TWI808722B - 合光模組及具有其之雷射投影機 - Google Patents

合光模組及具有其之雷射投影機 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種合光模組。該合光模組包括一第一雷射陣列、一第二雷射陣列、和一或更多個雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列與第一雷射陣列相對設置。雷射偏光轉折鏡設置在第一雷射陣列和第二雷射陣列之間。雷射偏光轉折鏡反射第一雷射陣列發射的偏振光束和第二雷射陣列發射的偏振光束。該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。

Description

合光模組及具有其之雷射投影機
本發明是關於一種合光模組及具有其之雷射投影機。本發明特別是關於一種包括雷射偏光轉折鏡的合光模組及具有其之雷射投影機。
多色雷射光源投影機，例如RGB雷射光源投影機，是這幾年最受關注的固態光源投影機的選擇。由於雷射光源具有波長單色性佳、赫姆茲-柯勞許效應(H-K effect)增益高等特點，可以合併人眼所見自然界顏色90%以上的色域覆蓋率，實現完美的色彩還原。同時，雷射光源具有超高的亮度和較長的使用壽命，大大降低了後期的維護成本。與此同時，雷射投影機幾乎可以瞬時啟動，瞬時達到工作亮度，因此雷射光源投影機能夠做到快速的開關機。
本發明是關於一種偏振型多色雷射光源的合光光路設計，用以進一步地改良多色雷射光源投影機。
本發明的一種態樣提供的是一種合光模組。該合光模組包括一第一雷射陣列、一第二雷射陣列、和一或更多個雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列與第一雷射陣列相對設置。雷射偏光轉折鏡設置在第一雷射陣列和第二雷射陣列之間。雷射偏光轉折鏡反射第一雷射陣列發射的偏振光束和第二雷射陣列發射的偏振光束。該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。
本發明的另一種態樣提供的是一種雷射投影機。該雷射投影機包括一光源系統、一光導管、和一照明系統。光源系統包括一合光模組和一透鏡模組。合光模組包括一第一雷射陣列、一第二雷射陣列、和一或更多個雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列與第一雷射陣列相對設置。雷射偏光轉折鏡設置在第一雷射陣列和第二雷射陣列之間。雷射偏光轉折鏡反射第一雷射陣列發射的偏振光束和第二雷射陣列發射的偏振光束。該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。透鏡模組設置在合光模組的光路下游側。光導管設置在光源系統的光路下游側。照明系統設置在光導管的光路下游側。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10:雷射投影機
10’:雷射投影機
20:雷射投影機
100:光源系統
100’:光源系統
102:合光模組
102’:合光模組
104:透鏡模組
106:光導管
108:照明系統
110:第一雷射陣列
120:第二雷射陣列
130:第三雷射陣列
130’:第三雷射陣列
132:第一部分
132’:第一部分
134:第二部分
134’:第二部分
140:聚光鏡
150:轉折鏡
152:擴散鏡
154:擴散輪
156:擴散鏡
200:光源系統
202:合光模組
204:透鏡模組
206:光導管
208:照明系統
210:第一雷射陣列
220:第二雷射陣列
230:四分之一波片
240:聚光鏡
250:擴散鏡
260:聚光鏡
270:擴散輪
B:藍色雷射光源
G:綠色雷射光源
L1:光束
L11:偏振光束
L11’:偏振光束
L12:偏振光束
L12’:偏振光束
L13:偏振光束
L2:光束
L21:偏振光束
L22:偏振光束
L22’:偏振光束
L22”:偏振光束
M1:雷射偏光轉折鏡
M11:第一組雷射偏光轉折鏡
M12:第二組雷射偏光轉折鏡
M2:雷射偏光轉折鏡
R:紅色雷射光源
第1圖是一示例性的雷射投影機的示意圖。
第2圖是另一示例性的雷射投影機的示意圖。
第3圖是再一示例性的雷射投影機的示意圖。
本發明的一種態樣提供的是一種合光模組。該合光模組包括一第一雷射陣列、一第二雷射陣列、和一或更多個雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列與第一雷射陣列相對設置。雷射偏光轉折鏡設置在第一雷射陣列和第二雷射陣列之間。雷射偏光轉折鏡反射第一雷射陣列發射的偏振光束和第二雷射陣列發射的偏振光束。該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。
本發明的另一種態樣提供的是一種雷射投影機。該雷射投影機包括一光源系統、一光導管、和一照明系統。光源系統包括一合光模組和一透鏡模組。合光模組包括一第一雷射陣列、一第二雷射陣列、和一或更多個雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣 列用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束。第二雷射陣列與第一雷射陣列相對設置。雷射偏光轉折鏡設置在第一雷射陣列和第二雷射陣列之間。雷射偏光轉折鏡反射第一雷射陣列發射的偏振光束和第二雷射陣列發射的偏振光束。該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。透鏡模組設置在合光模組的光路下游側。光導管設置在光源系統的光路下游側。照明系統設置在光導管的光路下游側。
以下將配合所附圖式對於它們的具體實施例進行更詳細的敘述。為了清楚起見，圖式中的元件可能並未依照實際比例進行繪示。並且，在一些圖式中可能省略部分元件和/或符號。下列敘述和所附圖式只是提供用於說明，並不意欲造成限制。可以預期的是，一實施例中的元件和特徵，能夠被有利地納入於另一實施例中，而不再次贅述。
請參照第1圖，其示出示例性的雷射投影機10。雷射投影機10具有根據實施例的合光模組102。具體來說，雷射投影機10包括一光源系統100。光源系統100包括根據實施例的一合光模組102和一透鏡模組104，其細節將在後續的段落做說明。雷射投影機10更包括一光導管106和一照明系統108。光導管106設置在光源系統100的光路下游側。照明系統108設置在光導管106的光路下游側。
關於光源系統100，合光模組102包括一第一雷射陣列110和一第二雷射陣列120。第一雷射陣列110用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束L11。第二雷射陣列120用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束L12。第一偏振態例如但不限於是S偏振態，具有第一偏振態的偏振光束在圖式中以實線繪示。第二雷射陣列120與第一雷射陣列110相對設置。根據一些實施例，不同顏色的複數個雷射光源可以對稱地設置在第一雷射陣列110和第二雷射陣列120上。如第1圖所示，紅色雷射光源R、綠色雷射光源G、和藍色雷射光源B分別對稱地設置在第一雷射陣列110和第二雷射陣列120上。
合光模組102更包括一第三雷射陣列130。第三雷射陣列130用於發射具有一第二偏振態的複數個偏振光束L13。第二偏振態例如但不限於是P偏振態，具有第二偏振態的偏振光束在圖式中以虛線繪示。第三雷射陣列130包括一第一部分132及一第二部分134。在一些實施例中，如第1圖所示，第一部分132和第二部分134可以不包括相同顏色的光源。在另一些實施例中，至少有一相同顏色的光源設置在第三雷射陣列130的第一部分132和第二部分134上。舉例來說，請參照第2圖，其示出與雷射投影機10相似的雷射投影機10’，但在其光源系統100’的合光模組102’中，第三雷射陣列130’的第一部分132’和第二部分134’都包含紅色雷射光源R。
可以理解的是，RGB雷射光源的組合只是舉例之用。本發明的第一雷射陣列110、第二雷射陣列120、和第三雷射陣列130可以採用其他不同顏色的雷射光源組合和/或不同的光源分布方式等等。然而，多色合光的均勻度會較佳。
合光模組102包括一或更多個雷射偏光轉折鏡M1。雷射偏光轉折鏡M1設置在第一雷射陣列110和第二雷射陣列120之間。每一個雷射偏光轉折鏡M1配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。雷射偏光轉折鏡M1可以反射具有第一偏振態的偏振光束(在圖式中以實線繪示)，並透射具有第二偏振態的偏振光束(在圖式中以虛線繪示)。此外，雷射偏光轉折鏡M1可以具有不同的光譜特性，分別與其對應的不同顏色雷射光源相互對應。舉例來說，位置對應於第一雷射陣列110和第二雷射陣列120中的綠色雷射光源G的位於第1圖中最左的雷射偏光轉折鏡M1允許S偏振紅光、S偏振藍光、和P偏振光透過，只反射S偏振綠光。位置對應於第一雷射陣列110和第二雷射陣列120中的藍色雷射光源B的位於第1圖中中間的雷射偏光轉折鏡M1允許S偏振紅光、S偏振綠光、和P偏振光透過，只反射S偏振藍光。位置對應於第一雷射陣列110和第二雷射陣列120中的紅色雷射光源R的位於第1圖中最右的雷射偏光轉折鏡M1允許S偏振綠光、S偏振藍光、和P偏振光透過，只反射S偏振紅光。藉由這些設計，雷射偏光轉折鏡M1反射第一雷射陣列110發射的偏振光束L11和第二雷射陣列120發射的偏振光束L12。並且，反射後的偏振光束L11’和L12’ 已經經過初步的合併。亦即，第一雷射陣列110發射的複數個偏振光束L11可以透過雷射偏光轉折鏡M1合併為偏振光束L11’，第二雷射陣列120發射的複數個偏振光束L12可以透過雷射偏光轉折鏡M1合併為偏振光束L12’。雷射偏光轉折鏡M1透射第三雷射陣列130發射的偏振光束L13。並且，偏振光束L13並未被雷射偏光轉折鏡M1合併。根據一些實施例，第一雷射陣列110和第一部分132可以共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡M1中的一第一組雷射偏光轉折鏡M11，第二雷射陣列120和第二部分134可以共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡M1中的一第二組雷射偏光轉折鏡M12。
根據一些實施例，合光模組102可以更包括一聚光鏡140。聚光鏡140設置在雷射偏光轉折鏡M1的光路下游側。並且，第三雷射陣列130設置在雷射偏光轉折鏡M1與聚光鏡140相對的一側。第一雷射陣列110發射的偏振光束L11、第二雷射陣列120發射的偏振光束L12、和第三雷射陣列130發射的偏振光束L13被雷射偏光轉折鏡M1引導至聚光鏡140合併。具體來說，第一雷射陣列110發射的偏振光束L11被第一組雷射偏光轉折鏡M11反射至聚光鏡140。並且，在經過第一組雷射偏光轉折鏡M11之後，偏振光束L11被合併為偏振光束L11’。第三雷射陣列130的第一部分132發射的複數個偏振光束L13經由第一組雷射偏光轉折鏡M11透射至聚光鏡140。第二雷射陣列120發射的偏振光束L12被第二組雷射偏光轉折鏡M12反射至聚光鏡140。並且，在經過第二組雷射偏光轉折鏡M12之後，偏振光束L12被合併為偏振光束L12’。 第三雷射陣列130的第二部分134發射的複數個偏振光束L13經由第二組雷射偏光轉折鏡M12透射至聚光鏡140。然後，偏振光束L11’、L2’和L3被聚光鏡140合併成光束L1。
透鏡模組104設置在合光模組102的光路下游側。透鏡模組104例如可以包括轉折鏡150、擴散鏡152、擴散輪154、和擴散鏡156，但本發明不受限於此。光束L1被轉折鏡150反射，並進一步地通過擴散鏡152、擴散輪154、和擴散鏡156、和接下來的光導管106和照明系統108。然後，雷射投影機10可以藉由照明系統108向外投射光線。
請參照第3圖，其示出另一示例性的雷射投影機20。雷射投影機20具有根據實施例的合光模組202。具體來說，雷射投影機20包括一光源系統200。光源系統200包括根據實施例的一合光模組202和一透鏡模組204，其細節將在後續的段落做說明。雷射投影機20更包括一光導管206和一照明系統208。光導管206設置在光源系統200的光路下游側。照明系統208設置在光導管206的光路下游側。
關於光源系統200，合光模組202包括一第一雷射陣列210和一第二雷射陣列220。第一雷射陣列210用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束L21。第二雷射陣列220用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束L22。第一偏振態例如但不限於是S偏振態，具有第一偏振態的偏振光束在圖式中以實線繪示。第二雷射陣列220與第一雷射陣列210相對設置。根據一些實施 例，不同顏色的複數個雷射光源可以對稱地設置在第一雷射陣列210和第二雷射陣列220上。如第1圖所示，紅色雷射光源R、綠色雷射光源G、和藍色雷射光源B分別對稱地設置在第一雷射陣列210和第二雷射陣列220上。可以理解的是，RGB雷射光源的組合只是舉例之用。本發明的第一雷射陣列210和第二雷射陣列220可以採用其他不同顏色的雷射光源組合和/或不同的光源分布方式等等。然而，多色合光的均勻度會較佳。
合光模組202包括一或更多個雷射偏光轉折鏡M2。雷射偏光轉折鏡M2設置在第一雷射陣列210和第二雷射陣列220之間。每一個雷射偏光轉折鏡M2配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束。雷射偏光轉折鏡M2可以反射具有第一偏振態的偏振光束(在圖式中以實線繪示)，並透射具有第二偏振態的偏振光束(在圖式中以虛線繪示)。此外，雷射偏光轉折鏡M2可以具有不同的光譜特性，分別與其對應的不同顏色雷射光源相互對應。舉例來說，位置對應於第一雷射陣列210和第二雷射陣列220中的綠色雷射光源G的位於第3圖中最左的雷射偏光轉折鏡M2允許S偏振紅光、S偏振藍光、和P偏振光透過，只反射S偏振綠光。位置對應於第一雷射陣列210和第二雷射陣列220中的藍色雷射光源B的位於第3圖中中間的雷射偏光轉折鏡M2允許S偏振紅光、S偏振綠光、和P偏振光透過，只反射S偏振藍光。位置對應於第一雷射陣列210和第二雷射陣列220中的紅色雷射光源R的位於第3圖中最右的雷射偏光轉折鏡M2允許S偏振綠光、S偏振藍光、和P 偏振光透過，只反射S偏振紅光。藉由這些設計，雷射偏光轉折鏡M2反射第一雷射陣列210發射的偏振光束L21和第二雷射陣列220發射的偏振光束L22。並且，反射後的偏振光束已經經過初步的合併。亦即，第一雷射陣列210發射的複數個偏振光束L21可以透過雷射偏光轉折鏡M2合併(未示出)，第二雷射陣列220發射的複數個偏振光束L22可以透過雷射偏光轉折鏡M2合併為偏振光束L22’。
合光模組202可以更包括一四分之一波片230、一反射鏡240、一選擇性設置的擴散鏡250、和一聚光鏡260。四分之一波片230和反射鏡240設置在雷射偏光轉折鏡M2與聚光鏡260相對的一側。選擇性設置的擴散鏡250設置聚光鏡260的光路上游側。第一雷射陣列210和第二雷射陣列220共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡M2中的一組雷射偏光轉折鏡。第一雷射陣列210發射的偏振光束L21被該組雷射偏光轉折鏡反射至聚光鏡260。第二雷射陣列220發射的偏振光束L22被該組雷射偏光轉折鏡反射至四分之一波片230和反射鏡240，由四分之一波片230和反射鏡240轉換成另一偏振態，並經由該組雷射偏光轉折鏡透射至聚光鏡260。舉例來說，偏振光束L22可以被該組雷射偏光轉折鏡合併成S偏振態的偏振光束L22’，然後被四分之一波片230轉換成圓偏振，被反射鏡240轉向，再次通過四分之一波片230，變成P偏振態的偏振光束L22”。偏振光束L22”於再次經過雷射偏光轉折鏡 M2時與反射後的偏振光束L21合併成光束L2。光束L2進一步通過擴散鏡250和聚光鏡260，進入透鏡模組204。
透鏡模組204設置在合光模組202的光路下游側。透鏡模組204例如可以包括擴散輪270，但本發明不受限於此。光束L2通過擴散輪270和接下來的光導管206和照明系統208。然後，雷射投影機20可以藉由照明系統208向外投射光線。
綜上所述，本發明提供一種合光模組及具有其之雷射投影機。傳統的合光模組只使用一個大的聚光鏡來合光。相對於此，本發明的合光模組使用二組以上的雷射陣列，並藉由雷射偏光轉折鏡來進行至少一部份的合光，因此可以使用較小的聚光鏡，並降低合光模組的體積。此外，根據一些實施例，本發明的合光模組可以使用三組雷射陣列，進而提供更高亮度的雷射投影機。根據另一些實施例，本發明的合光模組可以只使用二組雷射陣列，以進一步地降低合光模組的體積。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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:雷射投影機
100:光源系統
102:合光模組
104:透鏡模組
106:光導管
108:照明系統
110:第一雷射陣列
120:第二雷射陣列
130:第三雷射陣列
132:第一部分
134:第二部分
140:聚光鏡
150:轉折鏡
152:擴散鏡
154:擴散輪
156:擴散鏡
B:藍色雷射光源
G:綠色雷射光源
L1:光束
L11:偏振光束
L11’:偏振光束
L12:偏振光束
L12’:偏振光束
L13:偏振光束
M1:雷射偏光轉折鏡
M11:第一組雷射偏光轉折鏡
M12:第二組雷射偏光轉折鏡
R:紅色雷射光源

Claims (8)

  1. 一種合光模組，包括：一第一雷射陣列，用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束；一第二雷射陣列，用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束，該第二雷射陣列與該第一雷射陣列相對設置；一或更多個雷射偏光轉折鏡，設置在該第一雷射陣列和該第二雷射陣列之間，反射該第一雷射陣列發射的該些偏振光束和該第二雷射陣列發射的該些偏振光束；一聚光鏡，設置在該一或更多個雷射偏光轉折鏡的光路下游側；以及一第三雷射陣列，用於發射具有一第二偏振態的複數個偏振光束，該第三雷射陣列包括一第一部分及一第二部分，並設置在該一或更多個雷射偏光轉折鏡與該聚光鏡相對的一側；其中該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束；其中該第一雷射陣列發射的該些偏振光束和該第二雷射陣列發射的該些偏振光束被該一或更多個雷射偏光轉折鏡引導至該聚光鏡合併；其中該一或更多個雷射偏光轉折鏡透射該第三雷射陣列發射的該些偏振光束；且 其中該第一雷射陣列和該第一部分共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的一第一組雷射偏光轉折鏡，該第二雷射陣列和該第二部分共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的一第二組雷射偏光轉折鏡。
  2. 如請求項1所述之合光模組，其中至少有一相同顏色的光源設置在該第三雷射振列的該第一部份和該第二部分上。
  3. 如請求項1所述之合光模組，其中該第一雷射陣列發射的該些偏振光束被該第一組雷射偏光轉折鏡反射至該聚光鏡，該第三雷射陣列的該第一部分發射的複數個偏振光束經由該第一組雷射偏光轉折鏡透射至該聚光鏡，該第二雷射陣列發射的該些偏振光束被該第二組雷射偏光轉折鏡反射至該聚光鏡，該第三雷射陣列的該第二部分發射的複數個偏振光束經由該第二組雷射偏光轉折鏡透射至該聚光鏡。
  4. 如請求項1所述之合光模組，其中不同顏色的複數個雷射光源對稱地設置在該第一雷射陣列和該第二雷射陣列上。
  5. 一種雷射投影機，包括：一光源系統，包括：一合光模組，包括：一第一雷射陣列，用於發射具有一第一偏振態的複數個偏振光束； 一第二雷射陣列，用於發射具有該第一偏振態的複數個偏振光束，該第二雷射陣列與該第一雷射陣列相對設置；一或更多個雷射偏光轉折鏡，設置在該第一雷射陣列和該第二雷射陣列之間，反射該第一雷射陣列發射的該些偏振光束和該第二雷射陣列發射的該些偏振光束；一聚光鏡，設置在該一或更多個雷射偏光轉折鏡的光路下游側；和一第三雷射陣列，用於發射具有一第二偏振態的複數個偏振光束，該第三雷射陣列包括一第一部分及一第二部分，並設置在該一或更多個雷射偏光轉折鏡與該聚光鏡相對的一側；其中該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的每一個雷射偏光轉折鏡配置成引導至少來自二個不同方向的複數個光束；其中該第一雷射陣列發射的該些偏振光束和該第二雷射陣列發射的該些偏振光束被該一或更多個雷射偏光轉折鏡引導至該聚光鏡合併；其中該一或更多個雷射偏光轉折鏡透射該第三雷射陣列發射的該些偏振光束；且其中該第一雷射陣列和該第一部分共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的一第一組雷射偏光轉折鏡，該第二雷射陣列和該第二部分共用該一或更多個雷射偏光轉折鏡中的一第二組雷射偏光轉折鏡；及一透鏡模組，設置在該合光模組的光路下游側； 一光導管，設置在該光源系統的光路下游側；以及一照明系統，設置在該光導管的光路下游側。
  6. 如請求項5所述之雷射投影機，其中至少有一相同顏色的光源設置在該第三雷射振列的該第一部份和該第二部分上。
  7. 如請求項5所述之雷射投影機，其中該第一雷射陣列發射的該些偏振光束被該第一組雷射偏光轉折鏡反射至該聚光鏡，該第三雷射陣列的該第一部分發射的複數個偏振光束經由該第一組雷射偏光轉折鏡透射至該聚光鏡，該第二雷射陣列發射的該些偏振光束被該第二組雷射偏光轉折鏡反射至該聚光鏡，該第三雷射陣列的該第二部分發射的複數個偏振光束經由該第二組雷射偏光轉折鏡透射至該聚光鏡。
  8. 如請求項5所述之雷射投影機，其中不同顏色的複數個雷射光源對稱地設置在該第一雷射陣列和該第二雷射陣列上。
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