CN100565333C - 光源模块 - Google Patents

Abstract

一种光源模块，适用于扫描式投影装置中。光源模块包括多个点光源以及至少一个遮光单元。每一点光源适于提供一色光，而这些色光合并成合成光束，且这些色光的颜色不同。至少一个遮光单元适于以固定的频率切入这些色光至少其中之一的传递路径，以遮挡部分色光。

Description

光源模块

技术领域

本发明涉及一种光源模块，且特别是涉及一种适用于扫描式投影装置(scanning projection apparatus)的光源模块。

背景技术

请参照图1A与图1B，现有一种扫描式投影装置100包括光源模块110和镜片120，其会依据所欲显示图像的输入信号将光源模块发出的光束112，透过可沿着两个轴向摆动的镜片120产生偏向，以将光束112依次投射至屏幕30上不同的位置而形成图像。

更详细地说，若扫描式投影装置100所投影出的图像解析度为M×N(即具有M×N个像素)，则镜片120会将光束112依次投射至屏幕30上的位置P(1，1)、位置P(1，2)、...位置P(1，N)、...位置P(2，1)、位置P(2，2)、...位置P(M，N-1)、位置P(M，N)。此外，若图像的更新频率为60赫兹(Hz)时，光源模块110必须在1/60秒内依次发出M×N道光强度不同的光束112。

请参照图2，现有光源模块110包括红光激光(red laser)114r、绿光激光114g、蓝光激光114b以及X棱镜(X-prism)116。红光激光114r、绿光激光114g及蓝光激光114b可分别提供红光112r、绿光112g及蓝光112b。此外，X棱镜114的分光面116a可反射蓝光112b并使绿光112g与红光112r通过，而X棱镜114的分光面116b可反射红光112r并使绿光112g与蓝光112b通过，如此能使红光112r、绿光112g及蓝光112b合并成光束112。

承上述，当扫描式投影装置100需要利用激光强度的调变，以作为影像灰阶的应用时，光源模块110必须根据欲显示图像的输入信号在1/60秒内依次发出M×N道光束112，所以红光激光114r、绿光激光114g及蓝光激光114b的光强度调变频率必须为60×(M×N)赫兹。以解析度为1024×768为例，则光强度调变频率必须大于47兆赫(MHz)。而目前红光激光114r和绿光激光114g可以大于47兆赫(MHz)的频率利用调变驱动电流来调整光强度，但绿光激光114g的光强度调变频率无法达到47兆赫，所以在现有技术中会于绿光激光114g与X棱镜116之间增设光强度调变元件118，以通过外部调变的方式来调变绿光112g的光强度。

在现有技术中，常见的外部调变方式为使用电光晶体(electro-opticalcrystal)作为光强度调变元件118的电光调变(electro-optical modulation，EOM)，或是使用声光晶体(acoustic-optical crystal)作为光强度调变元件118的声光调变(acoustic-optical modulation，AOM)。然而，由于电光晶体与声光晶体的制造不易，成本也较高，所以会提高光源模块100的成本。此外，利用电光调变或声光调变的方式需消耗较大的功率(约1瓦)，因此较浪费能源，且不利于应用在利用电池供电的扫描式投影装置中。另外，绿光112g需整束通过电光晶体或声光晶体会造成额外的能量损失。

发明内容

本发明的目的，是提供一种光源模块，其成本较低且较节省能源。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭示的技术特征中得到进一步的了解。为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的实施例提出一种光源模块，其适用于扫描式投影装置中。光源模块包括多个点光源和至少一个遮光单元(light blocking unit)。每一点光源适于提供一色光，且这些色光合并成合成光束。遮光单元适于以固定的频率切入并切离色光至少其中之一的传递路径，以遮挡部分色光。固定的频率是指图像解析度乘以图像更新频率的光强度调变频率。

本发明是利用遮光单元以固定的频率切入一色光的传递路径，以遮挡部分色光，进而达到调变光强度调变的目的。与现有技术的光强度调变元件相比，本发明的遮光单元的成本较低，因此可降低光源模块的成本，而且因遮光单元动作时消耗的能源较低，所以本发明的光源模块较节省能源。

附图说明

图1A是现有一种扫描式投影装置的示意图。

图1B是图1A的扫描式投影装置将光束投影在屏幕上不同位置的示意图。

图2是图1的光源模块的示意图。

图3是本发明实施例的一种光源模块的示意图。

图4A是图3中第一点光源至合光单元之间的元件配置图。

图4B是图4A中遮光单元的动作示意图。

图5是本发明另一实施例的遮光单元的示意图。

图6为本发明另一实施例的遮光单元的示意图。

图7A至图7C是本发明另三个实施例的光源模块的第一点光源至合光单元之间的元件配置图。

图8A是本发明又一实施例的光源模块的第一点光源至合光单元之间的元件配置图。

图8B是图8A中遮光单元的动作示意图。

图9为本发明另一实施例的光源模块的示意图。

简单符号说明

30：屏幕

50、60：箭头

100：扫描式投影装置

110、200、200a：光源模块

112：光束

112r：红光

112g：绿光

112b：蓝光

114r：红光激光

114g：绿光激光

114b：蓝光激光

116：X棱镜

116a、116b、262、264：分光面

118：光强度调变元件

120：扫描镜

202：合成光束

210g：第一点光源

210r：第二点光源

210b：第三点光源

212g：第一色光

212r：第二色光

212b：第三色光

220、220a、220b：遮光单元

222、222a：遮光件

224、224a：制动器

226：散斑消除件

232、234：聚焦元件

240：光扩散件

250：准直元件

260、260a：合光单元

266：第一分光件

268：第二分光件

270：光均匀化元件

P(1，1)-P(M，N)：位置

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。为了能更清楚表达，以下说明是以图中所示的上、下、左、右、前或后等方位为基准，因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明的光源模块适用于扫描式投影装置(Scanning projection apparatus)中，扫描式投影装置定义为根据输入信号，将光束依次投射在影像图框上的各像素位置上，以构成具有多个像素的影像图框，且影像图框投射于屏幕以形成图像的投影装置。

光源模块包括多个点光源和至少一个遮光单元。每一点光源适于提供一色光，而这些色光合并成合成光束，每一点光源可为发光二极管或激光。至少一个遮光单元适于以固定的频率切入这些色光至少其中之一的传递路径，以遮挡部分色光。以下将举实施例搭配附图说明本发明的光源模块。

请参照图3，本发明实施例的光源模块200包括第一点光源210g、第二点光源210r、第三点光源210b、合光单元260以及遮光单元220。第一点光源210g适于提供第一色光212g(如绿光)，第二点光源210r适于提供第二色光212r(如红光)，第三点光源210b适于提供第三色光212b(如蓝光)，且这些色光212g、212r、212b会合并成合成光束202，第一色光212g、第二色光212r及第三色光212b的颜色不同。

合光单元260适于将第一色光212g、第二色光212r与第三色光212b合并成合成光束202。更详细地说，合光单元260例如是X棱镜，其配置于第一点光源210g、第二点光源210r与第三点光源210b之间。合光单元220的分光面262适于反射第三色光212b，并使第一色光212g与第二色光212r通过，而合光单元220的分光面264适于反射第二色光212r，并使第一色光212g与第三色光212b通过，如此能使第一色光212g、第二色光212r与第三色光212b合并成合成光束202。

请参照图4A与图4B，遮光单元220配置于第一色光212g的传递路径旁，且遮光单元220适于以固定的频率切入并切离第一色光212g的传递路径，当遮光单元220切入第一色光212g的传递路径时，遮光单元220遮挡部分第一色光212g。固定的频率是指对应图像解析度和图像更新频率的光强度调变频率，例如：图像解析度为1024×768，图像更新频率60赫兹，则光强度调变频率至少为60×(1024×768)赫兹，即为47兆赫(MHz)。遮光单元220包括遮光件222和连接遮光件222的制动器224。制动器224可为音圈马达(voice coil motor)、压电材料元件(piezoelectric material device)或其他可高频驱动的制动器。制动器224能控制遮光件222用固定的频率沿着图4B中箭头50所指的方向来回动作，以切入或切离第一色光212g的传递路径。另外，制动器224还可根据扫描式投影装置所欲显示图像的输入信号，来调整遮光件222动作的行程，以控制遮光件222每次切入第一色光212g的传递路径时，遮挡第一色光212g的比例。

再参阅图4A，可在第一点光源210g的传递路径上增设聚焦元件232、234(如：透镜)，以会聚第一色光212g。而遮光单元220是设置于第一色光212g的聚焦处旁，藉以可缩短遮光件222动作的行程。

另外，若以激光作为第一点光源210g时，可增设散斑(speckle)消除件226于第一色光212g的传递路径上，本实施例中，散斑消除件226和遮光件222设置一(如图5所示)，以消除光散斑。具体而言，散斑消除件226可为折射光学元件(diffraction optical element，DOE)或漫射片(diffuser)，但不以此为限。

对于需以外部调变方式达到光强度调变频率的点光源(如第一色光212g)而言，利用本发明提出的通过具有致动器224的遮光单元220以固定的频率切入或切离第一色光212g的传递路径，来遮挡部分第一色光212g，即可使第一色光212g达到需求的光强度调变频率，且本实施例的遮光单元220的零组件取得容易，且其成本远较现有技术所采用的电光晶体或声光晶体低，故可节省光源模块200的成本。此外，遮光单元220所消耗的能量较采用电光调变或声光调变所需消耗的能量低，故较节省能源。另外，遮光单元220是以切入或切离第一色光212g的传递路径的方式来改变第一色光212g的光强度，故在单位时间内遮光单元220仅会遮挡部分的第一色光212g，所以光利用效率较高。

请参照图6，本发明另一实施例的遮光单元220a包括制动器224a与遮光件222a，与上述的遮光单元220不同的是，遮光单元220a的制动器224a具有转轴(未示出)，而遮光件222a是枢接于转轴上。制动器224a可使遮光件222a沿着箭头60方向来回摆动，以切入或切离第一色光212g的传递路径。

以下附图中，与图4A的标号相同的表示相同的元件，下文中将省略这些元件的说明。

请参照图7A，光源模块还包括光扩散件240，其设置于第一色光212g的传递路径上，且位于第一点光源210g与聚焦元件232之间。使第一色光212g先透过光扩散件240扩散后再利用聚焦元件232、234会聚光束。

请参照图7B，若第一点光源210g所提供的第一色光212g是非准直光，可于第一色光212g的传递路径上设置准直元件(collimator)250，且其位于第一点光源210g与光扩散件240之间，以使第一色光212g透过准直元件250之后而转变为准直光。

请参照图7C，若使用激光作为第一点光源210g时，由于激光所提供的第一色光212g的光能量为非均匀分布，如高斯分布(Gaussian distribution)，所以会复杂化遮光单元220的运作。为了使通过遮光单元220的第一色光212g的光强度与遮光件222动作的行程之间的关系曲线较为线性化，可于第一色光212g的传递路径上增设光均匀化元件270，且光均匀化元件270配置于第一点光源210g与遮光单元220之间，光均匀化元件270适于均匀化第一色光212g的光能量分布。而由于通过遮光单元220的第一色光212g的光强度与遮光件222动作的行程之间的关系曲线较为线性化，所以较容易通过调整制动器224的驱动电压大小或电流大小来控制遮光件222动作的行程，如此可更容易控制遮光单元220的运作。

为了降低制动器驱动遮光件的频率，使制动器取得容易，本发明的遮光单元也可包括多个制动器与多个遮光件。请参照图8A与图8B，本实施例的遮光单元220b包括多个遮光件222和多个制动器224。每一制动器224连接一个遮光件222，且这些制动器224适于控制遮光件222以固定的频率依次切入并切离第一色光212g的传递路径，以遮挡部分第一色光212g。此外，制动器224还会控制遮光件222每次切入第一色光212g的传递路径时，遮挡第一色光212g的比例。

更详细地说，当扫描式投影装置欲显示第一个像素时，则其中一个制动器224会驱动其所连接的遮光件222切入第一色光212g的传递路径，以将第一色光212g的光强度调整成所需，之后再驱动其所连接的遮光件222切离第一色光212g的传递路径。当扫描式投影装置欲显示第二个像素时，另一个制动器224会驱动其所连接的遮光件222切入第一色光212g的传递路径，以将第一色光212g的光强度调整成所需，之后再驱动其所连接的遮光件222切离第一色光212g的传递路径。如此一来，光调变频率可通过多个制动器224共同分担，每个制动器224驱动遮光件222的频率可大幅降低，因此对于制动器224的取得更为容易。此外，在本实施例中，也可在每一遮光件222上配置散斑消除件226(如图5所示)。

需注意的是，本发明并不限定第一色光、第二色光与第三色光的合光方式，以下将举另一光源模块的实施例，其与图3的光源模块200的差异仅在于合光方式。请参照图9，本实施例的光源模块200a的合光单元260a包括第一分光件266和第二分光件268。第一分光件266与第二分光件268可为双色镜(dichroic mirror)，其中第一分光件266配置于第一色光212g与第二色光212r的传递路径上，而第二分光件266配置于第一色光212g与第三色光212b的传递路径上。此外，第一分光件266适于使第一色光212g通过而传递至第二分光件268，并将第二色光212r反射至第二分光件268。第二分光件268适于使第一色光212g与第二色光212r通过，并反射第三色光212b，以使第一色光212g、第二色光212r以及第三色光212b合并成合成光束202。

综上所述，本发明的光源模块至少具有下列优点：

1.与现有技术的光强度调变元件相比，本发明的遮光单元的成本较低，因此可降低光源模块的成本。

2.与现有技术的光强度调变元件相比，本发明的遮光单元动作时消耗的能源较低，所以本发明的光源模块较节省能源。

3.未被遮光单元遮挡的部分第一色光，其能量不会因通过遮光单元而造成额外损失，所以光利用效率较高。

虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与修改，因此本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。前述将遮光单元应用于第一色光来调变光强度描述本发明，仅是一种实施例，本发明并不限于将遮光单元仅应用于第一色光，主要是将光源模块中，需要较高的光调变频率的点光源(点光源可为多个)，所发出的色光，应用本发明的遮光单元即可。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭示的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (8)

1、一种光源模块，适用于扫描式投影装置中，该光源模块包括：

多个点光源，每一点光源适于提供一色光，且该些色光合并成合成光束；和

至少一个遮光单元，适于以固定的频率切入并切离该些色光至少其中之一的传递路径，以遮挡部分该色光，该固定的频率为图像解析度乘以图像更新频率的光强度调变频率。

2、如权利要求1所述的光源模块，还包括合光单元，且该些点光源包括：

第一点光源，适于提供第一色光，其中该遮光单元配置于该第一色光的传递路径旁，且该遮光单元适于以固定的频率切入该第一色光的传递路径，以遮挡部分该第一色光；

第二点光源，适于提供第二色光；以及

第三点光源，适于提供第三色光，其中该合光单元适于将该第一色光、该第二色光与该第三色光合并成该合成光束。

3、如权利要求2所述的光源模块，其中该遮光单元包括：

遮光件；和

制动器，连接该遮光件，且该制动器适于控制该遮光件以固定的频率切入该第一色光的传递路径，以遮挡部分该第一色光。

4、如权利要求2所述的光源模块，其中该遮光单元包括：

多个遮光件；和

多个制动器，分别连接该些遮光件其中之一，且该些制动器适于控制该些遮光件以固定的频率除以该遮光件的个数的频率依次切入该第一色光的传递路径，以遮挡部分该第一色光。

5、如权利要求2所述的光源模块，其中该合光单元为X棱镜。

6、如权利要求2所述的光源模块，其中该合光单元包括：

第一分光件，配置于该第一色光与该第二色光的传递路径上；和

第二分光件，配置于该第三色光的传递路径上，其中该第一分光件适于使该第一色光通过而传递至该第二分光元件，并将该第二色光反射至该第二分光元件，且该第二分光元件适于使该第一色光与该第二色光通过，并反射该第三色光，以使该第一色光、该第二色光以及该第三色光合并成该合成光束。

7、如权利要求2所述的光源模块，其中该第一色光为提供绿光的激光。

8、如权利要求1所述的光源模块，其中该些点光源为发光二极管或激光。

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