TWI452409B - 光源模組、光激發裝置及應用其之投影機 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光激發裝置,且特別是有關於一種應用於投影機之光激發裝置。
投影機自從出現以後,隨著科技的發展被運用到各種領域,由消費產品至高科技產品,其應用範圍一直在擴展當中,例如應用於大型會議演講上以投影系統放大投影物,或是應用於商業上之投影式螢幕或電視,以配合簡報之內容做即時圖式畫面之呈現。
常見的投影機架構大致可以分為光源模組及光學處理單元。光源模組一般係由光源發光,經由光學構件收集光線,經過濾鏡、色輪的濾光處理,將處理後之光線射向光學處理單元後投射至投影幕。
隨著投影機的發展,亦有在光源模組中使用雷射光源搭配塗有螢光粉的轉輪,以提供不同波長的光線。然而,由於雷射光束的能量較為集中,使得轉輪在接收雷射光束一段時間後,溫度可能會高達攝氏一千度,因而導致螢光粉損毀。隨著投影機亮度需求的提升,雷射光束之能量亦隨之增加,此種螢光粉因溫度過高而損毀的現象會越來越明顯。
常見的投影機架構大致可以分為光源模組及光學處理單元。光源模組一般係由光源發光,經由光學構件收集光線,經過濾鏡、色輪的濾光處理,將處理後之光線射向光學處理單元後投射至投影幕。
隨著投影機的發展,亦有在光源模組中使用雷射光源搭配塗有螢光粉的轉輪,以提供不同波長的光線。然而,由於雷射光束的能量較為集中,使得轉輪在接收雷射光束一段時間後,溫度可能會高達攝氏一千度,因而導致螢光粉損毀。隨著投影機亮度需求的提升,雷射光束之能量亦隨之增加,此種螢光粉因溫度過高而損毀的現象會越來越明顯。
本發明的目的就是在提供一種光激發裝置,用以提升光激發裝置之散熱效率。
本發明之一態樣為一種光激發裝置,用以激發一雷射光源。雷射光源發出具有第一波長之第一光線。光激發裝置包含波長轉換元件以及移動元件。波長轉換元件包含轉盤、連接轉盤之馬達,以及波長轉換塗層。馬達用以驅動轉盤相對於雷射光源旋轉。波長轉換塗層設置於轉盤之受光面上,以轉換第一光線為具有第二波長之第二光線。移動元件連接波長轉換元件,以使波長轉換元件相對於雷射光源移動,其中當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源於波長轉換元件上之投影路徑位於波長轉換塗層的塗佈面積內。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之一側面,馬達設置於背面,受光面為正面。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以垂直於雷射光源之出光方向。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以不與雷射光源之出光方向垂直。
於本發明之一或多個實施例中,移動元件可為機械手臂,用以使轉盤相對於雷射光源擺動。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之側面,馬達設置於背面,受光面為側面。
於本發明之一或多個實施例中,波長轉換元件具有旋轉週期與移動週期,移動週期不為旋轉週期之整數倍數。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源之出光方向為z軸,轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
依照本發明另一態樣,提出一種光源模組,包含雷射光源、波長轉換元件以及移動元件。雷射光源用以發出具有第一波長之第一光線。波長轉換元件包含轉盤、連接轉盤之馬達,以及設置於轉盤之受光面上的波長轉換塗層。馬達用以驅動轉盤旋轉。波長轉換塗層轉換第一光線為具有第二波長之第二光線。移動元件連接波長轉換元件,以使波長轉換元件相對於雷射光源移動其中當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源於波長轉換元件上之投影路徑位於波長轉換塗層的塗佈面積內。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之一側面,馬達設置於背面,受光面為正面。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以垂直於雷射光源之出光方向。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以不與雷射光源之出光方向垂直。
於本發明之一或多個實施例中,移動元件可為機械手臂,用以使轉盤相對於雷射光源擺動。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之側面,馬達設置於背面,受光面為側面。
於本發明之一或多個實施例中,波長轉換元件具有旋轉週期與移動週期,移動週期不為旋轉週期之整數倍數。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源之出光方向為z軸,轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
本發明之另一態樣為一種應用前述之光激發裝置的投影機。
本發明之另一態樣為一種應用前述之光源模組的投影機。
藉由移動元件使得波長轉換元件相對於雷射光源移動,以展開雷射光源在波長轉換元件上的投影路徑。如此一來,可以加大雷射光源與波長轉換塗層之間的反應面積,並更為有效率地利用波長轉換塗層。另外,雷射光源所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件上,以提升波長轉換元件之散熱效率,進而解決波長轉換塗層中之波長轉換材料因高溫而損毀的情形。
本發明之一態樣為一種光激發裝置,用以激發一雷射光源。雷射光源發出具有第一波長之第一光線。光激發裝置包含波長轉換元件以及移動元件。波長轉換元件包含轉盤、連接轉盤之馬達,以及波長轉換塗層。馬達用以驅動轉盤相對於雷射光源旋轉。波長轉換塗層設置於轉盤之受光面上,以轉換第一光線為具有第二波長之第二光線。移動元件連接波長轉換元件,以使波長轉換元件相對於雷射光源移動,其中當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源於波長轉換元件上之投影路徑位於波長轉換塗層的塗佈面積內。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之一側面,馬達設置於背面,受光面為正面。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以垂直於雷射光源之出光方向。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以不與雷射光源之出光方向垂直。
於本發明之一或多個實施例中,移動元件可為機械手臂,用以使轉盤相對於雷射光源擺動。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之側面,馬達設置於背面,受光面為側面。
於本發明之一或多個實施例中,波長轉換元件具有旋轉週期與移動週期,移動週期不為旋轉週期之整數倍數。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源之出光方向為z軸,轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
依照本發明另一態樣,提出一種光源模組,包含雷射光源、波長轉換元件以及移動元件。雷射光源用以發出具有第一波長之第一光線。波長轉換元件包含轉盤、連接轉盤之馬達,以及設置於轉盤之受光面上的波長轉換塗層。馬達用以驅動轉盤旋轉。波長轉換塗層轉換第一光線為具有第二波長之第二光線。移動元件連接波長轉換元件,以使波長轉換元件相對於雷射光源移動其中當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源於波長轉換元件上之投影路徑位於波長轉換塗層的塗佈面積內。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之一側面,馬達設置於背面,受光面為正面。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以垂直於雷射光源之出光方向。
於本發明之一或多個實施例中,受光面可以不與雷射光源之出光方向垂直。
於本發明之一或多個實施例中,移動元件可為機械手臂,用以使轉盤相對於雷射光源擺動。
於本發明之一或多個實施例中,轉盤具有正面、背面以及連接正面與背面之側面,馬達設置於背面,受光面為側面。
於本發明之一或多個實施例中,波長轉換元件具有旋轉週期與移動週期,移動週期不為旋轉週期之整數倍數。
於本發明之一或多個實施例中,雷射光源之出光方向為z軸,轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
本發明之另一態樣為一種應用前述之光激發裝置的投影機。
本發明之另一態樣為一種應用前述之光源模組的投影機。
藉由移動元件使得波長轉換元件相對於雷射光源移動,以展開雷射光源在波長轉換元件上的投影路徑。如此一來,可以加大雷射光源與波長轉換塗層之間的反應面積,並更為有效率地利用波長轉換塗層。另外,雷射光源所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件上,以提升波長轉換元件之散熱效率,進而解決波長轉換塗層中之波長轉換材料因高溫而損毀的情形。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神,任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後,當可由本發明所教示之技術,加以改變及修飾,其並不脫離本發明之精神與範圍。
參照第1圖,其繪示本發明之光源模組一實施例的側視圖。光源模組100包含有雷射光源110以及光激發裝置。其中光激發裝置包含有波長轉換元件120以及移動元件150。光源模組100藉由移動元件150使得波長轉換元件120相對於雷射光源110移動,以展開雷射光源110在波長轉換元件120上的投影路徑並增加第一光線112於波長轉換元件120上的反應面積。此處所指的反應面積主要係指雷射光束(第一光線112)照射於波長轉換塗層140上之投影路徑的總表面積。如此一來,可以更為有效率地利用波長轉換元件120。另外,雷射光源110所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件120上,以提升波長轉換元件120之散熱效率。
雷射光源110為用以發出具有第一波長之第一光線112。雷射光源110所發出之第一光線112為照射到波長轉換元件120。波長轉換元件120包含有轉盤122、連接於轉盤122之馬達130,以及設置於轉盤122上之波長轉換塗層140。其中轉盤122具有一正面124、一背面126,以及用以連接正面124與背面126之側面128。馬達130為安裝於轉盤122之背面126,馬達130之轉軸132連接轉盤122,以驅動轉盤122旋轉。波長轉換塗層140設置於轉盤122的正面124,換言之,轉盤122之正面124即為用以接收第一光線112之受光面,且此受光面垂直於雷射光源110的出光方向。
雷射光源110較佳地為定點設置。雷射光源110所發出之具有第一波長的第一光線112在照射到波長轉換元件120上之波長轉換塗層140後,會變成具有第二波長的第二光線114,其中第二波長不同於第一波長。波長轉換塗層140可以為波長轉換材料與高分子黏著劑的混合物,波長轉換塗層140再塗布於轉盤122上之預定區域,此預定區域可以為中空的圓形,以讓出馬達130的設置位置。波長轉換材料可包含螢光粉、感光材質,螢光色轉換媒介(fluorescent color-conversion-media),有機錯合物材質(organic complex),發光顏料,量子點(quantum-dots-based)為底材質,量子線(quantum-wire-based)為底材質,或量子阱(quantum-well-based)為底材質或上述材質之組合。
移動元件150為連接於波長轉換元件120,以使波長轉換元件120相對雷射光源110移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構,使得波長轉換元件120除了透過馬達130相對於雷射光源110旋轉之外,更藉由移動元件150相對於雷射光源110移動。馬達130可以內藏於移動元件150中,或者,移動元件150連接至馬達130。
當波長轉換元件120只有透過馬達130高速旋轉時,雷射光源110所發出之光線照在波長轉換元件120所形成之軌跡(即波長轉換元件120之光反應區域)為單一周長的圓形,此圓形的線寬會近似於第一光線112的線寬。而當波長轉換元件120藉由移動元件150進一步地相對於雷射光源110移動時,雷射光源110所發出之第一光線112照射在波長轉換元件120上的軌跡可以被展開,形成規則或是不規則的圖案,如此一來,藉由增加雷射光源110所發出之光線與波長轉換元件120之間的反應面積,可以將雷射光線所帶有的能量分散至波長轉換元件120上,藉以提升光源模組100的散熱功效。以下將配合圖式詳細說明之。
參照第2圖,其為傳統光源模組中光源投影在波長轉換元件之投影路徑的正視圖。傳統的波長轉換元件10中,波長轉換塗層14的塗佈面積A1只有分布在轉盤12的外圍圓周處,而光源發出之光線的投影路徑P1亦為單一周長的圓形。此時雷射光源與波長轉換元件10之間具有第一反應面積,其為投影路徑P的總面積,相當於圓形的圓周。
參照第3圖,其為本發明之光源模組中雷射光源投影在波長轉換元件120之投影路徑一實施例的正視圖。波長轉換元件120外接於移動元件150,使得波長轉換元件120除了轉動外更相對於雷射光源移動。而波長轉換塗層140在轉盤122上的塗佈面積A2會從轉盤122的外圍向內延伸一段距離,以增加與第一光線之間的反應面積。舉例而言,若是波長轉換元件120相對於雷射光源轉動加上左右移動(沿第1圖中之x方向移動),則雷射光源所發出之第一光線在波長轉換元件120上的投影路徑P2會變成多個圓形之組合並近似於橢圓,此時雷射光源與波長轉換元件120之間的第二反應面積將會是多個圓形之圓周的總和,其會大於第2圖中之第一反應反應面積,但是小於波長轉換塗層140在轉盤122上的塗佈面積A2。
比較第2圖與第3圖後可以發現,當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。第3圖中藉由移動元件使波長轉換元件120相對於雷射光源移動,可以有效增加第一光線與波長轉換元件120之間的反應面積,可以將雷射光之能量平均分散至轉盤122的表面,藉以提升波長轉換元件120的散熱效率,以避免波長轉換塗層140中的波長轉換材料因高溫而損毀並可以充分利用轉盤122之面積。
再回到第1圖,波長轉換元件120與雷射光源110之相對移動的關係可以具有多種組合,只要使得雷射光源110所發出的第一光線112可以在波長轉換元件120上展開,且第一光線112的投影路徑位於波長轉換塗層140的塗佈區域之內即可。影響雷射光源110所發出之第一光線112投影在波長轉換元件120上之投影路徑的參數包含有波長轉換元件120的移動距離、波長轉換元件120完成一次相對移動的移動週期、轉盤122的半徑、雷射光源110所發出之第一光線112的落點半徑、馬達130的轉速、波長轉換元件120的旋轉角速度和波長轉換元件120自轉一圈的旋轉週期等。藉由適當地調整前述參數之間的比例,便可以設計出適合的路徑,以下將配合圖式舉例說明之。
參照第4A圖至第4E圖,其分別繪示本發明之光激發裝置中雷射光源投影於波長轉換元件上之投影路徑不同實施例的示意圖。須注意的是,實務上是雷射光源定點發射第一光線,而波長轉換元件120相對於雷射光源移動,圖中所繪示為當波長轉換元件120相對於雷射光源移動以及高速轉動時,投影在波長轉換元件120上之雷射光點所構成的投影路徑。
舉例而言,當波長轉換元件120僅相對於雷射光源左右移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P2大致呈橫向橢圓形,如第4A圖所示。當波長轉換元件120僅相對於雷射光源上下移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P3大致呈縱向橢圓形,如第4B圖所示。當波長轉換元件120相對於雷射光源左右以及上下移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑大致呈多個交錯的圓形P4,如第4C圖所示。而當波長轉換元件120的旋轉週期遠大於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P5大致呈鋸齒狀,如第4D圖所示。若是當波長轉換元件120非沿著固定軸向相對於雷射光源左右移動,且波長轉換元件120的旋轉週期接近於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P6大致呈多個交錯的橢圓形,如第4E圖所示。
大體上來說,只要波長轉換元件120二維移動的距離小於波長轉換塗層之分布寬度,且波長轉換元件120之移動週期不為其轉動周期的整數倍數,應該都能夠使雷射光源於波長轉換元件120上的投影路徑順利展開。
參照第5A圖至第5C圖,其分別本發明之光源模組100於不同實施例的側視圖。如第5A圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110上下移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。或者,如第5B圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110斜向移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。又或者,如第5C圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110擺動。移動元件150可以為機械手臂,使得轉盤122以軸心125作為支點而相對於雷射光源110前後擺動。
參照第5D圖至第5E圖,其分別本發明之光源模組100於不同實施例的上視圖。如第5D圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110左右移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。又或者,如第5E圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110擺動。移動元件150可以為機械手臂,使得轉盤122以軸心125作為支點而相對於雷射光源110左右擺動。
綜上所述,馬達130係用以使轉盤122以第一移動模式移動,移動元件150則是用以使得波長轉換元件120以第二移動模式移動,其中轉盤122以第一移動模式移動時,係透過馬達130驅動轉盤122之軸心125使其相對於雷射光源旋轉,而波長轉換元件120以第二移動模式移動時,波長轉換元件120相對於雷射光源110之間的移動關係可以參考但不限於第5A圖至第5E圖所揭露之態樣,一般來說,波長轉換元件120可以相對於雷射光源110擺動,或者,當雷射光源110之出光方向為z軸時,轉盤122之軸心125至少於垂直z軸之x-y平面上移動。只要波長轉換元件120不是僅僅相對於雷射光源110前後移動(僅於z軸方向移動),且波長轉換元件120之移動週期不為旋轉週期之整數倍數,應該都能使得雷射光源110於波長轉換元件120上之投影路徑順利展開。
參照第6圖,其繪示本發明之光源模組另一實施例的側視圖。本實施例與前一實施例之差別在於,光源模組100中之波長轉換元件120為相對於雷射光源110上下或是左右偏轉的斜向設置,亦即波長轉換元件120作為受光面的正面124不與雷射光源110之出光方向垂直,此時,雷射光源110所照射出之第一光線112會與波長轉換元件120之間夾有一銳角角度θ。而為了使得雷射光源110之投影路徑維持在波長轉換塗層140的塗佈範圍內,波長轉換元件120於二維方向上的移動距離與波長轉換塗層140之分布寬度d之間的關係較佳地為移動距離小於dsinθ。此種斜向配置的波長轉換元件120與雷射光源110之間的相對移動關係可以同樣參照第5A圖至第5E圖。參照第7圖,其繪示本發明之光源模組再一實施例的上視圖。本實施例與前述實施例之差別在於,波長轉換元件120之轉盤122包含有正面124、背面126以及連接正面124與背面126之側面128,馬達130設置於轉盤122之背面126,而波長轉換塗層140為塗佈在轉盤122的側面128上。即馬達130之軸向垂直於雷射光源110的出光方向,雷射光源110所發出之第一光線112為照射在轉盤122之側面128上的波長轉換塗層140,即轉盤122的側面128為受光面。
此種類型之波長轉換元件120為反射式的波長轉換元件,雷射光源110與波長轉換元件120之間設置有分光鏡190,雷射光源110所發出之第一光線112穿過分光鏡190照射到波長轉換元件120的表面。具有第一波長之第一光線112照射於波長轉換塗層140後變為具有第二波長之第二光線114,第二光線114再被轉盤122反射至分光鏡190,此時,具有第二波長之第二光線114會被分光鏡190反射至成像單元中。雷射光源110以及波長轉換元件120中可以更設置有透鏡組192,用以調整第一光線112及/或第二光線114之光路。
此實施例中,若是波長轉換元件120相對於雷射光源110前後或是上下移動,則雷射光源110所發出之第一光線112在波長轉換塗層140上的投影路徑仍為單一圓形。故此實施例中,波長轉換元件120相對於雷射光源110的二維移動至少需要包含左右移動,才能使得雷射光源110所發出之第一光線112照射在波長轉換塗層140上的路徑展開。同樣地,為了確保雷射光源110於波長轉換元件120上之投影路徑位於波長轉換塗層140的塗佈面積內,波長轉換元件120的橫向移動距離需小於波長轉換塗層140的分布寬度。
參照第8圖,其繪示一種應用本發明之光源模組的投影機一實施例的示意圖。前述各實施例中之光源模組100可以進一步應用在投影機中,光源模組100包含有雷射光源110以及光激發裝置。本實施例中之波長轉換元件120為穿透式的波長轉換元件,意即,雷射光源110所發出之第一光線112經過波長轉換元件120上之波長轉換塗層140後,被轉換為具有第二波長的第二光線114,而後,此第二光線114再經由稜鏡160反射至成像模組170中進行處理。第二光線114可以為原色光或是混光,第二光線114所具有的第二波長可以根據波長轉換塗層140中波長轉換材料的組成成分決定。具有第二波長的第二光線114經由稜鏡160反射進入成像模組170中之後,成像模組170可以處理第二光線114成為所需的影像,而後影像的光線再傳送至投影單元180輸出至投影幕上。由於雷射光源110仍為定點設置且定向發出第一光線112,故第一光線112以及第二光線114的行進路徑均為固定,可以按照現有的路線設計安排稜鏡160、成像模組170以及投影單元180位置。
光源模組100藉由波長轉換元件120與雷射光源110之間相對的移動,使得雷射光源110在波長轉換塗層140得以展開,藉以增加雷射光源110之第一光線112與波長轉換塗層140之間的反應面積,使得雷射光源110所發出之第一光線112的能量可以分散到轉盤122上,以提升波長轉換元件120的散熱效率,避免波長轉換塗層140因溫度過高而受損。由上述本發明較佳實施例可知,應用本發明具有下列優點。藉由移動元件使得波長轉換元件相對於雷射光源移動,以展開雷射光源在波長轉換元件上的投影路徑。如此一來,可以加大雷射光源與波長轉換塗層之間的反應面積,並更為有效率地利用波長轉換塗層。另外,雷射光源所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件上,以提升波長轉換元件之散熱效率,進而解決波長轉換塗層中之波長轉換材料因高溫而損毀的情形。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
參照第1圖,其繪示本發明之光源模組一實施例的側視圖。光源模組100包含有雷射光源110以及光激發裝置。其中光激發裝置包含有波長轉換元件120以及移動元件150。光源模組100藉由移動元件150使得波長轉換元件120相對於雷射光源110移動,以展開雷射光源110在波長轉換元件120上的投影路徑並增加第一光線112於波長轉換元件120上的反應面積。此處所指的反應面積主要係指雷射光束(第一光線112)照射於波長轉換塗層140上之投影路徑的總表面積。如此一來,可以更為有效率地利用波長轉換元件120。另外,雷射光源110所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件120上,以提升波長轉換元件120之散熱效率。
雷射光源110為用以發出具有第一波長之第一光線112。雷射光源110所發出之第一光線112為照射到波長轉換元件120。波長轉換元件120包含有轉盤122、連接於轉盤122之馬達130,以及設置於轉盤122上之波長轉換塗層140。其中轉盤122具有一正面124、一背面126,以及用以連接正面124與背面126之側面128。馬達130為安裝於轉盤122之背面126,馬達130之轉軸132連接轉盤122,以驅動轉盤122旋轉。波長轉換塗層140設置於轉盤122的正面124,換言之,轉盤122之正面124即為用以接收第一光線112之受光面,且此受光面垂直於雷射光源110的出光方向。
雷射光源110較佳地為定點設置。雷射光源110所發出之具有第一波長的第一光線112在照射到波長轉換元件120上之波長轉換塗層140後,會變成具有第二波長的第二光線114,其中第二波長不同於第一波長。波長轉換塗層140可以為波長轉換材料與高分子黏著劑的混合物,波長轉換塗層140再塗布於轉盤122上之預定區域,此預定區域可以為中空的圓形,以讓出馬達130的設置位置。波長轉換材料可包含螢光粉、感光材質,螢光色轉換媒介(fluorescent color-conversion-media),有機錯合物材質(organic complex),發光顏料,量子點(quantum-dots-based)為底材質,量子線(quantum-wire-based)為底材質,或量子阱(quantum-well-based)為底材質或上述材質之組合。
移動元件150為連接於波長轉換元件120,以使波長轉換元件120相對雷射光源110移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構,使得波長轉換元件120除了透過馬達130相對於雷射光源110旋轉之外,更藉由移動元件150相對於雷射光源110移動。馬達130可以內藏於移動元件150中,或者,移動元件150連接至馬達130。
當波長轉換元件120只有透過馬達130高速旋轉時,雷射光源110所發出之光線照在波長轉換元件120所形成之軌跡(即波長轉換元件120之光反應區域)為單一周長的圓形,此圓形的線寬會近似於第一光線112的線寬。而當波長轉換元件120藉由移動元件150進一步地相對於雷射光源110移動時,雷射光源110所發出之第一光線112照射在波長轉換元件120上的軌跡可以被展開,形成規則或是不規則的圖案,如此一來,藉由增加雷射光源110所發出之光線與波長轉換元件120之間的反應面積,可以將雷射光線所帶有的能量分散至波長轉換元件120上,藉以提升光源模組100的散熱功效。以下將配合圖式詳細說明之。
參照第2圖,其為傳統光源模組中光源投影在波長轉換元件之投影路徑的正視圖。傳統的波長轉換元件10中,波長轉換塗層14的塗佈面積A1只有分布在轉盤12的外圍圓周處,而光源發出之光線的投影路徑P1亦為單一周長的圓形。此時雷射光源與波長轉換元件10之間具有第一反應面積,其為投影路徑P的總面積,相當於圓形的圓周。
參照第3圖,其為本發明之光源模組中雷射光源投影在波長轉換元件120之投影路徑一實施例的正視圖。波長轉換元件120外接於移動元件150,使得波長轉換元件120除了轉動外更相對於雷射光源移動。而波長轉換塗層140在轉盤122上的塗佈面積A2會從轉盤122的外圍向內延伸一段距離,以增加與第一光線之間的反應面積。舉例而言,若是波長轉換元件120相對於雷射光源轉動加上左右移動(沿第1圖中之x方向移動),則雷射光源所發出之第一光線在波長轉換元件120上的投影路徑P2會變成多個圓形之組合並近似於橢圓,此時雷射光源與波長轉換元件120之間的第二反應面積將會是多個圓形之圓周的總和,其會大於第2圖中之第一反應反應面積,但是小於波長轉換塗層140在轉盤122上的塗佈面積A2。
比較第2圖與第3圖後可以發現,當馬達作動而移動元件不作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第一反應面積,當馬達與移動元件同時作動時,雷射光源與波長轉換元件之間具有第二反應面積,第二反應面積大於第一反應面積。第3圖中藉由移動元件使波長轉換元件120相對於雷射光源移動,可以有效增加第一光線與波長轉換元件120之間的反應面積,可以將雷射光之能量平均分散至轉盤122的表面,藉以提升波長轉換元件120的散熱效率,以避免波長轉換塗層140中的波長轉換材料因高溫而損毀並可以充分利用轉盤122之面積。
再回到第1圖,波長轉換元件120與雷射光源110之相對移動的關係可以具有多種組合,只要使得雷射光源110所發出的第一光線112可以在波長轉換元件120上展開,且第一光線112的投影路徑位於波長轉換塗層140的塗佈區域之內即可。影響雷射光源110所發出之第一光線112投影在波長轉換元件120上之投影路徑的參數包含有波長轉換元件120的移動距離、波長轉換元件120完成一次相對移動的移動週期、轉盤122的半徑、雷射光源110所發出之第一光線112的落點半徑、馬達130的轉速、波長轉換元件120的旋轉角速度和波長轉換元件120自轉一圈的旋轉週期等。藉由適當地調整前述參數之間的比例,便可以設計出適合的路徑,以下將配合圖式舉例說明之。
參照第4A圖至第4E圖,其分別繪示本發明之光激發裝置中雷射光源投影於波長轉換元件上之投影路徑不同實施例的示意圖。須注意的是,實務上是雷射光源定點發射第一光線,而波長轉換元件120相對於雷射光源移動,圖中所繪示為當波長轉換元件120相對於雷射光源移動以及高速轉動時,投影在波長轉換元件120上之雷射光點所構成的投影路徑。
舉例而言,當波長轉換元件120僅相對於雷射光源左右移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P2大致呈橫向橢圓形,如第4A圖所示。當波長轉換元件120僅相對於雷射光源上下移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P3大致呈縱向橢圓形,如第4B圖所示。當波長轉換元件120相對於雷射光源左右以及上下移動,且波長轉換元件120的旋轉週期遠小於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑大致呈多個交錯的圓形P4,如第4C圖所示。而當波長轉換元件120的旋轉週期遠大於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P5大致呈鋸齒狀,如第4D圖所示。若是當波長轉換元件120非沿著固定軸向相對於雷射光源左右移動,且波長轉換元件120的旋轉週期接近於波長轉換元件120的移動週期時,雷射光源的投影路徑P6大致呈多個交錯的橢圓形,如第4E圖所示。
大體上來說,只要波長轉換元件120二維移動的距離小於波長轉換塗層之分布寬度,且波長轉換元件120之移動週期不為其轉動周期的整數倍數,應該都能夠使雷射光源於波長轉換元件120上的投影路徑順利展開。
參照第5A圖至第5C圖,其分別本發明之光源模組100於不同實施例的側視圖。如第5A圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110上下移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。或者,如第5B圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110斜向移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。又或者,如第5C圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110擺動。移動元件150可以為機械手臂,使得轉盤122以軸心125作為支點而相對於雷射光源110前後擺動。
參照第5D圖至第5E圖,其分別本發明之光源模組100於不同實施例的上視圖。如第5D圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110左右移動。移動元件150可以為機械手臂、滑塊搭配軌道、齒輪與齒條等機構。又或者,如第5E圖所示,波長轉換元件120藉由移動元件150可以相對於雷射光源110擺動。移動元件150可以為機械手臂,使得轉盤122以軸心125作為支點而相對於雷射光源110左右擺動。
綜上所述,馬達130係用以使轉盤122以第一移動模式移動,移動元件150則是用以使得波長轉換元件120以第二移動模式移動,其中轉盤122以第一移動模式移動時,係透過馬達130驅動轉盤122之軸心125使其相對於雷射光源旋轉,而波長轉換元件120以第二移動模式移動時,波長轉換元件120相對於雷射光源110之間的移動關係可以參考但不限於第5A圖至第5E圖所揭露之態樣,一般來說,波長轉換元件120可以相對於雷射光源110擺動,或者,當雷射光源110之出光方向為z軸時,轉盤122之軸心125至少於垂直z軸之x-y平面上移動。只要波長轉換元件120不是僅僅相對於雷射光源110前後移動(僅於z軸方向移動),且波長轉換元件120之移動週期不為旋轉週期之整數倍數,應該都能使得雷射光源110於波長轉換元件120上之投影路徑順利展開。
參照第6圖,其繪示本發明之光源模組另一實施例的側視圖。本實施例與前一實施例之差別在於,光源模組100中之波長轉換元件120為相對於雷射光源110上下或是左右偏轉的斜向設置,亦即波長轉換元件120作為受光面的正面124不與雷射光源110之出光方向垂直,此時,雷射光源110所照射出之第一光線112會與波長轉換元件120之間夾有一銳角角度θ。而為了使得雷射光源110之投影路徑維持在波長轉換塗層140的塗佈範圍內,波長轉換元件120於二維方向上的移動距離與波長轉換塗層140之分布寬度d之間的關係較佳地為移動距離小於dsinθ。此種斜向配置的波長轉換元件120與雷射光源110之間的相對移動關係可以同樣參照第5A圖至第5E圖。參照第7圖,其繪示本發明之光源模組再一實施例的上視圖。本實施例與前述實施例之差別在於,波長轉換元件120之轉盤122包含有正面124、背面126以及連接正面124與背面126之側面128,馬達130設置於轉盤122之背面126,而波長轉換塗層140為塗佈在轉盤122的側面128上。即馬達130之軸向垂直於雷射光源110的出光方向,雷射光源110所發出之第一光線112為照射在轉盤122之側面128上的波長轉換塗層140,即轉盤122的側面128為受光面。
此種類型之波長轉換元件120為反射式的波長轉換元件,雷射光源110與波長轉換元件120之間設置有分光鏡190,雷射光源110所發出之第一光線112穿過分光鏡190照射到波長轉換元件120的表面。具有第一波長之第一光線112照射於波長轉換塗層140後變為具有第二波長之第二光線114,第二光線114再被轉盤122反射至分光鏡190,此時,具有第二波長之第二光線114會被分光鏡190反射至成像單元中。雷射光源110以及波長轉換元件120中可以更設置有透鏡組192,用以調整第一光線112及/或第二光線114之光路。
此實施例中,若是波長轉換元件120相對於雷射光源110前後或是上下移動,則雷射光源110所發出之第一光線112在波長轉換塗層140上的投影路徑仍為單一圓形。故此實施例中,波長轉換元件120相對於雷射光源110的二維移動至少需要包含左右移動,才能使得雷射光源110所發出之第一光線112照射在波長轉換塗層140上的路徑展開。同樣地,為了確保雷射光源110於波長轉換元件120上之投影路徑位於波長轉換塗層140的塗佈面積內,波長轉換元件120的橫向移動距離需小於波長轉換塗層140的分布寬度。
參照第8圖,其繪示一種應用本發明之光源模組的投影機一實施例的示意圖。前述各實施例中之光源模組100可以進一步應用在投影機中,光源模組100包含有雷射光源110以及光激發裝置。本實施例中之波長轉換元件120為穿透式的波長轉換元件,意即,雷射光源110所發出之第一光線112經過波長轉換元件120上之波長轉換塗層140後,被轉換為具有第二波長的第二光線114,而後,此第二光線114再經由稜鏡160反射至成像模組170中進行處理。第二光線114可以為原色光或是混光,第二光線114所具有的第二波長可以根據波長轉換塗層140中波長轉換材料的組成成分決定。具有第二波長的第二光線114經由稜鏡160反射進入成像模組170中之後,成像模組170可以處理第二光線114成為所需的影像,而後影像的光線再傳送至投影單元180輸出至投影幕上。由於雷射光源110仍為定點設置且定向發出第一光線112,故第一光線112以及第二光線114的行進路徑均為固定,可以按照現有的路線設計安排稜鏡160、成像模組170以及投影單元180位置。
光源模組100藉由波長轉換元件120與雷射光源110之間相對的移動,使得雷射光源110在波長轉換塗層140得以展開,藉以增加雷射光源110之第一光線112與波長轉換塗層140之間的反應面積,使得雷射光源110所發出之第一光線112的能量可以分散到轉盤122上,以提升波長轉換元件120的散熱效率,避免波長轉換塗層140因溫度過高而受損。由上述本發明較佳實施例可知,應用本發明具有下列優點。藉由移動元件使得波長轉換元件相對於雷射光源移動,以展開雷射光源在波長轉換元件上的投影路徑。如此一來,可以加大雷射光源與波長轉換塗層之間的反應面積,並更為有效率地利用波長轉換塗層。另外,雷射光源所發出之能量可以更為均勻地分散在波長轉換元件上,以提升波長轉換元件之散熱效率,進而解決波長轉換塗層中之波長轉換材料因高溫而損毀的情形。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10...波長轉換元件
12...轉盤
14...波長轉換塗層
100...光激發裝置
110...雷射光源
112...第一光線
114...第二光線
120...波長轉換元件
122...轉盤
124...正面
125...軸心
126...背面
128...側面
130...馬達
132...轉軸
140...波長轉換塗層
150...移動元件
160...稜鏡
170...成像模組
180...投影單元
190...分光鏡
192...透鏡組
A1、A2...塗佈面積
P1~P6...投影路徑
d...分布寬度
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之詳細說明如下:
第1圖繪示本發明之光源模組一實施例的側視圖。
第2圖為傳統光源模組中光源投影在波長轉換元件之投影路徑的正視圖。
第3圖為本發明之光源模組中雷射光源投影在波長轉換元件之投影路徑一實施例的正視圖。
第4A圖至第4E圖分別繪示本發明之光激發裝置中雷射光源投影於波長轉換元件上之投影路徑不同實施例的示意圖。
第5A圖至第5C圖分別本發明之光源模組於不同實施例的側視圖。
第5D圖至第5E圖分別本發明之光源模組於不同實施例的上視圖。
第6圖繪示本發明之光源模組另一實施例的側視圖。
第7圖繪示本發明之光源模組再一實施例的上視圖。
第8圖繪示一種應用本發明之光源模組的投影機一實施例的示意圖。
第1圖繪示本發明之光源模組一實施例的側視圖。
第2圖為傳統光源模組中光源投影在波長轉換元件之投影路徑的正視圖。
第3圖為本發明之光源模組中雷射光源投影在波長轉換元件之投影路徑一實施例的正視圖。
第4A圖至第4E圖分別繪示本發明之光激發裝置中雷射光源投影於波長轉換元件上之投影路徑不同實施例的示意圖。
第5A圖至第5C圖分別本發明之光源模組於不同實施例的側視圖。
第5D圖至第5E圖分別本發明之光源模組於不同實施例的上視圖。
第6圖繪示本發明之光源模組另一實施例的側視圖。
第7圖繪示本發明之光源模組再一實施例的上視圖。
第8圖繪示一種應用本發明之光源模組的投影機一實施例的示意圖。
100...光激發裝置
110...雷射光源
112...第一光線
114...第二光線
120...波長轉換元件
122...轉盤
124...正面
125...軸心
126...背面
128...側面
130...馬達
132...轉軸
140...波長轉換塗層
150...移動元件
Claims (20)
- 一種光激發裝置,用以激發一雷射光源,其中該雷射光源發出具有第一波長之一第一光線,該光激發裝置包含:
一波長轉換元件,包含:
一轉盤,
一馬達,連接該轉盤,以驅動該轉盤相對於該雷射光源旋轉,以及
一波長轉換塗層,設置於該轉盤之一受光面上,以轉換該第一光線為具有第二波長之一第二光線;以及
一移動元件,連接該波長轉換元件,以使該波長轉換元件相對於該雷射光源移動,其中當該馬達作動而該移動元件不作動時,該雷射光源與該波長轉換元件之間具有一第一反應面積,當該馬達與該移動元件同時作動時,該雷射光源與該波長轉換元件之間具有一第二反應面積,該第二反應面積大於該第一反應面積。 - 如申請專利範圍第1項所述之光激發裝置,其中該雷射光源於該波長轉換元件上之投影路徑位於該波長轉換塗層的塗佈面積內。
- 如申請專利範圍第1項所述之光激發裝置,其中該轉盤具有一正面、一背面以及連接該正面與該背面之一側面,該馬達設置於該背面,該受光面為該正面。
- 如申請專利範圍第3項所述之光激發裝置,其中該受光面垂直於該雷射光源之出光方向。
- 如申請專利範圍第3項所述之光激發裝置,其中該受光面不與該雷射光源之出光方向垂直。
- 如申請專利範圍第3項所述之光激發裝置,其中該移動元件為一機械手臂,用以使該轉盤相對於該雷射光源擺動。
- 如申請專利範圍第1項所述之光激發裝置,其中該轉盤具有一正面、一背面以及連接該正面與該背面之一側面,該馬達設置於該背面,該受光面為該側面。
- 如申請專利範圍第1項所述之光激發裝置,其中該波長轉換元件具有一旋轉週期與一移動週期,該移動週期不為該旋轉週期之整數倍數。
- 如申請專利範圍第1項所述之光激發裝置,其中該雷射光源之出光方向為z軸,該轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
- 一種光源模組,包含:
一雷射光源,用以發出具有第一波長之一第一光線;
一波長轉換元件,包含:
一轉盤,
一馬達,連接該轉盤,以驅動該轉盤相對於該雷射光源旋轉,以及
一波長轉換塗層,設置於該轉盤之一受光面上,以轉換該第一光線為具有第二波長之一第二光線;以及
一移動元件,連接該波長轉換元件,以使該波長轉換元件相對於該雷射光源移動,其中當該馬達作動而該移動元件不作動時,該雷射光源與該波長轉換元件之間具有一第一反應面積,當該馬達與該移動元件同時作動時,該雷射光源與該波長轉換元件之間具有一第二反應面積,該第二反應面積大於該第一反應面積。 - 如申請專利範圍第10項所述之光源模組,其中該雷射光源於該波長轉換元件上之投影路徑位於該波長轉換塗層的塗佈面積內。
- 如申請專利範圍第10項所述之光源模組,其中該轉盤具有一正面、一背面以及連接該正面與該背面之一側面,該馬達設置於該背面,該受光面為該正面。
- 如申請專利範圍第12項所述之光源模組,其中該受光面垂直於該雷射光源之出光方向。
- 如申請專利範圍第12項所述之光源模組,其中該受光面不與該雷射光源之出光方向垂直。
- 如申請專利範圍第12項所述之光源模組,其中該移動元件包含一轉軸,用以使該轉盤相對於該雷射光源前後擺動。
- 如申請專利範圍第10項所述之光源模組,其中該轉盤具有一正面、一背面以及連接該正面與該背面之一側面,該馬達設置於該背面,該受光面為該側面。
- 如申請專利範圍第10項所述之光源模組,其中該波長轉換元件具有一旋轉週期與一移動週期,該移動週期不為該旋轉週期之整數倍數。
- 如申請專利範圍第10項所述之光源模組,其中該雷射光源之出光方向為z軸,該轉盤之軸心至少於x-y平面上移動。
- 一種應用如申請專利範圍第1-9項任一項之該光激發裝置的投影機。
- 一種應用如申請專利範圍第11-18項任一項之該光源模組的投影機。
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