TWI729723B

TWI729723B - 光源系統

Info

Publication number: TWI729723B
Application number: TW109107746A
Authority: TW
Inventors: 林宏英
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-06-01
Also published as: TW202134770A

Abstract

一種光源系統包含螢光輪、色輪、至少一光反射器以及光源模組。螢光輪包含至少一螢光區段。色輪包含濾光部。光反射器具有反射曲面。反射曲面具有共軛的第一焦點以及第二焦點。第一焦點位於螢光區段的旋轉路徑上。第二焦點位於濾光部的旋轉路徑上。光源模組配置以發射光至第一焦點。

Description

光源系統

本發明是有關於一種光源系統，特別是有關於一種應用於一投影模組的光源系統。

螢光輪(fluorescent wheel)是一種波長轉換元件，作為投影機裡的一關鍵光學元件，將光源的光轉成螢光色光。螢光輪上的波長轉換材料吸收某特定的波長後，將內部電子從基態躍遷至激態，再以光子(photon)與聲子(phonon)等輻射方式釋放能量。其中，光子轉換係指激態電子放能至基態時，以釋放其他波長光子做為投影機的色光，而聲子轉換係指激態電子直接在能帶以熱能方式釋放，使得螢光輪溫度上升。

然而，一些習知投影機至少具有以下問題：(1)需利用準直透鏡與分色鏡區分不同色光(例如，三原色)，但複雜光路往往使得光學系統體積龐大，且需採用的光學元件的數量較多也會導致成本較高；(2)在光路中採用的準直透鏡會被不同色光以不同方向通過，因此可能會過熱而破裂；以及(3)螢光輪夾在兩個透鏡之間進行收光，恐因空間太小而散熱不易。

因此，提出一種可解決上述問題的光源系統，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可有效解決前述問題的光源系統。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種光源系統包含螢光輪、色輪、至少一光反射器以及光源模組。螢光輪包含至少一螢光區段。色輪包含濾光部。前述至少一光反射器具有反射曲面。反射曲面具有共軛的第一焦點以及第二焦點。第一焦點位於前述至少一螢光區段的旋轉路徑上。第二焦點位於濾光部的旋轉路徑上。光源模組配置以發射光至第一焦點。

於本發明的一或多個實施方式中，反射曲面為凹面。

於本發明的一或多個實施方式中，反射曲面的輪廓與一橢球的輪廓的一部分吻合。

於本發明的一或多個實施方式中，色輪具有迎光面。迎光面具有一法線延伸通過第二焦點以及反射曲面。

於本發明的一或多個實施方式中，螢光輪進一步包含基板。前述至少一螢光區段設置於基板上。

於本發明的一或多個實施方式中，前述至少一光反射器位於基板的一側。

於本發明的一或多個實施方式中，前述至少一光反射器延伸至基板的相反兩側。

於本發明的一或多個實施方式中，前述少一光反射器具有狹縫。螢光輪穿過狹縫。

於本發明的一或多個實施方式中，色輪具有迎光面。迎光面具有一法線延伸通過第一焦點以及第二焦點。

於本發明的一或多個實施方式中，前述至少一光反射器的數量為二。兩組光反射器分別位於基板的相反兩側，且兩組光反射器的第二焦點重合。

於本發明的一或多個實施方式中，基板為反射式基板。

於本發明的一或多個實施方式中，基板為透射式基板。

於本發明的一或多個實施方式中，螢光輪進一步包含反射區段設置於基板上。螢光區段與反射區段係環狀排列。

綜上所述，於本發明的光源系統中，各種色光（包含光源模組所發射的光與螢光輪所轉換的光）皆由光反射器的反射曲面反射至色輪。換言之，各種色光係經由相同光路而抵達色輪，因此本發明的光源系統的光路相對簡單，且不需使用準直透鏡與分色鏡而可降低成本。並且，本發明的螢光輪不需夾在兩個透鏡之間，因此易於散熱。此外，本發明的光反射器的反射曲面具有第一焦點與第二焦點分別位於螢光輪與色輪上，且反射曲面係配置以將來自第一焦點與第二焦點中之一者的光反射至第一焦點與第二焦點中之另一者。因此，光源模組聚焦於第一焦點的一部分光即使未被螢光輪轉換，此部分光將會在被反射曲面反射至色輪之後，再依序被色輪與反射曲面反射回螢光輪以進行轉換，從而可有效地提高光使用率。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之，且不同實施方式中的相同元件以相同的元件符號標示。

請參照第1圖至第3圖。第1圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統100的示意圖。第2圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪110的局部側視圖。第3圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪110的正視圖。如第1圖至第3圖所示，光源系統100包含螢光輪110、色輪120、光反射器130、光源模組140以及光導管150。螢光輪110包含基板111、螢光區段112以及反射區段113，並配置以繞著軸線A1轉動。螢光區段112與反射區段113係繞著軸線A1環狀排列於基板111上。色輪120包含濾光部121，並配置以繞著軸線A2轉動。光反射器130位於基板111的一側，並具有反射曲面131（於第1圖中以虛線表示）。反射曲面131具有共軛的第一焦點F1以及第二焦點F2。第一焦點F1位於螢光區段112的旋轉路徑上。第二焦點F2位於濾光部121的旋轉路徑上。光源模組140配置以發射光至第一焦點F1。光導管150配置以接收通過色輪120之濾光部121的光，並導引至例如投影模組（圖未示）而供其使用。

具體來說，如第1圖所示，光源模組140包含光發射器141、透鏡142、擴散片143以及反射鏡144。光發射器141配置以發光。於一些實施方式中，光發射器141為藍光雷射光源，但本發明並不以此為限。透鏡142配置以將光發射器141所發射的光聚焦或傳遞。反射鏡144配置以反射通過透鏡142的光，使得光聚焦於第一焦點F1。擴散片143光耦合於透鏡142與反射鏡144之間，並配置以均光，從而解決雷射光源的光斑問題。

如第1圖所示，反射曲面131為凹面。於一些實施方式中，反射曲面131的輪廓與一橢球的輪廓的一部分吻合，從而具有兩共軛焦點（即前述第一焦點F1與第二焦點F2）。藉此，反射曲面131即可將來自第一焦點F1的光反射至第二焦點F2，並也可將來自第二焦點F2的光反射回第一焦點F1。

於一些實施方式中，光源模組140所發射的光為藍光。螢光輪110的螢光區段112為黃色螢光粉區段。色輪120的濾光部121包含紅色區段、綠色區段以及藍色區段，繞著軸線A2環狀排列於色輪120上。當螢光輪110轉動而使第一焦點F1位於螢光區段112時，光源模組140所發射的大部分光會被螢光區段112轉換成黃光，且此黃光會被反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，若轉動的色輪120使第一焦點F1位於濾光部121的紅色區段，則可濾出紅光而輸出至光導管150；若轉動的色輪120使第一焦點F1位於濾光部121的綠色區段，則可濾出綠光而輸出至光導管150。另外，當螢光輪110轉動而使第一焦點F1位於反射區段113時，光源模組140所發射的光會被依序被反射區段113與反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，轉動色輪120會恰好使第一焦點F1位於濾光部121的藍色區段，則可濾出藍光而輸出至光導管150。藉此，光源系統100得以按時序輸出紅綠藍等三原色色光，供投影模組使用。

需說明的是，藉由前述光學配置，光源模組140所發射的少部分未被螢光區段112轉換的光會依序被螢光區段112的表面與反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，若轉動的色輪120使第一焦點F1位於濾光部121的紅色區段或綠色區段，則未被螢光區段112轉換的光再依序被色輪120的濾光部121與反射曲面131反射回螢光輪110以進行轉換，從而可有效地提高光使用率。

再者，由前述光學配置可知，各種色光（包含光源模組140所發射的光與螢光輪110所轉換的光）皆由光反射器130的反射曲面131反射至色輪120。換言之，各種色光係經由相同光路而抵達色輪120，因此本實施方式的光源系統100的光路相對簡單，且不需使用準直透鏡142與分色鏡而可降低成本。並且，本實施方式的螢光輪110不需夾在兩個透鏡之間，因此易於散熱。另須說明的是，為使對螢光輪110收光的範圍增加，光反射器130的幅員可以適量增長，如此反射鏡144的設置位置與反射角度應隨之調整，使得光發射器141的光線能射入螢光輪110而不被光反射器130遮擋到為主。

於其他一些實施方式中，光源模組140所發射的光為藍光。螢光輪110的螢光區段112包含黃色螢光粉區段以及綠色螢光粉區段，繞著軸線A2環狀排列於色輪120上。色輪120的濾光部121包含紅色區段、黃色區段、綠色區段以及藍色區段。當螢光輪110轉動而使第一焦點F1位於螢光區段112的黃色螢光粉區段時，光源模組140所發射的大部分光會被螢光區段112轉換成黃光，且此黃光會被反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，若轉動的色輪120使第一焦點F1位於濾光部121的紅色區段，則可濾出紅光而輸出至光導管150；若轉動的色輪120使第一焦點F1位於濾光部121的黃色區段，則可濾出黃光而輸出至光導管150。當螢光輪110轉動而使第一焦點F1位於螢光區段112的綠色螢光粉區段時，光源模組140所發射的大部分光會被螢光區段112轉換成綠光，且此綠光會被反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，轉動色輪120會恰好使第一焦點F1位於濾光部121的綠色區段，則可濾出綠光而輸出至光導管150。當螢光輪110轉動而使第一焦點F1位於反射區段113時，光源模組140所發射的光會被依序被反射區段113與反射曲面131反射至第二焦點F2而抵達色輪120的濾光部121。此時，轉動色輪120會恰好使第一焦點F1位於濾光部121的藍色區段，則可濾出藍光而輸出至光導管150。要說明的是，在設計時螢光輪110的螢光區段112可以包含其他顏色的螢光粉，並與色輪120的濾光部121搭配而產生投影模組所需要的顏色。此外，在一些實施態樣上，色輪120的濾光部121之藍色區段可以是透明玻璃或是擴散片。

如第1圖所示，於一些實施方式中，色輪120具有迎光面120a。為了使未被螢光區段112轉換的光再依序被色輪120的濾光部121與反射曲面131反射回螢光輪110以進行轉換，可設計使迎光面120a上通過第二焦點F2的法線N延伸通過反射曲面131。藉此，未被螢光區段112轉換的光即可實質上沿著反方向被反射回螢光區段112進行轉換，從而可有效地提高光使用率。

於一些實施方式中，第1圖所示之基板111為反射式基板111，但本發明並不以此為限。

請參照第4圖。第4圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統200的示意圖。如第4圖所示，相較於第1圖所示之實施方式的光源系統100，本實施方式之光源系統200的光反射器230係延伸至螢光輪110的基板111的相反兩側。具體來說，光反射器230具有狹縫232。螢光輪110的基板111穿過狹縫232。藉由此結構配置，即便未被螢光區段112轉換的光被色輪120的濾光部121反射至第4圖中之基板111的下側，延伸至基板111之下側的光反射器230仍可利用反射曲面231將未被螢光區段112轉換的光反射回螢光輪110。

於一些實施方式中，第4圖所示之基板111為透射式基板111，則未被螢光區段112轉換的光也可由下側透射基板111而抵達基板111上側的螢光區段112。於一些實施方式中，第4圖所示之基板111基板111為反射式基板111，且基板111下側對應設置有螢光區段112與基板111上側螢光區段112相互對齊，則未被螢光區段112轉換的光即可由位於基板111下側的螢光區段112直接轉換。

於一些實施方式中，為了使未被螢光區段112轉換的光再依序被色輪120的濾光部121與第4圖所示之反射曲面231反射回螢光輪110以進行轉換，可設計使迎光面120a上通過第二焦點F2的法線N延伸通過第一焦點F1。藉此，未被螢光區段112轉換的光即可經由基板111的下側被反射回螢光輪110。

請參照第5圖。第5圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統300的示意圖。如第5圖所示，相較於第4圖所示之實施方式的光源系統200，本實施方式之光源系統300所包含之光反射器130的數量為二。兩組光反射器130分別位於基板111的相反兩側，且兩組光反射器130的第二焦點F2重合。藉由此結構配置，即便未被螢光區段112轉換的光被色輪120的濾光部121反射至第5圖中之基板111的下側，位於基板111之下側的光反射器130仍可利用反射曲面131將未被螢光區段112轉換的光反射回螢光輪110。

於一些實施方式中，兩組光反射器130的第一焦點F1亦可重合，則本實施方式中的兩組光反射器130實質上等效於第4圖所示之光反射器230。

請參照第6圖。第6圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪110的局部側視圖。如第6圖所示，並配合參照第5圖，基板111下側對應設置有螢光區段112與基板111上側螢光區段112相互對齊，且兩組光反射器130的第一焦點F1分別位於上下兩螢光區段112的旋轉路徑上，則未被螢光區段112轉換的光同樣可由位於基板111下側的螢光區段112直接轉換。

於一些實施方式中，第5圖所示之基板111為反射式基板111以及透射式基板111中之一者。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，於本發明的光源系統中，各種色光（包含光源模組所發射的光與螢光輪所轉換的光）皆由光反射器的反射曲面反射至色輪。換言之，各種色光係經由相同光路而抵達色輪，因此本發明的光源系統的光路相對簡單，且不需使用準直透鏡與分色鏡而可降低成本。並且，本發明的螢光輪不需夾在兩個透鏡之間，因此易於散熱。此外，本發明的光反射器的反射曲面具有第一焦點與第二焦點分別位於螢光輪與色輪上，且反射曲面係配置以將來自第一焦點與第二焦點中之一者的光反射至第一焦點與第二焦點中之另一者。因此，光源模組聚焦於第一焦點的一部分光即使未被螢光輪轉換，此部分光將會在被反射曲面反射至色輪之後，再依序被色輪與反射曲面反射回螢光輪以進行轉換，從而可有效地提高光使用率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100,200,300:光源系統 110:螢光輪 111:基板 112:螢光區段 113:反射區段 120:色輪 120a:迎光面 121:濾光部 130,230:光反射器 131,231:反射曲面 140:光源模組 141:光發射器 142:透鏡 143:擴散片 144:反射鏡 150:光導管 232:狹縫 A1,A2:軸線 F1:第一焦點 F2:第二焦點 N:法線

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，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統的示意圖。第2圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪的局部側視圖。第3圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪的正視圖。第4圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統的示意圖。第5圖為繪示根據本發明一些實施方式之光源系統的示意圖。第6圖為繪示根據本發明一些實施方式之螢光輪的局部側視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:光源系統

110:螢光輪

120:色輪

120a:迎光面

121:濾光部

130:光反射器

131:反射曲面

140:光源模組

141:光發射器

142:透鏡

143:擴散片

144:反射鏡

150:光導管

A1,A2:軸線

F1:第一焦點

F2:第二焦點

N:法線

Claims

一種光源系統，包含：一螢光輪，包含至少一螢光區段；一色輪，包含一濾光部；至少一光反射器，具有一反射曲面，該反射曲面具有共軛的一第一焦點以及一第二焦點，其中該第一焦點位於該至少一螢光區段的旋轉路徑上，該第二焦點位於該濾光部的旋轉路徑上；以及一光源模組，配置以發射光至該第一焦點，其中該色輪具有一迎光面，且該迎光面具有一法線延伸通過該第二焦點以及該反射曲面。
如請求項1所述之光源系統，其中該反射曲面為凹面。
如請求項1所述之光源系統，其中該反射曲面的輪廓與一橢球的輪廓的一部分吻合。
如請求項1所述之光源系統，其中該螢光輪進一步包含一基板，且該至少一螢光區段設置於該基板上。
如請求項4所述之光源系統，其中該至少一光反射器位於該基板的一側。
如請求項4所述之光源系統，其中該至少一光反射器延伸至該基板的相反兩側。
如請求項6所述之光源系統，其中該至少一光反射器具有一狹縫，且該螢光輪穿過該狹縫。
如請求項4所述之光源系統，其中該至少一光反射器的數量為二，該兩光反射器分別位於該基板的相反兩側，且該兩光反射器的該些第二焦點重合。
如請求項4所述之光源系統，其中該基板為一反射式基板。
如請求項4所述之光源系統，其中該基板為一透射式基板。
如請求項4所述之光源系統，其中該螢光輪進一步包含一反射區段設置於該基板上，且該螢光區段與該反射區段係環狀排列。
一種光源系統，包含：一螢光輪，包含一透射式基板以及設置於該透射式基板上之至少一螢光區段；一色輪，包含一濾光部；至少一光反射器，延伸至該透射式基板的相反兩側，且具有一反射曲面，該反射曲面具有共軛的一第一焦點以及一第二焦點，其中該第一焦點位於該至少一螢光區段的旋轉路徑上，該第二焦點位於該濾光部的旋轉路徑上；以及一光源模組，配置以發射光至該第一焦點，其中該色輪具有一迎光面，且該迎光面具有一法線延伸通過該第一焦點以及該第二焦點。