CN109557753A - 光源系统及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光源系统及投影装置，所述光源系统包括：激发光源、波长转换装置、调整装置及校正装置，所述激发光源用于产生激发光，所述波长转换装置用于时序出射沿第一光路传输的第一光和沿第二光路传输的第二光，所述调整装置，用于引导沿重叠光路入射的第一光与第二光，将所述第一光调整为预设发散角出射，所述校正装置用于引导所述第二光入射至所述调整装置，校正所述第二光的发散角，使得所述第二光与所述第一光以所述预设发散角并沿同一光路从所述调整装置出射。所述光源系统体积小，出光均匀性好。

Description

光源系统及投影装置

技术领域

本发明涉及光源技术领域，尤其涉及一种光源系统及投影装置。

背景技术

投影技术领域，通常使用激光照射波长转换装置来得到受激光及散射后的激发光，然后将受激光及散射后的激发光进行合光。其中，波长转换装置出射的受激光与散射后的激发光的光路分离，在光源系统中使用不同的传导装置引导受激光与散射后的激发光，使得受激光与散射后的激发光以相同的光路出射。

然而，目前的光源系统中受激光与散射后的激发光的光路不重叠或重叠部分较少，导致需要更多的光传导装置来实现受激光和激光发的合光，导致光源系统的体积很大，不利于光源系统及投影设备的小型化设计。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可以有效减小体积的光源系统及投影装置。

一种光源系统，包括：

激发光源，用于产生激发光；

波长转换装置，包括转换区与非转换区，所述转换区用于将所述激发光进行波长转换并沿第一光路出射第一光，所述非转换区用于将所述激发光进行散射并沿第二光路出射第二光，所述转换区与所述非转换区交替位于所述激发光的光路上，使得所述波长转换装置时序出射所述第一光和所述第二光；

调整装置，用于引导沿重叠光路入射的第一光与第二光，将所述第一光调整为预设发散角出射；及

校正装置，用于引导所述第二光入射至所述调整装置，校正所述第二光的发散角，使得所述第二光与所述第一光以所述预设发散角并沿同一光路从所述调整装置出射。

一种投影装置，应用如上所述的光源系统。

本发明提供光源系统及投影装置，所述光源系统的第一光路与第二光路重叠，使得所述光源系统中使用较少的光引导装置以及占用较少的光路空间，有效减小了所述光源系统的体积，有利于所述光源系统及应用所述光源系统的投影设备的小型化设计。另外所述第一光与所述第二光以所述预设发散角并沿同一光路出射，从而光学扩展量相匹配，进而能够实现较好的均匀性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的光源系统的结构示意图。

图2为如图1所示的波长转换装置的俯视结构示意图。

图3为其他实施例提供的第一匀光器件入口处第一光路与第二光路示意图。

图4为本发明第二实施例提供的光源系统的结构示意图。

图5为如图4所示的第二反射元件的结构示意图。

图6为本发明第三实施例提供的光源系统的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的光源系统100结构示意图。应用于投影设备的光源系统100包括激发光源120、调整装置、校正装置、波长转换装置160及第一匀光器件180。其中，激发光源120用于产生至少一种颜色的激发光。波长转换装置160用于对激发光进行波长转换并时序出射第一光和第二光。调整装置用于引导沿重叠光路入射的第一光与第二光，将第一光调整为预设发散角出射。重叠光路是指第一光的传输光路和第二光的传输光路至少存在部分重叠。校正装置用于引导第二光入射至调整装置，校正第二光的发散角，使得第二光与第一光以预设发散角并沿同一光路从调整装置出射。第一匀光器件180要求入射光线的发散角大于临界角，使得入射光线能够在第一匀光器件180内经过多次反射，从而自第一匀光器件180出射后得到较好的均匀性。本实施例中，第一匀光器件180对以预设发散角出射的第一光和第二光进行匀光，其中，预设发散角大于第一匀光器件180的临界角。

具体地，激发光源120包括用于产生激发光的发光体121与对激发光进行匀光的第二匀光器件122。

进一步地，激发光源120可以为蓝色光源，发出蓝色激发光。可以理解的是，激发光源120不限于蓝色光源，激发光源120也可以是紫色光源、红色光源或绿色光源等。本实施方式中，发光体121为蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为激发光。可以理解，发光体121可以包括一个、两个或多个蓝色激光器阵列，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。

第二匀光器件122用于将激发光进行匀光后出射至后续的校正装置。本实施例中，第二匀光器件122为匀光棒，可以理解的是，在其他实施例中，第二匀光器件122可以包括复眼透镜、匀光棒、散光片或散射轮等，并不以此为限。

请一并参阅图1-图2，图2为如图1所示的波长转换装置160的俯视结构示意图。波长转换装置160包括转换区161、非转换区164及设置于波长转换装置160底部的驱动单元166。本实施例中，驱动单元166为电机，驱动单元166驱动波长转换装置160周期性运动，波长转换装置160以驱动单元166为轴心高速旋转。

转换区161用于将激发光进行波长转换并沿第一光路出射第一光，第一光为受激光。非转换区164用于将激发光进行散射并沿第二光路出射第二光，第二光为散射后的激发光。转换区161与非转换区164在驱动单元166的作用下交替位于激发光源120发出的激发光所在的光路上。转换区161与非转换区164交替位于激发光的光路上，使得波长转换装置时序出射第一光和第二光。

具体地，转换区161设置有波长转换材料，以在激发光的激发下产生至少一种颜色的朗伯光形式的第一光。如图2所示，转换区161分为红色段162与绿色段163。红色段162设置红色荧光粉，以在激发光的激发下产生红色第一光；绿色段163设置绿色荧光粉，以在激发光的激发下产生绿色第一光。可以理解的是，在其他实施例中，转换区161还可以设置红色及绿色之外的其他颜色的荧光粉以产生其他颜色的第一光。例如，可以在转换区161仅设置黄色荧光粉以产生黄色第一光。黄色第一光与蓝色激发光在第一匀光器件180中匀光后形成白光。

本实施例中，波长转换装置160为反射式色轮，非转换区164设置有高斯散射片以扩散激发光，以使激发光的发散角角变大。另外，高斯散射片可以同时实现消相干和匀光功能，以缓解激光散斑现象。本实施例中，高斯散射片为反射式高斯散射片，以对激发光进行散射后反射。

激发光照射至波长转换装置160表面时，红色段162、绿色段163及非转换区164在驱动单元166的驱动下，周期性地交替位于激发光所在的光路上，以产生红色第一光-绿色第一光-蓝色第二光序列。

调整装置包括收集透镜组141、第一分光合光元件143、第一会聚透镜145、第二分光合光元件147及第二会聚透镜149。由于第一光的预设发散角大于临界角，根据第一光的预设发散角确定选用的收集透镜组141、第一会聚透镜145及第二会聚透镜149的曲率，收集透镜组141、第一会聚透镜145及第二会聚透镜149的曲率相互配合，使得第一光依次经过收集透镜组141、第一分光合光元件143、第一会聚透镜145、第二分光合光元件147及第二会聚透镜149后以预设发散角从调整装置出射。

具体地，收集透镜组141邻近波长转换装置160设置，收集透镜组141包括层叠设置的若干光轴同线的透镜，若干光轴同线的透镜焦距不同，光轴垂直于波长转换装置160表面，收集透镜组141在与波长转换装置160距离越近的位置，设置的透镜的焦距越小。

激发光源120出射的激发光平行且偏离光轴入射至收集透镜组141，使得激发光以预设倾斜角度照射至波长转换装置160，激发光经过收集透镜组141的会聚后，在波长转换装置160上形成的光斑较小。当然，除了使用收集透镜组141外，还可以选用其它的光学器件使从激发光源平行出射的激发光倾斜入射到波长转换装置160。

当转换区161位于激发光所在的光路上时，自波长转换装置160出射的朗伯形式的第一光经过收集透镜组141的准直后出射至第一分光合光元件143。波长转换装置160的入射激发光光路与出射的第一光路重叠。

当非转换区164位于激发光所在的光路上时，反射式的高斯散射片对激发光进行散射后反射。根据反射定律可知，波长转换装置160以预设倾斜角度沿第二光路出射第二光，并且波长转换装置160的入射激发光光路与出射的第二光路沿光轴对称分布并且不重叠。第二光经过收集透镜组141的准直后出射至第一分光合光元件143。

第一分光合光元件143、第二分光合光元件147可以采用波长分光的光学结构，即根据入射光的不同波长范围进行分光合光。作为波长分光的一种实施例，第一分光合光元件143设置于收集透镜组及第一会聚透镜之间，用于透射激发光与第二光，反射第一光。其中，激发光与第二光波长范围相同。第二分光合光元件设置于第一会聚透镜及第二会聚透镜之间，用于透射第二光，反射第一光。

第一光经过第一分光合光元件143的反射后，依次经过第一会聚透镜145会聚、第二分光合光元件147反射及第二会聚透镜149的会聚后以预设发散角出射至第一匀光器件180。

第二光经第一分光合光元件143透射后入射至校正装置。校正装置包括第一反射元件151与第二反射元件153。本实施例中，第一反射元件151为凸面反射镜，第二反射元件153为凹面反射镜。第一反射元件151与第二反射元件153均用于反射第二光及相互配合校正第二光的传播方向与发散角。第二光依次经过第一反射元件151反射、第一会聚透镜145会聚、第二分光合光元件147透射、第二反射元件153反射及第二分光合光元件147透射后入射至第二会聚透镜149，第二光与第一光以预设发散角沿同一光路出射至第一匀光器件180。

第一光及第二光能够完全充满第一匀光器件180的横截面，第一光与第二光在第一匀光器件180内经过多次反射，进而从第一匀光器件180出射的第一光和第二光能够实现较好的均匀性。如图1所示，入射至第一匀光器件180的第一光与第二光的光斑完全落入第一匀光器件180的入口内，减小了入射光线的损失，提高了光源系统100的出光效率。同时，第一光与第二光能够完全充满第一匀光器件180的横截面，能达到较好的匀光效果。具体地，第一光聚焦于第一匀光器件180入口面处，在第一匀光器件180内部经过直线传输，能充满第一匀光器件的横截面；第二光聚焦于第一匀光器件180入口前端的A处，在第一匀光器件180的入口面处于离焦状态并且其光斑面积与入口面的面积相等，使得第二光在入口面处也能充满第一匀光器件180的横截面。

综上所述，第一光与第二光以相同的发散角在第一匀光器件180中形成的光斑大小相同，第一光与第二光在第一匀光器件180中的光学扩展量相匹配，进而经过第一匀光器件180的匀光后能够得到较好的均匀性。

在其他实施例中，请参阅图3，为其他实施例提供的第一匀光器件280入口处第一光路与第二光路示意图。本实施例与第一实施例主要区别在于：在本实施例中，第一光聚焦于第一匀光器件280的入口面处，在第一匀光器件280内部经过直线传输，能充满第一匀光器件280的横截面；第二光穿过第一匀光器件280的入口面并聚焦于第一匀光器件280的内部的B处，第二光聚焦于B处前，在入口面处光斑面积刚好与入口面的面积相等，使得第二光在B处离焦后也能充满第一匀光器件280的横截面，能够达到较好的匀光效果。同时，第一光与第二光的光斑均完全落入第一匀光器件280的开口内，第一光与第二光的光能损失小，出光效率高。

本发明第一实施例中提供的光源系统100中包括调整装置与校正装置，调整装置用于引导沿第一光路传输的第一光与沿第二光路传输的第二光，调整装置中的第一光路与第二光路至少存在部分重叠，使得光源系统100中使用较少的光引导装置，有效减小了光源系统100的体积，有利于光源系统100及投影设备的小型化设计。另外校正装置用于引导第二光入射至调整装置并校正第二光的发散角，使得第一光与第二光以预设发散角并沿同一光路出射至第一匀光器件180，并且在第一匀光器件180中形成的光斑面积相同，从而光学扩展量相匹配，进而经过第一匀光器件180后能够实现较好的均匀性。

请一并参阅图4-图5，图4为本发明第二实施例提供的光源系统300的结构示意图，图5为如图4所示的第二反射元件353的结构示意图。本实施例中，光源系统300与第一实施例中的光源系统100的主要区别在于，光源系统300中应用第二反射元件353来代替光源系统100中的第二分光合光元件147及第二反射元件153，不仅减少了光源系统300中光学器件的数量，还使得光路结构简洁。光源系统300中其他部件与光源系统100相同，不做赘述。

第二反射元件353为一凸透镜。第二反射元件353的外表面用于透射第二光并反射第一光，第二反射元件353的一内表面设置有用于会聚并反射第二光的反射膜。具体地，本实施例中，激发光为蓝光，第一光包括红色第一光与绿色第一光。凸透镜为平凸透镜，平凸透镜的平面353a外侧设置透蓝反黄二向色膜，平凸透镜球面353b的内侧设置有镜面反射材料或反蓝透黄二向色膜。可以理解的是，在其他实施例中，可以根据需要在凸透镜上设置具有其他中心波长的二向色膜。

本发明第二实施例提供的光源系统300中，使用的光学器件少，结构紧凑。与第一实施例相同的是，光源系统300中的第一光路与第二光路重叠，使得光源系统300中使用较少的光引导装置，有效减小了光源系统300的体积，有利于光源系统300及应用光源系统300的投影设备的小型化设计。另外第一光与第二光以预设发散角并沿同一光路出射至第一匀光器件380，并且在第一匀光器件380中形成的光斑面积相同，从而光学扩展量相匹配，进而经过第一匀光器件380后能够实现较好的均匀性。

请参阅图6，为本发明第三实施例提供的光源系统400的结构示意图。光源系统400与光源系统100的区别在于，光源系统400包括补充光源430。本实施例中的其他部分与第一实施例中的相同，不做赘述。

补充光源430用于发出补充光，进而提高光源系统400的出光亮度。补充光源430包括发光体431、散射元件432及透镜433。发光体431用于发出补充光，散射元件432用于对补充光进行散射，透镜433对散射元件432出射的补充光进行会聚并引导至第一反射元件451。

本实施例中，补充光源430可以为红色光源，发出红色补充光。可以理解的是，补充光源430不限于红色光源，补充光源430也可以是紫色光源或绿色光源等。本实施方式中，发光体431包括红色激光器，用于发出红色激光作为补充光，可以理解，发光体431可以包括一个、两个或多个红色激光器，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。

散射元件432用于将补充光均匀化、消相干，并扩大补充光的光学扩展量，使其能够更好地和第一光匹配。本实施例中，散射元件432为散射轮，可以理解的是，散射元件432不限于散射轮，还可以是散射片等其他散射元件。

第一反射元件451用反射激发光，并透射补充光。本实施例中，激发光为蓝光，补充光为红光，第一反射元件451可以设置有透红反蓝二向色膜或透黄反蓝二向色膜。

补充光穿过第一反射元件451后聚焦于第一分光合光元件443附近，第一分光合光元件443上对应补充光的光斑位置设置有镀膜区域，补充光穿过镀膜区域与第一光进行合光后入射至第一会聚透镜445，补充光与第一光沿相同的光路以预设发散角从第二会聚透镜449出射至第一匀光器件480。

由于补充光照射至第一分光合光元件443上的光斑较小，因此可以减小镀膜区域的面积，进而减小收集透镜组441出射的红色第一光的损失。

补充光自第二会聚透镜449与第二光以相同的发散角会聚于第一匀光器件480前的C处。

本发明第三实施例中增加了补充光源430，提高了出光亮度。与第一实施例相同的是，光源系统400中的第一光路与第二光路重叠，使得光源系统400中使用较少的光引导装置，有效减小了光源系统400的体积，有利于光源系统400及应用光源系统400的投影设备的小型化设计。另外第一光与第二光及补充光以预设发散角并沿同一光路出射至第一匀光器件480，并且在第一匀光器件480中形成的光斑面积相同，从而光学扩展量相匹配，进而经过第一匀光器件480后能够实现较好的均匀性。

以上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 (12)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：

激发光源，用于产生激发光；

波长转换装置，包括转换区与非转换区，所述转换区用于将所述激发光进行波长转换并沿第一光路出射第一光，所述非转换区用于将所述激发光进行散射并沿第二光路出射第二光，所述转换区与所述非转换区交替位于所述激发光的光路上，使得所述波长转换装置时序出射所述第一光和所述第二光；

调整装置，用于引导沿重叠光路入射的第一光与第二光，将所述第一光调整为预设发散角出射；及

校正装置，用于引导所述第二光入射至所述调整装置，校正所述第二光的发散角，使得所述第二光与所述第一光以所述预设发散角并沿同一光路从所述调整装置出射。

2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述调整装置包括曲率相互配合的收集透镜组、第一会聚透镜及第二会聚透镜，使得所述第一光依次经过所述收集透镜组、所述第一会聚透镜及所述第二会聚透镜后以预设发散角从所述第二会聚透镜出射。

3.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述收集透镜组邻近所述波长转换装置设置，所述收集透镜组包括若干光轴同线的透镜，所述激发光源出射的激发光平行且偏离所述光轴入射至所述收集透镜组，经过所述收集透镜组的会聚后，以预设倾斜角度照射至所述波长转换装置，所述波长转换装置的入射激发光光路与出射第二光光路不重叠。

4.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述调整装置还包括第一分光合光元件及第二分光合光元件，所述第一分光合光元件设置于所述收集透镜组及所述第一会聚透镜之间，用于透射所述激发光与所述第二光，反射所述第一光，所述第二分光合光元件设置于所述第一会聚透镜及所述第二会聚透镜之间，用于透射所述第二光，反射所述第一光。

5.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述校正装置包括第一反射元件与第二反射元件，所述第一反射元件与所述第二反射元件均用于反射光线及相互配合校正光线发散角，所述第二光依次经过所述第一反射元件与所述第二反射元件后入射至所述第二会聚透镜。

6.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述第一反射元件为凸面反射镜，所述第二反射元件为凹面反射镜。

7.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述第一反射元件与所述第二反射元件均为凸面反射镜，所述第二反射元件一外表面用于反射所述第一光且透射所述第二光，所述第二反射元件的一内表面设置有用于会聚并反射所述第二光的反射膜。

8.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括补充光源以发出补充光，所述补充光聚焦于所述第一分光合光元件附近，所述第一分光合光元件上对应所述补充光的光斑位置设置有镀膜区域，所述补充光穿过所述镀膜区域与所述第一光进行合光后入射至所述调整装置，所述补充光与所述第一光沿相同的光路以所述预设发散角从所述调整装置出射。

9.如权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述补充光源包括用于发出所述补充光的发光体、用于对所述补充光进行散射的散射元件及用于对散射后的补充光进行会聚的会聚透镜。

10.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括第一匀光器件，以所述预设发散角出射的第一光与第二光经所述第一匀光器件匀光后出射。

11.如权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述第一光和所述第二光在所述第一匀光器件的入口前端或入口面处聚焦；或者所述第一光和所述第二光在所述第一匀光器件的入口处于离焦状态，聚焦于所述第一匀光器件入口内。

12.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置应用如权1-11任一所述的光源系统。