专利名称：光源模块的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种光源模块，且特别是有关于一种使用半导体光源的 光源模块。
背景技术：
请参照图1A，传统投影装置100包括一光源模块110、 一偏振分光棱镜 (polarization beam splitter)120、 一单晶珪液晶面板(liquid crystal on silicon panel, LCOS panel)130以及一投影镜头140。光源模块110用以提供一照明 光束112,而偏振分光棱镜120是配置于照明光束112的传递路径上。偏振 分光棱镜120具有一分光面122,其可让照明光束112中的P偏振光 (P-poiarization light) 112p通过，并将照明光束112中的S偏振光(S-polarization light)112s反射至单晶硅液晶面板130。单晶硅液晶面板130用以将S偏振光 112s转换成P偏振方向的影像光束112，，并将影像光束112，反射至投影镜头 140。投影镜头140则用以将影像光束112，投射至一屏幕(图未示)上，以在屏 幕上形成影像。
光源模块110包括一积分柱(integrationrod)114以及一光源组116。光源 组116包括多个发光二极管116a(light emitting diode, LED)。积分柱114是用 将发光二极管116a所发出的照明光束112均匀化，以使投影装置100所 投影出的影像亮度较为均匀。
请参照图IB,由于发光二极管116a所提供的照明光束112的发散角6 较大，且积分柱114不具收敛光束的功能，所以照明光束112在通过积分柱 114后的发散角无法缩小。换句话说，传统光源模块110所提供的照明光束 112的发散角较大，所以光利用效率较差，如此将降低投影装置100所投影 出的影像亮度
发明内容
本发明提供一种光源模块，以提供发散角较小的光束。
本发明提供一种光源模块，其包括一光源组以及一光收敛元件。光源组 适于提供一光束，而光收敛元件配置在光束的传递路径上。光收敛元件具有 相对的一顶端与一底端，且光收《支元件是从底端渐缩至顶端。顶端面对光源 组且具有一凹槽，而光束适于经由凹槽入射光收敛元件，并自底端出射。由 于光收敛元件是从底端渐缩至顶端，光束自凹槽入射光收敛元件后，位于顶 端与底端之间的一侧面会将发散角较大的光线反射并收敛，所以光束自底端 出射后的发散角较小。因此，本发明的光源模块可提供发散角较小的光束。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并 配合附图，作详细说明如下。
图1A是一种传统投影装置的示意图。
图1B是图1A的照明光束发散的示意图。
图2A是本发明一实施例的光源模块的剖面示意图。
图2B是图2A中光收敛元件的立体图。
图2C是图2A中光源组的示意图。
图3是光束在图2A的光收敛元件中的光路径示意图。
图4是图2A的光收敛元件的剖面示意图。
图5A是光束未经过光收敛元件前的角度分布图。
图5B是光束经过光收敛元件后的角度分布图。
图6A、图6B与图6C是本发明另三实施例的光收敛元件的剖面示意图。
图7A至图7D是本发明另四实施例的光源才莫块的剖面示意图。
图8是本发明另一实施例的光源模块的剖面示意图。
图9是本发明另一实施例的光源模块的剖面示意图。
主要元件符号说明
100:投影装置
110、 200、 200a、 200b、 200c:光源模块 112:照明光束 112，影像光束 112s: S偏4展光112p: P偏振光
114:积分柱
116、 210:光源组
116a:发光二极管
120:偏振分光棱镜
122:分光面
130:单晶硅液晶面板
140:投影镜头
212:光束
212a、 212b:光线
212r、 212b:第一色光
212g、 212y:第二色光
212b'.第三色光
214:承载器
216:半导体光源
216r、 216b:第一半导体光源
216g、 216y:第二半导体光源
216b:第三半导体光源
217、 219:双色賴
218、 218a:合光单元
220、 220a、 220b:光收敛元件
222:顶端
224、 224a:底端
226:凹槽
226a:底部
226b:侧壁
228:侧面
229:微透镜
230:光均匀化元件
230a:透镜阵列
LI:长度L2、 L3:距离 Rl、 R2、 R3:半径 6、 6 1、 6 2:发散角
具体实施例方式
下列各实施例的说明是参考附图，用以例示本发明可用以实施的特定实 施例。本发明所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右等，仅是参 考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
请参照图2A至图2C,本发明一实施例的光源模块200包括一光源组 210以及一光收敛元件220。光源组210适于提供一光束212,而光收敛元件 220配置在光束212的传递路径上。光收敛元件220具有相对的一顶端222 与一底端224,且光收在支元件220是从底端224渐缩至顶端222。顶端222 面对光源组210且具有一凹槽226。光束212会先在空气中传递，之后再经 由凹槽226入射光收敛220元件，并自底端224出射。
上述的光源组210可包括一承载器(carrier)214以及配置于承载器214上 的至少一半导体光源216,在本实施例中是以四个半导体光源216为例。半 导体光源216可为发光二极管、激光二极管或其他半导体光源，且半导体光 源216的颜色可不相同。举例来说，半导体光源216的颜色可包括红色、蓝 色与绿色。此外，光收敛元件220的材质可为塑料或玻璃，其折射率大于空 气的折射率。凹槽226例如为圆形凹槽，且凹槽226的底部226a可为一凸 面。光收敛元件220的底端224具有一平面225，且光收敛元件220的顶端 222与底端224的轮廓例如是圓形。另外，由于光收敛元件220是从底端224 渐缩至顶端222 ，所以光收敛元件220的侧面228是斜面。
请参照图3,在光源组210所提供的光束212中，发散角较小的光线(如 发散角为6 1的光线212a)会自凹槽226的底部226a入射光收敛元件220。 由于光收敛元件220的折射率大于空气的折射率，再加上底部226a是具有 聚光功能的凸面，所以光收敛元件220可有效地会聚自底部226a入射的光 线212a。
此外，发散角度较大的光线(如发散角为6 2的光线212b)会自凹槽226 的侧壁226b入射光收敛元件220。由于光收敛元件220的折射率大于空气的 折射率，所以自侧壁226b入射的光线212b会先被会聚。之后，光线212b会传递至光收敛元件220的侧面228。在本实施例中，侧面228的斜率是设 计成可让光线212b入射侧面228时的入射角大于全反射角，故光线212b会 被侧面228反射并收敛。
由于光收敛元件220可收敛光束212，所以可使光束212通过光收敛元 件220后的发散角变小。因此，将光源模块200应用于投影装置中可提高光 利用效率。
请参照图2A与图4，在本实施例中，光收敛元件220的尺寸及所选用
设计。光收敛元件220的尺寸包括凹槽226的半径Rl(即顶端222的圆形轮 廓的半径Rl),侧面228与底端224的交接处所形成的圆形轮廓的半径R2, 底端224的平面225的半径R3，侧壁226b的长度Ll，顶端222至底端224 的两表面的距离L2、 L3。
图5A是光束未经过光收敛元件前的角度分布图，而图5B是光束经过 光收敛元件后的角度分布图。需先说明的是，测试时所使用的光收敛元件220 的Rl = 2.2mm、 R2 = 6.5mm、 R3 = 7.5mm、 Ll = 5mm、 L2 = 8.5mm、 L3 = 10mm、折射率等于1.49,光收敛元件的材质为聚曱基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate, PMMA),底部226a为曲面且曲率半径为3.01mm 。由图5A 可看出，光束212在未经过光收敛元件220之前的角度分布(angle distribution) 约介于± 80度之间。而光束212在经过光收敛元件220后的主要角度分布约 介于± 20度之间(如图5B所示)。因此，本实施例的光收敛元件220可有效 地收敛光束212。
请参照图6A,光收敛元件220a与图3的光收敛元件220相似，不同处 在于光收敛元件220的底端224具有一平面225，而光收敛元件220a的底端 224a具有一凸面225a,以进一步收敛自底端224a出射的光束212。此外， 为了更进一步收敛自底端224出射的光束，如图6B的光收敛元件220b所示， 光收敛元件220b的平面225可设置多个微透镜229，如图6C的光收敛元件 220c所示，光收敛元件220c的凸面225a可设置多个微透镜229。
请参照图7A,相较于图2A的光源模块200,光源模块200a还包括一 光均匀化元件230，配置于光源组210与跟收敛元件220之间。光均匀化元 件230例如是积分柱，而积分柱可为实心积分柱或空心积分柱。此外，光均 匀化元件230亦可设置于光收敛元件220的底端224旁(如图7B所示)。由于光收敛元件220可先将光束收敛，所以能使大部分的光束进入光均匀化元 件230中，以减少光损失，进而提高光利用效率。另外，请参照图7C与图 7D,在本发明中亦可采用透镜阵列230a作为光均匀化元件。
请参照图8，本实施例中光源模块200b与图2的光源模块200的差异处 在于光源组。光源组210b包括至少一第一半导体光源216b及至少一第二半 导体光源216y以及一合光单元218。第一半导体光源216b配置于一承载器 214上，而第二半导体光源216y是配置于另一承载器214上。第一半导体光 源216b适于提供一第一色光212b(如蓝光)，第二半导体光源216y适于提供 一第二色光212y(如黄光)，第一色光212b与第二色光212y为互补的两色光 例如本实施例中的蓝光与黄光，以混合成一白光。合光单元218例如是一双 色镜(dichroic mirror),配置于第一色光212b与第二色光212y的传递路径上。 合光单元218可反射第一色光212b并使第二色光212y通过，以将第一色光 212b与第二色光212y合并成上述的光束212。
请参照图9,本实施例中光源模块200c与图2的光源模块200的差异处 在于光源组。光源组210c包括至少一第一半导体光源216r、至少一第二半 导体光源212g、至少一第三半导体光源216b以及一合光单元218。每一半 导体光源分别配置于一承载器214上。第一半导体光源216r适于提供一第 一色光212r(如红光)，第二半导体光源216g适于提供一第二色光212g(如绿 光)，而第三半导体光源216b适于提供一第三色光212b(如蓝光)。本实施例 中光源模块200c的合光单元218a包括两个相互交叉的双色镜217、 219,且 光源模块200c的第一半导体光源216r、第二半导体光源216g与第三半导体 光源216b是配置于不同的承载器214上。双色镜217可反射第一色光212r 并使第二色光212g与第三色光212b通过，而双色镜219可反射第三色光 212b并使第二色光212g与第一色光212r通过，进而将第一色光212r、第二 色光212g及第三色光212b合并成上述的光束212。
综上所述，本发明的光源模块及光收敛元件至少具有下列优点
1. 光收敛元件的凹槽的底部会收敛发散角较小的光线，且光收敛元件的 侧面会将发散角较大的光线反射并收敛，所以光束自底端出射后的发散角较 小。因此，本发明的光源模块可提供发散角较小的光束。
2. 将光收敛元件的底端设计成凸面或是在底端设置多个微透镜可进一步 收敛光束。虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作 些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。 另外本发明的任一 实施例或申请专利范围不须达成本发明所公开的全部目 的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用， 并非用来限制本发明的权利范围。
权利要求
1.一种光源模块，包括一光源组，适于提供一光束；一光收敛元件，配置于该光束的传递路径上，该光收敛元件具有相对的一顶端与一底端，且该光收敛元件是从该底端渐缩至该顶端，该顶端面对该光源组且具有一凹槽，该凹槽的底部为一凸面，而该光束适于经由该凹槽入射该光收敛元件，并自该底端出射。
2. 根据权利要求1所述的光源模块 凸面。
3. 根据权利要求2所述的光源;溪块
4. 根据权利要求1所述的光源模块 平面。
5. 根据权利要求4所述的光源模块
6. 根据权利要求1所述的光源模块 且该凹槽为圆形凹槽。
7. 根据权利要求1所述的光源模块 光收敛元件与该光源组之间或是该光收敛元件的该底端旁。
8. 根据权利要求1所述的光源模块，其中该光源组包括至少一半导体光源。
9. 根据权利要求8所述的光源模块，其中该半导体光源为发光二极管或 激光二极管。
10. 根据权利要求1所述的光源模块，其中该光源组包括 至少一第一半导体光源，适于提供一第一色光； 至少一第二半导体光源，适于提供一第二色光；以及 一合光单元，配置于该第一色光与该第二色光的传递路径上，以使该第一色光与该第二色光合并成该光束。
11. 根据权利要求IO所述的光源模块，其中该光源组还包括至少一第三 半导体光源，适于提供一第三色光，该合光单元配置于该第三色光的传递路 径上，以使该第一色光、该第二色光及该第三色光合并成该光束。,其中该光收敛元件的该底端具有一,其中该凸面设有多个微透镜。,其中该光收敛元件的该底端具有一,其中该平面设有多个微透镜。,其中该顶端与该底端的轮廓为圓形,还包括一光均勻化元件，配置于该
全文摘要
一种光源模块，包括一光源组以及一光收敛元件。光源组适于提供一光束，而光收敛元件配置在光束的传递路径上。光收敛元件具有相对的一顶端与一底端，且光收敛元件是从底端渐缩至顶端。顶端面对光源组且具有一凹槽，而光束适于经由凹槽入射光收敛元件，并自底端出射。光收敛元件可将光束收敛，所以光源模块可提供发散角度较小的光束。
文档编号G02B27/10GK101285997SQ20071009175
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月9日 优先权日2007年4月9日
发明者刘恬嘉, 许志禄, 陈惠萍 申请人:扬明光学股份有限公司