CN113376944A

CN113376944A - 光源系统

Info

Publication number: CN113376944A
Application number: CN202010160323.2A
Authority: CN
Inventors: 林宏英
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-10
Also published as: US20210286244A1; US11307488B2

Abstract

一种光源系统包含荧光轮、色轮、至少一光反射器以及光源模块。荧光轮包含至少一荧光区段。色轮包含滤光部。光反射器具有反射曲面。反射曲面具有共轭的第一焦点以及第二焦点。第一焦点位于荧光区段的旋转路径上。第二焦点位于滤光部的旋转路径上。光源模块配置以发射光至第一焦点。

Description

光源系统

技术领域

本发明涉及一种光源系统，特别是涉及一种应用于一投影模块的光源系统。

背景技术

荧光轮(florescent wheel)是一种波长转换元件，作为投影机里的一关键光学元件，将光源的光转成荧光色光。荧光轮上的波长转换材料吸收某特定的波长后，将内部电子从基态跃迁至激态，再以光子(photon)与声子(phonon)等辐射方式释放能量。其中，光子转换是指激态电子放能至基态时，以释放其他波长光子作为投影机的色光，而声子转换是指激态电子直接在能带以热能方式释放，使得荧光轮温度上升。

然而，一些现有的投影机至少具有以下问题：(1)需利用准直透镜与分色镜区分不同色光(例如，三原色)，但复杂光路往往使得光学系统体积庞大，且需采用的光学元件的数量较多也会导致成本较高；(2)在光路中采用的准直透镜会被不同色光以不同方向通过，因此可能会过热而破裂；以及(3)荧光轮夹在两个透镜之间进行收光，恐因空间太小而散热不易。

因此，提出一种可解决上述问题的光源系统，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的在于提出一种可有效解决前述问题的光源系统。

为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种光源系统包含荧光轮、色轮、至少一光反射器以及光源模块。荧光轮包含至少一荧光区段。色轮包含滤光部。前述至少一光反射器具有反射曲面。反射曲面具有共轭的第一焦点以及第二焦点。第一焦点位于前述至少一荧光区段的旋转路径上。第二焦点位于滤光部的旋转路径上。光源模块配置以发射光至第一焦点。

于本发明的一或多个实施方式中，反射曲面为凹面。

于本发明的一或多个实施方式中，反射曲面的轮廓与一椭球的轮廓的一部分吻合。

于本发明的一或多个实施方式中，色轮具有迎光面。迎光面具有一法线延伸通过第二焦点以及反射曲面。

于本发明的一或多个实施方式中，荧光轮进一步包含基板。前述至少一荧光区段设置于基板上。

于本发明的一或多个实施方式中，前述至少一光反射器位于基板的一侧。

于本发明的一或多个实施方式中，前述至少一光反射器延伸至基板的相反两侧。

于本发明的一或多个实施方式中，前述少一光反射器具有狭缝。荧光轮穿过狭缝。

于本发明的一或多个实施方式中，色轮具有迎光面。迎光面具有一法线延伸通过第一焦点以及第二焦点。

于本发明的一或多个实施方式中，前述至少一光反射器的数量为二。两组光反射器分别位于基板的相反两侧，且两组光反射器的第二焦点重合。

于本发明的一或多个实施方式中，基板为反射式基板。

于本发明的一或多个实施方式中，基板为透射式基板。

于本发明的一或多个实施方式中，荧光轮进一步包含反射区段设置于基板上。荧光区段与反射区段是环状排列。

综上所述，于本发明的光源系统中，各种色光(包含光源模块所发射的光与荧光轮所转换的光)皆由光反射器的反射曲面反射至色轮。换言之，各种色光是经由相同光路而抵达色轮，因此本发明的光源系统的光路相对简单，且不需使用准直透镜与分色镜而可降低成本。并且，本发明的荧光轮不需夹在两个透镜之间，因此易于散热。此外，本发明的光反射器的反射曲面具有第一焦点与第二焦点分别位于荧光轮与色轮上，且反射曲面是配置以将来自第一焦点与第二焦点中的一者的光反射至第一焦点与第二焦点中的另一者。因此，光源模块聚焦于第一焦点的一部分光即使未被荧光轮转换，此部分光将会在被反射曲面反射至色轮之后，再依序被色轮与反射曲面反射回荧光轮以进行转换，从而可有效地提高光使用率。

以上所述仅是用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为示出根据本发明一些实施方式的光源系统的示意图。

图2为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮的局部侧视图。

图3为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮的正视图。

图4为示出根据本发明一些实施方式的光源系统的示意图。

图5为示出根据本发明一些实施方式的光源系统的示意图。

图6为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮的局部侧视图。

其中，附图标记说明如下：

100，200，300：光源系统

110：荧光轮

111：基板

112：荧光区段

113：反射区段

120：色轮

120a：迎光面

121：滤光部

130，230：光反射器

131，231：反射曲面

140：光源模块

141：光发射器

142：透镜

143：扩散片

144：反射镜

150：光导管

232：狭缝

A1，A2：轴线

F1：第一焦点

F2：第二焦点

N：法线

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出，且不同实施方式中的相同元件以相同的元件符号标示。

请参照图1至图3。图1为示出根据本发明一些实施方式的光源系统100的示意图。图2为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮110的局部侧视图。图3为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮110的正视图。如图1至图3所示，光源系统100包含荧光轮110、色轮120、光反射器130、光源模块140以及光导管150。荧光轮110包含基板111、荧光区段112以及反射区段113，并配置以绕着轴线A1转动。荧光区段112与反射区段113是绕着轴线A1环状排列于基板111上。色轮120包含滤光部121，并配置以绕着轴线A2转动。光反射器130位于基板111的一侧，并具有反射曲面131(于图1中以虚线表示)。反射曲面131具有共轭的第一焦点F1以及第二焦点F2。第一焦点F1位于荧光区段112的旋转路径上。第二焦点F2位于滤光部121的旋转路径上。光源模块140配置以发射光至第一焦点F1。光导管150配置以接收通过色轮120的滤光部121的光，并导引至例如投影模块(图未示)而供其使用。

具体来说，如图1所示，光源模块140包含光发射器141、透镜142、扩散片143以及反射镜144。光发射器141配置以发光。于一些实施方式中，光发射器141为蓝光雷射光源，但本发明并不以此为限。透镜142配置以将光发射器141所发射的光聚焦或传递。反射镜144配置以反射通过透镜142的光，使得光聚焦于第一焦点F1。扩散片143光耦合于透镜142与反射镜144之间，并配置以均光，从而解决雷射光源的光斑问题。

如图1所示，反射曲面131为凹面。于一些实施方式中，反射曲面131的轮廓与一椭球的轮廓的一部分吻合，从而具有两共轭焦点(即前述第一焦点F1与第二焦点F2)。据此，反射曲面131即可将来自第一焦点F1的光反射至第二焦点F2，并也可将来自第二焦点F2的光反射回第一焦点F1。

于一些实施方式中，光源模块140所发射的光为蓝光。荧光轮110的荧光区段112为黄色荧光粉区段。色轮120的滤光部121包含红色区段、绿色区段以及蓝色区段，绕着轴线A2环状排列于色轮120上。当荧光轮110转动而使第一焦点F1位于荧光区段112时，光源模块140所发射的大部分光会被荧光区段112转换成黄光，且此黄光会被反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，若转动的色轮120使第一焦点F1位于滤光部121的红色区段，则可滤出红光而输出至光导管150；若转动的色轮120使第一焦点F1位于滤光部121的绿色区段，则可滤出绿光而输出至光导管150。另外，当荧光轮110转动而使第一焦点F1位于反射区段113时，光源模块140所发射的光会被依序被反射区段113与反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，转动色轮120会恰好使第一焦点F1位于滤光部121的蓝色区段，则可滤出蓝光而输出至光导管150。据此，光源系统100得以按时序输出红绿蓝等三原色色光，供投影模块使用。

需说明的是，通过前述光学配置，光源模块140所发射的少部分未被荧光区段112转换的光会依序被荧光区段112的表面与反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，若转动的色轮120使第一焦点F1位于滤光部121的红色区段或绿色区段，则未被荧光区段112转换的光再依序被色轮120的滤光部121与反射曲面131反射回荧光轮110以进行转换，从而可有效地提高光使用率。

再者，由前述光学配置可知，各种色光(包含光源模块140所发射的光与荧光轮110所转换的光)皆由光反射器130的反射曲面131反射至色轮120。换言之，各种色光是经由相同光路而抵达色轮120，因此本实施方式的光源系统100的光路相对简单，且不需使用准直透镜142与分色镜而可降低成本。并且，本实施方式的荧光轮110不需夹在两个透镜之间，因此易于散热。另须说明的是，为使对荧光轮110收光的范围增加，光反射器130的幅员可以适量增长，如此反射镜144的设置位置与反射角度应随之调整，使得光发射器141的光线能射入荧光轮110而不被光反射器130遮挡到为主。

于其他一些实施方式中，光源模块140所发射的光为蓝光。荧光轮110的荧光区段112包含黄色荧光粉区段以及绿色荧光粉区段，绕着轴线A2环状排列于色轮120上。色轮120的滤光部121包含红色区段、黄色区段、绿色区段以及蓝色区段。当荧光轮110转动而使第一焦点F1位于荧光区段112的黄色荧光粉区段时，光源模块140所发射的大部分光会被荧光区段112转换成黄光，且此黄光会被反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，若转动的色轮120使第一焦点F1位于滤光部121的红色区段，则可滤出红光而输出至光导管150；若转动的色轮120使第一焦点F1位于滤光部121的黄色区段，则可滤出黄光而输出至光导管150。当荧光轮110转动而使第一焦点F1位于荧光区段112的绿色荧光粉区段时，光源模块140所发射的大部分光会被荧光区段112转换成绿光，且此绿光会被反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，转动色轮120会恰好使第一焦点F1位于滤光部121的绿色区段，则可滤出绿光而输出至光导管150。当荧光轮110转动而使第一焦点F1位于反射区段113时，光源模块140所发射的光会被依序被反射区段113与反射曲面131反射至第二焦点F2而抵达色轮120的滤光部121。此时，转动色轮120会恰好使第一焦点F1位于滤光部121的蓝色区段，则可滤出蓝光而输出至光导管150。要说明的是，在设计时荧光轮110的荧光区段112可以包含其他颜色的荧光粉，并与色轮120的滤光部121搭配而产生投影模块所需要的颜色。此外，在一些实施态样上，色轮120的滤光部121的蓝色区段可以是透明玻璃或是扩散片。

如图1所示，于一些实施方式中，色轮120具有迎光面120a。为了使未被荧光区段112转换的光再依序被色轮120的滤光部121与反射曲面131反射回荧光轮110以进行转换，可设计使迎光面120a上通过第二焦点F2的法线N延伸通过反射曲面131。据此，未被荧光区段112转换的光即可实质上沿着反方向被反射回荧光区段112进行转换，从而可有效地提高光使用率。

于一些实施方式中，图1所示的基板111为反射式基板111，但本发明并不以此为限。

请参照图4。图4为示出根据本发明一些实施方式的光源系统200的示意图。如图4所示，相较于图1所示的实施方式的光源系统100，本实施方式的光源系统200的光反射器230是延伸至荧光轮110的基板111的相反两侧。具体来说，光反射器230具有狭缝232。荧光轮110的基板111穿过狭缝232。通过此结构配置，即便未被荧光区段112转换的光被色轮120的滤光部121反射至图4中的基板111的下侧，延伸至基板111的下侧的光反射器230仍可利用反射曲面231将未被荧光区段112转换的光反射回荧光轮110。

于一些实施方式中，图4所示的基板111为透射式基板111，则未被荧光区段112转换的光也可由下侧透射基板111而抵达基板111上侧的荧光区段112。于一些实施方式中，图4所示的基板111基板111为反射式基板111，且基板111下侧对应设置有荧光区段112与基板111上侧荧光区段112相互对齐，则未被荧光区段112转换的光即可由位于基板111下侧的荧光区段112直接转换。

于一些实施方式中，为了使未被荧光区段112转换的光再依序被色轮120的滤光部121与图4所示的反射曲面231反射回荧光轮110以进行转换，可设计使迎光面120a上通过第二焦点F2的法线N延伸通过第一焦点F1。据此，未被荧光区段112转换的光即可经由基板111的下侧被反射回荧光轮110。

请参照图5。图5为示出根据本发明一些实施方式的光源系统300的示意图。如图5所示，相较于图4所示的实施方式的光源系统200，本实施方式的光源系统300所包含的光反射器130的数量为二。两组光反射器130分别位于基板111的相反两侧，且两组光反射器130的第二焦点F2重合。通过此结构配置，即便未被荧光区段112转换的光被色轮120的滤光部121反射至图5中的基板111的下侧，位于基板111的下侧的光反射器130仍可利用反射曲面131将未被荧光区段112转换的光反射回荧光轮110。

于一些实施方式中，两组光反射器130的第一焦点F1亦可重合，则本实施方式中的两组光反射器130实质上等效于图4所示的光反射器230。

请参照图6。图6为示出根据本发明一些实施方式的荧光轮110的局部侧视图。如图6所示，并配合参照图5，基板111下侧对应设置有荧光区段112与基板111上侧荧光区段112相互对齐，且两组光反射器130的第一焦点F1分别位于上下两荧光区段112的旋转路径上，则未被荧光区段112转换的光同样可由位于基板111下侧的荧光区段112直接转换。

于一些实施方式中，图5所示的基板111为反射式基板111以及透射式基板111中的一者。

由以上对于本发明的具体实施方式的详述，可以明显地看出，于本发明的光源系统中，各种色光(包含光源模块所发射的光与荧光轮所转换的光)皆由光反射器的反射曲面反射至色轮。换言之，各种色光是经由相同光路而抵达色轮，因此本发明的光源系统的光路相对简单，且不需使用准直透镜与分色镜而可降低成本。并且，本发明的荧光轮不需夹在两个透镜之间，因此易于散热。此外，本发明的光反射器的反射曲面具有第一焦点与第二焦点分别位于荧光轮与色轮上，且反射曲面是配置以将来自第一焦点与第二焦点中的一者的光反射至第一焦点与第二焦点中的另一者。因此，光源模块聚焦于第一焦点的一部分光即使未被荧光轮转换，此部分光将会在被反射曲面反射至色轮之后，再依序被色轮与反射曲面反射回荧光轮以进行转换，从而可有效地提高光使用率。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种光源系统，包含：

一荧光轮，包含至少一荧光区段；

一色轮，包含一滤光部；

至少一光反射器，具有一反射曲面，该反射曲面具有共轭的一第一焦点以及一第二焦点，其中该第一焦点位于该至少一荧光区段的旋转路径上，该第二焦点位于该滤光部的旋转路径上；以及

一光源模块，配置以发射光至该第一焦点。

2.如权利要求1所述的光源系统，其中，该反射曲面为凹面。

3.如权利要求1所述的光源系统，其中，该反射曲面的轮廓与一椭球的轮廓的一部分吻合。

4.如权利要求1所述的光源系统，其中，该色轮具有一迎光面，且该迎光面具有一法线延伸通过该第二焦点以及该反射曲面。

5.如权利要求1所述的光源系统，其中，该荧光轮进一步包含一基板，且该至少一荧光区段设置于该基板上。

6.如权利要求5所述的光源系统，其中，该至少一光反射器位于该基板的一侧。

7.如权利要求5所述的光源系统，其中，该至少一光反射器延伸至该基板的相反两侧。

8.如权利要求7所述的光源系统，其中，该至少一光反射器具有一狭缝，且该荧光轮穿过该狭缝。

9.如权利要求7所述的光源系统，其中，该色轮具有一迎光面，且该迎光面具有一法线延伸通过该第一焦点以及该第二焦点。

10.如权利要求5所述的光源系统，其中，该至少一光反射器的数量为两个，这两个所述光反射器分别位于该基板的相反两侧，且这两个所述光反射器的所述第二焦点重合。

11.如权利要求5所述的光源系统，其中，该基板为一反射式基板。

12.如权利要求5所述的光源系统，其中，该基板为一透射式基板。

13.如权利要求5所述的光源系统，其中，该荧光轮进一步包含一反射区段设置于该基板上，且该荧光区段与该反射区段是环状排列。