CN115248524A - 照明***及投影装置 - Google Patents

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CN115248524A CN202110451093.XA CN202110451093A CN115248524A CN 115248524 A CN115248524 A CN 115248524A CN 202110451093 A CN202110451093 A CN 202110451093A CN 115248524 A CN115248524 A CN 115248524A
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Abstract

本发明提出一种照明***及投影装置，照明***用以提供照明光束，照明***包括光源模块、第一波长转换装置以及第二波长转换装置。光源模块提供第一激发光束以及第二激发光束。第一波长转换装置设置于第一激发光束的路径上并具有多个第一区域以及两两相邻的第一区域之间的至少一个第一边界。第二波长转换装置设置于第二激发光束的路径上并具有多个第二区域以及两两相邻的第二区域之间的至少一个第二边界。多个第二区域对应多个第一区域。至少一个第一边界切入第一激发光束的路径上的时间点不同于至少一个第二边界切入第二激发光束的路径上的时间点。本发明提出的照明***及投影装置具有提供稳定强度的光束的功效。

Description

照明***及投影装置
技术领域
本发明是有关于一种照明***及投影装置。
背景技术
数字光处理(Digital Light Processing,DLP)投影装置以数字微镜元件(Digital Micromirror Device,DMD)做为核心的控制元件。并且，以例如蓝色激发光束做为光源，再借由转轮(例如波长转换轮、色轮)产生其他颜色的光束，集成所需的色序，提供给数字微镜元件，依序输出影像光束。
转轮由不同颜色区域组成，不同颜色区域对应产生不同颜色的光束。然而，当不同区域之间的边界切入蓝色激发光束的路径上，部分的蓝色激发光束照射转轮的一个区域，且部分的蓝色激发光束照射转轮的另一个区域，造成投影画面出现异色的现象(spoke)。
在已知的技艺中，会暂停边界切入蓝色激发光束的路径时的光束输出，以避免上述情况所产生的异色现象。以目前具备六个区域的转轮而言，暂停部分时段的光束输出可能使光损失高达20％。因此，亟需发展一种大幅降低甚至避免上述光损失的投影装置。
发明内容
本发明提供一种照明***，输出具有稳定强度的照明光束。本发明提供一种投影装置，具有良好的显示品质。
根据本发明一实施例，提供一种照明***用以提供照明光束，包括光源模块、第一波长转换装置以及第二波长转换装置。光源模块提供第一激发光束以及第二激发光束。第一波长转换装置设置于第一激发光束的路径上且设置以第一旋转轴旋转，第一波长转换装置垂直于第一旋转轴的表面具有多个第一区域，多个第一区域之间具有至少一个第一边界。第二波长转换装置设置于第二激发光束的路径上且设置以第二旋转轴旋转，第二波长转换装置垂直于第二旋转轴的表面具有多个第二区域，多个第二区域对应多个第一区域，且多个第二区域之间具有至少一个第二边界。至少一个第一边界在第一时间点切入第一激发光束的路径上，至少一个第二边界在第二时间点切入第二激发光束的路径上，且第一时间点与第二时间点之间具有延迟时间。
根据本发明一实施例，提供一种投影装置，包括上述照明***、光阀以及投影镜头。光阀设置于照明光束的路径上，用以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，用以将影像光束投射出投影装置。
基于上述，本发明实施例提供的照明***及投影装置适当设置相对应的第一波长转换装置以及第二波长转换装置。第一波长转换装置的第一边界在第一时间点切入第一激发光束的路径上，第二波长转换装置的第二边界在第二时间点切入第二激发光束的路径上，且第一时间点与第二时间点之间具有延迟时间。换言之，第一波长转换装置以及第二波长转换装置各自的异色现象不同时发生，使得当第一波长转换装置发生异色现象时，可以借由第二波长转换装置进行补偿，反之亦然。因此，本发明实施例提供的照明***可以提供具有稳定强度的照明光束，且本发明实施例提供的投影装置可以具有良好的显示品质。
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，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是根据本发明一实施例的一种投影装置的设置示意图。
图1B绘示了图1A中的转轮的相对两面上的第一波长转换装置以及第二波长转换装置的侧视示意图。
图2是图1A的实施例中第一激发光束以及第一波长转换装置的对应关系图。
图3是图1A的实施例中第一激发光束、第一波长转换装置、第二激发光束、第二波长转换装置以及照明光束的对应关系图。
具体实施方式
图1A是根据本发明一实施例的一种投影装置的设置示意图。投影装置1包括照明***10、光阀20以及投影镜头30。照明***10用以提供照明光束L1，光阀20设置于照明光束L1的路径上，用以将照明光束L1转换成影像光束L2。投影镜头30设置于影像光束L2的传递路径上，用以将影像光束L2投射出投影装置1。
照明***10包括光源模块100、第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102。在本实施例中，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102设置于一个转轮103的相对两面，但是本发明不限于此。根据本发明一实施例，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102可以分别设置于不同的转轮，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102例如为荧光粉轮。
在本实施例中，光源模块100的数量例如为2个，分别提供第一激发光束LS1以及第二激发光束LS2，且第一激发光束LS1与第二激发光束LS2具有相同的光学特性，但是本发明不限于此。根据本发明一实施例，光源模块100可以包括分光镜(beam splitter)，用以将单一光源模块100中的光源分光为第一激发光束LS1以及第二激发光束LS2。第一波长转换装置101设置于第一激发光束LS1的路径上，第二波长转换装置102设置于第二激发光束LS2的路径上。
参照图1B，其绘示图1A中的转轮的相对两面上的第一波长转换装置以及第二波长转换装置的侧视示意图。在本实施例中，由于第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102设置于转轮103的相对两面，因此第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102皆以转轮103的旋转轴103A旋转，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102的转速相同，但是本发明不限于此。在其他实施例中，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102可以分别设置于不同的转轮，其中第一波长转换装置101以一旋转轴旋转，第二波长转换装置102以另一个旋转轴旋转，且转速相同。转轮103设置第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102的两个面例如为反射面，适于将穿透第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102的光束(例如激发光束或转换光束)反射，但本发明不以此为限。在其他实施例中，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102可选择性地包括反射层，反射层设置于第一波长转换装置101靠近转轮103的表面上，以及设置于第二波长转换装置102靠近转轮103的表面上。
如图1B所示，第一波长转换装置101垂直于旋转轴103A的表面具有多个第一区域，这些第一区域以旋转轴103A为轴心而环形排列，分别为色转换区1011至1014以及激发光反射区1015及1016，且上述六个区域中的两两相邻的区域之间具有边界(即第一边界)。同样地，第二波长转换装置102垂直于旋转轴103A的表面具有多个第二区域，这些第二区域以旋转轴103A为轴心而环形排列，分别为色转换区1021至1024，以及激发光反射区1025及1026，且上述六个区域中的两两相邻的区域之间具有边界(即第二边界)。应当说明的是，本实施例以每个波长转换装置具有四个色转换区以及两个激发光反射区作为示例，但本发明不以此为限。在本发明的其他实施例中，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102皆具有至少一个色转换区以及至少一个激发光反射区。
应当注意的是，本实施例的色转换区1011至1014分别对应色转换区1021至1024，其中色转换区1011对应色转换区1021，色转换区1012对应色转换区1022，以此类推。这里，相对应的色转换区域在所属波长转换装置上对应相同的圆弧长度，但本发明不以此为限。并且，当相对应的色转换区分别切入具有相同光学性质的第一激发光束LS1与第二激发光束LS2的路径上时，产生相同颜色的转换光束。
还应当注意的是，为了清楚绘示下面即将说明的错位配置，图1B下方所示的第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102的侧视图是以相同侧且相同视角视之(同样是自图面的左侧朝向右侧观看，或者同样是自图面的右侧朝向左侧观看。例如一个为正视示意图，另一个为后视示意图)。第一波长转换装置101在旋转方向S上依序以色转换区1011、色转换区1012、激发光反射区1015、色转换区1013、色转换区1014以及激发光反射区1016排列。第二波长转换装置102在旋转方向S上依序以色转换区1021、色转换区1022、激发光反射区1025、色转换区1023、色转换区1024以及激发光反射区1026排列。可以看到，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102两者具有相同的图案化配置(patternconfiguration)。并且，根据所标示的虚线I为基准线，可以看到，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102两者错位配置，相对的错位角度例如为12°。举例来说，色转换区1011与对应的色转换区1021的错位角度为12°，但本发明不以此为限。特别说明的是，虚线I与第一波长转换装置101重叠的位置例如是位于第一激发光束LS1照射第一波长转换装置101的区域(或预定区域)内，但本发明不以此为限。
参照图1A，照明***10还可以包括透镜M1至M8、第一分色镜(dichroic mirror)DM1、第二分色镜DM2、反射镜RM1至RM4、第一匀光器ROD1以及第二匀光器ROD2。其中，第一分色镜DM1以及第二分色镜DM2可以让第一激发光束LS1以及第二激发光束LS2透射，并分别反射借由色转换区1011至1014以及色转换区1021至1024产生的转换光束。具体而言，在本实施例中，第一激发光束LS1以及第二激发光束LS2是蓝色激发光束(示例为蓝光B)。色转换区1011至1014以及色转换区1021至1024上设置有荧光粉。当上述色转换区切入蓝色激发光束的路径上，可以产生包括有红色波段及绿色波段的转换光束。第一分色镜DM1设置于第一激发光束LS1与借由色转换区1011至1014产生的转换光束的路径上，第二分色镜DM2设置于第二激发光束LS2与借由色转换区1021至1024产生的转换光束的路径上。第一分色镜DM1以及第二分色镜DM2可以让蓝光穿透，并反射红光及绿光。
参照图1A，下面将具体说明本实施例的照明***10如何产生照明光束L1。
首先，先说明本实施例如何通过图1A左侧的元件组(透镜M1、反射镜RM1、第一分色镜DM1、透镜M2、透镜M3、第一波长转换装置101、透镜M4、第一匀光器ROD1以及反射镜RM3)来产生照明光束L1。
光源模块100所产生的第一激发光束LS1为蓝色激发光束。第一激发光束LS1首先穿透透镜M1。由于第一分色镜DM1可以让蓝光透射，第一激发光束LS1得以依序穿透第一分色镜DM1、透镜M2以及M3，并照射第一波长转换装置101。第一波长转换装置101被配置以旋转轴103A旋转，使得其上的色转换区1011、色转换区1012、激发光反射区1015、色转换区1013、色转换区1014以及激发光反射区1016得以依序切入第一激发光束LS1的路径上，其中，当色转换区1011至1014切入第一激发光束LS1的路径上，会产生转换光束101T；当激发光反射区1015及1016切入第一激发光束LS1的路径上，第一激发光束LS1被反射。为了便于识别，将上述自激发光反射区1015及1016反射的第一激发光束LS1标示为激发光束101B。
由于第一分色镜DM1被配置以反射红光及绿光，因此转换光束101T中的红光R以及绿光G得以在第一分色镜DM1上反射，并依序穿透透镜M4、通过第一匀光器ROD1、在反射镜RM3上反射、自照明***10输出。另一方面，由于第一分色镜DM1得以使蓝光穿透，激发光束101B得以穿透第一分色镜DM1，并依序在反射镜RM1上反射、再一次穿透第一分色镜DM1、穿透透镜M4、通过第一匀光器ROD1、在反射镜RM3上反射、自照明***10输出。
在本发明一实施例中，图1A中的第一分色镜DM1的上半部被设置以让蓝光完全穿透并让红光及绿光完全反射，下半部被设置以让蓝光部分穿透部分反射并让红光及绿光完全反射。因此，部分的激发光束101B得以在第一分色镜DM1的下半部被反射，并依序穿透透镜M4、通过第一匀光器ROD1、在反射镜RM3上反射、自照明***10输出。另一部分的激发光束101B则穿透第一分色镜DM1的下半部，并依序在反射镜RM1上反射、穿透第一分色镜DM1的上半部、穿透透镜M4、通过第一匀光器ROD1、在反射镜RM3上反射、自照明***10输出。类似的，第二分色镜DM2具备与第一分色镜DM1相同的配置，于此不再赘述。
综合上述，因为第一波长转换装置101的转动，照明***10通过图1A左侧的元件组会依序输出与色转换区1011的颜色对应的光束(示例为绿光G)、与色转换区1012的颜色对应的光束(示例为红光R)、借由激发光反射区1015反射的蓝光B、与色转换区1013的颜色对应的光束(示例为绿光G，例如与色转换区1011对应的光束的颜色相同)、与色转换区1014的颜色对应的光束(示例为红光R)以及借由激发光反射区1016反射的蓝光B，并周期性重复上述的过程。
由于第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102两者具备相同的图案化配置，且第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102分别设置于转轮103的相对两面，上述通过图1A左侧的元件组(透镜M1、反射镜RM1、第一分色镜DM1、透镜M2、透镜M3、第一波长转换装置101、透镜M4、第一匀光器ROD1以及反射镜RM3)来产生照明光束L1的过程也会发生于图1A右侧的元件组(透镜M5、反射镜RM2、第二分色镜DM2、透镜M6、透镜M7、第二波长转换装置102、透镜M8、第二匀光器ROD2以及反射镜RM4)，以产生转换光束102T以及蓝色激发光束102B并得以自照明***10输出。具体而言，因为第二波长转换装置102的转动，照明***10通过图1A右侧的元件组会依序输出与色转换区1021的颜色对应的光束(示例为绿光G)、与色转换区1022的颜色对应的光束(示例为红光R)、借由激发光反射区1025反射的蓝光B、与色转换区1023的颜色对应的光束(示例为绿光G，例如与色转换区1021对应的光束的颜色相同)、与色转换区1024的颜色对应的光束(示例为红光R)以及借由激发光反射区1026反射的蓝光B，并周期性重复上述的过程。上述通过图1A左侧的元件组所产生的光束以及右侧的元件组所产生的光束集成为照明光束L1。
请同时参照图1A、图1B以及图2，图2绘示了图1A的实施例中第一激发光束以及第一波长转换装置的对应关系图。具体而言，图2是以图1B中的第一波长转换装置101上的虚线I做为角度值为0°的位置，并以每6°为单位区间标示第一波长转换装置101上的色转换区1011至1014以及激发光反射区1015及1016，例如角度标示6表示角度值0°至6°的单位区间。在图2中更标示当各单位区间切入第一激发光束LS1的路径(或第一激发光束LS1的预定路径)时(例如各单位区间旋转至虚线I时)，光源模块100提供或不提供第一激发光束LS1的情况。如图2所示，在本实施例中，当上述各区域中两两相邻的区域之间的边界切入第一激发光束LS1的路径上，光源模块100不发出第一激发光束LS1。举例来说，当上述各区域中两两相邻的区域之间的边界(例如的色转换区1012及色转换区1011的边界)的前一个(例如角度标示36)及后一个(例如角度标示42)单位区间切入第一激发光束LS1的路径上，光源模块100不发出第一激发光束LS1，以避免异色现象(Spoke)。因此，可以看到，在图2中，第一激发光束LS1在对应上述边界处是不提供的(标记为涂黑)。
请同时参照图1A、图1B以及图3，图3绘示了图1A的实施例中第一激发光束、第一波长转换装置、第二激发光束、第二波长转换装置以及照明光束的对应关系图。如上所述，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102两者错位配置，且错位角度例如为12°。举例来说，色转换区1011设置于36°至138°的角度区间，而对应于色转换区1011的色转换区1021设置于48°至150°的角度区间。因此，可以在图3中看到第一波长转换装置101上的色转换区1011至1014以及激发光反射区1015及1016与第二波长转换装置102上的色转换区1021至1024以及激发光反射区1025及1026之间错位12°。此外，类似地，当第二波长转换装置102上两两相邻的区域之间的边界切入第二激发光束LS2的路径上，光源模块100不发出第二激发光束LS2，以避免异色现象(Spoke)。因此，可以看到，在图3中，第二激发光束LS2在对应上述边界处是关闭的(标记为涂黑)。
参照图3，可以看出，第一波长转换装置101上的各边界切入第一激发光束LS1的路径上的时间点与第二波长转换装置102上的各边界切入第二激发光束LS2的路径上的时间点之间具有延迟时间。换言之，第一波长转换装置101以及第二波长转换装置102旋转至暂停光束输出的角度区间不会同时发生。因此，不提供第一激发光束LS1的时间点不同于不提供第二激发光束LS2的时间点，第一激发光束LS1与第二激发光束LS2不会同时不提供。在任一个时间点，都会有照明光束L1自照明***10输出，而照明光束L1的光束颜色会因应不同的第一区域(及第二区域)切入第一激发光束LS1(及第二激发光束LS2)的路径上，而对应地分别产生红光R、绿光G及蓝光B。
进一步而言，在本发明一实施例中，当光源模块100不发出第一激发光束LS1时(如图3中角度标示36及42处)，第二激发光束LS2的强度会提高，使得照明光束L1的功率不会因为第一激发光束LS1的关闭而降低。换言之，当第一波长转换装置101旋转至暂停光束输出的角度区间时，可以借由与其错位的第二波长转换装置102进行补偿。
同样地，当光源模块100不发出第二激发光束LS2时(如图3中角度标示48及54处)，第一激发光束LS1的强度会提高，使得照明光束L1的功率不会因为不提供第二激发光束LS2而降低。换言之，当第二波长转换装置102旋转至暂停光束输出的角度区间时，可以借由与其错位的第一波长转换装置101进行补偿。借由上述第一波长转换装置101与第二波长转换装置102之间的互补关系，使得照明***10所输出的照明光束L1得以具有稳定的强度，且投影装置1可以具有良好的显示品质。
综上所述，本发明实施例提供的照明***及投影装置适当设置相对应的第一波长转换装置以及第二波长转换装置。第一波长转换装置以及第二波长转换装置可避免各自异色现象的产生，并可使第一波长转换装置及第二波长转换装置互相补偿，因此，本发明实施例提供的照明***可以提供具有稳定强度的照明光束，且本发明实施例提供的投影装置可以具有良好的显示品质。
以上所述者，仅为本发明之优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及说明书所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求书不须达成本发明所公开之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之权利范围。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。
【符号说明】
1:投影装置
10:照明***
20:光阀
30:投影镜头
100:光源模块
101:第一波长转换装置
101B、102B:激发光束
101T、102T:转换光束
102:第二波长转换装置
103:转轮
1011～1014、1021～1024:色转换区
1015、1016、1025、1026:激发光反射区
103A:旋转轴
DM1:第一分色镜
DM2:第二分色镜
L1:照明光束
L2:影像光束
LS1:第一激发光束
LS2:第二激发光束
M1～M8:透镜
RM1～RM4:反射镜
ROD1:第一匀光器
ROD2:第二匀光器
R:红光
G:绿光
B:蓝光
S:旋转方向。

Claims (10)

1.一种照明***，用以提供照明光束，其特征在于，包括光源模块、第一波长转换装置和第二波长转换装置：
所述光源模块用以提供第一激发光束以及第二激发光束；
所述第一波长转换装置设置于所述第一激发光束的路径上且设置以第一旋转轴旋转，所述第一波长转换装置垂直于所述第一旋转轴的表面具有多个第一区域，所述多个第一区域之间具有至少一个第一边界；以及
所述第二波长转换装置设置于所述第二激发光束的路径上且设置以第二旋转轴旋转，所述第二波长转换装置垂直于所述第二旋转轴的表面具有多个第二区域，所述多个第二区域对应所述多个第一区域，且所述多个第二区域之间具有至少一个第二边界，
其中所述至少一个第一边界在第一时间点切入所述第一激发光束的路径上，所述至少一个第二边界在第二时间点切入所述第二激发光束的路径上，且所述第一时间点与所述第二时间点之间具有延迟时间。
2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述多个第一区域包括至少一个第一激发光反射区，且所述多个第二区域包括至少一个第二激发光反射区。
3.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光源模块在所述第一时间点不发出所述第一激发光束，且在所述第二时间点不发出所述第二激发光束。
4.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第一波长转换装置以及所述第二波长转换装置为荧光粉轮，且所述第一波长转换装置以及所述第二波长转换装置的转速相同。
5.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第一波长转换装置以及所述第二波长转换装置设置于一个转轮的相对两面。
6.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述第一激发光束照射所述多个第一区域中的至少N个所产生的第一转换光束的颜色相同，且所述第二激发光束照射所述多个第二区域中的至少N个所产生的第二转换光束的颜色相同，N大于等于2。
7.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述光源模块不发出所述第一激发光束以及所述第二激发光束中的一者时，所述第一激发光束以及所述第二激发光束中的另一者的强度提高。
8.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，还包括第一匀光器以及第二匀光器，其中所述第一匀光器设置于所述第一激发光束照射所述多个第一区域所产生的第一转换光束的路径上，且所述第二匀光器设置于所述第二激发光束照射所述多个第二区域所产生的第二转换光束的路径上。
9.根据权利要求8所述的照明***，其特征在于，还包括第一分色镜以及第二分色镜，其中所述第一分色镜设置于所述第一激发光束与所述第一转换光束的路径上，且所述第二分色镜设置于所述第二激发光束与所述第二转换光束的路径上。
10.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括权利要求1至9中的任一项所述的照明***、光阀和投影镜头，
所述光阀设置于所述照明光束的路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束；以及
所述投影镜头设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。
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