CN108303840A - 激光投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种激光投影装置，其包含有聚光透镜、波长转换元件以及激光阵列组。该波长转换元件邻设于该聚光透镜。该激光阵列组包含复数个激光单元，每一个激光单元包含有激光光源以及透镜。该激光光源用来产生激光光束。该透镜邻设且相对于该激光光源，用来调整该激光光束为非平行光束、并将该非平行光束传送至该聚光透镜以投射于该波长转换元件。

Description

激光投影装置
技术领域
本发明提供一种激光投影装置，尤指一种可显著提升激发效率的激光投影装置。
背景技术
激光投影机是使用激光光源照射激发体(fluorescent material)，例如萤光粉。激发体吸收激光光束能量，而能受激发释出各种色彩的可见光。传统激光投影机通常将准直透镜模组装设在激光光源前，准直透镜模组将发散的激光光束转换为平行光束，由聚光镜组将平行光束汇聚在激发体。然而，传统激光投影机在激发体上汇聚的光斑尺寸较小，其温度偏高易超过激发体的转移温度，致使激发体的激发效率不佳。常见的改善方式会使用光扩散片放大光斑，但会破坏受激发可见光的光源角度分布，影响激光投影机的使用效率。因此，如何设计一种能有效改善激发效率的激光投影机，便为相关光学设备产业的发展目标之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可显著提升激发效率的激光投影装置，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明提供一种激光投影装置，包含有聚光透镜、波长转换元件及激光阵列组。波长转换元件邻设于该聚光透镜。激光阵列组包含复数个激光单元，每一个激光单元包含有激光光源和透镜，激光光源，用来产生激光光束；透镜邻设且相对于该激光光源，用来调整该激光光束为非平行光束、并传送至该聚光透镜以投射于该波长转换元件。
优选的，该透镜具有第一焦点，该激光光源置于第一位置，该第一位置不同于该第一焦点。
优选的，该透镜收敛或发散该激光光束以形成该非平行光束。
优选的，该每一个激光单元另包含有可动件，该可动件用来可移动地承载该透镜以改变该透镜与该激光光源的相对距离。
优选的，该聚光透镜具有第二焦点，该波长转换元件位于第二位置，该第二位置不同于该第二焦点的位置。
优选的，该激光投影装置还包含有承载件，该波长转换元件设置在该承载件上，该激光投影装置藉由改变该承载件与该聚光透镜的相对距离，以放大该激光光束投射至该波长转换元件所产生的成像。
优选的，该聚光透镜具有光轴，该承载件沿着该光轴移动以改变该相对距离。
优选的，该激光投影装置还包含有无焦透镜模组，无焦透镜模组设置在该激光阵列组与该聚光透镜，用来改变该激光光束在空间中的光束尺寸。
优选的，该激光投影装置还包含有反射件及扩散件，该反射件以及该扩散件设置在无焦透镜模组与该聚光透镜之间，该反射件用于改变激光阵列组的光束投射方向，扩散件用来使激光阵列组的光束的投射更均匀。
优选的，该透镜为双凸透镜或平凸透镜。
与现有技术相对比，本发明的激光投影装置在每一个激光光源皆设置一个对应的透镜，透镜将激光光源输出的激光光束调整成非平行光束，形成放大且较模糊的成像；此成像经由聚光透镜投射到波长转换元件，形成放大且均匀的光斑，据此提升波长转换元件的激发效率。进一步的，为了将激光光源的激光光束调整为非平行光束，激光投影装置通过改变透镜与激光光源之相对距离、或改变聚光透镜与波长转换元件之相对距离等方式，将原始激光光束转换为收敛光束或发散光束；调整相对距离的手段是藉由以可动件可移动地承载透镜或激光光源、或以承载件可移动地承载聚光透镜或波长转换元件来达成。
附图说明
图1为本发明第一实施例的激光投影装置的示意图。
图2为本发明第二实施例的激光投影装置的示意图。
图3为本发明实施例的激光单元形成非平行光束的示意图。
图4与图5为本发明实施例的波长转换元件上光能量分布在不同轴向的示意图。
图6为本发明实施例的聚光透镜与波长转换元件的部分放大示意图。
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1与图2，图1为本发明第一实施例的激光投影装置10的示意图，图2为本发明第二实施例的激光投影装置10’的示意图。激光投影装置10可包含聚光透镜12、波长转换元件14以及激光阵列组16。聚光透镜12放置在波长转换元件14与激光阵列组16之间，用来将激光阵列组16发出的光束投射在波长转换元件14。波长转换元件14具有萤光粉或量子点材料，能将特定色彩的光束转换为其它色光。激光阵列组16可包含复数个激光单元18，且每一个激光单元18具有激光光源20与透镜22。激光光源20产生激光光束。透镜22邻设且相对于激光光源20，意即每个激光光源20都配设对应的透镜22。透镜22用来将激光光束调整为非平行光束，并使非平行光束传送至聚光透镜12并投射于波长转换元件14。此外图1、图2所涉及的激光投影装置的放置方向，均已以X轴、Y轴、Z轴三轴坐标的方式标示在附图中，且相同的方向采用相同的标号。下述各附图的图3、图4、图5、图6采用的配置方向的基准与图1及图2相同。
第二实施例中，与第一实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能，故此不再重复说明。两实施例的差异在于第二实施例的激光单元18的数量较多，因此激光投影装置10’还可选择性包含有无焦(afocal)透镜模组24，无焦透镜模组24设置在激光阵列组16和聚光透镜12之间，用以改变激光阵列组16所发出激光光束在空间中的光束尺寸，使能顺利投射进入聚光透镜12。此外，激光投影装置10’进一步还可选择性包含反射件26以及扩散件28，反射件26以及扩散件28设置在无焦透镜模组24与聚光透镜12之间。反射件26可改变激光阵列组16的光束投射方向，扩散件28用来使光束的投射更均匀。
请参阅图3至图5，图3为本发明实施例的激光单元18形成非平行光束的示意图，图4与图5为本发明实施例波长转换元件14上光能量分布在不同轴向示意图。如图3所示，激光光源20处于透镜22的离焦处；换句话说，透镜22具有第一焦点F1，激光光源20置于第一位置P1，且第一位置P1不同于第一焦点F1。透镜22的形式不拘限于本发明图式的双凸透镜或平凸透镜，只要能收敛或发散激光光源20所产生激光光束以形成非平行光束的透镜或透镜组合，皆属于本发明的设计范畴。
为了配合激光单元18的离焦设计，激光单元18另可选择性包含可动件30，可动件30用来可移动地承载透镜22，以改变透镜22与激光光源20的相对距离。因此，使用者可以操作可动件30沿着透镜22的光轴A1前后移动，透镜22位置改变让第一焦点F1不重叠于第一位置P1，调整光束的相关参数(例如投射范围、能量集中度等)而形成非平行光束，使得投射于波长转换元件14上的光能量分布能更为均匀，如图4与图5所示。特别一提的是，本发明还能另选择使用可动件承载激光光源20，只要能改变透镜22与激光光源20之间相对距离，即符合激光单元18的离焦设计需求。
请参阅图6，图6为本发明实施例的聚光透镜12与波长转换元件14的部分放大示意图。波长转换元件14置于聚光透镜12的离焦处；意即聚光透镜12具有第二焦点F2，波长转换元件14位于第二位置P2，且第二位置P2不同第二焦点F2。本发明可将波长转换元件14设置在承载件32上。承载件32沿着聚光透镜12的光轴A2移动，可以改变聚光透镜12与波长转换元件14的相对距离，放大激光光束投射至波长转换元件14所产生的成像尺寸。本发明的承载件还可用来承载聚光透镜12，亦能达成改变聚光透镜12与波长转换元件14之间相对距离的目的。因此，激光单元18和聚光透镜12的离焦设计可在波长转换元件14上形成放大且均匀的光斑，从而有效降低波长转换元件14的温度以提高其激发效率。
综上所述，本发明的激光投影装置在每一个激光光源皆设置一个对应的透镜，透镜将激光光源输出的激光光束调整成非平行光束，形成放大且较模糊的成像；此成像经由聚光透镜投射到波长转换元件，形成放大且均匀的光斑，据此提升波长转换元件的激发效率。为了将激光光源的激光光束调整为非平行光束，激光投影装置通过改变透镜与激光光源的相对距离、或改变聚光透镜与波长转换元件的相对距离等方式，将原始激光光束转换为收敛或发散的非平行光束；调整相对距离的手段是藉由以可动件可移动地承载透镜或激光光源、或以承载件可移动地承载聚光透镜或波长转换元件来达成。
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 (10)

1.一种激光投影装置，其特征在于，包含有：
聚光透镜；
波长转换元件，邻设于该聚光透镜；以及
激光阵列组，包含复数个激光单元，每一个激光单元包含有：
激光光源，用来产生激光光束；以及
透镜，邻设且相对于该激光光源，用来调整该激光光束为非平行光束、并传送至该聚光透镜以投射于该波长转换元件。
2.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，该透镜具有第一焦点，该激光光源置于第一位置，该第一位置不同于该第一焦点。
3.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，该透镜收敛或发散该激光光束以形成该非平行光束。
4.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，该每一个激光单元另包含有可动件，该可动件用来可移动地承载该透镜以改变该透镜与该激光光源的相对距离。
5.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，该聚光透镜具有第二焦点，该波长转换元件位于第二位置，该第二位置不同于该第二焦点的位置。
6.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，包含有：
承载件，该波长转换元件设置在该承载件上，该激光投影装置藉由改变该承载件与该聚光透镜的相对距离，以放大该激光光束投射至该波长转换元件所产生的成像。
7.如权利要求6所述的激光投影装置，其特征在于，该聚光透镜具有光轴，该承载件沿着该光轴移动以改变该相对距离。
8.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，包含有：
无焦透镜模组，设置在该激光阵列组与该聚光透镜，用来改变该激光光束在空间中的光束尺寸。
9.如权利要求8所述的激光投影装置，其特征在于，还包含有反射件及扩散件，该反射件以及该扩散件设置在无焦透镜模组与该聚光透镜之间，该反射件用于改变激光阵列组的光束投射方向，扩散件用来使激光阵列组的光束的投射更均匀。
10.如权利要求1所述的激光投影装置，其特征在于，该透镜为双凸透镜或平凸透镜。
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