TWI447435B - 光源系統 - Google Patents

Description

光源系統

　本發明係關於一光源系統，詳細而言，係關於使用於一投影機，且具有複數雷射光源陣列之光源系統。

　傳統投影機為滿足使用者對高亮度、高輝度與高演色性的畫質需求，因此多使用超高壓汞燈（Ultra High Power, UHP）作為光源，以協助將輸入之訊號經轉換後無失真地輸出至投影幕上，滿足使用者對影像解析度的需要。

　然而，隨著近幾年消費者對高畫質影像的需求愈趨強勁，超高壓汞燈所發出的亮度也更被嚴格要求，如此一來，不僅超高壓汞燈所需面對的工作溫度及動作壓力隨之上升，需要使用更多的風扇或散熱裝置來降低燈泡表面的超高溫度，在投影機結構上也得相應地設置更多光學元件，才能夠協助輸出符合消費者期待的高畫質影像。因此，使用超高壓汞燈的傳統投影機也就無可避免地得要增大其機身體積，才得以容納上述需額外設置的風扇、散熱裝置及光學元件。換言之，就傳統投影機而言，為享受更精細的畫質解析度及影音表現，消費者將需要有更多的空間以容置大體積的投影機，且同時也得承擔當投影機運作時，伴隨而來的風扇運轉噪音及工作廢熱，而無法擁有舒適的觀賞環境。

　因此，隨著近幾年半導體光電元件技術的發展，具有使用壽命長、亮度集中，且反應速度快等特性的固態光源，如發光二極體（Light Emitting Diode, LED）或雷射等，已逐漸受到業界重視，同時開始有取代傳統超高壓汞燈作為投影機光源的趨勢。

　然而，相較於超高壓汞燈，固態光源現今依舊需要解決低照度導致有效觀看距離過短，且流明度偏低導致影像亮度過暗的問題，如此一來，才有機會獲得廣大消費者的青睞。

　有鑑於此，如何小型化固態光源的體積，使其在提供充足的光線亮度的同時，也能更合適地安裝於微型化的投影機中，乃為此一業界亟待解決的問題。

　本發明之一目的在於提供一光源系統及使用該光源系統之投影機，其中光源系統係使用複數雷射光源，藉由其特殊的結構設置，可在小型化光源系統體積的同時，一併提高雷射光源的照度及亮度。

　為達上述目的，本發明用於一投影機之一光源系統包含一主光軸、一第一次光軸、一第二次光軸、至少一第一光學模組、至少一第二光學模組及一第三光學模組。至少一第一光學模組所具有之一第一光源陣列及一第二光源陣列適以分別發射複數第一光束及複數第二光束，至少一第二光學模組所具有之一第三光源陣列適以發射複數第三光束，且第三光學模組適以結合該等第一光束、該等第二光束及該等第三光束為一主光束後，沿主光軸射出。

　為讓上述目的、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。

　本發明使用於一投影機之光源系統包含一主光軸、一第一次光軸、一第二次光軸、至少一第一光學模組、至少一第二光學模組及一第三光學模組。詳細而言，如第1圖所示，本實施例之一光源系統200包含一主光軸300、一第一次光軸310、一第二次光軸320、二第一光學模組400、二第二光學模組500及一第三光學模組600。於本實施例中，第一次光軸310較佳係與第二次光軸320平行設置，且第一次光軸310與第二次光軸320皆分別與主光軸300垂直。同時，上述二第一光學模組400係沿第一次光軸310設置於主光軸300之相對二側，且二第二光學模組500係相似於第一光學模組400，沿第二次光軸320設置於主光軸300之相對二側。

　詳細而言，請一併參考第2圖，設置於第一次光軸310相對二側之二第一光學模組400分別具有一第一光源陣列410、一第二光源陣列420、一第一反射鏡陣列430及一第二反射鏡陣列440。其中，第一光源陣列410及第二光源陣列420分別用以發射複數第一光束810及複數第二光束820，且第一光源陣列410進一步包含複數第一次光源陣列411。需說明的是，於本實施例中，第一光源陣列410較佳係包含三第一次光源陣列411，其中，二第一次光源陣列411係相鄰第二光源陣列420相對設置，而另一第一次光源陣列411係設置於前述二第一次光源陣列411與主光軸300之間，且三第一次光源陣列411之該等第一光束810係皆朝向第一次光軸310發射。

　如第3圖所示，其已將第1圖之第一光源陣列410、第二光源陣列420及第三光源陣列510予以忽略，以便於理解說明。請同時參考第2圖，第一光學模組400所具有之第一反射鏡陣列430係設置於前述二第一次光源陣列411與第二光源陣列420所圍繞之空間，同時第二反射鏡陣列440係位於第一反射鏡陣列430與主光軸300間，並鄰設於第一反射鏡陣列430。

　如第4圖所示，其係繪示出複數第一反射鏡431與複數間隙432設置於第一反射鏡陣列430之示意圖，且該等第一反射鏡431適以界定出複數間隙432，使得第一反射鏡陣列430可藉由該等第一反射鏡431反射該等第一光束810，並容許該等第二光束820經由該等間隙432通過，以結合該等第一光束810及該等第二光束820沿第一次光軸310射出。需說明的是，上述該等第一反射鏡431係沿Y軸方向平行設置於第一反射鏡陣列431上，以界定出同樣為沿Y軸方向平行設置之該等間隙432，然本領域之技術人員亦可輕易得知，該等第一反射鏡431亦可沿其他方向設置以界定出該等間隙432，例如，該等第一反射鏡431可沿X軸方向平行設置於第一反射鏡陣列431上，以界定出同樣為沿X軸方向平行設置之該等間隙432，如此也具有達到結合該等第一光束810及該等第二光束820沿第一次光軸310射出之目的。

　如第5圖所示，相似於第一反射鏡陣列430，第二反射鏡陣列440所具有之複數第二反射鏡441適以界定複數間隙442，使第二反射鏡陣列440適可藉由該等第二反射鏡441反射該等第一光束810，並容許自第一反射鏡陣列430結合射出之該等第一光束810及該等第二光束820經由該等間隙442通過，以共同沿第一次光軸310朝主光軸300前進。同樣地，於本領域之技術人員亦可輕易將該等第二反射鏡441及該等間隙442間之設置關係進行如前述第一反射鏡陣列430之更動，故第二反射鏡陣列440之他種實施態樣於此不多贅述。

　以下將進一步針對單一第一光學模組400所具有之第一次光源陣列411、第二光源陣列420、第一反射鏡陣列430及第二反射鏡陣列440間的關係進行說明。如第6圖所示，設置於第一反射鏡陣列430外之二第一次光源陣列411適可分別朝向第一次光軸310發射該等第一光束810，使該等第一光束810為該等第一反射鏡431所反射；同時，設置於第一反射鏡陣列430外之第二光源陣列420適可沿第一次光軸310發射該等第二光束820，使該等第二光束820通過該等間隙432。如此一來，二該第一次光源陣列411及第二光源陣列420所分別發射之該等第一光束810及該等第二光束820適可藉由第一反射鏡陣列430完成合光動作，朝鄰設於第一反射鏡陣列430之第二反射鏡陣列440前進。而來自第一反射鏡陣列430之該等第一光束810及該等第二光束820接著可通過第二反射鏡陣列440之該等間隙442，與來自另一第一次光源陣列411，且被該等第二反射鏡441所反射之該等第一光束510合光，沿第一次光軸310朝主光軸300射出。相似地，對應於主光軸300所設置之另一第一光學模組400亦同樣具有上述技術特徵，故於此不多贅述。

　請再次參閱第2圖，二第二光學模組500分別具有一第三光源陣列510及一第一階梯狀反射鏡520，且二第二光學模組500係沿第二次光軸320相對主光軸300設置。以下先就單一第二光學模組500進行說明。請一併參閱第7圖，第二光學模組500所具有之第三光源陣列510包含二第三次光源陣列511，用以發射複數第三光束830。第一階梯狀反射鏡520包含複數第一反射面521，該等第一反射面521沿不平行該等第一反射面521之一第一設置平面522設置，並且第一階梯狀反射鏡520之該等第一反射面521適可反射該等第三光束830沿第二次光軸320入射於主光軸300。相似地，對應於主光軸300所設置之另一第二光學模組500亦同樣具有上述技術特徵，故於此不多贅述。此外，於本實施例中，該等第一反射面521較佳係相對於第二次光軸320具有45度之夾角，以使該等第三光束830於入射該等第一反射面521後，形成90度之反射角度。

　請再次參閱第3圖，第三光學模組600適以結合第一光源陣列410所發射之該等第一光束810、第二光源陣列420所發射之該等第二光束820以及第三光源陣列520所發射之該等第三光束830為一主光束800後，沿主光軸300射出。詳細而言，第三光學模組600包含二分色鏡610及一第二階梯狀反射鏡620。其中，第二階梯狀反射鏡620具有複數第二反射面621，該等第二反射面621沿不平行該等第二反射面621之一第二設置平面622設置，且第二階梯狀反射鏡620之該等第二反射面621適以反射來自該等第二光學模組500之該等第三光束830後，沿主光軸800前進。由於第二階梯狀反射鏡620之作用相似於第一階梯狀反射鏡520，故於此不多贅述。

　此外，設置於二第一光學模組400間之二分色鏡610適可分別反射來自二第一光學模組400所發射之該等第一光束810及該等第二光束820，以沿主光軸310前進，且前述被該等第二反射面621所反射之該等第三光束830適可通過二該分色鏡610，使第三光學模組600得以完成結合該等第一光束810、該等第二光束820及該等第三光束830為一主光束800之動作。

　於本實施例中，前述之第一光源陣列410、第二光源陣列420及第三光源陣列510係皆為雷射光源陣列，其中，二第一光學模組400所分別發射之該等第一光束810及該等第二光束820係分別為一藍光光束及一紅光光束，且二第二光學模組500所發射之該等第三光束830係皆為一綠光光束。同時，如第2圖所示，第一光學模組400所具有之第一反射鏡陣列430係為X型或交叉型設置之反射鏡陣列，且二分色鏡610係為X型或交叉型設置於第三光學模組600之中。此外，光源系統200更可包含複數散熱裝置（圖未示出），係分別鄰近二第一光學模組400、二第二光學模組500及第三光學模組600設置，以有效且迅速地降低其工作溫度。

　綜上所述，本發明之光源系統200，適可藉由二第一光學模組400、二第二光學模組500及第三光學模組600間之配合，將各光源陣列所分別發射之紅光雷射光束、藍光雷射光束及綠光雷射光束藉由第一反射鏡陣列430、第二反射鏡陣列440、第一階梯狀反射鏡520及第二階梯狀反射鏡620進行合光及入射方向之改變，以沿主光軸800射出，如此便可達到小型化雷射光源體積，同時有效提高雷射光源照度之作用。

　上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者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，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

200．．．光源系統

300．．．主光軸

310．．．第一次光軸

320．．．第二次光軸

400．．．第一光學模組

410．．．第一光源陣列

411．．．第一次光源陣列

420．．．第二光源陣列

430．．．第一反射鏡陣列

431．．．第一反射鏡

432．．．間隙

440．．．第二反射鏡陣列

441．．．第二反射鏡

442．．．間隙

500．．．第二光學模組

510．．．第三光源陣列

511．．．第三次光源陣列

520．．．第一階梯狀反射鏡

521．．．第一反射面

522．．．第一設置平面

600．．．第三光學模組

610．．．分色鏡

620．．．第二階梯狀反射鏡

621．．．第二反射面

622．．．第二設置平面

800．．．主光束

810．．．第一光束

820．．．第二光束

830．．．第三光束

第1圖係為本發明光源系統之立體示意圖；

第2圖係為第1圖之立體透視圖；

第3圖係為本發明光源系統之複數第一光束、複數第二光束及複數第三光束之行進路線示意圖；

第4圖係為本發明光源系統之第一光學模組之第一反射鏡陣列示意圖；

第5圖係為本發明光源系統之第一光學模組之第二反射鏡陣列示意圖；

第6圖係為本發明光源系統之第一光學模組之合光示意圖；以及

第7圖係為本發明光源系統之第三光學模組之第一階梯狀反射鏡示意圖。

200．．．光源系統

300．．．主光軸

310．．．第一次光軸

320．．．第二次光軸

400．．．第一光學模組

410．．．第一光源陣列

420．．．第二光源陣列

430．．．第一反射鏡陣列

440．．．第二反射鏡陣列

500．．．第二光學模組

510．．．第三光源陣列

520．．．第一階梯狀反射鏡

600．．．第三光學模組

610．．．分色鏡

620．．．第二階梯狀反射鏡

Claims (18)

1. 一種光源系統，用於一投影機，包含：
   　　一主光軸；
   　　一第一次光軸；
   　　一第二次光軸；
   　　至少一第一光學模組，包含：
   　　　　一第一光源陣列，用以發射複數第一光束；
   　　　　一第二光源陣列，用以發射複數第二光束；以及
   　　　　一第一反射鏡陣列，包含複數第一反射鏡，其中該等第一反射鏡適以界定複數間隙，該第一反射鏡陣列藉由該等第一反射鏡反射該等第一光束，並容許該等第二光束經由該等間隙通過，以結合該等第一光束及該等第二光束沿該第一次光軸射出；
   　　至少一第二光學模組，包含：
   　　　　一第三光源陣列，用以發射複數第三光束；以及
   　　　　一第一階梯狀反射鏡，包含複數第一反射面，其中該等第一反射面沿不平行該等第一反射面之一第一設置平面設置，並且該第一階梯狀反射鏡之該等第一反射面適以反射該等第三光束沿該第二次光軸射入該主光軸；以及
   　　　　一第三光學模組，適以結合該等第一光束、該等第二光束及該等第三光束為一主光束後，沿該主光軸射出。
2. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一光源陣列包含複數第一次光源陣列，適以分別發射該等第一光束至該第一反射鏡陣列及鄰設於該第一反射鏡陣列之一第二反射鏡陣列。
3. 如請求項2所述之光源系統，其中該第二反射鏡陣列具有複數第二反射鏡，該等第二反射鏡適以界定複數間隙，該第二反射鏡陣列藉由該等第二反射鏡反射該等第一光束，並容許自該第一反射鏡陣列結合射出之該等第一光束及該等第二光束經由該等間隙通過，以沿該第一次光軸射出。
4. 如請求項1所述之光源系統，其中該第三光源陣列包含複數第三次光源陣列，適以發射該等第三光束至該第一階梯狀反射鏡之該等第一反射面。
5. 如請求項1所述之光源系統，其中該第三光學模組包含至少一第二階梯狀反射鏡，該至少一第二階梯狀反射鏡具有複數第二反射面，該等第二反射面沿不平行該等第二反射面之一第二設置平面設置，且該至少一第二階梯狀反射鏡之該等第二反射面適以反射來自該至少一第二光學模組之該等第三光束沿該主光軸前進。
6. 如請求項5所述之光源系統，其中該第三光學模組更包含至少一分色鏡，該至少一分色鏡適可反射該至少一第一光學模組所發射之該等第一光束及該等第二光束沿該主光軸前進，且由該第二階梯狀反射鏡反射之該等第三光束適可通過該至少一分色鏡。
7. 如請求項6所述之光源系統，其中該至少一分色鏡包含二分色鏡。
8. 如請求項1所述之光源系統，其中該光源系統包含二該第一光學模組，且二該第一光學模組沿該第一次光軸設置於該主光軸之相對二側。
9. 如請求項8所述之光源系統，其中該光源系統包含二該第二光學模組，且二該第二光學模組沿該第二次光軸設置於該主光軸之相對二側。
10. 如請求項5所述之光源系統，其中該第三光學模組包含二該第二階梯狀反射鏡。
11. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一光源陣列、該第二光源陣列及該第三光源陣列係為雷射光源陣列。
12. 如請求項11所述之光源系統，其中該等第一光束及該等第二光束係為紅光光束。
13. 如請求項11所述之光源系統，其中該等第一光束及該等第二光束係為藍光光束。
14. 如請求項11所述之光源系統，其中該等第三光束係為綠光光束。
15. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一次光軸係與該第二次光軸平行，且該第一次光軸與該第二次光軸分別與該主光軸垂直。
16. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一反射鏡陣列係為X型或交叉型設置之反射鏡陣列。
17. 如請求項7所述之光源系統，其中該二分色鏡係為X型或交叉型設置於該第三光學模組。
18. 如請求項1所述之光源系統，更包含複數散熱裝置，係分別鄰近該第一光學模組、該第二光學模組及該第三光學模組設置。