本發(fā)明有關(guān)于一種激光投影機(jī)，尤指一種偏振分光式激光投影機(jī)。

背景技術(shù)：

激光投影機(jī)是利用激光二極管(laserdiode)作為激發(fā)光源來(lái)使螢光粉發(fā)出黃、紅、綠或藍(lán)等不同波長(zhǎng)的光，以作為投影機(jī)的光源使用。目前現(xiàn)有的激光投影機(jī)大致上可分為反射式激光投影機(jī)與偏振分光式激光投影機(jī)兩大類，而不論是反射式激光投影機(jī)或是偏振分光式激光投影機(jī)大多藉由將激光光束光源打在螢光粉色輪上，以使螢光粉色輪上的螢光粉受激發(fā)后產(chǎn)生螢光。然而，由于激光光束的能量密度過(guò)高，故容易導(dǎo)致螢光粉色輪發(fā)生熱淬滅(thermalquenching)的現(xiàn)象，造成螢光粉色輪的激發(fā)效率隨著激光功率的提高而快速地下降，甚至可能因激光光束的能量過(guò)于集中而燒壞螢光粉色輪。

另一方面，在偏振分光式激光投影機(jī)中，主要是利用偏振分光鏡(dichroicfilter)進(jìn)行合光。然而，由于偏振分光鏡對(duì)于s偏振光與p偏振光的波長(zhǎng)容許范圍不大，故作為激光投影機(jī)的光源的激光二極管必須選用波長(zhǎng)符合偏振分光鏡的光學(xué)特性的激光二極管。請(qǐng)參考圖1，圖1用以說(shuō)明偏振分光鏡的光學(xué)特性。其中，曲線110用以表示偏振分光鏡對(duì)于p偏振光的光學(xué)特性，曲線120用以表示偏振分光鏡對(duì)于s偏振光的光學(xué)特性，而曲線130用以表示激光投影機(jī)中的激光二極管其所發(fā)出的激光光束的波長(zhǎng)分布。由曲線130可知，激光光束的波長(zhǎng)大約在460nm附近。當(dāng)激光光束為s偏振光時(shí)，因激光光束對(duì)偏振分光鏡的穿透率幾乎等于0％，故偏振分光鏡會(huì)反射激光光束。當(dāng)激光光束為p偏振光時(shí)，因激光光束對(duì)偏振分光鏡的穿透率幾乎等于100％，故激光光束可穿透偏振分光鏡。其中，曲線110與曲線120之間的波長(zhǎng)差距稱為偏振分光鏡的譜間隙(spectralgap)，而當(dāng)譜間隙不夠?qū)挄r(shí)，于制造激光投影機(jī)過(guò)程中會(huì)限制做為激光光源的激光二極管的選擇性。再者，由于激光二極管之間有著約±5nm的波長(zhǎng)公差，故倘若激光投影機(jī)光源中的某些激光二極管的波長(zhǎng)偏差較大的話，將會(huì)導(dǎo)致投影機(jī)的合光效率變差，進(jìn)而影響投影機(jī)的亮度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種激光投影機(jī)，其能夠降低螢光粉色輪發(fā)生熱淬滅(thermalquenching)現(xiàn)象的機(jī)率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種激光投影機(jī)，包含激光光源、擴(kuò)散片、偏振分光鏡、四分之一波片以及螢光粉色輪。激光光源用以產(chǎn)生沿第一光徑行進(jìn)的激光光束；擴(kuò)散片設(shè)于該第一光徑上，用以擴(kuò)散該激光光束以產(chǎn)生擴(kuò)散光束，其中該擴(kuò)散光束相對(duì)于該激光光束的半峰半寬度大于等于1.5度且小于等于3度；偏振分光鏡用以反射該擴(kuò)散光束，以產(chǎn)生沿第二光徑行進(jìn)的反射光束；四分之一波片設(shè)于該第二光徑上，用以將該反射光束轉(zhuǎn)換成第一圓偏振光束；以及螢光粉色輪，用以接收該第一圓偏振光束，以產(chǎn)生逆該第二光徑的第二圓偏振光束及受激光束；其中該四分之一波片還用以將該第二圓偏振光束轉(zhuǎn)換成p偏振光束，而該偏振分光鏡允許該p偏振光束及該受激光束穿透。

優(yōu)選的，該螢光粉色輪包含反射層和螢光粉涂布區(qū)。反射層，用以反射該第一圓偏振光束為該第二圓偏振光束；螢光粉涂布區(qū)，設(shè)置于該反射層上，用以受該第一圓偏振光束的激發(fā)而產(chǎn)生該受激光束。

優(yōu)選的，該激光光源包含多個(gè)激光二極管，每一激光二極管用以產(chǎn)生激光射線，而該激光光源將該些激光二極管所產(chǎn)生的多個(gè)激光射線匯聚成該激光光束。

優(yōu)選的，該激光光束為藍(lán)色激光光束。

優(yōu)選的，還包含第一透鏡組，設(shè)于該激光光源及該擴(kuò)散片之間，用以準(zhǔn)直并縮小該激光光束至該擴(kuò)散片。

優(yōu)選的，還包含第二透鏡組，該第二透鏡組設(shè)于該四分之一波片及該螢光粉色輪之間，用以將該第一圓偏振光束匯聚至該螢光粉色輪。

優(yōu)選的，還包含聚焦透鏡及光管，其中該聚焦透鏡設(shè)于該偏振分光鏡及該光管之間，用以將該p偏振光束及該受激光束匯聚至該光管。

優(yōu)選的，該激光光束是s偏振光束。

優(yōu)選的，還包含驅(qū)動(dòng)光源，用以驅(qū)動(dòng)該螢光粉色輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的，該擴(kuò)散光束相對(duì)于該偏振分光鏡的入射角大于45度且小于或等于50度。

與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，在本發(fā)明實(shí)施例中的激光投影機(jī)，可藉由使用特定的擴(kuò)散片而降低螢光粉色輪發(fā)生熱淬滅(thermalquenching)現(xiàn)象的機(jī)率。

為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下：

附圖說(shuō)明

圖1用以說(shuō)明偏振分光鏡的光學(xué)特性。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的激光投影機(jī)的示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的螢光粉色輪的示意圖。

圖4為用以說(shuō)明擴(kuò)散片的半峰半寬度的定義及量測(cè)方式。

圖5是圖4中光點(diǎn)的能量分布圖。

圖6為圖2中所使用的擴(kuò)散片的霧度與半峰半寬度之間的關(guān)系圖。

圖7為一表格，用以說(shuō)明圖2中所使用的擴(kuò)散片的霧度與其對(duì)應(yīng)的半峰半寬度。

圖8為擴(kuò)散片的半峰半寬度與激光光束的偏振態(tài)比例的關(guān)系圖。

圖9為擴(kuò)散片的半峰半寬度與激光投影機(jī)的投影亮度輸出比例的關(guān)系圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的激光光源的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中入射角θ與偏振分光鏡的穿透率的關(guān)系圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中入射角θ與激光投影機(jī)的合光效率的關(guān)系圖。

圖13為一表格，用以說(shuō)明不同的入射角θ所對(duì)應(yīng)的偏振分光鏡的譜間隙以及激光投影機(jī)的合光效率。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的激光投影機(jī)200的示意圖。激光投影機(jī)200包含激光光源210、擴(kuò)散片230、偏振分光鏡(dichroicfilter)240、四分之一波片(quarter-waveplate)242及螢光粉色輪(phosphorwheel)250。其中，激光光源210用以產(chǎn)生沿第一光徑l1行進(jìn)的激光光束s1，而在本實(shí)施例中，激光光束s1為s偏振(s-polarized)光束。此外，擴(kuò)散片230設(shè)于第一光徑l1上，用以擴(kuò)散激光光束s1以產(chǎn)生擴(kuò)散光束s2。擴(kuò)散片230的主要功能在于降低甚至消除螢光粉色輪250發(fā)生熱淬滅(thermalquenching)現(xiàn)象的機(jī)率，而這部分將于后面段落中進(jìn)一步地說(shuō)明。偏振分光鏡240則用以反射擴(kuò)散光束s2(s偏振)，以產(chǎn)生沿第二光徑l2行進(jìn)的反射光束r2，而反射光束r2也會(huì)是s偏振。另外，四分之一波片242設(shè)于第二光徑l2上，用以將反射光束r2轉(zhuǎn)換成第一圓偏振(circularpolarized)光束c1。螢光粉色輪250會(huì)接收第一圓偏振光束c1，并因而產(chǎn)生逆第二光徑l2的照明光束m，其中照明光束m包含有第二圓偏振光束c2與受激光p0。請(qǐng)參考圖3，圖3是圖2中的螢光粉色輪250的示意圖。螢光粉色輪250具有反射層251以及設(shè)置于反射層251上的螢光粉涂布區(qū)252(以斜線表示)。其中，反射層251可以是一個(gè)金屬層，而螢光粉涂布區(qū)252涂布有螢光粉。螢光粉涂布區(qū)252占整個(gè)反射層251的比例可藉由夾角π調(diào)整。反射層251會(huì)反射第一圓偏振光束c1為第二圓偏振光束c2，而螢光粉涂布區(qū)252用以受第一圓偏振光束c1的激發(fā)而產(chǎn)生受激光p0(即螢光)。其中，受激光p0為非偏振光。請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D2，當(dāng)照明光束m(第二圓偏振光束c2與受激光p0)以逆第二光徑l2的方向穿透四分之一波片242時(shí)，第二圓偏振光束c2會(huì)被四分之一波片242轉(zhuǎn)換成p偏振(p-polarized)光束p1。此外。偏振分光鏡240允許p偏振光束p1及受激光p0穿透。其中，由于偏振分光鏡240具有上述的光學(xué)特性，可以用以反射擴(kuò)散光束s2，并允許p偏振光束p1與受激光p0穿透，故有利于激光投影機(jī)200體積的縮小化。

為了降低甚至消除螢光粉色輪250發(fā)生熱淬滅現(xiàn)象的機(jī)率，激光投影機(jī)200會(huì)藉由擴(kuò)散片230的作用而使得擴(kuò)散光束s2相對(duì)于激光光束s1的半峰半寬度(halfwidthathalf-maximum；hwhm)大于等于1.5度且小于等于3度。請(qǐng)參考圖4及圖5。圖4為用以說(shuō)明擴(kuò)散片230的半峰半寬度(hwhm)的定義及量測(cè)方式，而圖5則是圖4中光點(diǎn)420的能量分布圖。當(dāng)激光光源210所產(chǎn)生的激光光束s1通過(guò)擴(kuò)散片230時(shí)，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散光束410。當(dāng)擴(kuò)散光束410照射在受照面430上時(shí)，會(huì)在受照面430上產(chǎn)生光點(diǎn)420。其中，擴(kuò)散光束410在圖中的幾何中心線412與擴(kuò)散光束410的邊緣之間的夾角為α。圖5的曲線500表示光點(diǎn)420的擴(kuò)散角度與能量分布比之間的關(guān)系，其中橫軸表示擴(kuò)散光束410的擴(kuò)散角度。擴(kuò)散角度等于0之處即相對(duì)于幾何中心線412與受照面430相交之點(diǎn)，且此相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的能量分布比定義為100％。隨著擴(kuò)散光束410的擴(kuò)散角度越大，所對(duì)應(yīng)的能量分布比會(huì)越低。當(dāng)能量分布比為50％時(shí)(即對(duì)應(yīng)圖5中的a點(diǎn)與b點(diǎn))，圖5中a點(diǎn)至b點(diǎn)之間所對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散角度定義為全峰半寬度(fullwidthathalf-maximum；fwhm)f1，而全峰半寬度f(wàn)1的一半即為半峰半寬度(hwhm)h1。眾所習(xí)知，擴(kuò)散片的霧度(haze)與半峰半寬度屬大致正相關(guān)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，以半峰半寬度等效代表霧度，而擴(kuò)散片230的霧度與半峰半寬度之間的關(guān)系如圖6及圖7所示。擴(kuò)散片230的半峰半寬度h1可大于等于1.5度且小于等于3度，以使光線照到螢光粉色輪250不會(huì)過(guò)于集中，進(jìn)而降低甚至消除螢光粉色輪250發(fā)生熱淬滅現(xiàn)象的機(jī)率。

此外，因擴(kuò)散片230的霧度會(huì)影響到激光光束s1的偏振態(tài)比例以及激光投影機(jī)200的投影亮度輸出比例，而激光光束s1的偏振態(tài)比例會(huì)影響到投影機(jī)20的合光效率，故為避免因選用到不合適的擴(kuò)散片230而影響到激光投影機(jī)200的正常表現(xiàn)，需選用具有合適半峰半寬度的擴(kuò)散片230。為進(jìn)一步地了解擴(kuò)散片230的半峰半寬度對(duì)于激光光源210所產(chǎn)生的激光光束s1的偏振態(tài)比例以及對(duì)于激光投影機(jī)200的投影亮度輸出比例的影響，請(qǐng)參考圖8及圖9。圖8為擴(kuò)散片230的半峰半寬度與激光光束s1的偏振態(tài)比例的關(guān)系圖，而圖9為擴(kuò)散片230的半峰半寬度與激光投影機(jī)200的投影亮度輸出比例的關(guān)系圖。由圖8可看出，激光光束s1的偏振態(tài)比例會(huì)隨著擴(kuò)散片230的半峰半寬度增加而減少，故擴(kuò)散片230的半峰半寬度不能太高，以免嚴(yán)重地影響到激光光束s1的偏振態(tài)比例及投影機(jī)20的合光效率。另外，由圖9可看出，當(dāng)擴(kuò)散片230的半峰半寬度h1介于2度至3度之間時(shí)，激光投影機(jī)200具有最大值的投影亮度輸出比例，而當(dāng)擴(kuò)散片230的半峰半寬度h1介于1.5度至3度之間時(shí)，激光投影機(jī)200具有的投影亮度輸出比例可達(dá)95％以上，亦能滿足使用之需求。因此，在綜合考量激光光束s1之偏振態(tài)比例以及激光投影機(jī)200的投影亮度輸出比例之后，選用其半峰半寬度h1為大于等于1.5度且小于等于3度的擴(kuò)散片230是較佳的選擇。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光光源210可具有多個(gè)激光二極管。請(qǐng)參考圖10，圖10為本發(fā)明一實(shí)施例的激光光源210的結(jié)構(gòu)示意圖。在此一實(shí)施例中，激光光源210具有多個(gè)激光二極管312、多個(gè)激光二極管314及多個(gè)反射鏡318。激光二極管312及314分別產(chǎn)生激光射線315，而每一激光二極管314所產(chǎn)生的激光射線315會(huì)經(jīng)由對(duì)應(yīng)的反射鏡318反射至透鏡2210。激光二極管312所產(chǎn)生激光射線315會(huì)通過(guò)反射鏡318旁的間隙而射向透鏡2210。透鏡2210會(huì)匯聚激光二極管312及314所產(chǎn)生激光射線315而形成激光光束s1。藉由這樣的設(shè)置，激光光源210所產(chǎn)生的激光光束s1的亮度會(huì)較單一激光二極管所產(chǎn)生的光束的亮度大許多倍。此外，藉由反射鏡318的設(shè)置，可降低激光光源210的單位面積的激光二極管的數(shù)目，而有助于散熱。需要說(shuō)明的是，于本實(shí)施例中，該透鏡2210的位置可位于該激光光源210之外，亦可集成于該激光光源210之內(nèi)，以執(zhí)行其匯聚之功能，均能達(dá)到上述之效果。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光光源210采用藍(lán)光激光二極管，故激光光束s1為藍(lán)光激光光束。應(yīng)了解的是，亦可采用紫外或近紫外激光光源，以產(chǎn)生紫外或近紫外激光光束。

請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D2。在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光投影機(jī)200可另包含第一透鏡組220，第一透鏡組220設(shè)于激光光源210及擴(kuò)散片230之間，用以準(zhǔn)直并縮小激光光束s1至擴(kuò)散片230。其中，第一透鏡組220可包含透鏡221及透鏡222。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中透鏡221與圖10中的透鏡2210可為同一元件，也即，當(dāng)于激光光源210及擴(kuò)散片230之間設(shè)置第一透鏡組220時(shí)，圖10中的透鏡2210亦可省略，端視設(shè)計(jì)需求而定，當(dāng)然，兩者亦可同時(shí)存在。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光投影機(jī)200可另包含第二透鏡組270，第二透鏡組270設(shè)于四分之一波片242及螢光粉色輪250之間，用以將第一圓偏振光束c1匯聚至螢光粉色輪250。其中，第二透鏡組270可包含透鏡271及透鏡272。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光投影機(jī)200可另包含聚焦透鏡282及光管(lightrod)280。其中，聚焦透鏡282設(shè)于偏振分光鏡240及光管280之間，并用以將來(lái)自偏振分光鏡240的p偏振光束p1及受激光p0匯聚至光管280。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，激光投影機(jī)200可另包含驅(qū)動(dòng)模組260，用以驅(qū)動(dòng)螢光粉色輪250轉(zhuǎn)動(dòng)。

此外，為擴(kuò)大偏振分光鏡240的譜間隙(spectralgap)，以進(jìn)一步提升激光光源210的激光二極管的波長(zhǎng)的可選用范圍，擴(kuò)散光束s2相對(duì)于偏振分光鏡240的入射角θ可大于45度且小于或等于50度。請(qǐng)參考圖11，圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中入射角θ與偏振分光鏡240的穿透率的關(guān)系圖。其中，曲線p45、p48及p50用以表示當(dāng)入射角θ分別為45度、48度及50度時(shí)，p偏振光束(如：p偏振光束p1)對(duì)于偏振分光鏡240的穿透率。另外，曲線s45、s48及s50用以表示當(dāng)入射角θ分別為45度、48度及50度時(shí)，s偏振光(如：擴(kuò)散光束s2)對(duì)于偏振分光鏡240的穿透率。其中，曲線p45與曲線s45之間的波長(zhǎng)間距即是當(dāng)入射角θ為45度時(shí)，偏振分光鏡240的譜間隙。同理，曲線p48與曲線s48之間的波長(zhǎng)間距即是當(dāng)入射角θ為48度時(shí)，偏振分光鏡240的譜間隙；而曲線p50與曲線s50之間的波長(zhǎng)間距即是當(dāng)入射角θ為50度時(shí)，偏振分光鏡240的譜間隙。由圖11可看出，當(dāng)入射角θ越大時(shí)，偏振分光鏡240的譜間隙會(huì)越大。當(dāng)偏振分光鏡240的譜間隙越大，可涵蓋波長(zhǎng)公差較大的激光二極管作為激光光源，亦提高激光光源210的激光二極管的選擇性。

此外，雖然藉由調(diào)整入射角θ可擴(kuò)大偏振分光鏡240的譜間隙，但卻會(huì)影響激光投影機(jī)200的合光效率，故在調(diào)整入射角θ時(shí)，需考量到激光投影機(jī)200的合光效率。請(qǐng)參考圖12，圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中入射角θ與激光投影機(jī)200之合光效率的關(guān)系圖。由圖12可知，當(dāng)入射角介于45度及50度之間時(shí)，激光投影機(jī)200的合光效率可維持在96％以上。因此，可將入射角θ設(shè)定為大于45度且小于或等于50度，即可在使激光投影機(jī)200維持具有足夠的合光效率之情形下，擴(kuò)大偏振分光鏡240的譜間隙。更詳細(xì)的偏振分光鏡240的譜間隙以及激光投影機(jī)200之合光效率之?dāng)?shù)據(jù)則可參照?qǐng)D13中的表格。

綜上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中的激光投影機(jī)中，可藉由使用特定的擴(kuò)散片而降低螢光粉色輪發(fā)生熱淬滅(thermalquenching)現(xiàn)象的機(jī)率。此外，藉由使擴(kuò)散光束相對(duì)于偏振分光鏡的入射角大于45度且小于或等于50度，可擴(kuò)大偏振分光鏡的譜間隙(spectralgap)，進(jìn)而提升用來(lái)作為激光光源的激光二極管的選擇性。

綜上，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。