照明系統(tǒng)、投影裝置及照明方法
【專利摘要】一種照明系統(tǒng)、投影裝置與照明方法。照明系統(tǒng)包括偏振光源、偏振方向切換元件、分光元件、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件、反射元件以及波片。偏振光源發(fā)出第一顏色的偏振光束。在偏振光束的傳遞路徑上，偏振方向切換元件在不同的時(shí)間點(diǎn)分別切換偏振光束的偏振方向至第一與第二偏振方向的其中之一。分光元件分離具有不同偏振方向的偏振光束。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件將具有第一偏振方向的偏振光束轉(zhuǎn)成第二顏色的轉(zhuǎn)換光束。反射元件將具有第二偏振方向的偏振光束反射成反射光束。波片配置在分光元件與反射元件之間，并且分光元件將轉(zhuǎn)換光束與來自波片的反射光束合并。
【專利說明】照明系統(tǒng)、投影裝置及照明方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)、投影裝置與照明方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著固態(tài)光源元件技術(shù)的成熟，以及投影裝置微型化的需求，越來越多固態(tài)光源使用于投影裝置內(nèi)作為照明系統(tǒng)的核心元件。固態(tài)光源具有體積小、壽命長(zhǎng)、低耗能與可靠度高等優(yōu)點(diǎn)，因此正逐漸取代傳統(tǒng)的白熾光源。
[0003]常見的固態(tài)光源有發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)與激光器(Laser)。不論是采用發(fā)光二極管光源或者激光器光源，在設(shè)計(jì)投影裝置的照明系統(tǒng)時(shí)，仍須考慮固態(tài)光源在裝置中所占用的空間。
[0004]臺(tái)灣專利第380213號(hào)公開了照明裝置，包括光源、楔形玻璃柱數(shù)組、偏振轉(zhuǎn)換器以及光閥。美國(guó)專利第7445340號(hào)公開了照明裝置，包括發(fā)光二極管光源、背板、集光元件、光管、聚焦光學(xué)7Π件、偏振分光7Π件、反射濾光膜、偏振轉(zhuǎn)換器、聚焦光學(xué)7Π件、光管、突光材料、反射器以及背板。美國(guó)專利第6710921號(hào)則公開了一種偏振裝置以產(chǎn)生偏振光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)化的架構(gòu)，且有助于減少照明系統(tǒng)的體積與成本。
[0006]本發(fā)明提供一種投影裝置，具有簡(jiǎn)化的架構(gòu)，且有助于減少投影裝置的整體體積與成本。
[0007]本發(fā)明提出一種照明方法，以分時(shí)(time-sharing)的方法來達(dá)到對(duì)偏振光束的有效率的利用。
[0008]本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所公開的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。
[0009]為達(dá)到上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種照明系統(tǒng)，包括一偏振光源、一偏振方向切換兀件、一分光兀件、一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件、一反射兀件以及一波片。偏振光源發(fā)出具有一第一顏色的偏振光束，并且偏振方向切換兀件以及分光元件分別配置在偏振光束的傳遞路徑上。偏振方向切換元件在不同的時(shí)間點(diǎn)分別使偏振光束的偏振方向切換成一第一偏振方向與一第二偏振方向的其中之一，而分光兀件分離具有第一偏振方向的偏振光束與具有第二偏振方向的偏振光束。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換7Π件將來自分光7Π件且具有第一偏振方向的偏振光束轉(zhuǎn)成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束，而反射兀件將來自分光兀件且具有第二偏振方向的偏振光束反射成一反射光束。波片配置在具有第二偏振方向的偏振光束與反射光束的傳遞路徑上，且位于分光元件與反射元件之間。此外，分光元件會(huì)將轉(zhuǎn)換光束與來自波片的反射光束合并。
[0010]本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種投影裝置，包括上述的照明系統(tǒng)、一光閥以及一投影鏡頭。上述照明系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換光束與來自波片的反射光束合并成一照明光束，且光閥將照明光束轉(zhuǎn)換成一影像光束。投影鏡頭配置在影像光束的傳遞路徑上。[0011]本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種照明方法，包括下列步驟:提供第一顏色的偏振光束。在不同的時(shí)間點(diǎn)，將偏振光束的偏振方向分別切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一。分離具有第一偏振方向的偏振光束與具有第二偏振方向的偏振光束。將具有第一偏振方向的偏振光束轉(zhuǎn)成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束。將具有第二偏振方向的偏振光束反射成反射光束。合并轉(zhuǎn)換光束以及反射光束以形成照明光束。
[0012]基于上述，在本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)與投影裝置中，利用偏振方向切換元件在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束的偏振方向切換為不同的偏振方向，利用分光元件將不同偏振方向的偏振光束分光，并利用反射兀件將具有第二偏振方向的偏振光束反射回分光兀件以用于合光。因此，照明系統(tǒng)與投影裝置的架構(gòu)可被有效減化，進(jìn)而有效減少照明系統(tǒng)與投影裝置的體積與成本。在本發(fā)明實(shí)施例的照明方法中，在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束的偏振方向分別切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一，因此可利用分時(shí)的方法對(duì)偏振光束作有效率地利用。
[0013]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，并配合附圖作如下詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1A與圖1B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)100的示意圖；
[0015]圖2A與圖2B為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)200的示意圖；
[0016]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的示意圖；
[0017]圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)300的示意圖；
[0018]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所不出的偏振方向切換兀件120與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件140的同步時(shí)序圖；
[0019]圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的投影裝置1000的示意圖；
[0020]圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的照明方法的流程圖。
[0021]【主要元件符號(hào)說明】
[0022]100、200、300:照明系統(tǒng)
[0023]110:偏振光源
[0024]120:偏振方向切換元件
[0025]130,230:分光元件
[0026]230a:偏振分光單元
[0027]230b:分色單元
[0028]140:波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件
[0029]150:反射元件
[0030]160:波片
[0031]370:控制單元
[0032]BP:偏振光束
[0033]BF1DU BPDl ’:具第一偏振方向的偏振光束
[0034]BPD2,BPD2>: 具第二偏振方向的偏振光束
[0035]BT:轉(zhuǎn)換光束[0036]BR:反射光束
[0037]BL:照明光束
[0038]B1:影像光束
[0039]DUDr:第一偏振方向
[0040]D2、D2’:第二偏振方向
[0041]1000:投影裝置
[0042]1100:光閥
[0043]1200:投影鏡頭
[0044]T1、T2、T3、T11、T12:時(shí)間點(diǎn)
【具體實(shí)施方式】
[0045]圖1A與圖1B為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)100的示意圖。參照?qǐng)D1A與圖1Β，照明系統(tǒng)100包括偏振光源110、偏振方向切換元件120、分光元件130、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140、反射元件150與波片160。偏振光源110設(shè)置在照明系統(tǒng)100中，用以發(fā)出具有第一顏色的偏振光束BP,而偏振方向切換兀件120配置在偏振光束BP的傳遞路徑上,并且在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束BP分別切換成第一偏振方向Dl或第二偏振方向D2。在本實(shí)施例中，偏振方向切換元件例如為可切換式波片(Switchable Wave Plate)。在本實(shí)施例中，第一偏振方向Dl與第二偏振方向D2相對(duì)于分光兀件130而言,例如分別為S偏振方向與P偏振方向。更詳細(xì)地來說，圖1A示出具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl的傳遞路徑，而圖1B示出具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2的傳遞路徑。
[0046]舉例而言，偏振光源110可以為激光器光源,且所發(fā)出的偏振光束BP (即激光光束)具有第一偏振方向Dl,而偏振方向切換元件例如為液晶盒(liquid crystal cell)。液晶盒中的液晶分子可被施加電壓而轉(zhuǎn)動(dòng)，或者不被施加電壓而維持在原本的狀態(tài)，進(jìn)而使液晶盒產(chǎn)生二分之一波片的效果，或處于沒有相位延遲作用的透明狀態(tài)。當(dāng)液晶盒處于沒有相位延遲作用的透明狀態(tài)時(shí)，偏振光束BP在通過液晶盒后，其偏振方向仍然維持為第一偏振方向Dl。當(dāng)液晶盒處于具有二分之一波片的效果的狀態(tài)時(shí)，偏振光束BP在通過液晶盒后，其偏振方向從原本的第一偏振方向Dl轉(zhuǎn)變成第二偏振方向D2。然而,在其它實(shí)施例中，偏振光源110所發(fā)出的偏振光束BP也可以是具有第二偏振方向D2，而偏振方向切換元件例如為可切換式波片，在處于無相位延遲作用的狀態(tài)時(shí)，讓偏振光束BP通過并保持其偏振方向?yàn)榈诙穹较駾2,且在處于具有二分之一波片的效果的狀態(tài)時(shí),將偏振光束BP的偏振方向從第一偏振方向Dl轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙穹较駾2?；蛘?偏振光源110所發(fā)出的偏振光束BP的偏振方向也可以不同于第一偏振方向Dl及第二偏振方向D2，而可切換式波片則適于切換至不同的相位延遲狀態(tài)，以使偏振光束BP的偏振方向分別切換至第一偏振方向Dl與第二偏振方向D2。
[0047]參考圖1A所不，當(dāng)偏振光源110所發(fā)出的具有第一偏振方向Dl的偏振光束BP并通過偏振方向切換元件120時(shí)，因偏振方向切換元件120處于沒有相位延遲作用的透明狀態(tài)，故仍為具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPD1。反之,如圖1B所不,若偏振光源110所發(fā)出的偏振光束BP具有第一偏振方向Dl,但是偏振方向切換兀件120將偏振光束BP切換至第二偏振方向D2時(shí)，則偏振光束BP經(jīng)過偏振方向切換元件120的切換，而成為具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2。
[0048]分光元件130則配置在偏振光束Bro1、BPD2的傳遞路徑上，且用以分離具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl與具有第二偏振方向D2的偏振光束BTO2。在此實(shí)施例中，分光兀件130可以為偏振分光片或偏振分光棱鏡，以分離具有不同偏振方向的偏振光束。分光元件130反射具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPD1，而讓具有第二偏振方向D2的偏振光束D2通過，由此分離具有不同偏振方向的偏振光束。
[0049]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140將來自分光元件130且具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl轉(zhuǎn)成具第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT，而反射元件150將來自分光元件130且具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2反射成反射光束BR。具體來說，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140配置在偏振光束BPDl的傳遞路徑上，而反射元件150配置在偏振光束BPD2傳遞路徑上。波片160設(shè)置在第二偏振方向D2的偏振光束BPD2與反射光束BR的傳遞路徑上,且位于分光兀件130與反射兀件150之間。轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR可分別沿偏振光束BPDl與BPD2的傳遞路徑，反方向地傳遞回分光元件130，而由分光元件130將轉(zhuǎn)換光束BT與來自波片160的反射光束BR
I=I TT O
[0050]關(guān)于偏振光束BPDl與BPD2的詳細(xì)傳遞路徑與相關(guān)元件的作用，詳述如下。在圖1A與圖1B中，分光元件130將來自偏振方向切換元件120且具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl反射至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，并且讓來自偏振方向切換元件120且具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2穿透而傳遞至波片160。
[0051]請(qǐng)參照?qǐng)D1A，當(dāng)具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl傳遞至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，偏振光束BPDl經(jīng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140轉(zhuǎn)換成不具特定偏振方向且為第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT。舉例而言，于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的表面上可以涂布熒光材質(zhì)。當(dāng)偏振光束BPDl傳遞至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件140的表面時(shí),突光材質(zhì)受偏振光束BPDl的激發(fā)而產(chǎn)生具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT，且轉(zhuǎn)換光束BT不具特定偏振方向。轉(zhuǎn)換光束BT沿偏振光束BPDl的傳遞路徑，反向地傳遞至分光元件130，在本實(shí)施例中，分光元件130可僅對(duì)具有第一顏色(如藍(lán)色)的偏振光束BPDl與BPD2產(chǎn)生偏振分光效果，但對(duì)具有第二顏色(例如為紅色、綠色或其它顏色)的轉(zhuǎn)換光束BT則不產(chǎn)生偏振分光效果,如藍(lán)色偏振分光鏡(Blue Polarization BeamSplitter)。如此,則當(dāng)?shù)诙伾D(zhuǎn)換光束BT回傳至分光元件130時(shí),便能夠穿透分光元件130，而不至于因偏振分光效果降低其亮度。
[0052]請(qǐng)參照?qǐng)D1B，當(dāng)具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2傳遞至反射元件150時(shí)，偏振光束BPD2會(huì)通過位于反射元件150與分光元件130之間的波片160。接著，偏振光束BPD2經(jīng)反射元件150反射成反射光束BR，反射光束BR會(huì)再次通過波片160。在本實(shí)施例中，波片160可以選擇為四分之一波片。通過波片160，沿偏振光束BPD2的傳遞路徑，反向地傳遞回分光兀件130的反射光束BR可具有第一偏振方向Dl,使得反射光束BR如同圖1B所示，被分光元件130反射而無法通過分光元件130。此時(shí)反射光束BR仍為第一顏色。
[0053]如同上述，轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR傳遞至分光元件130，而分光元件130將轉(zhuǎn)換光束BT與來自波片160的反射光束BR合并。分光元件130合并第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT與第一顏色的反射光束BR可形成照明光束。值得注意的是，此處所指的合并，是將在不同時(shí)間點(diǎn)所形成的轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR視為同一組光束。由于偏振方向切換兀件120在切換偏振光束BP的偏振方向時(shí)，是具有時(shí)序性地在切換，故形成轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR的時(shí)間點(diǎn)隨著時(shí)間的演進(jìn)而交替發(fā)生，因此照明光束中的轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR也交替地離開分光元件130。
[0054]圖2A與圖2B為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)200的示意圖。圖2A示出具有第一偏振方向D1’的偏振光束BPD1’的傳遞路徑，而圖2B示出具有第二偏振方向D2’的偏振光束BTO2’的傳遞路徑。在圖2A與圖2B中，偏振光束BP的偏振方向在不同的時(shí)間點(diǎn)分別切換至第一偏振方向D1’與第二偏振方向D2’，然而本實(shí)施例的第一偏振方向D1’與第二偏振方向D2’相對(duì)于分光兀件230而言分別為P偏振方向與S偏振方向。此外，分光元件230包含偏振分光單元230a與分色單元230b。偏振分光單元230a如同前一實(shí)施例可以為偏振分光片，在本實(shí)施中會(huì)讓具有第一偏振方向D1’(P偏振方向)的偏振光束BPD1’穿透而傳遞至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，且將具有第二偏振方向D2’(S偏振方向)的偏振光束BPD2’反射至波片160。偏振光束BPD2’經(jīng)過波片傳遞至反射元件150，經(jīng)反射元件150反射成反射光束BR,且在一次經(jīng)過波片160后，形成具有第一偏振方向D1’(P偏振方向)的反射光束BR，以穿透偏振分光單元230a。
[0055]分色單元230b則用以讓來自偏振光源110且具有第一顏色的偏振光束BPD1’穿透并傳遞至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，且反射來自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140且具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT0在本實(shí)施例中，分色單元230b例如為分色鏡(dichroic mirror),其可反射第二顏色的光，且讓第一顏色的光穿透。如此一來，分光元件230便可以合并轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR。其余元件配置與照明系統(tǒng)的運(yùn)作，請(qǐng)參照?qǐng)D1A與圖1B的實(shí)施例，在此不再贅述。
[0056]從前述實(shí)施例可以得知，本發(fā)明所提供的照明系統(tǒng)100與200利用偏振方向切換兀件120在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束BP的偏振方向切換為不同的偏振方向，且利用分光兀件130與230將不同偏振方向的偏振光束分光,并利用反射兀件150將具有第二偏振方向D2與D2’的偏振光束BPD2與BPD2’反射回分光元件130與230，用于合光。因此，照明系統(tǒng)100與200的架構(gòu)可被有效減化，進(jìn)而有效減少照明系統(tǒng)100與200的體積與成本。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的示意圖。參照?qǐng)D3，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140包括多個(gè)不同顏色的熒光反射部Pl與P2。在使用上，當(dāng)熒光反射部Pl與P2輪流切入具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl的傳遞路徑上時(shí)，如區(qū)塊SI，熒光反射部Pl與P2分別將具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl轉(zhuǎn)換成分別具有多個(gè)不同子顏色(sub-color)的多個(gè)子轉(zhuǎn)換光束，且多個(gè)子顏色混合成第二顏色，而子轉(zhuǎn)換光束混合成轉(zhuǎn)換光束BT。
[0057]舉例來說，第一顏色的偏振光束BPDl為藍(lán)色偏振光束時(shí),若照明系統(tǒng)需要白色光束，則波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140在設(shè)計(jì)上需要能提供第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT，即黃色轉(zhuǎn)換光束BT，來與由偏振光束BPD2轉(zhuǎn)換而來的藍(lán)色反射光束BR合并形成白色光束。因此，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的熒光反射部Pl可涂布產(chǎn)生紅色光束的熒光材質(zhì)，而熒光反射部P2可涂布產(chǎn)生綠色光束的熒光材質(zhì)。在一實(shí)施例中，由于人眼對(duì)綠色較為敏感，因此可將熒光反射部P2面積設(shè)計(jì)為大于熒光反射部Pl的面積。熒光反射部Pl與P2輪流切入?yún)^(qū)塊SI以受偏振光束BPDl激發(fā)，而分別將偏振光束BPDl轉(zhuǎn)換成紅色與綠色的子轉(zhuǎn)換光束。紅色子轉(zhuǎn)換光束與綠色子轉(zhuǎn)換光束更進(jìn)一步混合成黃色轉(zhuǎn)換光束BT，并提供給照明系統(tǒng)100使用。
[0058]在設(shè)計(jì)上，前述實(shí)施例所提供的照明系統(tǒng)100，是利用偏振方向切換元件120在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束BP分別切換至第一偏振方向Dl (S偏振方向)或第二偏振方向D2 (P偏振方向)，而波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140則利用具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl來轉(zhuǎn)換出轉(zhuǎn)換光束BT。
[0059]本發(fā)明又一實(shí)施例中，更提出一種照明系統(tǒng)300具有控制單元370，其用于協(xié)助波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140與偏振方向切換元件120相互配合并同步。圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所示出的照明系統(tǒng)300的示意圖。參照?qǐng)D4與圖3，照明系統(tǒng)300包括控制單元370，使偏振方向切換元件120與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140同步，而其余照明系統(tǒng)的元件配置及相關(guān)功能請(qǐng)參照前述實(shí)施例，在此不再贅述。其中在偏振方向切換元件120使偏振光束BPDl的偏振方向處于第一偏振方向Dl (S偏振方向)的時(shí)間內(nèi)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件140的突光反射部Pl與P2輪流切入具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl的傳遞路徑上(區(qū)塊SI)?？刂茊卧?70電連接至偏振方向切換元件120與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，以協(xié)助兩者同步。在本實(shí)施例中，控制單元370例如為微控制器(microcontroller)或控制電路。
[0060]圖5為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所不出的偏振方向切換兀件120與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件140的同步時(shí)序圖。參照?qǐng)D5，偏振方向切換元件120在不同的時(shí)間點(diǎn)分別將具有第一顏色的偏振光束BP的偏振方向切換成第一偏振方向Dl (S偏振方向)或第二偏振方向D2(P偏振方向)。第一顏色例如為藍(lán)色。以不同時(shí)間區(qū)間，如第一時(shí)間區(qū)間0~Τ1、第二時(shí)間區(qū)間TfT2以及第三時(shí)間區(qū)間T2~T3分別作為一個(gè)周期，在第一時(shí)間區(qū)間0-Τ1內(nèi)，偏振方向切換元件120在第一時(shí)間區(qū)間0-Τ1內(nèi)的子時(shí)間區(qū)間0-Τ12中，會(huì)將偏振光束BP的偏振方向切換至第一偏振方向DI,而在子時(shí)間區(qū)間T12^Τ1中,會(huì)將偏振光束BP的偏振方向切換至第二偏振方向D2。以此類推，偏振方向切換元件120在不同時(shí)間周期中，會(huì)重復(fù)進(jìn)行上述的偏振方向切換行為。
[0061]控制單元370也同時(shí)控制波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的運(yùn)轉(zhuǎn)以將偏振光束BPD2轉(zhuǎn)換成第二顏色的轉(zhuǎn)換光束。以形成白色的照明光束為例，由于前述的第一顏色偏振光束BP為藍(lán)色偏振光束，因此第二顏色的轉(zhuǎn)換光束應(yīng)為黃色轉(zhuǎn)換光束。在此實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的熒光反射部Pl與Ρ2可分別涂布產(chǎn)生紅色光束與綠色光束的熒光材質(zhì)，且熒光反射部Ρ2的面積大于Pl的面積。在第一時(shí)間0-Τ1內(nèi)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140將熒光反射部Pl與Ρ2輪流切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上以轉(zhuǎn)換偏振光束BPDl形成具有不同子顏色的多個(gè)子轉(zhuǎn)換光束。以圖5為例，在子時(shí)間區(qū)間0-Τ11中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140轉(zhuǎn)換偏振光束BPDl形成紅色子轉(zhuǎn)換光束，而在子時(shí)間區(qū)間Tlf Τ12中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140轉(zhuǎn)換偏振光束BPDl形成綠色子轉(zhuǎn)換光束。值得注意的是，縱使在子時(shí)間區(qū)間Τ12~Τ1中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140將熒光反射部Ρ2切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上，但由于此時(shí)偏振方向切換元件120是將偏振光束BP的偏振方向切換至第二偏振方向D2，因此此時(shí)偏振光束BPDl的傳遞路徑上實(shí)質(zhì)上沒有偏振光束BPD1，所以波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140沒有轉(zhuǎn)換偏振光束BPDl以形成子轉(zhuǎn)換光束。所以，在其它實(shí)施例中，在子時(shí)間區(qū)間Τ12~Tl中，也可以是熒光反射部Pl切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上(此時(shí)傳遞路徑上實(shí)質(zhì)上沒有偏振光束BPDl )，或者是熒光反射部Pl與Ρ2輪流切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上，或者此時(shí)是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140的空白區(qū)、透明區(qū)或吸光區(qū)切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上，而沒有任何的熒光反射區(qū)切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上。
[0062]在第一時(shí)間區(qū)間0-Τ1內(nèi)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140在子時(shí)間區(qū)間Olll與子時(shí)間區(qū)間Τ11~Τ12中，分別形成紅色子轉(zhuǎn)換光束與綠色子轉(zhuǎn)換光束，并且混合成黃色的轉(zhuǎn)換光束ΒΤ。在子時(shí)間區(qū)間Τ12~Τ1中，偏振光束BPD2經(jīng)過波片160，并且受到反射元件150的反射而形成反射光束BR，此時(shí)，反射光束BR為藍(lán)色反射光束BR。轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR受分光元件130合并而成為照明光束。如同前述，此處的合并，是將在不同時(shí)間點(diǎn)所形成的轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR視為同一組光束。因此，照明光束在第一時(shí)間區(qū)間0-Τ1內(nèi)，依序分別為紅、綠、藍(lán)三色，并合并為白色的照明光束。以此類推，在第二時(shí)間區(qū)間Tf T2與第三時(shí)間區(qū)間T2~T3甚至是后續(xù)的多個(gè)時(shí)間區(qū)段中，控制單元370維持波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140與偏振方向切換元件120的同步，并重復(fù)前述操作。前述例子以形成白色照明光束為例，若照明系統(tǒng)對(duì)其照明光束的顏色有不同的要求，則可以變動(dòng)相關(guān)元件設(shè)置以達(dá)到對(duì)不同顏色照明光束的需求。
[0063]圖5所示出的時(shí)序同步方法也可應(yīng)用于圖2Α與圖2Β的實(shí)施例，相關(guān)細(xì)節(jié)請(qǐng)參照上述內(nèi)容，在此不再重述。
[0064]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所示出的投影裝置1000的示意圖。投影裝置1000包括前述照明系統(tǒng)100、光閥1100與投影鏡頭1200。照明系統(tǒng)100將轉(zhuǎn)換光束BT與反射光束BR合并以形成照明光束BL。光閥1100位于照明光束BL的傳遞路徑上，并將照明光束BL轉(zhuǎn)換成影像光束BI。投影鏡頭1200配置在影像光束BI的傳遞路徑上，以協(xié)助投影裝置1000投影出所需的影像。其余元件配置，請(qǐng)參照前述實(shí)施例與相關(guān)視圖，在此不再贅述。在本實(shí)施例中，光閥1100例如為數(shù)字微鏡元件(digital micro-mirror device, DMD)或娃基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel)。
[0065]此外，為了增加投影裝置1000所投影出的影像的色域，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140還包括產(chǎn)生紅色光束與產(chǎn)生綠色光束以外的熒光反射部。舉例而言，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140可包括產(chǎn)生紅色光束的熒光反射部、產(chǎn)生綠色光束的熒光反射部及產(chǎn)生黃光束的熒光反射部，這些熒光反射部輪流切入偏振光束BPDl的傳遞路徑上。如此一來，照明系統(tǒng)100便能夠提供由紅光、綠光、藍(lán)光及黃光所混合而成的白色照明光束BL，進(jìn)而增加影像的色域。
[0066]圖7為根據(jù)本發(fā)明`的一實(shí)施例所示出的照明方法的流程圖。參照?qǐng)D7，本實(shí)施例的照明方法可應(yīng)用于上述實(shí)施例的照明系統(tǒng)100、200、300中，而以下以應(yīng)用于照明系統(tǒng)100中為例。本實(shí)施例的照明方法包括下列步驟。在步驟S710中，提供具有第一顏色的偏振光束，例如是利用偏振光源110來提供具有第一顏色的偏振光束BP。在步驟S720中，在不同的時(shí)間點(diǎn)，將偏振光束BP的偏振方向分別切換成第一偏振方向Dl或第二偏振方向D2。在本實(shí)施例中，例如是利用偏振方向切換元件120，在不同的時(shí)間點(diǎn)來切換偏振光束BP的偏振方向。在步驟S730中，利用如分光元件130，分離具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl與具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2。將具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl，在步驟S740中，通過如波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件140，轉(zhuǎn)換成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT，并且將具有第二偏振方向D2的偏振光束BPD2，在步驟S750中，利用如反射元件150與波片160，反射成反射光束BR。在轉(zhuǎn)換偏振光束BPDl成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束BT時(shí)，當(dāng)偏振光束BPDl的偏振方向處于第一偏振方向Dl,將具有第一偏振方向Dl的偏振光束BPDl依序轉(zhuǎn)換成具有多個(gè)不同子顏色的子轉(zhuǎn)換光束。利用多個(gè)子顏色混合成第二顏色，且將子轉(zhuǎn)換光束混合成轉(zhuǎn)換光束BT。在步驟S760，合并轉(zhuǎn)換光束BT以及反射光束BR以形成照明光束。
[0067]在本實(shí)施例所提供的照明方法中，在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束的偏振方向分別切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一，是具有不同偏振方向的偏振光束，分別轉(zhuǎn)換成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束或具有第一顏色的反射光束，故可利用分時(shí)的方法對(duì)偏振光束作有效率地利用。
[0068]關(guān)于如何利用照明系統(tǒng)來將偏振光束分別轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光束或反射成反射光束，并合并轉(zhuǎn)換光束與反射光束的動(dòng)作細(xì)節(jié)，在前述多個(gè)實(shí)施例及實(shí)施方式中都有詳細(xì)的介紹，在此不多贅述。
[0069]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施例的照明系統(tǒng)與投影裝置，利用偏振方向切換兀件在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束的偏振方向切換為不同的偏振方向，并利用分光兀件將不同偏振方向的偏振光束分光，以及利用反射兀件將具有第二偏振方向的偏振光束反射回分光元件以用于合光。因此，照明系統(tǒng)與投影裝置的架構(gòu)可被有效減化，進(jìn)而有效減少照明系統(tǒng)與投影裝置的體積與成本。此外，在本發(fā)明實(shí)施例所述的照明方法中，在不同的時(shí)間點(diǎn)將偏振光束的偏振方向分別切換成第一偏振方向與第二偏振方向，因此可利用分時(shí)的方法對(duì)偏振光束作有效率地利用。
[0070]雖然本發(fā)明已通過實(shí)施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)進(jìn)行修改和變形，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求限定的內(nèi)容為準(zhǔn)。此外，摘要部分和標(biāo)題僅是用來幫助專利文件的檢索，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外，說明書中提及的第一偏振方向、第二偏振方向等用語(yǔ)，僅用以表示元件的名稱，并非用來限制元件的具體數(shù)量。
【權(quán)利要求】
1.一種照明系統(tǒng)，包括: 一偏振光源，發(fā)出具有一第一顏色的偏振光束； 一偏振方向切換兀件，配置于所述偏振光束的傳遞路徑上，并使所述偏振光束的偏振方向在不同的時(shí)間點(diǎn)切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一； 一分光兀件，配置于所述偏振光束的傳遞路徑上，所述分光兀件分離具有所述第一偏振方向的所述偏振光束與具有所述第二偏振方向的所述偏振光束； 一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換兀件，將來自所述分光兀件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)換成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束； 一反射兀件，將來自所述分光兀件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射成一反射光束；以及 一波片，配置于具有所述第二偏振方向的所述偏振光束與所述反射光束的傳遞路徑上，并且位于所述分光元件與所述反射元件之間，其中所述分光元件將所述轉(zhuǎn)換光束與來自所述波片的所述反射光束合并。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述分光元件對(duì)具有所述第一顏色的所述偏振光束產(chǎn)生偏振分光效果， 但對(duì)具有所述第二顏色的所述轉(zhuǎn)換光束則不產(chǎn)生偏振分光效果O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述分光元件將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束反射至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且讓來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述分光元件讓來自所述偏振方向切換元件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射至所述波片，所述分光元件反射來自所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的所述轉(zhuǎn)換光束，并且讓來自所述波片的所述反射光束穿透。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中所述分光元件包括: 一偏振分光單兀，讓來自所述偏振方向切換兀件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射至所述波片，并且讓來自所述波片的所述反射光束穿透；以及 一分色單元，讓來自所述偏振光源且具有所述第一顏色的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且反射來自所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件且具有所述第二顏色的所述轉(zhuǎn)換光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述偏振方向切換元件為一可切換式波片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述波片為四分之一波片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件包括多個(gè)產(chǎn)生不同顏色的熒光反射部，這些熒光反射部輪流切入具有所述第一偏振方向的所述偏振光束的傳遞路徑上，以分別將具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)換成分別具有多個(gè)不同子顏色的多個(gè)子轉(zhuǎn)換光束，這些子顏色混合成所述第二顏色，并且這些子轉(zhuǎn)換光束混合成所述轉(zhuǎn)換光束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，還包括一控制單元，以控制所述偏振方向切換元件與所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件同步，其中在所述偏振方向切換元件使所述偏振光束的所述偏振方向處于所述第一偏振方向的時(shí)間內(nèi)，這些突光反射部輪流切入具有所述第一偏振方向的所述偏振光束的傳遞路徑上。
10.一種投影裝置，包括: 一照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括:一偏振光源、一偏振方向切換兀件、一分光兀件、一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件、一反射元件以及一波片； 所述偏振光源，發(fā)出具有第一顏色的偏振光束； 所述偏振方向切換元件，配置在所述偏振光束的傳遞路徑上，并使所述偏振光束的偏振方向在不同的時(shí)間點(diǎn)切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一； 所述分光元件，配置在所述偏振光束的傳遞路徑上，所述分光元件分離具有所述第一偏振方向的所述偏振光束與具有所述第二偏振方向的所述偏振光束； 所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，將來自所述分光元件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束； 所述反射元件，將來自所述分光元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射成反射光束；以及 所述波片，配置在具有所述第二偏振方向的所述偏振光束與所述反射光束的傳遞路徑上，并且位于所述分光元件與所述反射元件之間，其中所述分光元件將所述轉(zhuǎn)換光束與來自所述波片的所述反射光束合并成照明光束； 一光閥，將所述照明光束轉(zhuǎn)換成一影像光束；以及 一投影鏡頭，配置在所述影像光束的傳遞路徑上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的 投影裝置，其中所述分光元件對(duì)具有所述第一顏色的所述偏振光束產(chǎn)生偏振分光效果，但對(duì)具有所述第二顏色的所述轉(zhuǎn)換光束則不產(chǎn)生偏振分光效果O
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中所述分光元件將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束反射至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且讓來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的偏振光束穿透而傳遞至所述波片。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中所述分光元件讓來自所述偏振方向切換元件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射至所述波片，所述分光元件反射來自所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的所述轉(zhuǎn)換光束，并且讓來自所述波片的所述反射光束穿透。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影裝置，其中所述分光元件包括: 一偏振分光單兀，讓來自所述偏振方向切換兀件且具有所述第一偏振方向的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，將來自所述偏振方向切換元件且具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射至所述波片，并且讓來自所述波片的所述反射光束穿透；以及一分色單元，讓來自所述偏振光源且具有所述第一顏色的所述偏振光束穿透而傳遞至所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，并且反射來自所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件且具有所述第二顏色的所述轉(zhuǎn)換光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中所述偏振方向切換元件為一可切換式波片。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中所述波片為四分之一波片。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件包括多個(gè)產(chǎn)生不同顏色的熒光反射部，這些熒光反射部輪流切入具有所述第一偏振方向的所述偏振光束的傳遞路徑上，以分別將具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)換成分別具有多個(gè)不同子顏色的多個(gè)子轉(zhuǎn)換光束，這些子顏色混合成所述第二顏色，并且這些子轉(zhuǎn)換光束混合成所述轉(zhuǎn)換光束。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的投影裝置，其中所述照明系統(tǒng)還包括一控制單元，以控制所述偏振方向切換元件與所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件同步，其中在所述偏振方向切換元件使所述偏振光束的所述偏振方向處于所述第一偏振方向的時(shí)間內(nèi)，這些突光反射部輪流切入具有所述第一偏振方向的所述偏振光束的傳遞路徑上。
19.一種照明方法，適用于照明系統(tǒng)，所述照明方法包括: 提供具有第一顏色的一偏振光束； 在不同的時(shí)間點(diǎn)，將所述偏振光束的偏振方向分別切換成第一偏振方向與第二偏振方向的其中之一； 分離具有所述第一偏振方向的所述偏振光束與具有所述第二偏振方向的所述偏振光束； 將具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)成具有第二顏色的轉(zhuǎn)換光束； 將具有所述第二偏振方向的所述偏振光束反射成一反射光束；以及 合并所述轉(zhuǎn)換光束以及所述 反射光束以形成一照明光束。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的照明方法，其中將具有所述第一偏振方向的所述偏振光束轉(zhuǎn)成具有所述第二顏色的所述轉(zhuǎn)換光束包括: 當(dāng)所述偏振光束的所述偏振方向處于所述第一偏振方向時(shí)，將具有所述第一偏振方向的所述偏振光束依序轉(zhuǎn)換成分別具有多個(gè)不同子顏色的多個(gè)子轉(zhuǎn)換光束，其中所述子顏色混合成所述第二顏色，并且所述子轉(zhuǎn)換光束混合成所述轉(zhuǎn)換光束。
【文檔編號(hào)】G03B21/00GK103631075SQ201210305181
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】洪燈宏, 莊庚翰 申請(qǐng)人:揚(yáng)明光學(xué)股份有限公司