TWI885395B - 光源模組 - Google Patents

Abstract

一種光源模組，包括一波長轉換單元、一第一透鏡、一第二透鏡、一光路轉折元件及一發光元件。第一透鏡配置於波長轉換單元前方，第二透鏡配置於第一透鏡前方。光路轉折元件配置於第二透鏡旁，且不位於第一透鏡的光軸上。發光元件配置於第一透鏡旁，且用以發出一第一光束。第一光束依序被光路轉折元件轉折及穿透第一透鏡而傳遞至波長轉換單元，波長轉換單元用以將第一光束轉換成一第二光束。第一光束的波長不同於第二光束的波長，第二光束依序穿透第一透鏡及第二透鏡。

Description

光源模組

本發明是有關於一種光源模組。

隨著光電技術的進步，以雷射光束激發螢光粉而發出螢光的光源模組被發展出來。在此種光源模組中，由於雷射光束具有高光強度，因此也能夠激發出高光強度的螢光，進而提供發光強度高的光源。

為了將入射螢光粉的雷射光束及其所激發出的螢光的光路分開，習知技術中是採用一分色鏡（dichroic mirror）來達成。具體而言，雷射光束的波長會不同於與螢光的波長，分色鏡對不同的波長範圍會有不同的反射率或穿透率，而此分色鏡可設計成適於反射雷射光束，且適於讓螢光穿透。如此一來，來自雷射光源的雷射光束可被分色鏡反射而接著通過透鏡會聚至螢光粉，以激發出螢光，而螢光則在被透鏡準直化後穿透分色鏡，而在穿透分色鏡後與雷射光束的光路分開，而不會照射到雷射光源。

以上採用分色鏡的架構雖然能將螢光與雷射光束的光路分開，而使螢光不會傳遞回雷射光源，然而分色鏡卻也占用了透鏡前方的空間，使光學系統的體積變大。

本發明提供一種光源模組，其可具有較小的體積與較低的成本。

本發明的一實施例提出一種光源模組，包括一波長轉換單元、一第一透鏡、一第二透鏡、一光路轉折元件及一發光元件。第一透鏡配置於波長轉換單元前方，第二透鏡配置於第一透鏡前方。光路轉折元件配置於第二透鏡旁，且不位於第一透鏡的光軸上。發光元件配置於第一透鏡旁，且用以發出一第一光束。第一光束依序被光路轉折元件轉折及穿透第一透鏡而傳遞至波長轉換單元，波長轉換單元用以將第一光束轉換成一第二光束。第一光束的波長不同於第二光束的波長，第二光束依序穿透第一透鏡及第二透鏡。

在本發明的實施例的光源模組中，光路轉折元件配置於第二透鏡旁，且不位於第一透鏡的光軸上，且第一光束依序被光路轉折元件轉折及穿透第一透鏡而傳遞至波長轉換單元，而第二光束依序穿透第一透鏡及第二透鏡。因此，透過這樣的設計，可以以較小的空間就達到讓第一光束與第二光束的光路分開的效果，且在第一透鏡與第二透鏡前方可以不使用會占據空間的分色鏡。因此，本實施例的光源模組可以具有較小的體積與較低的成本。

圖1為本發明的一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖1，本實施例的光源模組100包括一波長轉換單元110、一第一透鏡120、一第二透鏡130、一光路轉折元件140及一發光元件150。在本實施例中，波長轉換單元110為螢光粉層或螢光旋轉輪。第一透鏡120配置於波長轉換單元110前方，第二透鏡130配置於第一透鏡120前方。光路轉折元件140配置於第二透鏡130旁，且不位於第一透鏡120的光軸A1上。發光元件150配置於第一透鏡120旁，且用以發出一第一光束152。第一光束152依序被光路轉折元件140轉折及穿透第一透鏡120而傳遞至波長轉換單元110。在本實施例中，發光元件150所發出的第一光束152在第一透鏡120遠離光軸A1的一側的空間中傳遞至光路轉折元件140。此外，在本實施例中，光路轉折元件140為一反射器，用以將發光元件150所發出的第一光束152反射至波長轉換單元110。具體而言，光路轉折元件140將來自發光元件150的第一光束152反射至第一透鏡120，接著第一光束152穿透第一透鏡120而傳遞至波長轉換單元110。在本實施例中，光路轉折元件140所轉折的第一光束152斜向入射第一透鏡120。在一實施例中，第一透鏡120能夠將近乎平行的第一光束152會聚於波長轉換單元110上。另外，在本實施例中，光路轉折元件140配置於第二透鏡130朝向第一透鏡120的表面132上。

在本實施例中，發光元件150為雷射光源，例如為雷射二極體，而第一光束152為雷射光束。波長轉換單元110用以將第一光束152轉換成一第二光束112，其中第一光束152的波長不同於第二光束112的波長。舉例而言，當波長轉換單元110為螢光粉層或螢光旋轉輪時，第一光束152會激發螢光粉層或螢光旋轉輪上的螢光粉，而產生螢光，此螢光即為第二光束112。然後，第二光束112依序穿透第一透鏡120及第二透鏡130而往外界傳遞，以對外界提供照明。當波長轉換單元110為螢光旋轉輪時，螢光旋轉輪可以透過不斷旋轉來使螢光粉層的不同部分依序被第一光束152照射，以達到熱源的分散效果，而使熱較不會累積於螢光粉層上。

在本實施例的光源模組100中，光路轉折元件140配置於第二透鏡130旁，且不位於第一透鏡120的光軸A1上，且第一光束152依序被光路轉折元件140轉折及穿透第一透鏡120而傳遞至波長轉換單元110，而第二光束112依序穿透第一透鏡120及第二透鏡130。因此，透過這樣的設計，可以以較小的空間就達到讓第一光束152與第二光束112的光路分開的效果，且在第一透鏡120與第二透鏡130前方可以不使用會占據空間的分色鏡。因此，本實施例的光源模組100可以具有較小的體積與較低的成本。

在本實施例中，光源模組100可以是汽車的頭燈，第一光束152例如為藍光，而第二光束112例如為黃光，波長轉換單元110的螢光粉層的下方可設有一反射基板，反射基板除了可將第二光束112反射至第一透鏡120之外，在一實施例中也可以將沒有被螢光粉層轉換的第一光束152反射至第一透鏡120。如此一來，呈黃色的第二光束112及呈藍色的沒被轉換的第一光束152便能夠混合成白光，且依序穿透第一透鏡120與第二透鏡130而傳遞至外界，進而形成白光的照明。然而，在其他實施例中，第一光束152與第二光束112也可以是其他顏色或波長的光束。舉例而言，第一光束152也可以是紫外光，而第二光束112可以是白光。

在本實施例中，第一透鏡120與第二透鏡130可以皆為凸透鏡。在一實施例中，第一透鏡120為凹凸透鏡，而第二透鏡130為平凸透鏡。然而，在其他實施例中，第一透鏡120與第二透鏡130也可以是其他類似的凸透鏡，例如雙凸透鏡。或者，在其他實施例中，第二透鏡130也可以是凹透鏡，而第一透鏡120與第二透鏡130的類型不以上述為限。

圖2為本發明的另一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖2，本實施例的光源模組100a與圖1的光源模組100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的光源模組100a中，光路轉折元件140具有背對第二透鏡130的反射面141，且反射面141上設有光均勻化元件142，其中光均勻化元件142例如為擴散器或複眼透鏡。

在本實施例中，光源模組100a更包括另一發光元件160，其中波長轉換單元110a配置於發光元件160與第一透鏡120之間，且用以將發光元件160所發出的光束162轉換成第二光束112，其中第二光束112的波長不同於發光元件160所發出的光束162的波長。具體而言，在本實施例中，發光元件160為一發光二極體晶片，而波長轉換單元110a為覆蓋發光二極體晶片的螢光粉層。

圖3為本發明的又一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖3，本實施例的光源模組100b與圖1的光源模組100類似，而兩者的主要差異如下所述。本實施例的光源模組100b包括多個發光元件150，用以分別發出多個第一光束152，其中光路轉折元件140用以使這些第一光束152轉折至波長轉換單元110。

圖4為本發明的再一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖4，本實施例的光源模組100c與圖1的光源模組100類似，而兩者的主要差異如下所述。本實施例的光源模組100c包括多個發光元件150及多個光路轉折元件140，其中這些發光元件150用以分別發出多個第一光束152，這些光路轉折元件140用以分別使這些第一光束152轉折至波長轉換單元110。在本實施例中，這些光路轉折元件140的配置位置包括在第一透鏡120的光軸A1的相對兩側的位置，且這些發光元件150的配置位置包括在第一透鏡120的光軸A1的相對兩側的位置。

圖5為本發明的另一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖5，本實施例的光源模組100d與圖1的光源模組100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的光源模組100d中，第二透鏡130朝向第一透鏡120的表面132也朝向光路轉折元件140，且光路轉折元件140與第二透鏡130之間存在一間距。

圖6為本發明的又一實施例的光源模組的光路示意圖。請參照圖6，本實施例的光源模組100e與圖1的光源模組100類似，而兩者的主要差異如下所述。本實施例的光源模組100e更包括一光閥170，配置於來自第二透鏡130的第二光束112的路徑上，且用以將第二光束112轉換成一影像光束172，其中光閥170例如為數位微鏡元件（digital micro-mirror device, DMD）。

在本實施例中，光源模組100e更包括一凹面鏡180，配置於來自第二透鏡130的第二光束112的路徑上，且用以將第二光束112反射至光閥170。此外，在本實施例中，光源模組100e更包括一鏡頭190，配置於來自光閥170的影像光束172的路徑上，且用以將影像光束172投射至外界，以對外界提供照明。其中，光源模組100e為一車頭燈，例如為自適應頭燈（adaptive driving beam, ADB），也就是藉由光閥170來變化影像光束172，以形成不同的照明區域、圖案或文字，或是影像光束172可藉由鏡頭190投射至遠方。鏡頭190可包括至少一片透鏡192，而圖6中是以多片透鏡為例。

在其他實施例中，也可以在圖2至圖5的光源模組100a至100d的第二透鏡130的前方如同圖6那樣設置光閥170與鏡頭190（也可再設置如圖6的凹面鏡180），以形成自適應頭燈的其他變形實施例。

綜上所述，在本發明的實施例的光源模組中，光路轉折元件配置於第二透鏡旁，且不位於第一透鏡的光軸上，且第一光束依序被光路轉折元件轉折及穿透第一透鏡而傳遞至波長轉換單元，而第二光束依序穿透第一透鏡及第二透鏡。因此，透過這樣的設計，可以以較小的空間就達到讓第一光束與第二光束的光路分開的效果，且在第一透鏡與第二透鏡前方可以不使用會占據空間的分色鏡。因此，本實施例的光源模組可以具有較小的體積與較低的成本。

100、100a、100b、100c、100d、100e:光源模組 110、110a:波長轉換單元 112:第二光束 120:第一透鏡 130:第二透鏡 132:表面 140:光路轉折元件 141:反射面 142:光均勻化元件 150:發光元件 152:第一光束 160:發光元件 162:光束 170:光閥 172:影像光束 180:凹面鏡 190:鏡頭 192:透鏡 A1:光軸

圖1為本發明的一實施例的光源模組的光路示意圖。 圖2為本發明的另一實施例的光源模組的光路示意圖。 圖3為本發明的又一實施例的光源模組的光路示意圖。 圖4為本發明的再一實施例的光源模組的光路示意圖。 圖5為本發明的另一實施例的光源模組的光路示意圖。 圖6為本發明的又一實施例的光源模組的光路示意圖。

100:光源模組

110:波長轉換單元

112:第二光束

120:第一透鏡

130:第二透鏡

132:表面

140:光路轉折元件

150:發光元件

152:第一光束

A1:光軸

Claims (16)

1. 一種光源模組，包括：一波長轉換單元；一第一透鏡，配置於該波長轉換單元前方；一第二透鏡，配置於該第一透鏡前方；一光路轉折元件，配置於該第二透鏡旁，且不位於該第一透鏡的光軸上；一發光元件，配置於該第一透鏡旁，且用以發出一第一光束，其中該第一光束依序被光路轉折元件轉折及穿透該第一透鏡而傳遞至該波長轉換單元，該波長轉換單元用以將該第一光束轉換成一第二光束，該第一光束的波長不同於該第二光束的波長，該第二光束依序穿透該第一透鏡及該第二透鏡；一光閥，配置於來自該第二透鏡的該第二光束的路徑上，且用以將該第二光束轉換成一影像光束；以及一凹面鏡，配置於來自該第二透鏡的該第二光束的路徑上，且用以將該第二光束反射至該光閥。
2. 如請求項1所述的光源模組，其中該發光元件所發出的該第一光束在該第一透鏡遠離該光軸的一側的空間中傳遞至該光路轉折元件。
3. 如請求項1所述的光源模組，其中該光路轉折元件具有背對該第二透鏡的反射面，且該反射面上設有光均勻化元件。
4. 如請求項3所述的光源模組，其中該光均勻化元件為擴散器或複眼透鏡。
5. 如請求項1所述的光源模組，更包括另一發光元件，其中該波長轉換單元配置於該另一發光元件與該第一透鏡之間，且用以將該另一發光元件所發出的光束轉換成該第二光束，該第二光束的波長不同於該另一發光元件所發出的該光束的波長。
6. 如請求項5所述的光源模組，其中該另一發光元件為一發光二極體晶片，該波長轉換單元為覆蓋該發光二極體晶片的螢光粉層。
7. 如請求項1所述的光源模組，包括多個該發光元件，用以分別發出多個該第一光束，其中該光路轉折元件用以使該些第一光束轉折至該波長轉換單元。
8. 如請求項1所述的光源模組，包括多個該發光元件及多個該光路轉折元件，其中該些發光元件用以分別發出多個該第一光束，該些光路轉折元件用以分別使該些第一光束轉折至該波長轉換單元。
9. 如請求項8所述的光源模組，其中該些光路轉折元件的配置位置包括在該第一透鏡的該光軸的相對兩側的位置，且該些發光元件的配置位置包括在該第一透鏡的該光軸的相對兩側的位置。
10. 如請求項1所述的光源模組，其中該波長轉換單元為螢光粉層或螢光旋轉輪。
11. 如請求項1所述的光源模組，其中該光路轉折元件所轉折的該第一光束斜向入射該第一透鏡。
12. 如請求項1所述的光源模組，其中該光閥為數位微鏡元件。
13. 如請求項1所述的光源模組，更包括一鏡頭，配置於來自該光閥的該影像光束的路徑上，且用以將該影像光束投射至外界，其中該光源模組為一車頭燈。
14. 如請求項1所述的光源模組，其中該第二透鏡朝向該第一透鏡的表面也朝向該光路轉折元件，且該光路轉折元件與該第二透鏡之間存在一間距。
15. 如請求項1所述的光源模組，其中該光路轉折元件配置於該第二透鏡朝向該第一透鏡的表面上。
16. 如請求項1所述的光源模組，其中該光路轉折元件為一反射器，用以將該發光元件所發出的該第一光束反射至該波長轉換單元。

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