TWI806667B

TWI806667B - 投影裝置及其光源系統

Info

Publication number: TWI806667B
Application number: TW111122642A
Authority: TW
Inventors: 林宏英
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2023-06-21
Also published as: TW202401128A

Abstract

本揭示內容提供投影裝置及其光源系統。該光源系統包含一第一光源、一第二光源、一曲面反射元件以及一波長轉換元件。該第一光源用以發出一第一光束。該第二光源用以發出一第二光束。該曲面反射元件具有一第一焦點、一第一曲面、一第二曲面以及一開槽，其中該開槽位於該第一曲面與該第二曲面之間且鄰近該第一焦點。該波長轉換元件穿設於該開槽，並具有一第一表面以及一第二表面，其中該第一光束用以入射該第一表面上該第一焦點所在的一第一區域，且該第二光束用以入射該第二表面上該第一焦點所在的一第二區域。

Description

投影裝置及其光源系統

本揭示內容係有關於一種光源系統，特別是指一種投影裝置的光源系統。

隨著投影機的發展，一些高階機種要求使用紅光雷射。一些傳統方法透過分色鏡將紅光雷射所發出的紅色光束加入既有光學系統中。然而，上述傳統方法常常造成複雜的光學系統、高成本等問題。

本揭示內容的一態樣為一種光源系統。該光源系統包含一第一光源、一第二光源、一曲面反射元件以及一波長轉換元件。該第一光源用以發出一第一光束。該第二光源用以發出一第二光束，其中該第一光束具有不同於該第二光束的顏色或波長範圍。該曲面反射元件具有一第一焦點、一第一曲面、一第二曲面以及一開槽，其中該第一曲面與該第二曲面彼此相對，且該開槽位於該第一曲面與該第二曲面之間且鄰近該第一焦點。該波長轉換元件穿設於該開槽，並具有彼此相對的一第一表面以及一第二表面，其中該第一光束用以入射該第一表面上該第一焦點所在的一第一區域，且該第二光束用以入射該第二表面上該第一焦點所在的一第二區域。

本揭示內容的另一態樣為一種投影裝置。該投影裝置包含一光源系統、一光調變器以及一成像模組。該光源系統用以產生一照明光束，並包含一第一光源、一第二光源以及一有色光束產生模組。該第一光源用以發出一第一光束。該第二光源用以發出一第二光束，其中該第一光束具有不同於該第二光束的顏色或波長範圍。該有色光束產生模組位於該第一光源與該第二光源之間，用以在一假想線的一第一側接收該第一光束以輸出該第一光束以及一第三光束，並用以在該假想線的一第二側接收該第二光束以輸出該第二光束，其中該假想線的一延伸線部分重疊於該照明光束的一輸出路徑，該假想線的該第一側與該第二側彼此相對，且該第三光束具有不同於該第一光束與該第二光束的波長範圍。該光調變器用以將該照明光束轉換為一影像光束。該成像模組用以投射該影像光束，以產生一影像畫面。

綜上，本揭示內容的光源系統藉由對第二光源所發出的第二光束（即，紅色光束）進行漫射來讓彼此不相同的第一光束、第二光束與第三光束會合，從而產生合適的照明光束。進一步地說，相較於藉由分合鏡來使紅色光束與其他顏色的光束會合的已知技術，採用本揭示內容的光源系統的投影裝置具有不易產生光斑的優勢。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。

關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參閱第1圖，第1圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的一投影裝置100的示意圖。於一些實施例中，投影裝置100包含一光源系統10、一光調變器20以及一成像模組30。如第1圖所示，光源系統10用以產生一照明光束IL。光調變器20用以將照明光束IL轉換為一影像光束IM。成像模組30用以投射影像光束IM，以在一投影平面（例如：投影幕、牆壁等）上產生一影像畫面FR供使用者觀看。於一些實施例中，光調變器20可藉由數位微鏡裝置（DMD）來實現，且成像模組30可藉由鏡頭來實現。

於一些實施例中，如第1圖所示，光源系統10包含一第一光源11、一第二光源12以及一有色光束產生模組。具體而言，第一光源11用以發出一第一光束A，且第二光源12用以發出一第二光束B。於第1圖的實施例中，第一光源11係藉由藍光雷射或藍光發光二極體來實現，且第一光束A為藍色光束。又，第二光源12係藉由紅光雷射或紅光發光二極體來實現，且第二光束B為紅色光束。換言之，第二光源12具有不同於第一光源11的顏色，且第一光束A具有不同於第二光束B的顏色或波長範圍。

於一些實施例中，如第1圖所示，有色光束產生模組位於第一光源11與第二光源12之間，並包含一曲面反射元件13以及一波長轉換元件14。曲面反射元件13具有一第一焦點F1、一第二焦點F2、一第一曲面131、一第二曲面132以及一開槽133。具體而言，第一曲面131與第二曲面132彼此相對，且開槽133位於第一曲面131與第二曲面132之間且鄰近第一焦點F1。於一些實施例中，第一曲面131與第二曲面132均為橢球面。

又如第1圖所示，波長轉換元件14係可轉動地穿設於開槽133，並具有一第一表面141以及一第二表面142。第一表面141與第二表面142彼此相對。舉例來說，第一表面141為上表面，且第二表面142為下表面。以下將搭配第2A及2B圖詳細說明波長轉換元件14。請參閱第2A及2B圖，第2A圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的波長轉換元件14的第一表面141的示意圖，第2B圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的波長轉換元件14的第二表面142的示意圖。

如第2A圖所示，波長轉換元件14的第一表面141包含一第一區域R1。於一些實施例中，第一區域R1包含至少一光激發區以及一第一光反射區BR。舉例來說，如第2A圖所示，第一區域R1包含三個光激發區GE、RE及YE（即，至少一光激發區）。

請一併參閱第1及2A圖，當波長轉換元件14相對於曲面反射元件13於開槽133中進行轉動時，曲面反射元件13的第一焦點F1將依時序落入光激發區GE、光激發區RE、光激發區YE與第一光反射區BR。換言之，曲面反射元件13的第一焦點F1位在波長轉換元件14的第一表面141上的第一區域R1。

如第2B圖所示，波長轉換元件14的第二表面142包含一第二區域R2。於一些實施例中，第二區域R2包含一第二光反射區RR。

請一併參閱第1及2B圖，當波長轉換元件14相對於曲面反射元件13於開槽133中進行轉動時，曲面反射元件13的第一焦點F1將落入第二光反射區RR。換言之，曲面反射元件13的第一焦點F1位在波長轉換元件14的第二表面142上的第二區域R2。

於一些實施例中，如第1圖所示，第一光源11實質上會朝曲面反射元件13的第一焦點F1發出第一光束A且第二光源12實質上會朝曲面反射元件13的第一焦點F1發出第二光束B。如此設置的話，第一光束A將入射第一表面141上第一焦點F1所在的第一區域R1，且第二光束B將入射第二表面142上第一焦點F1所在的第二區域R2。

應當理解，當波長轉換元件14相對於曲面反射元件13於開槽133中進行轉動時，第一光束A根據時序可能入射光激發區GE、光激發區RE、光激發區YE與第一光反射區BR中之一者。於一些實施例中，第一光束A入射第一光反射區BR，且第一光反射區BR用以反射第一光束A至第一曲面131。於一些實施例中，第一光束A入射三個光激發區GE、RE及YE中之一者，且三個光激發區GE、RE及YE各自用以受第一光束A激發而產生一第三光束C至第一曲面131。此外，當波長轉換元件14相對於曲面反射元件13於開槽133中進行轉動時，第二光束B將入射第二光反射區RR，且第二光反射區RR用以反射第二光束B至第二曲面132。

具體而言，第一區域R1的至少一光激發區上可形成至少一螢光層。舉例來說，光激發區GE上可形成用以受藍色光束（即，第一光束A）激發而產生綠色光束（即，第三光束C）的螢光層。光激發區RE上可形成用以受藍色光束（即，第一光束A）激發而產生紅色光束（即，第三光束C）的螢光層。光激發區YE上可形成用以受藍色光束（即，第一光束A）激發而產生黃色光束（即，第三光束C）的螢光層。

此外，第一光反射區BR上可形成用以反射藍色光束（即，第一光束A）的一第一光漫射層，且第二光反射區RR上可形成用以反射紅色光束（即，第二光束B）的一第二光漫射層。應當理解，相較於由第二光源12直接產生的紅色光束（即，第二光束B），因光激發區RE受激發而產生的紅色光束（即，第三光束C）具有更大的波長範圍。

請參閱第3圖，第3圖為第1圖中光源系統10的一部分組件的示意圖。如第3圖所示，一假想線PL通過第一焦點F1與第二焦點F2。於一些實施例中，如第1及3圖所示，第一光源11在假想線PL的一第一側（例如：上側）朝第一焦點F1發出第一光束A，使得第一光束A與第三光束C藉由曲面反射元件13與波長轉換元件14輸出。又，第二光源12在假想線PL的一第二側（例如：下側）朝第一焦點F1發出第二光束B，使得第二光束B藉由曲面反射元件13與波長轉換元件14輸出。

由上述說明可知，投影裝置100的有色光束產生模組（即，曲面反射元件13與波長轉換元件14）用以在假想線PL的第一側接收第一光束A以輸出第一光束A與第三光束C，並用以在假想線PL的第二側接收第二光束B以輸出第二光束B。

於一些實施例中，如第1圖所示，由於第一曲面131與第二曲面132均為橢球面，第一曲面131可用以將來自第一焦點F1的第一光束A與第三光束C反射至第二焦點F2，且第二曲面132可用以將來自第一焦點F1的第二光束B反射至第二焦點F2。

於第1圖的實施例中，光源系統10還包含一第一透鏡15、一第二透鏡16、一濾光元件17以及一均勻化元件18。如第1圖所示，第一透鏡15具有一第三焦點F3，其中第三焦點F3與曲面反射元件13的第二焦點F2實質上位於相同位置。據此，第一透鏡15可用以將來自第二焦點F2的第一光束A、第二光束B與第三光束C平行化。第二透鏡16用以將經平行化的第一光束A、第二光束B與第三光束C會聚。濾光元件17用以過濾經會聚的第一光束A、第二光束B與第三光束C。均勻化元件18用以均勻化經過濾的第一光束A、第二光束B與第三光束C，以產生照明光束IL。

具體而言，第一透鏡15與第二透鏡16可藉由凸透鏡來實現。濾光元件17可藉由濾色輪（filter wheel）來實現。均勻化元件18可藉由光導管（light tunnel）來實現。然而，本揭示內容並不以上述為限。

於第1圖的實施例中，投影裝置100還包含複數個透鏡單元L1~L4以及一光學元件O1。如第1圖所示，多個透鏡單元L1~L4設置於光源系統10的均勻化元件18與光學元件O1之間，並用以將照明光束IL傳輸至光學元件O1。光學元件O1用以將照明光束IL反射至光調變器20，並用以將光調變器20產生的影像光束IM傳輸至成像模組30。

應當理解，若將第3圖所示的假想線PL繪示於第1圖中，則假想線PL的延伸線將部分重疊於照明光束IL的輸出路徑（即，第1圖所示的水平傳輸路徑）。

於前述實施例中，如第3圖所示，第一光源11與第二光源12相對於假想線PL為對稱設置。此外，第一光束A以一第一入射角a1入射波長轉換元件14上的第一區域R1，第二光束B以一第二入射角a2入射波長轉換元件14上的第二區域R2，且第一入射角a1（例如：θ1度）與第二入射角a2（例如：θ1度）相同。然而，本揭示內容並不以上述為限，以下將搭配第4圖進一步說明。

請參閱第4圖，第4圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的光源系統10的一部分組件的示意圖。於一些實施例中，如第4圖所示，第一光源11與第二光源12相對於假想線PL為不對稱設置，且第一入射角a1（例如：θ1度）與第二入射角a2（例如：θ2度）不相同。第4圖實施例的其餘設置與操作與前述實施例相同或相似，故不在此贅述。

於前述實施例中，光源系統10僅包含一個用以發出紅色光束（即，第二光束B）的光源（即，第二光源12），但本揭示內容並不限於此。以下將以第5圖實施例為例進行說明。請參閱第5圖，第5圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的光源系統10的一部分組件的示意圖。於一些實施例中，如第5圖所示，光源系統10還包含一第三光源19，其中第三光源19與第二光源12一樣用以發出紅色光束（即，第二光束B）至波長轉換元件14的第二表面142上第一焦點F1所在的第二區域R2。由此可知，光源系統10可包含用以發出第二光束B的複數個光源（例如：第二光源12與第三光源19）。

藉由將第3圖所示的假想線PL繪示於第5圖中，可知，投影裝置100的有色光束產生模組（即，曲面反射元件13與波長轉換元件14）還用以在假想線PL的第二側接收第三光源19發出的第二光束B。

由上述本揭示內容的實施方式可知，本揭示內容的光源系統10藉由對第二光源12所發出的第二光束B（即，紅色光束）進行漫射來讓彼此不相同的第一光束A、第二光束B與第三光束C會合，從而產生合適的照明光束IL。進一步地說，相較於藉由分合鏡來使紅色光束與其他顏色的光束會合的已知技術，採用本揭示內容的光源系統10的投影裝置100具有不易產生光斑的優勢。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:光源系統 11:第一光源 12:第二光源 13:曲面反射元件 14:波長轉換元件 15:第一透鏡 16:第二透鏡 17:濾光元件 18:均勻化元件 19:第三光源 20:光調變器 30:成像模組 100:投影裝置 131:第一曲面 132:第二曲面 133:開槽 141:第一表面 142:第二表面 A:第一光束 B:第二光束 C:第三光束 F1:第一焦點 F2:第二焦點 F3:第三焦點 L1~L4:透鏡單元 O1:光學元件 PL:假想線 R1:第一區域 R2:第二區域 GE,RE,YE:光激發區 BR:第一光反射區 RR:第二光反射區 IL:照明光束 IM:影像光束 FR:影像畫面 a1:第一入射角 a2:第二入射角 θ1,θ2:角度

第1圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的一種投影裝置的示意圖。第2A圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的波長轉換元件的第一表面的示意圖。第2B圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的波長轉換元件的第二表面的示意圖。第3圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的光源系統內的一部分組件的示意圖。第4圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的光源系統內的一部分組件的示意圖。第5圖為根據本揭示內容的一些實施例繪示的光源系統內的一部分組件的示意圖。

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

11:第一光源

12:第二光源

13:曲面反射元件

14:波長轉換元件

A:第一光束

B:第二光束

F1:第一焦點

F2:第二焦點

PL:假想線

a1:第一入射角

a2:第二入射角

θ1:角度

Claims

一種光源系統，包含：一第一光源，用以發出一第一光束；一第二光源，用以發出一第二光束，其中該第一光束具有不同於該第二光束的顏色或波長範圍；一曲面反射元件，具有一第一焦點、一第一曲面、一第二曲面以及一開槽，其中該第一曲面與該第二曲面彼此相對，且該開槽位於該第一曲面與該第二曲面之間且鄰近該第一焦點；以及一波長轉換元件，穿設於該開槽，並具有彼此相對的一第一表面以及一第二表面，其中該第一光束用以入射該第一表面上該第一焦點所在的一第一區域，且該第二光束用以入射該第二表面上該第一焦點所在的一第二區域；其中該第一區域包含至少一光激發區以及一第一光反射區，該至少一光激發區用以受該第一光束激發而產生一第三光束，且該第一光反射區用以反射該第一光束；其中該第二區域包含一第二光反射區，且該第二光反射區用以反射該第二光束。
如請求項1所述之光源系統，其中該至少一光激發區上形成至少一螢光層，該第一光反射區上形成一第一光漫射層，且該第二光反射區上形成一第二光漫射層。
如請求項1所述之光源系統，其中該曲面反射元件還具有一第二焦點，該第一曲面用以將該第一光束與該第三光束反射至該第二焦點，且該第二曲面用以將該第二光束反射至該第二焦點。
如請求項3所述之光源系統，其中該光源系統還包含：一第一透鏡，具有一第三焦點，並用以將該第一光束、該第二光束與該第三光束平行化，其中該第一透鏡的該第三焦點與該曲面反射元件的該第二焦點實質上位於相同位置；一第二透鏡，用以將經平行化的該第一光束、該第二光束與該第三光束會聚；一濾光元件，用以過濾經會聚的該第一光束、該第二光束與該第三光束；以及一均勻化元件，用以均勻化經過濾的該第一光束、該第二光束與該第三光束，以產生一照明光束。
如請求項3所述之光源系統，其中該第一光源與該第二光源相對於通過該第一焦點與該第二焦點的一假想線為對稱或不對稱設置。
如請求項1所述之光源系統，其中該第一光束以一第一入射角入射該第一區域，該第二光束以一第二入射角入射該第二區域，且該第一入射角與該第二入射角相同或不相同。
如請求項1所述之光源系統，其中該光源系統還包含一第三光源，且該第三光源用以發出該第二光束。
如請求項1所述之光源系統，其中該第一曲面與該第二曲面為橢球面。
如請求項1所述之光源系統，其中該第一光束為藍色光束，且該第二光束為紅色光束。
一種投影裝置，包含：一光源系統，用以產生一照明光束，並包含：一第一光源，用以發出一第一光束；一第二光源，用以發出一第二光束，其中該第一光束具有不同於該第二光束的顏色或波長範圍；以及一有色光束產生模組，位於該第一光源與該第二光源之間，用以在一假想線的一第一側接收該第一光束以輸出該第一光束以及一第三光束，並用以在該假想線的一第二側接收該第二光束以輸出該第二光束，其中該假想線的一延伸線部分重疊於該照明光束的一輸出路徑，該假想線的該第一側與該第二側彼此相對，且該第三光束具有不同於該第一光束與該第二光束的波長範圍；其中該有色光束產生模組包含：一曲面反射元件，具有一第一焦點、一第一曲面、一第二曲面以及一開槽，其中該第一曲面與該第二曲面彼此相對，且該開槽位於該第一曲面與該第二曲面之間且鄰近該第一焦點；以及一波長轉換元件，穿設於該開槽，並具有彼此相對的一第一表面以及一第二表面，其中該第一光束用以入射該第一表面上該第一焦點所在的一第一區域，且該第二光束用以入射該第二表面上該第一焦點所在的一第二區域；其中該第一區域包含至少一光激發區以及一第一光反射區，該至少一光激發區用以受該第一光束激發而產生該第三光束至該第一曲面，且該第一光反射區用以反射該第一光束至該第一曲面；其中該第二區域包含一第二光反射區，且該第二光反射區用以反射該第二光束至該第二曲面；一光調變器，用以將該照明光束轉換為一影像光束；以及一成像模組，用以投射該影像光束，以產生一影像畫面。
如請求項10所述之投影裝置，其中：該曲面反射元件還具有一第二焦點，其中該假想線通過該第一焦點與該第二焦點。
如請求項11所述之投影裝置，其中該第一曲面用以將該第一光束與該第三光束反射至該第二焦點；其中該第二曲面用以將該第二光束反射至該第二焦點。
如請求項10所述之投影裝置，其中該至少一光激發區上形成至少一螢光層，該第一光反射區上形成一第一光漫射層，且該第二光反射區上形成一第二光漫射層。
如請求項12所述之投影裝置，其中該光源系統還包含：一第一透鏡，具有一第三焦點，並用以將來自該第二焦點該第一光束、該第二光束與該第三光束平行化，其中該第一透鏡的該第三焦點與該曲面反射元件的該第二焦點實質上位於相同位置；一第二透鏡，用以將經平行化的該第一光束、該第二光束與該第三光束會聚；一濾光元件，用以過濾經會聚的該第一光束、該第二光束與該第三光束；以及一均勻化元件，用以均勻化經過濾的該第一光束、該第二光束與該第三光束，以產生該照明光束。
如請求項10所述之投影裝置，其中該第一光源與該第二光源相對於該假想線為對稱或不對稱設置。
如請求項10所述之投影裝置，其中該第一光束以一第一入射角入射該第一區域，該第二光束以一第二入射角入射該第二區域，且該第一入射角與該第二入射角相同或不相同。
如請求項10所述之投影裝置，其中該第一曲面與該第二曲面為橢球面。
如請求項10所述之投影裝置，其中該光源系統還包含一第三光源，該第三光源用以發出該第二光束，且該有色光束產生模組用以在該假想線的該第二側接收該第三光源發出的該第二光束。
如請求項10所述之投影裝置，其中該第一光束為藍色光束，且該第二光束為紅色光束。