CN113946090A - 一种光源系统与投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光源系统与投影系统，该光源系统中的发光组件用于产生激发光；光引导元件用于引导并控制激发光的传输方向；收集透镜组件用于收集激发光，收集透镜组件的中心线与激发光的传输方向之间具有预设倾斜角，以使得激发光从收集透镜组件的边缘入射；波长转换装置用于接收激发光产生相应的受激光，并将受激光和未被激发的激发光共同反射至收集透镜组件；光引导元件包括反射区域与透射区域，反射区域的面积大于激发光在光引导元件上形成的光斑大小，用于反射激发光并透射受激光，透射区域用于透射激发光和受激光，受激光与未被激发的激发光合成白光。通过上述方式，本申请能够缩小光源系统的整体体积，提高光源的出光效率。

Description

一种光源系统与投影系统

技术领域

本申请涉及投影技术领域，具体涉及一种光源系统与投影系统。

背景技术

投影光源是投影必不可少的一部分，随着投影技术的进步和发展，人们对投影光源的设计要求也在不断提高；在投影光源中，通常采用两路激光光源，一路蓝激光激发荧光粉来产生荧光，另一路蓝激光与荧光混合来产生白光，但是这种方案损失了未被激发的蓝激光，只能通过单独加入蓝激光的方式来获取白光，能量损失较大，光效较低，且单独加入的蓝激光增加了整个系统的体积和成本；另外，在投影光源中，二向色片通常放置于入射光路和出射光路的中心，二向色片覆盖整个荧光光斑，尺寸较大，占用空间较大，增加了整个光源的体积，且光程较长，造成光学扩展量稀释。由于兼容多个平台的投影光源能够大大降低投影系统的成本，体积兼容是影响兼容平台的重要因素之一，因而如何减小投影光源的体积以及提高投影光源的效率是亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种光源系统与投影系统，能够缩小光源系统的整体体积，提高光源的出光效率。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种光源系统，该光源系统包括：发光组件、光引导元件、收集透镜组件以及波长转换装置，发光组件用于产生激发光；光引导元件设置于发光组件发出的激发光的传输光路上，并与激发光的传输方向成一定角度，用于引导并控制激发光的传输方向；收集透镜组件设置于光引导元件的出射光路上，用于收集经光引导元件引导后出射的激发光，其中，收集透镜组件的中心线与经光引导元件引导后出射的激发光的传输方向之间具有预设倾斜角，以使得经光引导元件引导后出射的激发光从收集透镜组件的边缘入射；波长转换装置设置于收集透镜组件的出射光路上，用于接收激发光产生相应的受激光，并将所述受激光和未被激发的激发光共同反射至所述收集透镜组件；其中，光引导元件包括反射区域以及分别位于反射区域相对两侧的透射区域，反射区域的面积大于发光组件发出的激发光在光引导元件上形成的光斑大小，用于反射激发光并透射受激光，透射区域用于透射激发光和受激光，受激光与未被激发的激发光合成白光。

通过上述方案，本申请的有益效果是：该光源系统包括发光组件、光引导元件、收集透镜组件以及波长转换装置，发光组件出射的激发光经光引导元件反射到达波长转换装置，该激发光可激发波长转换装置上的波长转换物质从而产生受激光，受激光和未被激发的激发光可由收集透镜组件收集，并经光引导元件出射；由于在放置光引导元件时，光引导元件的中心线与收集透镜组件的中心线不重合，使得激发光能够进入收集透镜组件的边缘，然后经收集透镜组件汇聚到波长转换装置上，这种放置方式可减小光引导元件的面积，使得反射区域的面积缩小，有助于减少激发光通过反射区域所造成的损失，提高了激发光出射的效率，从而提升光源的发光效率，且由于使用受激光和未被激发的激发光合成白光，无需再添加蓝光光源，可使得系统的整体体积缩小，成本降低。

在一实施例方式中，光引导元件与水平方向之间的夹角为40°～50°。

在一实施例方式中，透射区域的厚度小于或等于反射区域的厚度，反射区域用于反射第一光束透射第二光束，透射区域设置有增透膜；

其中，第一光束包括蓝光，第二光束包括黄光、绿光或红光。

通过设置具有增透膜的透射区域，能够提高入射至透射区域的光的透过率，有助于降低光的损失，提高发光效率。

在一实施例方式中，光引导元件具有斜切面，斜切面与收集透镜组件的中心线平行。

通过设置具有斜切面的光引导元件，能够提高入射至光引导元件的侧边的光的透过率，有助于降低光的损失，提高发光效率。

在一实施例方式中，激发光为偏振光，反射区域设置有偏振膜，偏振膜用于透射S偏振光并反射P偏振光。

在一实施例方式中，光源系统还包括第一匀光器件与第二匀光器件，第一匀光器件设置于收集透镜组件的出射光路上，用于对受激光与未被激发的激发光进行匀光处理；第二匀光器件设置于发光组件的出射光路上，用于对激发光进行匀光处理，并将匀光后的激发光射入光引导元件。

通过设置第一匀光器件与第二匀光器件，可对入射的光进行匀光，使得产生的光源光束较为均匀。

在一实施例方式中，光源系统还包括第一中继透镜，第一中继透镜设置于收集透镜组件的出射光路上，用于接收收集透镜组件出射的受激光与未被激发的激发光，并进行汇聚后输入至第一匀光器件。

通过设置第一中继透镜，可对受激光与未被激发的激发光进行汇聚，使得更多的光入射至第一匀光器件，减少光损失。

在一实施例方式中，光源系统还包括：

第一聚焦透镜，设置于发光组件的出射光路上，用于对激发光进行聚焦，并输入至第二匀光器件；

反射器件，设置于第二匀光器件的出射光路上，用于对第二匀光器件出射的匀光后的激发光进行反射；

第二中继透镜，设置于反射器件的出射光路上，用于对反射器件反射的激发光进行汇聚，并输入至光引导元件。

通过设置第一聚焦透镜可对激发光进行汇聚，使得更多的光入射至第二匀光器件，减少光损失；通过设置反射器件可调整入射光的方向，能够减少系统的体积；通过设置第二中继透镜，可对从反射器件出射的光进行汇聚，使得更多的光入射至光引导元件，减少光损失。

在一实施例方式中，光源系统还包括第二聚焦透镜，第二聚焦透镜设置于第二中继透镜的出射光路上，用于将第二中继透镜出射的光进行聚焦，并输入至光引导元件。

通过设置第二聚焦透镜可对从第二中继透镜出射的光进行汇聚，使得更多的光入射至光引导元件，减少光损失。

在一实施例方式中，收集透镜组件包括第一收集透镜与第二收集透镜，第一收集透镜设置于光引导元件的出射光路上，第二收集透镜设置于第一收集透镜的出射光路上。

通过设置两个收集透镜可对从光引导元件出射的光进行汇聚，使得更多的激发光入射至波长转换装置，减少光损失，且可对从波长转换装置出射的光进行汇聚，减少荧光与未被激发的激发光的损失。

在一实施例方式中，第一收集透镜的尺寸大于第二收集透镜的尺寸，第一收集透镜与第二收集透镜为平凸透镜或凹凸透镜，第一收集透镜的中心线与第二收集透镜的中心线重合。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种投影系统，该投影系统包括光源系统与光机系统，光机系统用于产生光源光束，光机系统设置于光源的光路上，用于对光源光束进行处理，以形成投影光，其中，投影系统为上述的光源系统。

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。其中：

图1是光源系统的结构示意图；

图2是本申请提供的光源系统第一实施例的结构示意图；

图3是图2所示的实施例中光引导元件的结构示意图；

图4(a)-图4(d)是图2所示的实施例中波长转换装置的多种结构示意图；

图5是本申请提供的光源系统第二实施例的结构示意图；

图6是本申请提供的光源系统第三实施例的结构示意图；

图7是本申请提供的光源系统第四实施例的结构示意图；

图8是本申请提供的光源系统第五实施例的结构示意图；

图9(a)-图9(c)是图7所示的实施例中二向色片与入射的光束的多种不同示意图；

图10是本申请提供的光源系统第六实施例的结构示意图；

图11是本申请提供的光源系统第七实施例的结构示意图；

图12是本申请提供的投影系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

在现有的投影光源中，如图1所示，蓝激光器101发出的蓝激光经过匀光组件102匀光后，在二向色片103的中心区域反射，然后经过收集透镜组104-105汇聚到荧光轮106上，荧光轮106激发出的荧光经收集透镜组104-105的收集、二向色片103的透射、出光透镜107的汇聚以及反射镜110的反射，最终由出光中继透镜111-112汇聚进入投影光机系统113；另一个蓝激光器108产生的蓝激光经聚焦镜109汇聚到二向色片103的中心区域，并在二向色片103的中心区域反射，到达出光透镜107，然后经反射镜110反射，最终由出光中继透镜111-112汇聚进入投影光机系统113。

该方案中将二向色片103放置于入射光路和出射光路的中心，且二向色片103的尺寸能够覆盖整个光束孔径，结构简单，但是二向色片103的尺寸较大，占用空间大，导致匀光组件102与二向色片103、收集透镜组104与出光透镜107之间的距离较长，光程较长，不仅增大了整个光路体积，而且造成对光学扩展量的稀释；另外，整个光路中通过荧光与单独增加的蓝激光器108来生成白光，荧光轮106上未被激发的蓝激光没有被利用，光效较低，且新增的蓝激光器108不增增加了系统的成本，还增大了光路的体积，因而需要设计一种不增加系统成本与体积且效率较高的光源系统。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一实施例

请参阅图2，图2是本申请提供的光源系统第一实施例的结构示意图，光源系统包括：发光组件11、光引导元件12、收集透镜组件13以及波长转换装置14。

发光组件11用于产生激发光，其可以包括至少一个激光器，比如，蓝光激光器，该蓝光激光器可产生蓝激光，优选的，该蓝光激光器产生的蓝激光的波长为455nm。

光引导元件12设置于发光组件11发出的激发光的传输光路上，且光引导元件12与激发光的传输方向成一定角度放置，其用于引导并控制激发光的传输方向；也就是说光引导元件12可接收发光组件11出射的激发光，并将该激发光反射至光路的后续光学元件中，具体地，光引导元件12采用二向色片或区域膜片等。

在一具体的实施例中，如图3所示，光引导元件12包括反射区域121以及分别位于反射区域121相对两侧的透射区域122，反射区域121的面积稍大于发光组件11发出的激发光在光引导元件12上形成的光斑大小，用于反射激发光并透射受激光，需要说明的是，反射区域采用镀膜的方式实现反射功能，也可设置反射片等其他方式实现其反射功能；透射区域122的厚度可以小于或等于反射区域121的厚度，用于最大化透射激发光和受激光，可以理解的是，透射区域122上可以进一步设置增透膜，使得激发光和受激光尽可能通过该透射区域122，同时，透射区域122还用于提供夹持部位以使得光引导元件12能够正常工作，因此，其可以尽可能小，理想情况下，也可以不设置该透射区域122，以使得激发光和受激光能够完全没有损失的进入后续光学系统。

收集透镜组件13设置于光引导元件12的出射光路上，其用于收集经光引导元件12引导后出射的激发光；具体地，收集透镜组件13包括至少一个收集透镜，收集透镜的数量可根据具体应用场景设置，比如，可以为1个、2个或3个；收集透镜可以为平凸透镜或凹凸透镜，即透镜两端的厚度小于中心的厚度；收集透镜可采用高折射率的材料制作，比如，可采用火石玻璃或镧冕玻璃等。

收集透镜组件13的中心线与从光引导元件12出射的激发光的传输方向之间具有预设倾斜角，以使得经光引导元件12引导后出射的激发光从收集透镜组件13的边缘入射，即采用边缘放置的方式来放置光引导元件12，可以理解的是，该预设倾斜角可以为根据经验设置的一个角度，能保证从光引导元件12出射的激发光能够倾斜射入收集透镜组件13即可。

波长转换装置14设置于收集透镜组件13的出射光路上，其用于接收激发光并产生相应的受激光；具体地，波长转换装置14可以为荧光轮，其包括至少一个波长转换区，波长转换区设置有波长转换物质，该受激光可以为荧光。

进一步地，如图4(a)所示，波长转换装置14包括一个波长转换区，该波长转换区为黄光转换区141，黄光转换区141设置有黄色荧光物质，黄色荧光物质能够在激发光的激发下产生黄色荧光，由于仅设置一个黄光转换区141，波长转换装置14的制作工艺简单，另外，荧光转化效率较高，能够在同一时刻利用黄色荧光和未被激发的激发光来产生白光，可以避免利用时序方式产生白光造成的彩虹效应。

进一步地，如图4(b)所示，在未被激发的蓝光占比较小的情况下，可以在波长转换装置14中设置增反层142，增反层142可提高未被激发的蓝光的比例，使得合成的白光的均匀性更高，增反层142与黄光转换区141的位置关系可根据具体应用场景设置，并不仅限于图4(b)所示的设置在黄光转换区141的内侧，可设置在黄光转换区141的外侧或者与黄光转换区141间隔一定距离。

可以理解地，在发光组件11出射的光为偏振光时，可在反射区域121镀偏振膜，此时可以将增反层142对应设置成相应的偏振层，以增加未被激发的偏振光的占比。

在另一实施例中，如图4(c)所示，波长转换装置14包括两个波长转换区，分别为绿光转换区143和红光转换区144，绿光转换区143设置有绿色荧光物质，可在激发光的激发下产生绿色荧光；红光转换区144设置有红色荧光物质，可在激发光的激发下产生红色荧光，可以通过调整绿光转换区143和红光转换区144的大小，来调整产生的红色荧光和绿色荧光的比例，且能够在同一时刻利用红色荧光、绿色荧光和未被激发的激发光来产生白光，可以避免利用时序方式产生白光造成的彩虹效应。

在另一实施方式中，如图4(d)所示，以同心环的方式设置绿光转换区143和红光转换区144，使得激发光能够同时照射绿色荧光物质与红色荧光物质，产生绿色荧光与红色荧光，可通过设置绿光转换区143和红光转换区144的位置与大小，来控制绿色荧光与红色荧光的比例，例如，可将红光转换区144设置得较大，以提高红色荧光的占比，进而产生亮度和色度更佳的白光。

在其他实施方式中，可以分时序产生红色荧光与绿色荧光，波长转换装置14可沿着逆时针或顺时针的方向转动，从而使得绿光转换区143和红光转换区144依次被激发光照射，从而产生相应的绿色荧光与红色荧光，比如，波长转换装置14转动一圈花费2秒，则在第一秒的时间内，从波长转换装置14出射的受激光为绿色荧光，在第二秒的时间内，从波长转换装置14出射的受激光为红色荧光。

可以理解地，对于图4(c)-图4(d)的实施例方式来说，还可设置如图4(b)所示的增反层142或偏振层，以提高未被激发的激发光的比例。

从发光组件11出射的激发光可被反射区域121反射至收集透镜组件13，收集透镜组件13在对入射的激发光进行收集后将其传递至波长转换装置14，波长转换装置14上的波长转换物质受到激发光的激发，产生受激光，该受激光可与未被激发的激发光组合形成光源的出射光后，依次经过收集透镜组件13与光引导元件12出射；具体地，由于部分射入波长转换区的激发光可能未被激发，而被波长转换装置14反射，其也可经过收集透镜组件13后，穿过光引导元件12的透射区域122，从而实现利用未被激发的激发光与受激光合成白光。

本实施例提供了一种光源系统，其为激光激发荧光的投影光源装置，该光源系统包括发光组件11、光引导元件12、收集透镜组件13以及波长转换装置14，发光组件11出射的激发光经光引导元件12反射到达波长转换装置14，以激发波长转换物质从而产生受激光，受激光和未被激发的激发光可由收集透镜组件13收集，并经过光引导元件12出射；由于在放置光引导元件12时，光引导元件12的中心位置与收集透镜组件13的中心不在同一直线上，而是偏离收集透镜组件13的中心，使得激发光进入收集透镜组件13的边缘，经收集透镜组件13汇聚到波长转换装置14上，这种放置方式减小了光引导元件12的设计面积，使得反射区域121的面积缩小，有助于减少激发光通过反射区域121所造成的损失，提高了激发光出射的效率，从而提升光源的发光效率，且由于使用受激光和未被激发的激发光合成白光，无需再添加蓝光光源，可以使得系统的整体体积缩小，成本较低；本实施例中光引导元件12的尺寸较小，仅为现有方案中的五分之一，降低了光引导元件12的成本；另外，本方案的投影系统结构紧凑，能够适配多款投影光机，兼容性更强，可以降低整个系统的成本。

第二实施例

请参阅图5，图5是本申请提供的光源系统第二实施例的结构示意图，光源系统包括：发光组件201、二向色片202、收集透镜组件203、波长转换装置204、第二匀光器件205、第一中继透镜206以及第一匀光器件207。

发光组件201可产生蓝激光，其可以为波长为455nm的蓝激光器；第二匀光器件205设置于发光组件201的出射光路上，其可对蓝激光进行匀光处理，并将匀光后的蓝激光射入二向色片202，其可以为复眼匀光系统，为了使得二向色片202中的反射区域尽可能小，考虑到复眼匀光系统的发散角，可将复眼匀光系统设置得尽可能靠近二向色片202。

二向色片202设置于第二匀光器件205的出射光路上，其可将蓝激光反射至收集透镜组件203，为保证第二匀光器件205出射的蓝激光能够完全通过收集透镜组件203，二向色片202与水平方向之间的夹角为40°～50°，以图5为例，在本实施例中，二向色片202与水平向左的方向之间的夹角为40°～50，优选的，该角度为45°。

进一步地，发光组件201产生的蓝激光可经过第二匀光器件205匀光后入射到二向色片202的反射区域，反射区域用于反射第一光束透射第二光束，第一光束包括蓝光，第二光束包括黄光、绿光或红光；具体地，反射区域设置有反蓝透黄膜层，可用于反射蓝光并透射黄光，反射区域的大小可由入射至二向色片202表面的光斑大小决定；透射区域设置有增透膜，该增透膜可以为透黄膜层，能够增加黄光的透射性能；或者反射区域设置的膜层可反射蓝光并透射红光与绿光，透射区域设置有增透膜，该增透膜可以为增加红光与绿光的透射性能。

收集透镜组件203设置于二向色片202的出射光路上，其可收集经二向色片202反射的蓝激光，从二向色片202出射的蓝激光的方向与收集透镜组件203的中心线l之间具有预设倾斜角，以使得蓝激光射入收集透镜组件203的边缘；具体地，如图5所示，预设倾斜角为α，从发光组件201出射的蓝激光经二向色片202的反射区域反射后，从收集透镜组件203的边缘入射，然后经收集透镜组件203汇聚到波长转换装置204上。

在一具体的实施例中，如图5所示，收集透镜组件203包括第一收集透镜2031与第二收集透镜2032，第一收集透镜2031设置于二向色片202的出射光路上，第二收集透镜2032设置于第一收集透镜2031的出射光路上。

进一步地，为提高收集透镜组件203收集荧光的效率，可使用具有较高折射率的材料制作第一收集透镜2031与第二收集透镜2032，这种材料对蓝光的吸收率较大，收集透镜组件203表面的曲率半径较小，表面较凸，其边缘厚度相对于中心厚度较大，即第一收集透镜2031与第二收集透镜2032的中间较厚而边缘较薄；第一收集透镜2031的尺寸大于第二收集透镜2032的尺寸，第一收集透镜2031与第二收集透镜2032为平凸透镜或凹凸透镜，第一收集透镜2031的中心线l与第二收集透镜2032的中心线l重合。

由于蓝激光由边缘进入收集透镜组件203，收集透镜组件203的边缘厚度相对于中心厚度来说更薄，光线经过该收集透镜组件203时传输的路径更短，因而对蓝激光的吸收更少，进而在不改变收集透镜组件203形状的情况下，确保了收集透镜组件203的可靠性，减少了入射的蓝激光的能量损失，进而提高了蓝激光的利用率。

波长转换装置204设置于收集透镜组件203的出射光路上，可接收蓝激光并产生相应的荧光，从波长转换装置204出射的荧光以及未被激发的蓝激光可同时进入第二收集透镜2032以及第一收集透镜2031。

第一中继透镜206设置于收集透镜组件203的出射光路上，其用于接收收集透镜组件203出射的荧光与未被激发的蓝激光，并对荧光和未被激发的蓝激光进行汇聚后将其传输至第一匀光器件207。

第一匀光器件207设置于收集透镜组件203的出射光路上，其用于对荧光与未被激发的蓝激光进行匀光处理，第一匀光器件207可以为方棒。

进一步地，荧光依次经过第二收集透镜2032与第一收集透镜2031的收集，最终由第一中继透镜206汇聚至第一匀光器件207，波长转换装置204上未被激发的蓝激光被波长转换装置204打散，同样由第一收集透镜2031以及第二收集透镜2032收集，最终经第一中继透镜206汇聚进入第一匀光器件207。

继续参阅图5，光源系统出射的光束可进入光机系统30，光机系统30设置于收集透镜组件203的出射光路上，其用于对收集透镜组件203出射的光进行处理，以形成投影光，该投影光可照射在投影屏幕或墙面上，从而实现投影显示。

本实施例利用荧光与未被激发的蓝激光同时进行混合来产生白光，即同时产生未被激发的蓝激光与荧光，将二向色片202放置于收集透镜组件203的侧边，蓝激光从第一收集透镜2031与第二收集透镜2032的边缘进入，由收集透镜组件203汇聚的光斑位于收集透镜组件203的中心线l上，本实施例具有以下优点：

在效率上，一方面，可以充分利用未被激发的蓝激光与荧光混合来获得白光，提高了蓝激光的利用率，无需新增蓝光光源，减少了蓝光光源的数量；另一方面，蓝激光入射至收集透镜组件203的边缘，收集透镜组件203的边缘厚度相对中心厚度更薄，因而蓝激光的透射率更高，同时收集透镜组件203吸收的功率更少，可靠性更高；再者，第二匀光器件205出射的光束具有一定的发散角，当第二匀光器件205与二向色片202之间的距离拉近时，入射到二向色片202中心的蓝激光光斑更小，即反射区域更小，当未被激发的蓝激光经过收集透镜组件203出射时，未被激发的蓝激光通过反射区域的几率降低，损失更小，从而使得未被激发的蓝激光相对于二向色片202的出射效率更高。

在体积上，一方面，可以充分利用未被激发的蓝激光与荧光混合获得白光，取消了现有技术中的蓝光光源与另一出光中继透镜，使得光程缩短，减小了光路的体积；另一方面，现有方案中为避免二向色片与收集透镜以及出光透镜相互干涉，所设置的出光透镜与收集透镜之间的间距较大，进而导致光路较长，增大了整体光路体积，而本实施例中二向色片202采用边缘放置的方式，其尺寸较小，可以减小整个光路的体积。

在成本上，一方面，减少了蓝光光源及相应的光学器件，降低了整个系统的成本；另一方面，本实施例中的二向色片202的尺寸是现有方案中二向色片的尺寸的五分之一，降低了成本；再者，本实施例的光源系统结构紧凑，能够适配多款投影光机，兼容性更强，降低了整个系统的成本。

第三实施例

请参阅图6，图6是本申请提供的光源系统第三实施例的结构示意图，与图5所示的实施例不同的是：本实施例中未设置第一中继透镜，且第一匀光器件为复眼系统307，复眼系统307可以为单复眼或双复眼。

发光组件201出射的蓝激光经过第二匀光器件205匀光后，由二向色片202的反射区域反射，进入收集透镜组件203，波长转换装置204激发出的荧光经收集透镜组件203收集后，进入复眼系统307匀光，匀光后进入光机系统30中。

本实施例荧光的匀光方式发生了变化，荧光和未被波长转换装置204激发的蓝激光经过收集透镜组件203后，具有一定的发散角度，第一收集透镜2031与复眼系统307的距离越大，光束到达复眼系统307表面的光斑越大，但角度不变，经过复眼系统307后光束的光学扩展量主要取决于光束进入复眼系统307时的孔径。在此，对光学扩展量进行介绍，光学扩展量用于描述具有一定孔径角和截面积的光束的几何特性，其计算公式如下所示：

E＝(πn)²Asin²θ (1)

其中，E为光学扩展量，n为折射率，A为光束孔径的面积，θ为光束发散角。

光学扩展量维持率越高，系统效率也越高，光学扩展量维持率表示在理想情况下某一光学元件对光学扩展量的维持效率，即用来衡量其偏离初始光学扩展量的程度，光学扩展量维持率的计算公式如下所示：

η＝E₀/E₁ (2)

其中，E₀为初始光学扩展量，E₁为当前光学扩展量。

在一具体的实施例中，当光束从第一收集透镜2031出射时的有效孔径为28mm，光束出射发散角θ为8°时，此时的光学扩展量E₀＝(3.14×14)²×sin²8°×n²＝37.43n²；当使用本实施例的方案时，第一收集透镜2031与复眼系统307之间的间距约为15mm，复眼系统307前光束孔径约为30mm，进入复眼系统307前的光学扩展量E_1a＝(3.14×15)²×sin²8°×n²＝42.97n²，光学扩展量维持率η₁＝37.43n²/(42.97n²)＝87.1％；当使用现有技术的方案时，收集透镜与复眼之间的间距约为30mm，复眼前光束孔径约为36.4mm，进入复眼前的光学扩展量E_1b＝(3.14×18.2)²×sin²8°×n²＝63.26n²，光学扩展量维持率η₂＝37.43n²/(63.26n²)＝59.2％；因此，本实施例使用的二向色片202的边缘放置方案，减小了第一收集透镜2031与复眼系统307之间的距离，使得入射到复眼系统307表面的光斑更小，确保光学扩展量维持率更高，有助于提高系统效率。

第四实施例

请参阅图7，图7是本申请提供的光源系统第四实施例的结构示意图，与图5所示的实施例不同的是：本实施例中第二匀光器件为方棒405，光源系统还包括：第一聚焦透镜409、反射器件410以及第二中继透镜411，且部分元件的放置方式不同，使得整体光路的结构不同。

第一聚焦透镜409设置于发光组件201的出射光路上，其用于对蓝激光进行聚焦，并输入至方棒405。

反射器件410设置于方棒405的出射光路上，其用于对方棒405出射的匀光后的蓝激光进行折反射，其可以为反射镜。

第二中继透镜411设置于反射器件410的出射光路上，其用于对反射器件410反射的蓝激光进行汇聚，并输入至二向色片202。

发光组件201出射的蓝激光经第一聚焦透镜409汇聚进入方棒405进行匀光，匀光后由反射器件410反射，经第二中继透镜411准直后进入二向色片202，后续光路与图5所示的实施例相同，在此不再赘述。

本实施例不仅适用于复眼匀光系统，还适用于方棒匀光系统，二向色片202的放置方式，缩短了第二中继透镜411与二向色片202之间的距离，减小了二向色片202的反射区域的尺寸，提高了蓝激光的出射效率；另外，由于发光组件201、第一聚焦透镜409、方棒405以及反射器件410设置在竖直方向上，能够缩短水平方向的长度，可缩小系统的整体体积。

第五实施例

请参阅图8，图8是本申请提供的光源系统第五实施例的结构示意图，与图7所示的实施例不同的是：本实施例中二向色片502具有斜切面，且该斜切面与收集透镜组件203的中心线平行。

如图9(a)所示，当二向色片502的侧面S为矩形时，荧光和蓝激光从收集透镜组件203出射后，部分光束可到达二向色片502的侧边，不能正常透射，引起部分能量损失；而本实施例对二向色片502的侧边进行切割，在切割后，其侧面S为平行四边形，如图9(b)所示，此时光束出射时不再经过侧面，能够直接在二向色片502表面透射，减少了荧光和未被激发的蓝激光的出光损失，可提高光源效率。

进一步地，斜切面与收集透镜组件203的中心线可以平行或不平行，在需要保持夹持功能的前提下，透射区域可如图9(c)所示，此种结构的二向色片502不仅不对光造成遮挡，还能减少透过光经历的长度，进一步减少光损失。

第六实施例

请参阅图10，图10是本申请提供的光源系统第六实施例的结构示意图，与图7所示的实施例不同的是：本实施例中光源系统还包括第二聚焦透镜612。

第二聚焦透镜612设置于第二中继透镜411的出射光路上，其用于将第二中继透镜411出射的光进行聚焦，并输入至二向色片202，二向色片202位于出瞳位置。

在图7所示的实施例中，光束从方棒405出射后，经过第二中继透镜411后光束是发散的，当光束到达二向色片202上时光斑尺寸比第二中继透镜411出射的光斑尺寸大，导致二向色片202的反射区域较大，引起的蓝激光出光损失较大。

为减少出光损失，可减小二向色片202中反射区域的面积，本实施例可增加第二聚焦透镜612，使得光束经过第二中继透镜411与第二聚焦透镜612后是汇聚的，光束孔径逐渐减小，将二向色片202放置于光束汇聚孔径的最小处(即出瞳位置)，此时二向色片202上的光斑最小，对应的反射区域的尺寸最小，引起的蓝激光出光损失最低。

第七实施例

请参阅图11，图11是本申请提供的光源系统第七实施例的结构示意图，与图8所示的实施例不同的是：本实施例中蓝激光为偏振光，该偏振光包括S偏振光与P偏振光，二向色片702的反射区域设置有偏振膜，该偏振膜用于透射S偏振光并反射P偏振光。

入射到二向色片702的反射区域的光束为S偏振光，P偏振光经反射区域反射后，再经第一收集透镜2031和第二收集透镜2032汇聚到波长转换装置204上，波长转换装置204激发的荧光和未被激发的蓝激光不具有偏振特性，荧光和未被激发的蓝激光经收集透镜组件203收集后，到达二向色片702，荧光可全部透过二向色片702直接出射，而未被激发的蓝激光中有二分之一的蓝激光(即S偏振光)可从反射区域透射，最终进入光机系统30中。

在一具体的实施例中，当第一收集透镜2031的孔径为30mm，反射区域的尺寸为10mm×12mm时，如果二向色片702使用非偏振膜，引起的蓝激光损失约为14％，而使用偏振膜引起的蓝激光损失约为8.5％，非偏振膜造成的蓝激光损失是偏振膜造成的蓝激光损失的1.6倍；因此，本实施例可通过在反射区域镀偏振膜减少了蓝激光的出光损失，提高了系统的效率。

请参阅图12，图12是本申请提供的投影系统一实施例的结构示意图，投影系统80包括光源系统81与光机系统82，光机系统81用于产生光源光束，光机系统82设置于光源的光路上，用于对光源光束进行处理，以形成投影光，其中，投影系统81为上述的光源系统。

综上所述，本申请提供了一种边缘放置二向色片的设计方案，通过将二向色片放置在收集透镜组件的边缘，使得蓝激光从收集透镜组件的边缘进入，这种放置方式减小了收集透镜组件与第一中继透镜之间的距离，缩小了整个光源的体积，使其体积兼容性更强，极大降低了整个光源的成本；另外，通过在二向色片的反射区域镀膜，可实现荧光和蓝激光的高效率出射，且反射区域的面积较小，可减少未被激发的蓝激光经过反射区域时产生的损失；且可通过在反射区域镀偏振膜，使得S偏振光可通过反射区域，能够进一步提升蓝激光的出光效率；另外，可通过对二向色片的侧面进行处理，使其具有斜切面，以避免光束通过二向色片的侧面时产生的损失，进一步提升光源效率。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：

发光组件，用于产生激发光；

光引导元件，设置于所述发光组件发出的激发光的传输光路上，并与所述激发光的传输方向成一定角度，用于引导并控制所述激发光的传输方向；

收集透镜组件，设置于所述光引导元件的出射光路上，用于收集经所述光引导元件引导后出射的所述激发光，其中，所述收集透镜组件的中心线与经所述光引导元件引导后出射的所述激发光的传输方向之间具有预设倾斜角，以使得经所述光引导元件引导后出射的激发光从所述收集透镜组件的边缘入射；

波长转换装置，设置于所述收集透镜组件的出射光路上，用于接收所述激发光产生相应的受激光，并将所述受激光和未被激发的激发光共同反射至所述收集透镜组件；

其中，所述光引导元件包括反射区域以及分别位于所述反射区域相对两侧的透射区域，所述反射区域的面积大于所述发光组件发出的激发光在所述光引导元件上形成的光斑大小，用于反射所述激发光并透射所述受激光，所述透射区域用于透射所述激发光和所述受激光，所述受激光与未被激发的激发光合成白光。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述光引导元件与水平方向之间的夹角为40°～50°。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述透射区域的厚度小于或等于所述反射区域的厚度，所述反射区域用于反射第一光束并透射第二光束，所述透射区域设置有增透膜。

4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述光引导元件具有斜切面，所述斜切面与所述收集透镜组件的中心线平行。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述激发光为偏振光，所述反射区域设置有偏振膜，所述偏振膜用于透射S偏振光并反射P偏振光。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述光源系统还包括第一匀光器件与第二匀光器件，所述第一匀光器件设置于所述收集透镜组件的出射光路上，用于对所述受激光与所述未被激发的激发光进行匀光处理；所述第二匀光器件设置于所述发光组件的出射光路上，用于对所述激发光进行匀光处理，并将匀光后的激发光射入所述光引导元件。

7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，

所述光源系统还包括第一中继透镜，所述第一中继透镜设置于所述收集透镜组件的出射光路上，用于接收所述收集透镜组件出射的所述受激光与所述未被激发的激发光，并进行汇聚后输入至所述第一匀光器件。

8.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括：

第一聚焦透镜，设置于所述发光组件的出射光路上，用于对所述激发光进行聚焦，并输入至所述第二匀光器件；

反射器件，设置于所述第二匀光器件的出射光路上，用于对所述第二匀光器件出射的匀光后的激发光进行反射；

第二中继透镜，设置于所述反射器件的出射光路上，用于对所述反射器件反射的激发光进行汇聚，并输入至所述光引导元件。

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聚焦透镜，所述第二聚焦透镜设置于所述第二中继透镜的出射光路上，用于将所述第二中继透镜出射的光进行聚焦，并输入至所述光引导元件。

10.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，

所述收集透镜组件包括第一收集透镜与第二收集透镜，所述第一收集透镜设置于所述光引导元件的出射光路上，所述第二收集透镜设置于所述第一收集透镜的出射光路上。

11.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，

所述第一收集透镜的尺寸大于所述第二收集透镜的尺寸，所述第一收集透镜与所述第二收集透镜为平凸透镜或凹凸透镜，所述第一收集透镜的中心线与所述第二收集透镜的中心线重合。

12.一种投影系统，其特征在于，包括光源系统与光机系统，所述光机系统用于产生光源光束，所述光机系统设置于所述光源的出射光路上，用于对所述光源光束进行处理，以形成投影光，其中，所述投影系统包括权利要求1-11中任一项所述的光源系统。

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