部分具有所述第一偏振态，另一部分具有所述第二偏振态，具有所述第二偏振态的所述激光光束通过所述第一偏振变换区的面向所述激光光源的表面后离开所述偏振变换单元，具有所述第一偏振态的所述激光光束通过位于所述第二偏振变换区的所述相位延迟片后离开所述偏振变换单元。

5.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，各所述第一偏振变换区以及各所述第二偏振变换区交错排列。

6.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述偏振变换单元的内部中具有多个偏振分光膜，其对应地设置于多个偏振分光面上，其中多个所述偏振分光面为相邻的所述第一偏振变换区与所述第二偏振变换区的交界面，且所述偏振分光膜用以使具有所述第一偏振态的光束通过，且反射具有所述第二偏振态的光束。

7.根据权利要求6所述的照明***，其特征在于，还包括：

微透镜阵列，其位于所述偏振变换单元与所述波长转换模块之间，其中所述微透镜阵列具有多个凸部以及多个凹部，各所述凹部用于连接相邻的两所述凸部，且各所述凸部的中心光轴分别通过各所述相位延迟片。

8.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述偏振变换单元的内部中具有多个偏振分光膜，其对应地设置于多个偏振分光面上，其中多个所述偏振分光面为相邻的所述第一偏振变换区与所述第二偏振变换区的交界面，且所述偏振分光膜用以使具有所述第二偏振态的光束通过，且反射具有所述第一偏振态的光束。

9.根据权利要求8所述的照明***，其特征在于，还包括：

微透镜阵列，其位于所述偏振变换单元与所述波长转换模块之间，其中所述微透镜阵列具有多个凸部以及多个凹部，各所述凹部用于连接相邻的两所述凸部，且各所述凸部的中心光轴分别免于通过各所述相位延迟片。

10.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述波长转换模块还包括非转换区，且所述波长转换模块用于以转轴为中心旋转，以使所述波长转换区与所述非转换区轮流切入所述激光光束的传递路径上，当所述非转换区切入所述激光光束的传递路径上时，所述激光光束经由所述非转换区反射。

11.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，还包括：

偏振分光片，其位于所述激光光源与所述偏振变换单元之间，其中所述偏振分光片用以使具有所述第一偏振态的光束通过，且反射具有所述第二偏振态的光束。

12.根据权利要求11所述的照明***，其特征在于，还包括：

补充光源，其用以提供补充光束，其中所述偏振分光片位于所述补充光束的传递路径上，且所述补充光束在通过所述偏振分光片后与所述波长转换光束形成所述照明光束。

13.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光阀以及投影镜头，其中：

所述照明***用以提供照明光束，并且包括激光光源、波长转换模块以及偏振变换单元，其中：

所述激光光源用以提供激光光束；

所述波长转换模块具有波长转换区，且所述波长转换模块位于所述激光光束的传递路径上，其中所述激光光束经由所述波长转换区转换为波长转换光束，一部分的所述波长转换光束的偏振态为第一偏振态，另一部分的所述波长转换光束的偏振态为第二偏振态；以及

所述偏振变换单元位于所述波长转换模块与所述激光光源之间，其中所述偏振变换单元具有多个第一偏振变换区与多个第二偏振变换区，其中所述偏振变换单元包括多个相位延迟片，其对应地位于所述偏振变换单元的多个所述第二偏振变换区中且面向所述激光光源的表面上，其中具有所述第二偏振态的所述波长转换光束通过所述偏振变换单元位于所述第一偏振变换区中且面向所述激光光源的表面后离开所述偏振变换单元，具有所述第一偏振态的所述波长转换光束通过位于所述第二偏振变换区的所述相位延迟片后离开所述偏振变换单元；

所述光阀位于所述照明光束的传递路径上，且用于将所述照明光束转换成影像光束；以及

所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用于将所述影像光束投射出所述投影装置。

14.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，来自所述激光光源的所述激光光束的偏振态为所述第一偏振态。

15.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述偏振变换单元具有彼此相对的第一表面与第二表面，所述第一表面面向所述激光光源，所述第二表面面向所述波长转换模块，自所述偏振变换单元的所述第一表面入射至多个所述第二偏振变换区的所述激光光束的偏振态在自所述偏振变换单元的所述第二表面离开后转变为所述第二偏振态，自所述偏振变换单元的所述第一表面入射至多个所述第一偏振变换区的所述激光光束的偏振态在自所述偏振变换单元的所述第二表面离开后维持所述第一偏振态。

16.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，自所述偏振变换单元的所述第二表面入射的所述激光光束的一部分具有所述第一偏振态，另一部分具有所述第二偏振态，具有所述第二偏振态的所述激光光束通过所述第一偏振变换区的面向所述激光光源的表面后离开所述偏振变换单元，具有所述第一偏振态的所述激光光束通过位于所述第二偏振变换区的所述相位延迟片后离开所述偏振变换单元。

17.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，各所述第一偏振变换区以及各所述第二偏振变换区交错排列。

18.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述偏振变换单元的内部中具有多个偏振分光膜，其对应地设置于多个偏振分光面上，其中多个所述偏振分光面为相邻的所述第一偏振变换区与所述第二偏振变换区的交界面，且所述偏振分光膜用以使具有所述第一偏振态的光束通过，且反射具有所述第二偏振态的光束。

19.根据权利要求18所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括：

微透镜阵列，其位于所述偏振变换单元与所述波长转换模块之间，其中所述微透镜阵列所述微透镜阵列具有多个凸部以及多个凹部，各所述凹部用于连接相邻的两所述凸部，且各所述凸部的中心光轴分别通过各所述相位延迟片。

20.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述偏振变换单元的内部中具有多个偏振分光膜，其对应地设置于多个偏振分光面上，其中多个所述偏振分光面为相邻的所述第一偏振变换区与所述第二偏振变换区的交界面，且所述偏振分光膜用以使具有所述第二偏振态的光束通过，且反射具有所述第一偏振态的光束。

21.根据权利要求20所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括：

微透镜阵列，其位于所述偏振变换单元与所述波长转换模块之间，其中所述微透镜阵列具有多个凸部以及多个凹部，各所述凹部用于连接相邻的两所述凸部，且各所述凸部的中心光轴分别免于通过各所述相位延迟片。

22.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换模块还包括非转换区，且所述波长转换模块用于以转轴为中心旋转，以使所述波长转换区与所述非转换区轮流切入所述激光光束的传递路径上，当所述非转换区切入所述激光光束的传递路径上时，所述激光光束经由所述非转换区反射。

23.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括：

偏振分光片，其位于所述激光光源与所述偏振变换单元之间，其中所述偏振分光片用以使具有所述第一偏振态的光束通过，且反射具有所述第二偏振态的光束。

24.根据权利要求23所述的投影装置，其特征在于，所述照明***还包括：

补充光源，其用以提供补充光束，其中所述偏振分光片位于所述补充光束的传递路径上，且所述补充光束在通过所述偏振分光片后与所述波长转换光束形成所述照明光束。

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