TWI432780B - 光源系統 - Google Patents

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TWI432780B TW100101899A TW100101899A TWI432780B TW I432780 B TWI432780 B TW I432780B TW 100101899 A TW100101899 A TW 100101899A TW 100101899 A TW100101899 A TW 100101899A TW I432780 B TWI432780 B TW I432780B
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    • H04N9/3161—Modulator illumination systems using laser light sources

Description

光源系統
本發明係關於一光源系統，特別是關於用於一投影裝置，具有較少光學元件並可提高合光效率之光源系統。
使用固態光源如雷射、發光二極體(light emitting diode，LED)等作為投影裝置之光源，因為具有節能、發光效率高、亮度集中及使用壽命長等優點，因此其發展性相當受到業界的重視。於美國發明專利公開案US 2009/0262308中，業已揭露一光源單元(light source unit)及一投影機10。如第1圖所示，光源單元63具有紅色發光二極體161R、綠色發光二極體161G及藍色發光二極體161B，並可分別藉由鄰設於該等發光二極體161R、161B及161G之聚光透鏡164進行合光。需注意的是，由於光源單元63須藉由鄰設於該等發光二極體161R、161B及161G之複數聚光透鏡164匯聚各光束以進行合光步驟，因此，該美國專利公開案不僅需設置較多的光學元件，從而增加光源單元63的重量，同時投影機10本身也需設置有足夠的空間，才可用以容置光源單元63，故此種類型之光源單元由於其先天體積的限制，並不適於使用在微型化設計的投影機中。
有鑑於此，如何將投影機中的複數光源與複數光學元件進行有效配置，使其於增加發光效率的同時，仍可有效縮減發光光源的體積及重量，乃為此一業界亟待解決的問題。
本發明之一方針在於提供一光源系統，藉由改變各光源與各光學元件間之相互設置關係，以縮減光學元件的使用數量及光源系統的體積，同時增加光源系統的合光效率。
為達上述方針，本發明一實施例之一光源系統包含：一第一光源、一第二光源、一光學裝置、一波長轉換體及一第一分色鏡。第一光源及第二光源分別發射一第一光束及一第二光束，光學裝置界定一主光軸，以分別聚焦第一光束及第二光束至一第一焦點及一第二焦點，且第一焦點及第二焦點分別位於主光軸之相對二側。波長轉換體設置於第二焦點，適以將第二光束轉換為一第三光束。第一分色鏡設置於第一光源及第二光源與光學裝置間，用以容許第一光束及第二光束通過，同時反射第三光束。其中，第三光束自第二焦點依序通過光學裝置，為第一分色鏡反射，再次通過光學裝置後，聚焦至第一焦點。
為讓上述方針、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。
如第2圖，本發明一實施例之光源系統100係設置於一投影裝置(圖未示出)，光源系統100包含一第一光源210、一第二光源220、一光學裝置310、一波長轉換體410及一第一分色鏡510。請一併參閱第3A及第3B圖，第一光源210用以發射一第一光束211，第二光源220用以發射一第二光束221。此外，光學裝置310可用以界定一主光軸320，以分別聚焦第一光束211及第二光束221於一第一焦點610及一第二焦點620。如第2圖所示，第一焦 點610及第二焦點620係分別位於主光軸320之相對二側，第一焦點610與第二焦點620係為相互共軛(conjugate)，且第一焦點610與主光軸320所界定之一夾角，相等於第二焦點620與主光軸320所界定之一夾角。
勻光裝置820的入口設置於第一焦點610，用以接收第一光源211，出口則接到投影裝置(圖未示出)，並實際成像到投影裝置的微形面板上(圖未示出)。
波長轉換體410設置於第二焦點620，用以接收第二光源220所發射之第二光束221，並將其轉換為一第三光束222。第一分色鏡510係設置於第一光源210與第二光源220及光學裝置310間，且第一分色鏡510適以容許第一光束211及第二光束221通過，並反射第三光束222。換言之，如第3B圖所示，當第二光源220所發射之第二光束221經光學裝置310聚焦至設置於第二焦點620上之波長轉換體410後，第二光束221將被轉換為第三光束222，第三光束222接著自第二焦點620射出，且於通過光學裝置310後為第一分色鏡510反射，並再次通過光學裝置310而聚焦至第一焦點610。
詳細而言，請合併參考第2圖及第3C圖，光源系統100更可包含一第三光源230及一合光裝置710。第三光源230係鄰設於第一光源210，用以發射一第四光束231，使第四光束231可通過第一分色鏡510，並經光學裝置310後而聚焦至第一焦點610。合光裝置710係設置於第一光源210、第二光源220、第三光源230與第一分色鏡510間，用以合併並導向第一光束211、第二光束221 及第四光束231進入光學裝置310。
於本發明一實施例中，合光裝置710較佳係包含一第一稜鏡711及一第二稜鏡712。需說明的是，於第2圖所示之實施例中，第一光源210及第三光源230係設置於合光裝置710之上側，而第二光源220係設置於合光裝置之左側。因此，當第一光源210、第二光源220及第三光源230分別發射第一光束211、第二光束221及第四光束231進入合光裝置710時，如第3A圖及第3C圖所示，第一光束211及第四光束231適可藉由第一稜鏡711以全反射之方式進入光學裝置310，而聚焦於第一焦點610，接著如第3B圖所示，當第二光束221依序穿透第二稜鏡712、第一稜鏡711及光學裝置310後，將聚焦至位於第二焦點620之波長轉換體410，以協助轉換第二光束221為第三光束222。同時，如第4圖所示，一實例中，第一稜鏡711及第二稜鏡712也可以形成為二稜鏡陣列713之態樣，如此亦同樣可協助第一光束211、第二光束221及第四光束231完成上述光學路徑的傳遞。
當然，前述關於第一光源210、第二光源220及第三光源230的設置也可依需求進行任意的更動或調整。譬如將第一光源210及第三光源230之位置與第二光源220之位置進行對調，使第二光源220係設置於合光裝置710之上側，而第一光源210及第三光源230係設置於合光裝置之左側，及將前述之勻光裝置820及波長轉換體410的位置對調。如此一來，當第一光源210、第二光源220及第三光源230分別發射第一光束211、第二光束221及第四光束231進入合光裝置710時，第一光束211及第四光束231 將依序穿透第二稜鏡712、第一稜鏡711及光學裝置310，而後聚焦於第二焦點620，進入勻光裝置的入口，且第二光束221適可藉由第一稜鏡711以全反射之方式進入光學裝置310，而聚焦至位於第一焦點610之波長轉換體410。
如第3A圖一實施例所示，光源系統100可進一步具有一第二分色鏡520及反射鏡陣列810，其中，第二分色鏡520係設置於第一光源210、第三光源230及合光裝置710間，而第一光源210所發射之第一光束211係經由第二分色鏡520反射進入合光裝置710，同時，如第3C圖一實施例所示，第四光束231適可穿透第二分色鏡520進入合光裝置710。因此，藉由第二分色鏡520的設置，第一光源210與第三光源230間將具有更為彈性的相互設置關係。反射鏡陣列810包含複數反射鏡811，且第二光源220包含複數次第二光源以分別發射複數次第二光束(圖未示出)，複數次第二光束之一部份由複數反射鏡811間之空隙穿過以進入合光裝置710，且複數次第二光束之另一部份自複數反射鏡811反射進入合光裝置710，適以，藉由反射鏡陣列810的設置，將可提供足夠的第二光束221予波長轉換體410，從而轉換為足夠的第三光束222至勻光裝置820。
於本發明一實施例之光源系統100中，第一光源210及第二光源220係皆為複數藍色雷射光源，且第一光束211及第二光束221係皆為複數藍光。第三光源230係為紅色雷射光源，且第四光束231係為紅光。波長轉換體410可為一黃色螢光體或一綠色螢光體，且第三光束222相應地係為一黃光或一綠光。同時，光學 裝置310可包含一第一透鏡330及一第二透鏡340，且沿主光軸320設置。相對於第二焦點620上之波長轉換體410，第一焦點610設置有一勻光裝置820，用以接收第一光束211、第三光束222及第四光束231，並進行合光後射出，且勻光裝置820較佳係為一積分柱(integration rod)或一光通道(light tunnel)。
綜上所述，本發明一實施例之光源系統100係藉由使用發光亮度及使用壽命皆高的固態光源，並透過下列方式：(1)將第一光源210(複數藍色雷射光源)所發射之第一光束211(藍光)依序經過第二分色鏡520、合光裝置710、第一分色鏡510及光學裝置310後，最終聚焦至第一焦點610之勻光裝置320；(2)將第二光源220(複數藍色雷射光源)所發射之第二光束221(藍光)依序經過反射鏡陣列810、合光裝置710、第一分色鏡510、光學裝置310後，聚焦至第二焦點620上之波長轉換體410(黃色螢光體或綠色螢光體)以形成第三光束222(黃光或綠光)，第三光束222接著自波長轉換體410射出，通過光學裝置310而遭第一分色鏡510反射，從而再次經過光學裝置310而聚焦至第一焦點610上之勻光裝置320；以及(3)將第三光源230(紅色雷射光源)所發射之第四光束231(紅光)依序經過第二分色鏡520、合光裝置710、第一分色鏡510及光學裝置310，而聚焦至第一焦點610上之勻光裝置320。
適以，藉由設置於光源系統100內之該等光學元件(如光學 裝置310、合光裝置710等)，當第一光束211(藍光)、第三光束222(黃光或綠光)及第四光束231(紅光)皆聚焦至第一焦點610後，便可透過勻光裝置320合成為一均勻白光後射出，從而達到減少光學元件的使用數量，同時縮減光源系統的體積，並增加光源系統100的合光效率之功效。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
100‧‧‧光源系統
210‧‧‧第一光源
211‧‧‧第一光束
220‧‧‧第二光源
221‧‧‧第二光束
222‧‧‧第三光束
230‧‧‧第三光源
231‧‧‧第四光束
310‧‧‧光學裝置
320‧‧‧主光軸
330‧‧‧第一透鏡
340‧‧‧第二透鏡
410‧‧‧波長轉換體
510‧‧‧第一分色鏡
520‧‧‧第二分色鏡
610‧‧‧第一焦點
620‧‧‧第二焦點
710‧‧‧合光裝置
711‧‧‧第一稜鏡
712‧‧‧第二稜鏡
713‧‧‧稜鏡陣列
810‧‧‧反射鏡陣列
811‧‧‧複數反射鏡
820‧‧‧勻光裝置
第1圖係為本發明之先前技術示意圖；第2圖係為本發明光源系統之一實施例示意圖；第3A圖係為一實施例中第一光束之光路示意圖；第3B圖係為一實施例中第二光束及第三光束之光路示意圖；第3C圖係為一實施例中第四光束之光路示意圖；以及第4圖係為本發明光源系統之另一實施例示意圖。
100‧‧‧光源系統
210‧‧‧第一光源
220‧‧‧第二光源
230‧‧‧第三光源
310‧‧‧光學裝置
320‧‧‧主光軸
330‧‧‧第一透鏡
340‧‧‧第二透鏡
410‧‧‧波長轉換體
510‧‧‧第一分色鏡
520‧‧‧第二分色鏡
610‧‧‧第一焦點
620‧‧‧第二焦點
710‧‧‧合光裝置
711‧‧‧第一稜鏡
712‧‧‧第二稜鏡
810‧‧‧反射鏡陣列
811‧‧‧複數反射鏡
820‧‧‧勻光裝置

Claims (17)

  1. 一種光源系統，用於一投影裝置，包含：一第一光源，適以發射一第一光束；一第二光源，適以發射一第二光束；一光學裝置，界定一主光軸，並分別聚焦該第一光束及該第二光束至一第一焦點及一第二焦點，其中該第一焦點及該第二焦點係分別位於該主光軸之相對二側，該第一焦點及該第二焦點係為相互共軛(conjugate)，且該第一焦點與該主光軸界定之一夾角，相等於第二焦點與該主光軸界定之一夾角；一波長轉換體，設置於該第二焦點，適以將該第二光束轉換為一第三光束；以及一第一分色鏡(dichroic mirror)，設置於該第一光源及該第二光源與該光學裝置間，其中該第一分色鏡適以容許該第一光束及該第二光束通過，並反射該第三光束；其中，該第三光束自該第二焦點依序通過該光學裝置，為該第一分色鏡反射，再次通過該光學裝置後，聚焦至該第一焦點。
  2. 如請求項1所述之光源系統，其中該光源系統更包含一合光裝置，設置於該第一光源及該第二光源與該第一分色鏡間，用以合併並導向該第一光束及該第二光束至該光學裝置。
  3. 如請求項2所述之光源系統，更包含一第三光源，適可發射一第四光束，並且該第四光束進入該合光裝置，通過該第一分色鏡，並經該光學裝置，而聚焦至該第一焦點。
  4. 如請求項3所述之光源系統，其中該合光裝置包含一第一稜 鏡及一第二稜鏡。
  5. 如請求項4所述之光源系統，其中該第一光束及該第四光束適可藉由該第一稜鏡全反射進入該光學裝置，而聚焦於該第一焦點，並且該第二光束依序穿透該第二稜鏡、該第一稜鏡及該光學裝置，而聚焦至位於該第二焦點之該波長轉換體。
  6. 如請求項4所述之光源系統，其中該第一光束及該第四光束依序穿透該第二稜鏡、該第一稜鏡及該光學裝置，而聚焦於該第一焦點，並且該第二光束適可藉由該第一稜鏡全反射進入該光學裝置，而聚焦至位於該第二焦點之該波長轉換體。
  7. 如請求項4所述之光源系統，其中該第一稜鏡及該第二稜鏡為二稜鏡陣列。
  8. 如請求項3所述之光源系統，其中該光源系統更包含一第二分色鏡，該第一光束係經由該第二分色鏡反射進入該合光裝置，並且該第四光束係穿透該第二分色鏡進入該合光裝置。
  9. 如請求項3所述之光源系統，其中該光源系統更包含一反射鏡陣列，該反射鏡陣列包含複數反射鏡，該第二光源包含複數次第二光源，分別發射複數次第二光束，該等次第二光束之一部份由該等反射鏡之間穿過進入該合光裝置，並且該等次第二光束之另一部份自該等反射鏡反射進入該合光裝置。
  10. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一光束及該第二光束係為複數藍光。
  11. 如請求項10所述之光源系統，其中該波長轉換體係為一黃色螢光體或一綠色螢光體，並且該第三光束相應地係為一黃光或一綠光。
  12. 如請求項11所述之光源系統，其中該第一光源及該第二光源係為複數藍光雷射光源。
  13. 如請求項11所述之光源系統，其中該第四光束係為紅光。
  14. 如請求項13所述之光源系統，其中該第三光源係為一紅色雷射光源。
  15. 如請求項1所述之光源系統，其中該光學裝置包含一第一透鏡及一第二透鏡，沿該主光軸設置。
  16. 如請求項1所述之光源系統，其中該光源系統更包含一勻光裝置，設置於該第一焦點。
  17. 如請求項16所述之光源系統，其中該勻光裝置係為一積分柱(integration rod)或一光通道(light tunnel)。
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