TWI734621B - 光源模組 - Google Patents
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Abstract
一種供投影設備使用的光源模組,其主要目的以及優點係在於可縮小投影設備的體積。該光源模組包含一發光單元,一光收集單元,一分光裝置以及一光轉換單元。該發光單元包含有一雷射光源或一發光二極體(LED)光源,用以產生一第一色光束。該光收集單元包含有一第一光軸,一第一鏡片以及一第二鏡片,該第二鏡片係佈置於該第一鏡片之出光路徑上,用以收集從該發光單元或其他元件入射至該光收集單元之光源。該分光裝置佈置於該第一鏡片之第一入光面與該第二鏡片之第二出光面之間,用以反射自該第一入光面入射之第一色光束並使被反射之該第一色光束從該第一鏡片之第一入光面射出。該光轉換單元包含有一與該第一光軸大致垂直相交之第一平面,以及至少一波長轉換區域,用以接收從該分光裝置反射而來之該第一色光束並將其轉換成可大致沿該第一光軸射出之至少一第二色光束。
Description
本發明係與投影設備有關,特別是關於一種供投影設備使用的光源模組。
按美國第9,429,831號專利案揭露了一種投影機光源系統,如該專利案圖2所示,該光源系統必須在投影機內提供一個特定的空間來容納分光組件25A。同樣地,美國第10,571,788專利案所揭露的投影機光源系統,如該專利案圖1所示,亦必須在該投影機內提供一個特定的空間來設置分光組件730。前述該等光源系統最主要的缺失是會增加投影機的體積,相當不利於現代設計所需求的微縮特徵。換言之,一種可縮小投影機體積的光源系統一直有待被提出。
本發明所揭露的一種供投影設備使用的光源模組,其主要目的以及優點係在於可縮小投影設備的體積。該光源模組包含一發光單元,一光收集單元,一分光裝置以及一光轉換單元。該發光單元包含有一雷射光源或一發光二極體(LED)光源,用以產生一第一色光束。該光收集單元包含有一第一光軸,用以準直與收聚從該發光單元或其他元件所入射之光源、一第一鏡片以及一第二鏡片,該第二鏡片係佈置於該第一鏡片之出光路徑上,該第一鏡片具有一第一入光面,以及一第一出光面,該第二鏡片具有一第二入光面,
以及一第二出光面,其中該第一出光面與該第二入光面相鄰,該第一色光束係自該第一入光面入射至該光收集單元。該分光裝置係佈置於該第一鏡片之第一入光面與該第二鏡片之一第二出光面之間,用以反射自該第一入光面入射之第一色光束並使被反射之該第一色光束從該第一鏡片之第一入光面射出。該光轉換單元包含有一與該第一光軸大致垂直相交之第一平面,以及至少一波長轉換區域,用以接收從該分光裝置反射而來之該第一光束並將其轉換成可大致沿該第一光軸射出之至少一第二色光束。
本發明之另一特徵是該發光單元之第一色光束具有一第二光軸,該第二光軸以一預定角度與該第一光軸相交,該預定角度可為0度或小於90度。
本發明之再一特徵是該發光單元與該分光裝置係位於該第一光軸所在平面的同一側。
本發明之又一特徵是該分光裝置包含一分光鍍膜,係佈設於該光收集單元之第一鏡片上。進一步的說,在一較佳實施例中,該光收集單元之該第一鏡片可為一平凸透鏡,該平凸透鏡具有一平直狀之第一入光面,以及一凸弧狀之第一出光面,該分光裝置之該分光鍍膜,係佈設於該第一出光面之一第一部分。
本發明之更一特徵是該第一鏡片之第一出光面包含有一第二部分用以透射所入射的光束,另外,在實施上亦可在該第二部分佈設有一抗反射鍍膜(Anti Reflection Coating)。
本發明之又另一特徵是該光收集單元更包含有一佈置於該第一鏡片出光路徑上之第二鏡片,該第二鏡片亦可為一平凸透鏡,具有一平直
狀之第二入光面,以及一凸弧狀之第二出光面;在實施時,該分光裝置包含有一分光鍍膜,該分光鍍膜係佈設於該第二入光面之一第一部分。
本發明之又再一特徵是該光收集單元更包含有一佈置於該第一鏡片出光路徑上之第二鏡片,該第二鏡片亦為一平凸透鏡,具有一平直狀之第二入光面,以及一凸弧狀之第二出光面;該分光裝置包含一分光鏡片,係佈設於該第一鏡片之第一出光面與該第二鏡片之第二入光面之間。
本發明之又更一特徵是該光轉換單元更包含有一散熱基板,該波長轉換區域係佈設於該散熱基板上。
本發明之更再一特徵是該光轉換單元更包含有一可轉動的輪狀散熱基板,該波長轉換區域係佈設於輪狀散熱基板上,並且包含有一第一波長轉換部,以及一第二波長轉換部,用以使各該波長轉換部可輪流的進入該第一光束傳遞的路徑上進行波長轉換的工作。
本發明之另再一特徵是該光轉換單元更包含有一可轉動的輪狀散熱基板,該波長轉換區域係佈設於輪狀散熱基板上,並且包含有一第一波長轉換部,一第二波長轉換部,以及一反射區,用以使各該波長轉換部以及該反射區可輪流的進入該第一光束傳遞的路徑上進行光波長轉換以及反射的工作。
本發明之又再一特徵是該光轉換單元更包含有一可轉動的輪狀散熱基板,該波長轉換區域係佈設於輪狀散熱基板上,並且包含有一第一波長轉換部,一第二波長轉換部,以及一透射區,用以使各該波長轉換部以及該透射區可輪流的進入該第一光束傳遞的路徑上進行光波長轉換以及透射的工作。
10,10’,10”:光源模組
12,12’,12”:發光單元
14:光收集單元
16,16’,16”:分光裝置
17:分光鍍膜
18:光轉換單元
19:抗反射鍍膜
20,20’,20”:藍色光束
22:第一平凸透鏡
23:第一入光面
24,24”:第二平凸透鏡
25:第一出光面
26:雙凸非球面鏡
27:第一部分
28:散熱基板
29:第二部分
30,30”:波長轉換區域
100:光源模組
102:發光單元
104:光收集單元
106:分光裝置
108:光轉換單元
110:第一平凸透鏡
112:第二平凸透鏡
114:雙凸非球面鏡
1020:藍色光束
1100:第一出光面
1120:第二入光面
200:光源模組
202:發光單元
204:光收集單元
206:分光裝置
208:光轉換單元
210:第一平凸透鏡
212:第二平凸透鏡
214:雙凸非球面鏡
216:輪狀散熱基板
218:波長轉換區域
220:馬達
224:藍色光束
226:激發光束
240:第二入光面
242:第二出光面
240”:第二入光面
300:光源模組
302:發光單元
304:光收集單元
306:分光裝置
308:光轉換單元
310:第一平凸透鏡
312:第二平凸透鏡
314:雙凸非球面鏡
316:散熱基板
318:波長轉換區域
320:第一波長轉換部
322:第二波長轉換部
324:反射區
328:藍色光束
400:光轉換單元
402:散熱基板
404:波長轉換區域
406:第一波長轉換部
408:第二波長轉換部
410:反射區
500:光轉換單元
502:散熱基板
504:波長轉換區域
506:第一波長轉換部
508:第二波長轉換部
510:透射區
512:藍色光束
514:分光裝置
516:平板鏡片
BL1,BL1’,BL1”,BL10:第二光軸
L1,L2,L2’,L2”,L20:激發光束
L3:反射光束
L4:透射光束
S:第二平面
X:第一平面
Y:第一光軸
θ:角度
以下茲以若干實施例並配合圖式,對本發明所揭露的技術特徵做更詳細的說明,其中:圖1為本發明第一較佳實施例之光源模組之示意圖;圖2為本發明第一較佳實施例之光源模組之一平凸透鏡上佈設有一分光鍍膜以及一抗反射鍍膜之示意圖;圖3為本發明第二實施例之光源模組之示意圖;圖4為本發明第三實施例之光源模組之示意圖;圖5為本發明第四實施例之光源模組之示意圖;圖6為本發明第五實施例之光源模組之示意圖;圖7為本發明第五實施例之光源模組之光轉換單元之頂視圖;圖8為本發明第六實施例之光源模組之示意圖;圖9為本發明第六實施例之光源模組之光轉換單元之立體圖;圖10為本發明第七實施例之光源模組之光轉換單元之立體圖;圖11為本發明第八實施例之光源模組之示意圖;圖12為本發明第八實施例之光源模組之光轉換單元之立體圖;以及圖13為本發明第九實施例之光源模組之光轉換單元之立體圖。
首先,請參閱圖1及圖2,本發明第一較佳實施例之光源模組,如圖號10所示,包含有一發光單元12,一光收集單元14,一分光裝置16,以及一光轉換單元18。
該發光單元12通常可以是一雷射光源或一發光二極體(LED)光源,用以產生一第一色光束,於本實施例為一雷射光源,並且產生一藍色光束20。該光收集單元14可以僅具有一鏡片用以收集,例如準直與收聚,該光轉換單元18所射出之激發光束或該發光單元12所射出之光源。該分光裝置16可與該光收集單元14佈置於同一區域上。於本實施例,該光收集單元14具有依序排列之一第一平凸透鏡22,一第二平凸透鏡24,以及一雙凸非球面鏡26。該分光裝置16係佈設於該第一平凸透鏡22之表面。該光轉換單元18具有一散熱基板28以及一佈設於該散熱基板28上之波長轉換區域30。
更詳細的說,如圖1所示,該光轉換單元18具有一第一平面X,本實施例各元件之相對位置係以該第一平面X為基準來說明。該光源模組10具有一與該第一平面X大致垂直的第一光軸Y。該發光單元12所發出的藍色光束20具有一第二光軸BL1,該第二光軸BL1以一預定角度θ與該第一光軸Y相交,該角度θ可為0度或小於90度,於本實施例該角度θ約為30度。該光收集單元14之該第一平凸透鏡22,該第二平凸透鏡24以及該雙凸非球面鏡26係共軸地設置。該第一平凸透鏡22具有一平直狀之第一入光面23,以及一凸弧狀之第一出光面25,該第二平凸透鏡24具有一平直狀之第二入光面240,以及一凸弧狀之第二出光面242。於本實施例,如圖2所示,該第一出光面25具有一第一部分27以及一第二部分29,該分光裝置16於本實施例係為一佈設於該第一部分27之分光鍍膜17,該第二部分29則佈設有一抗反射鍍膜(Anti Reflection Coating)19。另外,於本實施例,該發光單元12與該分光鍍膜17同樣位於該第一光軸Y所在之一第二平面S之左側。該第一部分27之面積可小於或等於該第一出光面25整體表面積之50%。
該波長轉換區域30上佈設有一第一螢光受激材料,用以將被該分光裝置16反射至該波長轉換區域30的該藍色光束20轉換成一紅色光束,一綠色光束或者一黃色光束。進一步的說,該藍色光束20射入該光收集單元14時,會被該分光裝置16反射而在該波長轉換區域30上匯聚成一光斑並產生一不同波長的激發光束L2,再透射該光收集單元14而傳輸至後端裝置。
請參閱圖3,本發明第二較佳實施例之光源模組如圖號10’所示,該光源模組10’與第一實施例之光源模組10所不同者在於該發光單元12’所發出的藍色光束20’之第二光軸BL1’係與該第一光軸Y平行。該藍色光束20’被該分光裝置16’反射而於該波長轉換區域30’產生一激發光束L2’。
請參閱圖4,本發明第三較佳實施例之光源模組如圖號10”所示,該光源模組10”與第一實施例之光源模組10所不同者在於該分光裝置16”係佈設於該第二平凸透鏡24”之第二入光面240”上。圖號BL1”所示者為該發光單元12”所發出的藍色光束20”之第二光軸。圖號L2”所示者為該波長轉換區域30”被該藍色光束20”所激發而產生的激發光束。
請參閱圖5,本發明第四較佳實施例之光源模組如圖號100所示,該光源模組100包含有一發光單元102,一光收集單元104,一分光裝置106,以及一光轉換單元108。該光收集單元104具有依序排列之一第一平凸透鏡110,一第二平凸透鏡112,以及一雙凸非球面鏡114。該光源模組100與第一實施例之光源模組10不同之處在於該分光裝置106為一分光鏡片,該分光鏡片106係佈設於該第一平凸透鏡110之第一出光面1100與該第二平凸透鏡112之第二入光面1120之間。圖號BL10所示者為該發光單元102所發出的藍色光束
1020之第二光軸。圖號L20所示者為該光轉換單元108被該藍色光束1020所激發而產生的激發光束。
請參閱圖6及圖7,本發明第五較佳實施例之光源模組如圖號200所示,該光源模組200包含有一發光單元202,一光收集單元204,一分光裝置206,以及一光轉換單元208。該光收集單元204具有依序排列之一第一平凸透鏡210,一第二平凸透鏡212,以及一雙凸非球面鏡214。該光源模組200與第一實施例之光源模組10不同之處在於該光轉換單元208包含有一輪狀散熱基板216,以及一波長轉換區域218。該輪狀散熱基板216係由一馬達220所驅動,該波長轉換區域218佈設於輪狀散熱基板216上。於本實施例,如圖7所示,該波長轉換區域218係呈環狀。該發光單元202之藍色光束224經由該分光裝置206反射至該波長轉換區域218而產生一激發光束226。該激發光束226透射該光收集單元204而傳輸至後端裝置。
請參閱圖8及圖9,本發明第六較佳實施例之光源模組如圖號300所示,該光源模組300包含有一發光單元302,一光收集單元304,一分光裝置306,以及一光轉換單元308。該光收集單元304具有依序排列之一第一平凸透鏡310,一第二平凸透鏡312,以及一雙凸非球面鏡314。該光源模組300與第五實施例之光源模組200不同之處,如圖9所示,在於該光轉換單元308之散熱基板316上所佈設的波長轉換區域318具有第一波長轉換部320,以及一第二波長轉換部322,該散熱基板316更具有一反射區324。藉此,該輪狀散熱基板316轉動時,被該分光裝置306所反射的該藍色光束328將輪流地入射至該第一波長轉換部320,該第二波長轉換部322,以及該反射區324。於本實施例,如圖9所示,該反射區324呈平面狀。當該藍色光束328經由該分光裝置306反
射而入射至該第一波長轉換部320時將產生一第一激發光束L1,當該藍色光束328經由該分光裝置306反射而入射至該第二波長轉換部322時將產生一第二激發光束L2,當該藍色光束328經由該分光裝置306反射而入射至該反射區324時將產生一反射光束L3。
再請參閱圖10,本發明第七實施例之光源模組具有一不同於第六較佳實施例之光轉換單元400。該光轉換單元400之散熱基板402上同樣佈設有一波長轉換區域404。該波長轉換區域404具有一第一波長轉換部406,以及一第二波長轉換部408。另外,該散熱基板402更具有一反射區410。於本實施例,該反射區410係呈斜面狀,用以可調整被其所反射的光束的進行方向。
請參閱圖11及圖12,本發明第八較佳實施例之光源模組具有一不同於第七較佳實施例之光轉換單元500。該光轉換單元500之散熱基板502上佈設有一波長轉換區域504。該波長轉換區域504具有一第一波長轉換部506,以及一第二波長轉換部508。另外,該散熱基板502更具有一鏤空之透射區510。當該藍色光束512經由該分光裝置514反射而入射至該透射區510時將產生一透射光束L4。再請參閱圖13,在另一實施例中,該鏤空之透射區510上可鑲嵌一透射式平板鏡片516。或者,在該鏤空之透射區510上亦可鑲嵌一透射式擴散鏡片,用以產生透射以及散射之效果。
另外,必須一提的是,在本發明之某些實施例中,於該發光單元與該光收集單元之間的光路中,可以設置一擴散單元,用以使該發光單元所提供的光束可於該波長轉換區域所匯聚成的光斑得到均勻度的提升。或者,於該發光單元與該光收集單元之間的光路中,可設置一陣列透鏡單元,用以
使該發光單元所提供的光束在該波長轉換區域所匯聚的光斑得到均勻度的提升。
10:光源模組
12:發光單元
14:光收集單元
16:分光裝置
18:光轉換單元
20:藍色光束
22:第一平凸透鏡
23:第一入光面
24:第二平凸透鏡
25:第一出光面
26:雙凸非球面鏡
28:散熱基板
30:波長轉換區域
240:第一入光面
242:第二出光面
BL1:第二光軸
L2:激發光束
X:第一平面
Y:第一光軸
θ:角度
Claims (21)
- 一種光源模組,包含有:一發光單元,用以產生一第一色光束;一光收集單元,用以準直與收聚從該發光單元或其他元件所入射之光源,該光收集單元包含有一第一光軸,一第一鏡片以及一第二鏡片,該第二鏡片係佈置於該第一鏡片之出光路徑上,該第一鏡片具有一第一入光面,以及一第一出光面,該第二鏡片具有一第二入光面,以及一第二出光面,其中該第一出光面與該第二入光面相鄰,該第一色光束係自該第一入光面入射至該光收集單元;一分光裝置,係佈置於該第一鏡片之第一入光面與該第二鏡片之一第二出光面之間,用以反射自該第一入光面入射之該第一色光束並使被反射之該第一色光束從該第一鏡片之第一入光面射出;以及一光轉換單元,包含有一與該第一光軸大致垂直相交之第一平面,以及至少一波長轉換區域,用以接收從該分光裝置反射而來之該第一光束並將其轉換成可大致沿該第一光軸射出之至少一第二色光束。
- 如請求項1所述之光源模組,其中發光單元包含有一雷射光源或一發光二極體(LED)光源。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該第一色光束具有一第二光軸,該第二光軸以一預定角度與該第一光軸相交,該預定角度可為0度或小於90度。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該第一鏡片為一第一平凸透鏡,該第一平凸透鏡具有一平直狀之第一入光面,以及一凸弧狀之第一出 光面,該分光裝置包含有一分光鍍膜,該分光鍍膜係佈設於該第一出光面之一第一部分。
- 如請求項4所述之光源模組,其中該第一平凸透鏡之第一出光面包含有一第二部分,該第二部分佈設有一抗反射度膜(Anti Reflection Coating)。
- 如請求項4所述之光源模組,其中該第一出光面之第一部分之面積係小於或等於該第一出光面整體面積之50%。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該第一鏡片為一第一平凸透鏡,該第一平凸透鏡具有一平直狀之第一入光面,以及一凸弧狀之第一出光面;該光收集單元更包含有一佈置於該第一鏡片出光路徑上之第二鏡片,該第二鏡片為一第二平凸透鏡,具有一平直狀之第二入光面,以及一凸弧狀之第二出光面,該分光裝置包含有一分光鍍膜,該分光鍍膜係佈設於該第二平凸透鏡之第二入光面之一第一部分。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該第一鏡片為一第一平凸透鏡,該第一平凸透鏡具有一平直狀之第一入光面,以及一凸弧狀之第一出光面;該光收集單元更包含有一佈置於該第一鏡片出光路徑上之第二鏡片,該第二鏡片為一第二平凸透鏡,具有一平直狀之第二入光面,以及一凸弧狀之第二出光面,該分光裝置包含一分光鏡片,係佈設於該第一平凸透鏡之第一出光面與第二平凸透鏡之第二入光面之間。
- 如請求項7或8所述之光源模組,該光收集單元更包含有一佈置於該第二鏡片出光路徑上之第三鏡片,該第三鏡片為一雙凸非球面鏡。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該光轉換單元更包含有一散熱基板,該波長轉換區域係佈設於該散熱基板上。
- 如請求項10所述之光源模組,其中該波長轉換區域包含有一第一螢光受激材料。
- 如請求項1所述之光源模組,其中該光轉換單元更包含有一可轉動的散熱基板,該波長轉換區域係佈設於該散熱基板上。
- 如請求項12所述之光源模組,該波長轉換區域包含有一第一波長轉換部以及一第二波長轉換部。
- 如請求項12所述之光源模組,其中該散熱基板更包含有一反射區,供反射所射入的該第一色光束。
- 如請求項12所述之光源模組,其中該散熱基板更包含有一透射區,供透射所射入的該第一色光束。
- 如請求項14所述之光源模組,其中該反射區係呈斜面狀。
- 如請求項15所述之光源模組,其中該透射區係呈鏤空狀。
- 如請求項17所述之光源模組,其中該透射區鑲嵌有一透射式擴散鏡片。
- 如請求項17所述之光源模組,其中該透射區鑲嵌有一透射式平板鏡片。
- 如請求項1之光源模組,更包含有一擴散單元,係佈設於該發光單元與該光收集單元之間的光路中,用以使該發光單元所提供的光束可於該波長轉換區域所匯聚成的光斑得到均勻度的提升。
- 如請求項1之光源模組,更包含有一陣列透鏡單元,係佈設於該發光單元與該光收集單元之間的光路中,用以使該發光單元所提供的光束可於該波長轉換區域所匯聚成的光斑得到均勻度的提升。
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