TWI608287B - 雷射模組與掃描器投影機 - Google Patents

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Description

雷射模組與掃描器投影機
本發明係有關於一種雷射模組與一種掃描器投影機。本發明亦有關於一種用不同雷射光源的多個雷射束產生一總雷射束的方法。
不帶投影透鏡且具有對投影面進行掃描之微鏡單元的雷射投影機(英語的Scanning Mirror Laser Projector)已為吾人所知。上述微鏡單元將於不久的將來在投影裝置，特別是小型化投影機中起重要作用。採用了用於構建微型投影機之不同技術後，雷射-掃描裝置具有若干優點，例如，結構較小，且效率有所提高，因為雷射光唯有在確實需要時方發射。其優勢在於所產生的影像極為明亮，因為源於雷射源的是亮色。
此等雷射光源之眾所周知的缺點在於所謂“斑點效應”，此種效應因雷射束與投影面間的干擾而產生且造成多個不同亮度之光點。
根據一種改良方案，透過用雷射二極體替代固態雷射器來減輕此種斑點效應。
為進一步減輕斑點效應，可採用數量級為數個100MHz的雷射二極體以提高雷射光的調製深度，從而將斑點對比率保持在對觀察者而言可接受的水平。但採用此種調製方案後，基本譜線寬度較窄，以便達到就斑點效應而言可接受的低對比率。處於1GHz範圍內的高調變率不易整合在具有投影機、行動電話、攝像機或膝上型電腦等裝置的消費商品中。
有鑒於此，需要一種能夠有效減輕斑點效應的手段。
根據第一態樣，本發明提供一種雷射模組，其具有：- 第一雷射光源；- 第二雷射光源；及- 第三雷射光源，其中，該等雷射光源之雷射束可組合為一總雷射束，其中該第一雷射光源之雷射束及該第二雷射光源之雷射束具有第一極化，該第三雷射光源之射束具有第二極化，其中該第一及該第三雷射光源的雷射束藉由鏡面裝置納入該總雷射束，其中該第二雷射光源的雷射束被分割，其中在分割路徑上，該第二雷射光源之雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化，其中該第二雷射光源的雷射束透過該具有該第二極化之分割路徑納入該總雷射束，且其中，該第二雷射光源的雷射束透過一具有該第一極化之主路徑納入該總雷射束。
根據第二態樣，本發明提供一種用多個雷射束產生一總雷射束的方法，其中，由第一、第二及第三雷射光源發射任一雷射束，具有以下步驟：- 將該第一雷射光源之具有第一極化的雷射束納入該總雷射束；- 將該第三雷射光源之具有第二極化的雷射束納入該總雷射束；- 將該第二雷射光源之具有第一極化的雷射束分割為主路徑及分割路徑，其中在該分割路徑上，將該第二雷射光源的雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化；及- 透過該主路徑及該分割路徑將該第二雷射光源之雷射束納入該總雷射束。
該裝置的較佳實施方式參閱附屬項。
根據本發明之雷射模組的一種較佳實施方式，該第一雷射光 源之雷射束藉由一50/50射束分配器大致以90度反射，該50/50射束分配器具有一面向該第一雷射光源的面，該面配有波長相關的、針對該第一雷射光源進行全反射之塗層，其中，該第一雷射光源之經反射的雷射束納入該總雷射束，其中該第二雷射光源之雷射束藉由該50/50射束分配器分割為該主路徑及該分割路徑。該方案之優點在於，藉由該50/50射束分配器能對該第一雷射光源之光功率進行充分利用並對該第二雷射光源之雷射束進行分割。
本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，其特徵在於，該第二雷射光源之第二雷射束的極化變更係藉由一λ/2板實施，其中，該λ/2板相對於該第二雷射光源之雷射束之極化方向的定向約為45度。該方案之優點在於，藉由一可靠、獨立且專門定向的λ/2板來變更該第二雷射光源之雷射束之極化。
根據本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，該第一雷射光源之雷射束藉由一極化相關之第一射束分配器的波長相關塗層大致以90度轉向並納入該總雷射束，其中，藉由該極化相關之第一射束分配器將該第二雷射光源之雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化，且其中該第二雷射光源之雷射束被分割為該主路徑及該分割路徑，其中，該雷射束之具有該第二雷射光源之第一極化的分量納入該主路徑，其中該雷射束之具有該第二雷射光源之第二極化的分量納入該分割路徑。該方案可省去不同的元件，因為可針對該雷射模組使用兩個極化相關的射束分配器。
本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，其特徵在於，該第二雷射光源之雷射束具有第一極化，其大致以45度相對該極化相關之第一射束分配器定向。該方案之優點在於，透過將該第一雷射光源專門極化便能達到該極化相關之射束分配器的分割效果。
本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，其特徵在於，該第 三雷射光源之雷射束藉由一第二鏡面裝置納入該第二雷射光源之雷射束的分割路徑，該第二鏡面裝置具有一面向該第三雷射光源的面，該面配有可供該第三雷射光源之雷射束透過之塗層，其中，該第二雷射光源之具有該第二極化的雷射束藉由該第二鏡面裝置大致以90度反射。該方案之優點在於，為該第二雷射光源的該分割路徑配設一亦可用於納入該第三雷射光源之雷射光的元件。
本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，其特徵在於，至少一個選自由以下構成之群：- 50/50射束分配器、- 極化相關之第一射束分配器、- 第一鏡面裝置、- λ/2板、- 第二鏡面裝置、- 極化相關之第二射束分配器，的公差可加以定尺寸，使得該等三個雷射光源之組合的雷射束間的角度最小。該方案之優點在於，可透過為各元件的公差定尺寸來儘可能減小該等雷射光源之合併的射束與總射束的夾角。
根據本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，在該分割路徑中設有兩個鏡面裝置，其中，該等鏡面裝置中的至少一個可機械校準。藉此便能極佳地將該第二雷射光源之雷射束加以合併，從而將該第二雷射光源之雷射束的兩個經分割的部分基本上完全重新組合在一起。此處僅需單獨一個第二雷射光源，其中，僅透過機械途徑實施校準。
根據本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，該第一雷射光源為藍色雷射二極體，其中，該第二雷射光源為紅色雷射二極體，且其中該第三雷射光源為綠色雷射二極體。雷射光源與雷射色彩或雷射二極體的 此種分配方案能夠特別有效地減輕斑點效應，因為此種效應的減輕在紅色雷射光上尤為明顯。
根據本發明之雷射模組的另一較佳實施方式，該第一極化為線性極化，且其中該第二極化為垂直極化。該方案之優點在於，提供一種特殊的極化分配方案，其中，較佳亦可將上述分配互換。
本發明的主要優點在於，分別僅需設置單獨一個不同的雷射光源便能在投影面上產生斑點效應有所減輕的全像。透過將其中一雷射光源之輻射路徑予以分割來實現此點，其中，該雷射束之極化方向在該分割路徑內受到變更。透過將其中一雷射光源之經上述變更的雷射束與所有雷射光源之未變更的雷射光束組合在一起，從而利用本發明之雷射模組提供斑點效應有所減輕的影像。
10‧‧‧第一雷射光源
20‧‧‧第二雷射光源
30‧‧‧第三雷射光源
40‧‧‧50/50射束分配器
50‧‧‧第一射束分配器
51‧‧‧λ/2板
52‧‧‧第二射束分配器
60‧‧‧總雷射束
70‧‧‧第一鏡面裝置
80‧‧‧第二鏡面裝置
90‧‧‧準直裝置
100‧‧‧雷射模組
200‧‧‧掃描器投影機
201‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
203‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
P‧‧‧投影面
圖1為本發明之雷射模組的一實施方式之配置原理圖；圖2為本發明之雷射模組的另一實施方式之配置原理圖；圖3為具有本發明之雷射模組的掃描器投影機的原理圖；及圖4為本發明之方法的一實施方式的基本流程圖。
下面結合附圖所示實施方式對本發明的其他特徵及優點進行說明。其中，凡在說明中述及或在附圖中示出之單項特徵或特徵組合，不論申請專利範圍對其如何歸總或如何回溯引用，亦不論說明書對其如何表述，附圖如何示之，皆屬發明項目。附圖之主要目的在於闡釋本發明的基本原理。附圖中相同或功能相同的元件用同一元件符號表示。
透過變更雷射束的極化方向可減輕斑點效應，此點已為吾人所知。舉例而言，若用未變更的雷射束疊加一轉動90º之線性極化的雷射束， 則斑點對比率會減輕數量級，即約1.41。
下文將述之雷射束組合裝置採用該效應來減輕紅色雷射二極體之雷射光的斑點對比率。
圖1為本發明之雷射模組的一實施方式之總配置原理圖。
本發明之雷射模組100具有第一雷射光源10、第二雷射光源20及第三雷射光源30。其中，第一雷射光源10較佳為藍色雷射二極體，第二雷射光源20較佳為紅色雷射二極體，第三雷射光源30較佳為綠色雷射二極體。在上述雷射光源10、20、30之雷射束進入雷射模組100前，利用例如形式為光學透鏡之準直裝置90將該等雷射束對準或平行定向。
第一雷射光源10之雷射束在50/50射束分配器40上大致以90º反射，該反射方向大體與總雷射束60的方向相符。為此，該50/50射束分配器40具有相應塗層。
第二雷射光源20之形式為紅色雷射光的雷射束同樣入射至該50/50射束分配器40。與第一雷射光源10之雷射光一樣，該紅色雷射光源20之雷射束亦平行極化，其中，紅色雷射光源20之雷射束在50/50射束分配器40上發生分割。該輻射的一部分直接納入總雷射束60，另一部分在50/50射束分配器40上大致以90º反射，並射至第二鏡面裝置80，該第二雷射光源20之雷射束在該第二鏡面裝置上再以大致90º反射。
亦即，該第二輻射源20之雷射束在主路徑以外進入一分割路徑並在該分割路徑中被λ/2板51變更，具體方式在於，將極化自平行改為垂直。為此，該λ/2板51之極化軸相對第二雷射光源20之雷射束的極化而言轉動大致45度。
在該分割路徑中，極化方向有所變更的該雷射光束再藉由一較佳實施為雙色鏡或電介質鏡的第一鏡面裝置70大致以90º反射，並藉由極化相關之第二射束分配器52再次以大致90度反射，以便以該垂直極化納 入總雷射束60。最終，透過兩個路徑實現了路線差異以及紅色雷射光的重新結合，其中，主路徑用以導引線性極化之紅色雷射光，分割路徑用以導引垂直極化之紅色雷射光。最終能達到顯著減輕斑點效應的效果，從而在(未繪示之)投影面上產生該等雷射束之大致呈點狀的影像(英語的spot)。第三雷射光源30之雷射光較佳實施為垂直極化之綠色雷射束，且被導引至第一鏡面裝置70，該第一鏡面裝置因其雙色性能而基本上可供此種類型之雷射光透過。第三雷射光源30之雷射束藉由極化相關之第二射束分配器52大致以90度反射從而納入總雷射束60。
最終，總雷射束60由具有未變更之極化的一藍色及一綠色雷射束(線性及垂直)與一具有兩個不同極化(線性與垂直)的紅色雷射束構成。
圖2為本發明之雷射模組的第二實施方式之原理圖。
與圖1所示實施方式之區別之處在於，此處之第一雷射光源10之雷射束藉由色彩相關且極化相關之第一射束分配器50大致以90度轉向，即完全反射。為此，極化相關之第一射束分配器50在其面向第一雷射光源10之面上具有塗層，其用於對第一雷射光源之雷射束進行全反射。
該極化相關之第一射束分配器50還用作針對第二雷射光源20之雷射束的50/50射束分配器，其還起到變更第二雷射光源20之雷射束之極化的作用。此舉之前提條件在於，第二雷射光源20係線性極化且非常精確地以45度角相對該極化相關之第一射束分配器50定向。與雷射模組100之圖1所示實施方式不同，上述方案之優點在於毋需設置旨在變更第二雷射光源20之雷射束之極化的λ/2板51。
該方案之優點在於，用更少的元件便能實現雷射模組100之圖2所示的實施方式。除此之外，雷射光源10、20、30之雷射束的基本射束途徑與圖1所示實施方式中的相同。
圖1及圖2中的所有極化類型皆用相應符號表示，如此便能區分雷射束採用的是線性還是垂直極化。
圖3為一掃描式雷射投影機即掃描器投影機的原理圖，該掃描器投影機中可裝有本發明之雷射模組100。掃描器投影機200例如可佈置於一行動設備(如行動電話、膝上型電腦)內部，該掃描器投影機利用雷射模組100以一總雷射束的形式將多個採用本發明之組合方式的雷射束發射至投影面P，並以此種方式形成一由若干帶雷射光點之線條所構成的全像。
僅需為每個雷射束設置單獨一個雷射光源，因而需要非常精確地將各雷射束組合或重疊。出於此項考慮，視情況亦可使得雷射模組100的各轉向裝置具有至少一項可機械校準性。亦即，在雷射模組100之圖1及圖2所示實施方式中，鏡面裝置70、80中的至少一個及/或50/50射束分配器40及/或極化相關之射束分配器50、52可具有可校準性，此舉有助於非常精確地將所分割的紅色雷射光束重新結合。
下文將提及之數值係本發明之雷射模組100的示範性數值。
例如，若以0.05度的角度將兩個像素分離，此舉應用於橫向光場為42.5度且橫向分辨率為850像素的掃描器投影機200，則會在投影面P上的兩個紅色射束間產生五分之一個像素公差，在此情況下，該形式為雷射模組100之射束組合裝置應該會具有約0.01度的公差。
若減小投影距離或者減少單位投影面所顯示的像素數目，如採用平視顯示系統，則可減小此類公差。
上述應用可對本發明具有重要意義，因為減輕斑點效應是雷射掃描器的重要課題。
圖4為本發明之方法的一實施方式的基本流程圖。
第一步驟201係將第一雷射光源10之具有第一極化的雷射 束納入總雷射束60。
第二步驟202係將第三雷射光源30之具有第二極化的雷射束納入總雷射束60。
第三步驟203係將第二雷射光源20之具有第一極化的雷射束分割為主路徑及分割路徑，其中在該分割路徑上，將該第二雷射光源20的雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化。
第四步驟204係透過該主路徑及該分割路徑將該第二雷射光源20之雷射束納入總雷射束60。
概而言之，本發明提供了能夠有效減輕斑點效應的一種裝置與一種方法。本文中的雷射光源所採用的色彩為紅色、綠色及藍色，此種分配方案僅起示範作用，故亦可加以變更。特定言之，該第一雷射光源例如亦可為綠色雷射光，該第三雷射光源例如亦可為藍色雷射光。然而，本發明之斑點效應減輕效果在應用於紅色雷射光時特別有效，故其積極作用尤為顯著。
與傳統上設置兩個雷射模組及總共四個雷射光源來減輕斑點效應之實施方案相比，本發明僅需為每個雷射束設置一雷射光源，該雷射光源之雷射束可透過結構簡單的機械校準構件而得到精確調整。此種方式較傳統之斑點減輕裝置的優點在於，採用一雷射二極體便能省去所有必要的控制裝置。
用以描述本發明之較佳實施例不對本發明構成任何限制。
有鑒於此，相關領域通常知識者可在本發明範圍內對前述特徵進行相應變更或組合。
10‧‧‧第一雷射光源
20‧‧‧第二雷射光源
30‧‧‧第三雷射光源
40‧‧‧50/50射束分配器
51‧‧‧λ/2板
52‧‧‧第二射束分配器
60‧‧‧總雷射束
70‧‧‧第一鏡面裝置
80‧‧‧第二鏡面裝置
90‧‧‧準直裝置
100‧‧‧雷射模組

Claims (12)

  1. 一種雷射模組(100)，具有：第一雷射光源(10)；第二雷射光源(20)；及第三雷射光源(30)，其中，該等雷射光源(10，20，30)之雷射束可組合為一總雷射束(60)，其中該第一雷射光源(10)之雷射束及該第二雷射光源(20)之雷射束具有第一極化，該第三雷射光源(30)之射束具有第二極化，其中該第一及該第三雷射光源(10，30)的雷射束藉由鏡面裝置(40，70)納入該總雷射束(60)，其中該第二雷射光源(20)的雷射束被分割，其中在分割路徑上，該第二雷射光源(20)之雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化，其中該第二雷射光源(20)的雷射束透過該具有該第二極化之分割路徑納入該總雷射束(60)，且其中，該第二雷射光源(20)的雷射束透過一具有該第一極化之主路徑納入該總雷射束(60)。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射模組，其中，該第一雷射光源(10)之雷射束藉由一50/50射束分配器(40)大致以90度反射，該50/50射束分配器具有一面向該第一雷射光源(10)的面，該面配有波長相關的、針對該第一雷射光源(10)進行全反射之塗層，其中，該第一雷射光源(10)之經反射的雷射束納入該總雷射束(60)，其中該第二雷射光源(20)之雷射束藉由該50/50射束分配器(40)分割為該主路徑及該分割路徑。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射模組，其中，該第二雷射光源(20)之該第二雷射束的極化變更係藉由一λ/2板(51)實施，其中，該λ/2板(51)相對於該第二雷射光源(20)之雷射束之極化方向的定向約為45度。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射模組，其中，該第一雷射光源(10)之雷射束藉由一極化相關之第一射束分配器(50)的波長相關塗層大致以90度轉向並納入該總雷射束(60)，其中，藉由該極化相關之第一射束分配 器(50)將該第二雷射光源(20)之雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化，且其中該第二雷射光源(20)之雷射束被分割為該主路徑及該分割路徑，其中，該雷射束之具有該第二雷射光源(20)之第一極化的分量納入該主路徑(60)，其中該雷射束之具有該第二雷射光源(20)之第二極化的分量納入該分割路徑。
  5. 如申請專利範圍第4項之雷射模組，其中，該第二雷射光源(20)之雷射束具有第一極化，該第一極化大致以45度相對該極化相關之第一射束分配器(50)定向。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之雷射模組，其中，該第三雷射光源(30)之雷射束藉由一第二鏡面裝置(80)納入該第二雷射光源(20)之雷射束的分割路徑，該第二鏡面裝置具有一面向該第三雷射光源(30)的面，該面配有可供該第三雷射光源(30)之雷射束透過之塗層，其中，該第二雷射光源(20)之具有該第二極化的雷射束藉由該第二鏡面裝置(80)大致以90度反射。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之雷射模組，其中，至少一個選自由以下構成之群：50/50射束分配器(40)、極化相關之第一射束分配器(50)、第一鏡面裝置(70)、λ/2板(51)、第二鏡面裝置(80)、極化相關之第二射束分配器(52)，的公差可加以定尺寸，使得該等三個雷射光源(10，20，30)之組合的雷射束間的角度最小。
  8. 如申請專利範圍第6項之雷射模組，其中，在該分割路徑中設有兩 個鏡面裝置(70，80)，其中，該等鏡面裝置(70，80)中的至少一個可機械校準。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之雷射模組，其中，該第一雷射光源(10)為藍色雷射二極體，其中該第二雷射光源(20)為紅色雷射二極體，且其中該第三雷射光源(30)為綠色雷射二極體。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之雷射模組，其中，該第一極化為線性極化，且其中該第二極化為垂直極化。
  11. 一種掃描器投影機(200)，具有如申請專利範圍第1項之雷射模組(100)。
  12. 一種用多個雷射束產生一總雷射束(60)的方法，其中，分別由不同的雷射光源(10，20，30)發射任一雷射束，具有以下步驟：將一第一雷射光源(10)之具有第一極化的雷射束納入該總雷射束(60)；將一第三雷射光源(30)之具有第二極化的雷射束納入該總雷射束(60)；將該第二雷射光源(20)之具有第一極化的雷射束分割為主路徑及分割路徑，其中在該分割路徑上，將該第二雷射光源(20)的雷射束的極化自該第一極化變更為該第二極化；及透過該主路徑及該分割路徑將該第二雷射光源(20)之雷射束納入該總雷射束(60)。
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