CN101936459A - 复合光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种复合光源系统，可应用于一投影装置，复合光源系统包含一分光元件、一第一光源、一第二光源，以及一光处理元件。分光元件适以定义出一光路，而第一光源及第二光源分别用以产生一第一光线及一第二光线，其中该第一光线贴近该光路朝该分光元件投射，而该第二光线相对于该第一光线，沿该光路朝该分光元件投射。该第一光线包含一第一类光及一第二类光，借助分光元件的设置，该第一类光及该第二光线适以形成一复合光线，通过该分光元件沿该光路进入该光处理元件。借助本发明使投影装置的成像可呈现宽广的色域，同时，可更为有效的提供投影装置的成像所需，避免成像亮度减弱。

Description

复合光源系统

技术领域

本发明是关于一种投影装置的光源系统，特别是一种投影装置的复合光源系统。

背景技术

随着投影装置的日渐普及，投影装置的市场竞争也愈趋激烈，因此制造商必须致力于提高现有投影装置的品质，以满足使用者的需求，并吸引更多使用者消费。举例而言，以广色域的呈现投影成像，使成像更为接近真实色彩，即为吸引使用者的重要因素之一。

由现有技术中可得知，于投影装置的基本色光之中，红光对于成像品质的影响最为显著，因此于一现有投影装置中，如图1所示，投影装置1除了包含一高压汞灯等12作为光源外，还额外增加一红光激光11作为光源，因激光频率较为集中，光色纯，借助与高压汞灯12混光后，可提供较为广域的色彩。于现有投影装置1中，依据基本光学原理，为了避免光展量的增加，红光激光11与高压汞灯12所提供的光线分别通过透镜组件13、14后，必须通过一分光镜15以形成复合光源，再进入成像系统16形成影像，藉此，可使光线可较为有效的被利用。须说明的是，图标中的箭头线段是示意主要光路。

于上述的投影系统中，红光激光11及高压汞灯12是分别以45°对分光镜15投射光线。分光镜15是以其具有的镀膜(图未示出)，用以使红光激光11所投射的红光激光穿透，并反射部份高压汞灯12所提供的光线，此架构下，高压汞灯12所投射的光线中与该红光激光相同波段的部份亦将穿透分光镜15。具有本领域的通常知识者可知，分光镜15是依据其镀膜适可使具有一预定波段范围的光线穿透，此外，依据不同的光线入射角度，使分光镜15具有一分光偏移(dichroic shift)的特性。其中，光线入射角越大，分光偏移越偏向短波段，亦即随着入射角的增加，可穿透分光镜15的光线波段越短。例如于图1中，高压汞灯12与激光线11所提供的光线实质上是约以41°至49°的范围入射至分光镜15。依据上述的分光偏移特性，如图2所示(纵轴代表光线穿透率，横轴代表波长)，由不同的入射角度(例如41°、45°、49°)入射至分光镜15时，将分别形成偏移的分光曲线，如图所示，具有三角形符号的曲线代表入射角度为49°的分光曲线，圆滑曲线代表入射角度为45°的分光曲线，而具有圆形符号的曲线代表入射角度为41°的分光曲线。为了因应高压汞灯12所投射的光线在不同的入射角入射分光镜15后，红光激光11所提供的光线不致因分光偏移的影响，而能完全穿透分光镜15，因此现有技术中，分光镜15在设计时就必须增加其可穿透的光线波段范围，使红光激光所提供的光线，其波段如图2的矩形范围(靠近波长为640纳米处)，在分光偏移的作用下，仍包含于可完全穿透的波段范围内(如虚线范围所示)。然而过大的穿透波段范围亦代表过多的高压汞灯12光线将一并穿透过分光镜15，如此将使提供成像所需光线的强度大幅衰减，对于成像品质造成非常不利的影响。

有鉴于此，因应现有技术的缺失，使复合光源系统所产生的分光偏移效应减小，而在增进成像的色域广度的需求下，仍可充分的利用光线，不致使成像亮度减弱，此为此业界亟待努力的目标。

发明内容

本发明的一目的是提供一复合光源系统，用于一投影装置，借助高压汞灯以及激光源所分别提供的光线，配合分光元件的设置，使各光线可贴近一主光路以较小的入射角投射至分光元件，减小分光元件的分光偏移效应，以使投影装置可在不降低成像亮度之下，以较广的色域呈现成像色彩。

为达上述目的，复合光源系统包含一分光元件、一第一光源、一第二光源及一光处理元件。分光元件适以定义出一光路，而第一光源及第二光源分别为一高压汞灯及一激光源，用以产生一第一光线及一第二光线，其中该第一光线适可借助一光引导元件的引导，贴近该光路朝该分光元件投射，而该第二光线相对于该第一光线，沿该光路朝该分光元件投射。此外，光处理元件设置于该光路上。该第一光线包含一第一类光及一第二类光，借助分光元件的设置，该第一类光及该第二光线适以形成一复合光线，通过该分光元件沿该光路进入该光处理元件。

借助本发明的复合光源系统，第二光线适以使投影装置的成像可呈现宽广的色域，同时，因应第一光线入射分光元件的入射角较小，降低分光偏移的影响，使第一光线可更为有效的提供投影装置的成像所需，避免成像亮度减弱。

附图说明

为让本发明的上述目的、技术特征和优点能更明显易懂，下面将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，其中：

图1是现有投影装置的包含一复合光源的示意图；

图2是依据图1的复合光源所形成的分光偏移曲线图；

图3是本发明第一实施例的复合光源系统示意图；

图4是依据图3的复合光源系统所形成的分光偏移曲线图；

图5A是依据本发明第二实施例的复合光源系统上视示意图；

图5B是图5A中光处理元件的立体示意图；

图6A是依据本发明第三实施例的复合光源系统的立体示意图；

图6B是图6A中复合光源系统的侧视示意图；以及

图6C是图6A中复合光源系统的上视示意图。

具体实施方式

本发明的第一实施例如图3所示，一复合光源系统3，适可用于一投影装置(图未示出)，复合光源系统3包含一分光元件31、一第一光源32、一第二光源33，以及一光处理元件34。分光元件31适可定义出一光路30，而第一光源32及第二光源33分别用以产生一第一光线321及一第二光线331，其中，第一光线321包含一第一类光321a及一第二类光321b，并贴近光路30朝向分光元件31投射，且第二光线331相对于第一光线321，沿光路30而朝分光元件31投射，此外，光处理元件34系设置于光路30上。借助上述的构成，使第一光线321及第二光线331分别投射至分光元件31后，第一光线321的第一类光321a与第二光线331沿光路30进入光处理元件34。

详细而言，本实施例中，第一光源32是一高压汞灯，提供的第一光线321是一白光，而第二光源33为一激光源，提供的第二光线331是一红色激光。该激光源还可与一光纤38连接，使第二光线331(即红色激光)通过光纤38，沿光路30而投射至分光元件31。其中，该激光源较佳地是一激光阵列(即第二光源33是由多个激光源组成)，用以提供多个第二光线331，藉以提高第二光线331的强度。

其次，本发明的复合光源系统3还包含一光引导元件35，邻设于光处理元件34，其中，光引导元件35为一反射镜或一棱镜，以反射方式将第一光源32所投射的第一光线321引导至分光元件31，若光引导元件35为棱镜，则该棱镜的一表面镀有一反射膜。进一步而言，如图3所示，本实施例的光处理元件34是一集光柱，集光柱具有一入光面341，而光引导元件35实质上邻设于入光面341，借助光引导元件35与集光柱的相对位置，使第一光线321通过光引导元件35的反射后，适可以较小的入射角度，贴近光路30朝分光元件31投射，以减小分光元件31所产生的分光偏移效应。需说明的是，本实施例中，虽光处理元件34为集光柱，然而于其它实施例中，光处理元件34亦可依不同的系统需求，例如为一色轮。

本实施例中，分光元件31为一窄带通滤光镜，适可容许一预定波段范围内的红光穿透。第一光线321所包含的第二类光321b及第二光线331(即红色激光)是位于该波段范围内，而第一类光321a则于该波段范围之外。藉此，分光元件31容许第二类光321b及第二光线331穿透，并将第一类光321a反射，以将第一类光321a及第二光线331形成一复合光线。随后，该复合光线通过入光面341，进入该集光柱，以供投影装置成像之用。

本实施例中，复合光元系统3还包含一聚光元件36，聚光元件36设置于分光元件31及光处理元件34之间，较佳地，聚光元件36邻设于分光元件31，藉此，以散射方式传递的第一光线321通过光引导元件35的反射后，透过聚光元件36形成平行光线，使第一光线321入射分光元件31的入射角相同，避免因入射角度的不同，造成分光元件31无法使预定波段的光线穿透/反射。随后，穿透分光元件31的第二光线331及通过分光元件31所反射的第一类光321a则再透过聚光元件36的汇聚，自入光面341进入光处理元件34(即该集光柱)。

由于本实施例中，第二光源33实质上是一极为细小的激光点光源，为避免第二光线331产生光干涉现象，复合光源系统3还包含一散射镜37，用以适度发散第二光线331。

借助上述的设置，本实施例的复合光源系统3中，高压汞灯(即第一光源32)所提供的一白光(即第一光线321)，是以较小的入射角度入射至分光元件31，因此，如图4所示，较小的入射角度有较小的的分光偏移效应，使可穿透分光元件31的光线波段其设计范围相对于如图2所示的先前技术而言可缩小，因此通过分光元件31反射的第一类光321a的波段范围因而增加，同时第二光源33所产生的红色激光(即第二光线331)仍可穿透分光源件31。藉此所形成的复合光线，除了使投影装置的成像色域较广，亦可避免成像亮度不足。须说明的是，图4中，本实施例高压汞灯(即第一光源32)与激光源(即第二光源33)所投射的光线实质上是约以1°至9°的范围入射分光元件31，其中具有三角形符号的曲线代表入射角度为9°的分光曲线，圆滑曲线代表入射角度为5°(即主要光线)的分光曲线，具有圆形符号的曲线代表入射角度为1°的分光曲线，而矩形区块则代表第二光线331的波段。

本发明的第二实施例请参考图5A所示，相似于第一实施例，复合光源系统5包含一分光元件51、一第一光源52、一第二光源53、一光处理元件54、一光引导元件55、一聚光元件56及一散射镜57。其中，第一光源52产生一第一光线521包含一第一类光521a及一第二类光521b，第二光源53产生一第二光线531。于本实施例中，第一光线521与第二光线531的传递方式及各元件的相对位置，是类似于第一实施例，于此不再赘述。

然而与第一实施例不同的是，合并参阅图5B，本实施例的光处理元件54是一第一集光柱，除了具有一第一入光面541外，还具有一第一反射面543及一第二入光面542(与第一入光面541及第一反射面543相邻)。其次，复合光源系统5还包含一第三光源58，相对于第一光源52设置，并适以产生一第三光线581。需说明的是，相似于第一实施例，第一类光521a及第二光线531所形成的复合光线通过第一入光面541进入第一集光柱，而第三光线581则穿透第二入光面542并由第一反射面543反射，而进入第一集光柱。其中，第三光源58可为一高压汞灯，且第三光线581为一白光。借助上述的设置，使第三光线581可在不受分光元件51的影响下，混合于该复合光线，俾更进一步提高该复合光线的强度。

本发明的第三实施例请合并参阅图6A至图6C所示，相似于前述的第二实施例，复合光源系统6包含一分光元件61、一第一光源62、一第二光源63、一光处理元件64、一光引导元件65、一聚光元件66及一散射镜67，以下仅就与第二实施例不同之处进一步说明。本实施例中，复合光源系统6还包含一第三光源68，为了避免第一光源62及第三光源68所产生的热量造成光源62、68的相互影响，第三光源68与第一光源62设置于同侧。本实施例中，光处理元件64是一第一集光柱，而光引导元件65是一第二集光柱。其中，该第一集光柱及该第二集光柱重叠设置，该第一集光柱具有一第一入光面641、一第二入光面642及一第一反射面643，该第二集光柱具有一第二反射面651及一第三入光面652。本实施例中，第一光源62所产生的第一光线621穿透第三入光面652，并自第二反射面651反射，通过该第二集光柱，而投射至分光元件61。需说明的是，因该第二集光柱系与该第一集光柱邻近并重叠设置，藉此，自该第二集光柱所射出的第一光线621适可以较小的入射角入射分光元件61，避免产生过大的分光偏移效应。随后，第一光线621所包含的第一类光621a与第二光源63所产生的第二光线631，适以形成复合光线，自第一入光面641而进入第一集光柱(即光处理元件64)，而第一光线621所包含的第二类光621b则穿透分光元件61。同时，第三光源68所产生的第三光线(图未示出)则穿透第二入光面642，自第一反射面643反射，而进入该第一集光柱。藉此，同样可达到增加复合光线强度的目的。

综上所述，本发明提供一复合光源系统，可借助减小入射至分光元件的光线入射角，而减少分光偏移效应，进而增加投影成像的色域广度之外，亦可克服现有技术中成像亮度不足的缺失。更进一步而言，本发明的复合光源系统还可再借助增加光源数量，提高复合光线强度，亦即，提升投影成像亮度。此外，本发明的复合光源系统还可形成一独立的光源系统，适以更广泛的运用于各式装置的中。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，以及阐释本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何熟悉本技术的人士均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围应如后述的本申请权利要求所限定的范围。

Claims (22)

1.一种复合光源系统，包含：

一分光元件，适可定义出一光路；

一第一光源，用以产生一第一光线，贴近该光路朝该分光元件投射；

一第二光源，用以产生一第二光线，相对于该第一光线，沿该光路朝该分光元件投射；以及

一光处理元件，设置于该光路上；

其中，该第一光线包含一第一类光及一第二类光，该第一类光及该第二光线适以通过该分光元件沿该光路进入该光处理元件。

2.根据权利要求1所述的复合光源系统，其特征在于还包含一光导引元件，邻设于该光处理元件，适以导引该第一光线贴近该光路朝向该分光元件投射。

3.根据权利要求2所述的复合光源系统，其特征在于该分光元件容许该第二类光及该第二光线穿透，并反射该第一类光，以将该第一类光及该第二光线形成一复合光线。

4.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于还包含一聚光元件，邻设于该分光元件，该聚光元件适可汇聚该第一类光及该第二光线至该光处理元件。

5.根据权利要求4所述的复合光源系统，其特征在于该第一光源系为一高压汞灯，且该第一光线为白光。

6.根据权利要求5所述的复合光源系统，其特征在于该第二类光及该第二光线系分别为一波段范围内的一红光，而该第一类光则于该波段范围外。

7.根据权利要求6所述的复合光源系统，其特征在于该分光元件为一窄带通滤光镜，适可容许该红光穿透。

8.根据权利要求7所述的复合光源系统，其特征在于该第二光源为一激光光源。

9.根据权利要求8所述的复合光源系统，其特征在于该激光光源为一激光阵列。

10.根据权利要求8所述的复合光源系统，其特征在于还包含一光纤，连接至该激光源，该第二光线适以通过该光纤，沿该光路投射至该分光元件。

11.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于还包含一散射镜，用以发散第二光线。

12.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于该光导引元件为一反射镜及一棱镜其中之一。

13.根据权利要求12所述的复合光源系统，其特征在于该棱镜的一表面镀有一反射膜。

14.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于该光处理元件还包含一色轮。

15.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于该光处理元件包含一集光柱。

16.根据权利要求15所述的复合光源系统，其特征在于该集光柱具有一入光面，该复合光线通过该入光面，进入该集光柱。

17.根据权利要求16所述的复合光源系统，其特征在于该光导引元件邻设于该入光面。

18.根据权利要求3所述的复合光源系统，其特征在于该光处理元件包含一第一集光柱，该复合光源系统还包含一第三光源，其中该第三光源适以产生一第三光线，朝该第一集光柱投射。

19.根据权利要求18所述的复合光源系统，其特征在于该第三光源是相对于该第一光源设置。

20.根据权利要求19所述的复合光源系统，其特征在于该第一集光柱具有一第一入光面、一第二入光面及一第一反射面，该复合光线通过该第一入光面，进入该第一集光柱，而该第三光线通过该第二入光面及该第一反射面，进入该第一集光柱。

21.根据权利要求18所述的复合光源系统，其特征在于该光导引元件是一第二集光柱，该第一集光柱具有一第一入光面、一第二入光面及一第一反射面，该第二集光柱具有一第二反射面及一第三入光面。

22.根据权利要求21所述的复合光源系统，其特征在于该第一集光柱及该第二集光柱是重叠设置，该第一光线通过该第三入光面及该第二反射面，通过该第二集光柱，投射至该分光元件，该复合光线通过该第一入光面，进入该第一集光柱，而该第三光线系通过该第二入光面及该第一反射面，进入该第一集光柱。

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