CN107193177B - 一种光源系统及其投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明光学照明领域，提供了一种光源系统，包括激光光源模组，用于输出第一颜色光的宽谱光；所述激光光源模组包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射窄谱光，所述窄谱光为同色异谱的第一颜色光。本发明的该光源系统能够解决现有技术中投影显示颜色不均匀的问题，同时提供了一种投影装置，实现降低投影成本，同时使得投影装置的制造更简单。

Description

一种光源系统及其投影装置

技术领域

本发明涉及光学照明领域，更具体的说，涉及一种投影装置的光源及其投影装置。

背景技术

为了在更短的投射空间内投射更大的画面，超短焦投影技术已广泛应用在投影的各个领域，反射式超短焦镜头模组是目前最为理想的选择，超短焦镜头模组包括反光碗和投影镜头。但是反光碗对镀膜的要求非常高，因为超短焦镜头的反光碗前的投影镜头会成像到反光碗之前的某个区域，形成中间像，反光碗对中间像继续成像，最终呈现到屏幕上，因此反光碗是成像器件当中的一部分，参与了成像，所以反光碗对于提高投影图像的质量是至关重要的。然而，当前的反光碗通常是通过镀介质膜实现不同的反射的，而不同的波谱对反光碗的镀的介质膜的膜层的特性完全不同。由于反光碗的特殊形状，一般为自由曲面的面型，加上其体积较大，因此镀膜时容易出现镀膜不均匀的现象。而早期使用的投影光源是灯泡或者LED光源，随着技术的发展，现在大部分采用激光作用投影光源，但是激光的光学特性和灯泡或者LED发出的光的光学特性完全不同，这就导致了反光碗的镀的介质膜的镀膜特性发生改变，不同的光源需要特制不同的投影镜头模组，使得反光碗不具备通用性。这增加了投影装置的制造成本，也增加了投影镜头模组的镀膜难度。

具体如图2-1所示，目前采用的激光激发荧光粉光源光谱，其蓝光部分由激光提供，由于光谱较窄，反光碗上a，b，c区域镀膜反射率的差异会导致蓝光出射强度不同，导致画面上蓝光亮度不均匀，从而使得白光的颜色均匀性受到很大影响。

现有的反光碗的镀膜不均导致了反光碗各处的反射率不同而使得反光碗各点对高强度的同一颜色的光(如图2-1中的101所示的蓝激光光谱)的反射率不同(如图2-1中所示的a、b、c曲线)而导致出射光颜色不均匀而影响图像质量。

因此，需要一种光源系统和投影装置，能够解决现有投影装置制造成本高且镀膜困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源系统和投影装置，旨在解决现有技术中投影装置制造成本高且镜头镀膜困难、出射光的颜色均匀性差等的问题。

一种光源系统，包括激光光源模组，用于输出第一颜色光的宽谱光；

所述激光光源模组包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射窄谱光，所述窄谱光为同色异谱的第一颜色光。

一种投影装置，包括本发明中的光源系统。

本发明的投影装置还包括镜头模组；所述镜头模组包括投影镜头和反光元件；所述反光元件设置于投影镜头后的光路上，用于将投影镜头出射的光反射出投影装置，所述反光元件为内表面镀反射介质膜的曲面体。本发明的上述技术方案，通过在光源系统中设置激光光源模组，并且将激光光源设置成出射宽谱激光的光，从而使得光源系统出射的光均匀宽谱光，使得激光用在超短焦投影装置中，降低镜头模组的要求，同时提高出射光的整体的颜色均匀性。

附图说明

图1-1是本发明一实施例中激光光源模组的一个示意图；

图1-2是本发明一实施例中激光光源模组的另一个示意图；

图2-1是本发明背景技术中的反光碗反射曲线；

图2-2是本发明一实施例中反光元件的反射曲线；图3-1是本发明一实施例中光源系统的结构示意图；

图3-2是本发明一实施例中光源系统的另一结构示意图；

图3-3是本发明一实施例中光源系统的又一结构示意图；

图4是本发明一实施例中分光合光元件的层结构示意图；

图5-1是本发明一实施例中波长转换装置的结构示意图；

图5-2是本发明一实施例中波长转换装置的另一结构示意图；

图6是本发明另一实施例中的光源系统的结构示意图；

图7是本发明另一实施例中的光源系统的又一结构示意图；

图8是本发明另一实施例中的光源系统的另一结构示意图；

图9是本发明另一实施例中的光源系统的另一结构示意图；

图10是本发明一实施例中投影装置的结构示意图；

图11是本发明一实施例中反光元件的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是：本发明中同色异谱的光是指多个光的主波长不同，但是颜色相同，比如主波长为445nm、455nm、465nm的蓝光，其都是蓝光，但是主波长不相同。本发明中的窄谱光是指单颗激光器发出的光谱覆盖的范围宽度。本发明中的宽谱光是指光谱覆盖范围的宽度大于单颗激光器发出的光谱的覆盖的范围宽度。

为了使得说明更清楚，更容易理解以下结合附图，对本发明的方案进行详细说明。

本发明的一种光源系统，结合图1进行说明。该光源系统包括激光光源模组1，用于发射第一颜色光的宽谱光。激光光源模组1可以包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射窄谱光，所述窄谱光为同色异谱的第一颜色光。

其中，激光光源模组1可以包括如图1-1所示的两种激光器，第一种激光器11，第二种激光器12，第一种激光器11与第二种激光器12发射分别发射第一窄谱光和第二窄谱光，其中，第一窄谱光和第二窄谱光为同色异谱的光。比如第一窄谱光和第二窄谱光均为蓝光，其主波长分别为445nm和455nm，当然第一窄谱光和第二窄谱光的颜色不限，也即第一颜色光的颜色不限，可以为蓝光、绿光、红光等。这两种激光器可以分布为单颗激光二极管或者激光二级管阵列。

当然，激光光源模组1还可以包括图图1-2所示的三种激光器，也即在图1-1的基础上，再增加一种激光器，第三种激光器13，该第三种激光器发射第一颜色光的第三窄谱光，第三种激光器发射的颜色在此无特别限制，如图1-1中的激光器发出的颜色。例如，第一窄谱光、第二窄谱光和第三窄谱光均为蓝光，其主波长分别为445nm、455nm、465nm；或者其主波长分别为445nm、455nm、462nm。其主波长的值根据需要选定，在此，没有特别限制。

本实施例中，采用激光作为投影光源，较之于现有技术中的LED光源、高压汞灯等光源，具有更高亮度，并且具有更好的显色效果。本实施例采用了至少两种窄谱光的激光器作为投影光源，可以有效消除由于投影机的反光碗的本身的特性，导致的反光碗的合格率低的问题。而本实施例采用两种窄谱光的激光器作为投影光源，当宽谱的第一颜色光的激光照射到反光碗时，虽然反光碗各处对同一颜色的反射率不同，但同一点对至少两种窄谱光的反射率不同，可以相互抵消由于反射率不均匀导致的颜色不均匀的问题。

本实施例中，优选第一颜色光为蓝光，第一颜色光包括445nm的第一窄谱光和455nm的第二窄谱光。本技术方案在保证光源系统的输出光强度的同时，也保证了输出光不受制约于反光碗，获得颜色均匀的出射光。

进一步优选的，如图2-2所示，第一颜色光为蓝光，第一颜色光包括主波长为445nm的第一窄谱光104、主波长为455nm的第二窄谱光101和主波长为465nm或者462nm的第三窄谱光103。本实施例进一步使得出射光的颜色更均匀。

本实施例中保证了光源系统的输出光强度，因为激光具备高亮度；也保证了输出光不受制约于反光碗(采用窄谱光必然受制于反光碗的约束而导致出射光的颜色不均匀)，获得颜色均匀的出射光，如图2-2所示，反光碗中某三处的反射率分布为曲线a、b、c(曲线a、b、c仅仅是示例，不用来限制本发明的反光碗)，当在a处时，如果采用一种激光器，如产生窄谱光101，则大部分光某一波长范围的光未被反射，在b处可能未被反射的光少，在c处可能未被反射的光更少，所以这就导致了屏幕上出现颜色不均匀，而本发明采用至少两种窄谱光。图2-2中举例三种窄谱光，当在a处时，如第一种窄谱光104小部分光未被反射，第二种窄谱光101仅仅一很小部分光未被反射，第三种窄谱光几乎全部被反射，经过加权平均，a处出射的蓝光未被出射的仅仅一很小部分光，同样b处和c处也类似，也即整个反光碗上各处对同一颜色光的反射率都是相当的，这必然提高了图像显示时的颜色均匀性。并且也保证了图像的显色更逼真，本发明采用至少两种激光器，可使得各个激光器的主波长平均后的出射光的主波长更接近显色所需的该颜色光的主波长，能够实现更好的图像显示。

基于上述实施例，本发明提出第二实施例，本实施例结合图3进行详细说明。该光源系统包括激光光源模组1、分光合光元件2、散射元件3和波长转换装置4。

其中，所述激光光源模组1发射第一颜色光的宽谱光到所述分光合光元件2上，所述分光合光元件2将部分光分到散射元件3上经散射元件散射形成散射光，另一部分光分到波长转换装置4上，波长转换装置4接受第一颜色光激发而产生受激光。如图3-1，受激光被波长转换装置4反射向分光合光元件2，散射光也被反射向合光元件2，合光元件2对所述散射光和受激光合光后出射。本实施例中，采用反射式的波长转换装置4和反射式的散射元件3使得光源系统的结构更紧凑，并且便于波长转换装置4和散射元件3散热，提高系统的亮度。

当然，波长转换装置4可以是反射式的(如图3-1)也可以是透射式的(如图3-2)，散射元件3同样也可以是反射式的(如图3-1)也可以是透射式的(如图3-2)。以下结合图3-2进行说明，受激光至少部分透射过波长转换装置4，散射光至少部分透射过散射元件3。图3-1和图3-2仅仅是部分实施方案，不能限制本发明的范围，例如：散射元件3也可以是反射式，波长转换装置4是透射式的；散射元件3也可以是透射式的，波长转换装置4是反射式的。而采用波长转换装置4和散射元件3至少一个是透射式，可以使得大部分的光出射，而光在合光元件2和波长转换装置4或散射元件3之间的光的损失减小，从而可以提高亮度，并且波长转换装置的制作更简单。

本实施例中，如图5所示，波长转换装置3上包括黄色波长转换材料、绿色波长转换材料、红色波长转换材料中的至少一种，例如，当激光光源模组(也即激发光)发射宽谱光为蓝光时，所述波长转换装置3如图5-1所示，波长转换装置包括一种波长转换材料31为黄色波长转换材料31，黄色波长转换材料被蓝光激发产生黄光，或者所述波长转换材料为绿色波长转换材料31或者为红色波长转换材料31，用来被激发产生绿光或者红光；所述波长转换装置3如图5-2所示，还可以设置分段式区域，所述分段式区域至少设置两种颜色的波长转换材料，如黄色波长转换材料32，红色波长转换材料33，在此不做进一步的例举。所述波长转换装置可以为板状的，作往复运动，也可以为圆盘状的，做圆周运动。

进一步的，本发明还可以包括第二固态光源。以下结合附图进行说明，如图3-3所示。光源系统还可以包括合色元件5和第二固态光源6。所述第二固态光源6位于散射光和受激光的合光的光路上，所述合色元件5用于将第二固态光源6发出的第二光与所述散射光和受激光合成一路出射。其中，第二固态光源6包括但不限于发光二极管、激光二极管、发光二极管与激光二极管的混合、发光二极管阵列或者激光二极管阵列。所述合色元件5包括但不限于偏振片、区域镀膜的二向色片(所述二向色片部分区域设置反射膜用来反射第二固态光源6发出的光，所述二向色片其他区域透射散射光和受激光)、二向色片等。其中，第二固态光源6发射的光可以是红光、蓝光、绿光、黄光、青光、橙光、品红光等，所述第二固态光源发射的第二光可以与散射光和受激光的波长有部分重叠，或者散射光和受激光的波长覆盖第二固态光源发射的第二光的波长，或者散射光和受激光的波长与第二固态光源发射的第二光的波长完全不重叠。第二固态光源6发射的光可以是窄谱光，也可以是宽谱光。优选的，第二固态光源6发射宽谱光。具体如第一实施例中激光光源模组1，在此不再赘述。

针对上述实施例中的分光合光元件2结合图4进行详细说明，所述分光合光元件2包括透明基板21，所述透明基板21上设置了高低折射率介质22，其中高低折射率介质22可以使得分光合光元件2透射部分光，反射部分光。其中，分光合光元件2可以采用透射率和反射率的比来选择透射和反射的光的比率；或者分光合光元件2采用波长分光，某一波段的光透射，某一波段的光反射；或者分光合光元件2采用偏振分光，某一偏振态的光透射，某一偏振态的光反射。优选的，分光合光元件2采用透射率来选择透射和反射的比例，优选的，分光合光元件2将来自激光光源模组1的10％～20％的第一颜色光的宽谱光分到散射元件，将剩下的第一颜色光的宽谱光分到波长转换装置，采用该技术方案，能够使得散射光和受激光的损失最小，并且符合颜色显示标准。

本发明提出第三实施例，以下结合图6至图9进行详细说明。一种光源系统，包括第一光源模组1，第二光源模组2、第三光源模组3和合光元件4。其中，第一光源模组1包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射不同波谱的窄谱光，所述不同波谱的窄谱光为同色异谱的第一颜色光。所述第二光源模组2和第三光源模组3为固态光源，比如LED光源或者激光光源或者LED与激光混合光源等，其分别发射第二颜色光和第三颜色光，所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光的光谱范围不同。所述合光元件4位于所述第一光源模组1，第二光源模组2、第三光源模组3之间，用于将第一光源模组1，第二光源模组2、第三光源模组3的光合成到一路上形成复合光出射，其中，所述合光元件4包括第一二向色片41和第二二向色片42，所述第一二向色片41和第二二向色片42可以互相垂直放置如图6至图8所示；所述第一二向色片41和第二二向色片42可以互相平行放置，如图9所示。本实施例中，采用多种不同波谱的窄谱光的激光作用光源，形成宽谱光的激光光源，该激光光源用作投影光源，能够有效消除超短焦镜头前的反光碗的镀膜不均造成的投影图像显示的颜色不均匀性的问题，同时提高光源系统输出的光的亮度。

优选的，第二光源模组2包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射不同波谱的窄谱光，所述不同波谱的窄谱光为同色异谱的第二颜色光。优选的，第三光源模组3包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射不同波谱的窄谱光，所述不同波谱的窄谱光为同色异谱的第三颜色光。本实施例中，第一光源模组1、第二光源模组2和第三光源模组3均采用激光光源模组，一方面结构简单，另一方面使得光源系统输出的光的亮度高，且符合投影显示的显色标准，同时还能够解决现有技术中图像显示的颜色不均匀性的问题。

本实施例中，所述光源系统还可包括一散射元件7，用于与经过散射元件7的光进行散射后出射。所述散射元件7位于复合光的光路上如图7所示，或者位于光源模组和合光元件4之间如图8和图9所示。当散射元件7位于符合光的光路上时，多个光源模组仅仅需要一个散射元件就可实现对光源系统的出射光进行散射，从而使得整个光源系统的结构更加紧凑，且成本更低。当散射元件7位于光源模组和合光元件4之间时，如图8或图9所示，使得光源模组距离散射元件7之间的距离更近，从而使得激光的能量更集中的打在散射元件7上，从而提高散射效果。

如图8所示，散射元件7可以包括第一散射装置71、第二散射装置72和第三散射装置73。第一散射装置71用来对第一光源模组1进行散射，以消除激光的相干性；第二散射装置72用来对第二光源模组2进行散射，以消除激光的相干性；第三散射装置73用来对第三光源模组3进行散射，以消除激光的相干性。其中，所述第二散射装置72和第三散射装置73中的任意一个或两个均可以替换成波长转换装置，波长转换装置如实施例一中所述，在此不再赘述。

本实施例中，第二光源模组2和第三光源模组3可以包括LED或者LED阵列或者激光二极管或者激光二极管阵列。以下结合图9进行说明，该光源系统包括第一光源模组1、第二光源模组2和第三光源模组3，其中，第一光源模组1包括激光光源模组，具体参见实施例一中的激光光源模组。第一光源模组1发射的激光经过散射装置71后形成散射光，散射光经过第一二向色片41与第一光源模组2合光，在经过第二二向色片42与第三光源模组3合光，形成出射光出射。采用本实施例中方案，能够降低光源系统的成本。

另外，本发明还可包括控制装置，用于控制上述实施例中的第一激光光源模组、第二光源模组和第三光源模组的供电电源，例如，控制激光光源模组、第二光源模组和第三光源模组开/断，或者供给电压大小或者电流大小或者每个光源模组中开、断的数量，以调节色坐标或者调节光源系统的亮度。

本发明还包括一投影装置，所述投影装置包括上述任一实施例中的光源系统1。该投影装置还可以包括至少一空间光调制器8及其镜头模组9。该镜头模组9包括投影镜头91和反光元件92。其中，投影镜头用于将空间光调制8调制的图像光进行整形处理后出射到反光组件92；该反光元件92将图像光进行反射向投影屏幕，所述反光元件92接受图像光的曲面上设置有多层介质膜，该多层介质膜用来对不同颜色的光进行反射。如图11所示，反光元件92可以包括但不限于反光碗92，所述反光碗92内曲面设置有多层介质膜，但反光碗92内曲面各点对光的反射率不完全相同，例如a、b、c点，其对不同颜色光的反射率如图2-1所示。而本发明的光源系统采用激光光源模组出射的宽谱光，使得各点对同一颜色光的反射率进行均衡，从而消除了某些点对某一波长的反射率不一样，导致投影屏幕上的图像颜色不均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者直接、间接运用在其他相关的技术领域，均视为包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种光源系统，其特征在于，包括激光光源模组，用于输出第一颜色光的宽谱光；

所述激光光源模组包括至少两种用于发射窄谱光的激光器：第一种激光器和第二种激光器，所述第一种激光器和第二种激光器分别用于发射第一窄谱光和第二窄谱光，所述第一窄谱光和第二窄谱光为同色异谱的第一颜色光；

所述光源系统还包括分光合光元件、散射元件和波长转换装置；

所述分光合光元件位于所述激光光源模组发射的第一颜色光的光路上，所述分光合光元件用于透射部分所述第一窄谱光和部分所述第二窄谱光到所述波长转换装置，反射部分所述第一窄谱光和部分所述第二窄谱光到所述散射元件；或者，所述分光合光元件用于反射部分所述第一窄谱光和部分所述第二窄谱光到所述波长转换装置，透射部分所述第一窄谱光和部分所述第二窄谱光到所述散射元件；

所述波长转换装置将入射于其上的光转换成受激光；

所述散射元件将入射与其上的光进行散射形成散射光。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分光合光元件还用于将受激光和散射光合光到第一光通道上。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分光合光元件包括至少一面镀有介质膜的透明玻片；所述介质膜为高-低折射率材料。

4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置设置有黄色波长转换材料，被第一颜色光激发产生黄色受激光；

所述第一颜色光为蓝光；

所述分光合光元件用于透射部分蓝光，反射剩余部分蓝光，并用于将黄色受激光和蓝色散射光合成到第一光通道上。

5.根据权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括一固态光源和合光元件；

所述固态光源，用来发射第一红光；

所述合光元件位于第一光通道上，用于将蓝色散射光和黄色受激光与第一红光合光。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置上设有绿色波长转换材料，被第一颜色光激发产生绿色受激光；

所述第一颜色光为蓝光；

所述分光合光元件用于透射部分蓝光，反射剩余部分蓝光，并用于将绿色受激光和蓝色散射光合光。

7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置上还设置有红色波长转换材料，被第一颜色光激发产生红色受激光；

所述分光合光元件还用于将红色受激光与绿色受激光和蓝色散射光合光；

所述红色波长转换材料和绿色波长转换材料时序的位于蓝色激发光的光路上。

8.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括合光装置和第二固态光源；所述第二固态光源用于产生第二颜色光的宽谱光，所述第二颜色光与第一颜色光的颜色不同；

所述合光装置，用于将第一颜色光和第二颜色光进行合光。

9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述第二固态光源包括至少两种激光器，所述至少两种激光器分别用于发射窄谱光，所述窄谱光为同色异谱的第二颜色光；或者，

包括发光二极管或者发光二极管阵列，用于发射第二颜色光的宽谱光；或者，

包括发光二极管和激光器的混合，用于发射第二颜色光的宽谱光。

10.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括第三固态光源，所述第三固态光源用于产生第三颜色光的宽谱光；

所述第三颜色光与第二颜色光和第一颜色光的颜色均不同；

所述合光装置，用于将第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光进行合光。

11.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述第三固态光源包括至少两个激光器或两种激光器阵列，所述至少两个激光器或两种激光器阵列用于发射第三颜色光的宽谱光；或者，

包括发光二极管或者发光二极管阵列，用于发射第三颜色光的宽谱光；或者，

包括发光二极管和激光器的混合，用于发射第三颜色光的宽谱光。

12.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括激发光源和波长转换装置，所述激发光源用于产生激发光；

所述激发光用于激发波长转换装置产生第三颜色光的宽谱光；

所述合光装置用于将第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光进行合光。

13.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述第一颜色光为蓝光，第二颜色光为红光，第三颜色光为绿光。

14.根据权利要求1-13任一项所述的光源系统，其特征在于，所述系统还包括控制单元，用于控制激光光源模组中的每个激光器的供电强度；

所述每个激光器的供电强度相同或者不均相同或者均不相同。

15.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的光源系统。

16.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，还包括镜头模组；

所述镜头模组包括投影镜头和反光元件；

所述反光元件设置于投影镜头后的光路上，用于将投影镜头出射的光反射出投影装置，所述反光元件为内表面镀反射介质膜的曲面体。

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