TWI639035B

TWI639035B - 照明系統及使用其之投影裝置

Info

Publication number: TWI639035B
Application number: TW106137826A
Authority: TW
Inventors: 楊德生; 翁銘璁
Original assignee: 中強光電股份有限公司
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2018-10-21
Also published as: CN109557750B; TW201915535A; JP7193280B2; CN109557750A; JP2019061237A

Abstract

一種照明系統，包括激發光源組、分色元件、第一透鏡組、螢光粉轉輪、至少一反射元件及聚光元件。激發光源組用於提供第一色光束。第一色光束依序穿過分色元件與第一透鏡組而傳遞至螢光粉轉輪。第一色光束的第一部分被螢光粉轉輪的光波長轉換部轉換成第二色光束並反射回分色元件，再被分色元件反射回聚光元件。第一色光束的第二部分被螢光粉轉輪的反射部反射回分色元件，而第一色光束的第二部分穿過分色元件而傳遞至至少一反射元件，並被至少一反射元件反射而再次穿過分色元件以傳遞至聚光元件。本發明另提出一種具有此照明系統的投影裝置。

Description

照明系統及使用其之投影裝置

本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種照明系統及使用其之投影裝置。

數位光源處理（digital light processing, DLP）投影裝置包括照明系統、數位微鏡元件（digital micro-mirror device, DMD）及投影鏡頭，其中照明系統用於提供照明光束，而數位微鏡元件用於將照明光束轉換成影像光束，投影鏡頭則用於將影像光束投影於螢幕上，以於螢幕上形成影像畫面。超高壓汞燈是早期的照明系統常使用的光源，其可提供白光以作為照明光束。隨著照明技術的發展，發光二極體光源、雷射光源（雷射二極體）等具有節能優點的光源也逐漸被採用。

圖1是習知一種使用雷射光源的照明系統的示意圖。請參照圖1，習知的照明系統100中，雷射光源模塊110提供的藍光光束112穿過準直元件122後穿過分色片（dichroic mirror）130，接著再穿過透鏡123、124而照射於可轉動的螢光粉轉輪（phosphor wheel）140。此螢光粉轉輪140可區分成綠色螢光粉區、黃色螢光粉區及光穿透區（transparent zone）等，其中螢光粉轉輪140的綠色螢光粉區以及黃色螢光粉區的背面141對應設有反射元件（圖未示）。藍光光束112會依序照射在綠色螢光粉區、黃色螢光粉區及光穿透區，藍光光束112照射於綠色螢光粉區及黃色螢光粉區時，會激發出綠光光束113及黃光光束114，而反射元件會將綠光光束113及黃光光束114反射至分色片130，接著綠光光束113及黃光光束114被分色片130反射後穿過透鏡125而照射於可轉動的濾光色輪（filter wheel）150。另外，部分藍光光束112會穿過光穿透區，並依序經由透鏡126、127、反射元件161、162、透鏡128、反射元件163、透鏡129及分色片130、透鏡125後而照射於濾光色輪150。

承上述，濾光色輪150具有對應於部分上述黃色螢光粉區的紅光濾光區及透明區、對應於上述綠色螢光粉區的綠光濾光區以及對應於上述光穿透區的擴散區。藉由控制濾光色輪150與螢光粉轉輪140彼此配合轉動，使綠光光束113照射於綠光濾光區，黃光光束114照射於紅光濾光區及透明區，藍光光束112照射於擴散區。如此，穿過濾光色輪150後進入光積分柱170（rod）的光束即包括用於形成彩色影像的藍光光束、綠光光束、紅光光束以及用於提升亮度的黃光光束。

由於習知照明系統100的架構複雜，需要許多光學元件，所以具有成本較高、體積龐大以及光學效率較差的缺點。

本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提出一種照明系統，以簡化複雜光路，進而縮小體積。

本發明提出一種投影裝置，具有體積較小的優點。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種照明系統，包括激發光源組、分色元件、第一透鏡組、螢光粉轉輪、至少一反射元件與聚光元件。激發光源組具有第一光軸，激發光源組用於提供第一色光束。分色元件配置於第一色光束的傳遞路徑上，分色元件用於使第一色光束穿過。第一透鏡組配置於分色元件之遠離激發光源組的一側，並用於使穿過第一透鏡的第一色光束穿過，第一透鏡組具有第二光軸，其中第二光軸與第一光軸彼此不共軸。螢光粉轉輪配置於第一透鏡組之遠離分色元件一側，螢光粉轉輪具有光波長轉換部及反射部，光波長轉換部用於將穿過第一透鏡組的第一色光束的第一部分轉換成第二色光束並將第二色光束反射回分色元件，反射部用於將穿過第一透鏡組的第一色光束的第二部分反射回分色元件，分色元件更用於反射第二色光束並使第一色光束的第二部分穿過。至少一反射元件配置於分色元件之鄰近激發光源組的一側，並與分色元件相隔距離，至少一反射元件用於反射穿過分色元件的第一色光束的第二部分，以使第一色光束的第二部分再次穿過分色元件。聚光元件配置於分色元件之鄰近第一透鏡組的一側，聚光元件用於使被至少一反射元件反射的第一色光束的第二部分與分色元件反射的第二色光束穿過。

在本發明的一實施例中，上述之激發光源組包括激發光源與第二透鏡組，激發光源之朝向第二透鏡組的表面具有中心軸，第二透鏡組具有第一光軸，而中心軸與第一光軸彼此共軸。

在本發明的一實施例中，上述之激發光源組包括激發光源與第二透鏡組，激發光源之朝向第二透鏡組的表面具有中心軸，第二透鏡組具有第一光軸，而中心軸與第一光軸彼此不共軸。

在本發明的一實施例中，上述之分色元件為分色元件，來自激發光源組的第一色光束及從螢光粉轉輪反射的第二色光束及第一色光束的第二部分都傳遞至分色元件，分色元件用於使第一色光束穿過，並使第二色光束反射。

在本發明的一實施例中，上述之照明系統更包括第三色光源，與至少一反射元件配置於分色元件的同一側，第三色光源用於提供第三色光束，穿過分色元件而傳遞至聚光元件。

在本發明的一實施例中，上述之分色元件具有分色部與分光部，分色部與分光部彼此相鄰，分色部位於來自激發光源組的第一色光束的傳遞路徑上，分光部位於從螢光粉轉輪反射的第一色光束的第二部分的傳遞路徑上，第二色光束被螢光粉轉輪反射至分色部與分光部，分色部用於使第一色光束穿過，並使第二色光束反射，分光部用於使第一色光束的第二部分及第二色光束部分穿透且傳遞至至少一反射元件，而該分光部用於使該第二色光束部分反射而傳遞至聚光元件。

在本發明的一實施例中，上述之照明系統更包括第三色光源，且該分色元件具有一分色部與一分光部，該分色部與該分光部彼此相鄰，該分色部位於來自該激發光源組的該第一色光束的傳遞路徑上，該分光部位於從該螢光粉轉輪反射的該第一色光束的該第二部分的傳遞路徑上，該第三色光源與至少一反射元件配置於分色元件的同一側，第三色光源用於提供第三色光束至分光部，部分第三色光束穿透分光部而傳遞至聚光元件。

在本發明的一實施例中，上述之至少一反射元件具有二個反射鏡，這些反射鏡依序反射穿過分色元件的第一色光束的第二部分。

在本發明的一實施例中，上述之螢光粉轉輪更具有光波長轉換層，配置於反射部上並覆蓋部分反射部，光波長轉換層用於將第一色光束的第二部分的局部轉換成第四色光束，第四色光束被螢光粉轉輪反射至分色元件，並被分色元件反射至聚光元件。

在本發明的一實施例中，上述之照明系統更包括光積分柱及濾光色輪，濾光色輪配置於光積分柱與聚光元件之間。

在本發明的一實施例中，上述之光積分柱的中心軸與聚光元件的光軸彼此共軸，且至少一反射元件的幾何中心位於光積分柱的中心軸的延伸線上。

在本發明的一實施例中，上述之濾光色輪具有至少一濾光部及透光部，至少一濾光部提供第二色光束穿透，而透光部提供第一色光束的第二部分穿透，且透光部設有微稜鏡結構，以折射第一色光束的第二部分。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種投影裝置，包括上述照明系統、光閥與投影鏡頭。照明系統用以提供照明光束。光閥配置於照明系統所提供的照明光束的傳遞路徑上，以將照明光束轉換成影像光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。

本發明實施例的照明系統因在第一色光束的傳遞路徑上設有分色元件、第一透鏡組與至少一反射元件，藉由第一透鏡組將激發光源組所提供的第一色光束傳遞到螢光粉轉輪的光波長轉換部及反射部，所以在光波長轉換部所反射的第二色光束與反射部所反射的第一色光束的第二部分反射回分色元件後，透過分色元件使第二色光束反射，並透過至少一反射元件將穿過分色元件之第一色光束的第二部分再反射回分色元件，而使第一色光束的第二部分與第二色光束沿著相同路徑傳遞至聚光元件，以形成照明光束。相較於習知技術來說，本發明實施例的照明系統因使用的光學元件較少，所以可簡化複雜光路，並能縮小照明系統及使用此照明系統的投影裝置的體積。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖2是本發明之一實施例之照明系統的示意圖，圖3是圖2之螢光粉轉輪的正視示意圖。請參照圖2及圖3，本實施例之照明系統200包括激發光源組210、分色元件220、第一透鏡組230、螢光粉轉輪240、至少一反射元件250（圖2是以一個反射鏡為例）與聚光元件260。激發光源組210具有第一光軸A1，激發光源組210用於提供第一色光束B1。分色元件220配置於第一色光束B1的傳遞路徑上，分色元件220用於使第一色光束B1穿過。第一透鏡組230配置於分色元件220之遠離激發光源組210的一側，換句話說是第一透鏡組230與激發光源組210分別配置於分色元件220的相對兩側，用於使穿過分色元件220的第一色光束B1穿過，第一透鏡組230具有第二光軸A2，其中第二光軸A2與第一光軸A1彼此不共軸，所謂的光軸定義為光學元件的主光線的方向。螢光粉轉輪240配置於第一透鏡組230之遠離分色元件220一側，換句話說是螢光粉轉輪240與分色元件220分別配置於第一透鏡組230的相對兩側，螢光粉轉輪240具有光波長轉換部241及反射部242，光波長轉換部241用於將穿過第一透鏡組230的第一色光束B1的第一部分B11轉換成第二色光束B2並將第二色光束B2反射回分色元件220，反射部242用於將穿過第一透鏡組230的第一色光束B1的第二部分B12反射回分色元件220，分色元件220更用於反射第二色光束B2並使第一色光束B1的第二部分B12穿過。反射元件250配置於分色元件220之鄰近激發光源組210的一側，並與分色元件220相隔一距離D1，反射元件250用於反射穿過分色元件220的第一色光束的第二部分B12，以使第一色光束的第二部分B12再次穿過分色元件220。聚光元件260配置於分色元件220之鄰近第一透鏡組230的一側，聚光元件260用於使被反射元件250反射的第一色光束B1的第二部分B12與分色元件220反射的第二色光束B2穿過。

本實施例的激發光源組210是以包括一個激發光源211與第二透鏡組212為例，激發光源211例如包括多個雷射元件（圖未示），這些雷射元件例如呈陣列排列，雷射元件例如是雷射二極體（laser diode, LD）。此外，在其他實施例中，激發光源211的雷射元件亦可以為一個。另外，本發明的激發光源211也不限於雷射元件，可以視設計需求選用適當的光源，例如，發光二極體（Light-emitting diode，LED）。

進一步來說，朝向第二透鏡組212的激發光源211的表面2111具有中心軸N1，第二透鏡組212具有第一光軸A1，而中心軸N1與第一光軸A1彼此共軸。第二透鏡組212例如包括二個透鏡2121、2122，透鏡2121配置在激發光源211與透鏡2122之間，，且激發光源211的中心軸N1與第一光軸A1彼此共軸。但本發明不限於此，激發光源211的中心軸N1與第一光軸A1也可彼此不共軸，並可視設計需求調整激發光源211的位置。在一實施例中，激發光源211的中心軸N1例如與第一光軸A1相互平行，而中心軸N1例如與第一光軸A1具有一距離(未顯示)，此距離可為0.2mm，但本發明不限於此。

本實施例的分色元件220例如是分色鏡(Dichroic mirror)，適於將至少兩種不同波長範圍的光束分離，但不以此為限，以使各光束沿著不同路徑傳遞。具體而言，分色元件220用於使來自激發光源組210的第一色光束B1穿過，並使來自螢光粉轉輪240的第二色光束B2反射。

本實施例的第一透鏡組230例如包括二個透鏡231、232，透鏡231配置在分色元件220與透鏡232之間，其中透鏡231、232具有一中心軸，而第二光軸A2即為此中心軸。如圖2所示，第二光軸A2例如與激發光源組210的第一光軸A1相互平行，其中第二光軸A2例如與第一光軸A1具有一距離D2。在一實施例中，此距離D2可為5.5mm，但本發明不限於此。

本實施例的螢光粉轉輪240例如包括轉盤243及驅動轉盤243轉動的馬達(未顯示)，而光波長轉換部241及反射部242例如配置於轉盤243上。轉盤243例如是反射式金屬基板或反射鏡，光波長轉換部241例如是配置於轉盤243上的螢光粉層。螢光粉例如是黃色螢光粉，但不以此為限，在其他實施例中，螢光粉層也可包括可激發出兩種顏色的螢光粉層，例如可激發出黃色光束的螢光粉及可激發出綠色光束的螢光粉。所述的第一光束B1的第一部分B11是指照射在光波長轉換部241的第一光束B1，而第一光束B1的第二部分B12是指照射在反射部242的第一光束B1。當馬達驅動轉盤243轉動時，激發光源組210所提供的第一色光束B1輪流照射在光波長轉換部241及反射部242，以使第一色光束B1的第一部分B11激發螢光粉而產生第二色光束B2。此外，第一色光束B1的第二部分B12照射至反射部242而被反射回分色元件220。而在本實施例之第一色光束B1例如是藍光光束，第二色光束B2例如是黃光光束或綠色光束，但不以此為限。

本實施例的反射元件250是以反射鏡為例，此反射鏡用於反射穿過分色元件220的第一色光束B1的第二部分B12。但本發明不限於此，反射元件250的數量也可以為多個。

基於上述照明系統200的光路設計架構，激發光源組210所提供的第一色光束B1會穿過分色元件220與第一透鏡組230而照射在螢光粉轉輪240。由於第一光軸A1與第二光軸A2彼此不共軸，第一色光束B1會被第一透鏡組230折射而使第一色光束B1斜向入射至螢光粉轉輪240，因而從螢光粉轉輪240反射後會以不同於入射時的路徑傳遞。詳細而言，第一色光束B1的第一部分B11照射在螢光粉轉輪240的光波長轉換部241而激發出第二色光束B2，且第二色光束B2被轉盤243反射，第二色光束B2穿過第一透鏡組230傳遞至分色元件220。第二色光束B2被分色元件220反射以傳遞至聚光元件260。另一方面，第一色光束B1的第二部分B12照射在螢光粉轉輪240的反射部242，並被反射部242反射而穿過第一透鏡組230與分色元件220，以傳遞至反射元件250，進而被反射元件250反射再次穿過分色元件220而傳遞至聚光元件260，所以，可使第一色光束B1的第二部分B12與第二色光束B2沿同一路徑傳遞至聚光元件260。

如此，本發明實施例的照明系統200因在第一色光束B1的傳遞路徑上設有分色元件220、第一透鏡組230與至少一反射元件250，藉由第一透鏡組230將激發光源組210所提供的第一色光束B1傳遞到螢光粉轉輪240的光波長轉換部241及反射部242，所以在光波長轉換部241所反射的第二色光束B2與反射部242所反射的第一色光束B1的第二部分B12反射回分色元件220後，透過分色元件220使第二色光束B2反射，並透過反射元件250將穿過分色元件220之第一色光束B1的第二部分B12再反射回分色元件220，而使第一色光束B1的第二部分B12與第二色光束B2沿著相同路徑傳遞至聚光元件260，以形成照明光束B51。因而本發明實施例的照明系統200可簡化複雜光路，並能縮小整體照明系統的體積。

此外，本實施例之照明系統200更可包括光積分柱270及濾光色輪280，濾光色輪280配置於光積分柱270與聚光元件260之間。隨著濾光色輪280轉動可將第一色光束B1的第二部分B12與第二色光束B2分成多種不同顏色的子光束，如紅色子光束、綠色子光束、藍色子光束。

上述之照明系統200應用至投影裝置時，若在成像時有第一色光（例如藍光）色點明顯的問題，可藉由改變照明系統200中螢光粉色輪240的設計加以改善。例如，如圖4所示，螢光粉轉輪240a更具有光波長轉換層244，配置於反射部242上並覆蓋部分反射部242，光波長轉換層244用於將第一色光束B1的第二部分B12轉換成第三色光束，第三色光束被螢光粉轉輪240a反射至分色元件，並被分色元件反射至聚光元件。具體而言，光波長轉換層244具有螢光粉，而螢光粉為綠色螢光粉，但不以此為限。光波長轉換層244可將穿過第一透鏡組的第一色光束的第二部分的局部轉換為第三色光束，且第一色光束的波長範圍包含了第三色光束的波長範圍。因而有助於改善第一色光（例如藍光）色點明顯的問題。此外，光波長轉換層244例如是薄膜，螢光粉散布於光波長轉換層244中，使第一色光束的第二部分的部分光束仍可被反射回分色元件，而另一部分光束被轉換成第三色光束。

另一方面，本發明也可藉由調整照明系統的光路設計架構，當第一色光束B1的第二部分B12在傳遞至光積分柱270時，藉由反射元件250使得第一色光束B1的第二部分B12的主光線方向與光積分柱270的中心軸N2之間的夾角變小，而提高後續成像時的色彩均勻度，詳細說明如下。

圖5是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。請參照圖5，本發明另一實施例之的照明系統200a，本實施例的照明系統200a與前述實施例的照明系統200類似，主差異在於本實施例的照明系統200a的反射元件的數量為二個，即反射元件251、252，反射元件251、252例如為反射鏡，用以依序反射穿過分色元件220的第一色光束B1的第二部分B12，而可使第一色光束B1的第二部分B12再次回到分色元件220，進而使第二色光束B2與第一色光束B1的第二部分B12傳遞至聚光元件260，以形成照明光束B52。所以，反射元件251、252有助於使第一色光束B1的第二部分B12的主光束方向與光積分柱270的中心軸N2之間的夾角變小，而提高後續成像時的色彩均勻度。此外，雖然圖5中的反射元件251、252是具有球面反射面為例，但在本發明中這些反射元件的數量與其反射面的形狀仍可根據設計需求選用，例如，選用具有球面反射面的反射元件與具有平面反射面的反射元件之任意數量的組合，或者，選用皆為平面反射面的反射元件，於此為限。

圖6是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。請參照圖6，本實施例的照明系統200b與前述實施例的照明系統200類似，主差異在於相較於圖2，本實施例之反射元件250的位置例如是向右側平移而更靠近分色元件220。光積分柱270的中心軸N2例如與聚光元件260的光軸A3彼此共軸，而反射元件250的幾何中心位置O例如是位於中心軸N2的延伸線上，而使被反射元件250反射的第一色光束B1的第二部分B12均勻地圍繞聚光元件260的光軸A3。

圖7是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。請參照圖7，本發明另一實施例之的照明系統200c，本實施例的照明系統200c與前述實施例的照明系統200類似，主差異在於濾光色輪280a的結構設計不同。具體而言，濾光色輪280a具有至少一濾光部281及透光部282，至少一濾光部281提供第二色光束B2穿透，而透光部282提供第一色光束B1的第二部分B12穿透，且透光部282設有微稜鏡結構283，以折射第一色光束B1的第二部分B12。微稜鏡結構283例如具有多個平行排列的斜面，可使穿過各斜面的第一色光束B1的第二部分B12的出光路徑改變，以與第二色光束B2形成照明光束B54，所以，有助於使第一色光束B1的第二部分B12的光軸與光積分柱270的中心軸N2之間的夾角變小，而提高後續成像時的色彩均勻度。但本發明不限於圖7中微稜鏡結構283的形狀，當可視設計需求進行調整。

圖8是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。請參照圖8，本發明另一實施例之的照明系統200d，本實施例的照明系統200d與前述實施例的照明系統200類似，主差異在於分色元件220a的結構不同。具體而言，分色元件220a例如具有分色部221a與分光部222a，分色部221a與分光部222a彼此相鄰，例如以貼合方式結合分色部221a與分光部222a，但不以此為限。分色部221a位於來自激發光源組210的第一色光束B1的傳遞路徑上，分光部222a位於從螢光粉轉輪240反射的第一色光束的第二部分B12的傳遞路徑上，第二色光束B2被螢光粉轉輪240反射至分色部221a與分光部222a。分色部221a用於使第一色光束B1穿過，並使第二色光束B2反射。分光部222a用於使部份的第一色光束的第二部分B12穿透而傳遞到至少一反射元件250，分光部222a用於反射另一部分的第一色光束B1的第二部分B12與第二色光束B2而傳遞至聚光元件260。由至少一反射元件250反射的部分第一色光束的第二部分B12通過分色部221a而傳遞至聚光元件260，與由分色部221a反射的另一部分第一色光束的第二部分B12及第二色光束B2而傳遞至聚光元件260，以形成照明光束B55。

此外，雖然圖8中分色元件220a的分色部221a與分光部222a是以相對各側面連接為例，但在其他實施例中，分光部也可配置在分色部上，也能用於提高後續成像時的色彩均勻度。例如，如圖9所示，分色元件220b的分光部222b配置在分色部221b上，而分光部222b位於至少一反射元件250與分色部221b之間。第一色光束的第二部分B12具有與圖8中第一色光束的第二部分B12類似的傳遞路徑，於此不再重述。但需提及的是，因分光部222b可配置在分色部221b上，所以分色部221b可將第二色光束B2都反射至聚光元件260，以與第一色光束的第二部分B12形成照明光束B56。

另一方面，本發明的照明系統可增加第三色光源，提供第三色光束，補充照明系統之第二色光束的部分波長範圍的光強度，而有助於調整照明系統後續成像的色彩均勻度，詳細說明如下。

圖10是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。請參照圖10，本發明另一實施例之的照明系統200f，本實施例的照明系統200f與前述實施例的照明系統200類似，主差異在於照明系統200f更包括第三色光源290。具體而言，第三色光源290與至少一反射元件250配置於分色元件220b的同一側，第三色光源290用於提供第三色光束B3，穿過分色元件220b而傳遞至聚光元件260，其中分色元件220b可讓第一色光束B1與第三色光束B3穿透，讓第二色光束B2反射。另一實施例中，第二色光束B2具有第一波長範圍與第二波長範圍，第一波長範圍與第三色光束B3的波長範圍重疊，分色元件220b用於反射第二色光束之第二波長範圍的光束B22，而使第二色光束之第一波長範圍的光束B21穿過而傳遞至至少一反射元件250，並被至少一反射元件250反射回分色元件220b，以穿過分色元件220b而傳遞至聚光元件260。而第一色光束的第二部分B12的傳遞路徑類似於圖1，於此不再重述。而可使第一色光束的第二部分B12、第二色光束B2與第三色光束B3形成照明光束B57。如此，藉由第三光源290提供之第三色光束B3，來補充第二色光束之部分波長範圍的光強度，而有助於調整照明系統後續成像的色彩均勻度。此外，本實施例的第三色光束B3與第一波長範圍的光束B21為紅光光束，第二色光束B2為黃光光束，而第二波長範圍的光束B22為綠光光束，第一色光束B1為藍光光束，但不以此為限。

另一方面，雖然圖10之照明系統200f是以第三色光源290與分色元件220b的光學設計架構為例，但是在其他實施例中，第三色光源亦可結合至圖8之照明系統的光學設計架構，即分色元件包括了分色部與分光部，而有助於調整照明系統後續成像的色彩均勻度。

舉例而言，如圖11所示，在一實施例中，第三色光源290與至少一反射元件250配置於該分色元件220c的同一側，第三色光源290用於提供第三色光束B3至分光部222c，部分第三色光束B31穿透分光部222c而傳遞至聚光元件260。另一部分第三色光束B32會被分光部222c反射而傳遞至至少一反射元件250，再經由至少一反射元件250的反射使得另一部分第三色光束B32穿過分色部221c反射，進而傳遞至聚光元件260。此外，第一色光束的第二部分B12與圖8的傳遞路徑類似，於此不再重述。如此，以使第一色光束的第二部分B12、第二色光束B2與第三色光束B3形成照明光束B58。此外，在一實施例中，分色元件220c的配置亦可採用類似圖9的設計，而有著類似的補光效果。

此外，回到參考圖2與圖4，上述之照明系統200應用至投影裝置時，若在成像時有第一色光（例如藍光）色點明顯的問題，可藉由改變照明系統200中螢光粉色輪240的設計加以改善。例如，螢光粉轉輪240a更具有光波長轉換層244，配置於反射部242上並覆蓋部分反射部242，光波長轉換層244用於將第一色光束B1的第二部分B12轉換成第四色光束，第四色光束被螢光粉轉輪240a反射至分色元件，並被分色元件反射至聚光元件。具體而言，光波長轉換層244具有螢光粉，而螢光粉為綠色螢光粉，但不以此為限。光波長轉換層244可將穿過第一透鏡組的第一色光束的第二部分的局部轉換為第四色光束，且第一色光束的波長範圍包含了第四色光束的波長範圍。因而有助於改善第一色光（例如藍光）色點明顯的問題。此外，光波長轉換層244例如是薄膜，螢光粉散布於光波長轉換層244中，使第一色光束的第二部分的部分光束仍可被反射回分色元件，而另一部分光束被轉換成第四色光束。

圖12是本發明一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖11，本實施例的投影裝置300包括光閥320、投影鏡頭330及照明系統310。光閥320配置於照明系統310所提供的照明光束Bi的傳遞路徑上，以將照明光束Bi轉換成影像光束Bm，投影鏡頭330配置於影像光束Bm的傳遞路徑上，以將影像光束Bm投影在屏幕（圖未示）上，進而於屏幕上形成影像畫面。而照明系統310可為上述任一實施例之照明系統，如照明系統200、200a、200b、200c、200d、200e、200f或200g。此外，雖然圖12中是以一個光閥320為例，但於其他實施例中，光閥320的數量也可以是多個。另外，本實施例的光閥320例如是一片反射式光閥，如DMD或矽基液晶面板（Liquid Crystal on Silicon Panel, LCoS Panel）。在照明光束Bi的傳遞路徑上可設置一片反射元件311，藉以將照明光束Bi反射至光閥320，但也可透過其他光學元件使照明光束Bi照射在光閥320上。且在其他實施例中，光閥320也可採用穿透式光閥（例如穿透式液晶面板），但搭配的光學元件種類及擺設位置需適當調整。

綜上所述，本發明實施例的照明系統因在第一色光束的傳遞路徑上設有分色元件、第一透鏡組與至少一反射元件，藉由第一透鏡組將激發光源組所提供的第一色光束傳遞到螢光粉轉輪的光波長轉換部及反射部，所以在光波長轉換部所反射的第二色光束，透過分色元件使第二色光束反射至聚光元件，反射部所反射的第一色光束的第二部分反射回分色元件後，透過分色元件傳遞到至少一反射元件，藉由至少一反射元件將第一色光束的第二部分再反射回分色元件傳遞至聚光元件，以做為照明光束。相較於習知技術來說，本發明實施例的照明系統因使用的光學元件較少，所以可簡化複雜光路，並能縮小照明系統及使用此照明系統的投影裝置的體積。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件（element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100、200、200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g、310‧‧‧照明系統
110‧‧‧雷射光源模組
112‧‧‧藍光光束
113‧‧‧綠光光束
114‧‧‧黃光光束
122‧‧‧準直元件
123、124、125、126、127、128、129、2121、2122、231、232‧‧‧透鏡
130‧‧‧分色片
140、240、240a‧‧‧螢光粉轉輪
141‧‧‧背面
150、280、280a‧‧‧濾光色輪
161、162、163、250、251、252、311‧‧‧反射元件
170、270‧‧‧光積分柱
210‧‧‧激發光源組
211‧‧‧激發光源
2111‧‧‧表面
212‧‧‧第二透鏡組
220、220a、220b、220c‧‧‧分色元件
221、221a、221b、221c‧‧‧分色部
222、222a、222b、222c‧‧‧分光部
230‧‧‧第一透鏡組
241‧‧‧光波長轉換部
242‧‧‧反射部
243‧‧‧轉盤
244‧‧‧光波長轉換層
260‧‧‧聚光元件
281‧‧‧濾光部
282‧‧‧透光部
283‧‧‧微稜鏡結構
290‧‧‧第三色光源
300‧‧‧投影裝置
320‧‧‧光閥
330‧‧‧投影鏡頭
A1‧‧‧第一光軸
A2‧‧‧第二光軸
A3‧‧‧光軸
B1、B11、B12‧‧‧第一色光束
B2、B21、B22‧‧‧第二色光束
B3、B31、B32‧‧‧第三色光束
B51、B52、B53、B54、B55、B56、B57、B58、Bi‧‧‧照明光束
Bm‧‧‧影像光束
D1、D2‧‧‧距離
N1、N2‧‧‧中心軸
O‧‧‧中心位置

圖1是習知之一種使用雷射光源的照明系統的示意圖。圖2是本發明之一實施例之照明系統的示意圖。圖3是圖2之螢光粉轉輪的正視示意圖。圖4是本發明之另一實施例之照明系統的螢光粉轉輪的側視示意圖。圖5是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖6是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖7是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖8是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖9是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖10是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖11是本發明之另一實施例之照明系統的示意圖。圖12是本發明之一實施例之投影裝置的示意圖。

Claims

一種照明系統，包括：一激發光源組，具有一第一光軸，該激發光源組用於提供一第一色光束；一分色元件，配置於該第一色光束的傳遞路徑上，該分色元件用於使該第一色光束穿過；一第一透鏡組，配置於該分色元件之遠離該激發光源組的一側，並用於使穿過該分色元件的該第一色光束穿過，該第一透鏡組具有一第二光軸，其中該第二光軸與該第一光軸彼此不共軸；一螢光粉轉輪，配置於該第一透鏡組之遠離該分色元件一側，該螢光粉轉輪具有一光波長轉換部及一反射部，該光波長轉換部用於將穿過該第一透鏡組的該第一色光束的一第一部分轉換成一第二色光束並將該第二色光束反射回該分色元件，該反射部用於將穿過該第一透鏡組的該第一色光束的一第二部分反射回該分色元件，該分色元件用於反射該第二色光束並使該第一色光束的該第二部分穿過；至少一反射元件，配置於該分色元件之鄰近該激發光源組的一側，並與該分色元件相隔一距離，該至少一反射元件用於反射穿過該分色元件的該第一色光束的該第二部分，以使該第一色光束的該第二部分再次穿過該分色元件；以及一聚光元件，配置於該分色元件之鄰近該第一透鏡組的一側，該聚光元件用於使被該至少一反射元件反射的該第一色光束的該第二部分與被該分色元件反射的該第二色光束穿過。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該激發光源組包括一激發光源與一第二透鏡組，該激發光源之朝向該第二透鏡組的一表面具有一中心軸，該第二透鏡組具有該第一光軸，而該中心軸與該第一光軸彼此共軸。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該激發光源組包括一激發光源與一第二透鏡組，該激發光源之朝向該第二透鏡組的一表面具有一中心軸，該第二透鏡組具有該第一光軸，而該中心軸與該第一光軸彼此不共軸。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該分色元件為一分色鏡，來自該激發光源組的該第一色光束及從該螢光粉轉輪反射的該第二色光束及該第一色光束的該第二部分都傳遞至該分色元件，該分色元件用於使該第一色光束穿過，並使該第二色光束反射。
如申請專利範圍第4項所述之照明系統，更包括一第三色光源，該第三色光源與該至少一反射元件配置於該分色元件的同一側，該第三色光源用於提供一第三色光束，穿過該分色元件而傳遞至該聚光元件。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該分色元件具有一分色部與一分光部，該分色部與該分光部彼此相鄰，該分色部位於來自該激發光源組的該第一色光束的傳遞路徑上，該分光部位於從該螢光粉轉輪反射的該第一色光束的該第二部分的傳遞路徑上，該第二色光束被該螢光粉轉輪反射至該分色部與該分光部，該分色部用於使該第一色光束穿過，並使該第二色光束反射，該分光部用於使該第一色光束的該第二部分穿透且傳遞至該至少一反射元件，而該分光部用於使該第二色光束反射而傳遞至該聚光元件。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，更包括一第三色光源，且該分色元件具有一分色部與一分光部，該分色部與該分光部彼此相鄰，該分色部位於來自該激發光源組的該第一色光束的傳遞路徑上，該分光部位於從該螢光粉轉輪反射的該第一色光束的該第二部分的傳遞路徑上，該第三色光源與該至少一反射元件配置於該分色元件的同一側，該第三色光源用於提供一第三色光束至該分光部，部分該第三色光束穿透該分光部而傳遞至該聚光元件。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該至少一反射元件具有二個反射鏡，該些反射鏡依序反射穿過該分色元件的該第一色光束的該第二部分。
如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該螢光粉轉輪更具有一光波長轉換層，配置於該反射部上並覆蓋部分該反射部，該光波長轉換層用於將該第一色光束的該第二部分的局部轉換成一第四色光束，該第四色光束被該螢光粉轉輪反射至該分色元件，並被該分色元件反射至該聚光元件。
如申請專利範圍第1項所述的照明系統，其中該照明系統更包括一光積分柱及一濾光色輪，該濾光色輪配置於該光積分柱與該聚光元件之間。
如申請專利範圍第10項所述的照明系統，其中該光積分柱的一中心軸與該聚光元件的一光軸彼此共軸，該至少一反射元件的幾何中心位於該光積分柱的該中心軸的延伸線上。
如申請專利範圍第11項所述的照明系統，其中該濾光色輪具有至少一濾光部及一透光部，該至少一濾光部提供該第二色光束穿透，而該透光部提供該第一色光束的該第二部分穿透，且該透光部設有一微稜鏡結構，以折射該第一色光束的該第二部分。
一種投影裝置，包括：一如申請專利範圍第1～12項任一項所述之照明系統，該照明系統用於提供一照明光束；一光閥，配置於該照明系統所提供的該照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換成一影像光束；以及一投影鏡頭，配置於該影像光束的傳遞路徑上。