CN108572497B - 光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明保护一种光源装置，包括第一光源、复眼透镜对、光引导系统和波长转换装置；第一光源发射第一激发光，经复眼透镜对匀光后入射至光引导系统；光引导系统将第一激发光引导至波长转换装置；波长转换装置包括波长转换区段和反射区段，波长转换区段吸收第一激发光并出射受激光，第一激发光斜入射至反射区段被反射后形成第二激发光；光引导系统还用于收集受激光和第二激发光，并引导受激光和第二激发光沿出射光通道出射；光引导系统包括位于第二激发光光路上的光路校正组件，反射第二激发光，并使其主光轴与受激光主光轴重合；复眼透镜对包括沿第一激发光方向设置的第一和第二透镜阵列，组成第一透镜阵列的各透镜单元在波长转换装置表面重叠成像。

Description

光源装置及投影系统

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种光源装置及投影系统。

背景技术

现有投影技术领域中，采用半导体蓝光激光器激发荧光粉产生红光和绿光，并利用半导体蓝光激光器本身发射的蓝光与红光和绿光形成三基色光以调制图像，是常用的一种方法。

现有技术中，如图1所示，光源装置10包括第一光源101，匀光器件102，区域分光片103，收集透镜104，荧光粉色轮105，第一中继透镜106和第二中继透镜108，反射镜107及方棒109。

第一光源101为蓝光激光器，其发出的蓝光激发光经过匀光器件102的均匀化后，入射于区域分光片103，并经区域分光片103的透蓝反黄区域透射。该蓝光沿收集透镜104的中心轴入射于收集透镜104，被收集透镜104收集后入射到荧光粉色轮105上。荧光粉色轮105包括涂覆有红色荧光粉的第一区段、涂覆有绿色荧光粉的第二区段以及具有散射反射功能的第三区段。荧光粉色轮105周期性转动，从而第一区段、第二区段和第三段分时位于蓝光的光路上。蓝光激发红色荧光粉产生红荧光(受激光)、蓝光激发绿色荧光粉产生绿荧光(受激光)，红荧光以及绿荧光以朗伯光的形式出射；以及蓝光经第三区段散射反射，也以朗伯光的形式出射，光学扩展量变大。红荧光和绿荧光经过收集透镜104，由区域分光片103反射；而以朗伯光形式出射的蓝光，入射到透蓝反黄区域1031的蓝光会因透射而损失掉。红光、绿光及剩余的蓝光经过中继透镜106、反射镜107和中继透镜108进入到方棒109，最终从方棒109的出口端出射。由于入射到方棒109的光束中，中心部分缺少蓝光，因此，在从方棒109出射后，其出口的光斑面分布存在颜色不均匀的现象，中心部分偏黄，这会导致最终投影出来的画面颜色不均匀。

在另一现有技术CN105278226A中，如图2所示，光源装置100包括光源110、波长转换模块120、合光单元130、光传递模块140和积分柱150，其中合光单元130包括分光部131和反射部133。光源110发出的蓝色激光BL经分光部131入射至光传递模块140，经光传递模块140以θ角入射至波长转换模块120，被反射后经光传递模块140传递至反射部133，而后经透镜被收集引导至积分柱150。在该技术方案中，入射的蓝光和出射的蓝光分别经过同一部件合光单元130的两个部分——分光部131和反射部133的透射和反射，导致蓝光的主光轴偏离出射光的主光轴方向，从而从合光单元130出射的红绿光与蓝光的主光轴不重合，将导致积分柱150出口的光斑颜色不均匀，导致最终投影出来的画面颜色不均匀。

此外，波长转换模块120设置在光传递模块140的焦点上，以使红绿光能够平行出射。在该情况下，由于光源110发出的光不可能是严格的平行光，总会有一定的发散角，因此光源110经过光传递模块140必然在某一位置会聚成像，而蓝光光束在光传递模块140的焦平面则必然处于离焦状态。该离焦状态下的光必然形成面分布不均匀的光斑，而该光斑不仅导致光源装置最终出射的蓝光不均匀，也会因激发光密度不同而造成红绿受激光面分布不均匀。进一步的，当入射蓝光的主光轴稍有偏斜时，将导致蓝光在波长转换模块120上的光斑中心偏离光传递模块140的光轴，导致出射的红绿蓝光光分布都不均匀。

因此，现有技术CN105278226A的技术方案不具有实用性，这也是该技术迟迟未能应用到实际产品中的原因。

发明内容

针对上述现有技术的光源装置颜色均匀性差的缺陷，本发明提供一种出射光颜色分布均匀的光源装置。

本发明的基本构思为：在激发光斜入射到波长转换装置的前提下，利用复眼透镜对的匀光和成像原理，在波长转换装置上形成均匀、稳定的光斑，一旦从复眼透镜对到波长转换装置的成像关系建立，即使入射到复眼透镜对的光发生偏斜也不会对波长转换装置表面的光斑位置和均匀性产生影响。该构思解决了光束斜入斜出情况下的光斑均匀性问题。

该构思是在激发光光束斜入射的背景下产生的，这是由于，以往一般的激发光垂直入射到波长转换装置的技术方案中，光斑中心始终处于各透镜等光学元件的光轴上，不需要考虑光斑在垂直于光轴方向偏移的问题；而激发光光束斜入射产生了新的问题，即在沿透镜光轴方向的不同位置，垂直于该光轴的截面上的光斑偏移光轴的距离不同，而且从透镜不同位置入射的光线的偏折角度不同，使得在波长转换装置表面获得均匀光斑成为难题。

具体地，本发明提供了一种光源装置，包括第一光源、复眼透镜对、光引导系统和波长转换装置；所述第一光源用于发射第一激发光，所述第一激发光经所述复眼透镜对匀光后入射至所述光引导系统；所述光引导系统用于将所述第一激发光引导至所述波长转换装置；所述波长转换装置包括波长转换区段和反射区段，所述波长转换装置周期性运动以使得所述波长转换区段和反射区段分时周期性地位于第一激发光的光路上，所述波长转换区段吸收所述第一激发光并出射受激光，所述第一激发光斜入射至所述反射区段的表面，被反射后形成第二激发光；所述光引导系统还用于收集所述受激光和第二激发光，并引导所述受激光和第二激发光沿出射光通道出射；所述光引导系统包括光路校正组件，所述光路校正组件位于所述第二激发光的光路上，用于反射所述第二激发光，并使反射后的第二激发光的主光轴与所述受激光的主光轴重合；所述复眼透镜对包括沿所述第一激发光方向依次设置的第一透镜阵列和第二透镜阵列，组成所述第一透镜阵列的各透镜单元在所述波长转换装置表面重叠成像。

在一个实施方式中，包括光束角度反射片，位于所述第一光源与所述复眼透镜对之间的光路上，用于改变所述第一激发光的方向，使得经所述光束角度反射片反射后的第一激发光与所述复眼透镜的轴线夹角大于0°且不超过2°。

在一个实施方式中，所述光引导系统还包括收集透镜，用于将所述第一激发光会聚入射至所述波长转换装置，并用于收集来自所述波长转换装置的所述受激光和所述第二激发光；所述第一激发光入射至所述收集透镜的光束边缘与所述收集透镜的中心轴间距为0.2～0.5mm。

在一个实施方式中，还包括滤光轮，所述滤光轮包括散射透射区段，当所述波长转换装置的反射区段出射第二激发光时，所述散射透射区段位于所述第二激发光的光路上，用于对所述第二激发光进行散射。

在一个实施方式中，所述光路校正组件包括角分布校正元件，用于对所述第二激发光进行会聚或发散，使所述第二激发光与所述受激光在沿光束传播方向上的成像位置重合。

在一个实施方式中，所述光路校正组件包括凹面反射面或者包括平面反射面与凸透镜的组合，从所述波长转换装置至所述第二激发光与所述受激光的重合位置，所述第二激发光的光程小于所述受激光的光程；或者所述光路校正组件包括凸面反射面或者包括平面反射面与凹透镜的组合，从所述波长转换装置至所述第二激发光与所述受激光的重合位置，所述第二激发光的光程大于所述受激光的光程。

在一个实施方式中，所述光路校正组件固定在所述波长转换装置的反射区段上，用于将所述第一激发光反射成为所述第二激发光。

在一个实施方式中，所述光路校正组件在所述波长转换装置的轴向截面上呈凹型曲线或直线型。

在一个实施方式中，还包括用于发射补偿光的第二光源和补偿光引导组件，所述补偿光引导组件设置于所述受激光的出射光路上，所述补偿光与所述受激光具有交叠的波长范围，所述补偿光与所述受激光通过所述补偿光引导组件合光。

本发明还提供了一种投影系统，包括上述任一项所述的光源装置，还包括光调制装置和镜头装置。

与现有技术相比，本发明通过光引导系统的引导，使第一激发光斜入射至波长转换装置的反射区段表面，使得反射后的第二激发光与第一激发光光路分离，不会沿第一激发光的光路原路返回，从而避免了第二激发光沿第一激发光的光路损失部分光，有效的提高了光利用率；通过光引导系统的光路校正组件的反射作用，对第二激发光的主光轴位置和光斑成像位置进行校正，改变第二激发光的光斑垂直于其光路方向的成像位置，从而使得第二激发光与受激光能够在预定位置具有相同的空间分布均匀性；通过在第一光源与光引导系统之间设置复眼透镜对，使复眼透镜对的第一透镜阵列的各透镜单元在波长转换装置表面重叠成像，使得波长转换装置表面的光斑为第一透镜阵列的各透镜单元成像光斑的叠加，保证了光斑的均匀性，而且复眼透镜对在入射光发生小角度偏斜时仍保证成像位置不变，避免了因安装误差等因素造成的第一激发光偏斜而导致的光斑位置偏离的问题，进一步保证了光源装置的出射光光分布的均匀性。

附图说明

图1为现有技术中的一种光源装置的结构示意图。

图2为另一现有技术中的光源装置的结构示意图。

图3为本发明实施例一的光源装置的结构示意图。

图4为复眼透镜对的角度校正原理示意图。

图5为本发明实施例二的光源装置的结构示意图。

图6为本发明的一波长转换装置的结构示意图。

图7为本发明实施例三的光源装置的结构示意图。

图8为本发明实施例四的光源装置的结构示意图。

图9为本发明实施例五的光源装置的结构示意图。

图10A为本发明实施例六的光源装置的结构示意图。

图10B为图10A中的光源装置的第一分光组件的结构示意图。

图10C为图10A的光源装置的变形实施例的结构示意图。

图11为本发明实施例七的光源装置的结构示意图

具体实施方式

在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“第三”等的描述仅用于描述目的，以便于描述方便，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本发明中，光束的主光轴可以理解为光束的中心轴，主光轴的方向为光束前进的方向。

本发明中，两束光的主光轴“重合”，可以理解为不是绝对意义上的重合而是大致重合/精度误差范围内的重合。本领域技术人员可以理解的，在本发明所提供的技术方案的基础上，使得两束光的主光轴平行且间距小于阈值的技术方案也属于本发明保护的范围，该技术方案也可以称为“误差范围内的重合”。

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一部分

请参见图3，图3为本发明实施例一的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、中继透镜207和光路校正组件209。此外，光源装置还包括积分棒212。

在本实施例中，第一光源201发射第一激发光L1，第一激发光L1经复眼透镜对202匀光后入射至光引导系统，被其引导至波长转换装置206。具体地，第一激发光L1透射过光引导系统的第一分光组件204的第一区域，其后被收集透镜205会聚入射至波长转换装置206。

波长转换装置206包括波长转换区段和反射区段。波长转换装置206周期性运动，以使得反射区段和波长转换区段分时周期性地位于第一激发光L1的光路上。其中，波长转换区段吸收第一激发光L1并出射受激光L3，第一激发光L1斜入射至反射区段的表面，被反射后形成第二激发光L2。波长转换区段包括波长转换材料或波长转换结构，能够吸收激发光并出射波长不同于激发光的受激光。在波长转换区段的作用下，受激光大致呈朗伯分布，且主光轴方向垂直于波长转换区段，而反射区段则不改变激发光的角分布，第一激发光与第二激发光的角分布大致相同，且第二激发光L2相对于第一激发光L1对称出射，出射方向不垂直于反射区段，因此受激光L3与第二激发光L2的主光轴不重合，两者沿两个不同光路传播。

光引导系统还用于收集受激光L3和第二激发光L2，并引导受激光L3和第二激发光L2沿出射光通道出射，具体如下。

当波长转换装置206的波长转换区段处于第一激发光L1的光路上时，受激光L3由波长转换区段出射后，经收集透镜205收集并传输至第一分光组件204，第一分光组件204对于第一激发光L1和受激光L3的透射反射特性不同，使得受激光被反射并被引导至沿出射光通道出射。

当波长转换装置206的反射区段处于第一激发光L1的光路上时，第二激发光L2由反射区段出射后，经收集透镜205收集并传输至第一分光组件204的第二区域。第二激发光L2与第一激发光L1波长相同，第二激发光L2透射过第一分光组件204的第二区域，并传输至光路校正组件209。在本实施例中，第一激发光L1与第二激发光L2入射到第一分光组件204的区域不重叠(第一区域与第二区域不重叠)，因此第二激发光L2不会沿第一激发光L1的入射光路反向原路返回到第一光源201。光路校正组件209位于第二激发光L2的光路上，入射到光路校正组件209的第二激发光L2被光路校正组件209的反射面反射，使得反射后的第二激发光L2的主光轴与受激光L3的主光轴重合。反射后的第二激发光L2再次透射过第一分光组件204，在第一分光组件204的受激光出射位置与受激光L3合为一束(指两者光路的重合，实际两者在时间上是错开的)，经中继透镜207汇聚入射到积分棒212。

如上所述，第一激发光L1与第二激发光L2对称，从光路的对称性上进行分析，入射收集透镜205的光束与经过收集透镜205出射的反射光束关于其中心轴对称。因此，当第一激发光L1远离收集透镜205中心轴时，第二激发光L2也会远离中心轴。虽然两束光线分开能够给光学设计和结构设计上给出较大的空间，但由于实际应用中视场角越大成像质量越差的原因，当入射至收集透镜205的第一激发光L1远离收集透镜205中心轴时，其在波长转换装置206表面成像质量较差，导致光斑照度不均匀，该光斑用于激发荧光粉时，会很大程度上降低荧光粉的激发效率。出于光斑成像像差和均匀性的考虑，我们希望入射的第一激发光L1能够尽量靠近于收集透镜205的中心轴，或者说第一激发光L1与第二激发光L2能够尽量靠近，但又不能使第一激发光L1与收集透镜205出射的第二激发光L2以及光路校正组件209发生交叠。

在本实施例中，通过在光引导系统前设置复眼透镜对，对入射到复眼透镜对的第一激发光L1进行调节，从而调整并校正入射到光引导系统的第一激发光L1的方向。

如图4所示为复眼透镜对的角度校正原理示意图，复眼透镜对具有很好的校正光路的作用。当光束1沿平行于复眼透镜对的光轴入射时，出射光主光轴方向不变，仍然平行于复眼透镜对的光轴；当光束2沿与复眼透镜对的光轴呈α角入射时，出射光光束2的主光轴与复眼透镜对的光轴呈β角，α＞β。即复眼透镜对具有减小光束倾斜角的功能，例如当α约为1°时，β约为0.2°。通过调节α的大小，可以调节出射光角度β的大小，而且调节精度高于直接调节β的精度，使得能够将入射到收集透镜205的第一激发光L1的光束边缘与收集透镜205的中心轴的间距尽可能缩小。本发明在实际应用中，可利用该技术方案将第一激发光L1入射至收集透镜205的光束边缘与收集透镜205中心轴的间距控制在0.2～0.5mm范围内，极大的提高了波长转换装置206表面的光斑成像质量，为后续整个光源装置出射面分布均匀的光提供了基础条件。

除了角度校正的作用，复眼透镜对还具有使光斑均匀成像的功能。在本实施例中，复眼透镜对202包括沿第一激发光L1方向依次设置的第一透镜阵列和第二透镜阵列，其中第一透镜阵列和第二透镜阵列分别由多个一一对应透镜单元组成，两个透镜阵列的光轴平行，且第一透镜阵列的透镜单元的焦点与第二透镜阵列中对应的透镜单元的中心重合。第二透镜阵列的每个透镜单元将第一透镜阵列对应的透镜单元重叠成像在无限远位置，然后该无限远位置的重叠像经光源装置中的其他透镜的作用，在波长转换装置206表面重叠成像。简单来说，即组成第一透镜阵列的各透镜单元在所述波长转换装置表面重叠成像。该技术方案通过将各透镜单元的成像光斑叠加，消弭、补偿了可能存在的个别光斑的不均匀性对总光斑的影响，为后续整个光源装置出射面分布均匀的光提供了保障。此外，由于从复眼透镜对到波长转换装置表面为成像过程，一旦该成像关系确立，物、像和透镜都确定了，即使入射到复眼透镜对的光发生偏斜也不会对波长转换装置表面的光斑位置和均匀性产生影响(只会影响光束在成像位置之前或者之后的光分布)。

以上为本发明实施例一的基本技术方案，在此基础上，本发明光源装置的各个组件根据实际的应用环境，可以衍生出多种特定的技术方案，各技术方案之间可以相互组合，以下进行举例说明。

在一个实施方式中，第一光源201可以为蓝色激光器或蓝色激光阵列，第一激发光L1为蓝色激光，激光发散角小、光束集中，大致呈高斯分布，使得反射后的第二激发光L2能够与第一激发光L1很容易区分光路。在另一个实施例中，第一光源201可以为发蓝光的LED，第一激发光为蓝色LED光。本发明对此不进行限制，但以第一激发光为小发散角的光为优。

在本实施例中，波长转换装置206为一轮盘结构(荧光色轮)，波长转换区段和反射区段在轮盘结构上呈扇环形排布，通过一驱动装置(如马达)驱动而绕轮盘中轴转动。在另一实施方式中，波长转换装置还可以为荧光色桶/色筒，包括沿桶/筒面环绕分布的波长转换区段和反射区段，色桶/色筒绕其轴线方向旋转，以使不同区段依时序周期性处于激发光的照射下；或者，波长转换装置还可以为荧光色板，包括沿一直线方向依次排布的波长转换区段和反射区段，色板沿该直线方向线性振动，以使不同区段依时序周期性处于激发光的照射下，从而出射时序光。

在一个实施方式中，波长转换装置206的波长转换区段包括荧光材料层，该荧光材料层既可以是荧光粉-有机粘接剂层(通过硅胶、环氧树脂等有机粘接剂将分离的荧光粉粘结成层)，也可以是荧光粉-无机粘接剂层(通过玻璃等无机粘接剂将分离的荧光粉粘结成层)，还可以是荧光陶瓷(包括①以连续的陶瓷作为基质且陶瓷内分布着荧光粉颗粒的结构；②纯相陶瓷掺杂激活剂元素，如Ce掺杂的YAG陶瓷；③在纯相陶瓷掺杂激活剂元素的基础上，在陶瓷内分散设置荧光粉颗粒)。在另一个实施方式中，波长转换区段包括量子点层，通过量子点材料实现光致发光功能。波长转换装置206可以只有一个波长转换区段(如黄色波长转换区段)，也可以有两个波长转换区段(如绿色波长转换区段和红色波长转换区段)，还可以包括两个以上波长转换区段。

在一个实施方式中，波长转换装置206的反射区段包括金属反射面，对激发光进行镜面反射。在另一个实施方式中，反射区段包括介质反射膜(dielectric reflectingfilm)，对激发光进行镜面反射。在本发明的其他实施方式中，反射区段也可以采用其他的反射结构，对激发光进行反射。

在本实施例中，波长转换装置206的反射区段的反射面平行于波长转换装置206的运动平面，也即荧光色轮的转动轴垂直于反射区段的反射面。为了实现第一激发光以斜入射的方式入射到波长转换装置表面(当反射区段位于第一激发光光路上时，反射区段的反射面即为波长转换装置的表面)，第一激发光在偏离收集透镜205中心的位置入射到收集透镜205，使得第一激发光被收集透镜205改变光传输方向，从而倾斜的入射到波长转换装置表面。随后，从反射区段反射出的第二激发光入射到收集透镜205。在收集透镜205与波长转换装置206之间，第一激发光L1和第二激发光L2形成“V”字型光路。

在本实施例中，第一分光组件204为一透射激发光(包括第一激发光和第二激发光)且反射受激光的滤光片/滤光膜/二向色片，该第一分光组件204足够大，以使来自收集透镜205的光能够被反射向中继透镜207，而且能够使得有足够大的相互分离的第一区域和第二区域分别供第一激发光和第二激发光透射。

在本实施例中，光路校正组件209包括一平面反射面，该平面反射面为在一基板上镀制金属反射膜实现。在其他实施方式中，也可以通过镀制介质反射膜等方式实现。

在一个实施方式中，收集透镜205可以由多个透镜组合而成。

在一个实施方式中，中继透镜207可以由多个透镜组合而成，如凹透镜与凸透镜的组合等。可以理解，中继透镜并非本发明光源装置的必需组件。

本实施例中，中继透镜207的出射光入射到积分棒212的入射面。在其他实施方式中，积分棒212也可以替换为其他匀光器件。在另一些实施方式中，积分棒212也可以省略，使得出射光直接进入后续的光学元件，本发明对此不进行限制。

实施例二部分

请参见图5，图5为本发明实施例二的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、第一中继透镜207、第二中继透镜210、反射片208和光路校正组件209a。此外，光源装置还包括积分棒212、滤光轮211和光束角度反射片214。

与实施例一相比，本实施例有几处不同，各项不同都可以作为独立的特征存在并与实施例一或其他变形实施例组合成为本发明的可实施技术方案。

首先第一点不同，实施例一中的第一光源201发出的第一激发光L1直接入射到复眼透镜对202，该情况下，难以对入射到复眼透镜对202的第一激发光L1的光束角度进行调节。而本实施例中，在第一光源201与复眼透镜对之间设置了光束角度反射片214，第一激发光L1经该光束角度反射片214反射后入射到复眼透镜对202。可以在光源装置产品出厂之前对光束角度反射片214进行调节，从而控制第一激发光L1入射到复眼透镜对202的角度，使得第一激发光L1尽量靠近收集透镜205的中心轴，然后通过点胶等方式固定光束角度反射片214。该技术方案提高了光源装置的产品良率，简化了生产工艺，具有非常重要的实用性。

在一个实施方式中，光束角度反射片214在原相对于第一光源201发出的第一激发光L1以45°放置的基础上，旋转一定角度，使得第一激发光L1在光束角度反射片214的入射和出射光线夹角大于90°。该技术方案使光束倾斜，减小了光束与光路校正组件209a交叠的可能性。另外，只要复眼透镜对的位置不发生移动，只是成像过程中光线经过的路径发生了移动，并不会对成像质量产生明显影响。

在一个实施方式中，光束角度反射片214相对于45°旋转不超过1°，使得第一激发光在光束角度反射片214的入射和出射光线夹角大于90°且不超过92°，也即，使得经光束角度反射片214反射后的第一激发光与复眼透镜对的轴线夹角大于0°且不超过2°，而且第一激发光的方向沿远离收集透镜205的中心轴的方向出射，在该角度范围内，出射光都具有良好的均匀性。如果光束角度反射片214旋转角度过大，使经过其反射光的倾斜角度超出复眼透镜对F#允许范围时，复眼透镜对的第一透镜阵列与第二透镜阵列的一一对应关系被打破，产生旁瓣。在该实施方式中，由于光束角度反射片214改变了入射至收集透镜205前的第一激发光L1的倾斜角度，使得经收集透镜205出射的第二激发光L2的倾斜角度也改变。为了使得第二激发光L2与受激光L3能够主光轴重合，光路校正组件209a的放置角度也发生变化，使得入射至光路校正组件209a的第二激发光与从光路校正组件209a出射的第二激发光的夹角大于90°。

其次第二点不同，本实施例增加了滤光轮211。本实施例中，从复眼透镜对202至第一中继透镜207的光路与实施例一基本相同(除了接下来要讲的光路校正组件209a的部分)，不同的是，来自第一中继透镜207的光在进入积分棒212之前，先经过一反射片208反射，改变方向，然后经第二中继透镜210入射到滤光轮211，透射过滤光轮211的光进入积分棒212。

在本实施例中，滤光轮211包括散射透射区段和修色透射区段。其中，散射透射区段用于对第二激发光L2进行散射，使得第二激发光L2的发散角与受激光L3的发散角保持一致，散射透射区段可以通过设置散射片来实现；修色透射区段用于对受激光进行修色，使得透射过的受激光的色坐标符合光源装置的出射光要求，修色透射区段可以通过设置波长滤光片来实现。滤光轮211由一驱动装置(如马达)驱动而做周期性转动，使得滤光轮211与波长转换装置206同步，以使滤光轮211的各个区段与波长转换装置206的各个区段一一对应。具体地，当波长转换装置206出射受激光时，滤光轮211的修色透射区段位于受激光的光路上；当波长转换装置206出射第二激发光时，滤光轮211的散射透射区段位于第二激发光的光路上。由于一般的散射片对激发光散射后，激发光的角分布为高斯散射，与受激光的角分布不同，因此，为使得激发光散射后的角分布能够与受激光一致，在一些实施方式中，散射透射区段设置Top-hat型散射片(即散射后的角分布大致呈“几”字型，形状像礼帽，所以称为top-hat)或者六边形排列的单排复眼结构。本发明中，由于波长转换装置206的反射区段不对激发光进行散射反射，导致激发光的光分布与受激光的光分布差别较大，而设置滤光轮的散射透射区段，能够改善该光分布的差别。

具体地，本实施例中的滤光轮211与波长转换装置206同轴一体设置，在同一驱动装置的驱动下绕同一轴转动。如图6所示，其中波长转换装置206包括扇环形的反射区段2061、红色波长转换区段2062和绿色波长转换区段2063，滤光轮211包括扇环形的散射透射区段2111、红色修色透射区段2112和绿色修色透射区段2113。其中，反射区段2061的扇环形角度与散射透射区段2111的扇环形角度相同，红色波长转换区段2062的扇环形角度与红色修色透射区段2112的扇环形角度相同，绿色波长转换区段2063的扇环形角度与绿色修色透射区段2113的扇环形角度相同。本实施例中，反射区域2061与散射透射区域2111呈180°相对设置，该技术方案使得反射区域2061与散射透射区域2111距离最远，能够有足够的空间布置中间光路的光学元件。当然，在其他实施方式中，也可以使反射区域与散射透射区域呈0～180°任意角度设置，本发明对此不进行限制。

可以理解，滤光轮与波长转换装置也可以独立设置，分别由不同的驱动装置驱动，其位置也不必设置为在一个平面上。而且滤光轮并非本发明光源装置的必需组件，在对出射光的色坐标或角分布要求较低，或者光源本身出射光的色坐标接近需求的应用场景，也可以省略滤光轮，本发明对此不进行限制。

再次，第三点不同，实施例一中的光路校正组件209为平面反射面，而本实施例中，光路校正组件209a包括一凸面反射面，该凸面反射面迎向第二激发光，将第二激发光反射，并改变光束角分布，对光束进行发散。该光路校正组件209a的位置与实施例一相同，同样设置在第一分光组件204远离波长转换装置206的一侧。

在本实施例中，光路校正组件209a的作用除了通过反射使得第二激发光L2能够与受激光L3主光轴重合外，另一作用在于通过改变第二激发光的光束角分布，对光束进行发散。

在本实施例中，光路校正组件209a设置在第一分光组件204远离波长转换装置206的一侧，来自光路校正组件209a的第二激发光穿过第一分光组件204后与受激光主光轴重合。相对于受激光，第二激发光从波长转换装置206至两光的重合位置(此处仍是指两光的空间位置的重合，实际两光在时间上是错开的)的光程大于受激光的光程，第二激发光从波长转换装置206到积分棒212的入射面的光程大于受激光从波长转换装置206到积分棒212的入射面的光程。将波长转换装置至积分棒之间的光学元件看作一个成像装置，则根据成像公式1/u+1/v＝1/f，若要使得第二激发光与受激光的成像位置相同，则需要增大第二激发光的成像装置的焦距f，该功能可以通过在第二激发光的光路上增加一个凹透镜或者凸面镜实现。本实施例的光路校正组件209a包括一凸面反射面，增大了第二激发光从波长转换装置到积分棒的成像焦距，使得第二激发光与受激光能够在同一位置成像，从而保证了光源装置出射光的空间分布均匀性。

在一个实施方式中，光路校正组件209a的凸面反射面为在一凸面结构上镀制金属反射膜的结构。在其他实施方式中，也可以通过镀制介质反射膜等方式实现。

本实施例中未描述的各光学元件对于光束的光学处理以及光束传输过程等，可参照上述实施例一的描述，此处不再赘述。

实施例三部分

请参见图7，为本发明实施例三的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、第一中继透镜207、第二中继透镜210、反射片208和光路校正组件209b。此外，光源装置还包括积分棒212、滤光轮211和光束角度反射片214。

本实施例与实施例三的区别在于，光路校正组件209b的类型及位置发生了变化。

本实施例中，光路校正组件209b为一包括凹面反射面的光学元件，设置在第一分光组件204靠近波长转换装置206的一侧，而且波长转换装置206的反射区段出射的第二激发光不入射到第一分光组件204，而是直接被光路校正组件209b的凹面反射面反射。而且，光路校正组件209b能够透射受激光，可以通过在透明介质的凹面镀制透射激发光并反射第二激发光的滤光膜实现。

在本实施例中，第二激发光L2未到达第一分光组件204即被光路校正组件209b反射，并于反射后与受激光L3主光轴光路重合，使得相对于受激光，第二激发光从波长转换装置206至两光的重合位置的光程小于受激光从波长转换装置206至两光的重合位置的光程，因此，波长转换装置206的反射区段的光斑成像到积分棒212入射面的光程小于波长转换装置206的波长转换区段的光斑成像到积分棒212入射面的光程。根据成像公式1/u+1/v＝1/f，若要使得第二激发光与受激光的成像位置相同，则需要减小第二激发光的成像焦距f。通过设置包括凹面反射面的光路校正组件209b，减小了成像焦距，使得第二激发光与受激光能够在同一位置成像，从而保证了光源装置出射光的空间分布均匀性。

相对于上述实施例二中光路校正组件包括凸面反射面的技术方案，本实施例的技术方案中部分受激光需要穿过光路校正组件，这使得受激光的均匀性不可避免的受到一些影响。但是由于第二激发光为小发散角的光，光路校正组件的面积较小，因此在一些要求相对较低的应用场合，也可以接受本实施例的技术方案。

在实施例本实施例及实施例二中，光路校正组件都是包括一曲面反射面，共同点就是能够调节光束的角分布。本发明中，光从波长转换装置206到积分棒212的入射面的过程，实际是波长转换装置206表面的光斑成像到积分棒212入射面的过程(积分棒也可以替换为其它光学器件，同时波长转换装置表面的光斑成像到该替换后的光学器件的入射面)。由于第二激发光L2与受激光L3在主光轴重合前的光路不同，两者光程不同，导致其光路重合后在通过相同的光学器件作用下成像位置不重合，从而导致两者中的一种光的空间均匀性较差(由于作为“物”的波长转换装置上的光斑是均匀的，而成像位置偏离积分棒212的光斑在积分棒212的入射面处于离焦状态，那么该光斑的面分布必然是不均匀的)。通过加入带有光束角分布调节功能的光路校正组件，增加一次对第二激发光的会聚或发散，能够使得第二激发光的成像位置能够与受激光的成像位置重合。

在本发明的其他实施方式中，可以将光路校正组件的曲面反射面结构替换为平面反射面与透镜的组合，实现同样的功能。在一个实施方式中，通过平面反射面与凹透镜的组合来替代凸面反射面，既可以使得第二激发光先穿过凹透镜，然后入射到平面反射面，也可以使得第二激发光先被平面反射面反射，然后透射过凹透镜。在另一个实施方式中，通过平面反射面与凸透镜的组合来替代凹面反射面，既可以使得第二激发光先穿过凸透镜，然后入射到平面反射面，也可以使得第二激发光先被平面反射面反射，然后透射过凸透镜。

可以理解，在曲面反射面的基础上，也可以进一步增加一个或多个平面反射面，与曲面反射面共同组成光路校正组件，只要使得最后一次反射后的第二激发光主光轴与受激光的主光轴重合即可。

以上，凸面反射面、平面反射面、凸透镜+平面反射面、凹透镜+平面反射面等结构都可以统称为角分布校正元件，用于对光束进行发射或会聚，其作用都是使第二激发光与受激光在沿光束传播方向上的成像位置重合。

实施例三部分中未描述的各光学元件对于光束的光学处理以及光束传输过程等，可参照上述实施例一的描述，此处不再赘述。

实施例四部分

请参见图8，图8为本发明实施例四的光源装置的结构示意图(为描述清晰，本实施例未画出如实施例一中的受激光L3的光路)。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、中继透镜207和光路校正组件209c。此外，光源装置还包括积分棒212。

本实施例是实施例一的一个变形实施例，与实施例一的区别在于，本实施例中的光路校正组件209c位于所述波长转换装置206的反射区段上(波长转换区段上没有该部件)，光路校正组件209c包括一反射面，该反射面为一圆锥面的一部分，相对于波长转换装置206的运动平面不平行，而是有一个倾角，使得反射后的第二激发光L2能够直接与受激光的主光轴重合。该技术方案将光路校正组件209c集成到了波长转换装置206上，使得光路校正组件209c的反射面同时充当了波长转换装置206的反射区段的作用，使得装置结构更加紧凑，可以使得光路设计更加灵活多变。

在一个实施方式中，光路校正组件209c与波长转换装置206的色轮基板一体成型。在另一个实施方式中，光路校正组件209c通过粘结或卡扣等固定在波长转换装置206上。

实施例五部分

请参见图9，图9为本发明实施例五的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、中继透镜207和光路校正组件209d。

本实施例为实施例四的变形实施例，本实施例的区别在于，光路校正组件209d替换了图8中的209c。其中，光路校正组件209d的反射面在波长转换装置的轴向截面上呈凹型曲线，区别于209c的直线型。

该实施方式中，由于光路校正组件209d凸出波长转换装置206表面，使得第二激发光L2的光程变短，需要增加一个凹面对其会聚以保证第二激发光和受激光的光斑能够在相同位置成像。

同时，在本实施例中，由于第二激发光L2在入射至第一分光组件204前经过光路校正组件209d会聚，导致光束的截面积相对减小，从而使得第一激发光L1在入射过程中能够相对于实施例四更加靠近收集透镜205的中心轴，或者使得在同样的入射光路径下，实施例五相对于实施例四更加不容易导致第一激发光L1与第二激发光L2交叠。

实施例六部分

请参见图10A，图10A为本发明实施例六的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、中继透镜207和光路校正组件209。

上述各实施方式中，第一激发光L1经复眼透镜对202后，透射过第一分光组件204，然后入射到波长转换装置206。与之不同的是，在本实施例中，第一激发光L1被第一分光组件204反射，然后经收集透镜205入射到波长转换装置206。

如图10B所示，本实施例中，第一分光组件204包括第一区域2041和第二区域2042。其中，第一区域2041反射第一激发光L1并透射受激光，第二区域2042透射第二激发光。具体地，第一光源201发射的第一激发光入射至第一分光组件204的第一区域2041，并在该区域被反射，而后入射至收集透镜205，经收集透镜205会聚后入射至波长转换装置206。当波长转换装置206的反射区段位于第一激发光的光路上时，第一激发光以主光轴斜入射的方式入射至反射区段，反射后形成第二激发光L2，该第二激发光L2与第一激发光L1呈“V”字型光路，经收集透镜205收集并传输至第一分光组件204的第二区域2042，第二激发光L2透射过第二区域2042后，入射至光路校正元件209，光路校正元件209的反射面反射第二激发光，将其反射至第一分光组件204的第一区域2041，该光再被第一区域2041反射进入出射光通道。当波长转换装置206的波长转换区段位于第一激发光的光路上时，波长转换区段吸收第一激发光并发出受激光，该受激光大致呈朗伯分布，被收集透镜205收集后，该受激光透射过第一分光组件204，进入出射光通道。第二激发光L2和受激光L3在第二激发光被第一分光组件204的第一区域2041反射的位置实现重合。

本实施例中，第一分光组件204对第一激发光和受激光的透射反射特性相反，起到了区分第一激发光与受激光光路的作用。

本实施例中，第一分光组件204反射激发光的部分(即第一区域2041)可以为波长滤光片，而透射激发光的部分(第二区域2042)既可以是透明基板，也可以是通孔。

在本实施例的变形实施例中，第一分光组件根据光路校正组件的位置变化也可以有不同的区域划分方式。例如在图10C中，光路校正组件209位于第一分光组件204与波长转换装置206之间，经过光路校正组件209反射后的第二激发光与受激光的主光轴重合，则第一分光组件204的用于透射第二激发光的第二区域位于第一分光组件204的中心位置，或者说位于受激光的主光轴的光路上。该类变形实施例，本领域技术人员可以根据需求任意更改调配，都应当属于本发明所要保护的技术方案。

实施例七

请参见图11，图11为本发明实施例七的光源装置的结构示意图。光源装置包括第一光源201、复眼透镜对202、光引导系统和波长转换装置206，其中，光引导系统包括第一分光组件204、收集透镜205、中继透镜207和光路校正组件209。此外，光源装置还包括第二光源203、和补偿光引导组件213。

与上述实施例相比，本实施例增加了第二光源203，用于当波长转换装置206的波长转换区段处于第一激发光L1的光路上时发射补偿光。

在一个实施方式中，补偿光与受激光具有交叠的波长范围。例如，补偿光的波长范围区间是(a,b)，受激光的波长范围区间为(c,d)，其中c<a<d。在一个实施方式中，补偿光的颜色可以与受激光相同或相近。补偿光可以用于补偿受激光的色调和亮度等中至少的一种。例如，在一个具体的实施例中，第二光源203为红色激光光源，波长转换装置206包括反射区段、绿色波长转换区段和红色波长转换区段，当红色波长转换区段处于第一激发光的光路上时，开启第二光源203，使得红色激光与红色受激光一起发出，能够使得光源装置出射的红光更接近所需要的红色，而且能够提高红光的亮度、扩大光源装置的色域。

本实施例相当于在上述各实施例的光源装置形成出射光后，增加一个出射补偿光的第二光源，使补偿光与所述出射光合光，以达到对亮度、色彩的改善效果。

在本实施例中，补偿光引导组件213设置于受激光的出射光路上，具体地，设置于积分棒212的出射光路上，受激光和补偿光分别从两个方向入射于补偿光引导组件213，从而合为一束。补偿光引导组件213可以如图所示，在一个反射基板上设置小透射区来实现，其中补偿光入射到小透射区并透射，受激光覆盖补偿光引导组件213的大部分区域，除少量光从小透射区透射而损失外，其余大部分光被补偿光引导组件213反射。进一步地，还可以通过镀膜使得小透射区仅透射补偿光波长范围的光，反射其他波长范围的光，以减少光损失。在一个实施方式中，还可以将补偿光引导组件213对受激光和补偿光的透射反射特性调换，可以通过在透明基板上设置补偿光反射区域来实现该技术方案。

在本实施例中，第二光源203发出的补偿光在受激光形成之后的位置与受激光合光，避免了补偿光入射到波长转换装置上，被波长转换装置散射而造成的光损失，极大的提高了补偿光的光利用率。

本实施例相对于实施例一的区别特征也可以结合到上述其他实施方式中，达到的技术效果相同，此处不再赘述。

可以理解，在上述各实施例的基础上，也可以将补偿光与受激光合光的位置提前，使得补偿光入射到波长转换装置的波长转换区段，被波长转换区段散射反射形成朗伯分布的补偿光后直接与受激光合为一束，此处不再赘述。

本发明还要求公开了一种投影系统，该投影系统包括上述各实施例中的光源装置，还包括光调制装置和镜头装置，通过将光源装置的出射光投射到光调制装置的光调制器上，并根据输入的图像信号对该光的空间分布进行调制，经调制后的光经镜头装置出射形成图像，从而实现投影显示功能。

本发明的投影显示系统既可以应用于投影机如影院投影机、工程投影机、微型投影机、教育投影机、拼墙投影机、激光电视等，也可以应用于图像照明如图像投影灯、交通工具(车船飞机)灯、探照灯、舞台灯等场景。

本说明书中所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，由本申请任意两个或两个以上的实施例的部分或全部技术特征组成的可行的技术方案，都属于本发明保护的范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的实施方式，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等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括第一光源、复眼透镜对、光引导系统和波长转换装置；

所述第一光源用于发射第一激发光，所述第一激发光经所述复眼透镜对匀光后入射至所述光引导系统，所述第一激发光为激光或LED光；

所述光引导系统用于将所述第一激发光引导至所述波长转换装置；

所述波长转换装置包括波长转换区段和反射区段，所述波长转换装置周期性运动以使得所述波长转换区段和反射区段分时周期性地位于第一激发光的光路上，所述波长转换区段吸收所述第一激发光并出射受激光，所述第一激发光斜入射至所述反射区段的表面，被反射后形成第二激发光；

所述光引导系统还用于收集所述受激光和第二激发光，并引导所述受激光和第二激发光沿出射光通道出射；

所述光引导系统包括光路校正组件，所述光路校正组件位于所述第二激发光的光路上，用于反射所述第二激发光，并使反射后的第二激发光的主光轴与所述受激光的主光轴重合；

所述复眼透镜对包括沿所述第一激发光方向依次设置的第一透镜阵列和第二透镜阵列，组成所述第一透镜阵列的各透镜单元在所述波长转换装置表面重叠成像。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，包括光束角度反射片，位于所述第一光源与所述复眼透镜对之间的光路上，经所述光束角度反射片反射后的第一激发光与所述复眼透镜的轴线夹角大于0°且不超过2°。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光引导系统还包括收集透镜，用于将所述第一激发光会聚入射至所述波长转换装置，并用于收集来自所述波长转换装置的所述受激光和所述第二激发光；

所述第一激发光入射至所述收集透镜的光束边缘与所述收集透镜的中心轴间距为0.2～0.5mm。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包括滤光轮，所述滤光轮包括散射透射区段，当所述波长转换装置的反射区段出射第二激发光时，所述散射透射区段位于所述第二激发光的光路上，用于对所述第二激发光进行散射。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光路校正组件包括角分布校正元件，用于对所述第二激发光进行会聚或发散，使所述第二激发光与所述受激光在沿光束传播方向上的成像位置重合。

6.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述光路校正组件包括凹面反射面或者包括平面反射面与凸透镜的组合，从所述波长转换装置至所述第二激发光与所述受激光的重合位置，所述第二激发光的光程小于所述受激光的光程；或者

所述光路校正组件包括凸面反射面或者包括平面反射面与凹透镜的组合，从所述波长转换装置至所述第二激发光与所述受激光的重合位置，所述第二激发光的光程大于所述受激光的光程。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光路校正组件固定在所述波长转换装置的反射区段上，用于将所述第一激发光反射成为所述第二激发光。

8.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述光路校正组件在所述波长转换装置的轴向截面上呈凹型曲线或直线型。

9.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包括用于发射补偿光的第二光源和补偿光引导组件，所述补偿光引导组件设置于所述受激光的出射光路上，所述补偿光与所述受激光具有交叠的波长范围，所述补偿光与所述受激光通过所述补偿光引导组件合光。

10.一种投影系统，包括权利要求1至9中任一项所述的光源装置，还包括光调制装置和镜头装置。