CN112015038A - 光源系统及应用其的投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源系统及应用其的投影设备，该光源系统包括第一激光光源，用于产生第一偏振光；偏振转换器件，用于将第一偏振光转化成第二偏振光，第二偏振光能够分解成相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，在预设周期内第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量相等或相近，预设周期小于人眼的视觉暂留时间。通过上述方式，本发明能够保证在预设周期内，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量相等或相近，从而保证了显示效果。

Description

光源系统及应用其的投影设备

技术领域

本发明涉及投影领域，特别涉及一种光源系统及应用其的投影设备。

背景技术

激光光源与灯泡、发光二极管相比，具有功耗低、亮度高、单色性好、 方向性好的优点，在投影显示领域拥有无可比拟的优势，可以实现色彩丰 富，高对比度和高亮度的图像显示，尤其是在应用于三维立体(3D显示) 显示时，优势更是不言而喻。

在使用激光器的偏振光源的情况下，光源为线偏振态，线偏振态的光 在经过光机中的分光棱镜时，会发生折射和反射，线偏振态光在发生反射 和折射后还是保持为线偏振态光，但是线偏振光的矢量相对于入射光时的 线偏振光矢量发生了改变，从而形成与入射光的偏振态矢量不同的偏振光， 由于所形成的偏振光的分量光分布不均匀，则形成的偏振光为部分偏振光。 偏振态分布不均匀的部分偏振光由镜头进入3D调制器件，经过起偏器出射 线偏振光。由于部分偏振光中线偏振分量光分布不均匀，投影到屏幕上的 画面出现不均匀，不均匀度明显，影响3D显示效果。

发明内容

本发明提供一种光源系统及应用其的投影设备，以解决现有技术中由 于偏振态矢量的分量光分布不均匀而导致画面不均匀影响显示效果的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光源 系统，所述光源系统包括：第一激光光源，用于产生第一偏振光；偏振转 换器件，用于将所述第一偏振光转化成第二偏振光，所述第二偏振光能够 分解成相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，且在预设周期 内所述第一线偏振分量光和所述第二线偏振分量光的光通量相等或相近， 所述预设周期小于人眼的视觉暂留时间。

根据本发明提供的一实施方式，所述偏振转换器件包括相位延迟片。

根据本发明提供的一实施方式，所述偏振转换器件包括半波片区域和 空白区域，所述第一偏振光同时穿过所述空白区域和半波片区域，经过所 述空白区域的所述第一偏振光形成所述第一线偏振分量光，而经过所述半 波片区域的所述第一偏振光形成所述第二线偏振分量光。

根据本发明提供的一实施方式，所述偏振转换器件包括马达和半波片， 所述马达带动所述半波片旋转，所述第一偏振光入射到所述半波片上，以 使得所述第一偏振光的偏振方向与所述半波片的快轴和慢轴之间的夹角随 所述半波片的旋转周期性变化，所述马达的转动周期小于所述视觉暂留时 间。

根据本发明提供的一实施方式，所述偏振转换器件为λ/4波片，以将 所述第一偏振光转化成椭圆偏振光或圆偏振光。

根据本发明提供的一实施方式，所述偏振转换器件为液晶面板，所述 第一偏振光入射到所述液晶面板，所述液晶面板周期性切换，以交替输出 所述第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，所述液晶面板的切换周期小 于所述视觉暂留时间。

根据本发明提供的一实施方式，在预设周期内所述第一线偏振分量光 和所述第二线偏振分量光的光通量之间比值为0.8-1.2。

根据本发明提供的一实施方式，所述第一激光光源的数量为至少两个， 并分别产生不同波长的所述第一偏振光，所述光源系统包括第一合光系统， 所述第一合光系统用于将沿各自传输路径传输的所述第一偏振光或第二偏 振光合光成沿同一合光路径进行传输；所述偏振转换器件的数量与所述第 一偏振光的数量对应，且分别设置于各所述第一偏振光各自的传输路径上， 或者所述偏振转换器件的数量为一个，且设置于所述至少两个第一偏振光 的合光路径上。

根据本发明提供的一实施方式，所述光源系统还包括：第二激光光源， 用于产生激发光；色轮组件，用于在所述激发光的作用下产生受激光；第 二合光系统，用于将所述激发光引导至所述色轮组件上形成受激光并进一 步将所述第二偏振光和所述受激光合光成沿同一合光路径进行传输

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种投 影设备，所述投影设备包括上述权利要求任一项所述的光源系统。

根据本发明提供的一实施方式，所述投影设备进一步包括起偏器和相 位调制组件，所述起偏器用于将所述光源系统发射的偏振光转化为第三偏 振光，所述第三偏振光为线偏振光，且所述第三偏振光与所述第一线偏振 分量光和第二线偏振分量光中的一个的偏振方向相同，所述相位调制组件 进一步将所述第三偏振光转化成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并进行投 影。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明通过第一激光光源 发射的第一偏振光进行转化从而形成第二偏振光，第二偏振光能够分解成 相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，且在预设周期内将第 一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量比值控制在1附近，使得在 人眼视觉暂留时间下，第一线偏振分量光与第二线偏振分量光的光通量相 等或相近，从而保证了显示效果。

附图说明

图1是本发明提供的光源系统的第一实施例结构示意图；

图2是图1中偏振转换器件的一结构示意图；

图3是本发明提供的偏振转换器件对第一偏振光转换成第二偏振光 的周期变化示意图；

图4是本发明提供的光源系统的第二实施例结构示意图；

图5本发明提供的光源系统的第三实施例结构示意图；

图6本发明提供的光源系统的第四实施例结构示意图；

图7本发明提供投影设备的第一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例， 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，都属于本发明保护的 范围。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第 一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例 之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实 现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技 术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1-图5，本发明提供一种光源系统10，该光源系统10具体可 以应用于投影设备。

如图1所示，该光源系统10包括第一激光光源100与偏振转换器件 200。其中，第一激光光源100用于产生第一偏振光，该第一偏振光具体可 以为线偏振光，也可以是椭圆偏振光，以下以第一偏振光为线偏振光进行 说明。

偏振转换器件200则用于将第一偏振光转化成第二偏振光，该第二偏 振光能够分解成相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光。且在 预设周期内，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量相等或相近。 其中，该预设周期小于人眼的视觉暂留时间。

在具体实施例中，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量之 间的比值为0.8-1.2，具体可以是0.8、0.9、1以及1.2，这里不做限定。

在现有技术中，第一激光光源100发射的第一线偏振光在经过光机分 光棱镜以后，由于折射和反射以及其他的一些影响因素，会引起第一线偏 振光的偏振状态发生改变，从而会有部分第一线偏振光向第二线偏振分量 光进行转化，且由于转化主要是受到第一线偏振光的入射方向的角度影响， 因此在第一线偏振光向第二线偏振分量光转变是不可控的，也是无法确定 转变量的，从而造成从光机出射的光会产生两种线偏振态分量。由于两种 线偏振态分量的不均匀从而会导致在经过3D解调器时，出射后的光投射在 屏幕上会导致画面表现不均匀的现象。

上述实施例中通过在第一激光光源100后设置偏振转换器件200，从 而将第一激光光源100发射的第一偏振光转化成第二偏振光，其中该第二 偏振光可以分解成相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，且 在预设周期内，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量相等或相 近，具体地，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量之间比值为 0.8-1.2。

因此，在第二偏振光在后续的反射或折射等过程中，虽然第一线偏振 分量光有部分转化成第二线偏振分量光，但同时，第二线偏振分量光也会 有相应的部分转化成第一线偏振分量光。从而保证在预设周期第一线偏振 分量光和第二线偏振分量光的光通量之间比值仍然保持在1左右，从而使 得其第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的分布是均匀的。由于该预设 周期是小于人眼的时间暂留时间的，因此在后面的3D解调过程中，在人眼视觉内，其画面显示会均匀，显示效果较好。

在具体实施例中，偏振转换器件200具体包括相位延迟片，相位延迟 片可以对偏振光进行偏振矢量方向的转换。其具体可以是半波片，λ/4波 片等等。

如图2，在一具体实施例中，偏振转换器件200包括半波片区域210 和空白区域220，具体地，半波片区域210和空白区域220的面积比值接 近于1:1，其第一偏振光同时穿过空白区域220和半波片区域210，其中， 经过空白区域220的第一偏振光形成第一线偏振分量光，而经过半波片区 域210的第一偏振光形成所述第二线偏振分量光。在该实施例中，第一偏 振光的一部分经过空白区域220形成第一线偏振分量光，由于空白区域220 对光束的偏振状态不产生影响，因此，第一线偏振分量光与第一线偏振光 的偏振方向相同。第一偏振光的另一部分经过半波片区域210形成所述第 二线偏振分量光，具体地，设置半波片区域210的快轴(或慢轴)方向与 第一线偏振光的偏振方向的夹角为45度，使得经过半波片区域210的第一 偏振光的偏振方向旋转90度，形成第二线偏振分量光，从而得到相互正交的第一线偏振分量和光第二线偏振分量光。

且具体地，穿过空白区域220的第一偏振光与穿过半波片区域210的 第一偏振光的光通量等于或接近于1:1。因此，在预设周期内的每个时间段 或者时间点上，第一线偏振分量光和第二线偏振分量光的光通量等于或者 接近于1:1。

在另一具体实施例中，偏振转换器件200包括马达(图未示)和半波 片，马达带动半波片旋转，第一偏振光入射到半波片上，以使得第一偏振 光的偏振方向与半波片的快轴或慢轴之间的夹角随半波片的旋转周期性变 化，所述马达的转动周期小于所述视觉暂留时间。

具体地，一个转动周期为2π，当半波片从0π旋转到π/4的过程中， 第一偏振光则转化成第二偏振光，其中，第二偏振光视为第一线偏振分量 光与第二线偏振分量光的合成光，其中与第一偏振光偏振方向相同的第一 线偏振分量光的光通量逐渐减少，并旋转至π/4时，第一线偏振分量光的 光通量为0，即所有的第一偏振光全部转换为第二线偏振光。而第二线偏 振分量光的光通量从0则逐渐变多，并在π/4达到最大，且此时第二线偏 振分量光的光通量与0π时第一线偏振分量光的光通量相同。

在下一个π/4到π/2的过程中，则第一线偏振分量光的光通量逐渐增 多并在π/2时达到0π时第一线偏振分量光的光通量，而第二线偏振分量 光的光通量则逐渐减少直到为0。然后在π/2旋转到π3/4的过程中，则重 复0π旋转到π/4的光通量变化。其他依次类推，从而使得在一个2π的周 期内，第一线偏振分量光的光通量与第二线偏振分量光的光通量的比值相 等或者相近。

具体如图3所示，在一个2π的周期内，即360°内，第一线偏振分量 光的光通量与第二线偏振分量光的光通量是相同的。

在另一个具体实施例中，偏振转换器件200还可以为液晶面板，第一 偏振光入射到液晶面板中，该液晶面板可以呈周期性切换，以交替输出第 一线偏振分量光和第二线偏振分量光，且液晶面板的切换周期小于视觉暂 留时间。

在另一个具体实施例中，偏振转换器件200还可以为λ/4波片，以将 第一偏振光转化成椭圆偏振光或圆偏振光。具体地，该第一偏振光入射λ /4波片时，该第一偏振光的偏振方向与λ/4波片的快慢轴呈现π/4的位置， 从而使得第一偏振光能够转化成椭圆偏振光或圆偏振光，椭圆偏振光或圆 偏振光在后续的反射或者折射等过程中依然为椭圆偏振光或圆偏振光。而 椭圆偏振光或圆偏振光可以分解为范围比值均匀的第一线偏振分量光与第二线偏振分量光。

上述实施例中，通过在小于人眼的视觉暂留时间的预设周期内，保证 第一线偏振分量光与第二线偏振分量光的光通量的比值在0.92-1.08内，以 保证在人眼视觉下，画面是均匀的，从而提高了显示效果。

在一具体实施例中，在预设周期内，第一线偏振分量光和所述第二线 偏振分量光的光通量是相等的，即第一线偏振分量光与第二线偏振分量光 的光通量的比值为1，从而达到最佳的显示效果。

如图4所示，第一激光光源100的数量为至少两个，并分别产生不同 波长的第一偏振光，具体地，该第一激光光源100可以为三个，分别为产 生红、黄、蓝三基色的第一偏振光。光源系统10包括第一合光系统300， 第一合光系统300则用于将沿各自传输路径传输的第一偏振光合光成沿同 一合光路径进行传输。

在具体实施例中，第一合光系统300也可以将沿各自传输路径传输的 第二偏振光合光成沿同一合光路径进行传输。或者第一合光系统300可以 将沿各自传输路径传输的第一偏振光与第二偏振光合光成沿同一合光路径 进行传输

在其他实施例中，该第一激光光源100的数量具体可以为两个，且两 个第一激光光源100可以产生相同波长的第一偏振光，也可以产生不同波 长的第一偏振光。

在具体实施例中，第一激光光源100的数量为至少两个时，例如为两 个时，两个第一激光光源100产生的第一偏振光的偏振方向可以不同，其 中一个第一激光光源100产生的第一偏振光的偏振方向可以与第一线偏振 分量光相同，另外一个第一激光光源100产生的第一偏振光的偏振方向可 以与第二线偏振分量光相同。且两个第一激光光源100产生的第一偏振光 的光通量的比值接近1，具体可以是0.8-1.2，如0.8，1或者1.2，这里不做 限定。

在一具体实施例中，第一激光光源100的数量大于或等于3个时，则 多个第一激光光源100可以产生不同方向的第一偏振光，优选地，与第一 线偏振分量光偏振方向相同的第一偏振光及与第二线偏振分量光偏振方向 相同的第一偏振光的比值要接近1，具体可以是0.8-1.2，如0.8，1或者1.2， 这里不做限定。

在一具体实施例中，第一激光光源100产生的第一偏振光不仅仅限于 线偏振光，也可以是其他偏振光，则可以分解为相互正交的两个偏振光， 两个偏振光的偏振方向分别与第一线偏振分量光及第二线偏振分量光的偏 振方向相同。且两个偏振光的光通量的比值接近于1。

在一具体实施例中，偏振转换器件200的数量与第一偏振光的数量对 应，且分别设置于各第一偏振光各自的传输路径上，或者偏振转换器件200 的数量为一个，且设置于至少两个第一偏振光的合光路径上。

如图4所示，第一激光光源100的数量为三个，产生三个第一偏振光， 其三个第一偏振光的传输路径上分别设置有三个偏振转换器件200。然后 在通过第一合光系统300进行合光。其中，偏振转换器件200具体可以包 括半波片区域210和空白区域220。或者该偏振转换器件200可以为λ/4 波片。

如图5所示，第一激光光源100的数量为三个，产生的三个第一偏振 光后通过第一合光系统300合成同一合光路径上的光并进行传输，随后在 被偏振转换器件200进行转化成第二偏振光。其中，偏振转换器件200包 括半波片与马达，或者偏振转换器件200为液晶面板。

如图6所示，光源系统10还包括第二激光光源400，色轮组件500以 及第二合光系统600。其中第二激光光源400用于产生激发光，色轮组件 500用于在激发光的作用下产生受激光，该受激光具体可以是一种荧光。 第二合光系统600用于将第二激光光源400产生的激发光引导至色轮组件 500上，并进一步将来自第一合光系统600合成同一路径的第二偏振光与 受激光进行合光后沿着同一合光路径进行传输。

在具体实施例中，该光源系统10还包括出光透镜与光机方棒，从而对 第二偏振光与受激光进行合光后光进行处理后出射。

在如图6所示，在一个具体实施例中，该第一合光系统300具体可以 包括多个二向色镜310，多个反射镜320，透镜330。三个第一激光光源100 产生的第一偏振光可以通过反射镜320、二向色镜310以及透镜330进行 反射，合光以及聚焦，随后合光成同一路径的第一偏振光被偏振转换器件 200进行转化形成第二偏振光。该第一合光系统300还可以包括中继透镜 340，以将第二偏振光进行聚焦到第二合光系统600上，第二合光系统600 具体可以是区域透反膜，该区域透反镜610具体可以包括不同的透反区域， 且可以针对不同的波长的光进行反射或者透射，具体地，区域透反膜是针 对不同波长在不同的区域上设置不同的透反膜，以达到选择性透反效果。 该色轮组件500则包括有色轮510与收集透镜520，该第二激光光源400 具体可以为两个，两个第二激光光源400发射的激发光被区域透反膜反射 到收集透镜520，并被汇聚到色轮510上形成受激光，随后受激光又重新 通过收集透镜520到区域透反膜，并与第二偏振光340一起合成同一路径 的光。

色轮510具体可以包括多个区域(未标示)，该多个区域包括三个基色光 区域和一混合色光区域，其中三个基色光区域接收第二激光光源400的激 发光而出射三种的基色光，其中每一基色光区域出射一种基色光，混合色 光区域接收第一激光而出射混合色光。

在具体实施例中，色轮510的表面可以设置有荧光层，荧光层可以是 荧光粉及其载体的混合物而形成，载体例如可以是胶水，玻璃等，荧光粉 例如可以是是黄色荧光粉，绿色荧光粉，红色荧光粉，或混合物等等，在 具体实施例中，通过激发荧光粉来对其光进行波长转换。

如图7所示，本发明还提供一种投影设备1，该投影设备1包括上述 任一实施例中所述的光源系统10。进一步的该投影设备1还包括起偏器20 与相位调制组件30。该起偏器20用于将光源系统10发出的偏振光转化成 第三偏振光，其中该第三偏振光为线偏振光。且第三偏振光与所述第一线 偏振分量光和第二线偏振分量光中的一个的偏振方向相同。该相位调制组 件30进一步将第三偏振光转化成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并进行投影，从而在屏幕40上形成图像。

在其他实施例中，投影设备1可以包括两组相位调制组件30，两组相 位调制组件30中的一组相位调制组件30用于将第三偏振光转换成左旋圆 偏振光，另一组则用于将第三偏振光转换成右旋圆偏振光，并同时进行投 影。

综上，上述实施例中，本发明通过第一激光光源发射的第一偏振光 进行转化从而形成第二偏振光，且第二偏振光能够分解成相互正交的第一 线偏振分量光和第二线偏振分量光，且在预设周期内将第一线偏振分量光 和第二线偏振分量光的光通量比值控制在1附近，使得在人眼视觉暂留时 间下，第一线偏振分量光与第二线偏振分量光的光通量相等或相近，从而 保证了显示效果。

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果或等效流程变换，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 (11)

1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：

第一激光光源，用于产生第一偏振光；

偏振转换器件，用于将所述第一偏振光转化成第二偏振光，所述第二偏振光能够分解成相互正交的第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，且在预设周期内所述第一线偏振分量光和所述第二线偏振分量光的光通量相等或相近，所述预设周期小于人眼的视觉暂留时间。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括相位延迟片。

3.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括半波片区域和空白区域，所述第一偏振光同时穿过所述空白区域和半波片区域，经过所述空白区域的所述第一偏振光形成所述第一线偏振分量光，而经过所述半波片区域的所述第一偏振光形成所述第二线偏振分量光。

4.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述偏振转换器件包括马达和半波片，所述马达带动所述半波片旋转，所述第一偏振光入射到所述半波片上，以使得所述第一偏振光的偏振方向与所述半波片的快轴或慢轴之间的夹角随所述半波片的旋转周期性变化，所述马达的转动周期小于所述视觉暂留时间。

5.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述偏振转换器件为λ/4波片，以将所述第一偏振光转化成椭圆偏振光或圆偏振光。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述偏振转换器件为液晶面板，所述第一偏振光入射到所述液晶面板，所述液晶面板周期性切换，以交替输出所述第一线偏振分量光和第二线偏振分量光，所述液晶面板的切换周期小于所述视觉暂留时间。

7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，在预设周期内所述第一线偏振分量光和所述第二线偏振分量光的光通量之间比值为0.8-1.2。

8.根据权利要求1-7所述的光源系统，其特征在于，所述第一激光光源的数量为至少两个，并分别产生不同波长的所述第一偏振光，所述光源系统包括第一合光系统，所述第一合光系统用于将沿各自传输路径传输的所述第一偏振光或第二偏振光合光成沿同一合光路径进行传输；

所述偏振转换器件的数量与所述第一偏振光的数量对应，且分别设置于各所述第一偏振光各自的传输路径上，或者所述偏振转换器件的数量为一个，且设置于所述至少两个第一偏振光的合光路径上。

9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括：

第二激光光源，用于产生激发光；

色轮组件，用于在所述激发光的作用下产生受激光；

第二合光系统，用于将所述激发光引导至所述色轮组件上形成受激光并进一步将所述第二偏振光和所述受激光合光成沿同一合光路径进行传输。

10.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括权利要求1-9中任一项所述的光源系统。

11.根据权利要求10所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备进一步包括起偏器和相位调制组件，所述起偏器用于将所述光源系统发射的偏振光转化为第三偏振光，所述第三偏振光为线偏振光，且所述第三偏振光与所述第一线偏振分量光和第二线偏振分量光中的一个的偏振方向相同，所述相位调制组件进一步将所述第三偏振光转化成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，并进行投影。

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