CN103747221B - 激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光投影设备，该激光投影设备包含合光模块及分光模块。合光模块包含第一激光光源组、四分之一波片、第一分光镜及反射镜；第一激光光源组包含相对设置的第一及第二激光光源以用来分别发射具有相同偏振性的第一及第二偏振光；第一分光镜相对四分之一波片倾斜，用来反射第二偏振光穿透四分之一波片及反射第一偏振光；反射镜与四分之一波片平行排列且相邻第一激光光源组，用来反射第二偏振光至四分之一波片以使第二偏振光于穿透四分之一波片后穿透第一分光镜而与第一偏振光合光形成激光束。分光模块用来接收激光束以将激光束分光为多个成像色光。

Description

激光投影设备

技术领域

本发明是关于一种激光投影设备，尤指一种使用分光镜与四分之一波片以及反射镜的偏振光合光设计以直接缩减合光模块所产生的激光束的尺寸的激光投影模块。

背景技术

一般来说，常见的激光投影设备是采用合光模块与分光模块的配置以产生可供后续投影成像所需的多个成像色光，其相关配置可参照图1。图1为现有技术中的一种激光投影设备10的示意图。如图1所示，激光投影设备10包含合光模块12、导光模块14、以及分光模块16，其中，合光模块12包含多个反射镜18、多个第一激光光源20，以及多个第二激光光源22，导光模块14包含凸透镜24、反射镜26，以及凹透镜28。

由图1可知，多个反射镜18是采用彼此之间具有间隙的间隔摆设方式且相对于多个第一激光光源20以及多个第二激光光源22倾斜，多个第一激光光源20是分别对准多个反射镜18，而多个第二激光光源22则是分别与多个反射镜18交错排列。藉此，多个第一激光光源20所射出的光线是可分别被多个反射镜18所反射，而多个第二激光光源22所射出的光线则是可分别通过多个反射镜18（从相邻反射镜18的间隙或是从反射镜18的外侧通过）。多个第一激光光源20所射出的光线经过多个反射镜18反射后的光线与多个第二激光光源22所射出的光线共同形成激光束而入射至凸透镜24，在依序穿透凸透镜24、被反射镜26反射且穿透凹透镜28后，第一激光光源20以及第二激光光源22所共同形成的激光束即可被导光模块14缩小至可被分光模块16所接收的尺寸。

最后，激光束即可被分光模块16分光为可供激光投影设备10进行后续投影成像所需的多个成像色光（如红光、蓝光，以及绿光等），简而言之，以第一激光光源20与第二激光光源22均为蓝光激光光源以经过合光模块12以及导光模块14而形成蓝光激光束为例，如图1所示，分光模块16包含分光镜30、荧光色轮32，以及多个反射镜34，藉此，当上述激光束进入分光模块16中而入射至分光镜30时，分光镜30会允许蓝光激光束穿透以入射至荧光色轮32，此时，荧光色轮32上的荧光粉粒就会被蓝光激光束所激发而产生异于蓝光的成像色光（如红光以及绿光等）并反射回分光镜30，此外，穿透荧光色轮32的部分蓝光激光束也会依序被多个反射镜34所反射而再次入射至分光镜30。如此一来，在蓝光激光束再次穿透分光镜30且上述异于蓝光的成像色光被分光镜30反射后，分光模块16即可将蓝光激光束分光为后续投影成像所需的多个成像色光。

由上述可知，由于受限于反射镜18必须间隔摆设的限制，因此合光模块12所提供的激光束就会出现尺寸过大而无法被分光模块16完全接收的问题，故激光投影设备10必须配置导光模块14以将激光束缩小至可被分光模块16完全接收的尺寸。然而，上述导光模块14的配置就会大幅地增加激光投影设备10的整体体积，而不利于激光投影设备10的微型化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用分光镜与四分之一波片以及反射镜的偏振光合光设计以直接缩减合光模块所产生的激光束的尺寸的激光投影模块，进而有利于激光投影设备的微型化设计。

为达到上述目的，本发明提供一种激光投影设备，包含：

合光模块，该合光模块包含：

第一激光光源组，该第一激光光源组包含：

第一激光光源，用来发射第一偏振光；以及

第二激光光源，该第二激光光源与该第一激光光源相对设置，用来发射第二偏振光，该第一偏振光与该第二偏振光具有相同偏振性；

四分之一波片，该四分之一波片与该第一激光光源组相邻；

第一分光镜，该第一分光镜设置于该第一激光光源以及该第二激光光源之间且相对于该四分之一波片倾斜，用来反射该第一偏振光以使该第一偏振光沿第一合光路径行进，以及用来反射该第二偏振光以使该第二偏振光穿透该四分之一波片；以及

反射镜，其平行排列于该四分之一波片的一侧，用来将穿透该四分之一波片的该第二偏振光反射回该四分之一波片，以使该第二偏振光于再次穿透该四分之一波片后穿透该第一分光镜，而与被该第一分光镜反射的该第一偏振光合光于该第一合光路径以形成激光束；以及

分光模块，用来接收该激光束以将该激光束分光为多个成像色光。

较佳的，该第一激光光源以及该第二激光光源均为蓝光激光二极管。

较佳的，该第一偏振光以及该第二偏振光均为P偏振光或S偏振光。

较佳的，该第一分光镜相对于该四分之一波片的倾斜角度等于45°。

较佳的，该合光模块还包含：

至少一个第二激光光源组，该第二激光光源组间隔排列于该第一激光光源组的一侧，该至少一个第二激光光源组包含：

第三激光光源，用来发射第三偏振光；以及

第四激光光源，该第四激光光源与该第三激光光源相对设置，用来发射第四偏振光，该第三偏振光以及该第四偏振光与该第一偏振光具有相同偏振性；以及

第二分光镜，该第二分光镜设置于该第三激光光源以及该第四激光光源之间，该第二分光镜相对于该四分之一波片倾斜且与该第一分光镜交错排列，该第二分光镜用来反射该第三偏振光以使该第三偏振光沿第二合光路径行进，以及用来反射该第四偏振光以使该第四偏振光穿透该四分之一波片；

其中，穿透该四分之一波片的该第四偏振光被该反射镜反射回该四分之一波片，以使该第四偏振光在再次穿透该四分之一波片后穿透该第二分光镜，而与被该第二分光镜反射的该第三偏振光合光于该第二合光路径，以与该第一偏振光以及该第二偏振光共同形成该激光束。

较佳的，该第一激光光源、该第二激光光源、该第三激光光源，以及该第四激光光源均为蓝光激光二极管。

较佳的，该第一偏振光、该第二偏振光、该第三偏振光以及该第四偏振光均为P偏振光或S偏振光。

较佳的，该第一分光镜以及该第二分光镜分别相对于该四分之一波片的倾斜角度等于45°。

较佳的，该第二分光镜与该第一分光镜在水平面上的投影彼此相接。

较佳的，该四分之一波片用来使该第二偏振光的偏振性在该第二偏振光穿透该四分之一波片后产生四分之一相位差的改变。

综上所述，相较于现有技术必须使用导光模块以将合光模块所产生的激光束缩小至可被分光模块完全接收之尺寸，本发明是利用分光镜与四分之一波片以及反射镜所形成的偏振光合光设计以省略导光模块的配置，从而达到合光模块所提供的激光束能够直接缩减至可被分光模块完全接收的尺寸的目的，如此一来，本发明即可大幅地缩减激光投影设备的整体体积以及简化其内部光学组件的配置，而有利于激光投影设备的微型化设计。

附图说明

图1为现有技术的激光投影设备的示意图。

图2为根据本发明一实施例提供的一种激光投影设备的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参阅图2，其为根据本发明的一实施例提供的一种激光投影设备100的示意图，如图2所示，激光投影设备100包含合光模块102以及分光模块104，分光模块104连接于合光模块102以用来接收合光模块102所产生的激光束并将其分光为可供激光投影设备100进行后续投影成像所需的多个成像色光（如红光、蓝光，以及绿光等）。其中分光模块104的组件配置可采用现有技术中常见的分光设计，例如如图1所述的分光模块16中分光镜与荧光色轮以及反射镜的配置，故于此不再赘述。合光模块102包含第一激光光源组106、四分之一波片108、第一分光镜110、反射镜112、至少一个第二激光光源组114（于图2中显示三个，但不受此限），以及第二分光镜116。至于激光投影设备100的其他组件（如成像模块、投影模块等），与现有技术相同，本发明实施例在此不再赘述。

第一激光光源组106包含第一激光光源118以及第二激光光源120，第一激光光源118用来发射第一偏振光P₁，而第二激光光源120则是与第一激光光源118相对设置以用来发射第二偏振光P₂。较佳的，第一激光光源118以及第二激光光源120为蓝光激光二极管（但不受此限，发光二极管类型可以根据激光投影设备100的实际应用而有所变化），且第一偏振光P₁与第二偏振光P₂具有相同偏振性，第一偏振光P₁与第二偏振光P₂可以均为常见的偏振光（如P偏振光或S偏振光等）。

四分之一波片108与第一激光光源组106相邻，用来使偏振光的偏振性在偏振光穿透四分之一波片108后产生四分之一相位差的改变，例如使S偏振光改变为圆偏振光等。例如，被第一分光镜110反射的第二偏振光P₂在入射四分之一波片108后，产生四分之一相位差的改变；被反射镜112发射的第二偏振光P₂再次穿透四分之一波片108后，产生四分之一相位差的改变。

第一分光镜110设置于第一激光光源118以及第二激光光源120之间，以分别对准第一激光光源118以及第二激光光源120且相对于四分之一波片108倾斜。第一分光镜110是可反射第一偏振光P₁与第二偏振光P₂、但允许与第一偏振光P₁和第二偏振光P₂具有不同偏振性的光线通过的光学组件，藉以用来反射第一偏振光P₁以使第一偏振光P₁沿第一合光路径S₁行进，以及用来反射第二偏振光P₂以使第二偏振光P₂穿透四分之一波片108。另外，在此实施例中，较佳的，第一分光镜110相对于四分之一波片108的倾斜角度θ等于45°，但不受此限。反射镜112平行排列于四分之一波片108的一侧，用来将穿透四分之一波片108的第二偏振光P₂反射回四分之一波片108，以使第二偏振光P₂于再次穿透四分之一波片108后穿透第一分光镜110，而与被第一分光镜110反射的第一偏振光P₁合光于第一合光路径S₁。

进一步参照图2，揭示了第二激光光源组114与第二分光镜116的配置，其中，第二激光光源组114间隔排列于第一激光光源组106的一侧，且第二激光光源组114包含第三激光光源122以及第四激光光源124，第三激光光源122用来发射第三偏振光P₃，而第四激光光源124则是与第三激光光源122相对设置以用来发射第四偏振光P₄。较佳的，第三激光光源122以及第四激光光源124亦为蓝光激光二极管（但不受此限，其发光二极管类型可以根据激光投影设备100的实际应用而有所变化），且第三偏振光P₃以及第四偏振光P₄可以与第一偏振光P₁以及第二偏振光P₂具有相同偏振性，第三偏振光P₃与第四偏振光P₄可均为常见的偏振光（如P偏振光或S偏振光等）。第二分光镜116设置于第三激光光源122以及第四激光光源124之间以分别对准第三激光光源122以及第四激光光源124，且第二分光镜116相对于四分之一波片108倾斜，第二分光镜116相对于四分之一波片108的倾斜角度可与第一分光镜110相对于四分之一波片108的倾斜角度相同，都为倾斜角度θ。第二分光镜116是可反射第三偏振光P₃与第四偏振光P₄、但允许与第三偏振光P₃与第四偏振光P₄具有不同偏振性的光线通过的光学组件，藉以用来反射第三偏振光P₃以使第三偏振光P₃沿第二合光路径S₂行进，以及用来反射第四偏振光P₄以使第四偏振光P₄穿透四分之一波片108。此外，穿透四分之一波片108的第四偏振光P₄可被反射镜112反射回四分之一波片108，以使第四偏振光P₄在再次穿透四分之一波片108后穿透第二分光镜116，而与被第二分光镜116反射的第三偏振光P₃合光于第二合光路径S₂。

需注意的是，第二分光镜116与第一分光镜110交错排列。较佳的，为了有效地缩减合光模块102所产生的激光束的尺寸，在此实施例中，激光投影设备100可采用第一分光镜110与第二分光镜116交错排列，且第一分光镜110与第二分光镜116在水平面上（该水平面为该反射镜112所在的平面）的投影彼此相接的排列方式。其中，需要说明的是，彼此相接指的是该第一分光镜110与第二分光镜116在水平面上的投影部分重叠或投影的边缘相连接。

以下是以第一偏振光P₁、第二偏振光P₂、第三偏振光P₃，以及第四偏振光P₄为S偏振光，且第一分光镜110以及第二分光镜116相对应地采用可反射S偏振光、但允许P偏振光穿透的分光设计为例，针对激光投影设备100的激光束产生过程进行详细的描述，但不受此限，举例来说，在另一实施例中，第一偏振光P₁、第二偏振光P₂、第三偏振光P₃，以及第四偏振光P₄可改为P偏振光且第一分光镜110以及第二分光镜116相对应地改采用可反射P偏振光、但允许S偏振光穿透的分光设计，其相关说明可参照此实施例类推，于此不再赘述。

如图2所示，通过上述配置，在第一偏振光P₁以及第二偏振光P₂分别入射至第一分光镜110，且第三偏振光P₃以及第四偏振光P₄分别入射至第二分光镜116后，第一偏振光P₁以及第三偏振光P₃即可分别被第一分光镜110以及第二分光镜116所反射而分别沿着第一合光路径S₁以及第二合光路径S₂行进，而第二偏振光P₂以及第四偏振光P₄则是分别被第一分光镜110以及第二分光镜116所反射而入射至四分之一波片108。由上述可知，在第二偏振光P₂以及第四偏振光P₄穿透四分之一波片108后，第二偏振光P₂以及第四偏振光P₄从S偏振光改变成相差四分之一相位差的圆偏振光，并接着被反射镜112所反射而再次穿透四分之一波片108，藉此，第二偏振光P₂以及第四偏振光P₄再从圆偏振光改变成相差四分之一相位差的P偏振光而能够分别穿透第一分光镜110以及第二分光镜116。

接下来，穿透第一分光镜110的第二偏振光P₂与被第一分光镜110所反射的第一偏振光P₁合光于第一合光路径S₁，且上述穿透第二分光镜116的第四偏振光P₄与被第二分光镜116所反射的第三偏振光P₃合光于第二合光路径S₂，从而达到第一偏振光P₁、第二偏振光P₂、第三偏振光P₃，以及第四偏振光P₄可共同形成激光束L（即蓝光激光束）的目的。

最后，由上述可知，由于第一分光镜110是与第二分光镜116交错排列（如图2所示的第一分光镜110以及第二分光镜116在水平面上的投影是彼此相接的排列方式）而不需采用彼此之间具有间隙的间隔摆设方式，因此合光模块102所提供的激光束L能够直接缩减至可被分光模块104完全接收的尺寸，如此一来，激光束L即可直接进入分光模块104中而被分光为可供激光投影设备100进行后续投影成像所需的多个成像色光（如红光、蓝光，以及绿光等），至于针对分光模块104的分光机制的相关描述，可参照前述现有技术类推，故于此不再赘述。

值得注意的是，上述第二激光光源组114以及第二分光镜116是可为可省略的配置，也就是说，激光投影设备100是可仅使用第一激光光源组106与第一分光镜110、四分之一波片108，以及反射镜112的配置以产生激光束L，藉以简化合光模块102的组件配置而达到进一步地缩减激光投影设备100的整体体积的效果。

相较于现有技术必须使用导光模块以将合光模块所产生的激光束缩小至可被分光模块完全接收的尺寸，本发明是利用分光镜与四分之一波片以及反射镜所形成的偏振光合光设计以省略导光模块的配置，从而达到合光模块所提供的激光束能够直接缩减至可被分光模块完全接收的尺寸的目的，如此一来，本发明即可大幅地缩减激光投影设备的整体体积以及简化其内部光学组件的配置，而有利于激光投影设备的微型化设计。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种激光投影设备，其特征在于，包含：

合光模块，该合光模块包含：

第一激光光源组，该第一激光光源组包含：

第一激光光源，用来发射第一偏振光；以及

第二激光光源，该第二激光光源与该第一激光光源相对设置，用来发射第二偏振光，该第一偏振光与该第二偏振光具有相同偏振性；

四分之一波片，该四分之一波片与该第一激光光源组相邻；

第一分光镜，该第一分光镜设置于该第一激光光源以及该第二激光光源之间且相对于该四分之一波片倾斜，用来反射该第一偏振光以使该第一偏振光沿第一合光路径行进，以及用来反射该第二偏振光以使该第二偏振光穿透该四分之一波片；

反射镜，其平行排列于该四分之一波片的一侧，用来将穿透该四分之一波片的该第二偏振光反射回该四分之一波片，以使该第二偏振光于再次穿透该四分之一波片后穿透该第一分光镜，而与被该第一分光镜反射的该第一偏振光合光于该第一合光路径以形成激光束；

至少一个第二激光光源组，该第二激光光源组间隔排列于该第一激光光源组的一侧，该至少一个第二激光光源组包含：

第三激光光源，用来发射第三偏振光；以及

第四激光光源，该第四激光光源与该第三激光光源相对设置，用来发射第四偏振光，该第三偏振光以及该第四偏振光与该第一偏振光具有相同偏振性；以及

第二分光镜，该第二分光镜设置于该第三激光光源以及该第四激光光源之间，该第二分光镜相对于该四分之一波片倾斜且与该第一分光镜交错排列，该第二分光镜用来反射该第三偏振光以使该第三偏振光沿第二合光路径行进，以及用来反射该第四偏振光以使该第四偏振光穿透该四分之一波片；以及

分光模块，用来接收该激光束以将该激光束分光为多个成像色光；

其中，穿透该四分之一波片的该第四偏振光被该反射镜反射回该四分之一波片，以使该第四偏振光在再次穿透该四分之一波片后穿透该第二分光镜，而与被该第二分光镜反射的该第三偏振光合光于该第二合光路径，以与该第一偏振光以及该第二偏振光共同形成该激光束；该第二分光镜与该第一分光镜在水平面上的投影彼此相接。

2.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一激光光源以及该第二激光光源均为蓝光激光二极管。

3.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一偏振光以及该第二偏振光均为P偏振光或S偏振光。

4.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一分光镜相对于该四分之一波片的倾斜角度等于45°。

5.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一激光光源、该第二激光光源、该第三激光光源，以及该第四激光光源均为蓝光激光二极管。

6.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一偏振光、该第二偏振光、该第三偏振光以及该第四偏振光均为P偏振光或S偏振光。

7.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该第一分光镜以及该第二分光镜分别相对于该四分之一波片的倾斜角度等于45°。

8.如权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，该四分之一波片用来使该第二偏振光的偏振性在该第二偏振光穿透该四分之一波片后产生四分之一相位差的改变。