CN113589635B

CN113589635B - 照明系统及投影装置

Info

Publication number: CN113589635B
Application number: CN202010361226.XA
Authority: CN
Inventors: 林钧尉; 黄勤文
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: US11333963B2; EP3904958A1; CN113589635A; CN116047849A; US20210341824A1; EP3904958B1

Abstract

本发明涉及一种照明系统和投影装置。照明系统包括光源装置、匀光元件以及极化元件。光源装置用于提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束。匀光元件配置于第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束的传递路径上，用于将第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束形成照明光束。极化元件配置于第一光束以及第一补偿光束的传递路径上，且位于光源装置与匀光元件之间。第一光束以及第一补偿光束传递通过极化元件而使第一光束以及第一补偿光束的偏振状态改变为相同于第二光束与第三光束的偏振状态。本发明的照明系统和投影装置通过统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。

Description

照明系统及投影装置

技术领域

本发明涉及一种光学系统及电子装置，且特别涉及一种照明系统及投影装置。

背景技术

投影装置为一种用以产生大尺寸画面的显示设备，随着科学技术的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：屏幕或墙面上)，以形成投影画面。

此外，照明系统也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，一路从超高效能灯泡(Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laser diode，LD)光源。在目前的光学系统中，多个不同波长的激光二极管可进一步模块化为多芯片激光(multi-chip laser，MCL)模块。因此可进一步缩小投影机的光机体积。然而，由于常规的镀膜工艺没办法达成S偏振方向的穿透率与P偏振方向的穿透率一致，故必然有其中一个偏振方向的穿透率较高，将造成多芯片激光模块中偏振状态彼此不同的红光或蓝、绿光的其中之一亮度较低。因此，在目前使用多芯片激光模块的光学系统中，容易有红光或蓝、绿光的其中之一亮度较低，以及成色均匀度不佳的问题。

“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普通技术人员所知道的常规技术。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普通技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种照明系统及投影装置，可提高成色均匀度。

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。

为达成上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明提供一种照明系统，包括光源装置、匀光元件以及极化元件。光源装置为多色激光模块，用以提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束。匀光元件配置于第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束的传递路径上，用以将第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束形成照明光束。极化元件配置于第一光束以及第一补偿光束的传递路径上，且位于光源装置与匀光元件之间。其中，第一光束与第一补偿光束的偏振状态相同，第二光束与第三光束的偏振状态相同且不同于尚未通过极化元件前的第一光束与第一补偿光束的偏振状态。第一光束以及第一补偿光束传递通过极化元件而使第一光束以及第一补偿光束的偏振状态改变为相同于第二光束与第三光束的偏振状态。

为达成上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影装置，包括照明系统、至少一个光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。照明系统包括光源装置、匀光元件以及极化元件。光源装置为多色激光模块，用以提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束。匀光元件配置于第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束的传递路径上，用以将第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束形成照明光束。极化元件配置于第一光束以及第一补偿光束的传递路径上，且位于光源装置与匀光元件之间。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换为影像光束。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。其中，第一光束与第一补偿光束的偏振状态相同，第二光束与第三光束的偏振状态相同且不同于尚未通过极化元件前的第一光束与第一补偿光束的偏振状态。第一光束以及第一补偿光束传递通过极化元件而使第一光束以及第一补偿光束的偏振状态改变为相同于第二光束与第三光束的偏振状态。

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。在本发明的照明系统及投影装置中，光源装置提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束，且极化元件配置于第一光束以及第一补偿光束，以使第一光束以及第一补偿光束传递通过极化元件而改变第一光束以及第一补偿光束的偏振状态为相同于第二光束与第三光束的偏振状态。因此，第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束传递进入匀光元件时的偏振状态皆相同。如此一来，可统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。

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为本发明一实施例的投影装置的示意图。

图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。

图3为本发明另一实施例的照明系统的示意图。

图4为本发明另一实施例的照明系统的示意图。

附图标记说明

10:投影装置

60:光阀

70:投影镜头

100,100A,100B:照明系统

110:光源装置

112:第一激光光源

114:第二激光光源

116:第三激光光源

118:第一补偿激光光源

120:匀光元件

130,130A:极化元件

140,140A:导光装置

142:反射元件

144:分光元件

144A:第一分光元件

144B:第二分光元件

146:半反射元件

150:扩散装置

160:聚光元件

170:透镜

L1:第一光束

L2:第二光束

L3:第三光束

L4:第一补偿光束

LB:照明光束

LI:影像光束。

具体实施方式

有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的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为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种投影装置10，包括照明系统100、至少一个光阀60以及投影镜头70。照明系统100用以提供照明光束LB。光阀60配置于照明光束LB的传递路径上，用以转换照明光束LB为影像光束LI。投影镜头70配置于影像光束LI的传递路径上，且用以将影像光束LI投射出投影装置10至投影目标(未显示)，例如屏幕或墙面。

光阀60例如是硅基液晶面板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等反射式光调变器。在一些实施例中，光阀60也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本发明对光阀60的型态及其种类并不加以限制。光阀60将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀60的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置10，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。

投影镜头70例如包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，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。在一实施例中，投影镜头70还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀60的影像光束LI投射至投影目标。本发明对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。

图2为本发明一实施例的照明系统的示意图。请参考图1及图2。图2所显示的照明系统100至少可应用于图1所显示的投影装置10中。在本实施例中，照明系统100包括光源装置110、匀光元件120以及极化元件130。具体而言，本实施例中的照明系统100还包括导光装置140、扩散装置150、聚光元件160以及透镜170。

光源装置110用以提供第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4。具体而言，在本实施例中，光源装置110包括第一激光光源112、第二激光光源114、第三激光光源116以及第一补偿激光光源118。第一激光光源112用以提供第一光束L1，第二激光光源114用以提供第二光束L2，第三激光光源116用以提供第三光束L3，以及第一补偿激光光源118用以提供第一补偿光束L4。第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4以相同方向由光源装置110传递出射。

举例而言，在本实施例中，光源装置110为多色激光(multi-color laser，MCL)模块，第一激光光源112为红光激光二极管，第二激光光源114为蓝光激光二极管，第三激光光源116为绿光激光二极管，且第一补偿激光光源118为红光激光二极管，但本发明并不限于此。故第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3及第一补偿光束L4分别为红光、蓝光、绿光、红光。

在本实施例中，第一光束L1与第一补偿光束L4的偏振状态相同，第二光束L2与第三光束L3的偏振状态相同且不同于第一光束L1与第一补偿光束L4的偏振状态。举例而言，第一光束L1与第一补偿光束L4的偏振状态皆为P极化线性偏振(或称P偏振)，第二光束L2与第三光束L3的偏振状态皆为S极化线性偏振(或称S偏振)。

匀光元件120配置于第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4的传递路径上，用以将第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4形成照明光束LB。匀光元件120用于调整光束的光斑形状，以使光束的光斑形状能配合光阀60之工作区的形状(例如：矩形)，且使光斑各处具有一致或接近的光强度，均匀光束的光强度。在本实施例中，匀光元件120例如是积分柱，但在其他实施例中，匀光元件120也可以是其它适当型态的光学元件，例如透镜阵列(复眼透镜，fly eye lens array)，本发明不限于此。

导光装置140配置于第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4的传递路径上，用以导引第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3及第一补偿光束L4。在本实施例中，导光装置140包括反射元件142、分光元件144以及半反射元件146。反射元件142配置于第一光束L1以及第一补偿光束L4的传递路径上，用以分别反射第一光束L1以及第一补偿光束L4至不同的传递路径上。分光元件144配置于第二光束L2的传递路径上，分光元件144例如为反射蓝光分光镜(Dichroic Mirror with Blue reflection，DMB)，用以反射第二光束L2且让第一光束L1通过。半反射元件146配置于第三光束L3的传递路径上，半反射元件146例如为蓝绿光半反射镜(Half Mirror with Green and Blue，HMGB)，用以反射一部份的第二光束L2以及一部份的第三光束L3，且让另外一部份的第二光束L2以及另外一部份的第三光束L3通过。例如，反射50％的第二光束L2以及50％的第三光束L3，且让另外50％的第二光束L2以及另外50％的第三光束L3通过。

扩散装置150配置于第二光束L2以及第三光束L3的传递路径上，用以扩散化第二光束L2以及第三光束L3。扩散装置150例如是扩散器或具有扩散片的旋转动轮，本发明并不限于此。

极化元件130用以改变光束的偏振状态。极化元件130配置于第一光束L1以及第一补偿光束L4的传递路径上，且位于光源装置110与匀光元件120之间。具体而言，在本实施例中，极化元件130配置于光源装置110与导光装置140之间，如图2所显示。在本实施例中，极化元件130包括二分之一波片，且仅配置于第一光束L1以及第一补偿光束L4的传递路径上。换句话说，第二光束L2及第三光束L3不传递通过极化元件130。

因此，当第一光束L1以及第一补偿光束L4传递通过极化元件130后，P偏振的第一光束L1以及P偏振的第一补偿光束L4将通过极化元件130转化为S偏振的第一光束L1以及S偏振的第一补偿光束L4。换句话说，第一光束L1以及第一补偿光束L4传递通过极化元件130而使第一光束L1和第一补偿光束L4的偏振状态改变为相同于第二光束L2与第三光束L3的偏振状态。又换句话说，第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4传递进入匀光元件120时的偏振状态皆相同(即皆为S偏振)。如此一来，可统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。

此外，另值得一提的是，本实施例将P偏振光束转化为S偏振光束相较于将S偏振光束转化为P偏振光束还可具有优点。详细而言，极化元件130中的二分之一波片对于光束具有一定的吸收程度。由于照明系统100中的主要亮度是由作为绿光的第三光束L3所提供，因此若将极化元件130用以转换第一光束L1及第一补偿光束L4的偏振状态而避免转换第三光束L3的偏振状态，将使得照明系统100具有较佳的亮度，可维持良好的光学效果。

在另一实施例中，上述的极化元件130可以扭曲向列(Twisted Nematic，TN)液晶装置替代二分之一波片，用以将P偏振的第一光束L1以及P偏振的第一补偿光束L4转化为S偏振的第一光束L1以及S偏振的第一补偿光束L4，但本发明并不限于此。

图3为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参考图3。本实施例的照明系统100A类似于图2的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，极化元件130A包括四分之一波片或去偏振器(depolarizer)，且变更配置于导光装置140与匀光元件120之间。因此，由导光装置140导引的第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4将同时传递通过极化元件130A。换句话说，使第二光束L2及第三光束L3传递通过极化元件130A而改变偏振状态。

详细而言，当极化元件130A为四分之一波片时，P偏振的第一光束L1、S偏振的第二光束L2、S偏振的第三光束L3以及P偏振的第一补偿光束L4传递通过极化元件130A以转化为圆偏振的第一光束L1、圆偏振的第二光束L2、圆偏振的第三光束L3以及圆偏振的第一补偿光束L4。因此，第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4传递进入匀光元件120时的偏振状态皆相同(即皆为圆偏振)。另一方面，当极化元件130A为去偏振器时，P偏振的第一光束L1、S偏振的第二光束L2、S偏振的第三光束L3以及P偏振的第一补偿光束L4传递通过极化元件130A以转化为无偏振的第一光束L1、无偏振的第二光束L2、无偏振的第三光束L3以及无偏振的第一补偿光束L4。因此，第一光束L1、第二光束L2、第三光束L3以及第一补偿光束L4传递进入匀光元件120时的偏振状态皆相同(即皆为无偏振)。

如此一来，可统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。在另一实施例中，上述的极化元件130A可以扭曲向列液晶装置替代四分之一波片或去偏振器，以达成相同的效果，本发明亦不限于此。

图4为本发明另一实施例的照明系统的示意图。请参考图4。本实施例的照明系统100B类似于图2的照明系统100。两者不同之处在于，在本实施例中，光源装置110及极化元件130的数量皆为两个，两个光源装置110彼此垂直摆放，且两个极化元件130分别配置于两个光源装置110中第一光束L1以及第一补偿光束L4的传递路径上，如图4所显示。此外，导光装置140A包括第一分光元件144A、第二分光元件144B以及半反射元件146。其中，第一分光元件144A配置在图4中显示于上方的光源装置110所发出的第二光束L2与第三光束L3以及图4中显示于右方的光源装置110所发出的第一光束L1与第一补偿光束L4的传递路径上。第一分光元件144A例如是反射红光分光镜(Dichroic Mirror with Red reflection，DMR)，用以反射第一光束L1与第一补偿光束L4并让第二光束L2与第三光束L3通过。第二分光元件144B配置在图4中显示于上方的光源装置110所发出的第一光束L1与第一补偿光束L4以及图4中显示右方的光源装置110所发出的第二光束L2与第三光束L3的传递路径上。第二分光元件144B例如是反射蓝绿光分光镜(Dichroic Mirror with Blue and Greenreflection，DMBG)，用以反射第二光束L2与第三光束L3并让第一光束L1与第一补偿光束L4通过。

因此，当两个光源装置110的第一光束L1以及第一补偿光束L4分别传递通过两个极化元件130后，两个第一光束L1以及两个第一补偿光束L4皆通过极化元件130由P偏振转化为S偏振，以使得第一光束L1以及第一补偿光束L4的偏振状态相同于第二光束L2与第三光束L3的偏振状态。如此一来，可统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。

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。在本发明的照明系统及投影装置中，光源装置提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束，且极化元件配置于第一光束以及第一补偿光束，以使第一光束以及第一补偿光束传递通过极化元件而改变第一光束和第一补偿光束的偏振状态为相同于第二光束与第三光束的偏振状态。因此，第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束传递进入匀光元件时的偏振状态皆相同。如此一来，可统一所有光束的偏振状态以提升成色均匀度。

以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，所有依本发明专利的权利要求书及发明书内容所作之简单的等效变化与修饰，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的方案不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称题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。

Claims

1.一种照明系统，其特征在于，所述照明系统包括光源装置、匀光元件以及极化元件，其中：

所述光源装置为多色激光模块，用以提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束；

所述匀光元件配置于所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束的传递路径上，用于将所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束形成照明光束；以及

所述极化元件配置于所述第一光束以及所述第一补偿光束的传递路径上，且位于所述光源装置与所述匀光元件之间，

其中所述第一光束与所述第一补偿光束的偏振状态相同，所述第二光束与所述第三光束的偏振状态相同且不同于尚未通过所述极化元件前的所述第一光束与所述第一补偿光束的偏振状态，

其中所述第一光束以及所述第一补偿光束传递通过所述极化元件而使所述第一光束以及所述第一补偿光束的偏振状态改变为相同于所述第二光束与所述第三光束的偏振状态。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束传递进入所述匀光元件时的偏振状态皆相同或皆无偏振。

3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第二光束及所述第三光束不传递通过所述极化元件。

4.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第二光束及所述第三光束传递通过所述极化元件并改变所述第二光束及所述第三光束的偏振状态。

5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束以相同方向由所述光源装置传递出射。

6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述极化元件包括二分之一波片、四分之一波片、去偏振器或扭曲向列液晶装置。

7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括导光装置，用于导引所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束及所述第一补偿光束。

8.根据权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述极化元件配置于所述光源装置与所述导光装置之间。

9.根据权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述极化元件配置于所述导光装置与所述匀光元件之间。

10.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括扩散装置，用以扩散化所述第二光束以及所述第三光束。

11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、至少一个光阀以及投影镜头，其中：

所述照明系统用于提供照明光束，所述照明系统包括光源装置、匀光元件以及极化元件，其中：

所述光源装置为多色激光模块，用于提供第一光束、第二光束、第三光束以及第一补偿光束；

所述匀光元件配置于所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束的传递路径上，用于将所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束形成所述照明光束；以及

所述极化元件配置于所述第一光束以及所述第一补偿光束的传递路径上，且位于所述光源装置与所述匀光元件之间；

所述至少一个光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用于将所述照明光束转换为影像光束；以及

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用于将所述影像光束投射出所述投影装置，

12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束传递进入所述匀光元件时的偏振状态皆相同或皆无偏振。

13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第二光束及所述第三光束不传递通过所述极化元件。

14.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第二光束及所述第三光束传递通过所述极化元件并改变所述第二光束及所述第三光束的偏振状态。

15.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束以及所述第一补偿光束以相同方向由所述光源装置传递出射。

16.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述极化元件包括二分之一波片、四分之一波片、去偏振器或扭曲向列液晶装置。

17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括导光装置，用于导引所述第一光束、所述第二光束、所述第三光束及所述第一补偿光束。

18.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述极化元件配置于所述光源装置与所述导光装置之间。

19.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述极化元件配置于所述导光装置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，所述照明系统还包括扩散装置，用以扩散化所述第二光束以及所述第三光束。