CN102608851B - 光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于用于一投影装置的一光源系统，包含一第一光源、一第二光源、一光学装置、一波长转换体及一第一分色镜。第一光源及第二光源分别发射一第一光束及一第二光束，光学装置界定一主光轴，以分别聚焦第一光束及第二光束至一第一焦点及一第二焦点，且第一焦点及第二焦点分别位于主光轴的相对二侧。波长转换体设置于第二焦点，适以将第二光束转换为一第三光束。分色镜设置于第一光源及第二光源与光学装置间，容许第一光束及第二光束通过，并反射第三光束，使第三光束为第一分色镜反射后，聚焦至第一焦点。

Description

光源系统
技术领域
本发明关于一光源系统，特别是关于用于一投影装置，具有较少光学元件并可提高合光效率的光源系统。
背景技术
使用固态光源如激光、发光二极管(light emitting diode，LED)等作为投影装置的光源，因为具有节能、发光效率高、亮度集中及使用寿命长等优点，因此其发展性相当受到业界的重视。于美国发明专利公开案US 2009/0262308中，业已揭露一光源单元(light source unit)及一投影机10。如图1所示，光源单元63具有红色发光二极管161R、绿色发光二极管161G及蓝色发光二极管161B，并可分别通过邻设于该等发光二极管161R、161B及161G的聚光透镜164进行合光。需注意的是，由于光源单元63须通过邻设于该等发光二极管161R、161B及161G的多个聚光透镜164汇聚各光束以进行合光步骤，因此，该美国专利公开案不仅需设置较多的光学元件，从而增加光源单元63的重量，同时投影机10本身也需设置有足够的空间，才可用以容置光源单元63，故此种类型的光源单元由于其先天体积的限制，并不适于使用在微型化设计的投影机中。
有鉴于此，如何将投影机中的多个光源与多个光学元件进行有效配置，使其于增加发光效率的同时，仍可有效缩减发光光源的体积及重量，乃为此一业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的一方针在于提供一光源系统，通过改变各光源与各光学元件间的相互设置关系，以缩减光学元件的使用数量及光源系统的体积，同时增加光源系统的合光效率。
为达上述方针，本发明一实施例的一光源系统包含：一第一光源、一第二光源、一光学装置、一波长转换体及一第一分色镜。第一光源及第二光源分别发射一第一光束及一第二光束，光学装置界定一主光轴，以分别聚焦第一光束及第二光束至一第一焦点及一第二焦点，且第一焦点及第二焦点分别位于主光轴的相对二侧。波长转换体设置于第二焦点，适以将第二光束转换为一第三光束。第一分色镜设置于第一光源及第二光源与光学装置间，用以容许第一光束及第二光束通过，同时反射第三光束。其中，第三光束自第二焦点依序通过光学装置，为第一分色镜反射，再次通过光学装置后，聚焦至第一焦点。
为让上述方针、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合所附图式进行详细说明。
附图说明
图1为本发明的现有技术示意图；
图2为本发明光源系统的一实施例示意图；
图3A为一实施例中第一光束的光路示意图；
图3B为一实施例中第二光束及第三光束的光路示意图；
图3C为一实施例中第四光束的光路示意图；以及
图4为本发明光源系统的另一实施例示意图。
【主要元件符号说明】
100 光源系统
210 第一光源
211 第一光束
220 第二光源
221 第二光束
222 第三光束
230 第三光源
231 第四光束
310 光学装置
320 主光轴
330 第一透镜
340 第二透镜
410 波长转换体
510 第一分色镜
520 第二分色镜
610 第一焦点
620 第二焦点
710 合光装置
711 第一棱镜
712 第二棱镜
713 棱镜阵列
810 反射镜阵列
811 多个反射镜
820 匀光装置
具体实施方式
如图2，本发明一实施例的光源系统100设置于一投影装置(图未示出)，光源系统100包含一第一光源210、一第二光源220、一光学装置310、一波长转换体410及一第一分色镜510。请一并参阅图3A及3B，第一光源210用以发射一第一光束211，第二光源220用以发射一第二光束221。此外，光学装置310可用以界定一主光轴320，以分别聚焦第一光束211及第二光束221于一第一焦点610及一第二焦点620。如图2所示，第一焦点610及第二焦点620分别位于主光轴320的相对二侧，第一焦点610与第二焦点620为相互共轭(conjugate)，且第一焦点610与主光轴320所界定的一夹角，相等于第二焦点620与主光轴320所界定的一夹角。
匀光装置820的入口设置于第一焦点610，用以接收第一光源211，出口则接到投影装置(图未示出)，并实际成像到投影装置的微形面板上(图未示出)。
波长转换体410设置于第二焦点620，用以接收第二光源220所发射的第二光束221，并将其转换为一第三光束222。第一分色镜510系设置于第一光源210与第二光源220及光学装置310间，且第一分色镜510适以容许第一光束211及第二光束221通过，并反射第三光束222。换言之，如图3B所示，当第二光源220所发射的第二光束221经光学装置310聚焦至设置于第二焦点620上的波长转换体410后，第二光束221将被转换为第三光束222，第三光束222接着自第二焦点620射出，且于通过光学装置310后为第一分色镜510反射，并再次通过光学装置310而聚焦至第一焦点610。
详细而言，请合并参考图2及图3C，光源系统100更可包含一第三光源230及一合光装置710。第三光源230邻设于第一光源210，用以发射一第四光束231，使第四光束231可通过第一分色镜510，并经光学装置310后而聚焦至第一焦点610。合光装置710设置于第一光源210、第二光源220、第三光源230与第一分色镜510间，用以合并并导向第一光束211、第二光束221及第四光束231进入光学装置310。
于本发明一实施例中，合光装置710较佳包含一第一棱镜711及一第二棱镜712。需说明的是，于图2所示的实施例中，第一光源210及第三光源230设置于合光装置710的上侧，而第二光源220设置于合光装置的左侧。因此，当第一光源210、第二光源220及第三光源230分别发射第一光束211、第二光束221及第四光束231进入合光装置710时，如图3A及图3C所示，第一光束211及第四光束231适可通过第一棱镜711以全反射的方式进入光学装置310，而聚焦于第一焦点610，接着如图3B所示，当第二光束221依序穿透第二棱镜712、第一棱镜711及光学装置310后，将聚焦至位于第二焦点620的波长转换体410，以协助转换第二光束221为第三光束222。同时，如图4所示，一实例中，第一棱镜711及第二棱镜712也可以形成为二棱镜阵列713的态样，如此亦同样可协助第一光束211、第二光束221及第四光束231完成上述光学路径的传递。
当然，前述关于第一光源210、第二光源220及第三光源230的设置也可依需求进行任意的更动或调整。譬如将第一光源210及第三光源230的位置与第二光源220的位置进行对调，使第二光源220设置于合光装置710的上侧，而第一光源210及第三光源230设置于合光装置的左侧，及将前述的匀光装置820及波长转换体410的位置对调。如此一来，当第一光源210、第二光源220及第三光源230分别发射第一光束211、第二光束221及第四光束231进入合光装置710时，第一光束211及第四光束231将依序穿透第二棱镜712、第一棱镜711及光学装置310，而后聚焦于第二焦点620，进入匀光装置的入口，且第二光束221适可通过第一棱镜711以全反射的方式进入光学装置310，而聚焦至位于第一焦点610的波长转换体410。
如图3A一实施例所示，光源系统100可进一步具有一第二分色镜520及反射镜阵列810，其中，第二分色镜520设置于第一光源210、第三光源230及合光装置710间，而第一光源210所发射的第一光束211经由第二分色镜520反射进入合光装置710，同时，如图3C一实施例所示，第四光束231适可穿透第二分色镜520进入合光装置710。因此，通过第二分色镜520的设置，第一光源210与第三光源230间将具有更为弹性的相互设置关系。反射镜阵列810包含多个反射镜811，且第二光源220包含多次第二光源以分别发射多次第二光束(图未示出)，多次第二光束的一部份由多个反射镜811间的空隙穿过以进入合光装置710，且多次第二光束的另一部份自多个反射镜811反射进入合光装置710，适以，通过反射镜阵列810的设置，将可提供足够的第二光束221予波长转换体410，从而转换为足够的第三光束222至匀光装置820。
于本发明一实施例的光源系统100中，第一光源210及第二光源220皆为多个蓝色激光光源，且第一光束211及第二光束221皆为多个蓝光。第三光源230为红色激光光源，且第四光束231为红光。波长转换体410可为一黄色荧光体或一绿色荧光体，且第三光束222相应地为一黄光或一绿光。同时，光学装置310可包含一第一透镜330及一第二透镜340，且沿主光轴320设置。相对于第二焦点620上的波长转换体410，第一焦点610设置有一匀光装置820，用以接收第一光束211、第三光束222及第四光束231，并进行合光后射出，且匀光装置820较佳为一积分柱(integration rod)或一光通道(light tunnel)。
综上所述，本发明一实施例的光源系统100通过使用发光亮度及使用寿命皆高的固态光源，并通过下列方式：
(1)将第一光源210(多个蓝色激光光源)所发射的第一光束211(蓝光)依序经过第二分色镜520、合光装置710、第一分色镜510及光学装置310后，最终聚焦至第一焦点610的匀光装置320；
(2)将第二光源220(多个蓝色激光光源)所发射的第二光束221(蓝光)依序经过反射镜阵列810、合光装置710、第一分色镜510、光学装置310后，聚焦至第二焦点620上的波长转换体410(黄色荧光体或绿色荧光体)以形成第三光束222(黄光或绿光)，第三光束222接着自波长转换体410射出，通过光学装置310而遭第一分色镜510反射，从而再次经过光学装置310而聚焦至第一焦点610上的匀光装置320；以及
(3)将第三光源230(红色激光光源)所发射的第四光束231(红光)依序经过第二分色镜520、合光装置710、第一分色镜510及光学装置310，而聚焦至第一焦点610上的匀光装置320。
适以，通过设置于光源系统100内的该等光学元件(如光学装置310、合光装置710等)，当第一光束211(蓝光)、第三光束222(黄光或绿光)及第四光束231(红光)皆聚焦至第一焦点610后，便可通过匀光装置320合成为一均匀白光后射出，从而达到减少光学元件的使用数量，同时缩减光源系统的体积，并增加光源系统100的合光效率的功效。
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权利要求为准。

Claims (19)

1.一种光源系统，用于一投影装置，包含：
一第一光源，适以发射一第一光束；
一第二光源，适以发射一第二光束；
一光学装置，界定一主光轴，并分别聚焦该第一光束及该第二光束至一第一焦点及一第二焦点，其中该第一焦点及该第二焦点系分别位于该主光轴的相对二侧；
一波长转换体，设置于该第二焦点，适以将该第二光束转换为一第三光束；以及
一第一分色镜，设置于该第一光源及该第二光源与该光学装置间，其中该第一分色镜适以容许该第一光束及该第二光束通过，并反射该第三光束；
其中，该第三光束自该第二焦点依序通过该光学装置，为该第一分色镜反射，再次通过该光学装置后，聚焦至该第一焦点。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统更包含一合光装置，设置于该第一光源及该第二光源与该第一分色镜间，用以合并并导向该第一光束及该第二光束至该光学装置。
3.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，更包含一第三光源，适可发射一第四光束，并且该第四光束进入该合光装置，通过该第一分色镜，并经该光学装置，而聚焦至该第一焦点。
4.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，该合光装置包含一第一棱镜及一第二棱镜。
5.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，该第一光束及该第四光束适可通过该第一棱镜全反射进入该光学装置，而聚焦于该第一焦点，并且该第二光束依序穿透该第二棱镜、该第一棱镜及该光学装置，而聚焦至位于该第二焦点的该波长转换体。
6.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，该第一光束及该第四光束依序穿透该第二棱镜、该第一棱镜及该光学装置，而聚焦于该第一焦点，并且该第二光束适可通过该第一棱镜全反射进入该光学装置，而聚焦至位于该第二焦点的该波长转换体。
7.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，该第一棱镜及该第二棱镜为二棱镜阵列。
8.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，该光源系统更包含一第二分色镜，该第一光束经由该第二分色镜反射进入该合光装置，并且该第四光束穿透该第二分色镜进入该合光装置。
9.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，该光源系统更包含一反射镜阵列，该反射镜阵列包含多个反射镜，该第二光源包含多次第二光源，分别发射多次第二光束，该多次第二光束的一部份由该多个反射镜之间穿过进入该合光装置，并且该多次第二光束的另一部份自该多个反射镜反射进入该合光装置。
10.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，该第一光束及该第二光束为多个蓝光。
11.如权利要求10所述的光源系统，其特征在于，该波长转换体为一黄色荧光体或一绿色荧光体，并且该第三光束相应地为一黄光或一绿光。
12.如权利要求11所述的光源系统，其特征在于，该第一光源及该第二光源为多个蓝光激光光源。
13.如权利要求11所述的光源系统，其特征在于，该第四光束为红光。
14.如权利要求13所述的光源系统，其特征在于，该第三光源为一红色激光光源。
15.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光学装置包含一第一透镜及一第二透镜，沿该主光轴设置。
16.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统更包含一匀光装置，设置于该第一焦点。
17.如权利要求16所述的光源系统，其特征在于，该匀光装置为一积分柱或一光通道。
18.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该第一焦点以及该第二焦点为相互共轭。
19.如权利要求18所述的光源系统，其特征在于，该第一焦点与该主光轴界定的一夹角，相等于第二焦点与该主光轴界定的一夹角。
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