CN102466956B - 光源调整装置及包含该光源调整装置的投影系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种光源调整装置及包含该光源调整装置的投影系统，且投影系统还包含一光源模块，用以提供具有一第一波长范围的一第一光束。光源调整装置包含一第一角度选择层、一波长转换层及一第二角度选择层。第一角度选择层适合接收第一光束，并使第一光束中小于一入射角的一第一部份通过，而形成一第二光束，其中第二光束亦具有第一波长范围。波长转换层自第一角度选择层接收第二光束，并将具有第一波长范围的第二光束转换为具有一第二波长范围的一第三光束后射出。第二角度选择层用以接收第三光束，并使第三光束中小于一出射角的一第三部分射出，而形成一第四光束，第四光束亦具有第二波长范围，第二波长范围的一波长值大于第一波长范围的一波长值，且出射角小于入射角。
Description
技术领域
本发明是关于一种光源调整装置，特别是关于一种用于一投影系统的光源调整装置。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)因为具有使用寿命长、启动时间短、显示色域广及便于增加动态对比等优点，而被为数众多的显示产品所采用，尤其在投影机产业中，使用LED作为发光光源不仅可用以降低投影机的工作温度，相对于传统使用灯泡作为发光光源的投影机，选择LED作为替代光源更可有效缩小机身体积，增加携带上的便利性，因而广受消费者的欢迎。
然而，由于LED所发射出的光束较为发散，因此当使用于投影机时，其在亮度及发光效率上的表现相较于传统灯泡仍不够理想，并且若想通过增加LED的使用数量来提升亮度及发光效率，则又将面临机身体积过大及内部元件设置复杂等问题。
另外，于先前技术中虽已有揭露使用蓝光LED或紫外光激发设置于色轮上的蓝色荧光物(phosphor)、红色荧光物及绿色荧光物，从而分别产生蓝、红、绿三原色的技术，然而由于其所使用的色轮是机械式旋转的构造，于长时间运作下难免会有反应时间迟缓及容易故障等隐忧，同时此种采用蓝光LED或紫外光激发荧光物的技术对于克服亮度及发光效率低落的问题也未具有实质上的帮助。
有鉴于此，如何在有限光学元件及空间限制下提升光源亮度，使投影系统具有优异的亮度表现及发光效率，这是此一业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种光源调整装置，其可将具有一短波长的光束转换为具有一长波长的光束，以提升投影系统的亮度及发光效率。
为达上述目的，本发明的光源调整装置具有一第一角度选择层、一波长转换层及一第二角度选择层，且包含该光源调整装置的投影系统具有一光源模块，用以提供具有一第一波长范围的一第一光束。光源调整装置的第一角度选择层适合接收第一光束，并使第一光束中小于一入射角的一第一部份通过，而形成一第二光束，其中第二光束亦具有第一波长范围。波长转换层自第一角度选择层接收第二光束，并将具有第一波长范围的第二光束转换为具有一第二波长范围的一第三光束后射出。第二角度选择层用以接收第三光束，并使第三光束中小于一出射角的一第三部分射出，而形成一第四光束，第四光束亦具有第二波长范围，第二波长范围的一波长值大于第一波长范围的一波长值，且出射角小于入射角。
本发明的有益技术效果是：本发明的用于一投影系统的光源调整装置因为采用LED作为发光光源，且具有特殊设计的光源调整装置，因此不仅对提升投影系统的亮度具有显著功效，在发光效率部分也有大幅度的进步，而得以避免先前技术中容易故障及反应时间迟缓等问题。
为让上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明光源调整装置的示意图；
图2示出本发明投影系统的第一实施例；
图3示出本发明投影系统的第二实施例；以及
图4示出本发明投影系统的第三实施例。
具体实施方式
本发明是关于一光源调整装置3及包含光源调整装置3的投影系统1，以协助提升投影系统于使用时的亮度及发光效率。由于光源调整装置3可以至少一组的形式设置于投影系统1中，因此以下将先针对光源调整装置3进行说明，而后进一步详述投影系统1的各实施态样。
如图1所示，本发明的光源调整装置3具有一第一角度选择层31、一波长转换层32及一第二角度选择层33。第一角度选择层31设置于波长转换层32的一第一表面321上，且第二角度选择层33设置于波长转换层32相对于第一表面321的一第二表面322上。
此外，本发明包含光源调整装置3的投影系统1还具有一光源模块2，其邻设于光源调整装置3。同样如图1所示，光源模块2具有一光源21、一分光元件22及一聚光元件23。其中，光源21用以提供一光线20，光线20通过分光元件22以产生具有该第一波长范围的第一光束51，而后聚光元件23用以汇聚第一光束51至光源调整装置3的第一角度选择层31上。
第一角度选择层31用以接收具有第一波长范围的一第一光束51，并使第一光束51中小于一入射角311的一第一部份通过，而形成同样具有该第一波长范围的一第二光束52。波长转换层32自第一角度选择层31接收第二光束52，将具有该第一波长范围的第二光束52转换为具有一第二波长范围的一第三光束53后射出。最后，第二角度选择层33用以接收第三光束53，并使第三光束53中小于一出射角331的一第三部分射出，而形成具有该第二波长范围的一第四光束54。其中，上述该第二波长范围的一波长值大于该第一波长范围的一波长值，且出射角331小于入射角311。
需进一步说明的是，当第三光束53射入第二角度选择层33时，第三光束53中不小于出射角331的一第四部分是第二角度选择层33所反射，经波长转换层32而由第一角度选择层31以一散射角度散射出，且该散射角度实质上不大于入射角311，散射后的该第四部分通过聚光元件23而至分光元件22，分光元件22反射该第四部分，通过聚光元件23汇聚至第一角度选择层31，换言之，该第四部分经波长转换层32而由第一角度选择层31散射后，将产生新的散射角度以重新汇聚至第一角度选择层31。
于本发明光源调整装置3的一较佳实施态样中，聚光元件23是一凸透镜，分光元件22是一分色镜(dichroic mirror)，第一角度选择层31及第二角度选择层33皆是一多层镀膜。第一角度选择层31用以决定入射角311，入射角311实质上是介于±30度至±90度之间，且较佳是±60度。第二角度选择层33用以决定出射角331，出射角331实质上是介于±30度至±90度之间，且较佳是±30度。此外，波长转换层32包含一荧光物(phosphor)，且第一波长范围是介于400nm～550nm之间。
光束于波长转换层32中的行进路线将进一步说明如下。当第一光束51中小于入射角311的第一部份通过第一角度选择层31而形成第二光束52后，第二光束52将由波长转换层32转换为具有第二波长范围的第三光束53。其中，第三光束53的散射角度中(1)小于出射角331的部份将通过第二角度选择层33而射出，(2)不小于(即等于或大于)出射角331的部份将被第二角度选择层33反射，再其中i)不小于出射角331且不小于入射角311的部份将于第一、第二角度选择层31、33之间被重复反射，而ii)不小于出射角331且小于入射角311的部份将被第二角度选择层33反射，而通过第一角度选择层31、聚光元件23而至分光元件22后，再被分光元件22射回光源调整装置3中，直至其散射角度小于出射角331后，才可从第二角度选择层33射出。上述第三光束53于波长转换层32中的行进路线说明，于一较佳实施态样中，该出射角331的角度是30度，且入射角311的角度是60度。
本发明的投影系统1包含至少一光源模块2、至少一光源调整装置3及一成像模块4。至少一光源模块2用以提供具有该第一波长范围的第一光束51，成像模块4则用以接收第四光束54，并进行成像后输出，此外，成像模块4包含一液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)元件、数字微镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)及硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)元件其中之一。
本发明投影系统1的第一实施例如图2所示。其中，投影系统1的至少一光源模块2包含一第一光源模块2a、一第二光源模块2b，至少一光源调整装置3包含一第一光源调整装置3a、一第二光源调整装置3b，且多个光源模块2a、2b是与多个光源调整装置3a、3b相对设置。于本实施例中，光源21是一蓝光发光二极管，第一波长是一蓝光波长，第二波长是一绿光波长及一红光波长其中之一。详细而言，本实施例的第一光源调整装置3a的该第二波长范围是该绿光波长范围，第二光源调整装置3b的该第二波长范围是红光波长范围。因此，于第一实施例中，投影系统1所投射出的光线是通过一蓝光光源所发射出的蓝光B、一第一蓝光发光二极管通过第一光源模块2a与第一光源调整装置3a后所发射出的绿光G，以及一第二蓝光发光二极管通过第二光源模块2b与第二光源调整装置3b后所发射出的红光R等三色光，通过投影装置1内部的光学元件所共同合光而成。
投影装置1的第二实施例如图3所示。其中，投影系统1的至少一光源模块2包含一光源模块2c，至少一光源调整装置3包含一光源调整装置3c，且光源模块2c与光源调整装置3c相对应。于本实施例中，投影装置1的光源21分别为一蓝光发光二极管、一蓝光光源及一红光光源，且该第二波长范围是一绿光波长范围。于第二实施例中，投影系统1所投射出的光线是通过蓝光光源所发射出的蓝光B、红光光源所发射出的红光R及蓝光发光二极管通过光源模块2c及光源调整装置3c所发射出的绿光G等三色光，通过投影装置1内部的光学元件所共同合光而成。
投影装置1的第三实施例如图4所示。其中，投影装置1的至少一光源模块2包含一第一光源模块2d、一第二光源模块2e及一第三光源模块2f，至少一光源调整装置3包含一第一光源调整装置3d、一第二光源调整装置3e及一第三光源调整装置3f，且多个光源模块2d、2e、2f是与多个光源调整装置3d、3e、3f相对设置。于本实施例中，第一波长范围是一紫外光波长范围，且第二波长范围是一蓝光波长范围、一绿光波长范围及一红光波长范围其中之一。详细而言，本实施例的光源21是使用一紫外光，第一光源调整装置3d的该第二波长范围是该绿光波长范围，第二光源调整装置3e的该第二波长范围是该红光波长范围，且第三光源调整装置3f的该第二波长范围是该蓝光波长范围。于第三实施例中，投影系统1所投射出的光线是由紫外光通过第一光源模块2d与第一光源调整装置3d后所发射出的绿光G、紫外光通过第二光源模块2e与第二光源调整装置3e后所发射出的红光R，紫外光通过第三光源模块2f与第三光源调整装置3f后所发射出的蓝光B等三色光，通过投影装置1内部的光学元件所共同合光而成。
综上所述，本发明用于一投影系统的光源调整装置因为采用LED作为发光光源，且具有特殊设计的光源调整装置，因此不仅对提升投影系统的亮度具有显著功效，在发光效率部分也有大幅度的进步，而得以避免先前技术中容易故障及反应时间迟缓等问题。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者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，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。
Claims (17)
1.一种用于一投影系统的光源调整装置，该投影系统还包含一光源模块，用以提供具有一第一波长范围的一第一光束，其特征在于，该光源调整装置包含：
一第一角度选择层，适合接收该第一光束，并使该第一光束中小于一入射角的一第一部分通过，而形成具有该第一波长范围的一第二光束；
一波长转换层，自该第一角度选择层接收该第二光束，并将具有该第一波长范围的该第二光束转换为具有一第二波长范围的一第三光束后射出；以及
一第二角度选择层，用以接收该第三光束，并使该第三光束中小于一出射角的一第三部分射出，而形成具有该第二波长范围的一第四光束；
该光源模块包含：
一光源，用以提供一光线；
一分光元件，该光线透过该分光元件以形成具有该第一波长范围的该第一光束；以及
一聚光元件，用以汇聚该第一光束至该第一角度选择层上；
其中，该第二波长范围的一波长值大于该第一波长范围的一波长值，且该出射角小于该入射角，该第三光束中不小于该出射角的一第四部分是由该第二角度选择层反射，通过该波长转换层而由该第一角度选择层以一散射角度散射出，且该散射角度实质上不大于该入射角，散射后的该第四部分通过该聚光元件而至该分光元件，该分光元件反射该第四部分，再通过该聚光元件汇聚至该第一角度选择层。
2.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该第一角度选择层设置于该波长转换层的一第一表面上，且该第二角度选择层设置于该波长转换层相对于该第一表面的一第二表面上。
3.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该聚光元件是一凸透镜。
4.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该分光元件是一分色镜。
5.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该第一角度选择层及该第二角度选择层的至少一者是一多层镀膜。
6.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该第一角度选择层决定该入射角，而该第二角度选择层决定该出射角。
7.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该入射角实质上是±30度至±90度之间。
8.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该出射角实质上是±20度至±50度之间。
9.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该波长转换层包含一荧光物。
10.根据权利要求1所述的光源调整装置，其特征在于，该第一波长范围是介于400nm～550nm。
11.一种投影系统，其特征在于，包含：
至少一光源模块，用以提供具有一第一波长范围的一第一光束；
至少一如权利要求1所述的光源调整装置；以及
一成像模块，用以接收该第四光束，并进行成像后输出。
12.根据权利要求11所述的投影系统，其特征在于，该第一角度选择层设置于该波长转换层的一第一表面上，且该第二角度选择层设置于该波长转换层相对于该第一表面的一第二表面上。
13.根据权利要求11所述的投影系统，其特征在于，该至少一光源模块还包含：
一光源，用以提供一光线；
一分光元件，该光线透过该分光元件以形成具有该第一波长范围的该第一光束；以及
一聚光元件，用以会聚该第一光束至该第一角度选择层上。
14.根据权利要求13所述的投影系统，其特征在于，该第三光束中不小于该出射角的一第四部分是由该第二角度选择层反射，通过该波长转换层而由该第一角度选择层以一散射角度散射出，且该散射角度实质上不大于该入射角，散射后的该第四部分通过该聚光元件而至该分光元件，该分光元件反射该第四部分，再通过该聚光元件汇聚至该第一角度选择层。
15.根据权利要求13所述的投影系统，其特征在于，该光源是一蓝光发光二极管，且该至少一光源模块包含一第一光源模块及一第二光源模块，该至少一光源调整装置包含一第一光源调整装置及一第二光源调整装置，该第一光源模块及该第二光源模块是与这些光源调整装置相对应，且该第一光源调整装置的该第二波长范围是一绿光波长范围，该第二光源调整装置的该第二波长范围是一红光波长范围。
16.根据权利要求13所述的投影系统，其特征在于，该光源是一紫外光，且该至少一光源模块包含一第一光源模块、一第二光源模块及一第三光源模块，该至少一光源调整装置包含一第一光源调整装置、一第二光源调整装置及一第三光源调整装置，这些光源模块是与这些光源调整装置相对应，且该第一光源调整装置的该第二波长范围是一绿光波长范围，该第二光源调整装置的该第二波长范围是一红光波长范围，该第三光源调整装置的该第二波长范围是一蓝光波长范围。
17.根据权利要求11所述的投影系统，其特征在于，该成像模块包含一液晶显示元件、数字微镜装置及硅基液晶元件其中之一。
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