TWI427397B - 光源系統 - Google Patents

Description

光源系統

　本發明係關於一光源系統，特別是關於一種使用於一投影裝置，可藉由一波段轉換元件將一第一波段光線轉換為一第二波段光線之光源系統。

　固態光源如發光二極體（Light emitting diode，LED）或雷射（Laser）雖然具有使用壽命長、體積小以及不含汞等優點，然而當應用為投影裝置之發光光源時，固態光源所提供的亮度與傳統高壓汞燈相比，兩者間仍存在有相當大差距，因此，固態光源的利用雖然已經愈趨普遍，但在投影領域中仍還未可全面取代掉傳統的高壓汞燈。

　另一方面，為使投影裝置裡的發光光源得以均勻地投射出紅、藍、綠三原色光以供設置於投影裝置內部之一合光總成進行合光作業，於先前技術中多採用下列兩種方式進行紅、藍、綠三原色光之輸出：第一種方式係利用固態光源投射出一白光，並使該白光通過具有紅、藍、綠三色之色輪，從而個別產生相對應之紅、藍、綠三時序光之方式進行合光輸出；第二種則為利用固態光源之藍光雷射，用以激發塗佈在旋轉轉盤上之螢光粉以產生紅、藍、綠或黃色光之方式，藉著將該藍光雷射所發出之藍色光與該紅、綠或黃色光進行合光後輸出，從而獲得所需之影像。

　然而，上述兩種方式雖皆可利用固態光源所發射之光束形成紅、藍、綠三色光或再加上黃色光以完成合光作業，不過由於光源先天光學特性的限制，上述兩種合光方式所得之光線皆較為發散，且效率也不高。

　有鑑於此，如何增加合光後光線的形成效率，乃為此一業界亟待解決的問題。

　本發明之一目的在於提供一種使用於一投影裝置之光源系統，藉由曲面反射元件與波段轉換元件之設置，以將一第一光源所提供之一第一波段光線之一第一時序部分轉換為一第二波段光線，使第二波段光線能夠以收斂而非發散之方式發射，並藉由一均光元件之設置，使其於接收第一波段光線之一第二時序部分、一第二波段光線及一第二光源之一第三波段光線後進行合光，並將之均勻射出。

　為達上述目的，本發明之光源系統包含一第一光源、一第一時序控制單元、一曲面反射元件及一波段轉換元件。其中，第一光源提供一第一波段光線，第一時序控制單元將第一波段光線分為一第一時序部分及一第二時序部分。曲面反射元件具有一焦點，且波段轉換元件設置於該焦點，以將第一波段光線之第一時序部分轉換為一第二波段光線後收斂射出，從而達到光線集中及提升亮度之優點。

　為讓上述目的、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。

　本發明用於一投影裝置之一光源系統200之第一實施例如第1圖所示。光源系統200包含一第一光源210、一第二光源220、一第一時序控制單元230、一曲面反射元件240、一波段轉換元件250、一均光元件260及至少一分色鏡270。其中，第一光源210用以提供一第一波段光線310，第二光源220用以提供一第三波段光線330，同時，第一時序控制單元230適可將第一波段光線310分為一第一時序部分311及一第二時序部分312。波段轉換元件250係設置於曲面反射元件240之一焦點241上，適以，當波段轉換元件250接收第一波段光線310之第一時序部分311後，便可將其轉換為一第二波段光線320，並經由曲面反射元件240反射第二波段光線320後收斂射出。

　詳細而言，本發明之第一時序控制單元230具有至少一穿透部231及至少一反射部232，且如第3圖所示，於本實施例中，第一時序控制單元230較佳係具有二穿透部231及二反射部232，且穿透部231及反射部232彼此係間隔設置。於第1圖所示之第一實施例中，當第一波段光線310穿透第一時序控制單元230之穿透部231時，其適可形成第一波段光線310之第一時序部分311，而當第一波段光線310為第一時序控制單元230之反射部232反射時，其適可形成第一波段光線310之第二時序部分312。

　此外，如第1圖所示，本實施例之至少一分色鏡270較佳係包含一第一分色鏡271及一第二分色鏡272。第一分色鏡271係鄰設於第二光源220，用以反射第一波段光線310之第二時序部分312，並允許第三波段光線330穿透。第二分色鏡272係鄰設於均光元件260，用以反射第一波段光線310之第二時序部分312及第三波段光線330，並允許第二波段光線320穿透。

　以下將針對本發明光源系統200之第一實施例中，第一波段光線310、第二波段光線320及第三波段光線330之行進路線進行說明。

　如第1圖所示，當第一光源210發射第一波段光線310至第一時序控制單元230後，第一波段光線310穿透第一時序控制單元230之穿透部231的部分將形成第一時序部分311，從而穿過形成於曲面反射元件240上之一開孔242，將第一時序部分311投射至位於曲面反射元件240之焦點241上之波段轉換元件250，波段轉換元件250於接收第一波段光線310之第一時序部分311後，適可將其轉換為第二波段光線320，曲面反射元件240反射第二波段光線320，並將其收斂射出至第二分色鏡272，第二波段光線320接著將穿透第二分色鏡272，從而為均光元件260所接收。

　需說明的是，波段轉換元件250係可藉由支撐架或其他固定方式設置於曲面反射元件240之焦點241上，於此並不加以限制。再者，本實施例之第一時序部分311係經由開孔242投射入曲面反射元件240，然於其他實施態樣中，亦可於開孔上設置一層分色鍍膜，且第一波段光線係經由此分色鍍膜穿透開孔，而第二波段光線則會由分色鍍膜反射回曲面反射元件內，使整體光線利用更為有效率。

　另一方面，第一波段光線310為第一時序控制單元230之反射部232所反射的部分將形成第二時序部分312，從而朝第一分色鏡271之方向前進，第一波段光線310之第二時序部分312接著將依序為第一分色鏡271及第二分色鏡272所反射，而同樣為均光元件260所接收。

　最後，由第二光源220所提供之第三波段光線330於發射後，首先將穿透第一分色鏡271，接著由第二分色鏡272所反射，而為均光元件260所接收。

　適以，當第一波段光線310之第二時序部分312、第二波段光線320及第三波段光線330皆為均光元件260所接收並均勻化後，便可形成具有均勻亮度之一光線300，從而提供予一成像系統（圖未示出）進行成像。

　於本實施例中，第一光源210係為一藍色雷射光源，且第一波段光線310係為一藍光，第二光源220係為一紅色LED光源或一紅色雷射光源，且第三波段光線330係為一紅光。波段轉換元件250係為一綠光磷光物質，且第二波段光線320相應地係為一綠光，曲面反射元件240具有一雙曲面，且本發明之雙曲面係為一橢球面或一拋物面，如此將可協助匯集並反射出轉換後之第二波段光線320。

　本發明光源系統200之第二實施例如第2圖所示，同樣包含第一光源210、第二光源220、第一時序控制單元230、曲面反射元件240、波段轉換元件250、均光元件260、第一分色鏡271及第二分色鏡272等元件，且各元件間的相互設置關係皆大致與第一實施例相同。

　謹將第二實施例之第一波段光線310、第二波段光線320及第三波段光線330之行進路線說明如下。如第2圖所示，當第一光源210發射第一波段光線310時，第一波段光線310之第一時序部分311將為第一時序控制單元230之反射部232所反射，而穿過形成於曲面反射元件240之開孔242，投射至位於曲面反射元件240之焦點241上之波段轉換元件250，波段轉換元件250在將第一波段光線310之第一時序部分311轉換為第二波段光線320後，將經由曲面反射元件240反射第二波段光線320並收斂射出至第一分色鏡271，且為第一分色鏡271反射後，繼而接續穿透第二分色鏡272，從而為均光元件260所接收。另外，當第一波段光線310之第二時序部分312穿透第一時序控制單元230之穿透部231後，其將為第二分色鏡272所反射，從而為均光元件260所接收。最後，由第二光源220所發射之第三波段光線330將依序穿透第一分色鏡271及第二分色鏡272，而為均光元件260所接收。

　本發明之第一實施例與第二實施例間的差異在於：於第一實施例中，第一時序控制單元230的穿透部231係為第一波段光線310之第一時序部分311所穿透，而第一時序控制單元230的反射部232係用以反射第一波段光線310之第二時序部分312。相對於第二實施例，第一時序控制單元230的穿透部231係為第一波段光線310之第二時序部分312所穿透，而第一時序控制單元230的反射部232係用以反射第一波段光線310之第一時序部分311。此外，於第一實施例中，第二光源220所發射之第三波段光線330係於穿透第一分色鏡271後，而為第二分色鏡272所反射，而於第二實施例中，第二光源220所發射之第三波段光線330係直接依序穿透第一分色鏡271及第二分色鏡272。

　本發明之第三實施例如第4圖所示，亦同樣包含第一光源210、第二光源220、第一時序控制單元230、波段轉換元件250、均光元件260、第一分色鏡271及第二分色鏡272等元件，且各元件間的相互設置關係亦皆大致與第一實施例相同。第一實施例與第三實施例間之差異在於，第三實施例更進一步包含一第二時序控制單元400及一第三光源290，且原具有一開孔242之曲面反射元件240係以另具有二開孔282及一開口283之一曲面反射元件280取代，透過上述配置將更強化整體之光線強度。

　詳細而言，第三實施例所具有之第二時序控制單元400係用以將所接收之第一波段光線310之第一時序部分311分為一第三時序部分（圖未示出）及一第四時序部分（圖未示出），且第三時序部分與第二時序部分312係具有相同之時序。其中，第二時序控制單元400包含一轉盤410，且轉盤410具有至少一轉換部及至少一反光部。如第5圖所示，於本實施例中，轉盤410較佳係兩面均具有二轉換部411及二反光部412。更詳細而言，轉換部411係位於曲面反射元件280之焦點281處，藉此，波段轉換元件250適可形成於該等轉換部411對應於該焦點281之區塊。

　請接續參考第6圖，第三實施例所具有之曲面反射元件280係具有一焦點281、相對焦點281設置於曲面反射元件280兩側之二開孔282，以及開口283。

　請一併參考第4圖及第6圖，當第二時序控制單元400之轉盤410經由曲面反射元件280之開口283而設置於曲面反射元件280中時，形成於該等轉換部411之波段轉換元件250適可對應於曲面反射元件280之焦點281。適以，當第一光源210發射第一波段光線310至第一時序控制單元230後，第一波段光線310穿透第一時序控制單元230之穿透部231的部分將形成第一時序部分311，從而透過設置於曲面反射元件280左側之開孔282，將第一時序部分311投射至位於第二時序控制單元400上，投射至第二時序控制單元400之轉換部411者為第四時序部分，第四時序部分受到轉換部411上之波段轉換元件250轉換後，從而成為第二波段光線320自曲面反射元件280收斂射出。相似地，當第一時序部分311投射至位於第二時序控制單元400之反光部412者，便為第三時序部分。第三時序部分與第二時序部分312具有相同時序，不同的是，前者係自曲面反射元件280射出。

　第三光源290係相對第一光源210鄰設於曲面反射元件280之一側，以提供一第四波段光線340。當第四波段光線340經由右側之開孔282進入至曲面反射元件280後，第四波段光線340亦因應投射至第二時序控制單元400之轉換部411或反光部412，而分別形成第四時序部分及第三時序部分。如前所述，波段轉換元件250適可將第四波段光線340轉換為第二波段光線320後射出；另一方面，投射至位於第二時序控制單元400之反光部412之第三時序部分，係具有與第二時序部分312具有相同時序，並由曲面反射元件280收斂後射出。其中，如同前述，二開孔282亦可增設一層分色鍍膜，此分色鍍膜適可使第一波段光線及第四波段光線穿透開孔，並使第二波段光線反射回曲面反射元件內，藉以提高光線之有效使用。

　於第三實施例中所提及之第二時序控制單元400及第三光源290亦可相應地以第二實施例為基礎進行設置，從而成為如第7圖所示之第四實施例。由於各該波段光線及各該時序部分之光路皆相似於第二實施例，且第二時序控制單元400及第三光源290之功用亦已描述於第三實施例中，故於此不多贅述。

　前述之第一實施例、第二實施例、第三實施例及第四實施例雖皆同樣揭露利用第一波段光線310之第一時序部分311激發波段轉換元件250以產生第二波段光線320之技術特徵，但在各光學元件的配置上仍可依需求進行調整，譬如，可額外設置複數中繼透鏡（relay lens）或透鏡陣列（lens array）於各該光源之出光面，或設置於均光元件之入光面，以提高其聚光效果等，非僅具有上述實施態樣。並且，第一時序控制單元及第二時序控制單元皆可包含有一鏡輪或一多角形反射鏡。

　綜上所述，藉由前述該等光學元件的設置，本發明之光源系統僅需配置二相異之發光光源（即藍光光源及紅光光源）與一波段轉換元件（即綠光磷光物質），即可使均光元件在分別均勻第一波段光線之第二時序部分與第三時序部分（即藍光）、第二波段光線（即綠光），以及第三波段光線（即紅光）後產生亮度均勻且集中之光線供投影機使用，從而避免習知固態光源之投射角度發散與光形成效率不高等問題。同時，更可藉由額外設置之第三光源（即藍光光源），加倍增強綠光，藉以提升投影機之亮度及色彩，強化其影像表現。

　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。

200‧‧‧光源系統

210‧‧‧第一光源

220‧‧‧第二光源

230‧‧‧第一時序控制單元

231‧‧‧穿透部

232‧‧‧反射部

240‧‧‧曲面反射元件

241‧‧‧焦點

242‧‧‧開孔

250‧‧‧波段轉換元件

260‧‧‧均光元件

270‧‧‧分色鏡

271‧‧‧第一分色鏡

272‧‧‧第二分色鏡

280‧‧‧曲面反射元件

281‧‧‧焦點

282‧‧‧開孔

283‧‧‧開口

290‧‧‧第三光源

300‧‧‧光線

310‧‧‧第一波段光線

311‧‧‧第一時序部分

312‧‧‧第二時序部分

320‧‧‧第二波段光線

330‧‧‧第三波段光線

340‧‧‧第四波段光線

400‧‧‧第二時序控制單元

410‧‧‧轉盤

411‧‧‧轉換部

412‧‧‧反光部

第1圖係為本發明光源系統第一實施例之示意圖；

第2圖係為本發明光源系統第二實施例之示意圖；

第3圖係為本發明光源系統之第一時序控制單元示意圖；

第4圖係為本發明光源系統第三實施例之示意圖；

第5圖係為本發明光源系統之第二時序控制單元示意圖；

第6圖係為本發明光源系統之第三實施例所具有之曲面反射元件之示意圖；以及

第7圖係為本發明光源系統第四實施例之示意圖。

200‧‧‧光源系統

210‧‧‧第一光源

220‧‧‧第二光源

230‧‧‧第一時序控制單元

240‧‧‧曲面反射元件

241‧‧‧焦點

242‧‧‧開孔

250‧‧‧波段轉換元件

260‧‧‧均光元件

270‧‧‧分色鏡

271‧‧‧第一分色鏡

272‧‧‧第二分色鏡

300‧‧‧光線

310‧‧‧第一波段光線

311‧‧‧第一時序部分

312‧‧‧第二時序部分

320‧‧‧第二波段光線

330‧‧‧第三波段光線

Claims (25)

1. 一種用於一投影裝置之光源系統，包含：
   　　一第一光源，提供一第一波段光線；
   　　一第一時序控制單元，將該第一波段光線分為一第一時序部分及一第二時序部分；
   　　一曲面反射元件，具有一焦點；以及
   　　一波段轉換元件，設置於該焦點，將該第一波段光線之該第一時序部分轉換為一第二波段光線。
2. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一時序控制單元具有至少一穿透部及至少一反射部，該第一波段光線通過該至少一穿透部以形成該第一時序部分及該第二時序部分其中之一，且該第一波段光線係由該至少一反射部反射以形成該第一時序部分及該第二時序部分其中之另一。
3. 如請求項2所述之光源系統，更包含一第二光源，提供一第三波段光線。
4. 如請求項3所述之光源系統，更包含一均光元件，接收並均勻該第一波段光線、該第二波段光線及該第三波段光線。
5. 如請求項4所述之光源系統，包含至少一分色鏡，以反射該第一波段光線之該第二時序部分、該第二波段光線及該第三波段光線至少其中之一。
6. 如請求項5所述之光源系統，其中該至少一分色鏡包含一第一分色鏡，鄰設於該第二光源，以反射該第一波段光線之該第二時序部分及該第二波段光線至少其中之一，並允許該第三波段光線穿透。
7. 如請求項6所述之光源系統，其中該至少一分色鏡更包含一第二分色鏡，鄰設於該均光元件，以反射該第一波段光線之該第二時序部分及該第三波段光線，並允許該第二波段光線穿透。
8. 如請求項6所述之光源系統，其中該至少一分色鏡更包含一第二分色鏡，鄰設於該均光元件，以反射該第一波段光線之該第二時序部分，並允許該第二波段光線及該第三波段光線穿透。
9. 如請求項6所述之光源系統，更包含一第二時序控制單元，將該第一波段光線之該第一時序部分分為一第三時序部分及一第四時序部分，其中該第三時序部分與該第二時序部分具有相同時序。
10. 如請求項9所述之光源系統，其中該第二時序控制單元具有一轉盤，該曲面反射元件具有一開口，該轉盤係通過該開口而位於該曲面反射元件中，該轉盤具有至少一轉換部及至少一反光部，該波段轉換元件係形成於該至少一轉換部對應於該焦點之一區塊，以將第一波段光線之該第一時序部分之該第四時序部分轉換為該第二波段光線，且該第三時序部分係由該至少一反光部反射以形成該第二時序部分。
11. 如請求項3所述之光源系統，其中該第一光源係為一藍色雷射光源，且該第一波段光線係為一藍光。
12. 如請求項11所述之光源系統，其中該第二波段光線係為一綠光。
13. 如請求項12所述之光源系統，其中該第二光源係為一紅色LED光源或一紅色雷射光源，且該第三波段光線係為一紅光。
14. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一時序控制單元具有一鏡輪或一多角形反射鏡。
15. 如請求項9所述之光源系統，其中該第二時序控制單元具有一鏡輪或一多角形反射鏡。
16. 如請求項1所述之光源系統，其中該波段轉換元件係為一綠光磷光物質（phosphor）。
17. 如請求項1所述之光源系統，其中該曲面反射元件具有一雙曲面，且該雙曲面係為一橢球面或一拋物面。
18. 如請求項17所述之光源系統，其中該曲面反射元件具有至少一開孔。
19. 如請求項18所述之光源系統，其中該至少一開孔上設置一分色鍍膜，該第一波段光線係經由該分色鍍膜穿透該至少一開孔，且該第二波段光線係經由該分色鍍膜反射。
20. 如請求項9所述之光源系統，更包含一第三光源，係相對該第一光源鄰設於該曲面反射元件之一側，以提供一第四波段光線。
21. 如請求項20所述之光源系統，其中該波段轉換元件適可將該第四波段光線轉換為該第二波段光線。
22. 如請求項21所述之光源系統，其中該第三光源係為一藍色雷射光源，且該第四波段光線係為一藍光。
23. 如請求項21所述之光源系統，其中該曲面反射元件具有至少一開孔。
24. 如請求項23所述之光源系統，其中該至少一開孔上設置一分色鍍膜，該第一波段光線及該第四波段光線係經由該分色鍍膜穿透該至少一開孔，且該第二波段光線係經由該分色鍍膜反射。
25. 一種投影裝置，包含：
    　　如請求項1所述之光源系統，提供一光線；以及
    　　一成像系統，用以接收來自該光源系統之一光線以進行成像。