CN112255871B - 光源装置，包括该光源装置的放映设备和3d设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光源装置，包括该光源装置的放映设备和3D设备，3D设备包括偏振分光装置、光机装置及光源装置，光源装置包括激光产生单元、光修饰元件、光引导单元和匀光单元，光修饰元件可以使得激光的光束角分布均匀。通过这样的设置可以起到削弱激光空间相干性，使激光光束的角分布均匀且连续的作用，从而激光照射在3D放映设备中的偏振分光棱镜的棱镜接缝处产生的衍射现象得到削弱，很大程度上改善了人们的观赏效果。

Description

光源装置，包括该光源装置的放映设备和3D设备

技术领域

本发明涉及激光放映技术领域，尤其涉及一种光源装置，包括该光源装置的放映设备和3D设备。

背景技术

在使用激光作为光源的3D放映设备中，利用了偏振式3D技术，其主要原理是，使用线偏振器件将放映设备镜头出射的非偏振光转化为线偏振光，再使用液晶相位调制器件按照帧顺序，将线偏振光依次转换为左旋和右旋圆偏振光。偏振式3D技术根据线偏振器件的种类可分为：单光路3D、双光路3D和三光路3D，其中双光路和三光路3D技术因光效较高，是目前影院3D放映技术的最主要技术类型。

请参阅图1，为现有3D放映技术衍射原理结构示意图，因激光属于相干光源、相干性较好，因而激光会在3D放映设备中的偏振分光棱镜的棱镜接缝处产生衍射现象，3D放映设备的偏振分光棱镜，一般采用3片或4片棱镜拼接而成，因此在光轴上会有一个棱镜接缝，根据制作工艺精度的不同，棱镜接缝或多或少地会引起入射激光的衍射效应导致银幕中间出现横向彩色条纹。从光源出射的激光，经过放映设备方棒匀光后的面分布进一步均匀化，但单位区域内的激光角分布的连续性没有明显改善，而放映设备光路中的中继透镜、棱镜、DMD、镜头等器件均不会再改变光束的角分布，故镜头出射光即为放映设备方棒出光端上的角分布不连续的光，请参阅图2，为现有3D放映技术衍射效应示意图。在播放3D电影时，造成只有整个光束中心的一小部分光照射在三光路3D放映设备的衍射障碍物(棱镜接缝)上，从而在屏幕上形成清晰的衍射条纹，影响放映观赏效果。而目前通过对棱镜边缘的特殊处理以及对棱镜胶合、拼接工艺的优化，可以减弱彩色条纹的强度。但此方法对放映设备的生产技术要求较高，增加了放映设备的生产和使用成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光源装置，包括该光源装置的放映设备和3D设备，以解决激光3D放映设备中的易产生衍射条纹的现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供了一种光源装置，包括：

激光产生单元，用于输出激光；

光修饰元件，设置在光引导单元内或者在光引导单元和匀光单元之间用于使激光光束角分布均匀且连续；

光引导单元，用于接收所述激光产生单元输出的激光并引导至匀光单元；

匀光单元，用于从所述光引导单元接收所述激光光束并匀光后输出。

本发明提供了一种放映设备，包括如上所述的光源装置及光机装置，光机装置包括至少一镜头用于从光源装置接收匀光光束并经过所述镜头处理后输出。

本发明还提供了一种3D设备，包括如上所述的放映设备及；

偏振分光装置包括棱镜单元及透镜组，用于将从所述放映设备出射的光束经所述棱镜单元及透镜组后转换为偏振光投射在屏幕上。

本发明的有益效果是：一种光源装置包括激光产生单元、光修饰元件、光引导单元及匀光单元，由于光修饰元件具有削弱激光空间相干性，使激光光束的角分布均匀且连续的作用，通过改变光修饰元件在光源装置内部的位置，从而使得激光射在3D设备中的偏振分光棱镜的棱镜接缝处产生的衍射现象得到削弱，很大程度上改善了人们的观赏效果。

附图说明

图1为现有3D放映技术衍射原理结构示意图；

图2为现有3D放映技术衍射效应示意图；

图3为本发明光源装置的结构示意图；

图4为本发明光源装置实施例一的结构示意图；

图5是本发明消除衍射条纹原理示意图；

图6是本发明光源装置实施例二的结构示意图；

图7是本发明光源装置实施例三的结构示意图；

图8是本发明光源装置实施例四的结构示意图；

图9是本发明光源装置实施例五的结构示意图；

图10是本发明光源装置实施例六的结构示意图；

图11是本发明放映设备的结构示意图；

图12是本发明3D设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

请参阅图3，为本发明光源装置的结构示意图。所述光源装置包括激光产生单元21，用于输出激光；

光修饰元件22，用于使激光光束角分布均匀且连续；

光引导单元23，用于接收所述激光产生单元输出的激光并引导至匀光单元；

所述匀光单元24，用于从所述光引导单元23接收所述激光光束并匀光后输出。

请参阅图4，为本发明光源装置实施例一的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。激光产生单元21包括多个基色激光器1，基色激光器1包括红色激光器用于发出红色激光、绿色激光器发出绿色激光及蓝色激光器发出蓝色激光，多个基色激光器发出的激光经所述合光镜片10合光后出射至光引导单元23，光引导单元23包括第一聚焦透镜11、散射轮7、第一中继透镜61、第二中继透镜62、导光件2、第三中继透镜63及第四中继透镜64，光修饰元件22设置在第三中继透镜63和第四中继透镜64之间，第一聚焦透镜11用于聚集合光镜片10引导过来的激光，经散射轮7散射的光依次经过第一中继透镜61、第二中继透镜62、导光件2、第三中继透镜63、光修饰元件22及第四中继透镜64后通过所述匀光单元24的入光面进入匀光单元24进行匀光后输出。

在本实施例中，光修饰元件22为散射片31，匀光单元24为方棒4。在其他实施例中，光修饰元件22也可以为其他类型的元件，如复眼透镜组32，只要能满足对激光的光角度进行修饰使其分布均匀且连续即可，在此不做具体限定。

从第三中继透镜63出射的光束，激光光束面分布连续而角分布不均匀且不连续，光束入射散射片31被散射片31扩大角度后出射，散射片31主要起到了改善激光角分布的作用，经过散射后的每一束光束，经过第四中继透镜64的汇聚进入方棒4时，原本空间上彼此分离的小光束，因被散射片31扩大了发散角，光束空间上相互交错，每一束激光均在方棒4入口面上呈现出较大光斑，各个光斑相互重叠，使方棒4入口面上的每一点均有相比于不加散射片31时，更大角度范围的光入射。请参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图。因方棒4匀光不改变光束的角度，在方棒4出口面每一点发出的光，也有比不加散射片31时更大的角度，因此激光通过光机装置会有更多不同角度的光照射在偏振分光装置26的棱镜之间形成的接缝处，不同入射角的光束经过棱镜接缝12后，产生的衍射条纹在空间上相互重叠，使得屏幕13上条纹整体分辨率降低，通过调整散射片31的散射角度和散射形式，可以将条纹分辨率降低到人眼难以察觉的程度。

本实施例可以使用激光产生单元21和LED光源组合的混合光源，以下实施例也同样适用激光产生单元21和LED光源组合的混合光源，在此不一一赘述。

请参阅图6，为本发明光源装置实施例二的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。该实施例中的光源装置与第一实施例的区别之处在于：还包括荧光产生单元，荧光产生单元包括用于发生激光的激发出荧光的激光器9、二向色片10、荧光轮8、收集透镜组65及第二聚焦透镜67，二向色片10反射激光照射在荧光轮8上，荧光轮8吸收激光产生荧光通过收集透镜组65、二向色片10、第二聚焦透镜67传导至导光件2，并透射过导光件2和激光合光后输出混合光束，光引导单元23的第三中继透镜63和第四中继透镜64之间放置一个特定角度的散射片31，从导光件2出射的混合光束，混合光束中的激光光束面分布连续而角分布不连续，混合光束透过第三中继透镜63入射散射片31被散射片31扩大角度后出射，散射片31主要起到了改善激光角分布的作用，对于荧光的角分布改变的不大，经过散射后的每一束混合光束中的激光光束，经过第四中继透镜64的汇聚进入方棒4时，原本空间上彼此分离的小光束，因被散射片31扩大了发散角，混合光束中的激光光束空间上相互交错，每一束激光均在放映设备方棒4入口面上呈现出较大光斑，各个光斑相互重叠，使方棒4入口面上的每一点均有相比于不加散射片31时，更大角度范围的光入射。请继续参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图，因方棒4匀光不改变光束的角度，在方棒4出光端每一点发出的光，也有比不加散射片31时更大的角度，因此激光通过光机装置25会有更多不同角度的光照射在偏振分光装置26的棱镜之间形成的接缝处，不同入射角的光束经过棱镜接缝12后，产生的衍射条纹在空间上相互重叠，使得屏幕13上条纹整体分辨率降低，通过调整散射片3.1的散射角度和散射形式，可以将条纹分辨率降低到人眼难以察觉的程度。

请参阅图7，是本发明光源装置实施例三的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。本实施例与实施例二的区别在于，本实施例使用复眼透镜组32替换了散射片31，复眼透镜组32和散射片31都具有将细小光束的出射角度扩大的作用，复眼透镜组32的第一排透镜阵列将整个混合光束分割成多个细小的光束，位于第一排透镜阵列焦点上的第二排透镜阵列，将每个细小混合光束成像在同个区域，混合光束互相叠加从而改善激光光束角的均匀性。

从导光件2出射的混合光束中的激光光束，经过复眼透镜组32和第四中继透镜64后，均会成完整的像在方棒4，即方棒4的每个小区域均有来自整个混合光束中的激光光束每一小部分光束照射，复眼透镜组32实现了和实施例二中的散射片31同样的效果，减弱了激光的空间相干性，请继续参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图，在方棒4出光端每一点发出的光，也有比不加复眼透镜组32时更大的角度，因此激光通过光机装置25会有更多不同角度的光照射在偏振分光装置26的棱镜之间形成的接缝处，不同入射角的光束经过棱镜接缝12后，产生的衍射条纹在空间上相互重叠的结果，使得屏幕13上条纹整体分辨率降低，通过调整复眼透镜组32和第四中继透镜64的位置和光学参数，使聚焦光斑尽可能多地充满方棒4入光端，可以得到最佳的衍射条纹消除效果。并且实施例三也可以在方棒4前增加光修饰元件22，这里的光修饰元件22可以是复眼透镜组32或散射片31，进一步改善激光光束的角分布、扩大激光光束角度，增加方棒4匀光效果，从而削弱了激光在屏幕13上的衍射条纹现象。

请参阅图8，为本发明光源装置实施例四的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。本实施例与实施例三的区别在于将复眼透镜组32从实施例三的第三中继透镜和第四聚焦透镜64之间移到了第一中继透镜61和第二中继透镜62之间，去掉了散射轮7和第一聚焦透镜11，第一中继透镜61由原先的非球面透镜，换成小曲率的球面镜对纯激光进行准直，降低了光源的制作成本和难度；也就是将复眼透镜组32移动到纯激光光路，这样的作用在于光引导单元23中的复眼透镜组32只针对产生衍射条纹的纯激光进行角分布改善，消除了对荧光的影响，在消除衍射条纹的同时又不会影响荧光进入方棒4的效率，实施例四中的复眼透镜组32实现了和实施例三中的复眼透镜组32同样的效果，减弱了激光的空间相干性，请继续参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图，在方棒4出光端每一点发出的光，也有比不加复眼透镜组32时更大的角度，因此激光通过光机装置25会有更多不同角度的光照射在偏振分光装置26的棱镜之间形成的接缝处，不同入射角的光束经过棱镜接缝12后，产生的衍射条纹在空间上相互重叠的结果，使得屏幕13上条纹整体分辨率降低，通过调整复眼透镜组32和第二中继透镜62的位置和光学参数，使聚焦光斑尽可能多地充满放映设备方棒4入口，可以得到最佳的衍射条纹消除效果。

请参阅图9，是本发明光源装置实施例五的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，在匀光单元24的方棒4前设置一片散射片31，这样的设置改善了激光产生单元21的激光只通过复眼透镜组32匀光，光束角分布均匀性较差的问题，请继续参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图，通过在方棒4前增加散射片31，进一步改善激光光束的角分布、扩大激光光束角度，增加放映设备方棒4匀光效果，从而削弱了激光在屏幕13上的衍射条纹现象。

请参阅图10，为本发明光源装置实施例六的结构示意图，请参阅图12，为本发明3D设备的结构示意图。本实施例中的激光产生单元21包括多个基色激光器1，基色激光器1包括红色激光器用于发出红色激光及蓝色激光器发出蓝色激光，多个基色激光器发出的激光经所述合光镜片10合光后出射至光引导单元23，光引导单元23包括第一聚焦透镜11、导光件2、第二聚焦透镜67、收集透镜组66，荧光单元包括荧光轮8、收集透镜组65，光引导单元23将混合光束传导至匀光单元24，此时的激光产生单元21不仅为激光产生单元产生激光，同时也为荧光产生单元产生激发激光。

在本实施例中，光修饰元件22为散射片漫反射片33，设置在光引导单元23的收集透镜组66的光传播路径上，匀光单元24为方棒4，导光件2为区域膜片。

基色激光器1发出激光通过合光镜片10、第一聚焦透镜11聚光，射向由区域膜片形成的导光件2，区域膜片的中心区域透射一种激光，反射另一种激光，比如中心区域透射蓝色激光反射红色激光，周围区域反射蓝色激光透射黄荧光，从区域膜片反射的激光传导至荧光轮8上，荧光轮8上的荧光粉段全为黄荧光粉段，所以荧光轮8产生的荧光为黄荧光，从而黄荧光从区域膜片周围区域透过，红色激光经区域膜片引导至黄荧光粉段，不发生波长转换，但激光光束会被打散，角分布会变的连续，所以红色激光也会从区域膜片的周围透过；透射过区域膜片中心的激光通过收集透镜组66射在漫反射片33上，漫反射片33具有和散射片31、复眼透镜组32同样的可以达到使激光光束角扩大，空间相干性减弱的效果；经漫反射片33反射的激光再次透过收集透镜组66，射在区域膜片上和荧光汇合形成混合光束，传导至第二聚焦透镜67射在方棒4的入光端，请继续参阅图5，为本发明消除衍射条纹原理示意图，在方棒4光端每一点发出的光，具有更大的光束角，因此激光通过光机装置25会有更多不同角度的光照射在偏振分光装置26的棱镜之间形成的接缝12处，不同入射角的光束经过棱镜接缝12后，产生的衍射条纹在空间上相互重叠，使得屏幕13上条纹整体分辨率降低，通过调整漫反射片33和导光件2的位置和光学参数，使聚焦光斑尽可能多地充满放映设备方棒4入口，可以得到最佳的衍射条纹消除效果。

在上述任一实施例中，所述光修饰元件22的元件类型及放置位置可以根据具体需要进行选择，并不限定于本申请实施例中描述的情况。

请参阅图11，是本发明放映设备的结构示意图。所述放映设备包括上述任一实施例中的光源装置及光机装置25，所述光机装置25包括至少一镜头用于从所述光源装置接收匀光光束并经过所述镜头处理后输出，其中，所述光机装置25及所述放映设备中的其他器件及功能与现有技术中的相同，在此不再赘述。

请参阅图12，是本发明3D设备的结构示意图。所述3D设备包括上述放映设备及偏振分光装置26，所述偏振分光装置26包括棱镜单元及透镜组，用于将从所述放映设备出射的光束经所述棱镜单元及透镜组后转换为偏振光投射在屏幕上，其中，所述偏振分光装置26及所述3D设备中的其他器件及功能与现有技术中的相同，在此不再赘述。

本发明通过由于光修饰元件具有削弱激光空间相干性，使激光光束的角分布均匀且连续的作用，从而使光源装置出射的激光照射在3D放映设备的偏振分光棱镜的棱镜接缝处产生的衍射现象得到削弱，很大程度上改善了人们的观赏效果。

以上所述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 (9)

1.一种3D设备，其特征在于，包括放映设备及偏振分光装置，所述偏振分光装置包括棱镜单元，所述棱镜单元存在接缝，所述棱镜单元用于将从所述放映设备出射的光束转换为偏振光，所述放映设备包括光源装置，所述光源装置包括：

激光产生单元，用于输出激光；

光修饰元件，设置在光引导单元内或者在光引导单元和匀光单元之间用于使激光光束角分布均匀且连续；

所述光引导单元，用于接收所述激光产生单元输出的激光并引导至匀光单元；

所述匀光单元，用于从所述光引导单元接收所述激光光束并匀光后输出;所述光修饰元件用于削弱激光在所述接缝处产生的衍射。

2.根据权利要求1所述的3D设备，其特征在于，所述光引导单元包括第一及第二中继透镜，所述光修饰元件设置在所述第一与第二中继透镜之间，所述第一中继透镜、所述光修饰元件及所述第二中继透镜依次排列且靠近所述激光产生单元的出光端。

3.根据权利要求1所述的3D设备，其特征在于，所述光引导单元包括第三及第四中继透镜，所述光修饰元件设置在所述第三与第四中继透镜之间，所述第三中继透镜、所述光修饰元件及所述第四中继透镜依次排列且靠近所述匀光单元的入光端。

4.根据权利要求2或3所述的3D设备，其特征在于，所述匀光单元的入光端设置有另一光修饰元件。

5.根据权利要求4所述的3D设备，其特征在于，所述光修饰元件及所述另一光修饰元件为复眼透镜组及散射片中的一个或组合。

6.根据权利要求1所述的3D设备，其特征在于，所述光引导单元包括导光件及聚焦透镜，所述导光件设置在所述激光产生单元的出光端与所述光修饰元件之间，所述聚焦透镜设置在所述导光件与所述匀光单元的入光端之间。

7.根据权利要求6所述的3D设备，其特征在于，所述光修饰元件为漫反射片，所述导光件为区域膜片。

8.根据权利要求1-7任一项所述的3D设备，其特征在于，所述光源装置还包括荧光产生单元，用于输出荧光，所述荧光与所述激光产生单元输出的激光进行合光后通过所述匀光单元进行匀光。

9.根据权利要求1-8任一项所述的3D设备，其特征在于，所述偏振分光装置包括透镜组，用于将从所述放映设备出射的光束经所述棱镜单元及透镜组后转换为偏振光投射在屏幕上。