CN113934097A - 投影光源和投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种投影光源和投影设备，属于光电技术领域。投影光源包括：激光器、微透镜阵列、合光镜片和荧光轮，其中微透镜阵列用于增加多束激光在快轴和慢轴方向上的发散角度；合光镜片包括透射区和反射区，多束激光通过透射区入射至荧光轮并产生荧光以及将激光反射至合光镜片，合光镜片的反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口；其中，经过所述微透镜阵列后的多束激光的在快轴和慢轴方向上的发散角度的比值正相关于所述光导管入光口处矩形长边和短边的比值，上述技术方案能够提高光导管的收光效率。

Description

投影光源和投影设备

技术领域

本申请涉及光电技术领域，特别涉及一种投影光源和投影设备。

背景技术

随着光电技术的发展，对于投影设备中投影光源的小型化的要求越来越高。

相关技术中，如图1所示，投影光源包括：激光器001、二向色镜002、第一准直透镜组003、荧光轮004、光导管005和中继回路系统，该中继回路系统包括第二准直透镜组006、第一反射镜片007、第一准直透镜008、第二反射镜片009、第二准直透镜010、第三反射镜片011和第三准直透镜012。二向色镜002和荧光轮004沿激光器001的出光方向（如x方向）依次排布于激光器001的出光侧，光导管005与二向色镜002的排布方向（如y方向）与激光器001的出光方向垂直。二向色镜002用于透过蓝光且反射红光和绿光。激光器001可以向二向色镜002发出蓝色激光，该蓝色激光穿过二向色镜002射向第一准直透镜组003，进而透过该第一准直透镜组003射向荧光轮004。荧光轮004包括荧光区和透射区，荧光轮004可以绕平行于该出光方向的转轴转动，在荧光轮004转动过程中蓝色激光射向该荧光轮004的不同区域。当蓝色激光射向荧光轮004的透射区时，蓝色激光穿过该透射区射向中继回路系统，进而通过中继回路系统传输至光导管005。当蓝色激光射向荧光轮004的荧光区时，激发荧光区发出红光和绿光，该红光和绿光穿过第一准直透镜组003射向二向色镜002，进而被二向色镜002反射至光导管005。如此光导管005可以接收红光和绿光以及蓝色激光，进而可以将光导管005接收的三基色光再射向照明系统最终达到光阀表面调制，并经光阀调制后再进入投影镜头投射成像。

但是技术人员在研究中发现，由于从光源出射的三基色光在光路径中需通过多个光学透镜，而经过多个透镜透射后的光束在入射光导管时存在光斑形状与光导管入光面匹配度不佳的问题，进而导致光导管的收光效率较低，最终影响光学系统的光效。

发明内容

本申请提供了一种投影光源和投影设备，能够提高光导管收光效率并改善光圈分界现象。采用技术方案如下：

一方面，提供了一种投影光源，所述投影光源包括：激光器、微透镜阵列、合光镜片和荧光轮；

激光器用于射出多束激光；

微透镜阵列包括多个呈阵列排布的微透镜，微透镜阵列用于增加多束激光在快轴和慢轴方向上的发散角度；

合光镜片包括透射区和反射区，多束激光通过透射区入射至荧光轮，荧光轮包括光转换区和激光引导区，

当多束激光射向光转换区时，光转换区被激发出荧光，荧光被荧光轮反射向合光镜片的反射区；

当多束激光射向激光引导区时，激光引导区将多束激光射向反射区；

反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口；

其中，经过微透镜阵列后的多束激光的在快轴和慢轴方向上的发散角度的比值正相关于光导管入光口处矩形长边和短边的比值。

再一方面，提供了一种投影设备，所述投影设备包括：上述的投影光源，以及光阀和镜头；

所述投影光源用于向所述光阀发出激光，所述光阀用于将射入的激光进行调制后射向所述镜头，所述镜头用于对射入的激光进行投射以形成投影画面。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供的投影光源中，激光器发出多束激光，经过微透镜阵列后，每个微透镜会将入射的激光光束沿自身快轴和慢轴方向进行不同程度的发散，发散后的激光光束通过合光镜片的透射区以条状光斑入射至所述荧光轮，并随着荧光轮的转动，依次照射荧光轮的光转换区产生荧光，以及照射至荧光轮的激光引导区，产生的荧光和由激光引导区反射的激光再次入射至合光镜片，合光镜片的反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口，完成合光，由于经过微透镜阵列后改变了激光光束的角度信息，且是在不同方向上形成不同的发散角度，且不同方向上的发散角度的比值正相关于光导管入光口处矩形长边和短边的比值，从而当光束经过光学系统后角度成像于光导管，角度所成的像可以更好的匹配光导管的入光口形状，提高了光导管的收光效率，同时进一步地，还可以避免由于入射光斑与光导管入光口形状匹配关系不佳，导致收入的光斑出现光圈分界而造成色度不均匀的现象。

应用上述投影光源的激光投影设备，不仅光学系统系统紧凑、体积小，还具有较高的光学传输效率和颜色表现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术提供的一种投影光源的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种投影光源的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种光斑示意图；

图4是本申请实施例提供的一种光导管入光口光斑匹配示意图；

图5是本申请实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种投影光源的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的再一种投影光源的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种投影设备成像光路示意图；

图9是本申请实施例提供的一种投影设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1是相关技术提供的一种投影光源的结构示意图。如图1所示，该投影光源包括：激光器001、二向色镜002、第一准直透镜组003、荧光轮004、中继回路系统以及光导管005。二向色镜002、第一准直透镜组003和荧光轮004位于激光器001的出光侧，且沿激光器001的出光方向依次排布。中继回路系统包括：第二准直透镜组006、第一反射镜片007、第一准直透镜008、第二反射镜片009、第二准直透镜010、第三反射镜片011和第三准直透镜012。其中，第二准直透镜组006和第一反射镜片007位于荧光轮004远离激光器001的一侧，且沿激光器001的出光方向（如图1中的y方向）依次排布。第一反射镜片007、第一准直透镜008和第二反射镜片009沿目标方向（如图1中的x方向）的反方向依次排布，该目标方向垂直于激光器001的出光方向。第二反射镜片009、第二准直透镜010和第三反射镜片011沿激光器001的出光方向的反方向依次排布。第三反射镜片011、第三准直透镜012、二向色镜002以及光导管005沿目标方向依次排布，且二向色镜002朝光导管005倾斜。该光导管005位于投影光源的出光口。

激光器001可以发出蓝色激光，该二向色镜002可以透过蓝光。激光器001发出的该蓝色激光可以穿过二向色镜002和第一准直透镜组003射向荧光轮004。该荧光轮004包括荧光区和透射区（图1中未示出），该荧光区具有荧光材料，该荧光材料可以在蓝色激光的照射下发出荧光（如红色荧光和绿色荧光）。该荧光轮004可以绕平行于激光器001的出光方向的转轴转动，荧光轮004在转动时蓝色激光可以射向该荧光轮004的不同区域。当该蓝色激光射向荧光轮004的透射区时，该蓝色激光可以穿过该透射区以及第二准直透镜组006射向第一反射镜片007，进而被第一反射镜片007反射以穿过第一准直透镜008射向第二反射镜片009。接着该蓝色激光可以被第二反射镜片009反射以穿过第二准直透镜010射向第三反射镜片011，且被第三反射镜片011反射以穿过第三准直透镜012以及二向色镜002射向光导管005。随着荧光轮004的转动，当激光器001发出的蓝色激光射向荧光轮004的荧光区时，该蓝色激光可以激发该荧光区的荧光材料向二向色镜002发出荧光。该二向色镜002还可以反射红光和绿光，故该荧光可以在二向色镜002上再次反射以射向光导管005。如此一来，光导管005可以接收荧光和蓝色激光，该荧光和蓝色激光可以在光导管005的作用下混合，进而会聚透镜可以将混合后的光线用于投影设备的投射。

但是，相关技术中，由于从光源出射的三基色光在光路径中需通过多个光学透镜，而经过多个透镜透射后的光束在入射光导管时存在光斑形状与光导管入光面匹配度不佳的问题，进而导致光导管的收光效率较低，最终影响光学系统的光效。以及，相关技术中还通常使用扩散片进行匀化扩散，而经过扩散片后容易形成较为规整的圆形的光斑，这也与光导管矩形的入光面不匹配，造成收光效率的降低。

本申请以下实施例提供了一种投影光源，能够提高光导管的收光效率，且三基色合光光斑的色度均匀性较高，有利于投影设备的投影画面的显示。

图2是本申请实施例提供的一种投影光源的结构示意图。如图2所示，该投影光源10可以包括：

激光器100、微透镜阵列101、合光镜片102、会聚透镜105和荧光轮103。

其中，激光器100用于出射多束激光，多束激光为经过准直后的光束。由于发光芯片发出的激光在快轴和慢轴上具有不同的发散角度，且快轴发散的快，因此从发光芯片发出的激光光斑呈现椭圆形，通常从激光器出射的激光光束先进行准直之后再进入到后面的光路中，可以以近似平行光进行传播，这样光斑的尺寸较小且光学利用率也会提高，但是由于快、慢轴不同的发散特性，当准直后，随着光的传输，慢轴远场特性表现为，具有大于快轴方向的发散角度，且光斑的尺寸也逐渐超过快轴。

在本示例中，激光器发出的多束激光入射至微透镜阵列101，微透镜阵列101包括多个呈阵列排布的微透镜，微透镜阵列用于增加入射其上的多束激光在各自快轴和慢轴方向上的发散角度，具体地，每个微透镜对入射其上的激光光束，沿着微透镜二维形状上的一个方向和另一个方向对激光光束进行不同程度的发散，使激光光束经过微透镜阵列后在不同的维度方向上具有不同的发散角度，这里，不同的维度方向可以以激光光束自身的快、慢轴的方向作为参考，也可以以微透镜二维形状上的方向作为参考。

合光镜片102包括透射区和反射区，其中，多束激光通过透射区后入射至荧光轮103。荧光轮103包括光转换区和激光引导区，该激光引导区上设置有光反射部，荧光轮103不设置有透光区。该光转换区可以为荧光区，该激光引导区可以为反射区。该光转换区可以在激光的照射下被激发出荧光，该激光引导区可以对射入的激光进行扩散，且反射射入的激光。

当多束激光射向光转换区时，光转换区被激发出荧光，荧光被荧光轮103反射向至少合光镜片102的反射区。

当多束激光射向激光引导区时，激光引导区将多束激光射向所述反射区，反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口，光导管的入光口形状为矩形，在上述示例中，经过微透镜阵列101后的多束激光的在快轴和慢轴方向上的发散角度的比值正相关于光导管入光口处矩形长边和短边的比值。从而，由于经过微透镜阵列后改变了激光光束的角度信息，且是在不同方向上形成不同的发散角度，且不同方向上的发散角度的比值正相关于光导管入光口处矩形长边和短边的比值，从而当光束经过光学系统后角度成像于光导管，角度所成的像可以更好的匹配光导管的入光口形状，提高了光导管的收光效率，同时进一步地，还可以避免由于入射光斑与光导管入光口形状匹配关系不佳，导致收入的光斑出现光圈分界而造成色度不均匀的现象。

在一具体实施中，再次参见图2，合光镜片102包括多个透射区和多个反射区，该多个透射区和多个反射区可以一一交替排布。如合光镜片102包括第一透射区1021a、第二透射区1021b、第一反射区1022a和第二反射区1022b，第一反射区1022a、第一透射区1021a、第二反射区1022b和第二透射区1021b可以沿合光镜片的延伸方向依次排布。

投影光源还包括设置于荧光轮103正面的会聚透镜105，用于对入射的光束进行会聚，使光束以会聚光斑入射至荧光轮103的表面。

激光器100、合光镜片102、会聚透镜105和荧光轮103可以沿辅助方向（如图2中的y方向）依次排布。激光器100可以射出多束激光，该多束激光分别射向合光镜片102中的多个透射区，每个透射区可以将射入的激光透射向会聚透镜105。该多束激光中任两束激光在会聚透镜105上形成的光斑关于会聚透镜105的光轴h均不对称。可选地，该多束激光并不经过会聚透镜105的光轴。

示例地，激光器100发出的多束激光包括第一激光束S2和第二激光束S1。该第一激光束S2可以分别射向第一透射区1021a，并穿过第一透射区1021a射向会聚透镜105；该第二激光束S1射向第二透射区1021b，并穿过第二透射区1021b射向会聚透镜105。该第一激光束S2在会聚透镜105上形成的光斑与第二激光束S1在会聚透镜105上形成的光斑，关于会聚透镜105的光轴h不对称。换言之，会聚透镜105上第一激光束S2照射的镜面位置与第二激光束S1照射的镜面位置，关于会聚透镜105的光轴h不对称。如图2中该第一激光光束S2相比第二激光光束S1更靠近光轴h。可选地，该第一激光束S2在会聚透镜105上形成的光斑与第二激光束S1在会聚透镜105上形成的光斑中，也不存在关于光轴h对称的位置。

会聚透镜105可以将射入的激光会聚向荧光轮103。荧光轮103可以绕转轴Z旋转，在荧光轮103的旋转过程中，荧光轮103中的不同区接受会聚后的激光（也即是从会聚透镜105射出的激光）的照射。当会聚后的激光射向荧光轮103的光转换区时，该光转换区被激发出荧光，该荧光的颜色与射入的荧光轮103的激光的颜色不同。该荧光可以穿过会聚透镜105射向合光镜片102，如射向合光镜片102中的反射区。当会聚后的激光射向荧光轮103中的激光引导区时，该激光引导区上设置的光反射部可以对激光进行反射，反射后的激光再次透过会聚透镜105射向合光镜片102，如射向合光镜片102的反射区。合光镜片102的反射区可以沿目标方向（如图2中的x方向）反射由会聚透镜105射向该反射区的光；也即该反射区可以将由会聚透镜105射向该反射区的激光和荧光均沿目标方向反射，以实现该激光和荧光的混光。

在一示例中，如图2所示，投影光源还包括聚光透镜104，设置于光导管106之前的光路径中，聚光透镜104接收合光镜片102反射的光束，进行角度的压缩后入射至光导管106，由于聚光透镜104为对称性圆透镜，因此对于光斑各个方向的角度改变的程度是较为均衡的，比如均压缩3°左右这样的改变，而对光斑在不同方向发散角度的差异性影响较小。

在本示例中，多个呈阵列排布的微透镜在光轴方向上的投影为矩形，沿着矩形的长边方向和短边方向，每个微透镜对入射其上的光束发散角度的改变量的比值大于1.7:1，在一具体实施中，如图3所示，以微透镜阵列具有两列为例进行说明，S为经过微透镜阵列101后激光光束的光斑示意图，其中L1为光斑发散角度较大的方向，L2为光斑发散角度较小的方向，L1/L2为两个方向发散角度的比值，其大于等于1.7，在一具体实施中，L1/L2为1.8，通常考虑到后续画面的形状比例，L1/L2小于3。

在图3示例中，L1和L2的方向与激光光束的快轴和慢轴并不具有唯一的对应关系。

示例地，当激光光束的慢轴方向与L1一致时，在L1方向上，微透镜对激光光束慢轴的发散角度大于0.5°，此时，L2方向与激光光束的快轴方向一致，在L2方向上，微透镜对激光光束快轴的发散角度大于0.3度。

也可以是，激光光束的慢轴方向与L2方向一致，此时L2方向上，微透镜对激光光束慢轴的发散角度也在0.5°以上。

如图3所示，微透镜阵列的入光面可以为平面，出光面为曲面。在其他示例中，也可以是入光面为曲面，出光面为平面。

在本示例中，通过微透镜阵列发散后的激光光斑会入射会聚透镜105，并在荧光轮103表面形成条形光斑，而被荧光轮103反射后经合光镜片102反射向聚光透镜104，并射向光导管106的入光口。

相关技术中，通过使用扩散片进行匀化扩散光束，并经过透镜后会形成扁长形椭圆形光斑入射至光导管入光口，如图4（a）所示，P1为光导管入光口形状，P3为相关技术中入射至光导管入光口的光斑形状，P1和P3的匹配关系容易造成椭圆形光斑部分光束的损耗，并且由于不同颜色的光束在传播时混光不能达到理想的均匀，会出现光圈分界现象，而这种椭圆形光斑与矩形光斑匹配的方式在导致外圈光损的同时还会使光圈分界的现象暴露更为明显。

在本申请示例中，微透镜阵列会对入射的激光光束在不同的方向上进行不同程度的发散，比如以微透镜的长边和短边作为坐标系参考，微透镜沿长边方向对激光光束发散的程度大于沿短边方向的发散。光束在传输时，具有角度和尺寸两种信息，即激光光束在非聚焦状态时，具有发散角度和一定的尺寸数值。在本示例中，微透镜阵列能够改变激光光束的发散角度信息，而激光光束在之后在合光镜片、会聚透镜、荧光轮后到达聚光透镜的传输过程中并不聚焦，也无成像过程，而是最终经过上述光学部件构成光学系统后角度成像于光导管入光口处，即图4（b）中所展示P2光斑的形状，其长边和短边的比例正相关于微透镜阵列对激光光束发散较大和发散较小的程度的比值。在优选示例中，P2光斑的长宽比与光导管入光口的长宽比相等，从而微透镜阵列在不同方向上对激光光束发散较大和发散较小的程度的比值等于光导管入光口的长宽比，如此可以提高光导管的收光效率，降低不均衡的边缘位置的光损情况，改善光斑的光圈分界现象。

以及，本申请实施例中，辅助方向（y方向）与目标方向（x方向）相交。图2以本申请实施例以辅助方向与目标方向垂直为例，可选地，该辅助方向与目标方向的夹角也可以为钝角或锐角。激光器100发出的第一激光束S2和第二激光束S1可以为独立的两束光，或者也可以为一整束激光中的两部分，本申请实施例不做限定。

可选地，激光器100可以不仅发出两束激光，也可以发出三束激光、四束激光甚至更多，本申请实施例对激光器发出的激光光束的个数不做限定。本申请实施例中所述的第一激光束和第二激光束可以为激光器发出的多束激光中的任意两束激光，对于激光器发出其他个数束激光的情况均可以参考对该第一激光束和第二激光束的介绍，本申请实施例不再赘述。可选地，激光器可以包括多排发光芯片，激光器发出的每束激光可以由一排或多排发光芯片发出。

需要说明的是，由于荧光轮103上的光转换区在激光的激发下发出荧光时，该光转换区中被激光照射的区域向各个方向发光，而荧光轮103远离会聚透镜105的一侧不透光，故光转换区中被激光照射的区域的发光角度可以大致在0~180度范围内，该区域射出荧光时类似朗伯体。光转换区发出的荧光在会聚透镜上形成的光斑可以接近于覆盖会聚透镜的整个镜面，从而经会聚透镜准直后的荧光大部分入射至合光镜片的反射区，但也会存在部分入射至合光镜片的透射区，可选地，可以在透射区镀膜实现透射蓝色激光而反射荧光的膜层，提高荧光的反射量。在本申请示例中，激光光束尺寸较小或者说为窄光束，因此透射区的宽度可以做的相对较小，在不进行镀膜时，也可以尽可能减少荧光因透过透射区造成的光损。

本申请上述实施例提供的投影光源中，合光镜片包括透射区和反射区，荧光轮包括光转换区和激光引导区，激光器发出的激光可以通过合光镜片的透射区射向荧光轮，进而在射向荧光轮的光转换区时激发该光转换区发出荧光，该荧光在合光镜片上沿目标方向反射。激光在射向荧光轮的激光引导区时，被该激光引导区反射回合光镜片，再被合光镜片的反射区沿目标方向反射。如此不设置中继回路系统，仅通过合光镜片就可实现激光与荧光的合光，该投影光源的体积较小。

基于上述实施例的投影光源架构，下面将结合附图对荧光轮103进行介绍：

图5是本申请实施例提供的一种荧光轮的结构示意图，且图5示出的是图2中荧光轮的俯视图。请结合图2与图5，荧光轮103可以绕转轴Z转动，以使从会聚透镜105会聚至荧光轮103的激光（如包括第一激光束和第二激光束）在光转换区1031和激光引导区1032之间切换。可选地，该荧光轮103可以呈圆环状，该圆环的环面可以与辅助方向（y方向）相交，该转轴Z可以平行于y方向，该转轴Z可以经过该圆环的圆心且垂直于圆环的环面。可选地，荧光轮103可以包括反光基板，该反光基板上部分区域可以设置有荧光材料（如荧光粉），部分区域可以设置有光反射部。设置有荧光材料的区域即为荧光轮103的光转换区1031，设置有光反射部的区域即为荧光轮103的激光引导区1032。每种颜色的荧光材料可以被激发出该种颜色的激光。

激光射向光转换区1031时，可以激发其上的荧光粉发出对应颜色的荧光，该荧光与激光的颜色不同，该荧光可以被反光基板反射向会聚透镜105。示例地，荧光轮103的光转换区中可以至少设置有绿色荧光材料。该光转换区中也可以设置有红色荧光材料和黄色荧光材料中的至少一种。荧光轮103的光转换区发出的荧光可以为绿色荧光、红色荧光或者其他颜色的荧光，如黄色荧光。可选地，该荧光也可以为一种激光。该荧光的颜色与激光器100发出的激光的颜色不同，如激光器100可以发出蓝色激光。可选地，激光器100发出的激光的颜色也可以为其他颜色，本申请实施例不做限定。

示例地，本申请实施例中荧光轮103中的光转换区1031可以包括至少一个子区域，每个子区域可以设置一种颜色的荧光材料。当该光转换区1031包括多个子区域时，该多个子区域与激光引导区1032可以呈圆周排布。如该光转换区1031可以包括两个子区域G1和G2。荧光轮103可以绕转轴Z沿w方向或w方向的反方向转动。如该两个子区域可以分别包括绿色荧光材料和红色荧光材料，或者该两个子区域可以分别包括绿色荧光材料和黄色荧光材料，或者该两个子区域可以分别包括绿色荧光材料和桔色荧光材料。需要说明的是，本申请实施例仅以光转换区中各个子区域的面积相等，且激光引导区的面积与任一子区域的面积也相等为例进行示意。可选地，荧光轮的光转换区中各个子区域和激光引导区的面积也可以不同，各个子区域和荧光轮的激光引导区的面积可以根据其射出的光线在所需得到的光中的占比进行设计。

激光射向荧光轮103的激光引导区1032时，激光引导区1032用于将入射其上的激光反射出去，该激光引导区1032不设置波长转换材料。

从荧光轮103的光转换区1031射出的荧光以及从荧光轮103的激光引导区1032射出的激光，均可以在较大的出光角度范围内射向会聚透镜105。可选地，该激光与荧光在经过会聚透镜105后可以均呈平行光。由于荧光轮中该光转换区与激光引导区在出射光时均类似于朗伯体，朝会聚透镜整面出光，会聚透镜可以将射入的光进行准直，以使该光以一整束类似于平行光的形式出射。可选地，本申请实施例以会聚透镜105仅为一个凸透镜为例，可选地，该会聚透镜105也可以由多个透镜组成，以提高会聚透镜对光的会聚效果。

下面结合附图对合光镜片102进行介绍：

请继续参考图2，合光镜片102的镜面可以倾斜设置，以保证将会聚透镜射出的光线沿目标方向反射。从会聚透镜105射向合光镜片102的光（如激光或荧光）类似于平行光，且可以从会聚透镜105整面出射。射向合光镜片102的光不仅射向合光镜片102中的反射区，还可以射向合光镜片102中的透射区。合光镜片102中的反射区可以反射该激光和荧光，对于该反射区是否反射颜色与该激光和荧光均不同的光，本申请实施例不做限定。如该反射区可以为全光谱高反射膜，也即对所有颜色的光均进行反射。合光镜片102可以具有相对的第一面和第二面，该第一面可以朝向激光器100，该第二面可以朝向会聚透镜105。该第一面也即是合光镜片102的入光面，该第二面也即是合光镜片102的出光面。可选地，从会聚透镜105射向合光镜片102的光可以在该第二面便被反射。

可选地，合光镜片102中的透射区可以具有二向色性。该透射区可以透射荧光轮103的激光引导区1032反射的激光（也是激光器100发出的激光），且反射荧光轮103的光转换区1031被激发出的荧光。可选地，该透射区也可以反射与该激光颜色不同的所以颜色的光。示例地，该透射区可以用于透射蓝光，且反射红光和绿光。如此荧光轮103的光转换区1031被激发出的荧光在射向合光镜片102后可以被全部沿目标方向反射，以用于后续形成投影画面，保证了荧光的利用率。可选地，合光镜片102中的透射区也可以针对所有光均透射。

可选地，合光镜片102中透射区的面积可以小于反射区的面积。如合光镜片102中所有透射区的总面积可以小于所有反射区的总面积，每个透射区的面积也可以小于其相邻的反射区的面积，或者也可以小于每个反射区的面积。可选地，每个透射区的面积可以小于或等于该透射区相邻的反射区的面积的1/4。可选地，合光镜片102中各个透射区的面积相等，各个反射区的面积也相等；或者各个透射区的面积也可以均不同，各个反射区的面积也可以均不同。需要说明的是，合光镜片102中的透射区的面积仅需满足能透过射入的激光即可。

图6是本申请实施例提供的另一种投影光源的结构示意图。如图6所示，在图2的基础上，激光器10还可以包括缩束部件107。激光器100射出的激光可以经缩束部件107缩束后，再射向微透镜阵列101、合光镜片102中的透射区。示例地，如图6所示，缩束部件107可以包括沿辅助方向依次排布的一个凸透镜1021和一个凹透镜1072，该凸透镜1071与该凹透镜1072的光轴可以共线。可选地，缩束部件107的光轴与会聚透镜105的光轴可以不共线。如激光器100发出的第一激光束S2和第二激光束S1可以关于缩束部件107的光轴对称，以保证缩束部件107对该两个激光束的缩束程度相同。或者缩束部件107的光轴与会聚透镜105的光轴也可以共线，本申请实施例不做限定。

激光器100发出的激光束在经过缩束部件107缩束后，该激光束可以变细，该激光束越细，可以使微透镜阵列101的尺寸做的比较小，且合光镜片102中透射区的面积也可以越小。可选地，该缩束部件107为高倍率的望远镜系统，可以对光束进行较大程度的缩束；如此合光镜片102中的透射区的面积可以较小。进而，即使从会聚透镜105射出的激光也射向合光镜片102中的透射区，并从该透射区透过，由于该透射区的面积很小，也仅会存在很少的激光被浪费，激光的利用率仍较高。

可选地，合光镜片102靠近缩束部件107的表面（也即第一表面）设置有增透膜，以增加合光镜片102的激光透过率。如该增透膜可以仅针对激光器发出的激光（如蓝色激光）增加透过率，该增透膜为蓝光增透膜；或者该增透膜可以针对全光谱的光线增加透过率，该增透膜为全光谱增透膜。合光镜片102靠近缩束部件107的表面可以整面设置增透膜。可选地，由于合光镜片102中仅透射区用于透射激光，故也可以仅在透射区设置增透膜。如此可以保证从合光镜片102透过的激光较多，激光的损耗较少，提高激光的利用率。

本申请实施例以射向合光镜片102的光束的数量等于合光镜片102中透射区的数量，且合光镜片102中透射区与反射区的数量相等为例。可选地，合光镜片102中的透射区和反射区的个数也可以大于激光器发出的激光束的数量。如即使激光器发出两束激光，合光镜片也可以包括三个反射区，如在图2所示的合光镜片的基础上，第二透射区1021b的右侧还可以再具有一个反射区，以使从会聚透镜105射出的光尽可能多地被合光镜片102沿目标方向反射，保证光线的利用率。可选地，合光镜片102在荧光轮103上的正投影可以完全覆盖会聚透镜105在荧光轮103上的正投影。

在合光镜片的一种可选实现方式中，可以在透光基板上不同区域设置功能膜层，以得到合光镜片中的透射区和反射区。示例地，对于反射区，合光镜片102的反射区可以具有镀膜。该镀膜可以为全波段反射膜，或者，该镀膜为针对红光波段、绿光波段和蓝光波段的反射膜。该镀膜可以位于合光镜片102靠近缩束部件102的一侧，也可以位于合光镜片102远离缩束部件102的一侧，本申请实施例不做限定。对于透射区，合光镜片102靠近缩束部件102的一侧，至少在透射区的表面设置有二向色膜。该二向色膜可以用于透蓝光，反射红光和绿光。在合光镜片的另一种可选实现方式中，合光镜片102的反射区也可以直接采用反光材料制作而成。可选地，合光镜片102中的透射区也可以直接采用具有二向色性的材料制备而成。此时，可以不再设置该镀膜和二向色膜。

下面结合附图对激光器100进行介绍：

本申请实施例中，投影光源可以包括一个激光器100，分别射向合光镜片102的多个透射区的多束激光均由同一激光器100发出。激光器100可以为多芯片激光二极管（multi_chip Laser Diode，MCL）型的激光器，MCL型的激光器可以包括封装在同一管壳中阵列排布的多个发光芯片，每个发光芯片均可以独立地发出激光。该第一激光束和第二激光束分别由该激光器不同的发光区域射出，如该第一激光束和第二激光束可以分别由该激光器中的不同发光芯片发出。可选地，射向合光镜片102的多个透射区的多束激光也可以来源于不同的激光器，本申请实施例不做限定。

在激光器的第一种发光方式中，激光器中的所有发光芯片同时发光，进而实现同时发出多束激光。此种情况中，激光器发出的激光的亮度较高，该激光在通过缩束部件、合光镜片、会聚透镜和荧光轮等光学部件被沿目标方向收集之后亮度仍较高。且该激光的能量较高，可以激发荧光轮上的光转换区发出亮度较高的荧光。如此激光与荧光混合所得的用于形成投影画面的光亮度较高，进而可以保证形成的投影画面的亮度较高，保证了投影设备的投影效果较好。

在激光器的第二种发光方式中，激光器中的发光芯片可以分时发光。如激光器中第一部分芯片和第二部分芯片交替发光；第一部分芯片和第二部分芯片的发光时间可以根据荧光轮中光转换区与激光引导区的切换时序确定。如第一部分芯片发出的激光用于射向光转换区，第二部分芯片发出的激光用于射向激光引导区。示例地，图2和图6中激光器发出的第一激光束S2可以为第一部分芯片发出的激光，第二激光束S1可以为第二部分芯片发出的激光。此种情况中，由于激光器中的发光芯片无需持续发光，故可以采用脉冲电流为发光芯片供电，而脉冲电流的能量较高，故可以激光发光芯片发出亮度较高的激光。且激光器中的发光芯片无需持续发光，可以提高激光器中发光芯片的使用寿命。可选地，激光器中各个发光芯片的发光时间也可以与荧光轮中光转换区和激光引导区的切换时序无关，本申请实施例不做限定。

可选地，第一部分芯片也可以再分为几部分芯片，每部分芯片发出的激光用于射向光转换区中的一个子区域。可选地，第一部分芯片与第二部分芯片的数量可以相同，或者也可以不同，本申请实施例不做限定。

图2示例中，激光器100的出光面与荧光轮103的受光面平行，而图6示例中，投影光源10还包括位于激光器100的出光侧的分光器件108，激光器100可以向该分光器件发出激光，分光器件108可以将激光器100发出的激光分为多束激光后射向缩束部件102。可选地，此种情况下激光器100的出光面可以与荧光轮103的受光面垂直，激光器100与分光器件108沿x方向依次排布，分光器件108、缩束部件107、合光镜片102、会聚透镜105和荧光轮沿y方向依次排布。分光器件108可以将激光器100射出的激光的传输方向进行转折，如由x方向转折为y方向。本申请实施例以在投影光源包括缩束部件107的基础上再包括分光器件108为例，可选地，投影光源也可以在不包括缩束部件时包括分光器件，本申请实施例不做限定。

示例地，分光器件108包括多个分光镜，该多个分光镜距激光器100的出光面的距离均不同。分光镜与激光器的出光面的距离可以包括：该分光镜靠近激光器的表面中的任一点与该出光面的距离。分光器件中该多个分光镜可以满足：任意两个分光镜中，一个分光镜在激光器的出光面上的至少部分正投影，位于另一个分光镜在激光器的出光面上的正投影之外；该一个分光镜中的点与激光器的最小间距可以大于另一个分光镜中的点与激光器的最大间距。故每个分光镜靠近激光器的表面中所有点与激光器的距离，均不同于其他分光镜靠近激光器的表面中任一点与激光器的距离。

每个分光镜用于接收激光器100发出的激光中的部分激光，并向缩束部件107反射该部分激光，以将激光器100发出的激光分为射向缩束部件107的多束激光。可选地，分光镜的各个表面可以均为反光面，或者分光镜中也可以仅朝向激光器100的表面为反光面。可选地，可以通过调整各个分光镜的位置，调整分束得到的各束激光之间的距离。分光器件108中分光镜的个数与对激光分束所得的激光束的数量相同，且与合光镜片102中的透射区的数量相同。可选地，分光器件也可以通过其他方式实现分光，本申请实施例不做限定。

示例地，如图6所示，分光器件108包括两个分光镜，分别为分光镜1081和1082。激光器100可以仅发出一束激光，该一束激光可以射向分光镜1081和1082，每个分光镜可以分别反射该一束激光中射向该分光镜的部分激光，进而该两个分光镜可以将该一束激光分成第一激光束S2和第二激光束S1。如图5所示，投影光源中两个分光镜在x方向（也即激光器100的出光方向）上的间距越大，对激光器100发出的激光进行分束得到的该两束激光的间距就越大。故可以通过调整各个分光镜在激光器100的出光方向上的间距，来调整各个分光镜射出的各束激光之间的间距，也即调整射向缩束部件102的各束激光的间距。

可选地，对于图6的情况，激光器100可以同时向多个分光镜均发出激光。或者也可以在不同时间向不同分光镜发出激光。例如，激光器包括多个发光芯片，且各个发光芯片均对应一个分光镜，每个发光芯片能够向对应的分光镜发光。在不同时间激光器中发光的发光芯片不同，进而实现激光器可以在不同时间向不同分光镜发出激光。对于激光器的发光方式，请参考上述针对图2对激光器的两种发光方式的介绍，本申请实施例不再赘述。

图7示出了另一种投影光源示意图。与图6所示的投影光源示例不同的是，图7示例中，激光器100发出的光束经过多个分光镜转折光路和分光。如图7所示，包括分光镜1091，分光镜1092，分光镜1093和分光镜1094。多个分光镜可以提供转折光路并方便调整不同光束之间的间隙。

以及，图7示例中与图6和图2中均不同的是，在图2和图6的示例中，微透镜阵列均为单面微透镜阵列，而图7示例中微透镜阵列101a为双面微透镜阵列。

图2或图6的示例中，单面微透镜阵列中微透镜的曲面半径为R1，图7示例中，双面微透镜阵列包括第一面微透镜阵列和第二面微透镜阵列，其中第一面微透镜阵列靠近激光器出光面设置，在一具体实施中，双面微透镜阵列的微透镜尺寸相同，曲面半径为R2，其中，2.3≥（R2/R1）≥1.8。以及，双面微透镜阵列的第一面微透镜阵列能够使得激光光束成像于荧光轮上，而这与使用单面微透镜时仅在荧光轮上呈现缩小的长方形光斑不同。

在一具体实施中，R2/R1=2，双面微透镜阵列的微透镜沿着光轴方向的投影也为矩形，并在不同的方向上对入射的激光光束进行不同程度的发散。经过双面微透镜阵列后的激光光束其角度信息相比于从激光器出射的准直光束也发生了变化，并最终可以角度成像于光导管入光口。

图8是本申请实施例提供的一种投影设备的成像光路示意图。如图8所示，在图6的基础上，投影设备还可以包括光阀110和镜头111。投影光源10中的匀光部件即光导管106可以将光射向光阀110，光阀110可以将射入的光进行调制后射向镜头111，镜头111可以对射入的光进行投射以形成投影画面。

示例地，光阀110可以包括多个反射片，每个反射片可以用于形成投影画面中的一个像素，光阀110可以根据待显示的图像使其中需呈亮态显示的像素对应的反射片将激光反射至镜头111，以实现对光线的调制。镜头111可以包括多个透镜（图中未示出），对于图8所示的投影设备中各个结构的排布方式，镜头111中的各个透镜可以按照垂直纸面向外的方向依次排布。从光阀110射出的激光可以依次通过镜头111中的多个透镜射至屏幕，以实现镜头111对激光的投射，实现投影画面的显示。

可选地，请继续参考图8，投影设备还可以包括位于匀光部件与光阀110之间的照明镜组112，经匀光部件匀化后射出的激光可以通过照明镜组112射向光阀110。该照明镜组112可以包括反射片F、透镜T以及全内反射（total internal reflection prism，TIR）棱镜L。匀光部件射出的激光可以射向反射片F，反射片F可以将射入的光线反射至凸透镜T，凸透镜T可以将射入的激光会聚至全内反射棱镜L，全内反射棱镜L将射入的激光反射至光阀110。

图9提供了一种超短焦投影系统，其中超短焦投影设备001斜向上将影像光束投至屏幕成像，其中超短焦投影设备001可以包括图2或图6或图7所示例的投影光源，也可以包括图8所示的投影光学成像系统。

综上，本申请上述多个实施例提供的投影设备的投影光源中，激光器发出多束激光，经过微透镜阵列后，每个微透镜会将入射的激光光束沿自身快轴和慢轴方向进行不同程度的发散，发散后的激光光束通过合光镜片的透射区以条状光斑入射至所述荧光轮，并随着荧光轮的转动，依次照射荧光轮的光转换区产生荧光，以及照射至荧光轮的激光引导区，产生的荧光和由激光引导区反射的激光再次入射至合光镜片，合光镜片的反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口，完成合光，由于经过微透镜阵列后改变了激光光束的角度信息，且是在不同方向上形成不同的发散角度，且不同方向上的发散角度的比值正相关于光导管入光口处矩形长边和短边的比值，从而当光束经过光学系统后角度成像于光导管，角度所成的像可以更好的匹配光导管的入光口形状，提高了光导管的收光效率，同时进一步地，还可以避免由于入射光斑与光导管入光口形状匹配关系不佳，导致收入的光斑出现光圈分界而造成色度不均匀的现象。

以及，本申请实施例提供的投影光源种不使用蓝光回路，使用一个合光镜片完成对激光和荧光的合光，光源架构紧凑，利于小型化。

本申请中术语“A和B的至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。术语“A、B和C的至少一种”表示可以存在七种关系，可以表示：单独存在A，单独存在B，单独存在C，同时存在A和B，同时存在A和C，同时存在C和B，同时存在A、B和C这七种情况。在本申请实施例中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“至少一个”指的是一个或多个，术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件，本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种投影光源，其特征在于，所述投影光源包括：激光器、微透镜阵列、合光镜片和荧光轮；

所述激光器用于射出多束激光；

所述微透镜阵列包括多个呈阵列排布的微透镜，所述微透镜阵列用于增加所述多束激光在快轴和慢轴方向上的发散角度；

所述合光镜片包括透射区和反射区，所述多束激光通过透射区入射至荧光轮，所述荧光轮包括光转换区和激光引导区，

当所述多束激光射向所述光转换区时，所述光转换区被激发出荧光，所述荧光被所述荧光轮反射向所述合光镜片的所述反射区；

当所述多束激光射向所述激光引导区时，所述激光引导区将所述多束激光射向所述反射区；

所述反射区将射入的激光和荧光反射向光导管的入光口；

其中，经过所述微透镜阵列后的多束激光的在快轴和慢轴方向上的发散角度的比值正相关于所述光导管入光口处矩形长边和短边的比值。

2.根据权利要求1所述的投影光源，其特征在于，

所述多束激光为准直光束，入射至所述微透镜入光面的所述准直光束的快轴方向的发散角度小于慢轴方向的发散角度。

3.根据权利要求1所述的投影光源，其特征在于，多个呈阵列排布的所述微透镜在光轴方向上的投影为矩形，分别沿所述矩形的长边方向和短边方向，所述微透镜对入射光束发散角度的比值大于1.7:1。

4.根据权利要求3所述的投影光源，其特征在于，所述微透镜对所述多束激光的慢轴方向的发散角度大于0.5度。

5.根据权利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述合光镜片包括多个透射区和多个反射区；所述荧光轮包括光转换区和激光引导区，所述激光引导区上设置有光反射部；

以及，所述投影光源还包括会聚透镜，用于将射入的激光会聚向所述荧光轮；

所述多束激光分别射向所述多个透射区，所述透射区用于将射入的激光透射向所述会聚透镜；

所述多束激光中任两束激光在所述会聚透镜上形成的光斑关于所述会聚透镜的光轴均不对称。

6.根据权利要求1至5任一所述的投影光源，其特征在于，所述合光镜片中所述透射区的面积小于所述反射区的面积。

7.根据权利要求6所述的投影光源，其特征在于，所述合光镜片中每个透射区的面积小于或等于所述每个透射区相邻的所述反射区的面积的1/4。

8.根据权利要求6所述的投影光源，其特征在于，所述投影光源还包括缩束部件；所述激光器射出的多束激光经所述缩束部件缩束后射向所述微透镜阵列。

9.根据权利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述微透镜阵列为单面微透镜阵列，所述微透镜的曲面半径为R1；

或者，所述微透镜阵列为双面微透镜阵列，所述双面微透镜阵列的微透镜尺寸相同，曲面半径为R2，其中，2.3≥（R2/R1）≥1.8。

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至9任一所述的投影光源，以及光阀和镜头；

所述投影光源用于向所述光阀发出激光，所述光阀用于将射入的激光进行调制后射向所述镜头，所述镜头用于对射入的激光进行投射以形成投影画面。

Images