TWI459121B - 光源裝置及其應用之投影裝置 - Google Patents

Description

光源裝置及其應用之投影裝置

本發明是有關於一種光源裝置，且特別是有關於一種應用於一投影裝置之光源裝置。

在電子產品充斥生活的時代，投影裝置包括教育、商務、家用等各式機種在技術發展上已十分純熟。對消費者來說，除了高畫質的投影品質，其體積大小也是選購投影裝置時的考量重點之一。

傳統投影裝置例如是包括光源裝置、光管(Light Pipe)、透鏡模組、成像元件及鏡頭等。投影裝置中，光源裝置係用以提供光線並使光線聚焦於光管之一端。光管接受聚焦後之光線並將光線均勻化。光管射出之光線匯聚至透鏡模組後，透鏡模組將光線投射至折鏡。經由折鏡反射之後，光線投射至成像元件。成像元件係接受光線並產生影像，鏡頭接受此些影像並將影像投射至屏幕。其中，光源裝置所佔的空間對於投影裝置之體積亦具有舉足輕重的影響。

請參照第1圖，其繪示一種傳統光源裝置之示意圖。若以藍光雷射作為光源11，發出的光線經過如圖所設置的聚光透鏡(Condensing lense)12、折鏡(Fold Mirror)13和分色鏡(Dichroic mirror)15後，由色輪(Color Wheel)18經過分色後，使光源之光線可產生不同顏色等光線(如紅色、綠色和藍色)和聚焦於光管19之一端，進而產生全彩之影 像。其中，光源11和該些聚光透鏡12、折鏡13和分色鏡15佔去許多空間(如圖所示係為一L-型空間)，再加上色輪18的位置，整個光源模組具有不小的體積，進而影響投影裝置的整體尺寸。

本發明係有關於一種光源裝置及其應用之投影裝置，其光源模組之設計和光路安排不但可縮小所佔空間，並具良好的散熱效果。

根據本發明，係提出一種光源裝置，設置於一殼體(housing)內，至少包括一第一光源模組和一第二光源模組。第一光源模組包括一第一光源(first light source)發出一第一原色光並沿著一第一光路(first light path)前進。第二光源模組包括一第二光源、一分色鏡(dichroic mirror)和一光色轉換元件設置於一第二光路上，且分色鏡設置於第一光路上和第二光路上，第二光源發出之光線沿著第二光路前進經過分色鏡至光色轉換元件而產生一第二原色光，再由分色鏡反射使第二原色光沿著第二光路前進。其中第一原色光經過分色鏡沿著第一光路前進，且第一光源和第二光源係設置在不同側。

根據本發明，係提出一種投影裝置(Image Projector)，包括如上述之光源裝置，一光學組件(如光管)用以接受第一原色光和第二原色光並產生一混合光線，一成像元件(如DMD)用以接收該光學組件發出之混合光線並產生一影像，及一鏡頭模組，接受該影像和可將影像投 射至一屏幕。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

實施例係提出應用於一投影裝置之光源裝置，其設計可減少光學元件擺放的空間，進而縮小光源裝置及應用之投影裝置的體積。實施例之光源裝置至少有兩個光源模組，其光源設置在不同側，第一光源發出第一原色光，第二光源發出之光線經由光色轉換元件產生第二原色光。其中，第一、二光源係共用一個分色鏡。再者，不同側的光源設置較易散熱，在操作投影裝置的過程中可避免因光源附近的溫度過熱而影響投影裝置的光學表現(例如改變光線顏色)。

其中，應用之投影裝置可包括：一實施例之光源裝置設置於一殼體(Housing)內、一光學組件、一成像元件和一鏡頭模組。光學組件，例如是一光管(Light pipe)，可接受不同原色之均勻化光並產生一混合光線；成像元件，例如是數位微鏡元件(Digital micromirror device,DMD)，用以接收該光學組件發出之混合光線並產生一影像和反射至鏡頭模組。鏡頭模組則接受該影像和將該影像投射至一屏幕。

以下係提出其中兩組實施例，配合相關圖式以說明揭露內容中一些，但不是全部，的光源裝置的設計態樣。圖式中相同的標號係用以標示相同或類似之部分。需注意的 是，圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非特定產品之比例，可依實際應用條件所需做適當的調整，並非作為限縮本發明保護範圍之用。再者，實施例中之敘述，如細部元件結構和材料選擇等等，僅為舉例說明之用，亦非對本發明欲保護之範圍做限縮。

第2圖係為本揭露第一實施例之光源裝置之示意圖。光源裝置2包括第一光源模組21和第二光源模組22。第一光源模組21包括一第一光源(first light source)211，發出一第一原色光(如藍色光)並沿著一第一光路(first light path)L1前進。第二光源模組22包括一第二光源221、一分色鏡223(dichroic mirror)和一光色轉換元件225設置於一第二光路L2上。其中，分色鏡223設置於第一光路L1上和第二光路上L2，第二光源221發出之光線沿著第二光路L2前進經過分色鏡223至光色轉換元件225而產生一第二原色光(如綠色光)，再由分色鏡223反射使第二原色光沿著第二光路L2前進。如圖所示，第一光源模組21所發出的之第一原色光亦經過分色鏡223後沿著第一光路L1前進。第一光源211和第二光源221係設置在不同側。

實施例中，第一光源211和第二光源221例如分別為一雷射光源，發出藍光。再者，如第1圖所示，第一光源211發出之光線與第二光源221發出之光線係(但不特別限制地)正交。

實施例中，第一光源模組21可更包括一第一透鏡陣 列(first fly eyes)212相對於第一光源設置211，第一光源211發出第一原色光後經過第一透鏡陣列212後係為具有一第一原色之一第一均勻化光(a first homogenized light with a first primary colour)，並經過第二光源模組22之分色鏡223後沿著第一光路L1前進。

實施例中，第二光源模組22更包括一第二透鏡陣列222和準直透鏡(collimator lens)224。第二透鏡陣列222相對於第二光源221設置。分色鏡233則設置於第二透鏡陣列222和光色轉換元件225之間。準直透鏡224則設置於第二光路L2上和光色轉換元件225前。第二光源221發出之光線經過第二透鏡陣列222後係為一第二均勻化光並沿著第二光路L2前進，經過分色鏡223和準直透鏡224後到達光色轉換元件225。其中，準直透鏡224係具有一正有效折射力(positive effective power)，該第二均勻化光經過準直透鏡225後可聚焦於光色轉換元件225處。

一實施例中，光色轉換元件225例如是一螢光粉基板(phosphor plate)，其上面塗佈有一第二色(如綠色)螢光粉。第二均勻化光經過準直透鏡225而聚焦於光色轉換元件225處之後，係激發第二色螢光粉而產生具第二原色(如綠色)之第二均勻化光(second homogenized light with a second primary colour)。之後，第二均勻化光被光色轉換元件225反射，經過準直透鏡224而至分色鏡223，被分色鏡223反射後係朝一第二方向前進(如平行x-方向)。

一實施例中，第一光源模組21之具第一原色之第一均勻化光係經過分色鏡223後朝一第一方向(如平行x-方向)前進，如第1圖所示，第一方向係與第二方向平行。

此實施例中，光源裝置2更包括一第三光源模組23。第三光源模組23包括一第三光源231、第三透鏡陣列232、另一分色鏡233、另一準直透鏡234和另一光色轉換元件235。第三光源231例如是一雷射光源，發出藍光。第三透鏡陣列232相對於第三光源231設置；光色轉換元件235上例如具有一第三色螢光粉且設置於第三光路L3上；準直透鏡234設置於第三光路L3上和光色轉換元件235前；分色鏡233設置於第三透鏡陣列232和光色轉換元件235之間。類似地，第三光源231發出之光線經過第三透鏡陣列232後係為一第三均勻化光，並沿著一第三光路L3前進，經過分色鏡233和準直透鏡234(具有一正有效折射力)，第三均勻化光係聚焦於光色轉換元件235處並激發第三色螢光粉後產生具一第三原色(如紅色)之該第三均勻化光(third homogenized light with a third primary colour)，之後再反射經過準直透鏡234到達分色鏡233，被分色鏡233反射後朝一第三方向(如平行x-方向)前進。一實施例中，此第三方向係與第一方向和第二方向平行。

另外，一實施例中，第一光源211、第二光源221和第三光源231可分別設置在一第一散熱組件218、一第二散熱組件228和第三散熱組件238上，以提高散熱效率。

在此實施例中，第三光源231和第一光源211與第二光源221皆係設置在不同側。此實施例中，第三光源231和第二光源221係設置在不同且相對之兩側，第三光源231發出之光線與第二光源221發出之光線具有相反(opposite)但平行之前進方向，而第三光源模組23之分色鏡233係與第二光源模組22之分色鏡223呈垂直設置(分別與x-方向呈45度夾角)。

第3圖係為本揭露第二實施例之光源裝置之示意圖。第二實施例係與第一實施例之光源裝置包括相同之元件，除了第三光源模組23的相關元件設置方向有所改變。第一實施例中第三光源231與第二光源221設置在不同側。但第二實施例中，第三光源231係與第二光源221設置在同一側，其中第三光源231發出之光線與第二光源232發出之光線具有相同之前進方向。再者，第二實施例中，第三光源模組23之分色鏡233係與第二光源模組22之分色鏡223呈平行設置。第二實施例與第一實施例相同之其餘元件，在此不再贅述。

上述實施例中，除了使用透鏡及透鏡陣列集光效率比傳統使用反射鏡高以外，實施例之光源裝置的光學元件設計擺放係佔較小的空間，可縮小光源裝置及其應用之投影裝置的體積。再者，由於雷射光二極體對於熱很敏感，溫度越低發光效率越高，實施例之光源裝置中至少有兩個光源設置於不同側，在操作投影裝置的過程中可使光源附近散熱效果較快而不影響發光效率。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧光源

12‧‧‧聚光透鏡

13‧‧‧折鏡

15、223、233‧‧‧分色鏡

18‧‧‧色輪

19‧‧‧光管

2‧‧‧光源裝置

21‧‧‧第一光源模組

211‧‧‧第一光源

L1‧‧‧第一光路

212‧‧‧第一透鏡陣列(fly eyes)

218‧‧‧第一散熱組件

22‧‧‧第二光源模組

221‧‧‧第二光源

225、235‧‧‧光色轉換元件

L2‧‧‧第二光路

222‧‧‧第二透鏡陣列

224、234‧‧‧準直透鏡

228‧‧‧第二散熱組件

23‧‧‧第三光源模組

231‧‧‧第三光源

232‧‧‧第三透鏡陣列

238‧‧‧第三散熱組件

L3‧‧‧第三光路

第1圖其繪示一種傳統光源裝置之示意圖。

第2圖係為本揭露第一實施例之光源裝置之示意圖。

第3圖係為本揭露第二實施例之光源裝置之示意圖。

21‧‧‧第一光源模組

211‧‧‧第一光源

L1‧‧‧第一光路

218‧‧‧第一散熱組件

212‧‧‧第一透鏡陣列

22‧‧‧第二光源模組

223、233‧‧‧分色鏡

221‧‧‧第二光源

225、235‧‧‧光色轉換元件

222‧‧‧第二透鏡陣列

L2‧‧‧第二光路

228‧‧‧第二散熱組件

224、234‧‧‧準直透鏡

23‧‧‧第三光源模組

231‧‧‧第三光源

232‧‧‧第三透鏡陣列

238‧‧‧第三散熱組件

L3‧‧‧第三光路

Claims (13)

1. 一種投影裝置(Image Projector)，包括：一光源裝置，設置於一殼體(housing)內，至少包括：一第一光源模組包括一第一光源(first light source)，該第一光源發出一第一原色光並沿著一第一光路(first light path)前進；和一第二光源模組，包括一第二光源、一分色鏡(dichroic mirror)和一光色轉換元件設置於一第二光路上，且該分色鏡設置於該第一光路上和該第二光路上，該第二光源發出之光線沿著該第二光路前進經過該分色鏡至該光色轉換元件而產生一第二原色光，再由該分色鏡反射使該第二原色光沿著該第二光路前進，其中該第一原色光經過該分色鏡沿著該第一光路前進，且該第一光源和該第二光源係設置在不同側；一光學組件，設置在該光源裝置之後方且位於該第一光源之一對側面，該光學組件用以接受該第一原色光和該第二原色光，並產生一混合光線；一成像元件，用以接收該光學組件發出之該混合光線並產生一影像；及一鏡頭模組，接受該影像和將該影像投射至一屏幕。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光源裝置之該第一光源模組更包括一第一透鏡陣列(first fly eyes)相對於該第一光源設置，該第一光源發出該第一原色光經過該第一透鏡陣列後係為具有一第一原色之一 第一均勻化光(a first homogenized light with a first primary colour)，並經過該分色鏡後沿著該第一光路前進；該第二光源模組更包括一第二透鏡陣列相對於該第二光源設置，該第二光源發出之光線經過該第二透鏡陣列後係為一第二均勻化光並沿著該第二光路前進，經過該分色鏡至該光色轉換元件之一第二色螢光粉後產生具一第二原色之該第二均勻化光(second homogenized light with a second primary colour)，再由該分色鏡反射繼續沿該第二光路前進，其中該分色鏡係設置於該第二透鏡陣列和該光色轉換元件之間，其中，該光學組件係用以接受具該第一原色之該第一均勻化光和具該第二原色之該第二均勻化光，並產生該混合光線。
3. 如申請專利範圍第2項所述之投影裝置，其中該光源裝置之該第二光源模組更包括：一準直透鏡(collimator lens)，設置於該第二光路上和該光色轉換元件前，該準直透鏡具有一正有效折射力(positive effective power)，該第二均勻化光經過該準直透鏡後係聚焦於該光色轉換元件處。
4. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中該光源裝置之該第二光源模組中，當該第二均勻化光激發該第二色螢光粉後係被該光色轉換元件反射，經過該準直透鏡而至該分色鏡，被該分色鏡反射後係朝一第二方向前進；而該第一光源模組中具有該第一原色之該第一均勻化 光係經過該分色鏡後朝一第一方向前進，該第一方向係平行該第二方向。
5. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中該光源裝置更包括一第三光源模組，包括：一第三光源和一第三透鏡陣列相對於該第三光源設置，該第三光源發出之光線經過該第三透鏡陣列後係為一第三均勻化光，並沿著一第三光路前進；另一光色轉換元件，設置於該第三光路上，該第三均勻化光激發另該光色轉換元件之一第三色螢光粉後產生具一第三原色之該第三均勻化光(third homogenized light with a third primary colour)；另一準直透鏡，設置於該第三光路上和另該光色轉換元件前，另該準直透鏡具有一正有效折射力，該第三均勻化光經過另該準直透鏡後係聚焦於另該光色轉換元件處；另一分色鏡，設置於該第三透鏡陣列和另該光色轉換元件之間，當該第三均勻化光激發該第三色螢光粉後係被另該光色轉換元件反射，經過另該準直透鏡而至另該分色鏡，被另該分色鏡反射後朝一第三方向前進，其中，具有該第一原色之該第一均勻化光係通過該第二光源模組之該分色鏡和該第三光源模組之另該分色鏡後朝一第一方向前進，該第一方向係平行該第三方向。
6. 如申請專利範圍第5項所述之投影裝置，其中該第三光源和該第一光源係設置在不同側。
7. 如申請專利範圍第5項所述之投影裝置，其中該第三光源和該第二光源係設置在相同之一側，且該第三光源發出之光線與該第二光源發出之光線具有相同之前進方向，則該第三光源模組之另該分色鏡係與該第二光源模組之該分色鏡呈平行設置。
8. 如申請專利範圍第5項所述之投影裝置，其中該第三光源和該第二光源係設置在不同且相對之兩側，該第三光源發出之光線與該第二光源發出之光線具有相反(opposite)但平行之前進方向，該第三光源模組之另該分色鏡係與該第二光源模組之該分色鏡呈垂直設置。
9. 如申請專利範圍第5項所述之投影裝置，其中該光源裝置中該第一光源係設置在一第一散熱組件上，該第二光源係設置在一第二散熱組件上，該第三光源係設置在一第三散熱組件上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光源裝置之該第一光源發出之光線係與該第二光源發出之光線正交。
11. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光源裝置之該第一光源和該第二光源係分別為一雷射光源。
12. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該光學組件位於該光源裝置與該成像元件之間，且該光源裝置、該光學組件與該成像元件係沿一直線方向排列設置。
13. 一種投影裝置(Image Projector)，包括： 一光源裝置，設置於一殼體(housing)內，至少包括：一第一光源模組包括一第一光源(first light source)，該第一光源發出一第一原色光並沿著一第一光路(first light path)前進；一第二光源模組，包括一第二光源、一分色鏡(dichroic mirror)和一光色轉換元件設置於一第二光路上，且該分色鏡設置於該第一光路上和該第二光路上，該第二光源發出之光線沿著該第二光路前進經過該分色鏡至該光色轉換元件而產生一第二原色光，再由該分色鏡反射使該第二原色光沿著該第二光路前進，其中該第一原色光經過該分色鏡沿著該第一光路前進，且該第一光源和該第二光源係設置在不同側；和一第三光源模組，包括一第三光源和一第三透鏡陣列相對於該第三光源設置，其中該第三光源和該第一光源與該第二光源皆係設置在不同側；一光學組件，用以接受該第一原色光和該第二原色光，並產生一混合光線；一成像元件，用以接收該光學組件發出之該混合光線並產生一影像；及一鏡頭模組，接受該影像和將該影像投射至一屏幕。