CN110376833A - 光源系统和投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能够有效地减少投影图像中的光斑的光源系统和投影系统。光源系统包括：第一激光模块，用于发出具有第一波长范围的激光；区域分光片，具有能够反射所述激光的中心区域和能够透射所述激光的外围区域；色轮，被中心区域反射的所述激光的至少一部分入射至色轮，色轮将所述激光反射为具有朗伯分布的光；聚焦透镜，设置于第一激光模块与区域分光片之间，将所述激光聚焦至中心区域；收集透镜组，设置于区域分光片与色轮之间，将所述激光的所述至少一部分聚焦至色轮并且将从色轮入射的具有朗伯分布的所述光平行化；方棒，具有入光面和出光面，平行化的所述光被聚焦透镜会聚至入光面；和光扩散元件，位于所述收集透镜组与所述方棒之间。

Description

光源系统和投影系统

技术领域

本发明涉及投影领域，具体地，涉及用于影院的光源系统和采用所述光源系统的投影系统。

背景技术

目前，在激光显示领域，随着荧光粉技术的不断进步，使得激光光源在影院光源领域的优势渐渐显露。通常，用于影院放映的投影系统的激光光源系统采用三基色的激光模块作为光源，是真正的高纯色光源，能实现自然界中90％以上的人眼可识别色彩，是传统投影光源的2倍以上。因此，除了具有极高的亮度之外，激光光源还具有更高的色彩灰度表现能力，图像层次感强。尤其对于立体影片的播放，激光光源的使用能够极大增强3D立体效果。此外，在使用寿命方面，激光光源寿命长，低衰减，可以长时间连续工作，并且长期无需更换，寿命甚至可以大于80000小时。另外，在使用安全性方面，激光元件没有高压结构，无炸灯危险，无汞污染，日常维护成本低廉。

在现有的激光光源系统中，红色激光模块发出的红色激光在入射至投影方棒之前通常被反射至收集透镜组，并被收集透镜组聚焦在色轮上，然后反射出朗伯分布的红光。然而，由于收集透镜组中的收集透镜曲率较大，其表面镀上的AR膜相对难以控制，一部分红色激光入射至收集透镜时容易发生反射。这部分被反射的红色激光不具备朗伯分布，在经过一系列光学元件之后聚集在投影方棒的出光面，导致了在投影屏幕上产生如图1中所示的“红斑”现象(需要说明的是，为了满足附图的制图要求，图1是经过灰度处理之后的投影图像，图中示出的不同灰度的斑块实际上是投影图像中不同亮度的“红斑”)。类似地，也存在由其它颜色激光导致的其它颜色的色斑现象。

发明内容

针对上述问题，本发明期望能够提供一种能够减弱激光投影的色斑现象的光源系统和投影系统。

根据本发明实施例的光源系统包括：第一激光模块，用于发出具有第一波长范围的激光；区域分光片，所述区域分光片具有中心区域和外围区域，所述中心区域能够反射所述激光并且所述外围区域能够透射所述激光；色轮，被所述中心区域反射的所述激光的至少一部分入射至所述色轮，所述色轮将入射的所述激光反射为具有朗伯分布的光；聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述第一激光模块与所述区域分光片之间，将所述激光聚焦至所述中心区域；收集透镜组，所述收集透镜组设置于所述区域分光片与所述色轮之间，将所述激光的所述至少一部分聚焦至所述色轮并且将从所述色轮入射的具有朗伯分布的所述光平行化；方棒，所述方棒具有入光面和出光面，平行化的所述光被聚焦透镜会聚至所述方棒的所述入光面。所述光源系统还包括光扩散元件，所述光扩散元件位于所述收集透镜组与所述方棒之间。

优选地，所述光扩散元件是散射片，所述散射片设置在所述方棒的所述入光面附近的光路上。

可替代地，所述光扩散元件是散射片，所述散射片设置在所述聚焦透镜的焦点处。此外，所述光源系统还设置有中继系统，所述中继系统设置于所述散射片与所述方棒之间的光路上并且将所述散射片上的光斑成像至所述入光面。

可替代地，所述光扩散元件是所述方棒的所述入光面，所述入光面经过加工而具有散射特性。

可替代地，所述光扩散元件是所述区域分光片的所述中心区域，所述中心区域经过加工而具有散射特性。优选地，所述加工是刻蚀加工。

优选地，所述光源系统还包括第二激光模块，用于发出具有与所述第一波长范围不同的第二波长范围的激光。所述区域分光片的所述中心区域能够透射具有所述第二波长范围的所述激光，并且所述外围区域能够反射具有所述第二波长范围的所述激光作为所述色轮的激发光。此外，所述色轮能够将入射的所述激光转换为具有第三波长范围的受激光。另外，透过所述区域分光片的所述中心区域的具有所述第二波长范围的所述激光和从所述色轮出射的所述受激光分别被所述聚焦透镜会聚至所述方棒的所述入光面。

本发明的实施例还提供了一种投影系统，所述投影系统包括如上所述的光源系统。

根据本发明的光源系统和投影系统能够有效地减少投影图像中的诸如红斑等光斑。

应当理解，本发明的有益效果不限于上述效果，而可以是本文中说明的任何有益效果。

附图说明

图1示出了现有技术中的投影屏幕中的“红斑”现象；

图2是用于解释光源系统的光路的示例的示意图；

图3是示出了光源系统中使用的区域分光片的示意图；

图4是示出了光源系统中的“红斑”形成原因的光路图；

图5是用于解释“红斑”形成原因的收集透镜表面的局部示意图；

图6是示出了根据本发明的实施例的光源系统的示意图；

图7是示出了根据本发明的另一实施例的光源系统的示意图；

图8是示出了根据本发明的又一实施例的光源系统的示意图；

图9是示出了根据本发明的又一实施例的光源系统的区域分光片的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明根据本发明的光源系统和投影系统的具体实施例。需要强调的是，附图中的所有尺寸仅是示意性的并且不一定是按照真实比例图示的，因而不具有限定性。

在具体说明本发明的实施例之前，先参照图2至图4简要说明现有的光源系统的光路以及产生“红斑”的原因。需要说明的是，为了便于说明，本文中以由红色激光导致的“红斑”现象作为示例进行说明。但是，根据本发明的光源系统和投影系统不仅可以用于解决红色激光产生的“红斑”现象，显然也能够用于解决由于与下述原因类似的原因而导致的其它颜色的色斑现象，诸如由绿色激光导致的绿斑、由蓝色激光导致的蓝斑等。

如图2所示，示例性的光源系统100包括蓝色激光模块101(对应于本文中的第二激光模块)和红色激光模块102(对应于本文中的第一激光模块)。蓝色激光模块101可以包括上蓝激光模块和下蓝色激光模块。从蓝色激光模块101发出的蓝色激光(对应于本文中的具有第二波长范围的激光)经过反射条103和反射镜104的反射压缩后，由聚焦透镜105聚焦至方棒106中匀光。经过方棒106匀光的蓝色激光经过中继透镜107、反射镜108和中继透镜109的平行化后被反蓝透黄膜片110反射至区域分光片111。图3中示出了区域分光片111的各区域的光学性能。如图3所示，区域分光片111的外围区域A1为反射蓝色光透过黄色光的反蓝透黄区域，区域分光片111的中心区域A2为反射红色光透过蓝色光和绿色光的反红透蓝绿区域。一方面，入射至区域分光片111的区域A1(反蓝透黄区域)的蓝色激光被反射至收集透镜组112，然后被收集透镜组112聚焦至色轮113上。入射至色轮113上的蓝色激光被用作色轮的激发光并且被转换为具有朗伯分布的黄色荧光(对应于本发明中的具有第三波长范围的受激光)。从色轮113出射的上述黄色受激光经过收集透镜组112的平行化后被聚焦透镜114聚焦至方棒115中。另一方面，入射至区域分光片111的中心区域A2(反红透蓝绿区域)的蓝色激光则发生透射，随后经过收集透镜组116而被聚焦至散射片117上。通过散射片117的反射，产生了具有朗伯分布的蓝色激光。这部分蓝光经过收集透镜组116的平行化后，被区域分光片的区域A1反射，然后被聚焦透镜114聚焦至方棒115中。

红色激光模块102发出红色激光(对应于本发明的中的具有第一波长范围的激光)。红色激光经过准直之后，被红光聚焦透镜118聚焦至区域分光片111的中心区域A2(反红透蓝绿区域)。红色激光被反射至收集透镜组112，然后被收集透镜组112聚焦至色轮113上。色轮113反射入射的红光，形成具有朗伯分布的红光。从色轮113出射的具有朗伯分布的红光经过收集透镜组112的平行化后被聚焦透镜114会聚至方棒115的入光面，进入方棒115中。入射至方棒115中的蓝光、黄光和红光在方棒115中经过多次反射而被混合均匀，然后作为投影光从方棒115的出光面出射。

在具有上述结构的光源系统100中，由于收集透镜组112中的收集透镜1121的面型曲率较大，其表面镀覆的抗反射膜容易出现缺陷。在此情况下，如图5中所示，一部分入射的红色激光容易在收集透镜1121的表面被直接反射。如图4中所示，这部分直接被收集透镜1121反射的红色激光在经过一系列光学器件之后而聚集在方棒115的出光面，从而导致在投影屏幕上产生“红斑”现象。

为了抑制或淡化上述“红斑”现象，根据本发明的光源系统在红色激光的光路中设置了光扩散元件。所述光扩散元件具有光扩散特性，用于扩散被收集透镜组中的收集透镜的表面直接反射的激光，从而能够改善这部分被直接反射的激光的均匀性，从而实现抑制或淡化上述“红斑”现象的效果。

第一实施例

图6示出了根据本发明的实施例的光源系统200的光路示意图。在图6中，使用相同的附图标记表示与图4中的光源系统100相同的部件。根据本发明的实施例的光源系统200与图4中所示的光源系统100的不同之处在于：在方棒115的入光面附近的光路上，设置有散射片201(对应于光扩散元件)。散射片201例如可以是磨砂玻璃或者漫反射镜等。

直接被收集透镜1121反射的红色激光在进入方棒115之前会经过散射片201。原本会聚集在方棒115的出光面的红色激光在透过散射片201时被散射。因此，由这部分红光导致的“红斑”被减弱，变得不那么明显，达到了可控范围内。

第二实施例

图7示出了根据本发明的另一实施例的光源系统300的光路示意图。在图7中，使用相同的附图标记表示与图4中的光源系统100相同的部件。根据本发明的另一实施例的光源系统300与图4中所示的光源系统100系统的不同之处在于：在聚焦透镜114与方棒115之间的光路上设置有散射片301和中继系统302。散射片301设置在聚焦透镜114的焦点处。。散射片301例如可以是磨砂玻璃或者漫反射镜等。中继系统302设置在散射片301与方棒115之间并将散射片301上的光斑成像至方棒115的入光面。散射片301和中继系统302对应于本文中的光扩散元件。

在此情况下，直接被收集透镜1121反射的红色激光在进入方棒115之前会经过散射片301和中继系统302。散射片301和中继系统302能够提高这部分红色激光在方棒115的出光面处的均匀度。因此，由这部分红光导致的“红斑”被淡化。

第三实施例

图8示出了根据本发明的又一实施例的光源系统400的光路示意图。在图8中，使用相同的附图标记表示与图4中的光源系统100相同的部件。根据本发明的又一实施例的光源系统400与图4中所示的光源系统100的不同之处在于：方棒415取代了方棒115，方棒415的入光面经过刻蚀等加工而具有散射特性。方棒415的具有散射特性的入光面对应于本文中的光扩散元件。

根据本实施例，由于方棒415的入光面经过加工而具有散射特性(例如，经过加工而具有凹凸不平的表面)，直接被收集透镜1121反射的红色激光在进入方棒415的同时会被具有散射特性的入光面散射。因此，能够提高这部分红色激光在方棒415的出光面处的均匀度，使得“红斑”被扩散淡化，变得不明显。

第四实施例

另外，还可以通过其它的方式来提高被收集透镜1121反射的红色激光的均匀性。例如，图9示出了根据本发明的又一实施例的光源系统的区域分光片511的示意图。如图9中所示，区域分光片511的中心区域A2经过加工(例如刻蚀)而具有散射特性。因此，红色激光在被区域分光片511的中心区域A2反射的同时变得更加均匀，使得“红斑”现象被淡化或消除。区域分光片511的经过加工而具有散射特性的中心区域对应于本文中的光扩散元件。

此外，根据本发明的投影系统包括如上所述的任意光源系统。

应当理解的是，根据本发明的光源系统和投影系统不限于上述具体实施例。根据实际情况，本领域技术人员可以通过在红色激光的光路中设置其它的光扩散元件来实现淡化由被收集透镜组中的收集透镜反射的红色激光形成的“红斑”。此外，上述实施例中说明的是使用蓝色激光模块和红色激光模块的光源系统，但光源系统的激光模块的组合方式不限于此，可以根据需要使用其它颜色的激光模块与红色激光模块进行组合。换言之，本说明书中的第一激光模块、第二激光模块、第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围可以根据需要进行选择和组合。相应地，区域分光片的外围区域和中心区域的分光方式也可以根据使用的激光的颜色而相应地改变，只要保证中心区域能够反射第一波长范围的激光且外围区域能够透射第一波长范围的激光即可。

此外，如前所述，根据本发明的光源系统和投影系统不仅可以用于解决红色激光产生的“红斑”现象，也能够用于解决由于类似的原因而导致的其它颜色的色斑现象，诸如由绿色激光导致的绿斑、由蓝色激光导致的蓝斑等。在此情况下，仅需要将上述的各种特征及其组合应用于对应颜色的光路中即可。

尽管在上面已经参照附图说明了根据本发明的光源系统和投影系统，但是本发明不限于此，且本领域技术人员应理解，在不偏离本发明随附权利要求书限定的实质或范围的情况下，可以做出各种改变、组合、次组合以及变型。

Claims (11)

1.一种光源系统，所述光源系统包括：

第一激光模块，用于发出具有第一波长范围的激光；

区域分光片，所述区域分光片具有中心区域和外围区域，所述中心区域能够反射所述激光并且所述外围区域能够透射所述激光；

色轮，被所述中心区域反射的所述激光的至少一部分入射至所述色轮，所述色轮将入射的所述激光反射为具有朗伯分布的光；

聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述第一激光模块与所述区域分光片之间，将所述激光聚焦至所述中心区域；

收集透镜组，所述收集透镜组设置于所述区域分光片与所述色轮之间，将所述激光的所述至少一部分聚焦至所述色轮并且将从所述色轮入射的具有朗伯分布的所述光平行化；和

方棒，所述方棒具有入光面和出光面，平行化的所述光被所述聚焦透镜会聚至所述方棒的所述入光面，

其中，所述光源系统还包括光扩散元件，所述光扩散元件位于所述收集透镜组与所述方棒之间。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光扩散元件是散射片，所述散射片设置在所述方棒的所述入光面附近的光路上。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光扩散元件是散射片，所述散射片设置在所述聚焦透镜的焦点处，并且

所述光源系统还设置有中继系统，所述中继系统设置于所述散射片与所述方棒之间的光路上并且将所述散射片上的光斑成像至所述入光面。

4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光扩散元件是所述方棒的所述入光面，所述入光面经过加工而具有散射特性。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光扩散元件是所述区域分光片的所述中心区域，所述中心区域经过加工而具有散射特性。

6.根据权利要求4或5所述的光源系统，其特征在于，所述加工是刻蚀加工。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光源系统，其特征在于，还包括第二激光模块，用于发出具有与所述第一波长范围不同的第二波长范围的激光。

8.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述区域分光片的所述中心区域能够透射具有所述第二波长范围的所述激光，并且所述外围区域能够反射具有所述第二波长范围的所述激光以用作所述色轮的激发光。

9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述色轮能够将入射的所述激发光转换为具有第三波长范围的受激光。

10.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，透过所述区域分光片的所述中心区域的具有所述第二波长范围的所述激光和从所述色轮出射的所述受激光分别被所述聚焦透镜会聚至所述方棒的所述入光面。

11.一种投影系统，所述投影系统包括如权利要求1至10中任一项所述的光源系统。