CN114690518A - 照明***及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种照明***，包括光源模块、荧光色轮、光回收元件以及匀光元件。光源模块用以发出激发光束。荧光色轮包含荧光区。在第二时序时，传递至荧光区的激发光束的另一部分形成未转换光束并传递至光回收元件，并被光回收元件反射后形成回收光束。回收光束的一部分被转换为第二转换光束。第一转换光束及第二转换光束以相同路径传递至匀光元件，使照明***输出照明光束中的第二光。在第二时序时，光回收元件对未转换光束的波段的反射率大于90％。一种投影装置亦被提出。本发明提出的照明***及投影装置具有降低光能量浪费的功效。

Description

照明***及投影装置
技术领域
本发明关于一种光学***及光学装置，且特别是关于一种照明***及投影装置。
背景技术
一般来说，投影装置主要包括照明***、光阀以及投影镜头。照明***在不同时序输出不同波长的光，并借由光阀控制画面的各画素的色彩灰阶，再透过投影镜头投射出画面。而照明***主要是借由荧光色轮来输出不同波长的光。然而，即使排除了荧光色轮因散热不佳而衍生的光能量转换的效率不佳的问题，荧光色轮本身就存在荧光粉的光能量转换效率的问题。部分的光能量未被充分转换利用，因此，投影装置存在了严重的光能量的浪费的问题。
发明内容
本发明提供一种照明***及投影装置，其能有效降低光能量浪费的问题。
本发明的一实施例提供一种用于提供照明光束的照明***。照明***包括光源模块、荧光色轮、光回收元件以及匀光元件。光源模块用以发出激发光束。荧光色轮包含荧光区。在第一时序时，激发光束传递至匀光元件，使照明***输出照明光束中的第一光。在第二时序时，激发光束传递至荧光色轮的荧光区，使传递至荧光区的激发光束的一部分被转换为第一转换光束，并使传递至荧光区的激发光束的另一部分形成未转换光束并传递至光回收元件，并被光回收元件反射后形成回收光束。回收光束传递至荧光色轮的荧光区，且回收光束的一部分被转换为第二转换光束。第一转换光束及第二转换光束以相同路径传递至匀光元件，使照明***输出照明光束中的第二光。在第二时序时，光回收元件对未转换光束的波段的反射率大于90％。
本发明的一实施例提供一种投影装置。投影装置包括照明***、光阀以及投影镜头。照明***用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。照明***包括光源模块、荧光色轮、光回收元件以及匀光元件。光源模块用以发出激发光束。荧光色轮包含荧光区。在第一时序时，激发光束传递至匀光元件，使照明***输出照明光束中的第一光。在第二时序时，激发光束传递至荧光色轮的荧光区，使传递至荧光区的激发光束的一部分被转换为第一转换光束，并使传递至荧光区的激发光束的另一部分形成未转换光束并传递至光回收元件，并被光回收元件反射后形成回收光束。回收光束传递至荧光色轮的荧光区，且回收光束的一部分被转换为第二转换光束。第一转换光束及第二转换光束以相同路径传递至匀光元件，使照明***输出照明光束中的第二光。在第二时序时，光回收元件对未转换光束的波段的反射率大于90％。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***以及投影装置中，由于照明***以及投影装置设有光回收元件，因此，照明***以及投影装置的光能利用率有效地提高。
附图说明
图1A是根据本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。
图1B是图1A的荧光色轮以及光回收元件的示意图。
图1C是图1A的滤光色轮的示意图。
图2是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图3是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图4A是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图4B是图4A的光导引元件的示意图。
图5是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图6A是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图6B是图6A的光导引元件的示意图。
图7是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
图8是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。
附图标记列表
10:投影装置
20:光阀
30:投影镜头
100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H:照明***
102、302、402、404、502、802:反射元件
104、106、108、202、204、304、306、308、406、408、504、506、804、806:透镜组
108A、306A、406A、506A、804A:光轴
110:光源模块
120、120’:荧光色轮
120R1:非荧光区
120R2:荧光区
130A、130B、130C、130D、130E:光回收元件
130AC、130CC、130DC、130EC:中心轴
130A1、160B-2、160C-2、160D-2:穿透区
130A2:分光区
160D-1、160F-2:反射区
140:匀光元件
150:滤光色轮
150R1:激发光穿透区域
150R2-1、150R2-2:非激发光穿透区域
160A、160B、160C、160D、160E、160F、160G:光导引元件
160A-1、160A-2、160B-1、160C-1、160F-1:二向色区
160GF1:第一焦点
160GF2:第二焦点
160GO:开口
160GS:反射面
170:分光元件
B:激发光束
CB1:第一转换光束
CB2:第二转换光束
I:照明光束
IB:影像光束
RB:回收光束
UCB:未转换光束
θ1、θ2、θ3、θ1’、θ2’、θ3-1’、θ3-2’:圆心角。
具体实施方式
图1A是根据本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。请参考图1A，本发明的一实施例的投影装置10包括照明***100A、光阀20以及投影镜头30。照明***100A用以提供照明光束I。光阀20配置于照明光束I的传递路径上，且用以将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头30配置于影像光束IB的传递路径上，且用以将影像光束IB投射出投影装置10。
详细来说，本实施例的光阀20例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel,LCD)等空间光调变器，本发明并不特别限制为穿透式或反射式空间光调变器。此外，投影镜头30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30的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，照明***100A包括光源模块110、荧光色轮120、光回收元件130A以及匀光元件140，并可选择性地包括光导引元件160A以及反射元件102，以用于导引光束的传递。光源模块110用以发出激发光束B。光源模块110例如是激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或其他合适的光源或其组合，本发明并不局限于此。此外，激发光束B可为蓝光、红光、绿光或其他光色的光。匀光元件140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，但本发明不局限于此。
在本实施例中，光回收元件130A垂直于荧光色轮120，例如光回收元件130A的光入射面垂直于荧光色轮120的光入射面。
在本实施例中，光源模块110发出的激发光束B依序传递至光导引元件160A及荧光色轮120，且反射元件102与匀光元件140设置于光导引元件160A的两侧。更进一步来说，在某一时序期间，光源模块110发出的激发光束B依序传递至光导引元件160A、荧光色轮120、光导引元件160A、光回收元件130A及匀光元件140。举例来说，光导引元件160A设置于光源模块110与荧光色轮120之间，且设置于反射元件102与匀光元件140之间，其中光导引元件160A的反射面与反射元件102的反射面例如为平行。光回收元件130A设置于光导引元件160A与匀光元件140之间。光导引元件160A包括第一二向色(dichroic)区160A-1以及第二二向色区160A-2。第一二向色区160A-1可使相同于激发光束B的波长的光穿透且反射其余波长的光。第二二向色区160A-2可使相同于激发光束B的波长的光半穿透半反射且反射其余波长的光。光源模块110发出的激发光束B穿透光导引元件160A的第一二向色区160A-1后传递至荧光色轮120。
图1B是图1A的荧光色轮以及光回收元件的示意图。请参考同时参考图1A与图1B，在本实施例中，荧光色轮120包含非荧光区120R1与荧光区120R2，且光回收元件130A包括穿透区130A1以及分光区130A2，其中分光区130A2可使相同于激发光束B的波长的光被反射且其余波长的光穿透。此外，以激发光束B是蓝光为例，荧光区120R2可将蓝光转换为红光、绿光、黄光或其他波长的光。特别说明的是，在本实施例中荧光色轮120的非荧光区120R1与荧光区120R2均具有反射的功能，但本发明不限于此。
本实施例的荧光色轮120以及光回收元件130A为转轮装置，用于旋转转轮以在不同时序将转轮的不同区域切入于激发光束B的传递路径上。详细而言，在本实施例的第一时序时，荧光色轮120的非荧光区120R1与光回收元件130A的穿透区130A1切入于激发光束B的传递路径上。借由非荧光区120R1的反射后，激发光束B传递至光导引元件160A。一部分的激发光束B被光导引元件160A的第二二向色区160A-2反射后依序穿透光回收元件130A的穿透区130A1与匀光元件140。另一部分的激发光束B穿透第二二向色区160A-2后，此另一部分的激发光束B依序被反射元件102反射、并依序穿透光导引元件160A的第一二向色区160A-1、光回收元件130A的穿透区130A1以及匀光元件140。前述的一部分与另一部分的激发光束穿透匀光元件140后，使照明***100A输出照明光束I中的第一光。也就是说，第一光的波长与激发光束B的波长相同。
在本实施例的第二时序时，荧光色轮120的荧光区120R2与光回收元件130A的分光区130A2切入于激发光束B的传递路径上。激发光束B传递至荧光色轮120的荧光区120R2，使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2且未被荧光区120R2转换的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB(例如被荧光区120R2反射)，其中未转换光束UCB的波长相同于激发光束B的波长。未转换光束UCB以上述激发光束B在第一时序的相同光路传递至光回收元件130A的分光区130A2，再被光回收元件130A的分光区130A2反射后形成回收光束RB。回收光束RB再以上述激发光束B在第一时序的相反光路传递至荧光色轮120的荧光区120R2，且回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2。第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递至匀光元件140：依序被光导引元件160A反射、穿透光回收元件130A的分光区130A2、穿透匀光元件140。因此，照明***100A输出照明光束I中的第二光(例如包含第一转换光束CB1及第二转换光束CB2，第一转换光束CB1与第二转换光束CB2的波长相同)，其中第二光的波长与激发光束B的波长不同。在第二时序时，光回收元件130A的分光区130A2对未转换光束UCB(或激发光束B)的波段的反射率大于90％。
在本实施例的第二时序时，激发光束B与激发光束B被转换为第一转换光束CB1之间的比例大于70％(亦即，在未设有光回收元件的照明***，激发光束被转换为照明光束中的第二光的比例至多仅有70％)。
附带一提的是，在上述的本实施例的第二时序中，回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2，且回收光束RB的另一部分形成另一未转换光束。此另一未转换光束再以相同于未转换光束UCB的光路反复产生转换光束以及反复被回收形成回收的激发光。除此之外，未转换光束UCB并非完全能借由光回收元件130A形成回收光束RB。举例来说，未转换光束UCB的一部分借由光导引元件160A的第二二向色区160A-2或反射元件102的反射而被光回收元件130A回收，但未转换光束UCB的另一部分穿透光导引元件160A的第一二向色区160A-1而无法被回收。因此，光源模块110所发出的激发光束B与激发光束B被转换为转换光束的比例满足以下关系：
Figure BDA0002860838250000091
其中n为荧光色轮120的荧光区120R2的荧光转换率(即激发光束B转换为第一转换光束CB1的比率)，且m为激发光束B的回收率(即回收光束RB与未转换光束UCB之间的比率)。或者是，光源模块110所发出的激发光束B与激发光束B未被转换为转换光束的比例满足以下关系：
Figure BDA0002860838250000092
其中n’为荧光色轮120的荧光区120R2的荧光未转换率(即未转换光束UCB与激发光束B之间的比率)。由于照明***100A设有光回收元件130A可不断地回收未被转换的激发光束，因此激发光束被转换为照明光束中的第二光的比例可提升至大于90％。
在本实施例中，光回收元件130A的穿透区130A1的圆心角(central angle)θ2与荧光色轮120的非荧光区120R1的圆心角θ1相同，且光回收元件130A的分光区130A2的圆心角θ2’与荧光色轮120的荧光区120R2的圆心角θ1’相同。也就是说，光回收元件130A的穿透区130A1与分光区130A2之间的面积比相同于荧光色轮120的非荧光区120R1与荧光区120R2之间的面积比。
在一实施例中，照明***还包括滤光色轮150。图1C是图1A的滤光色轮的示意图。请参考同时参考图1A至图1C，滤光色轮150设置在光回收元件130A与匀光元件140之间。滤光色轮150具有激发光穿透区域150R1以及至少一非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2，其中激发光穿透区域150R1使相同于激发光束B的波长的光穿透，不同的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2使不同波长的光穿透。滤光色轮150的激发光穿透区域150R1的圆心角θ3与光回收元件130A的穿透区120A1的圆心角θ2相同，且滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2的圆心角θ3-1’、θ3-2’的总和与光回收元件130A的分光区130A2的圆心角θ2’相同。也就是说，光回收元件130A的穿透区130A1与分光区130A2之间的面积比相同于滤光色轮150的激发光穿透区域150R1与非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2的总合之间的面积比。
在一实施例的第一时序时，激发光束B传递至滤光色轮150的激发光穿透区域150R1。也就是说，激发光穿透区域150R1切入于激发光束B的传递路径上。在第二时序时，第一转换光束CB1与第二转换光束CB2传递至滤光色轮150的至少一非激发光穿透区域(例如非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2)。具体来说，第二时序可包括至少一第二子时序，非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2分别在不同的第二子时序切入于第一转换光束CB1与第二转换光束CB2的传递路径上，如此可对第一转换光束CB1与第二转换光束CB2同时进行滤光，以在第二时序中依序产生照明***100A输出照明光束I中的第二光(例如对应非激发光穿透区域150R2-1)及第三光(例如对应非激发光穿透区域150R2-2)，第二光的波长与第三光的波长不同。特别说明的是，第一转换光束CB1与第二转换光束CB2在第二时序期间会持续地传递至滤光色轮150。
在本实施例中，照明***100A还可包括透镜组104、106与108。透镜组104设置于光源模块110与光导引元件160A之间，且用以使激发光束B准直。透镜组106设置于荧光色轮120与光导引元件160A之间，且透镜组106用以使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直。透镜组108设置于光导引元件160A与光回收元件130A之间，且用以使第一转换光束CB1与第二转换光束CB2缩束(汇聚)而入射至匀光元件140。透镜组108的光轴108A与光回收元件130A的中心轴130AC互相平行。
在一实施例中，光回收元件130A可直接设置在滤光色轮150上。在另一实施例中，光回收元件130A可与滤光色轮150整合为同一元件。在又一实施例中，光回收元件130A可与荧光色轮120整合为同一元件，光回收元件130A的穿透区130A1以及分光区130A2例如设置于荧光色轮120的***区域，借由不同的光路设计，可使各光束传递至整合于荧光色轮120的光回收元件130A。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100A以及投影装置10中，由于照明***100A以及投影装置10设有光回收元件130A，光回收元件130A使未转换光束UCB反射后形成回收光束RB，且光回收元件130A对未转换光束UCB的波段的反射率大于90％，因此，照明***100A以及投影装置10的光能量利用率有效地提高。
图2是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。请同时参考图1B、图1C与图2，在本实施例中，图2的照明***100B与图1的照明***100A主要的差异在于：光学元件的设置位置不同以及光回收元件130B不设置在第一转换光束CB1与第二转换光束CB2的传递路径上。详细来说，照明***100B包括光源模块110、光导引元件160B、光回收元件130B、荧光色轮120’、匀光元件140以及滤光色轮150，光导引元件160B包括二向色区160B-1以及穿透区160B-2，其中二向色区160B-1反射相同于激发光束B的波长的光且使其余波长的光穿透，穿透区160B-2可使全波段的光穿透。光回收元件130B为反射镜，且光回收元件130B与光源模块110设置在光导引元件160B的相对两侧。滤光色轮150与荧光色轮120’设置在照明***100B的相对两侧。具体来说，光回收元件130B与荧光色轮120’设置在光导引元件160B的同一侧，光源模块110与滤光色轮150设置在光导引元件160B的同一侧。。
在本实施例的第一时序时，光源模块110所发出的激发光束B被光导引元件160B的二向色区160B-1反射至滤光色轮150，并且滤光色轮150的激发光穿透区域150R1切入于激发光束B的传递路径上，使得激发光束B穿透滤光色轮150的激发光穿透区域150R1与匀光元件140，使照明***100B输出照明光束I中的第一光。
在本实施例的第二时序时，光源模块110所发出的激发光束B被光导引元件160B的二向色区160B-1反射至滤光色轮150，并且滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2依序切入于激发光束B的传递路径上，使得激发光束B被滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2反射，反射后的激发光束B穿透光导引元件160B的穿透区160B-2而传递至荧光色轮120’。荧光色轮120’的荧光区120R2切入于激发光束B的传递路径上，使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB。未转换光束UCB传递至光导引元件160B，并借由光导引元件160B的二向色区160B-1反射至光回收元件130B。未转换光束UCB被光回收元件130B反射后形成回收光束RB，回收光束RB再沿着前述未转换光束UCB的相反光路被反射回荧光色轮120’，并且回收光束RB的一部分被荧光色轮120’转换为第二转换光束CB2。第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递(同时传递)至匀光元件140：依序穿透光导引元件160B、滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及匀光元件140。因此，照明***100B输出照明光束I中的第二光(或第三光)。
在一实施例中，荧光色轮120’可仅包括荧光区120R2。
在本实施例中，光回收元件130B的光入射面垂直于荧光色轮120’的光入射面。
在本实施例中，照明***100B还包括透镜组202与204。透镜组202设置于光导引元件160B与滤光色轮150之间，且用以使激发光束B缩束(汇聚)而进入匀光元件140。透镜组204设置于荧光色轮120’与光导引元件160B之间，且用以使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100B中，由于光回收元件130B与光源模块110设置在光导引元件160B的相对两侧，且滤光色轮150与荧光色轮120’设置在光导引元件160B不同于光回收元件130B与光源模块110的相对两侧，使得照明***100B中的各光学元件分别设置在光导引元件160B的周围，因此，照明***100B的整体体积较小。
图3是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。请同时参考图1B、图1C与图3，在本实施例中，图3的照明***100C与图1的照明***100A主要的差异在于：光学元件的设置位置不同以及在第一时序时，光源模块110发出的激发光束B不经过荧光色轮120与光回收元件130C。详细来说，光回收元件130C设置在荧光色轮120与匀光元件140之间。光回收元件130C为分光镜，用于反射相同于激发光束B的波长的光且使其余波长的光穿透，例如用于使第一转换光束CB1及第二转换光束CB2通过，并反射未转换光束UCB。
在本实施例中，照明***100C还包括滤光色轮150以及光导引元件160C。光导引元件160C包括二向色区160C-1以及穿透区160C-2，其中二向色区160C-1用于反射相同于激发光束B的波长的光且使其余波长的光穿透，且穿透区160C-2用于使来自滤光色轮150的激发光束B通过。再者，滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2用于反射激发光束B。在本实施例中，光源模块110所发出的激发光束B借由光导引元件160C的二向色区160C-1反射至滤光色轮150。
在本实施例的第一时序时，光源模块110所发出的激发光束B传递至光导引元件160C的二向色区160C-1，并借由光导引元件160C的二向色区160C-1反射至滤光色轮150。激发光束B穿透滤光色轮150的激发光穿透区域150R1与匀光元件140，使照明***100C输出照明光束I中的第一光。
在本实施例的第二时序时，光源模块110所发出的激发光束B同样传递至光导引元件160C的二向色区160C-1，并借由光导引元件160C的二向色区160C-1反射至滤光色轮150。滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2切入于激发光束B的传递路径上，使激发光束B反射，反射后的激发光束B穿透光导引元件160C的穿透区160C-2而传递至荧光色轮120’。荧光色轮120’的荧光区120R2使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB。未转换光束UCB先传递至光回收元件130C，再被光回收元件130C反射后形成回收光束RB。回收光束RB再沿着前述未转换光束UCB的相反光路被反射回荧光色轮120’。回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2。一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递(同时传递)至匀光元件140：依序穿透光回收元件130C、光导引元件160B(例如二向色区160C-1)、滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及匀光元件140；另一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递(同时传递)至匀光元件140：依序穿透光导引元件160B(例如穿透区160C-2)、滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及匀光元件140。因此，照明***100C输出照明光束I中的第二光(或第三光)。特别说明的是，在其他的实施例中，光导引元件160C可仅包括二向色区160C-1且不包括穿透区160C-2，如此经滤光色轮150反射后的激发光束B可不通过光导引元件160C而传递至荧光色轮120’。
在本实施例中，光回收元件130C的光入射面平行于荧光色轮120’的光入射面，光导引元件160C的光入射面不平行于荧光色轮120’的光入射面，但本发明不限于此。在其他实施例中，光导引元件160C的光入射面可平行于荧光色轮120’的光入射面。
在本实施例中，照明***100C还包括反射元件302、透镜组304、306与308。透镜组304设置于反射元件302与光源模块110之间，且反射元件302设置于透镜组304与光导引元件160C之间。由光源模块110所发出的激发光束B借由透镜组304准直后，再被反射元件302反射至光导引元件160C的二向色区160C-1。透镜组306设置于光回收元件130C与荧光色轮120’之间，且用以使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直。透镜组306的光轴306A通过光回收元件130C。透镜组306的光轴306A与光回收元件130C的中心轴130CC互相平行，且光回收元件130C的中心轴130CC朝向靠近光源模块110的方向偏离透镜组306的光轴306A。透镜组308设置于光回收元件130C与光导引元件160C之间。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100C中，由于滤光色轮150与荧光色轮120’设置在照明***100C的相对两侧，且照明***100C中的各元件在沿着光回收元件130C的中心轴130CC的方向上排列，因此，照明***100C的整体宽度较小。
图4A是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图，图4B是图4A的光导引元件的示意图。请同时参考图1B、图1C、图4A与图4B，在本实施例中，图4A的照明***100D与图1的照明***100A主要的差异在于：在第一时序时，激发光束B不经过荧光色轮120’与光回收元件130D。详细来说，光回收元件130D为分光镜，且用于使第一转换光束CB1及第二转换光束CB2通过，并反射未转换光束UCB。
在本实施例中，照明***100D包括光源模块110、滤光色轮150、光导引元件160D、荧光色轮120’、光回收元件130D、匀光元件140以及分光元件170。滤光色轮150设置在光源模块110与匀光元件140之间，且滤光色轮150与光源模块110设置在照明***100D的相对两侧。分光元件170设置在光导引元件160D与荧光色轮120’之间的光路径上。光导引元件160D包括反射区160D-1以及穿透区160D-2。分光元件170用于使相同于激发光束B的波长的光穿透且反射其余波长的光。
在本实施例的第一时序时，光导引元件160D的反射区160D-1切入于光源模块110所发出的激发光束B的传递路径上。被反射区160D-1反射的激发光束B依序穿透分光元件170、滤光色轮150的激发光穿透区域150R1(滤光色轮150的激发光穿透区域150R1切入于激发光束B的传递路径上)与匀光元件140，使照明***100D输出照明光束I中的第一光。
在本实施例的第二时序时，光导引元件160D的穿透区160D-2切入于激发光束B的传递路径上。激发光束B依序穿过光导引元件160D的穿透区160D-2以及分光元件170，并且传递至荧光色轮120’。荧光色轮120’的荧光区120R2使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB。未转换光束UCB先传递至光回收元件130D，再被光回收元件130D反射后形成回收光束RB。回收光束RB再沿着前述未转换光束UCB的相反光路被反射回荧光色轮120’。回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2。一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递(同时传递)至匀光元件140：依序穿透光回收元件130D、被分光元件170反射、穿透滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及穿透匀光元件140；另一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递(同时传递)至匀光元件140：依序被分光元件170反射、穿透滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及穿透匀光元件140。因此，照明***100D输出照明光束I中的第二光(或第三光)。
在本实施例中，光回收元件130D的光入射面平行于荧光色轮120’的光入射面。在一实施例中，荧光色轮120’可仅包括荧光区120R2。
在本实施例中，照明***100D还包括反射元件402与404、透镜组406与408。分光元件170设置于反射元件402与透镜组408之间，透镜组408设置于分光元件170与滤光色轮150之间，分光元件170设置于反射元件404与透镜组406之间，且透镜组406设置于分光元件170与荧光色轮120’之间。在第一时序时，反射元件402使被光导引元件160D的反射区160D-1反射的激发光束B反射至分光元件170。在第二时序时，反射元件404使穿过光导引元件160D的穿透区160D-2的激发光束B反射至分光元件170。透镜组406用以使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直。透镜组406的光轴406A与光回收元件130D的中心轴130DC互相平行，且光回收元件130D的中心轴130DC朝向远离光源模块110的方向偏离透镜组406的光轴406A。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100D中，由于照明***100D中的各元件分别设置在分光元件170的周围，因此，照明***100B的整体体积较小。
图5是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。请同时参考图1B、图1C与图5，在本实施例中，图5的照明***100E与图1的照明***100A主要的差异在于：在第一时序时，激发光束B不经过荧光色轮120’与光回收元件130E。详细来说，照明***100E的光导引元件160E为偏振分光镜，其中光导引元件160E可使P偏振光反射且S偏振光穿透，或使S偏振光反射且P偏振光穿透。光回收元件130E为反射镜。在本实施例中，光回收元件130E设置在荧光色轮120’与匀光元件140之间。在本实施例中，照明***100E的滤光色轮150与荧光色轮120’设置在照明***100E的相对两侧。
以光导引元件160E使P偏振光反射且S偏振光穿透为例，在本实施例的第一时序时，激发光束B中的P偏振光被光导引元件160E反射至滤光色轮150，且激发光束B中的S偏振光穿透光导引元件160E后再被传递至滤光色轮150。激发光束B(包括P偏振光及S偏振光)穿透滤光色轮150的激发光穿透区域150R1(滤光色轮150的激发光穿透区域150R1切入于激发光束B的传递路径上)与匀光元件140，使照明***100E输出照明光束I中的第一光。
在本实施例的第二时序时，激发光束B中的P偏振光及S偏振光同样被传递至滤光色轮150。滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2(滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1、150R2-2依序切入于激发光束B的传递路径上)使激发光束B反射。反射后的激发光束B的P偏振光再被光导引元件160E反射至荧光色轮120’，且反射后的激发光束B的S偏振光穿透光导引元件160E再传递至荧光色轮120’。荧光色轮120’的荧光区120R2使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB。未转换光束UCB先传递至光回收元件130E，再被光回收元件130E反射后形成回收光束RB。回收光束RB再沿着前述未转换光束UCB的相反光路被反射回荧光色轮120’。回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2。一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递至匀光元件140：P偏振光依序被光导引元件160E反射、穿透滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及穿透匀光元件140，且S偏振光依序穿透光导引元件160E、穿透滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及穿透匀光元件140；另一部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2先传递至光回收元件130E，再被光回收元件130E反射至荧光色轮120’后，再以相同于前述部分的第一转换光束CB1及第二转换光束CB2的光路传递至匀光元件140。因此，照明***100E输出照明光束I中的第二光(或第三光)。
在本实施例中，光回收元件130E的光入射面平行于荧光色轮120’的光入射面。在一实施例中，荧光色轮120’可仅包括荧光区120R2。
在本实施例中，照明***100E还包括反射元件502、透镜组504与506。反射元件502设置于透镜组504与光回收元件130E之间，可将来自于光导引元件160E的S偏振光反射至滤光色轮150，以及将来自于滤光色轮150的激发光束B反射至光导引元件160E。透镜组504设置于反射元件502与滤光色轮150之间，且用于使各光束准直。透镜组506设置于光回收元件130E与荧光色轮120’之间，且用于使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直。透镜组506的光轴506A通过光回收元件130E。透镜组506的光轴506A与光回收元件130E的中心轴130EC互相平行，且光回收元件130E的中心轴130EC朝向远离光源模块110的方向偏离透镜组506的光轴506A。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100E中，由于滤光色轮150与荧光色轮120’设置在照明***100E的相对两侧，且照明***100E中的各元件在沿着光回收元件130E的中心轴130EC的方向上排列，因此，照明***100E的整体宽度较小。
图6A是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。图6B是图6A的光导引元件的示意图。请同时参考图1B、图6A与图6B，图6A的照明***100F与图1的照明***100A主要的差异在于：图6A的光导引元件160F与图1A的光导引元件160A不同。详细来说，本实施例的光导引元件160F包括二向色区160F-1以及反射区160F-2。二向色区160F-1设置在光导引元件160F的中心区域，且反射区160F-2包围二向色区160F-1。二向色区160F-1用于使相同于激发光束B的波长的光穿透且反射其余波长的光，反射区160F-2用于反射全波段的光。
在本实施例中，由光源模块110所发出的激发光束B借由透镜组104的缩束或准直后传递至光导引元件160F的二向色区160F-1。激发光束B穿透二向色区160F-1后再传递至荧光色轮120。图6A的照明***100F的光导引元件160F包含图1A的光导引元件160A及反射元件102的功能，例如来自于荧光色轮120的激发光束B被光导引元件160F反射而传递至光回收元件130A的穿透区130A1(图1A反射元件102的功能)，又例如回收光束RB被光导引元件160F反射而传递至荧光色轮120(图1A反射元件102的功能)，因此图6A的照明***100F产生照明光束I中的第一光与第二光的光路相似于图1A的照明***100A产生照明光束I中的第一光与第二光的光路，因此，在此不再赘述。
在本实施例中，光回收元件130A的光入射面垂直于荧光色轮120的光入射面。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100F中，二向色区160F-1的面积大小可配合借由透镜组104缩束后的激发光束B的光束面积大小。因此，当二向色区160F-1的面积越小时，照明***100F的光能利用率或光回收率越高。
图7是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。请参考图7，图7的照明***100G与图6A的照明***100F主要的差异在于：图7的光导引元件160G与图6A的光导引元件160F不同。详细来说，本实施例的光导引元件160G为椭圆反射镜，且具有第一焦点160GF1以及第二焦点160GF2。光导引元件160G的反射面160GS具有开口160GO。荧光色轮120设置于邻近光导引元件160G的第一焦点160GF1的一侧。滤光色轮150与匀光元件140设置于邻近光导引元件160G的第二焦点160GF2的一侧。滤光色轮150与光源模块110设置在照明***100G的相对两侧。
在本实施例中，由光源模块110所发出的激发光束B借由透镜组104的缩束或准直后穿透光导引元件160G的开口160GO。接着，激发光束B再传递至荧光色轮120。图7的照明***100G产生照明光束I中的第一光与第二光的光路相似于图6A的照明***100F产生照明光束I中的第一光与第二光的光路，因此，在此不再赘述。
在本实施例中，光回收元件130A平行于荧光色轮120。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100G中，由于光导引元件160G为椭圆反射镜，因此，由第一焦点160GF1出射的未转换光束UCB、第一转换光束CB1及第二转换光束CB2会借由光导引元件160G的反射而直接传递至位于第二焦点160GF2处的光回收元件130A，且由第二焦点160GF2出射的回收光束RB会借由光导引元件160G的反射而直接传递至位于第一焦点160GF1处的荧光色轮120。照明***100G的光能利用率或光回收率较高。
图8是根据本发明的另一实施例的一种照明***的示意图。请同时参考图1B、图1C及图8，图8的照明***100H与图1的照明***100A主要的差异在于：图8的照明***100H不设有光导引元件。也就是说，光源模块110所发出的激发光束B不借由光导引元件而传递至荧光色轮120。详细来说，本实施例的光回收元件130A设置在荧光色轮120与匀光元件140之间，滤光色轮150设置在光回收元件130A与匀光元件140之间，且滤光色轮150与荧光色轮120设置在照明***100H的相对两侧。
在本实施例的第一时序时，光源模块110所发出的激发光束B传递至荧光色轮120的非荧光区120R1，从荧光色轮120的非荧光区120R1出射的激发光束B依序穿透光回收元件130A的穿透区130A1、滤光色轮150的激发光穿透区域150R1以及匀光元件140，使照明***100B输出照明光束I中的第一光。
在本实施例的第二时序时，光源模块110所发出的激发光束B传递至荧光色轮120的荧光区120R2，荧光色轮120的荧光区120R2使传递至荧光区120R2的激发光束B的一部分被转换为第一转换光束CB1，并使传递至荧光区120R2的激发光束B的另一部分形成未转换光束UCB。未转换光束UCB先传递至光回收元件130A的分光区130A2，再被光回收元件130A的分光区130A2反射后形成回收光束RB。回收光束RB再沿着前述未转换光束UCB的相反光路被反射回荧光色轮120。回收光束RB的一部分被转换为第二转换光束CB2。第一转换光束CB1及第二转换光束CB2以相同路径传递至匀光元件140：依序穿透光回收元件130A的分光区130A2、滤光色轮150的非激发光穿透区域150R2-1(或非激发光穿透区域150R2-2)以及匀光元件140。因此，照明***100H输出照明光束I中的第二光(或第三光)。
在本实施例中，光回收元件130A平行于荧光色轮120。
在本实施例中，照明***100H还包括反射元件802、透镜组804与806。光源模块110、反射元件802与光回收元件130A沿垂直于光回收元件130A的中心轴130AC依序排列。透镜组804设置在光回收元件130A与荧光色轮120之间，且光回收元件130A设置在透镜组804与透镜组806之间。从光源模块110所发出的激发光束B依序被反射元件802反射、穿透透镜组804，再传递至荧光色轮120。透镜组804用以使激发光束B、未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2准直，例如来自于荧光色轮120的激发光束B均传递至光回收元件130A的穿透区130A1，使未转换光束UCB、第一转换光束CB1与第二转换光束CB2均传递至光回收元件130A的分光区130A2。透镜组804的光轴804A与光回收元件130A的中心轴130AC互相平行，透镜组804的光轴804A穿过光回收元件130A，且光回收元件130A的中心轴130AC朝向远离光源模块110的方向偏离透镜组804的光轴804A。透镜组806用以使激发光束B、第一转换光束CB1与第二转换光束缩束而进入匀光元件140。
基于上述，在本发明的一实施例的照明***100H中，由于照明***100H不设有光导引元件，光回收元件130A与光源模块110设置在照明***100H的相对两侧，且滤光色轮150与荧光色轮120设置在照明***100H不同于光回收元件130A与光源模块110的相对两侧，使得照明***100H中的各元件分别设置在反射元件802的周围，因此，照明***100H的整体体积较小。
综上所述，在本发明的一实施例的照明***以及投影装置中，由于照明***以及投影装置设有光回收元件，且光回收元件对未转换光束的波段的反射率大于90％，因此，照明***以及投影装置的光能利用率有效地提高。
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发明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 (20)

1.一种照明***，用于提供照明光束，其特征在于，所述照明***包括光源模块、荧光色轮、光回收元件以及匀光元件，其中：
所述光源模块用以发出激发光束；
所述荧光色轮包含荧光区；
在第一时序时，所述激发光束传递至所述匀光元件，使所述照明***输出所述照明光束中的第一光；
在第二时序时，所述激发光束传递至所述荧光色轮的所述荧光区，使传递至所述荧光区的所述激发光束的一部分被转换为第一转换光束，并使传递至所述荧光区的所述激发光束的另一部分形成未转换光束并传递至所述光回收元件，并被所述光回收元件反射后形成回收光束，所述回收光束传递至所述荧光色轮的所述荧光区，且所述回收光束的一部分被转换为第二转换光束，其中所述第一转换光束及第二转换光束以相同路径传递至所述匀光元件，使所述照明***输出所述照明光束中的第二光；以及
在所述第二时序时，所述光回收元件对所述未转换光束的波段的反射率大于90％。
2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述荧光色轮还包含非荧光区，在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述荧光色轮的所述非荧光区，所述激发光束借由所述非荧光区的反射后，再传递至所述匀光元件。
3.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，在所述第一时序时，所述激发光束不经过所述荧光色轮与所述光回收元件。
4.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述荧光色轮还包含非荧光区，所述光回收元件包括穿透区以及分光区，其中所述光回收元件的所述穿透区的圆心角与所述荧光色轮的所述非荧光区的圆心角相同，且所述光回收元件的所述分光区在所述激发光束的所述波段的反射率大于90％；
在所述第一时序时，所述激发光束依序传递至所述非荧光区及所述光回收元件的所述穿透区；
在所述第二时序时，所述未转换光束与所述第一转换光束传递至所述光回收元件的所述分光区。
5.根据权利要求4所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括：
滤光色轮，设置在所述光回收元件与所述匀光元件之间，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域，其中所述滤光色轮的所述激发光穿透区域的圆心角与所述光回收元件的所述穿透区的圆心角相同，且所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域的圆心角的总和与所述光回收元件的所述分光区的圆心角相同；
在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述激发光穿透区域；
在所述第二时序时，所述第一转换光束传递至所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域。
6.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光回收元件为反射镜且不设置在所述第一转换光束的传递路径上，所述照明***还包括：
滤光色轮，与所述荧光色轮设置在所述照明***的相对两侧，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域；
在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述激发光穿透区域；
在所述第二时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域并被反射至所述荧光色轮的所述荧光区，以及所述第一转换光束及所述第二转换光束传递至所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域并传递至所述匀光元件。
7.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光回收元件为分光镜，用于使所述第一转换光束及所述第二转换光束通过，并反射所述未转换光束。
8.根据权利要求7所述的照明***，其特征在于，所述照明***还包括滤光色轮以及光导引元件，其中
所述滤光色轮与所述光源模块设置在所述照明***的相对两侧，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域，其中所述至少一非激发光穿透区域用于反射所述激发光束；
所述光导引元件包括穿透区以及二向色区，所述激发光束借由所述光导引元件的所述二向色区反射至所述滤光色轮，且所述光导引元件的所述穿透区用于使来自所述滤光色轮的所述激发光束通过。
9.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光回收元件设置在所述荧光色轮与所述匀光元件之间。
10.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，在所述第二时序时，所述激发光束与所述激发光束被转换为所述第一转换光束之间的比例大于70％。
11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光阀以及投影镜头，所述照明***用以提供照明光束，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束，所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置；所述照明***包括光源模块、荧光色轮、光回收元件以及匀光元件，其中：所述光源模块用以发出激发光束；
所述荧光色轮包含荧光区；
在第一时序时，所述激发光束传递至所述匀光元件，使所述照明***输出所述照明光束中的第一光；
在第二时序时，所述激发光束传递至所述荧光色轮的所述荧光区，使传递至所述荧光区的所述激发光束的一部分被转换为第一转换光束，并使传递至所述荧光区的所述激发光束的另一部分形成未转换光束并传递至所述光回收元件，并被所述光回收元件反射后形成回收光束，所述回收光束传递至所述荧光色轮的所述荧光区，且所述回收光束的一部分被转换为第二转换光束，其中所述第一转换光束及第二转换光束以相同路径传递至所述匀光元件，使所述照明***输出所述照明光束中的第二光；以及
在所述第二时序时，所述光回收元件在所述激发光束的波段的反射率大于90％。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述荧光色轮还包含非荧光区，在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述荧光色轮的所述非荧光区，所述激发光束借由所述非荧光区的反射后，再传递至所述匀光元件。
13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，在所述第一时序时，所述激发光束不经过所述荧光色轮与所述光回收元件。
14.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述荧光色轮还包含非荧光区，所述光回收元件包括穿透区以及分光区，其中所述光回收元件的所述穿透区的圆心角与所述荧光色轮的所述非荧光区的圆心角相同，且所述光回收元件的所述分光区在所述激发光束的所述波段的反射率大于90％；
在所述第一时序时，所述激发光束依序传递至所述非荧光区及所述光回收元件的所述穿透区；
在所述第二时序时，所述未转换光束与所述第一转换光束传递至所述光回收元件的所述分光区。
15.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括：
滤光色轮，设置在所述光回收元件与所述匀光元件之间，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域，其中所述滤光色轮的所述激发光穿透区域的圆心角与所述光回收元件的所述穿透区的圆心角相同，且所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域的圆心角的总和与所述光回收元件的所述分光区的圆心角相同；
在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述激发光穿透区域；
在所述第二时序时，所述第一转换光束传递至所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域。
16.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光回收元件为反射镜且不设置在所述第一转换光束的传递路径上，所述照明***还包括：
滤光色轮，与所述荧光色轮设置在所述照明***的相对两侧，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域；
在所述第一时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述激发光穿透区域；
在所述第二时序时，所述激发光束传递至所述滤光色轮的所述非激发光穿透区域并被反射至所述荧光色轮的所述荧光区，以及所述第一转换光束及所述第二转换光束传递至所述滤光色轮的所述至少一非激发光穿透区域并传递至所述匀光元件。
17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光回收元件为分光镜，用于使所述第一转换光束及所述第二转换光束通过，并反射所述未转换光束。
18.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置还包括滤光色轮以及光导引元件，其中
所述滤光色轮与所述光源模块设置在所述照明***的相对两侧，所述滤光色轮具有激发光穿透区域以及至少一非激发光穿透区域，其中所述至少一非激发光穿透区域用于反射所述激发光束；
所述光导引元件包括穿透区以及二向色区，所述激发光束借由所述光导引元件的所述二向色区反射至所述滤光色轮，且所述光导引元件的所述穿透区用于使来自所述滤光色轮的所述激发光束通过。
19.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述光回收元件设置在所述荧光色轮与所述匀光元件之间。
20.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，在所述第二时序时，所述激发光束与所述激发光束被转换为所述第一转换光束之间的比例大于70％。
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