TWI408415B - 複合光源系統 - Google Patents

Description

複合光源系統

本發明係關於一種投影裝置之光源系統，特別是一種投影裝置之複合光源系統。

隨著投影裝置的日漸普及，投影裝置的市場競爭也愈趨激烈，因此製造商必須致力於提高現有投影裝置的品質，以滿足使用者的需求，並吸引更多使用者消費。舉例而言，以廣色域的呈現投影成像，使成像更為接近真實色彩，即為吸引使用者的重要因素之一。

由習知技術中可得知，於投影裝置的基本色光之中，紅光對於成像品質的影響最為顯著，因此於一習知投影裝置中，如第1圖所示，投影裝置1除了包含一高壓汞燈等12作為光源外，更額外增加一紅光雷射11作為光源，因雷射光頻率較為集中，光色純，藉由與高壓汞燈12混光後，可提供較為廣域的色彩。於習知投影裝置1中，依據基本光學原理，為了避免光展量的增加，紅光雷射11與高壓汞燈12所提供的光線分別通過透鏡模組13、14後，必須經由一分光鏡15以形成複合光源，再進入成像系統16形成影像，藉此，可使光線可較為有效的被利用。須說明的是，圖示中的箭頭線段係示意主要光路。

於上述之投影系統中，紅光雷射11及高壓汞燈12係分別以45°對分光鏡15投射光線。分光鏡15係以其具有之鍍膜(圖未示出)，用以使紅光雷射11所投射的紅光雷射光穿透，並反射部份高壓汞燈12所提供之光線，此架構下，高壓汞燈12所投射的光線中與該紅光雷射光相同波段的部份亦將穿透分光鏡15。具有本領域之通常知識者可知，分光鏡15係依據其鍍膜適可使具有一預定波段範圍之光線穿透，此外，依據不同的光線入射角度，使分光鏡15具有一分光偏移(dichroic shift)之特性。其中，光線入射角越大，分光偏移越偏向短波段，亦即隨著入射角的增加，可穿透分光鏡15之光線波段越短。例如於第1圖中，高壓汞燈12與雷射光線11所提供之光線實質上係約以41°至49°之範圍入射至分光鏡15。依據上述之分光偏移特性，如第2圖所示(縱軸代表光線穿透率，橫軸代表波長)，由不同之入射角度(例如41°、45°、49°)入射至分光鏡15時，將分別形成偏移的分光曲線，如圖所示，具有三角形符號之曲線代表入射角度為49°之分光曲線，圓滑曲線代表入射角度為45°之分光曲線，而具有圓形符號之曲線代表入射角度為41°之分光曲線。為了因應高壓汞燈12所投射的光線在不同的入射角入射分光鏡15後，紅光雷射11所提供之光線不致因分光偏移的影響，而能完全穿透分光鏡15，因此習知技術中，分光鏡15在設計時就必須增加其可穿透之光線波段範圍，使紅光雷射所提供之光線，其波段如第2圖之矩形範圍(靠近波長為640奈米處)，在分光偏移的作用下，仍包含於可完全穿透之波段範圍內(如虛線範圍所示)。然而過大的穿透波段範圍亦代表過多的高壓汞燈12光線將一併穿透過分光鏡15，如此將使提供成像所需光線之強度大幅衰減，對於成像品質造成非常不利的影響。

有鑑於此，因應習知技術的缺失，使複合光源系統所產生的分光偏移效應減小，俾在增進成像之色域廣度之需求下，仍可充分的利用光線，不致使成像亮度減弱，乃為此業界亟待努力的目標。

本發明之一目的係提供一複合光源系統，用於一投影裝置，藉由高壓汞燈以及雷射光源所分別提供之光線，配合分光元件的設置，使各光線可貼近一主光路以較小之入射角投射至分光元件，減小分光元件之分光偏移效應，俾投影裝置可在不降低成像亮度之下，以較廣之色域呈現成像色彩。

為達上述目的，複合光源系統包含一分光元件、一第一光源、一第二光源及一光處理元件。分光元件適以定義出一光路，而第一光源及第二光源分別為一高壓汞燈及一雷射光源，用以產生一第一光線及一第二光線，其中該第一光線適可藉由一光引導元件之引導，貼近該光路朝該分光元件投射，而該第二光線相對於該第一光線，沿該光路朝該分光元件投射。此外，光處理元件係設置於該光路上。該第一光線包含一第一類光及一第二類光，藉由分光元件的設置，該第一類光及該第二光線適以形成一複合光線，經由該分光元件沿該光路進入該光處理元件。

藉由本發明之複合光源系統，第二光線適以使投影裝置之成像可呈現寬廣之色域，同時，因應第一光線入射分光元件之入射角較小，降低分光偏移之影響，使第一光線可更為有效的提供投影裝置之成像所需，避免成像亮度減弱。

為讓本創作之上述目的、技術特徵和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

本發明之第一實施例如第3圖所示，一複合光源系統3，適可用於一投影裝置(圖未示出)，複合光源系統3包含一分光元件31、一第一光源32、一第二光源33，以及一光處理元件34。分光元件31適可定義出一光路30，而第一光源32及第二光源33分別用以產生一第一光線321及一第二光線331，其中，第一光線321包含一第一類光321a及一第二類光321b，並貼近光路30朝向分光元件31投射，且第二光線331相對於第一光線321，沿光路30而朝分光元件31投射，此外，光處理元件34係設置於光路30上。藉由上述之構成，使第一光線321及第二光線331分別投射至分光元件31後，第一光線321之第一類光321a與第二光線331沿光路30進入光處理元件34。

詳細而言，本實施例中，第一光源32係一高壓汞燈，提供之第一光線321係一白光，而第二光源33係為一雷射光源，提供之第二光線331係一紅色雷射光。該雷射光源更可與一光纖38連接，使第二光線331(即紅色雷射光)經由光纖38，沿光路30而投射至分光元件31。其中，該雷射光源較佳地係一雷射光陣列(即第二光源33係由複數雷射光源組成)，用以提供複數第二光線331，藉以提高第二光線331之強度。

其次，本發明之複合光源系統3更包含一光引導元件35，鄰設於光處理元件34，其中，光引導元件35係為一反射鏡或一稜鏡，以反射方式將第一光源32所投射之第一光線321引導至分光元件31，若光引導元件35為稜鏡，則該稜鏡之一表面係鍍有一反射膜。進一步而言，如第3圖所示，本實施例之光處理元件34係一集光柱，集光柱具有一入光面341，而光引導元件35實質上係鄰設於入光面341，藉由光引導元件35與集光柱的相對位置，使第一光線321經由光引導元件35的反射後，適可以較小的入射角度，貼近光路30朝分光元件31投射，以減小分光元件31所產生的分光偏移效應。需說明的是，本實施例中，雖光處理元件34為集光柱，然而於其他實施例中，光處理元件34亦可依不同的系統需求，例如為一色輪。

本實施例中，分光元件31係為一窄帶通濾光鏡，適可容許一預定波段範圍內之紅光穿透。第一光線321所包含之第二類光321b及第二光線331(即紅色雷射光)係位於該波段範圍內，而第一類光321a則於該波段範圍之外。藉此，分光元件31係容許第二類光321b及第二光線331穿透，並將第一類光321a反射，以將第一類光321a及第二光線331形成一複合光線。隨後，該複合光線係經由入光面341，進入該集光柱，以供投影裝置成像之用。

本實施例中，複合光元系統3更包含一聚光元件36，聚光元件36係設置於分光元件31及光處理元件34之間，較佳地，聚光元件36係鄰設於分光元件31，藉此，俾以散射方式傳遞之第一光線321經由光引導元件35的反射後，透過聚光元件36形成平行光線，使第一光線321入射分光元件31之入射角相同，避免因入射角度的不同，造成分光元件31無法使預定波段的光線穿透/反射。隨後，穿透分光元件31之第二光線331及經由分光元件31所反射的第一類光321a則再透過聚光元件36的匯聚，自入光面341進入光處理元件34(即該集光柱)。

由於本實施例中，第二光源33實質上係一極為細小的雷射點光源，為避免第二光線331產生光干涉現象，複合光源系統3更包含一散射鏡37，用以適度發散第二光線331。

藉由上述之設置，本實施例之複合光源系統3中，高壓汞燈(即第一光源32)所提供之一白光(即第一光線321)，係以較小的入射角度入射至分光元件31，因此，如第4圖所示，較小的入射角度有較小的的分光偏移效應，使可穿透分光元件31之光線波段其設計範圍相對於如第2圖所示之先前技術而言，係可縮小，因此經由分光元件31反射之第一類光321a的波段範圍因而增加，同時第二光源33所產生的紅色雷射光(即第二光線331)仍可穿透分光源件31。藉此所形成之複合光線，除了使投影裝置之成像色域較廣，亦可避免成像亮度不足。須說明的是，第4圖中，本實施例高壓汞燈(即第一光源32)與雷射光源(即第二光源33)所投射之光線實質上係約以1°至9°的範圍入射分光元件31，其中具有三角形符號之曲線代表入射角度為9°之分光曲線，圓滑曲線代表入射角度為5°(即主要光線)之分光曲線，具有圓形符號之曲線代表入射角度為1°之分光曲線，而矩形區塊則代表第二光線331之波段。

本發明之第二實施例請參考第5A圖所示，相似於第一實施例，複合光源系統5包含一分光元件51、一第一光源52、一第二光源53、一光處理元件54、一光引導元件55、一聚光元件56及一散射鏡57。其中，第一光源52產生一第一光線521包含一第一類光521a及一第二類光521b，第二光源53產生一第二光線531。於本實施例中，第一光線521與第二光線531的傳遞方式及各元件的相對位置，係類似於第一實施例，於此不再贅述。

然而與第一實施例不同的是，合併參閱第5B圖，本實施例之光處理元件54係一第一集光柱，除了具有一第一入光面541外，更具有一第一反射面543及一第二入光面542(與第一入光面541及第一反射面543相鄰)。其次，複合光源系統5更包含一第三光源58，相對於第一光源52設置，並適以產生一第三光線581。需說明的是，相似於第一實施例，第一類光521a及第二光線531所形成之複合光線係經由第一入光面541進入第一集光柱，而第三光線581則穿透第二入光面542並由第一反射面543反射，而進入第一集光柱。其中，第三光源58可為一高壓汞燈，且第三光線581係為一白光。藉由上述之設置，使第三光線581可在不受分光元件51的影響下，混合於該複合光線，俾更進一步提高該複合光線之強度。

本發明之第三實施例請合併參閱第6A圖至第6C圖所示，相似於前述之第二實施例，複合光源系統6包含一分光元件61、一第一光源62、一第二光源63、一光處理元件64、一光引導元件65、一聚光元件66及一散射鏡67，以下僅就與第二實施例不同之處進一步說明。本實施例中，複合光源系統6更包含一第三光源68，為了避免第一光源62及第三光源68所產生的熱造成光源62、68的相互影響，第三光源68係與第一光源62設置於同側。本實施例中，光處理元件64係一第一集光柱，而光引導元件65係一第二集光柱。其中，該第一集光柱及該第二集光柱係重疊設置，該第一集光柱係具有一第一入光面641、一第二入光面642及一第一反射面643，該第二集光柱具有一第二反射面651及一第三入光面652。本實施例中，第一光源62所產生之第一光線621係穿透第三入光面652，並自第二反射面651反射，通過該第二集光柱，而投射至分光元件61。需說明的是，因該第二集光柱係與該第一集光柱鄰近並重疊設置，藉此，自該第二集光柱所射出之第一光線621適可以較小之入射角入射分光元件61，避免產生過大之分光偏移效應。隨後，第一光線621所包含之第一類光621a與第二光源63所產生之第二光線631，適以形成複合光線，自第一入光面641而進入第一集光柱(即光處理元件64)，而第一光線621所包含之第二類光621b則穿透分光元件61。同時，第三光源68所產生之第三光線(圖未示出)則穿透第二入光面642，自第一反射面643反射，而進入該第一集光柱。藉此，同樣可達到增加複合光線強度之目的。

綜上所述，本發明提供一複合光源系統，係可藉由減小入射至分光元件之光線入射角，而減少分光偏移效應，進而增加投影成像之色域廣度之外，亦可克服習知技術中成像亮度不足之缺失。更進一步而言，本發明之複合光源系統更可再藉由增加光源數量，提高複合光線強度，亦即，提升投影成像亮度。此外，本發明之複合光源系統更可形成一獨立之光源系統，適以更廣泛的運用於各式裝置之中。

上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，以及闡釋本發明之技術特徵，而非用於限制本發明之保護範疇。任何熟悉本技術者之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍。因此，本發明之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．投影裝置

11．．．紅光雷射

12．．．高壓汞燈

13、14．．．透鏡模組

15．．．分光鏡

16．．．成像系統

3．．．複合光源系統

30．．．光路

31．．．分光元件

32．．．第一光源

321．．．第一光線

321a．．．第一類光

321b．．．第二類光

33．．．第二光源

331．．．第二光線

34．．．光處理元件

341．．．入光面

35．．．光引導元件

36．．．聚光元件

37．．．散射鏡

38．．．光纖

5．．．複合光源系統

51．．．分光元件

52．．．第一光源

521．．．第一光線

521a．．．第一類光

521b．．．第二類光

53．．．第二光源

531．．．第二光線

54．．．光處理元件

541．．．第一入光面

542．．．第二入光面

543．．．第一反射面

55．．．光引導元件

56．．．聚光元件

57．．．散射鏡

58．．．第三光源

581．．．第三光線

6．．．複合光源系統

61．．．分光元件

62．．．第一光源

621．．．第一光線

621a．．．第一類光

621b．．．第二類光

63．．．第二光源

631．．．第二光線

64．．．光處理元件

641．．．第一入光面

642．．．第二入光面

643．．．第一反射面

65．．．光引導元件

651．．．第二反射面

652．．．第三入光面

66．．．聚光元件

67．．．散射鏡

68．．．第三光源

第1圖係習知投影裝置之包含一複合光源之示意圖；

第2圖係依據第1圖之複合光源所形成之分光偏移曲線圖；

第3圖係本發明第一實施例之複合光源系統示意圖；

第4圖係依據第3圖之複合光源系統所形成之分光偏移曲線圖；

第5A圖係依據本發明第二實施例之複合光源系統上視示意圖；

第5B圖係第5A圖中光處理元件之立體示意圖；

第6A圖係依據本發明第三實施例之複合光源系統之立體示意圖；

第6B圖係第6A圖中複合光源系統之側視示意圖；以及

第6C圖係第6A圖中複合光源系統之上視示意圖。

3．．．複合光源系統

30．．．光路

31．．．分光元件

32．．．第一光源

321．．．第一光線

321a．．．第一類光

321b．．．第二類光

33．．．第二光源

331．．．第二光線

34．．．光處理元件

341．．．入光面

35．．．光引導元件

36．．．聚光元件

37．．．散射鏡

38．．．光纖

Claims (21)

1. 一種複合光源系統(hybrid light source system)，包含：一分光元件，適可定義出一光路；一第一光源，用以產生一第一光線，貼近該光路朝該分光元件投射；一第二光源，用以產生一第二光線，相對於該第一光線，沿該光路朝該分光元件投射；一光處理元件，設置於該光路上；以及一光導引元件，鄰設於該光處理元件，適以導引該第一光線貼近該光路朝向該分光元件投射；其中，該第一光線包含一第一類光及一第二類光，該第一類光及該第二光線適以經由該分光元件沿該光路進入該光處理元件。
2. 如請求項1所述之複合光源系統，其中該分光元件係容許該第二類光及該第二光線穿透，並反射該第一類光，以將該第一類光及該第二光線形成一複合光線。
3. 如請求項2所述之複合光源系統，更包含一聚光元件，鄰設於該分光元件，該聚光元件適可匯聚該第一類光及該第二光線至該光處理元件。
4. 如請求項3所述之複合光源系統，其中該第一光源係為一高壓汞燈，且該第一光線係為白光。
5. 如請求項4所述之複合光源系統，其中該第二類光及該第二光線係分別為一波段範圍內的一紅光，而該第一類光則於該波段範圍外。
6. 如請求項5所述之複合光源系統，其中該分光元件係為一窄帶通濾光鏡(band pass filter)，適可容許該紅光穿透。
7. 如請求項6所述之複合光源系統，其中該第二光源係為一雷射光源。
8. 如請求項7所述之複合光源系統，其中該雷射光源係為一雷射光陣列(laser array)。
9. 如請求項7所述之複合光源系統，更包含一光纖，連接至該雷射光源，該第二光線適以經由該光纖，沿該光路投射至該分光元件。
10. 如請求項2所述之複合光源系統，更包含一散射鏡，用以發散第二光線。
11. 如請求項2所述之複合光源系統，其中該光導引元件係為一反射鏡及一稜鏡之其中之一。
12. 如請求項11所述之複合光源系統，其中該稜鏡之一表面係鍍有一反射膜。
13. 如請求項2所述之複合光源系統，其中該光處理元件更包含一色輪。
14. 如請求項2所述之複合光源系統，其中該光處理元件包含一集光柱(integration rod)。
15. 如請求項14所述之複合光源系統，其中該集光柱具有一入光面，該複合光線係經由該入光面，進入該集光柱。
16. 如請求項15所述之複合光源系統，其中該光導引元件係鄰設於該入光面。
17. 如請求項2所述之複合光源系統，該光處理元件包含一第一集光柱(integration rod)，該複合光源系統更包含一第三光源，其中該第三光源適以產生一第三光線，朝該第一集光柱投射。
18. 如請求項17所述之複合光源系統，其中該第三光源係相對於該第一光源設置。
19. 如請求項18所述之複合光源系統，其中該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，該複合光線係經由該第一入光面，進入該第一集光柱，而該第三光線係經由該第二入光面及該第一反射面，進入該第一集光柱。
20. 如請求項17所述之複合光源系統，其中該光導引元件係一第二集光柱，該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，該第二集光柱具有一第二反射面及一第三入光面。
21. 如請求項20所述之複合光源系統，其中該第一集光柱及該第二集光柱係重疊設置，該第一光線通過該第三入光面及該第二反射面，經由該第二集光柱，投射至該分光元件，該複合光線經由該第一入光面，進入該第一集光柱，而該第三光線係經由該第二入光面及該第一反射面，進入該第一集光柱。