CN109991799B - 光源系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光源系统及应用所述光源系统的投影设备，所述光源系统包括主光源及色轮，所述主光源用于发出激发光；所述色轮用于接收所述激发光，所述色轮包括设置的同一颜色的多个滤光段，所述色轮在驱动装置的带动下周期性运动，使得所述多个滤光段出射光束在所述激发光所在的光路上形成与标准基色光的颜色及亮度一致的混合光。保证了所述光源系统出射基色光的一致性，及所述投影系统正常出射图像。

Description

光源系统及投影设备

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种光源系统及投影设备。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

目前，空间光调制器在投影显示领域获得广泛应用，空间光调制器(SLM)一般包括LCD、LCOS、DMD等，单片式空间光调制器投影系统基于时序切换的基色光来实现彩色投影显示，这种系统结构简单，成本较低。

当R、G、B(或Y)照明光按时序照明空间光调制器时，空间光调制器根据接收图像信号对照明光进行调制，分别产生红光图像、绿光图像、蓝光图像(或黄光图像)，各基色光的图像时分复用合成一帧完整的图像。通常图像显示采用二倍速的频率显示，即照明光的刷新的频率为120Hz，图像帧频为60Hz，则每一帧图像中，各基色光图像显示两次。为了实现相同的效果，采用的措施是将滤光段分割，如将红光滤光段分为两段，驱动装置转动一圈，红光图像将刷新两次。但采用这种措施也需要有相应的牺牲，相对于原滤光轮，滤光段分割后，如果每段滤光段的透过率谱线不一致，将导致基色光的颜色、亮度不一致，或基色光图像的灰阶不连续的问题。为了保持与原滤光轮同样的滤光效果，每段滤光段的透过率谱需要保持一致，这将给滤光段加工增加难度，并增加成本。

发明内容

为解决现有技术多倍速显示频率导致的基色光颜色及亮度不一致的技术问题，本发明提供一种基色光亮度一致性较好的光源系统及投影装置。

一种光源系统，包括：

主光源，用于发出激发光；及

色轮，用于接收所述激发光，所述色轮包括设置的同一颜色的多个滤光段，所述色轮在驱动装置的带动下周期性运动，使得所述多个滤光段出射光束在所述激发光所在的光路上形成与标准基色光的颜色及亮度一致的混合光。

一种投影设备，包括如上所述的光源系统。

本发明提供了所述光源系统及应用所述光源系统的投影设备，所述光源系统中的色轮包括出射同一颜色的多个滤光段，所述多个滤光段的混合光与所述标准基色光的颜色及亮度一致，保证了所述光源系统出射基色光的一致性，及所述投影系统正常出射图像。

附图说明

图1为本发明第一方式提供的投影设备的结构示意图。

图2为如图1所示的色轮的俯视结构示意图。

图3为如图1所示的色轮上位于激发光所在光路上的滤光段时序图。

图4为如图1所示的色轮的一种实施方式中第一滤光段与第二滤光段的通过率曲线图。

图5为本发明第二方式提供的投影设备的结构示意图。

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，为本发明较佳实施方式提供的投影设备10的结构示意图。投影设备10包括光源系统100及空间光调制器200，空间光调制器200用于对光源系统100出射的光束进行调制并出射图像光。

具体地，如图1所示，光源系统100包括主光源110、驱动装置120及色轮130。其中，主光源110用于发出激发光。色轮130用于接收所述激发光，并对所述激发光进行波长转换或修色。

主光源110可以包括用于产生激发光的发光体与对激发光进行匀光的匀光器件。

本实施例中，主光源110为红色光源，发出红色激发光。可以理解的是，主光源110不限于红色光源，主光源110也可以是紫外光源、蓝色光源或绿色光源等。本实施方式中，所述发光体为红色激光器，用于发出红色激光作为激发光。可以理解，所述发光体可以包括一个、两个激光器或红色激光器阵列，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。

本实施方式中，色轮130可以包括波长转换区及滤光区，所述波长转换区用于对入射的激发光进行波长转换从而得到受激光，所述滤光区用于对所述受激光进行修色，波长转换区以及滤光区呈环形分布。具体地，所述滤光区上的不同颜色的滤光段与所述波长转换区上的相同颜色的区段对应设置。在另一中可能的实施方式中，色轮130包括波长转换区及设置于波长转换区一侧的滤光层，所述滤光层覆盖于所述波长转换区的出光侧，并且所述滤光层的不同颜色的滤光段覆盖所述波长转换区上的相同颜色的区段，色轮也可以为仅包括滤光区。

如图1所示，色轮130在驱动装置120的带动下周期性运动。具体地，驱动装置120设置于色轮130表面的几何中心区域，带动色轮130围绕驱动装置120周期性高速旋转。使得色轮130上的不同滤光段周期性位于所述激发光所在的光路上，色轮130时序出射三种基色光。在一种实施方式中，驱动装置120设置于色轮130的一端，并驱动色轮130做周期性的运动，色轮130时序出射三种基色光。

请结合图1进一步参阅图2-图3，图2为如图1所示的色轮130的俯视结构示意图，图3为如图1所示的色轮上位于激发光所在光路上的滤光段时序图。

色轮130包括同一颜色的多个滤光段，所述多个滤光段可以间隔设置，也可以相邻设置。本实施方式中，色轮130包括间隔设置的第一滤光段R1和第二滤光段R2。第一滤光段R1与第二滤光段R2能够出射红色基色光，其中，第一滤光段R1出射红色第一光，第二滤光段R2出射红色第二光。如图2所示，所述滤光轮还包括两段能够出射蓝色基色光的蓝色滤光段B1、B2，及两段能够出射绿色基色光的绿色滤光段G1、G2。可以理解的是，在其他实施方式中，色轮130可以包括多于两段的同一颜色的滤光段，并不以此为限。

本实施例中，图像显示采用四倍速的频率显示，即图像帧频为60Hz，基色光的刷新的频率为240Hz。如图3所示，每一帧图像周期中，色轮130的旋转两圈。相同颜色的滤光段间隔设置，在色轮130的一个旋转周期中，色轮130出射两次红光、两次蓝光及两次绿光。即每一帧图像周期中，每种颜色基色光刷新四次。相对于一个颜色仅设置一段滤光段的色轮，在相同的旋转速度的情况下，提高了不同颜色基色光的切换速度，从而大大降低了彩虹效应对投影图像质量的影响。可以理解的是，在其他实施方式中，色轮130可以在驱动装置120的驱动下提高各种颜色基色光的刷新频率，比如八倍速或更高频率的显示频率。

在一种实施方式中，第一滤光段R1与第二滤光段R2的通过率的公差等级相同，并且通过率无偏差。比如，第一滤光段R1与第二滤光段R2的通过率为50％对应波长的公差等级相同。一般地，偏差值t一般会大于5nm，公差越小，制造难度越大，成本越高。标准红色基色光能够从第一滤光段R1及第二滤光段R2出射。在其他实施方式中，滤光段不限两段，通过率的公差等级相同，并且通过率无偏差。本发明实施方式中，所述标准为DCI-P3色彩标准，其定义了各种基色光的颜色与亮度。可以理解的是，在其他实施方式中，可以选用Rec.709等其他投影设备领域应用的色彩标准。

所述激发光分时照射第一滤光段R1与第二滤光段R2，在所述激发光的颜色与亮度恒定不变的情况下，第一滤光段R1出射的红色第一光与第二滤光段R2出射的红色第二光为大致相同的红色光，保证了光源系统100出射红色基色光的一致性。所述大致相同是指所述红色第一光与所述红色第二光的颜色及亮度在一定误差范围相同。

可以理解的是，色轮130的两段绿色滤光段可以采用公差等级相同的绿色滤光段，所述两段蓝色滤光段也可以采用公差等级相同的蓝色滤光段，以保证色轮130出射三种基色光的出光一致性。但是在实际滤光段镀膜加工的过程中，难免存在偏差，使得滤光段的通过率曲线发生偏移，从而使得滤光段分为多个等级。

请参阅图4，为如图1所示的色轮130的一种实施方式中第一滤光段R1与第二滤光段R2的通过率曲线图。在本实施方式中，第一滤光段R1与第二滤光段R2为截止滤光段，通过率的公差等级不同，并且通过率偏差互补。

具体地，如图4所示，曲线a为第一滤光段R1的通过率曲线，曲线b为能够出射所述标准红色基色光的理想红色滤光段的通过率曲线，曲线c为第二滤光段R2的通过率曲线。

第一滤光段R1与第二滤光段R2为截止滤光段，滤光段通过率曲线中通过率为50％时对应的波长记为T50％。

其中，第一滤光段R1的T50％小于理想红色滤光段的T50％，第一滤光段R1的通过率偏差为-t，即，第一滤光段R1的T50％＝A-t。第二滤光段R2的T50％大于理想红色滤光段的T50％，第二滤光段R1的通过率偏差为+t，即，第二滤光段R2的T50％＝A+t。第一滤光段R1与第二滤光段R2的通过率所属的公差等级不同，通过率偏差互补，第一滤光段R1与第二滤光段R2的通过率偏差相加为0。

所述红色第一光覆盖的波长范围大于所述标准红色基色光，所述红色第一光相对于所述标准红色基色光亮度会增加，色纯度会变差；所述红色第二光覆盖的波长范围小于所述标准红色基色光，所述红色第二光相对于所述标准红色基色光亮度会减小，色纯度会提高。所述红色第一光与所述红色第二光分时入射至空间光调制器200。

所述红色第一光与所述红色第二光经混合后，根据同色异谱原理，可以得到与所述标准红色基色光颜色及亮度一致的混合光。

第一滤光段R1与第二滤光段R2的公差等级不同，通过率偏差互补。在一种实施方式中，第一滤光段R1的T50％＝A-2t；理想红色滤光段的T50％＝A；第二滤光段R2的T50％＝A+2t。在另一种实施方式中，色轮130包括至少两对滤光段，其中至少两对滤光段的通过率的偏差绝对值不同。比如，色轮130包括滤光段R1-R5，五个滤光段中包括两对通过率偏差绝对值不同的滤光段，即：第一滤光段R1的T50％＝A-2t，第二滤光段R2的T50％＝A+2t，第三滤光段R3的T50％＝A-t，第四滤光段R4的T50％＝A+t，第五滤光段R5的T50％＝A。即，色轮130包括通过率偏差绝对值分别为t及2t的两对滤光段，根据同色异谱原理，混合后的红色基色光与标准基色光的亮度及颜色一致。

可以理解的是，在一种实施方式中，同一颜色的一对滤光段的公差等级不同，通过率偏差趋势相反。比如，第一滤光段R1的T50％＝A-t，第二滤光段R2的T50％＝A+2t。在一种可能的实施方式中，根据同色异谱原理，可以通过第一滤光段R1及第二滤光段R2在色轮130上所占区域的相对比例，来控制混合红色基色光的颜色及亮度与标准红色基色光一致。

可以理解的是，色轮130可以采用相同的方式设置及两段蓝色滤光段B1、B2，以保证出射蓝色基色光的一致性。

进一步地，理想绿色滤光段能够出射标准绿色基色光，色轮130上的两个绿色滤光段G1、G2为带通滤光段，且中心频率的公差等级不同。在一种可能的实施方式中，绿色滤光段G1通过率曲线的中心波长大于所述理想绿色滤光段，绿色滤光段G2通过率曲线的中心波长小于所述理想绿色滤光段，并且绿色滤光段G1与绿色滤光段G2的通过率偏差互补。从而，色轮130出射两束绿色光，根据同色异谱原理也能够得到与所述标准绿色基色光颜色及亮度一致的混合光。

本实施方式中，根据同色异谱原理，色轮130通过将相同或不同通过率公差等级的第一滤光段R1与第二滤光段R2配合使用，使得出射的红色第一光与红色第二光的混合光与所述标准红色基色光的颜色及亮度一致，保证了光源系统100出射红色基色光的一致性。

请参阅图5，为本发明第二方式提供的光源系统300的结构示意图。本实施方式中，光源系统300还包括用于发出补充光的补充光源340，及用于控制主光源310及补充光源340的控制装置350。其中,主光源310与补充光源340邻近设置，使得色轮330在同一光路输出光束。主光源310与补充光源340为不同光源，即主光源310发出的激发光与补充光源340发出的补充光颜色及/或亮度不同，标准红色基色光的亮度及颜色均对应地介于所述激发光与所述补充光之间。具体地，标准红色基色光的波长介于所述激发光与所述补充光之间，并且，标准红色基色光的色坐标介于所述激发光与所述补充光之间。光源系统300的其他结构与光源系统100相同，不做赘述。

具体地，补充光源350包括激光器或LED，所述补充光为所述激光器或LED发出的光。所述补充光经过修色照射至色轮330上的多个滤光段，或所述补充光激发出的荧光入射至所述多个滤光段。

所述激发光与所述补充光对应照射所述多个滤光段中的不同滤光段。

当第一滤光段R1位于所述激发光所在的光路上时，控制装置350控制主光源310开启使得所述激发光照射第一滤光段R1；

当第二滤光段R2位于所述补充光所在的光路上时，控制装置350控制补充光源340开启使得所述补充光照射第二滤光段R2。

根据同色异谱原理，红色第一光与红色第二光混合后，也能够得到与标准红色基色光颜色及亮度一致的混合光。

在一种实施方式中，当控制装置350检测到所述激发光的按照第一趋势改变时，控制装置350调整补充光源340，使得所述补充光按照与所述第一趋势相反的趋势变化，以保证光源系统100出射基色光的一致性。比如，所述激发光亮度衰减时，所述红色第一光亮度也随着所述激发光衰减，控制装置350调整补充光源340的电压及/或电流，使得所述补充光的亮度升高，从而所述红色第一光与所述红色第二光的混合光的亮度保持不变，即实现亮度校正，以保证输出图像亮度正常。

本实施方式中，根据同色异谱原理，光源系统300通过配置不同的主光源310与补充光源340，所述标准红色基色光的颜色及亮度均介于所述激发光与所述补充光之间，使得出射的红色第一光与红色第二光的混合光与所述标准红色基色光的颜色及亮度一致，保证了光源系统300出射红色基色光的一致性。

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 (7)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：

主光源，用于发出激发光；及

色轮，用于接收所述激发光，所述色轮包括设置的同一颜色的多个滤光段，所述色轮在驱动装置的带动下周期性运动；

其中：

所述多个滤光段包括至少一对滤光段，其中每对滤光段的通过率的公差等级不同，并且通过率偏差互补，使得所述多个滤光段出射光束在所述激发光所在的光路上形成与标准基色光的颜色及亮度一致的混合光；或

所述多个滤光段包括至少一对滤光段，其中每对滤光段的通过率的公差等级不同，并且通过率偏差趋势相反，使得所述多个滤光段出射光束在所述激发光所在的光路上形成与标准基色光的颜色及亮度一致的混合光；或

所述光源系统还包括用于发出补充光的补充光源，标准基色光的颜色及亮度介于所述激发光与所述补充光之间，所述激发光与所述补充光对应照射所述多个滤光段中的不同滤光段，使得所述多个滤光段出射光束在所述激发光所在的光路上形成与所述标准基色光的颜色及亮度一致的混合光。

2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，当每对滤光段的通过率的公差等级不同，并且通过率偏差互补时：

所述多个滤光段包括多对滤光段，其中至少两对滤光段的通过率的偏差绝对值不同。

3.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，当所述光源系统还包括用于发出补充光的补充光源时：

所述主光源包括激光器，所述激发光包括所述激光器发出的激光。

4.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，当所述光源系统还包括用于发出补充光的补充光源时：

所述补充光源包括激光器或LED，所述补充光为所述激光器或LED发出的光。

5.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述补充光经过修色照射至所述多个滤光段，或所述补充光激发出的荧光入射至所述多个滤光段。

6.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，当所述光源系统还包括用于发出补充光的补充光源时：

所述光源系统还包括控制装置，当所述控制装置检测到所述激发光的按照第一趋势改变时，所述控制装置调整所述补充光源，使得所述补充光按照与所述第一趋势相反的趋势变化。

7.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如权利要求1-6任意一项所述的光源系统。

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