本發(fā)明是有關(guān)于一種光學(xué)系統(tǒng)與顯示裝置，且特別是有關(guān)于一種照明系統(tǒng)以及投影裝置。

背景技術(shù)：

近年來以發(fā)光二極管(light-emittingdiode,led)和激光二極管(laserdiode)等固態(tài)光源為主的投影裝置漸漸在市場(chǎng)上占有一席之地。由于激光二極管具有高的發(fā)光效率，為了突破發(fā)光二極管的光源限制，漸漸發(fā)展了以激光光源激發(fā)熒光粉而產(chǎn)生投影機(jī)所需用的純色光源。此外，激光投影裝置除了可以使用激光光源激發(fā)熒光粉發(fā)光外，也可直接以激光作為投影機(jī)照明光源，并具有因應(yīng)亮度需求而調(diào)整光源數(shù)目的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到各種不同亮度的投影機(jī)需求。因此，采用激光光源的光源系統(tǒng)的投影機(jī)架構(gòu)具有非常大的潛力能夠取代傳統(tǒng)高壓汞燈的方式，而成為新一代主流投影機(jī)的光源。

一種已知的激光投影機(jī)使用激光光源并將其聚焦于熒光粉層上，以產(chǎn)生足夠的輸出熒光強(qiáng)度。然而，半導(dǎo)體激光所形成的光斑近似于橢圓形，且其光強(qiáng)度分布近似于高斯分布(gaussiandistribution)。另一方面，激光激發(fā)熒光粉后所發(fā)出的光束的光斑則是近似于圓形，且其光強(qiáng)度近似于朗伯分布(lambertiandistribution)。當(dāng)激光光束與熒光粉被激發(fā)后所發(fā)出的光束被合光時(shí)，由于光斑形狀不同且光強(qiáng)度分布不同，將導(dǎo)致不均勻的照明，進(jìn)而使激光投影裝置所投影出的影像畫面的色彩不均勻。

為了解決這個(gè)問題，一般而言，會(huì)設(shè)置朗伯?dāng)U散片(lambertiandiffuser)于激光光束的路徑上，并依據(jù)一般光學(xué)架構(gòu)需求，匯聚激光光束于朗伯?dāng)U散片上。朗伯?dāng)U散片將激光光束擴(kuò)開，而使得激光光束光斑形狀、大小以及光強(qiáng)度分布與熒光粉被激發(fā)后所發(fā)出的光束接近，以達(dá)到投影裝置的影像畫面色彩均勻的效果。然而，一般朗伯?dāng)U散片成本十分高昂。另外，由于光強(qiáng)度近似于高斯分布的激光光束所形成的光斑之中央的單位面積光強(qiáng)度較強(qiáng)，因此當(dāng)激光光束直接匯聚在朗伯?dāng)U散片上時(shí)，其能量密度很高，使得朗伯?dāng)U散片有燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。

“背景技術(shù)”段落只是用來幫助了解本

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
，因此在“背景技術(shù)”段落所揭露的內(nèi)容可能包含一些沒有構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的已知技術(shù)。在“背景技術(shù)”段落所揭露的內(nèi)容，不代表該內(nèi)容或者本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例所要解決的問題，在本發(fā)明申請(qǐng)前已被本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉或認(rèn)知。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)，其具有均勻的照明均勻度、低成本與長(zhǎng)的使用壽命。

本發(fā)明提供一種投影裝置，其具有優(yōu)質(zhì)的影像品質(zhì)、低成本與長(zhǎng)的使用壽命。

本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。

為達(dá)上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種照明系統(tǒng)包括第一激光光源、擴(kuò)散片以及光積分柱。第一激光光源適于產(chǎn)生第一激光光束。擴(kuò)散片位于第一激光光束的傳遞路徑上。光積分柱具有入光面以及出光面。擴(kuò)散片位于第一激光光源與光積分柱之間，其中來自擴(kuò)散片的第一激光光束由入光面進(jìn)入光積分柱并由出光面離開光積分柱，且光積分柱用于將第一激光光束轉(zhuǎn)換為照明光束，光積分柱的入光面的面積大于光積分柱的出光面的面積。

為達(dá)上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種投影裝置，包括照明系統(tǒng)、光閥以及投影鏡頭。照明系統(tǒng)包括第一激光光源、擴(kuò)散片以及光積分柱。第一激光光源用于產(chǎn)生第一激光光束。擴(kuò)散片位于第一激光光束的傳遞路徑上。光積分柱具有入光面以及出光面。擴(kuò)散片位于第一激光光源與光積分柱之間，其中來自擴(kuò)散片的第一激光光束由入光面進(jìn)入光積分柱并由出光面離開光積分柱，且光積分柱用于將第一激光光束轉(zhuǎn)換為照明光束。光積分柱的入光面的面積大于光積分柱的出光面的面積。光閥配置于照明光束的傳遞路徑上，且光閥用于將照明光束轉(zhuǎn)換為影像光束。投影鏡頭配置于影像光束的傳遞路徑上。

基于上述，本發(fā)明的實(shí)施例至少具有以下其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或功效。在本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)與投影裝置中，光積分柱具有入光面以及出光面。來自擴(kuò)散片的第一激光光束由入光面進(jìn)入光積分柱并由出光面離開光積分柱，且入光面的面積大于出光面的面積。因此，光積分柱可以將激光光束擴(kuò)開，而使得激光光束光斑大小以及光強(qiáng)度分布受到調(diào)整，并使激光光束光強(qiáng)度分布較為近似朗伯分布(lambertiandistribution)。如此一來，照明系統(tǒng)便可提供較為均勻的照明。此外，照明系統(tǒng)可以采用一般的擴(kuò)散片，且照明系統(tǒng)的激光光束其聚焦面不位于擴(kuò)散片上，使得擴(kuò)散片接收到的能量密度不致過高。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的投影裝置可提供較佳的影像品質(zhì)，且具有較低的成本與較長(zhǎng)的使用壽命。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的投影裝置的架構(gòu)示意圖。

圖2a示出圖1實(shí)施例的投影裝置的照明系統(tǒng)的一部分的架構(gòu)示意圖。

圖2b示出圖2a實(shí)施例的光積分柱的立體示意圖。

圖3a示出圖2a實(shí)施例中第一激光光束的光斑與光積分柱的入光面的剖面示意圖。

圖3b示出圖2a實(shí)施例中光積分柱的出光面處(第二位置)的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)。

圖4a示出本發(fā)明另一實(shí)施例的第一激光光束的光斑與光積分柱的入光面的剖面示意圖。

圖4b示出圖4a實(shí)施例中光積分柱的出光面處的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)。

圖5a示出一比較本發(fā)明實(shí)施例的投影裝置的已知照明系統(tǒng)的一部分的架構(gòu)示意圖。

圖5b示出圖2a實(shí)施例的第一位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)。

圖5c示出圖5a的已知照明系統(tǒng)的第一位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)。

圖5d示出圖2a實(shí)施例的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)。

圖5e示出圖5a的已知照明系統(tǒng)的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)。

圖5f示出圖2a實(shí)施例的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)。

圖5g示出圖5a的已知照明系統(tǒng)的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)。

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考附圖的一優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚地呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。

圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的投影裝置的架構(gòu)示意圖，請(qǐng)參考圖1。在本實(shí)施例中，投影裝置200包括照明系統(tǒng)100、光閥210以及投影鏡頭220。在本實(shí)施例中，光閥210例如是數(shù)位微鏡元件(digitalmicro-mirrordevice,dmd)或硅基液晶面板(liquid-crystal-on-siliconpanel,lcospanel)。然而，在其他實(shí)施例中，光閥210也可以是穿透式液晶面板或其他空間光調(diào)變器，不限于此。

在本實(shí)施例中，照明系統(tǒng)100包括第一激光光源110、擴(kuò)散片120以及光積分柱130。第一激光光源110用以產(chǎn)生第一激光光束l1。具體而言，第一激光光源110為半導(dǎo)體激光光源，例如是激光二極管。舉例而言，第一激光光源110例如可是藍(lán)光激光二極管陣列(bluelaserdiodebank)，而第一激光光束l1則是藍(lán)光激光光束，本發(fā)明不限于此。此外，擴(kuò)散片120位于第一激光光束l1的傳遞路徑上，光積分柱130也位于第一激光光束l1的傳遞路徑上，且擴(kuò)散片120位于第一激光光源110與光積分柱130之間。具體而言，第一激光光束l1通過擴(kuò)散片120后進(jìn)入光積分柱130，而光積分柱130用于將第一激光光束l1轉(zhuǎn)換為照明光束l2。

在本實(shí)施例中，照明系統(tǒng)100還包括第二激光光源140以及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150。第二激光光源140用以產(chǎn)生第二激光光束l3。具體而言，第二激光光源140為類似于第一激光光源110的半導(dǎo)體激光光源，而第二激光光束l3則是藍(lán)光激光光束，也可以是激光二極管陣列。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150位于第二激光光束l3的傳遞路徑上。具體而言，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換輪，例如是磷光粉輪(phosphorwheel)或是熒光粉輪(fluorescencewheel)，但本發(fā)明不限于此。在本實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150包括至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)。此至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)適于運(yùn)動(dòng)，以輪流切入第二激光光束l3的傳遞路徑上。當(dāng)此至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，第二激光光束l3被此至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)轉(zhuǎn)換為至少一轉(zhuǎn)換光束l4。

舉例而言，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150例如是包括紅色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)以及綠色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)。紅色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)以及綠色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)輪流切入第二激光光束l3的傳遞路徑上。當(dāng)紅色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，第二激光光束l3被此紅色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)轉(zhuǎn)換為紅色的轉(zhuǎn)換光束l4。當(dāng)綠色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，第二激光光束l3被此綠色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)轉(zhuǎn)換為綠色的轉(zhuǎn)換光束l4。另外，在本實(shí)施例中，每一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)包括反射板以及配置于反射板上的熒光粉層(未示出)所形成的熒光粉區(qū)。具體而言，這些波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)所包括的熒光粉層與第二激光光束l3的顏色不相同。舉例而言，紅色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)所包括的熒光粉層的顏色例如是紅色，而綠色波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)所包括的熒光粉層的顏色例如是綠色。在其他實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150也可以包括其他顏色的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)，而可以將第二激光光束l3轉(zhuǎn)換為其他顏色的轉(zhuǎn)換光束l4，本發(fā)明并不限于此。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖1，在本實(shí)施例中，照明系統(tǒng)還包括合光單元160，位于至少一轉(zhuǎn)換光束l4的傳遞路徑上以及位于照明光束l2的傳遞路徑上。合光單元160將至少一轉(zhuǎn)換光束l4與照明光束l2合并。具體而言，當(dāng)至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)輪流切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，第二激光光束l3被此至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)分別轉(zhuǎn)換為紅色或綠色的至少一轉(zhuǎn)換光束l4，且此至少一轉(zhuǎn)換光束l4則可被波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150反射。另外，合光單元160位于此至少一轉(zhuǎn)換光束l4的傳遞路徑上。也就是說，此至少一轉(zhuǎn)換光束l4會(huì)被傳遞至合光單元160。

具體而言，合光單元160為分色單元162。分色單元162將此至少一轉(zhuǎn)換光束l4與照明光束l2合并。舉例而言，在本實(shí)施例中，分色單元162(合光單元160)例如可讓藍(lán)色光束穿透，而對(duì)其他顏色(如紅色、綠色、黃色等)的光束提供反射作用。也就是說，分色單元162(合光單元160)可讓照明光束l2穿透，另外，分色單元162反射至少一轉(zhuǎn)換光束l4，而使得經(jīng)分色單元162反射的至少一轉(zhuǎn)換光束l4沿著大體上與照明光束l2相同的傳遞路徑傳遞。在一些實(shí)施例中，合光單元160可以例如是分色鏡或分色棱鏡，而可對(duì)不同顏色的光束提供不同的光學(xué)作用，本發(fā)明并不限于此。此外，在其他實(shí)施例中，合光單元160也為可對(duì)藍(lán)色光束提供反射作用，而讓其他顏色(如紅色、綠色等)的光束穿透的分色鏡或分色棱鏡。此技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者當(dāng)可依據(jù)實(shí)際需求來對(duì)照明光束l2與轉(zhuǎn)換光束l4搭配適當(dāng)?shù)墓饴吩O(shè)計(jì)后，也可使合光單元160達(dá)到類似的合光效果，在此便不再贅述。

在本實(shí)施例中，投影裝置200例如是位于由第一軸x、第二軸y以及第三軸z所建構(gòu)的空間中，其中光積分柱130、擴(kuò)散片120以及第一激光光源110沿著第一軸x的方向依序設(shè)置，且第一軸x沿著水平方向延伸。另外，第三軸z方向垂直于第一軸x方向且沿著垂直方向延伸。第二軸y方向垂直于第一軸x方向也垂直于第三軸z的方向，上述元件之間相對(duì)應(yīng)的設(shè)置僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，但不限于此。具體而言，投影裝置200的照明系統(tǒng)100還包括透鏡171、透鏡172、透鏡173、透鏡174、透鏡175、透鏡176以及透鏡177，且照明系統(tǒng)100還包括反射鏡181。在本實(shí)施例中，透鏡171位于第一激光光源110與擴(kuò)散片120之間，且透鏡171配置于第一激光光源110的傳遞路徑上。另外，透鏡172、透鏡173以及反射鏡181位于照明光束l2的傳遞路徑上，透鏡172、透鏡173以及反射鏡181沿著照明光束l2的傳遞路徑依序地排列，且透鏡172、透鏡173以及反射鏡181位于光積分柱130與合光單元160之間。

在本實(shí)施例中，透鏡174、透鏡175以及透鏡176位于第二激光光束l3的傳遞路徑上，透鏡174、透鏡175以及透鏡176沿著第二激光光束l3的傳遞路徑依序地排列，且透鏡174、透鏡175以及透鏡176位于第二激光光源140與合光單元160之間。此外，透鏡177配置于合光單元160與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150之間，且透鏡177位于轉(zhuǎn)換光束l4的傳遞路徑上。具體而言，第一激光光束l1由第一激光光源110發(fā)出后，通過透鏡171、擴(kuò)散片120而進(jìn)入光積分柱130。接著，光積分柱130將第一激光光束l1轉(zhuǎn)換為照明光束l2。照明光束l2通過透鏡172、透鏡173后在反射鏡181上發(fā)生反射，而射往分色單元162(合光單元160)。同時(shí)，第二激光光束l3由第二激光光源140發(fā)出后，通過透鏡174、透鏡175以及透鏡176之后而射往分色單元162。

在本實(shí)施例中，照明光束l2與第二激光光束l3都可穿透分色單元162。穿透分色單元162的照明光束l2沿著與第三軸z方向平行的方向行進(jìn)，而穿透分色單元162的第二激光光束l3沿著與第一軸x方向平行的方向行進(jìn)。穿透分色單元162的第二激光光束l3通過透鏡177而射向波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150。具體而言，當(dāng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150的至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，第二激光光束l3被此至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)轉(zhuǎn)換為至少一轉(zhuǎn)換光束l4。轉(zhuǎn)換光束l4通過透鏡177而射向分色單元162。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換光束l4在分色單元162上發(fā)生反射而沿著與第三軸z方向平行的方向行進(jìn)。具體而言，穿透分色單元162的照明光束l2沿著大體上與在分色單元162上發(fā)生反射后的轉(zhuǎn)換光束l4相同的傳遞路徑傳遞。

在本實(shí)施例中，照明系統(tǒng)100還包括透鏡178、多個(gè)透鏡179、反射鏡182以及反射鏡183。具體而言，穿透分色單元162的照明光束l2與在分色單元162上發(fā)生反射后的轉(zhuǎn)換光束l4依序通過反射鏡182、透鏡178、反射鏡183以及這些透鏡179傳遞至光閥210。在本實(shí)施例中，透鏡171、透鏡172、透鏡173、透鏡174、透鏡175、透鏡176、透鏡177、透鏡178、透鏡179、反射鏡181、反射鏡182以及反射鏡183作為照明系統(tǒng)100的光傳遞模組，用以將照明光束l2以及轉(zhuǎn)換光束l4傳遞至光閥210。

在本實(shí)施例中，至少一轉(zhuǎn)換光束l4與照明光束l2的顏色彼此不同，因此可被分色單元162反射，并且被傳遞至光閥210。因此，當(dāng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150的至少一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換區(qū)切入第二激光光束l3的傳遞路徑上時(shí)，照射于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件150上的第二激光光束l3便可依序被轉(zhuǎn)換成多種不同顏色，并傳遞至光閥210中。

在本實(shí)施例中，光閥210配置于照明光束l2的傳遞路徑上，且光閥210用以將照明光束l2轉(zhuǎn)換為影像光束l5。具體而言，光閥210既配置于照明光束l2的傳遞路徑上，也配置于至少一轉(zhuǎn)換光束l4的傳遞路徑上。光閥210用于將照明光束l2以及至少一轉(zhuǎn)換光束l4轉(zhuǎn)換為影像光束l5。另外，投影鏡頭220配置于影像光束l5的傳遞路徑上，并用以將影像光束l5投影至一屏幕(未示出)上，以形成影像畫面。由于這些不同顏色的照明光束l2及至少一轉(zhuǎn)換光束l4匯聚在光閥210上后，光閥210依序調(diào)變不同顏色的照明光束l2及轉(zhuǎn)換光束l4，轉(zhuǎn)換成具有不同顏色的影像光束l5傳遞至投影鏡頭220，因此，光閥210所轉(zhuǎn)換出的影像光束l5被投影鏡頭220投影出的影像畫面便能夠成為彩色畫面。

圖2a示出圖1實(shí)施例的投影裝置的照明系統(tǒng)的一部分的架構(gòu)示意圖，請(qǐng)同時(shí)參考圖1以及圖2a。具體而言，圖2a示出投影裝置200的照明系統(tǒng)100的一部分。此外，為了清楚表示第一激光光束l1以及照明光束l2的光路徑，圖2a中的各構(gòu)件大小以及其位置未按照實(shí)際比例示出。在本實(shí)施例中，第一激光光束l1由第一激光光源110發(fā)出后，通過透鏡171而匯聚。接著，通過透鏡171的第一激光光束l1通過擴(kuò)散片120后進(jìn)入光積分柱130，其中第一激光光束l1的匯聚焦點(diǎn)位于光積分柱130內(nèi)而非在擴(kuò)散片120上。具體而言，擴(kuò)散片120與轉(zhuǎn)軸122共同組成擴(kuò)散片輪(diffusingwheel)dw1。照明系統(tǒng)100還包括致動(dòng)器124，連接至擴(kuò)散片120，且用以驅(qū)使擴(kuò)散片120運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器124可以例如是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸122旋轉(zhuǎn)，而驅(qū)使擴(kuò)散片120以旋轉(zhuǎn)的方式運(yùn)動(dòng)。然而在一些實(shí)施例中，致動(dòng)器124也可以驅(qū)使擴(kuò)散片120平移振動(dòng)。在本實(shí)施例中，擴(kuò)散片120可以適度地將第一激光光束l1的光斑形狀擴(kuò)開，并通過擴(kuò)散片120的旋轉(zhuǎn)，減少熱量累積在擴(kuò)散片120上。此外，由于致動(dòng)器124驅(qū)使擴(kuò)散片120運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散片120可以消除第一激光光束l1的散斑(speckle)。另外，在一些實(shí)施例中，可以選擇擴(kuò)開第一激光光束l1的擴(kuò)散半角的半峰半寬(halfwidthathalfmaximum,hwhm)為3～40度的擴(kuò)散片120。具體而言，可以選擇擴(kuò)開第一激光光束l1的擴(kuò)散半角的半峰半寬為5.5度的擴(kuò)散片120。另外，可以依據(jù)實(shí)際需求，通過選擇不同類型的擴(kuò)散片120，而適度地調(diào)整第一激光光束l1的光斑形狀、大小以及光強(qiáng)度分布，本發(fā)明并不限于此。除此之外，在不同的實(shí)施例中，擴(kuò)散片120可以選擇性地配置于第一激光光束l1的聚焦面所在位置，或者擴(kuò)散片120可以不配置于第一激光光束l1的聚焦面所在位置，本發(fā)明并不限于此。

圖2b示出圖2a實(shí)施例的光積分柱的立體示意圖，請(qǐng)同時(shí)參考圖2a以及圖2b。在本實(shí)施例中，光積分柱130具有入光面132以及出光面134，且入光面132的面積大于出光面134的面積。來自擴(kuò)散片120的第一激光光束l1由入光面132進(jìn)入光積分柱130并由出光面134離開光積分柱130。具體而言，入光面132以及出光面134的形狀為矩形，例如是長(zhǎng)方形或者是正方形。在本實(shí)施例中，入光面132以及出光面134的形狀為正方形。然而在一些實(shí)施例中，入光面132以及出光面134的形狀也可以是圓形、橢圓形、六角形或不規(guī)則形，本發(fā)明并不限于此。

在本實(shí)施例中，入光面132具有第一入光邊132a以及與第一入光邊132a垂直的第二入光邊132b。另外，出光面134具有第一出光邊134a以及與第一出光邊134a垂直的第二出光邊134b。具體而言，第一入光邊132a與第一出光邊134a平行。第一入光邊132a的邊長(zhǎng)與第一出光邊132b的邊長(zhǎng)的比值等于第二入光邊134a的邊長(zhǎng)與第二出光邊134b的邊長(zhǎng)的比值。也就是說，入光面132與出光面134的形狀相似。在本實(shí)施例中，第一入光邊132a的邊長(zhǎng)與第一出光邊134a的邊長(zhǎng)的比值落在1.2至3.0的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，第一入光邊132a的邊長(zhǎng)與第一出光邊134a的邊長(zhǎng)的比值例如是2.86。在一些實(shí)施例中，可以依據(jù)實(shí)際需求，設(shè)定第一入光邊132a以及第一出光邊134a適當(dāng)?shù)倪呴L(zhǎng)，本發(fā)明并不限于此。除此之外，光積分柱130可以依據(jù)實(shí)際需求而選擇實(shí)心或者是空心的，本發(fā)明也不限于此。

圖3a示出圖2a實(shí)施例中第一激光光束的光斑與光積分柱的入光面的剖面示意圖，請(qǐng)同時(shí)參考圖2a、圖2b以及圖3a。一般而言，當(dāng)?shù)谝患す夤馐鴏1從第一激光光源110的發(fā)光面離開時(shí)，其發(fā)散角會(huì)有快速軸(即第一激光光束l1的長(zhǎng)軸，第一激光光束l1在長(zhǎng)軸方向上的發(fā)散角較大)a1及慢速軸(即第一激光光束l1的短軸，第一激光光束l1在短軸方向上的發(fā)散角較小)a2之別。換言之，第一激光光源110的發(fā)光面發(fā)射出來的光束會(huì)形成一橢圓錐，且第一激光光源110行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s為橢圓形。在本實(shí)施例中，快速軸a1大體上與第三軸z方向平行，而慢速軸a2大體上與第二軸y方向平行。第一激光光束l1的快速軸a1與第一入光邊132a具有夾角，且此夾角大體上落在30度至60度的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，此夾角大體上為45度。在其他實(shí)施例中，快速軸a1與第一入光邊132a的夾角也可以具有其他的角度值，本發(fā)明并不限于此。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖2a，在本實(shí)施例中，第一激光光束l1由入光面132進(jìn)入光積分柱130后，在光積分柱130內(nèi)部發(fā)生多次全反射，并且由出光面134離開光積分柱130。在第一激光光束l1于光積分柱130內(nèi)部傳遞的過程中，光積分柱130使第一激光光束l1均勻化，而使得第一激光光束l1轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)度均勻分散于出光面134的照明光束l2。照明光束l2經(jīng)由出光面134離開光積分柱130，并且通過透鏡172以及透鏡173適度調(diào)整其光形。在本實(shí)施例中，第一激光光束l1由入光面132進(jìn)入光積分柱130時(shí)具有光發(fā)散角θ1，照明光束l2經(jīng)由出光面134離開光積分柱130時(shí)具有光發(fā)散角θ2，而光發(fā)散角θ2的角度值大于光發(fā)散角θ1的角度值。

具體而言，由于入光面132的面積大于出光面134的面積，因此當(dāng)?shù)谝患す夤馐鴏1在光積分柱130內(nèi)部發(fā)生多次反射并且朝向出光面134傳遞時(shí)，隨著反射的次數(shù)增加，第一激光光束l1在光積分柱130發(fā)生反射的反射角度會(huì)逐漸變大，使得第一激光光束l1在光積分柱130傳遞的過程中逐漸擴(kuò)開。也就是說，當(dāng)?shù)谝患す夤馐鴏1轉(zhuǎn)變?yōu)檎彰鞴馐鴏2并且從出光面134發(fā)出后，其不僅光強(qiáng)度分布受到調(diào)整，其光斑的大小也受到調(diào)整。具體而言，照明光束l2具備適當(dāng)?shù)墓獍咝螤钜约肮獍叽笮?，且照明光束l2也具備適當(dāng)?shù)墓鈴?qiáng)度分布，例如是近似于朗伯分布(lambertiandistribution)的光強(qiáng)度分布。另外，由于第一激光光束l1的快速軸a1與第一入光邊132a具有夾角，因此光積分柱130可以對(duì)第一激光光束l1的光發(fā)散程度在快速軸a1與慢速軸a2方向產(chǎn)生不同的擴(kuò)開效果。具體而言，當(dāng)快速軸a1與第一入光邊132a的夾角例如是45度時(shí)，第一激光光束l1(照明光束l2)行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s會(huì)變得較為接近圓形，且第一激光光束l1(照明光束l2)的光強(qiáng)度分布會(huì)較為均勻。

在本實(shí)施例中，由于第一激光光束l1經(jīng)光積分柱130調(diào)整而形成的照明光束l2具備適當(dāng)?shù)墓獍咝螤?、光斑大小以及光?qiáng)度分布，例如是朗伯分布，因此照明系統(tǒng)100便可提供較為均勻的照明。此外，當(dāng)合光單元160將照明光束l2與轉(zhuǎn)換光束l4合并時(shí)，照明光束l2的光斑形狀、光斑大小以及光強(qiáng)度分布十分接近于轉(zhuǎn)換光束l4的光斑形狀、光斑大小以及光強(qiáng)度分布。當(dāng)光閥210將照明光束l2與轉(zhuǎn)換光束l4轉(zhuǎn)換為影像光束l5，且影像光束l5經(jīng)由投影鏡頭220投影至屏幕而形成影像畫面時(shí)，影像畫面的色彩較為均勻，使得投影裝置100可提供較佳的影像品質(zhì)。除此之外，由于照明光束l2的光斑形狀、大小以及光強(qiáng)度分布主要系通過光積分柱130調(diào)整，因此照明系統(tǒng)100可以采用一般的擴(kuò)散片120，而不必采用較為昂貴的朗伯?dāng)U散片(lambertiandiffuser)，使得投影裝置100具有較低的成本。另外，由于照明系統(tǒng)100的第一激光光束l1其聚焦面可以不位于擴(kuò)散片120上，因此第一激光光束l1不會(huì)直接匯聚在擴(kuò)散片120上，而使擴(kuò)散片120因其接收到的能量密度過高而燒毀。也就是說，擴(kuò)散片120在使用的過程中不易發(fā)生損壞，而使得投影裝置100具有較長(zhǎng)的使用壽命。

圖3b示出圖2a實(shí)施例中光積分柱的出光面處(第二位置)的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)，請(qǐng)參考圖2a、圖3a以及圖3b。在圖3b中，橫軸標(biāo)示“水平角度”，其單位為度(°)，而縱軸標(biāo)示“垂直角度”，其單位為度(°)。此外，在圖3b中，明度較高的區(qū)域的光強(qiáng)度大于明度較低的區(qū)域的光強(qiáng)度。由圖3b的區(qū)域a可以看出，在本實(shí)施例中，光積分柱130出光面134的位置(即第二位置po2)上，照明光束l2在水平面上各角度的光強(qiáng)度分布以及在垂直面上各角度的光強(qiáng)度分布情形。具體而言，由于第一激光光束l1的快速軸a1與光積分柱130的第一入光邊132a具有夾角，因此照明光束l2的光強(qiáng)度分布均勻。此外，當(dāng)照明光束l2行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s會(huì)變得較為接近圓形。

圖4a示出本發(fā)明另一實(shí)施例的第一激光光束的光斑與光積分柱的入光面的剖面示意圖，請(qǐng)參考圖4a。具體而言，本實(shí)施例系采用如圖1實(shí)施例的投影裝置200以及照明系統(tǒng)100。此外，本實(shí)施例照明系統(tǒng)100的光積分柱類似于圖2a實(shí)施例的光積分柱130。然而，本實(shí)施例的光積分柱其入光面432具有第一入光邊432a以及與第一入光邊432a垂直的第二入光邊432b。具體而言，第一激光光源110的快速軸a1大體上與第三軸z方向平行，而慢速軸a2大體上與第二軸y方向平行。此外，快速軸a1大體上與第二入光邊432b平行，且慢速軸a2大體上與第一入光邊432a平行，但不限于此。在本實(shí)施例中，光積分柱對(duì)第一激光光束l1的光發(fā)散程度在快速軸a1產(chǎn)生的擴(kuò)開效果同等于光積分柱對(duì)第一激光光束l1的光發(fā)散程度在慢速軸a2產(chǎn)生的擴(kuò)開效果。也就是說，當(dāng)本實(shí)施例的第一激光光束l1通過光積分柱并且行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s大體上還是保持橢圓形。

圖4b示出圖4a實(shí)施例中光積分柱的出光面處的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)，請(qǐng)參考圖4a以及圖4b。在圖4b中，橫軸標(biāo)示“水平角度”，其單位為度，而縱軸標(biāo)示“垂直角度”，其單位為度。此外，在圖4b中，明度較高的區(qū)域的光強(qiáng)度大于明度較低的區(qū)域的光強(qiáng)度。由圖4b的區(qū)域b可以看出，在本實(shí)施例中光積分柱的出光面(未示出)上，第一激光光束l1通過光積分柱后所形成的光束，其在水平面上各角度的光強(qiáng)度分布以及在垂直面上各角度的光強(qiáng)度分布情形。具體而言，由于第一激光光束l1的快速軸a1大體上與第二入光邊432b平行，且慢速軸a2大體上與第一入光邊432a平行，因此第一激光光束l1通過光積分柱后所形成的光束行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s大體上還是保持橢圓形。

圖5a示出一比較本發(fā)明實(shí)施例的投影裝置的已知照明系統(tǒng)的一部分的架構(gòu)示意圖，請(qǐng)參考圖5a。具體而言，相較于本案實(shí)施例采用類似于圖1實(shí)施例的投影裝置200以及照明系統(tǒng)100。比較本案實(shí)施例的已知照明系統(tǒng)與圖1實(shí)施例的照明系統(tǒng)100的差異在于圖5a的已知照明系統(tǒng)未配置光積分柱，且第一激光光束l1由第一激光光源110發(fā)出后匯聚于擴(kuò)散片420上，其中擴(kuò)散片420與轉(zhuǎn)軸422共同組成擴(kuò)散片輪dw2。具體而言，擴(kuò)散片420配置于第一激光光束l1的聚焦面所在位置，且擴(kuò)散片420例如是朗伯?dāng)U散片，而可以調(diào)整第一激光光束l1的光斑形狀、大小以及光強(qiáng)度分布，使得第一激光光束l1轉(zhuǎn)變成照明光束l2’。

圖5b示出圖2a實(shí)施例的第一位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)，而圖5c示出圖5a比較本發(fā)明實(shí)施例的已知照明系統(tǒng)第一位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)，請(qǐng)同時(shí)參考圖5b以及圖5c。在圖5b以及圖5c中，橫軸標(biāo)示“水平距離”，其單位為毫米(millimeter,mm)，而縱軸標(biāo)示“垂直距離”，其單位為毫米。此外，在圖5b以及圖5c中，明度較高的區(qū)域的光強(qiáng)度大于明度較低的區(qū)域的光強(qiáng)度。由圖5b可以看出，在圖2a實(shí)施例中光積分柱130入光面132的位置(即第一位置po1)上，第一激光光束l1在水平方向上的光強(qiáng)度分布以及在垂直方向上的光強(qiáng)度分布情形。此外，由圖5c可以看出，對(duì)比在圖5a的已知照明系統(tǒng)中擴(kuò)散片420靠近第一激光光源110一側(cè)(即第一位置po3)上，第一激光光束l1在水平方向上的光強(qiáng)度分布以及在垂直方向上的光強(qiáng)度分布情形。請(qǐng)先參考圖5b，具體而言，由于圖2a實(shí)施例中第一激光光束l1其聚焦面不位于擴(kuò)散片120上，因此在圖5b中可以看出以激光二極管陣列設(shè)置的第一激光光源110，其所發(fā)出的第一激光光束l1所形成的多個(gè)光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域。由于這些光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域并未匯聚在一起，因此這些光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域的能量密度并不會(huì)過高。在本實(shí)施例中，位置p1位于這些光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域中，且位置p1所模擬出的光強(qiáng)度例如是80瓦特(watt,w)/平方毫米(mm²)。

接著，請(qǐng)參考圖5c，具體而言，由于圖5a的已知照明系統(tǒng)中第一激光光束l1其聚焦面位于擴(kuò)散片420上，因此在圖5c中可以看出以激光二極管陣列設(shè)置的第一激光光源110，其所發(fā)出的第一激光光束l1形成的單一光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域。由于激光二極管陣列的能量匯聚在單一區(qū)域，因此此區(qū)域的能量密度較高。在本實(shí)施例中，位置p2位于此光強(qiáng)度較強(qiáng)的區(qū)域中，且位置p2所模擬出的光強(qiáng)度例如是320瓦特/平方毫米。

圖5d示出圖2a實(shí)施例的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)，而圖5e示出圖5a的已知照明系統(tǒng)的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(位置空間)，請(qǐng)同時(shí)參考圖5d以及圖5e。在圖5d以及圖5e中，橫軸標(biāo)示“水平距離”，其單位為毫米，而縱軸標(biāo)示“垂直距離”，其單位為毫米。此外，在圖5d以及圖5e中，明度較高的區(qū)域的光強(qiáng)度大于明度較低的區(qū)域的光強(qiáng)度。由圖5d可以看出，在圖2a實(shí)施例中光積分柱130出光面134的位置(即第二位置po2)上，照明光束l2(即通過光積分柱130之后的第一激光光束l1)在水平方向上的光強(qiáng)度分布以及在垂直方向上的光強(qiáng)度分布情形。此外，由圖5e可以看出，在圖5a的已知照明系統(tǒng)中擴(kuò)散片420遠(yuǎn)離第一激光光源110一側(cè)(即第二位置po4)上，照明光束l2’(即通過擴(kuò)散片420之后的第一激光光束l1)在水平方向上的光強(qiáng)度分布以及在垂直方向上的光強(qiáng)度分布情形。請(qǐng)先參考圖5d，具體而言，在圖2a實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝患す夤馐鴏1通過擴(kuò)散片120而進(jìn)入光積分柱130后，光積分柱130使第一激光光束l1光強(qiáng)度分布較為均勻。在本實(shí)施例中，位置p3位于照明光束l2由出光面134發(fā)出的區(qū)域之中，且位置p3所模擬出的光強(qiáng)度例如是62瓦特/平方毫米。

接著，請(qǐng)參考圖5e，具體而言，由于第一激光光束l1未通過光積分柱130，因此通過擴(kuò)散片420的照明光束l2’(第一激光光束l1)依然保有近似于原本的能量強(qiáng)度。在本實(shí)施例中，位置p4位于照明光束l2’由擴(kuò)散片420遠(yuǎn)離第一激光光源110的一側(cè)發(fā)出的區(qū)域中，且位置p4所模擬出的光強(qiáng)度例如是320瓦特/平方毫米。

圖5f示出圖2a實(shí)施例的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)，而圖5g示出圖5a的已知照明系統(tǒng)的第二位置的光強(qiáng)度分布模擬圖(角度空間)，請(qǐng)同時(shí)參考圖5f以及圖5g。在圖5f以及圖5g中，橫軸標(biāo)示“水平角度”，其單位為度，而縱軸標(biāo)示“垂直角度”，其單位為度。此外，明度較高的區(qū)域的光強(qiáng)度大于明度較低的區(qū)域的光強(qiáng)度。由圖5f的區(qū)域c可以看出，圖2a實(shí)施例中，光積分柱130出光面134的位置(即第二位置po2)上，照明光束l2在水平面上各角度的光強(qiáng)度分布以及在垂直面上各角度的光強(qiáng)度分布情形。另外，由圖5g的區(qū)域d可以看出，圖5a的已知照明系統(tǒng)中，擴(kuò)散片420遠(yuǎn)離第一激光光源110一側(cè)(即第二位置po4)上，照明光束l2’在水平方向上的光強(qiáng)度分布以及在垂直方向上的光強(qiáng)度分布情形。具體而言，由于圖2a實(shí)施例中，投影裝置200的照明系統(tǒng)100具有光積分柱130，且第一激光光束l1的快速軸a1與光積分柱130的第一入光邊132a具有夾角，因此照明光束l2的光強(qiáng)度分布均勻。此外，照明光束l2行進(jìn)一段距離后在一平面上產(chǎn)生的光斑s會(huì)變得較為接近圓形。

值得注意的是，上述圖3b、圖4b、圖5b、圖5c、圖5d、圖5e、圖5f以及圖5g的光強(qiáng)度分布模擬圖僅為本發(fā)明的一些實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在參照本發(fā)明之后，當(dāng)可應(yīng)用本發(fā)明的原則對(duì)其參數(shù)或設(shè)定作適當(dāng)?shù)母鼊?dòng)，以致使其設(shè)定的數(shù)據(jù)改變，然而其仍應(yīng)屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的照明系統(tǒng)與投影裝置中，光積分柱具有入光面以及出光面。來自擴(kuò)散片的第一激光光束由入光面進(jìn)入光積分柱并由出光面離開光積分柱，且入光面的面積大于出光面的面積。因此，光積分柱可以將激光光束擴(kuò)開，而使得激光光束光斑大小以及光強(qiáng)度分布受到調(diào)整，并使激光光束光強(qiáng)度分布較為近似朗伯分布。如此一來，照明系統(tǒng)便可提供較為均勻的照明。此外，照明系統(tǒng)可以采用一般的擴(kuò)散片，且照明系統(tǒng)的激光光束其聚焦面不位于擴(kuò)散片上，使得擴(kuò)散片接收到的能量密度不致過高。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的投影裝置可提供較佳的影像品質(zhì)，且具有較低的成本與較長(zhǎng)的使用壽命。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即所有依本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修改，都仍屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍內(nèi)。另外本發(fā)明的任一實(shí)施例或權(quán)利要求不須實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所揭露的全部目的或優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)。此外，摘要和發(fā)明名稱僅是用來輔助專利文件檢索之用，并非用來限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。此外，本說明書或權(quán)利要求書中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區(qū)別不同實(shí)施例或范圍，而并非用來限制元件數(shù)量上的上限或下限。

附圖標(biāo)記說明

100：照明系統(tǒng)

110：第一激光光源

120、420：擴(kuò)散片

122、422：轉(zhuǎn)軸

124：致動(dòng)器

130：光積分柱

132、432：入光面

132a、432a：第一入光邊

132b、432b：第二入光邊

134：出光面

134a：第一出光邊

134b：第二出光邊

140：第二激光光源

150：波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件

160：合光單元

162：分色單元

171、172、173、174、175、176、177、178、179：透鏡

181、182、183：反射鏡

200：投影裝置

210：光閥

220：投影鏡頭

a、b、c、d：區(qū)域

a1：快速軸

a2：慢速軸

dw1、dw2：擴(kuò)散片輪

l1：第一激光光束

l2、l2’：照明光束

l3：第二激光光束

l4：轉(zhuǎn)換光束

l5：影像光束

p1、p2、p3、p4：位置

po1、po3：第一位置

po2、po4：第二位置

s：光斑

x：第一軸

y：第二軸

z：第三軸

θ1、θ2：光發(fā)散角