CN110888291B - 光源系统及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源系统及投影装置，光源系统包括：激光光源、补充光源、波长转换装置及成像子系统。激光光源，用于发射激光。补充光源，用于发射补充光。波长转换装置，用于将激光转换成受激光，并出射包括受激光和激光的第一光。成像子系统，用于形成第一光成像光束、补充光成像光束及混合光成像光束；成像子系统包括合光装置、反射组件，合光装置置于第一光成像光束和补充光成像光束的交汇处；反射组件置于波长转换装置和合光装置之间。本发明通过在成像子系统中布设反射组件使光路折叠，对光路进行了合理的利用，使波长转换装置小型化及光路中空间的利用率得到提高，减小了光源系统的体积。

Description

光源系统及投影装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种光源系统及投影装置。
背景技术
目前的投影光源中，通常采用蓝激光激发荧光粉色段获取三基色，而激发产生的荧光光谱带宽较宽，为了得到色纯度较高的基色光，通常要对受激发的荧光光谱进行滤波来达到更纯的基色光，这将很大程度上降低光源的输出亮度。
为了实现高亮度、广色域的光源装置，在光源中加入红光激光或绿光激光，将激光与荧光进行混合，既不必过滤更多的荧光保证光源输出较高的亮度，又能够提升光源的显示色域。
在荧光与激光合光的技术中，利用激光与荧光光学扩展量差异对两者进行混合的技术能够获得较高的效率，但同时需要增加光学器件及光程来实现两者合光，因此会增大荧光色轮的尺寸及光源系统的体积。随着人们生活品质的提升，对产品的追求越来越极致，在追求高亮度、广色域显示的同时，也追求设备的小巧精致。因此需要对光源的结构空间进行合理利用，来实现设备的小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光源系统，通过对光路的合理设置，充分利用光源的结构空间，在光源满足高亮度、广色域显示的同时，还能够具备较小的体积。本发明实施例通过以下技术方案来实现上述目的。
第一方面，本发明提供一种光源系统，光源系统包括：激光光源、补充光源、波长转换装置及成像子系统。激光光源用于发射激光。补充光源用于发射补充光。波长转换装置用于将激光转换成受激光。成像子系统用于形成第一光成像光束、补充光成像光束及混合光成像光束，混合光成像光束由第一光成像光束与补充光成像光束合光形成，第一光成像光束、补充光成像光束及混合光成像光束在成像子系统中传输并分别形成第一光成像光路、补充光成像光路及混合光成像光路；成像子系统包括合光装置、反射组件，合光装置置于第一光成像光束和补充光成像光束的交汇处，将第一光和补充光进行合光并沿混合光成像光路传输；反射组件置于波长转换装置和合光装置之间，用于反射第一光成像光束。
第二方面，本发明提供了一种投影装置，包括上述光源系统。
相较于现有技术，本发明提供的光源系统及投影装置通过在成像子系统中布设反射组件使光路折叠，对光路进行了合理的利用，使波长转换装置小型化及光路中空间的利用率得到提高，减少了光源系统的体积。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的光源系统的结构示意图。
图2是本发明第一实施例提供的光源系统中成像子系统的结构示意图。
图3为如图1所示的光源系统的波长转换装置的右视结构示意图。
图4为如图1所示的光源系统的光引导装置的俯视结构示意图。
图5是本发明第二实施例提供的光源系统的结构示意图。
图6是本发明第三实施例提供的光源系统的结构示意图。
图7是本发明第四实施例提供的光源系统的结构示意图。
图8是本发明第五实施例提供的投影装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明实施例，下面将参照相关附图对本发明实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
第一实施例
请一并参阅图1至图4，本实施例提供的光源系统10包括：激光光源11、补充光源13、波长转换装置15及成像子系统17。激光光源11用于发射激光。补充光源13用于发射补充光。波长转换装置15用于将激光转换成受激光。成像子系统17用于形成第一光成像光束、补充光成像光束及混合光成像光束。混合光成像光束由第一光成像光束与补充光成像光束合光形成。第一光成像光束、补充光成像光束及混合光成像光束在成像子系统17中传输并分别形成第一光成像光路、补充光成像光路及混合光成像光路。
成像子系统17包括合光装置176、反射组件171。合光装置176置于第一光成像光束和补充光成像光束的交汇处，将第一光和补充光进行合光并沿混合光成像光路传输；反射组件171置于波长转换装置15和合光装置176之间，用于反射第一光成像光束。反射组件171主要用于缩短第一光成像光路的光程。例如，缩短受激光在与激光传输光路垂直的方向上的传输距离。
具体地，激光光源11包括第一激光器111，可以理解，激光光源11还可以包括激光匀光器件113，其中第一激光器111用于沿z轴方向产生激光，激光匀光器件113用于对该激光进行匀光。激光匀光器113可以包括复眼透镜、匀光棒、散光片或散射轮等。
本实施例中，激光光源11为蓝光光源，可以理解的是，激光光源11不限于蓝光光源，也可以是紫光光源、红光光源或绿光光源等。第一激光器111为蓝光激光器，用于发出蓝光激光作为该激光光源11，第一激光器111可以包括一个、两个或多个蓝光激光器，具体其激光器的数量可以依据实际需要进行选择，激光器可以为激光二极管(LD)或者发光二极管(LED)等。
如图3所示，本实施例中，波长转换装置15为反射式色轮(如直接涂覆在反射衬底上的波长转换层)，波长转换层为波长转换材料层或者波长转换材料与粘接剂烧结而成的膜片等，其中，波长转换材料包括但不限于荧光粉、量子点材料等。当然，波长转换装置15也可以为透射式波长转换装置(如包括透明基板以及参杂在透明基板内部的波长转换材料)。波长转换装置15分为红色段151、绿色段152及蓝色段153，各段的波长转换材料对应的分别是红光荧光粉、绿光荧光粉及蓝光荧光粉，可以理解，该波长转换材料还可以为黄光荧光粉、黄绿荧光粉等。
波长转换装置15，用于将激光转换成受激光。具体而言，激光入射至波长转换装置15上之后，激发波长转换装置15表面的荧光粉产生受激光，然后出射包括受激光和激光的第一光，波长转换装置15可以是时序地出射受激光和激光，也可以是同时出射受激光和激光，受激光从波长转换装置15出射后形成第一光成像光束，第一光成像光束在成像子系统17中传输形成第一光成像光路。
本实施例中，波长转换装置15由驱动装置16驱动。驱动装置16驱动波长转换装置15绕其转轴进行转动，一方面避免了激光长时间作用于波长转换装置15的同一位置而导致局部温度过高，从而降低该波长转换装置15的使用寿命，另一方面，波长转换装置15的转动还可以交替产生不同颜色的荧光。在其他实施方式中，波长转换装置15还可以为带状结构，波长转换材料依次分布于不同区域，驱动装置16相应的采用线性平移机构。
成像子系统17还包括光会聚组件174，光会聚组件174靠近波长转换装置15设置，用于对受激光进行会聚与准直。
具体地，光会聚组件174包括同轴设置的若干凸透镜，光轴垂直于波长转换装置15的表面，各凸透镜的焦距可以不同，光会聚组件174在与波长转换装置15距离越近的位置，凸透镜的焦距越小。光会聚组件174与波长转换装置15之间的距离大小，及光会聚组件174中的每个凸透镜曲率均影响受激光照射至波长转换装置15上的光斑大小，从而影响受激光从光源系统10的出射角。
成像子系统17还包括光引导装置175，光引导装置175可以设置在激光光源11与波长转换装置15之间，将激光引导至波长转换装置15并将第一光引导至合光装置176。例如，光引导装置175将激光进行透射，使激光进入波长转换装置15，光引导装置175还将从波长转换装置15出射的第一光进行反射。第一光成像光束经成像子系统17的作用并在合光装置176上或合光装置176附近形成一中间像M。从波长转换装置15中出射的第一光会形成一个像，该像在成像子系统的作用下，在合光装置176上或附近进行重现的像称为中间像M。也可以理解为波长转换装置15处形成的像经过位置前移后，在M处再形成一个像，该中间像与波长转换装置15处形成的像大小相等。
请单独参阅图4，光引导装置175包括透射区域175a和围绕透射区域175a的反射区域175b。透射区域175a设置于光引导装置175中间位置，面积较小，用于透射激光，当然也会透射少部分受激光，因此可以减小透射区域175a的面积，进而减小受激光在透射区域175a的损失。反射区域175b用于反射受激光，本实施例中，受激光从光引导装置175反射之后沿y轴方向射出，其中y轴方向为与激光传输光路垂直的方向。
成像子系统17还包括第一中继组件172，第一中继组件172设置于光引导装置175及合光装置176之间，第一中继组件172用于会聚受激光。
在本实施例中，第一中继组件172包括第一凸透镜172a与第二凸透镜172b，第一凸透镜172a与第二凸透镜172b的光轴平行。
可以理解，第一中继组件172中凸透镜的种类、数量不限，可以均是平凸透镜，也可以均是双凸透镜，还可以是两种凸透镜的组合。
成像子系统17还包括反射组件171，反射组件171置于波长转换装置15和合光装置176之间。具体而言，反射组件171置于光引导装置175、合光装置176和波长转换装置15形成的空间结构内，反射组件171用于反射第一光成像光束。反射组件171包括第一反射单元171a与第二反射单元171b，第一反射单元171a与第二反射单元171b平行设置，且第一反射单元171a与第二反射单元171b的反射面相向设置，第一反射单元171a与第二反射单元171b均位于第一凸透镜172a与第二凸透镜172b之间，即均位于第一凸透镜172a与第二凸透镜172b之间的第一光成像光路之间。通过第一反射单元171a与第二反射单元171b的反射作用，缩短了第一凸透镜172a与第二凸透镜172b之间的y轴方向上的距离，压缩了光源在y轴方向上的长度，进而减小了波长转换装置15的尺寸和光源的厚度，实现了光源系统10的小型化。
补充光源13用于发射补充光，进而提高光源系统10的出光亮度、基色纯度，并扩展出射光线的色域空间。补充光源13包括第二激光器132，可以理解，补充光源13还可以包括补充光匀光器件134及中继镜136。第二激光器132用于发射补充光，补充光匀光器件134用于对补充光进行匀光，中继镜136用于对补充光匀光器件134出射的补充光进行会聚，补充光会聚形成补充光成像光束，补充光成像光束在成像子系统17中传输形成补充光成像光路。补充光成像光束与第一光成像光束在中间像M处进行合光并形成混合光成像光束，混合光成像光束在成像子系统17中传输形成混合光成像光路。
本实施例中，补充光源13为红绿光源，发出红光补充光与绿光补充光。可以理解的是，补充光源13不限于红绿光源，补充光源13也可以是单独的红光光源、绿光光源或紫光光源等。该补充光源13发出的补充光的颜色可以根据对受激光的不同要求进行设置，如当受激光中某种颜色的光不足时，则该补充光即为该种颜色的光，第二激光器132包括红色激光器与绿色激光器，用于发出红光激光及绿光激光作为补充光，可以理解，第二激光器132可以包括一个、两个激光器或激光器矩阵，具体其激光器的数量可以依据实际需要进行选择。激光器可以为LD或者LED等。
成像子系统17还包括合光装置176，合光装置176置于第一光成像光束和补充光成像光束的交汇处，将第一光和补充光进行合光并沿混合光成像光路传输。具体而言，合光装置176用于透射补充光成像光束，合光装置176还用于反射第一光成像光束。在其他实施方式中，合光装置176还可以是对补充光成像光束进行反射，对第一光成像光束进行透射。
成像子系统17还包括第二中继组件173，第二中继组件173用于会聚混合光成像光束，第二中继组件173设置于合光装置176与波长转换装置15之间。
在本实施例中，第二中继组件173包括第三凸透镜173a与第四凸透镜173b，第三凸透镜173a与第四凸透镜173b的光轴平行。第三凸透镜173a的光轴和第一凸透镜172a的光轴可以相互垂直。
可以理解，第二中继组件173中凸透镜的种类不限，可以均是平凸透镜，也可以均是双凸透镜，还可以是两种凸透镜的组合。第二中继组件173的数量不限，可以是两个透镜、三个透镜或者更多的透镜。
光源系统10还包括滤光装置19，设置滤光装置19的作用是为了得到色纯度较高的基色光，即较宽的色域显示，如利用红光滤光片对黄光荧光进行滤光得到红色基色光，本实施例中，滤光装置19与波长转换装置15一体设置，其中滤光装置19位于波长转换装置15的外周，可以理解的是，在其他实施方式中，滤光装置19与波长转换装置15也可以是分体设置。滤光装置19分为三种滤光段即红色滤光段191、绿色滤光段192及蓝色滤光段193，混合光成像光束经过三种滤光段后分别得到相应的基色光。
以下参照图1，以一个具体的示例对本实施例提供的上述光源系统10进行说明。第一激光器111发出的为蓝色激光。在依次经过激光匀光器件113、光引导装置175的透射区域175a的透射、光会聚组件174之后入射到波长转换装置15。激发波长转换装置15中的各色段中的荧光粉产生不同的受激光，该受激光经过反射后，依次经过光会聚组件174的准直及光引导装置175的引导之后，进入第一凸透镜172a。然后，经过第一反射单元171a和第二反射单元171b的反射后进入到第二凸透镜172b，接着进一步的入射至合光装置176，之后经过合光装置176的反射后形成中间像M。
第二激光器132发出的为红绿激光。在依次经过补充光匀光器件134、中继镜136、合光装置176的透射之后，在中间像M处与从合光装置176的反射的受激光进行合光。
可以通过改变第一凸透镜172a及第二凸透镜172b的曲率半径而改变中间像M光束的发散角度，使中间像M的发散角度与红绿激光的发散角度一致，在中间像M位置利用激光与受激光光学扩展量的差异进行合光。
合光之后的光线经过第三凸透镜173a及第四凸透镜173b的会聚之后入射至滤光装置19，最后经过方棒18匀光后从光源系统10射出。
综上，本实施例提供的光源系统10，通过在第一中继组件172中设置反射组件171使光路折叠，对光路进行了合理利用，缩短了受激光在y轴方向上的传输距离，减小了波长转换装置15在y轴方向的长度即直径，使波长转换装置15小型化及第一光成像光路中空间的利用率得到提高，从而减少了光源系统10的体积。
第二实施例
请参阅图5，与第一实施例不同的是，本实施例提供的光源系统20中的反射组件271还用于反射混合光成像光束，第一凸透镜272a与第二凸透镜272b的光轴垂直，第三凸透镜273a与第四凸透镜273b的光轴垂直，第三凸透镜273a的光轴和第一凸透镜272a的光轴可以平行。第一反射单元271a位于第一凸透镜272a与第二凸透镜272b之间，第二反射单元271b位于第三凸透镜273a与第四凸透镜273b之间，即第一反射单元271a位于第一凸透镜272a与第二凸透镜272b之间的第一光成像光路之间，第二反射单元271b位于第三凸透镜273a与第四凸透镜273b之间的混合光成像光路之间。
本实施例提供的光源系统20，通过在第一中继组件272中设置第一反射单元271a，缩短了受激光在y轴方向上的传输距离。通过在第二中继组件273中设置第二反射单元271b，缩短了混合光在y轴方向上的传输距离。使光路折叠，对光路进行了合理利用，由于受激光及混合光均缩短了在y轴方向的传输距离，使得波长转换装置25在y轴方向的长度即直径减小，使波长转换装置25小型化，并且第一光成像光路和混合光成像光路中空间的利用率得到提高，从而减少了光源系统20的体积。
第三实施例
请参阅图6，与第一实施例不同的是，本实施例提供的光源系统30中的第一反射单元371a与第二反射单元371b相对设置，即第一反射单元371a与第二反射单元371b的反射面相向设置。
本实施例提供的光源系统30，通过在第一中继组件372中设置第一反射单元371a与第二反射单元371b使光路折叠，并且第一反射单元371a与第二反射单元371b的相对设置，对光路进行了合理利用，缩短了受激光在y轴方向上的传输距离，减小了波长转换装置35在y轴方向的长度即直径，使波长转换装置35小型化及第一光成像光路中空间的利用率得到提高，从而减少了光源系统30的体积。
第四实施例
请参阅图7，与第一实施例不同的是，本实施例提供的光源系统40中的第一凸透镜472a与第二凸透镜472b的光轴相交成锐角，第三凸透镜473a与第四凸透镜473b的光轴平行；第三凸透镜473a的光轴和第一凸透镜472a的光轴可以相互垂直。反射组件471仅包括一个反射镜471a，反射镜471a位于第一凸透镜472a与第二凸透镜472b之间，即反射镜471a位于第一凸透镜472a与第二凸透镜472b之间的第一光成像光路之间。
本实施例提供的光源系统40，通过仅引入一个反射镜471a，节省了光源系统的制造成本及光源系统的空间。通过在第一凸透镜472a与第二凸透镜472b之间设置反射镜471a使光路折叠，对光路进行了合理利用，缩短了受激光在y轴方向上的传输距离，减小了波长转换装置45在y轴方向的长度即直径，使波长转换装置45小型化及第一光成像光路中空间的利用率得到提高，从而减少了光源系统40的体积。
第五实施例
请参阅图8，本实施例提供了一种投影装置100，包括了光源系统10，可以理解的是，在其他实施方式中，投影装置100可以包括上述任一实施例中的光源系统，该投影装置100至少还包括光机50、镜头60以及投影屏幕70等，其中光机50、镜头60以及投影屏幕70等其他组件的结构、连接关系可参考现有技术，在此不做赘述。
本实施例提供的投影装置100，包括光源系统10，通过在光源系统10内设置反射组件171，利用反射组件171反射第一光成像光束，使光路折叠，对光路进行了合理利用，缩短了受激光在y轴方向上的传输距离，减小了波长转换装置15在y轴方向的长度即直径，使波长转换装置15小型化及第一光成像光路中空间的利用率得到提高，减少了光源系统10的体积，从而减小了投影装置100的体积。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
激光光源，用于发射激光；
补充光源，用于发射补充光，所述补充光会聚形成补充光成像光束；
波长转换装置，用于将所述激光转换成受激光，并出射包括所述受激光和所述激光的第一光，所述受激光从所述波长转换装置出射后形成第一光成像光束；
成像子系统，用于形成混合光成像光束，所述混合光成像光束由所述第一光成像光束与所述补充光成像光束合光形成，所述第一光成像光束、所述补充光成像光束及所述混合光成像光束在所述成像子系统中传输并分别形成第一光成像光路、补充光成像光路及混合光成像光路；
所述成像子系统包括第一中继组件、合光装置以及反射组件，所述第一中继组件包括第一凸透镜与第二凸透镜，用于会聚所述第一光成像光束，所述合光装置置于所述第一光成像光束和所述补充光成像光束的交汇处，所述反射组件置于所述波长转换装置和所述合光装置之间，用于反射所述第一光成像光束；
所述第一光成像光束依次经所述第一凸透镜、所述反射组件以及所述第二凸透镜，会聚至所述合光装置，并在所述合光装置上或所述合光装置附近形成一中间像，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜的曲率半径的改变可用于改变所述中间像的发散角度并使所述中间像的发散角度与所述补充光成像光束的发散角度一致，所述第一光成像光束和所述补充光成像光束在所述中间像处进行合光并沿所述混合光成像光路传输。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述成像子系统还包括光引导装置，所述光引导装置置于所述激光光源与所述波长转换装置之间，将所述激光引导至所述波长转换装置并将所述第一光引导至所述合光装置。
3.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件置于所述光引导装置、所述合光装置和所述波长转换装置形成的空间结构内。
4.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述成像子系统还包括第二中继组件，所述第一中继组件设置于所述光引导装置及所述合光装置之间，所述第二中继组件用于会聚所述受激光与所述补充光混合形成的混合光，所述第二中继组件设置于所述合光装置与所述波长转换装置之间。
5.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的光轴平行，所述第二中继组件包括第三凸透镜与第四凸透镜，所述第三凸透镜与所述第四凸透镜的光轴平行。
6.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件包括第一反射单元与第二反射单元，所述第一反射单元与所述第二反射单元平行设置，所述第一反射单元与所述第二反射单元均位于所述第一凸透镜与所述第二凸透镜之间。
7.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件包括第一反射单元与第二反射单元，所述第一反射单元与所述第二反射单元相对设置，所述第一反射单元与所述第二反射单元均位于所述第一凸透镜与所述第二凸透镜之间。
8.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的光轴相交成锐角，所述第二中继组件包括第三凸透镜与第四凸透镜，所述第三凸透镜与所述第四凸透镜的光轴平行。
9.如权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件仅包括一个反射镜，所述反射镜位于所述第一凸透镜与所述第二凸透镜之间。
10.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件还用于反射所述混合光成像光束。
11.如权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述第一凸透镜与所述第二凸透镜的光轴垂直，所述第二中继组件包括第三凸透镜与第四凸透镜，所述第三凸透镜与所述第四凸透镜的光轴垂直。
12.如权利要求11所述的光源系统，其特征在于，所述反射组件包括第一反射单元与第二反射单元，所述第一反射单元位于所述第一凸透镜与所述第二凸透镜之间，所述第二反射单元位于所述第三凸透镜与所述第四凸透镜之间。
13.一种投影装置，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的光源系统。
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