TWI443441B - 光源系統 - Google Patents

Description

光源系統

本發明為一光源系統，特別為一用於投影機的光源系統。

隨著近年來，固態光源發展以及技術成熟的影響，相較於傳統的光源，固態光源因具有較長壽命、較高效率以及可快速切換等優點，已漸漸的取代傳統光源並應用於市面多數的立體投影裝置。

一般利用固態光源作為多路波長立體投影裝置之設計，大多採用二不同波長藍光雷射搭配二色輪模組的基本架構。詳細而言，藍光雷射係提供一光線。於投影裝置運作的不同時序，該光線進入或穿透一螢光轉盤，被轉換成一紅光、一綠光或維持原兩波長藍光。接著，紅光、綠光或藍光進入一窄波段色輪，並依據通過的色輪之窄波段濾色區，再將各色光分成左眼視角光線或是右眼視角光線。此種配置下，雖光路簡單，但卻需要考量螢光轉盤與色輪兩者的同步問題，亦需使用較複雜的結構使光路可精準的對位及調控，故所需的成本較高且難以微型化，較不符合經濟的需求以及業界的發展趨勢。

因此，如何設計出一精簡的光學配置、體積微型化、可應用於立體投影或平面投影、或提升亮度之光源系統，乃為此業界亟需努力之目標。

本發明之一目的為提供一種精簡的光學配置之光源系統。而本發明之又一目的為提供一種體積微型化之光源系統。而本發明之再一目的為提供一可應用於立體投影之光源系統。本發明之另一目的為提供一應用於平面投影且可具有較佳色域之光源系統。

為達上述目的，本發明所揭露的一光源系統，其包含二固態光源、二濾波片、一轉盤、一第一反射器、一第二反射器及一多波段濾波器。轉盤具有第一表面及與第一表面相對之第二表面，二固態光源與二濾波片皆設於第一表面前。第一反射器、第二反射器及多波段濾波器設於轉盤第二表面前，且多波段濾波器位於第一及第二反射器之間，並與第一及第二反射器光耦合。

二固態光源為相鄰設置，且分別用以產生具有第一波段之第一光線及具有第二波段之第二光線。二濾波片則分別設置於二固態光源前，且分別與第一波段及第二波段匹配。其中，轉盤之第一表面更具有一第一波段轉換區、一反射區及一穿透區。詳細而言，第一波段轉換區與反射區沿著轉盤的一徑向對稱地設置，而第二表面之第二波段轉換區與第一波段轉換區相對且對稱地設置。且第一及第二波段轉換區皆用以將第一或第二光線轉換成具有一第三波段的第三光線。且第三波段之第三光線藉由第一反射器光耦合進入多波段濾波器，多波段濾波器則用以讓第三光線中的具有一第四波段的一第四光線通過，並反射第三光線中的具有一第五波段的一第五光線，而第四及第五波段皆涵蓋於第三波段中。

藉由以上配置，即可使投影機之光閥於不同時段分別接收具有不同波段之光線，以提供使用者一立體影像。

為了讓上述的目的、技術特徵和優點能夠更為本領域之人士所知悉並應用，下文係以本發明之數個較佳實施例以及附圖進行詳細的說明。

以下將透過實施方式來解釋本發明內容，本發明係關於一光源系統。需說明者，在下述實施例以及附圖中，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以直接限制本發明，同時，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件均已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係以及元件數量僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例、實際大小及實際數量。

請先參考第1A及第1B圖，分別為本發明之光源系統之第一實施態樣之轉盤之前視圖及側視圖。轉盤13可設置於本發明之光源系統（可參考第2A圖）中，且可由一致動器（圖未示出）所驅動；詳言之，致動器連接轉盤13，並可轉動轉盤13。

進一步而言，轉盤13具有一第一表面及一與第一表面相對之第二表面，且第1A圖為例示第一表面之前視圖。其中，第一表面更具有一第一波段轉換區132、一反射區134及一穿透區136。第一波段轉換區132與反射區134分設於轉盤13之轉軸之兩側(例如上側及下側)，並沿著轉盤13的一徑向對稱地設置。

第一波段轉換區132更包含一紅光波段轉換區及一綠光波段轉換區，穿透區136更包含一第一穿透區及一第二穿透區，且第一穿透區與第二穿透區沿轉盤13之徑向對稱地設置。當轉盤13設置於光源系統時，光源系統之固態光源所產生之光線將對應第一波段轉換區132、反射區134或穿透區136，被轉換成具有其它波段的光線(定義為一第三光線)、反射或穿透。

請參考第1B圖，與第一表面相對之第二表面具有一第二波段轉換區138，且第二波段轉換區138與第一波段轉換區132為對稱地及相對地設置。第二波段轉換區138也包含一紅光波段轉換區及一綠光波段轉換區(圖未示)，且第二波段轉換區138也可將光源系統之固態光源所產生之光線轉換成具有其它波段的光線(也定義為第三光線)。

由於第一波段轉換區132及第二波段轉換區138皆包含綠光波段轉換區及紅光波段轉換區，第一波段轉換區132與第二波段轉換區138所轉換出的光線則對應地為一綠光及紅光。於其它實施態樣中，若第一波段轉換區132及第二波段轉換區138更涵蓋一黃光波段轉換區時，所轉換出的光線亦可對應為一黃光。

此外，第一波段轉換區132及第二波段轉換區138皆為一反射式波段轉換區，也就是，第一波段轉換區132及第二波段轉換區138皆具有一反射面及一設置於反射面的螢光物質(phosphor materials)；螢光物質用以轉換光線的波段，而反射面將轉換出的光線反射。換言之，第一波段轉換區132(或第二波段轉換區138)所轉換出的光線會被反射面反射而離開第一波段轉換區132(或第二波段轉換區138)，不會穿透轉盤132。

請參考第2A圖至第2C圖，分別為光源系統之第一實施態樣於不同時序之示意圖。於本實施態樣中，光源系統2可包含：二固態光源21、二濾波片22、一轉盤23、一第一反射器24、一第二反射器25、一多波段濾波器26及一均光元件27。

其中，轉盤23與第1A圖及第1B圖所示之轉盤13為相同的轉盤，而二固態光源21與二濾波片22皆設置於轉盤23之第一表面前（也就是轉盤23的前側），第一反射器24、第二反射器25及多波段濾波器26則設於轉盤23之第二表面前（也就是轉盤23的後側）。為了清晰顯示轉盤23在光源系統2中與其他構件的相互搭配情況，調控轉盤23之相關構件(例如制動器)已被省略。

多波段濾波器26位於第一反射器24及第二反射器25之間，且分別與第一反射器24及第二反射器25光耦合。而均光元件27則與第二反射器25光耦合，以接受由第二反射器25傳遞來的光線。均光元件27可為一陣列透鏡（lens array）、一蠅眼透鏡（fly lens）、一集光柱（integration rod）或一光導管（light tunnel），但不以此為限。

需說明的是，前述或後述所提及的「光耦合」係泛指光學元件之間的光線相互傳遞的情形，也就是指，若兩光學元件光耦合，表示其中一光學元件發出的光線可傳遞至另一光學元件上。

二固態光源21為相鄰地設置，且分別用以產生一具有第一波段之第一光線21A及一具有第二波段之第二光線21B。該二固態光源各可為一雷射固態光源，且第一光線21A與第二光線21B各為一藍光(藍色雷射光束)，但第一光線21A的第一波段與第二光線21B的第二波段並不相同。舉例而言，第一光線21A的第一波段可為460奈米(nm)左右，而第二光線21B的第一波段可為448奈米(nm)左右。

依據二固態光源21之不同操作方式，轉盤23之穿透區（請參考第1A圖）會相對應改變其實施方式。

詳言之，請配合請參考第1A圖，若二固態光源21為同時且連續開啟，則轉盤23之第一穿透區可為一濾波片，並與第一光線21A之第一波段匹配；換言之，當第一光線21A及第二光線21B同時射至第一穿透區時，第一穿透區僅容許具有第一波段之第一光線21A通過，反射具有第二波段之第二光線21B。相似地，轉盤23之第二穿透區也可為一濾波片，並與第二波段匹配。

若將二固態光源採用分時(非同時)開啟的方式，則轉盤23之第一穿透區與第二穿透區則可為透明板，不具有篩選第一及第二波段之特性；如此，第一光線21A或第二光線21B射至第一穿透區或第二穿透區時，皆可直接穿過第一穿透區與第二穿透區。

請復參閱第2A圖至第2C圖，二濾波片22分別設置於二固態光源21前，且分別與第一光線21A的第一波段及第二光線21B的第二波段匹配。與第一波段匹配之濾波片22僅能使具有第一波段之第一光線21A通過，而反射其他波段之光線；相似地，與第二波段匹配之濾波片22僅能使具有第二波段之第二光線21B通過，而反射其他波段之光線。

多波段濾波器26可為一透明板，其上被設置有多層光學鍍膜，以使多個特定波段的光線可通過其中，並使多個特定波段的光線反射。以下，將可通過多波段濾波器26的光線定義為一第四光線，而被多波段濾波器26反射的光線則定義為一第五光線。請參閱第3圖，本實施態樣中，多波段濾波器26可使藍色光線中的B1波段(第一波段)及B2波段（第二波段）、綠色光線中的G2波段及紅色光線中的R2波段通過，而使綠色光線中的G1波段及紅色光線中的R1波段被反射。

第一反射器24可為一楔型反射器，該楔型反射器可由一透光材料製成，而楔型反射器的兩相傾斜的表面分別被設置一濾波用的光學鍍膜及一反射用的光學鍍膜，以使該兩表面分別變成一濾波面242及一反射面244；換言之，第一反射器24包含一濾波面242及一反射面244，而濾波面242相對於反射面244為傾斜設置。濾波面242可用以讓被轉盤23之第一波段轉換區232轉換出的第三光線通過，並反射第一光線21A及第二光線21B，而反射面244則可用以反射該第三光線。於其它實施態樣中，第一反射器24可由二透明的板體所構成(圖未示)，其中一板體具有濾波面242，而另一板體則具有反射面244。

第二反射器25也具有一反射面，可用以反射第一光線21A、第二光線21B、第四光線或第五光線。光源系統2更可選擇地包含二透鏡28，該二透鏡28分別設置於多波段濾波器26的兩側(上側及下側)，且設置於第一反射器24與第二反射器25之間。

接著將說明光源系統2的運作。為了易於理解及說明，以下將光源系統2的運作過程，依據轉盤23之第一波段轉換區、反射區、第一穿透區及第二穿透區，來分成一第一時序、一第二時序、第三時序及第四時序說明。此運作過程的分法僅為說明上之便利，而並非一限制；光源系統2實際操作時，各時序可為交替切換。

此外，為了方便理解，第2A圖至第2C圖中之具有不同波段之光線，皆採用不同的線段繪示。並且，於各時序中，二固態光源21皆為同時且連續開啟。

請參考第2A圖，於第一時序時，轉盤23之第一波段轉換區232轉動至對應二固態光源21的位置，且藉由設置於二固態光源21與轉盤23間的一透鏡組，使第一光線21A及第二光線21B同時匯聚於轉盤23之第一波段轉換區232上。

第一光線21A及第二光線21B匯聚至第一波段轉換區232後，會被第一波段轉換區232轉換成具有第三波段之第三光線（圖中以粗框線之箭頭繪示）；此時第三光線為紅光或綠光。具有第三波段之第三光線因與二濾波片22不匹配，故被濾波片22反射，然後經由轉盤23旁，傳遞至第一反射器24。

第三光線接著穿過第一反射器24之濾波面242，被反射面244反射且被透鏡28準直後，抵達至多波段濾波器26。接著，多波段濾波器26使第三光線中具有一第四波段的一第四光線（圖中以虛線繪示）通過，第三光線中具有其他波段的光線（圖未示出）則會被多波段濾波器26反射而無法通過多波段濾波器26。

第四波段為第3圖所示的G2或R2波段，故第四光線仍為綠光或紅光。第四波段涵蓋於第三光線的第三波段中，舉例而言，若第三光線的第三波段涵蓋G2波段及G1波段時，第四光線的第四波段則為第三波段的一部份—G2波段。

爾後，第四光線被透鏡28準直後，傳遞至第二反射器25。第四光線被第二反射器25反射而進入一均光元件27，使第四光線進入投影機的一光閥（DMD、LCD或LCoS，圖未示）前被均勻化。最後，投影機可將該第四光線投射出，並構成一第一視角影像(例如左眼視角影像)的一顏色部分(也就是紅色及綠色部分)。

請參考第2C圖，於第二時序時，轉盤23之穿透區之第二穿透區（請參考第1A圖）轉動至對應二固態光源21的位置，而第一光線21A及第二光線21B同時匯聚於轉盤23之第二穿透區。由於第二穿透區為「與第二波段匹配」的濾波片，僅第二光線21B可穿透第一穿透區，而第一光線21A則被第二穿透區反射。

穿過第二穿透區的第二光線21B接著被第一反射器24的濾波面242反射，然後穿過多波段濾波器26。多波段濾波器26並不會對第二光線21B作用（請參考第3圖），因此第二光線21B穿過多波段濾波器26後，仍為第二光線21B。第二光線21B接著被第二反射器25反射至均光元件27，然後抵達至投影機的光閥。最後，投影機可將第二光線21B投射出，並構成該第一視角影像(左眼視角影像)的另一顏色部分(也就是藍色部分)。

由上述可知，光源系統2在第一及第二時序時，至少可輸出三個波段(R2、G2、B2)的光線至投影機的光閥，使投影機可投射出完整的第一視角影像。

請接著參考第2B圖，於第三時序時，轉盤23之反射區234轉動至對應二固態光源21的位置，而第一光線21A及第二光線21B同時傳遞至轉盤23之反射區234上。第一光線21A被反射區234反射後，傳遞至匹配第二波段之濾波片22(較下方的濾波片22)，再被濾波片22反射，通過轉盤23旁，抵達至第一反射器24。第二光線21B被反射區234反射後，則是被匹配第一波段之濾波片22(較上方的濾波片22)反射至第一反射器24。

接著，第一光線21A及第二光線21B會被第一反射器24之濾波面242反射，穿過多波段濾波器26；多波段濾波器26並不會對第一光線21A及第二光線21B作用。爾後，第一光線21A及第二光線21B被第二反射器25反射至轉盤23之第二表面之第二波段轉換區238，然後被第二波段轉換區238轉換成具有第三波段之第三光線（圖中以粗框線之箭頭繪示），此時第三光線為紅光或綠光。

第三光線接著被第二反射器25反射至多波段濾波器26。第三光線到達多波段濾波器26後，多波段濾波器26使第三光線中具有第四波段的第四光線（圖未示出）通過，並使第三光線中第五波段的第五光線（圖中以虛線繪示）反射。第五波段可為第3圖所示的G1或R1波段，故第五光線仍為綠光或紅光。

第五波段亦涵蓋於第三光線的第三波段中，舉例而言，若第三光線的第三波段涵蓋G1波段及G2波段時，第五光線的第五波段則為第三波段的一部份—G1波段。

被多波段濾波器26反射的第五光線會傳遞第二反射器25，被第二反射器25反射至均光元件27中，然後進入投影機的光閥。最後，投影機可將第五光線部分地投射出，並構成一第二視角影像(例如右眼視角影像)的一顏色部分(也就是紅色及綠色部分)。

請參考第2C圖，於第四時序時，轉盤23之穿透區之第一穿透區（請參考第1A圖）轉動至對應二固態光源21的位置，而第一光線21A及第二光線21B同時匯聚於轉盤23之第一穿透區。由於第一穿透區為「與第一波段匹配」的濾波片，僅第一光線21A可穿透第一穿透區，而第二光線21B則被第一穿透區反射。

穿過第一穿透區的第一光線21A接著被第一反射器24的濾波面242反射，然後穿過多波段濾波器26；多波段濾波器26並不會對第一光線21A作用。第一光線21A接著被第二反射器25反射至均光元件27中，然後抵達至投影機的光閥。最後，投影機可將該第一光線21A投射出，並構成該第二視角影像(右眼視角影像)的另一顏色部分(也就是藍色部分)。

由上述可知，光源系統2在第三及第四時序時，至少可輸出另外三個波段(R1、G1、B1)的光線至投影機的光閥，以使投影機可投射出完整的第二視角影像。

需說明的是，於第二時序及第四時序時，二固態光源21也可採用分時開啟的方式。詳言之，於第二時序時，只有下方的固態光源21會開啟，使得僅第二光線21B匯聚至第二穿透區；而於第四時序時，只有上方的固態光源21會開啟，使得僅第一光線21B匯聚至第一穿透區。因為僅有第一光線21A匯聚至第一穿透區，第一穿透區就可不需具有可反射第二光線的特性；同理，第二穿透區也可不需具有可反射第一光線的特性。如此，第一穿透區及第二穿透區可為一透明板。

請參閱第4圖，為一配合本發明之光源系統之第一實施態樣的被動式眼鏡的波段與穿透率之關係示意圖，並請配合參閱第2A圖及第3圖。在觀看投影機所投射出的第一視角影像及第二視角影像時，觀看者需配戴一被動式眼鏡(圖未示)。該被動式眼鏡的一左眼鏡片只能讓具有R1波段、G1波段、B1波段的光線穿過，而一右眼鏡片只能具有R2波段、G2波段、B2波段的光線通過。

觀看者配戴被動式眼鏡後，其左眼將只會接受到「由具有R1波段、G1波段、B1波段的光線構成的第一視角影像」，而其左眼只會接受到「由具有R2波段、G2波段、B2波段的光線構成的第二視角影像」；爾後，一立體影像即會在觀看者的腦中形成。

需說明的是，光源系統2除了可用於立體影像的投影，還可用於平面影像的投影。

詳言之，本發明之光源系統亦可應用一兼具顯示立體影像及平面影像之投影系統時，若切換顯示成平面影像時，則將光源系統2的轉盤23固定且不轉動，使轉盤23的穿透區需保持與固態光源21相對，使得第一光線21A或第二光線21B持續匯聚至穿透區；如此，光源系統2的均光元件27只會輸出第一光線21B或第二光線21B(也就是輸出藍色雷射光束)；接著，均光元件27的出光面前將設置一色輪(圖未示)，第一光線21B或第二光線21B通過色輪後，可轉換成具有其它波段的光線，作為平面影像投影之用。

綜上所述，本發明之光源系統係利用二固態光源，並藉由轉盤與多波段濾波器之配合，可於不同時序於輸出具有不同波段之光線至投影機的光閥，使投影機可投射出具有不同視角的影像來供觀看者觀看。此外，本發明之光源系統也可用於平面影像投影，以使平面影像有較佳之色域。總結地說，本發明之光源系統至少具有以下特點之一：製造成本較低、光學配置精簡、體積微型化及輸出光線的亮度較高。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

13、23．．．轉盤

132、232．．．第一波段轉換區

134、234．．．反射區

136．．．穿透區

138．．．第二波段轉換區

2．．．光源系統

21．．．固態光源

21A．．．第一光線

21B．．．第二光線

22．．．濾波片

24．．．第一反射器

242．．．濾波面

244．．．反射面

25．．．第二反射器

26．．．多波段濾波器

27．．．均光元件

28．．．透鏡

B1、B2、R1、R2、G1、G2．．．波段

第1A圖係為本發明之光源系統之第一實施態樣之轉盤之前視圖；

第1B圖係為第1A圖所示之轉盤之側視圖；

第2A圖係為本發明之光源系統之第一實施態樣於第一時序之示意圖；

第2B圖係為本發明之光源系統之第一實施態樣於第三時序之示意圖；

第2C圖係本發明之光源系統之第一實施態樣於第二時序或第四時序之示意圖；

第3圖為本發明之光源系統之第一實施態樣之多波段濾波器之波段與穿透率之關係示意圖；以及

第4圖為配合本發明之光源系統之第一實施態樣的被動式眼鏡的波段與穿透率之關係示意圖。

2．．．光源系統

21．．．固態光源

21A．．．第一光線

21B．．．第二光線

22．．．濾波片

23．．．轉盤

232．．．第一波段轉換區

234．．．反射區

24．．．第一反射器

242．．．濾波面

244．．．反射面

25．．．第二反射器

26．．．多波段濾波器

27．．．均光元件

28．．．透鏡

Claims (11)

1. 一光源系統，包含：
   　　二固態光源，相鄰設置且分別用以產生具有一第一波段之一第一光線及具有一第二波段之一第二光線；
   　　二濾波片，分別設置於該二固態光源前，且分別與該第一波段及該第二波段匹配；
   　　一轉盤，具有一第一表面及一與該第一表面相對之第二表面，該二固態光源與該二濾波片設於該第一表面前，該第一表面具有一第一波段轉換區、一反射區及一穿透區，該第一波段轉換區與該反射區沿著該轉盤的一徑向對稱地設置，該第二表面具有一第二波段轉換區，該第二波段轉換區與該第一波段轉換區對稱地設置，且該第一及該第二波段轉換區皆用以將該第一或第二光線轉換成具有一第三波段的一第三光線；
   　　一第一反射器及一第二反射器，設於該第二表面前；及
   　　一多波段濾波器，設於該第二表面前，且位於該第一及第二反射器之間，並與該第一及第二反射器光耦合，該多波段濾波器用以讓該第三光線中的具有一第四波段的一第四光線通過，並反射該第三光線中的具有一第五波段的一第五光線，而該第四及該第五波段皆涵蓋於該第三波段中。
2. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一反射器包含二板體，該二板體分別具有一濾波面及一反射面，而該濾波面相對於該反射面為傾斜設置，且該濾波面用以讓該第三光線通過，並反射該第一或第二光線。
3. 如請求項1所述之光源系統，其中，該第一反射器為一楔型反射器，且包含一濾波面及與一反射面，該濾波面相對於該反射面為傾斜設置，且該濾波面用以讓該第三光線通過，並反射該第一或第二光線。
4. 2或3所述之光源系統，更包含一透鏡組，該透鏡組設置於該二固態光源模組與該轉盤之間，用以使該第一光線或該第二光線匯聚於該轉盤之該第一表面之上。
5. 如請求項4所述之光源系統，更包含二透鏡，該二透鏡分別設置於該多波段濾波器的兩側，且設置於該第一反射器與該第二反射器之間。
6. 2或3所述之光源系統，其中，該穿透區包含一第一穿透區與一第二穿透區。
7. 如請求項6所述之光源系統，其中，該第一穿透區與該第一波段匹配，而該第二穿透區與該第二波段匹配。
8. 2或3所述之光源系統，更包含一均光元件，該均光元件與該第二反射器光耦合。
9. 如請求項8所述之光源系統，其中，該均光元件為一陣列透鏡（lens array）、一蠅眼透鏡（fly lens）、一集光柱（integration rod）或一光導管（light tunnel）。
10. 2或3所述之光源系統，其中，該二固態光源各為一雷射固態光源。
11. 如請求項10所述之光源系統，其中，該第一光線與該第二光線各為一藍光，而該第三光線為一紅光、綠光或黃光。