本發明有關于一種光源系統，尤指一種激光投影機的光源系統。

背景技術：

隨著科技日新月異，激光的技術也慢慢成熟，投影機的光源系統也開始陸續以激光作為光源。但在對投影機輕巧化的需求下，目前以激光作為光源的投影機顯得龐大且缺乏靈活性。

請參考圖1，圖1為一種現有技術的投影機的光源系統10的示意圖。光源系統10作為投影機的光源，其藉由激光模塊12產生激光光束Ba。激光光束Ba經過分光鏡14反射后射向透鏡L1及熒光粉色輪(phosphor wheel)15。請參考圖2，圖2為熒光粉色輪15的示意圖。熒光粉色輪15具有穿透區24而可容激光光束Ba穿過。此外，熒光粉色輪15另具有熒光粉涂布區25(以斜線表示)，當激光光束Ba照射到熒光粉涂布區25時，熒光粉涂布區25上的熒光粉會受到激發而產生熒光光束F。熒光光束F會穿透分光鏡14而經透鏡L5進入光管22。光源系統10的驅動裝置17會驅動熒光粉色輪15，以使熒光粉色輪15轉動，而由于熒光粉色輪15具有穿透區24，故有部分的激光光束Ba會通過穿透區24而進入透鏡L2及中繼(relay)系統30。中繼系統30具有三個反射鏡16、18及20與透鏡L3及L4，用以將通過穿透區24的激光光束Ba轉向而導引至分光鏡14。被中繼系統30導引至分光鏡14的激光光束Ba會再經由分光鏡14反射，而經透鏡L5進入光管22。熒光光束F及通過穿透區24的激光光束Ba會經過光管22，而使光管22產生投影機的投影系統50所需的白光。由上述說明可明白，光源系統10藉由轉動并具有穿透區24的熒光粉色輪15，而使熒光光束F及激光光束Ba輪替地進入光管22。其中，穿透區24所對應的角度θ會影響熒光光束F與通過穿透區24的激光光束Ba的進入到光管22的時間比例，進而影響光管22所輸出的光線的光譜能量分布。

光源系統10的優點在于僅需單一個激光模塊12即可產生白光。然而，由于光源系統10需要透過中繼系統30將通過穿透區24的激光光束Ba導回至分光鏡14，故光源系統10所需的光學組件繁多，而導致光源系統10的體積龐大。此外，由于單一個激光模塊12是產生熒光光束F的主要能量來源，且熒光光束F與通過穿透區24的激光光束Ba的比例主要受到角度θ的影響，故光管22所產生的用以提供給投影系統50的白光的光譜能量分布難以調整。

因此，有必要提供一種新的激光投影機的光源系統，以克服上述缺陷。

技術實現要素：

因此，本發明提供一種激光投影機的光源系統，可不需通過中繼系統即可產生投影系統所需的白光。

為達上述目的，本發明提供一種激光投影機的光源系統，用以產生合光光束，該光源系統包含：

第一激光模塊，用以產生沿第一光徑行進的第一光束；

第二激光模塊，用以產生沿第二光徑行進的第二光束；

第一光導引模塊，用以反射該第一光束，以產生沿第三光徑行進的第一反射光束，并用以反射該第二光束，以產生沿第四光徑行進的第二反射光束；

第一波長轉換裝置，具有第一波長轉換層，用以接受該第一反射光束的照射，以產生逆該第三光徑行進的第一受激光束，其中該第一光導引模塊還用以將該第一受激光束導引至該第四光徑；以及

光管，用以匯合該第一受激光束及該第二反射光束，以產生該合光光束。

較佳的，該第一光徑與該第二光徑垂直，該第一光徑和該第三光徑垂直，且該第一光徑與該第四光徑平行，該第二光徑與該第三光徑平行且與該第四光徑垂直，該第三光徑與該第四光徑垂直，而該第一光導引模塊包含：

第一分光層，用以反射該第一光束，以產生該第一反射光束，用以反射該第二光束，以產生該第二反射光束，以及允許該第一受激光束穿透；以及

第二分光層，用于反射該第一受激光束，以使該第一受激光束沿該第四光徑行進，其中該第二分光層允許該第一反射光束和該第二反射光束穿透。

較佳的，該第一分光層與該第二分光層垂直交叉設置。

較佳的，該第一光徑與該第二光徑平行，且該第一光徑垂直于該第三光徑及該第四光徑，該第二光徑垂直于該第三光徑及該第四光徑，該第三光徑與該第四光徑平行，而該第一光導引模塊包含：

第一分光層，用以反射該第一光束及該第二光束，以產生該第一反射光束及該第二反射光束，其中該第一分光層允許該第一受激光束穿透。

較佳的，該第一波長轉換層為熒光粉層。

較佳的，另包含擴散片，設置于該第二激光模塊及該第一光導引模塊之間，用以擴散該第二光束。

較佳的，該擴散片為擴散輪，而該光源系統還包含驅動模塊，用以驅動該擴散輪轉動。

較佳的，還包含：

第三激光模塊，用以產生沿第五光徑行進的第三光束；

第四激光模塊，用以產生沿第六光徑行進的第四光束；

第二光導引模塊，用以反射該第三光束，以產生沿第七光徑行進的第三反射光束，并用以反射該第四光束，以產生沿第八光徑行進的第四反射光束；以及

第二波長轉換裝置，具有第二波長轉換層，用以接受該第三反射光束的照射而產生逆該第七光徑行進的第二受激光束，其中該第二光導引模塊還用以將該第二受激光束導引至該第八光徑；

其中，該光管用以匯合該第一受激光束、該第二受激光束、該第二反射光束及該第四反射光束，以產生該合光光束。

較佳的，該第五光徑垂直于該第六光徑及該第七光徑，且該第五光徑與該第八光徑平行，該第六光徑與該第七光徑平行，該第六光徑與該第八光徑垂直，該第七光徑與該第八光徑垂直，而該第二光導引模塊包含：

第三分光層，用以反射該第三光束，以產生該第三反射光束，用以反射該第四光束，以產生該第四反射光束，其中該第三分光層允許該第二受激光束穿透；以及

第四分光層，用于反射該第二受激光束，以使該第二受激光束沿該第八光徑行進，其中該第四分光層允許該第三反射光束和該第四反射光束穿透。

較佳的，該第五光徑與該第六光徑平行，且該第五光徑垂直于該第七光徑及該第八光徑，該第六光徑垂直于該第七光徑及該第八光徑，該第七光徑與該第八光徑平行，而該第二光導引模塊包含：

第三分光層，用以反射該第三光束及該第四光束，以產生該第三反射光束及該第四反射光束，其中該第三分光層允許該第二受激光束穿透。

較佳的，另包含第一反射鏡及第二反射鏡，其中該第一反射鏡用以將該第二光束反射至該第一光導引模塊，而該第二反射鏡用以將該第四光束反射至該第二光導引模塊。

較佳的，另包含第一反射鏡及第二反射鏡，其中該第一反射鏡用以將該第一光束反射至該第一光導引模塊，而該第二反射鏡用以將該第三光束反射至該第二光導引模塊。

較佳的，該第一激光模塊、該第二激光模塊、該第三激光模塊和該第四激光模塊為藍光激光模塊。

較佳的，該光管具有第一入光面、中繼面和第二入光面，該第一入光面相對該第一光導引模塊設置，用以接收該第一受激光束和第二反射光束，該第二入光面相對該第二光導引模塊設置，用以接收該第二受激光束和該第四反射光束，該中繼面與該第一入光面夾第一角度且該中繼面向該第二入光面傾斜，用以反射該第二受激光束及該第四反射光束。

與現有技術相比，本發明提供一種激光投影機的光源系統，省略了中繼(relay)系統，故光源系統的體積可以大幅地縮小。此外，由于光源系統具有兩個激光模塊，故可簡易地通過調整不同激光模塊的輸出功率的方式，調整光源系統所輸出的合光光束的光譜能量分布，以符合不同的投影需求。

為了對本發明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下：

附圖說明

圖1為一種現有技術的投影機的光源系統的示意圖。

圖2為圖1的熒光粉色輪的示意圖。

圖3為本發明實施例的激光投影機的光源系統的示意圖。

圖4用以說明本發明實施例中兩個分光層的光學特性。

圖5為本發明實施例的波長轉換裝置為熒光色輪時的示意圖。

圖6為圖5的波長轉換裝置沿虛線AA’的剖面圖。

圖7為本發明實施例的第一激光模塊的結構示意圖。

圖8至圖11分別為本發明實施例的激光投影機的光源系統的示意圖。

圖12為圖11的光管的示意圖。

圖13至圖14分別為本發明實施例的激光投影機的光源系統的示意圖。

具體實施方式

為使對本發明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。

請參考圖3，圖3為本發明激光投影機的光源系統100的示意圖。光源系統100用以產生激光投影機的投影系統190所需的合光光束180。投影系統190可以但不限于是液晶覆硅(Liquid Crystal on Silicon；LCOS)投影系統或三色數字光源處理(Three Digital Light Processing；3DLP)投影系統。光源系統100包含激光模塊110、激光模塊120、光導引模塊130、波長轉換裝置151以及光管170。激光模塊110用以產生沿光徑P1行進的光束B1。激光模塊120用以產生沿光徑P2行進的光束B2。光導引模塊130用以反射光束B1以產生沿光徑P3行進的反射光束R1，并用以反射光束B2以產生沿光徑P4行進的反射光束R2。波長轉換裝置151具有波長轉換層152，用以接受反射光束R1的照射，以產生逆上述光徑P3行進的受激光束F1。光導引模塊130會將受激光束F1導引至光徑P4。光管170則用以匯合受激光束F1及反射光束R2，以產生合光光束180。

在本實施例中，光徑P1與光徑P2垂直，光徑P1與光徑P3垂直，且光徑P1與光徑P4平行，光徑P2與光徑P3平行且與光徑P4垂直，光徑P3與光徑P4垂直。此外，光導引模塊130包含兩個分光層131及分光層132，而分光層131與分光層132垂直交叉設置且應用于光學組件，以形成十字分光層片組(X-Plate)或合光棱鏡(X-Cube)。其中，分光層131用以反射光束B1以產生反射光束R1，且分光層131允許受激光束F1穿透,且分光層131用以反射光束B2以產生反射光束R2。分光層132用于反射受激光束F1以使受激光束F1沿光徑P4行進,允許反射光束R2和反射光束R1穿透。由于光源系統100可不使用先前技術的投影設備的中繼(relay)系統，故光源系統100的體積可以大幅地縮小。此外，由于光源系統100具有激光模塊110及激光模塊120，故可簡易地通過調整激光模塊110及/或激光模塊120的輸出功率或數量等方式，動態地調整合光光束180的光譜能量分布，以符合不同的投影需求。

在本發明實施例中，激光模塊110與激光模塊120皆為藍光激光模塊，故光束B1、光束B2、反射光束R1及反射光束R2皆為藍光激光光束。應了解的是，亦可采用紫外或近紫外激光模塊，以產生紫外或近紫外激光光束。當藍色的反射光束R1照射波長轉換裝置151時，波長轉換裝置151的波長轉換層152會將反射光束R1進行波長的轉換，而使得受激光束F1的波長與反射光束R1的波長不相等。在本發明實施例中，波長轉換層152為熒光粉層，由涂布在波長轉換裝置151上的熒光粉所構成。在本發明另一實施例中，波長轉換層152包含多個量子點(quantum dots)，每個量子點接收部分的光束B2，以產生受激光束F1的一部分。由于分光層131及分光層132具有不同的光學特性，故分光層131及分光層132對不同波長的反射光束R1及受激光束F1會有不同的光學表現。請參考圖4，圖4用以說明本發明實施例中分光層131與分光層132的光學特性。其中，曲線153用以表示光束B1及光束B2與反射光束R1及反射光束R2為藍色光束時的波長分布，曲線155用以表示分光層131的光學特性，曲線157用以表示分光層132的光學特性。由曲線153可知，光束B1及光束B2與反射光束R1及反射光束R2的波長大約在460nm附近。此外，受激光束F1的波長大致上大于500nm。依據曲線155，光束B1及光束B2對分光層131的穿透率約為0％，而受激光束F1對分光層131的穿透率約為100％，故分光層131會反射光束B1及光束B2以產生反射光束R1及反射光束R2，且分光層131允許受激光束F1穿透。另依據曲線157，光束B1及光束B2與反射光束R1及反射光束R2對分光層132的穿透率約為100％，而受激光束F1對分光層132的穿透率約為0％，故分光層132允許光束B1及光束B2與反射光束R1及光束R2穿透，且分光層132會將來自波長轉換裝置151的受激光束F1反射至光管170。

在本發明實施例中，波長轉換裝置151為熒光色輪。請參考圖5及圖6。圖5為本發明實施例的波長轉換裝置151為熒光色輪時的示意圖，而圖6為圖5的波長轉換裝置151沿虛線AA’的剖面圖。如圖6所示，本實施例中，波長轉換裝置151為環狀的熒光色輪，而包含有反射層154以及為熒光粉層的波長轉換層152。反射層154的作用在反射波長轉換層152所產生的熒光，以使波長轉換層152所產生的熒光匯聚成受激光束F1。相較于圖2的熒光粉色輪15，圖5的波長轉換裝置151則不具有穿透區24，故反射光束R1不會穿過波長轉換裝置151，進而使波長轉換裝置151可持續不中斷地產生受激光束F1。

請再參考圖3。在本發明實施例中，光源系統100可另包含驅動裝置156，用以驅動波長轉換裝置151以使波長轉換裝置151轉動，并與波長轉換裝置151組成波長轉換模塊150。由于波長轉換裝置151的轉動，光束R1不會一直照射在波長轉換裝置151的同一個地方，而有助于波長轉換裝置151的散熱，并延長波長轉換裝置151的使用壽命。在本發明實施例中，驅動裝置156可以是電動馬達。

在本發明實施例中，激光模塊110及激光模塊120可具有多個激光光源。請參考圖7，圖7為本發明實施例的激光模塊110的結構示意圖。在此實施例中，激光模塊110具有多個激光光源112、多個激光光源114、多個反射鏡118以及透鏡119。激光光源112及激光光源114分別產生激光光束115，而每一個激光光源114所產生的激光光束115會經由對應的反射鏡118反射至透鏡119。激光光源112所產生的激光光束115會通過反射鏡118旁的間隙而射向透鏡119。透鏡119會匯聚激光光源112及激光光源114所產生的激光光束115而形成光束B1。藉由這樣的設置，激光模塊110所產生的光束B1的亮度會較單一激光光源所產生的光束的亮度大許多倍。此外，藉由反射鏡118的設置，可降低激光模塊110的單位面積的激光光源的數目，而有助于散熱。激光模塊120亦可依據圖7的方式設置，在此即不再贅述。

請參考圖8，圖8為本發明實施例的激光投影機的光源系統800的示意圖。光源系統800與圖3的光源系統300類似，亦具有激光模塊110、激光模塊120、波長轉換裝置151以及光管170，用以產生激光投影機的投影系統190所需的合光光束180。光源系統800與光源系統300之間主要的差異在于光源系統300的光導引模塊130由光導引模塊830所取代，而光導引模塊830由分光層831所組成。與光源系統300類似的，光源系統800的激光模塊110用以產生沿光徑P1行進的光束B1，而光源系統800的激光模塊120用以產生沿光徑P2行進的光束B2。分光層831會反射光束B1及光束B2以產生反射光束R1及反射光束R2。反射光束R1及反射光束R2分別沿光徑P3及光徑P4行進。在本實施例中，光徑P1與光徑P2平行，且光徑P1垂直于光徑P3及光徑P4，光徑P2垂直于光徑P3及光徑P4，而光徑P3與光徑P4平行。波長轉換裝置151具有波長轉換層152，用以接受反射光束R1的照射，以產生逆上述光徑P3行進的受激光束F1。分光層831允許受激光束F1穿透，故受激光束F1會射入光管170。光管170則用以匯合受激光束F1及反射光束R2，以產生合光光束180。在本發明實施例中，光源系統800的激光模塊110與激光模塊120可為藍光激光模塊，其所產生的光束B1及光束B2皆為藍光光束，而分光層831的光學特性可以以圖4中的曲線155表示。

請再參考圖3及圖8。在本發明實施例中，激光模塊120與光導引模塊130或與光導引模塊830之間可另設置擴散片160，用以擴散激光模塊120所產生的光束B2，而使光束B2均勻化。在本發明實施例中，擴散片160可為一個擴散輪(diffuser wheel)，而光源系統可另包含驅動模塊，用以驅動擴散輪160轉動。請參考圖9，圖9為本發明實施例的激光投影機的光源系統900的示意圖。在此實施例中，光源系統900的擴散片160為擴散輪。光源系統900與圖3的光源系統100相似，而光源系統100與光源系統900之間的差別在于光源系統900另包含驅動模塊161，用以驅動擴散輪160轉動。驅動裝置161可以是電動馬達。此外，光源系統900可另包含透鏡162及透鏡164。其中，透鏡162設于光導引模塊130與波長轉換裝置151之間，用以匯聚反射光束R1并對受激光束F1進行擴散。透鏡164設于光導引模塊130與光管170之間，用以匯聚受激光束F1及反射光束R2。類似的，可在圖8的光源系統800的架構下另設置驅動模塊161、透鏡162及透鏡164，如圖10所示的光源系統1000。

在本發明的實施例中，上述的光管170可采用如美國專利申請公開號US2008/0068819中所揭露的導光柱(integrating rod)，用以匯合來自兩不同方向的光線，以產生投影機的投影系統所需的合光光束180。請參考圖11，圖11為本發明實施例的激光投影機的光源系統1100的示意圖。光源系統1100具有第一子系統100A及第二子系統100B。光源系統1100的光管1170可接收來自第一子系統100A及第二子系統100B的光束，以產生合光光束180。第一子系統100A在結構上與圖3的光源系統100相似。第一子系統100A具有激光模塊110、激光模塊120、光導引模塊130以及波長轉換裝置151，用以產生入射到光管1170的反射光束R2及受激光束F1。第二子系統100B與第一子系統100A在結構上對稱，而用以產生入射到光管1170的反射光束R4及受激光束F2。

第二子系統100B亦具有激光模塊110、激光模塊120、光導引模塊130以及波長轉換裝置151。在第二子系統100B之中，激光模塊110產生沿光徑P5行進的光束B3，激光模塊120產生沿光徑P6行進的光束B4。此外，第二子系統100B的光導引模塊130用以反射光束B3，以產生沿光徑P7行進的反射光束R3，并用以反射光束B4以產生沿光徑P8行進的反射光束R4。波長轉換裝置151的波長轉換層152用以接受反射光束R3的照射而產生逆上述光徑P7行進的受激光束F2。光導引模塊130會將受激光束F2導引至光徑P8。光管1170可采用如美國專利申請公開號US2008/0068819中所揭露的導光柱。請參考圖12，圖12為圖11的光管1170的示意圖。光管1170具有入光面1172、中繼面1174及入光面1176。入光面1172相對第一子系統100A的光導引模塊130設置，用以接收受激光束F1及反射光束R2。入光面1176相對第二子系統100B的光導引模塊130設置，用以接收受激光束F2及反射光束R4。中繼面1174與入光面1172夾第一角度且中繼面1174向入光面1176傾斜，用以反射受激光束F2及反射光束R4，其中，該第一角度例如為135度，但不以此為限。其中，經中繼面1174反射后的受激光束F2和反射光束R4與受激光束F1和反射光束R2沿相似或者相同方向傳播。光管1170匯合受激光束F1、受激光束F2、反射光束R2及反射光束R4，以產生合光光束180。應了解的是，光管1170不以上述結構為限，端視產品設計可采用如美國專利申請公開號US2008/0068819中所揭露的導光柱。

請再參考圖11，在此實施例中，光徑P5與光徑P6和光徑P7垂直,且光徑P5與光徑P8平行，光徑P6與光徑P7平行且與光徑P8垂直，光徑P7與光徑P8垂直。第二子系統100B的光導引模塊130亦包含分光層131及分光層132。其中，分光層131用以反射光束B3以產生反射光束R3，用以反射光束B4以產生反射光束R4，且分光層131允許受激光束F2穿透。分光層132則用于反射受激光束F2，以使受激光束F2沿光徑P8行進，允許穿透反射光束R3和反射光束R4。此外，第二子系統100B的分光層132允許光束B3穿透。

在本發明實施例中，為更進一步地縮小光源系統1100體積，光源系統1100可另包含反射鏡1110及反射鏡1120。其中，反射鏡1110設于第一子系統100A內，用以將光束B2反射至第一子系統100A的光導引模塊130。反射鏡1120設于第二子系統100B內，用以將光束B4反射至第二子系統100B的光導引模塊130。

光源系統1100的第一子系統100A及第二子系統100B亦可改采用圖8的光源系統800的架構。請參考圖13，圖13為本發明實施例的激光投影機的光源系統1300的示意圖。光源系統1300包含第一子系統800A及第二子系統800B。第一子系統800A在結構上與圖8的光源系統800相似，而第二子系統800B與第一子系統800A在結構上對稱。第一子系統800A具有激光模塊110、激光模塊120、光導引模塊830以及波長轉換裝置151，用以產生入射到光管1170的反射光束R2及受激光束F1。

第二子系統800B亦具有激光模塊110、激光模塊120、光導引模塊830以及波長轉換裝置151。在第二子系統800B之中，激光模塊110產生沿光徑P5行進的光束B3，激光模塊120產生沿光徑P6行進的光束B4。此外，第二子系統800B的光導引模塊830用以反射光束B3，以產生沿光徑P7行進的反射光束R3，并用以反射光束B4以產生沿光徑P8行進的反射光束R4。波長轉換裝置151的波長轉換層152用以接受反射光束R3的照射而產生逆上述光徑P7行進的受激光束F2。光導引模塊830會將受激光束F2導引至光徑P8。光管1170匯合受激光束F1、受激光束F2、反射光束R2及反射光束R4，以產生合光光束180。

在本實施例中，光徑P5與光徑P6平行,且光徑P5與光徑P7及光徑P8垂直，光徑P6與光徑P7及光徑P8垂直，光徑P7與光徑P8平行。第二子系統800B的光導引模塊830具有分光層831，用以分別反射光束B3及B4，以產生反射光束R3及R4。此外，第二子系統800B中的分光層831允許受激光束F2穿透。

此外，光源系統1300亦可另包含反射鏡1110及反射鏡1120。其中，反射鏡1110設于第一子系統100A內，用以將光束B1反射至第一子系統800A的光導引模塊830。反射鏡1120設于第二子系統800B內，用以將光束B3反射至第二子系統800B的光導引模塊830。

請參考圖14，圖14為本發明實施例的激光投影機的光源系統1400的示意圖。光源系統1400與圖11的光源系統1100相似，而兩者主要的不同點在于光源系統1400以第二子系統800B取代了光源系統1100的第二子系統100B。由于第一子系統100A及第二子系統800B的操作方式已說明如上，在此即不再贅述。此外，在本發明的另一實施例中，圖13中的第一子系統800A可以以圖11中的第一子系統100A取代。換言之，在此實施例中，光源系統的第一子系統及第二子系統分別為第一子系統100A及第二子系統800B，用以產生受激光束F1、反射光束R2、受激光束F2及反射光束R4。

在本發明的實施例中的光源系統，由于不具有如先前技術的投影設備的中繼(relay)系統，故光源系統的體積可以大幅地縮小。此外，由于光源系統具有兩個激光模塊，故可簡易地透過調整不同激光模塊的輸出功率或數量等方式，調整光源系統所輸出的合光光束的光譜能量分布，以符合不同的投影需求。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋范圍。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發明的范圍。相反地，在不脫離本發明的精神和范圍內所作的更動與潤飾，均屬本發明的專利保護范圍。