CN114077137A - 一种光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于投影显示技术领域，尤其是涉及一种光源装置及投影系统，所述光源装置包括至少一个光源模组、光纤插口结构件和光场整形模组，光源模组包括至少一个投影光源及对应的光纤，光纤通过耦合透镜与投影光源相耦合，投影光源发出的光经耦合透镜入射至光纤，并自光纤的光出射端出射；光纤插口结构件上形成有阵列分布的光纤插接口，依据预定需求，至少一个光源模组的光出射端可与光纤插接口进行适配组装，以在光纤插口结构件的出光面形成具有特定光分布的阵列光；光场整形模组与光纤插口结构件对应设置，以对自光纤插口结构件的出光面出射的阵列光进行整形，以形成投影光。本申请的光源装置提高光源的开发效率。

Description

一种光源装置及投影系统

技术领域

本申请属于投影显示技术领域，尤其是涉及一种光源装置及投影系统。

背景技术

目前单片空间光调制器的投影显示技术能达到的对比度大致为几百比一到一两千比一，远远低于人眼的亮度分辨力，因此投影显示的画面在明亮处的亮度不够亮，暗处的亮度降不下来，使人们感知到的画面层次较差，大量细节丢失。高动态范围(HDR)的投影系统的目的就是提升显示的亮度范围，使得画面中的亮场和暗场部分都能显示丰富的灰阶信息，从而大大提高画面的效果和观众的观影体验。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种光源装置，实现提高光源的开发效率。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种光源装置，包括至少一个光源模组、光纤插口结构件和光场整形模组，光源模组包括至少一个投影光源及对应的光纤，光纤通过耦合透镜与投影光源相耦合，投影光源发出的光经耦合透镜入射至光纤，并自光纤的光出射端出射；光纤插口结构件上形成有阵列分布的光纤插接口，依据预定需求，至少一个光源模组的光出射端可与光纤插接口进行适配组装，以在光纤插口结构件的出光面形成具有特定光分布的阵列光；光场整形模组与光纤插口结构件对应设置，以对自光纤插口结构件的出光面出射的阵列光进行整形，以形成投影光。

本申请还包括第二个技术方案，一种投影系统，所述投影系统包括上述的光源装置。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请的光源装置采用光源模组作为投影设备光源，每个光源模组负责对应区域的照明，光源模组的光纤与光纤插口结构件的光纤插接口适配组装，本申请实施例的光纤插口结构件可以根据预定需求进行设定，例如，光纤插口结构件可以设定为多个，多个光纤插接口可以阵列排布；通过将光源模组中的光纤出射端与光纤插接口进行适配组装，以控制光纤插口结构件的出光面形成具有特定光分布的阵列光，例如，可以控制光纤出射端选择与不同位置处的光纤插接口进行适配组装，可以形成不同的光分布的阵列光，可以满足不同构型的光分布的需求。本申请实施例中，光源模组的光纤与光纤插接口适配，安装或拆卸光源模组方便，易控制，可以灵活的增减光源模组的数量。一方面，在相同分辨率的情况下，可以增加光源模组的数量，扩展分区的数量，能有效的提高高动态范围投影的效果，实现更高的对比度和色彩还原。另一方面也可以因为分辨率的不同需要额外扩展分区数量，以达到相同的高动态范围投影效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请光源装置一实施例的结构示意图；

图2为本申请光源模组一实施例的结构示意图；

图3为本申请光源模组另一实施例的结构示意图；

图4为本申请散热系统一实施例的结构框图。

其中，100、主控制器；200、光源模组；210、子控制器；220、第一驱动电路；230、投影光源；231、红色激光器；232、绿色激光器；233、蓝色激光器；300、光纤插口结构件；400、控制总线；410、可扩展控制接口；500、空间光调制器；600、光场整形模组；700、光线；250、全反射光学元件；260、滤光片；270、偏振片。

本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性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。

需要说明，本申请实施例中如涉及“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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，本申请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，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提出一种光源装置。

请参照图1，在该实施例中，光源装置包括至少一个光源模组200、光纤插口结构件300和光场整形模组600，其中，光源模组200包括至少一个投影光源230及对应的光纤700，光纤700通过耦合透镜与投影光源230相耦合，投影光源230发出的光经耦合透镜入射至光纤700，并自光纤700的光出射端出射；光纤插口结构件300上形成有阵列分布的光纤插接口，依据预定需求，至少一个光源模组200的光出射端可与光纤插接口进行适配组装，以在光纤插口结构件300的出光面形成具有特定光分布的阵列光；光场整形模组600与光纤插口结构件300对应设置，以对自光纤插口结构件300的出光面出射的阵列光进行整形，以形成投影光。

以上为本申请实施例的核心内容，采用光源模组200作为投影设备光源，每个光源模组200负责对应区域的照明，光源模组200的光纤700与光纤插口结构件300的光纤插接口适配组装，本申请实施例的光纤插口结构件300可以根据预定需求进行设定，例如，光纤插口结构件300可以设定为多个，多个光纤插接口可以阵列排布；通过将光源模组200中的光纤700出射端与光纤插接口进行适配组装，以控制光纤插口结构件300的出光面形成具有特定光分布的阵列光，例如，可以控制光纤700出射端选择与不同位置处的光纤插接口进行适配组装，可以形成不同的光分布的阵列光，可以满足不同构型的光分布的需求。本申请实施例中，光源模组200的光纤700与光纤插接口适配，安装或拆卸光源模组200方便，易控制，可以灵活的增减光源模组200的数量。一方面，在相同分辨率的情况下，可以增加光源模组200的数量，扩展分区的数量，能有效的提高高动态范围投影的效果，实现更高的对比度和色彩还原。另一方面也可以因为分辨率的不同需要额外扩展分区数量，以达到相同的高动态范围投影效果。

本申请实施例中，每个光源模组200负责对应区域的照明，在投影显示时，根据画面各个区域的峰值亮度来动态控制光源模组200的发光强度，以实现高对比度显示。

本申请实施例中，光纤插口结构件300的出光面位于光场整形模组600的焦平面处。本申请实施例中，光场整形模组600包括收集透镜；光纤插口结构件300的出光面位于光场整形模组600的焦平面处，可以使得光纤偶合效率达到最大。在另一实施例中，光场整形模组600依次包括沿光线传输方向的双复眼透镜、收集透镜、准直透镜和全内反射透镜。

本申请实施例中，光源装置进一步包括主控制器100、控制总线400以及空间光调制器500，主控制器100通过控制总线400分别与至少一个光源模组200电信号连通，主控制器100根据输入的视频信号生成空间光调制器500控制信号以及与光源模组200一一对应的光源模组200控制信号，主控制器100通过控制总线400将光源模组200控制信号分发至对应的光源模组200，以控制对应的光源模组200产生预期的照明光场亮度，空间光调制器500控制信号用于控制空间光调制器500以将投影光转换为图像光。

本申请实施例中，控制总线400设置可扩展控制接口410，每个光源模组200通过可扩展控制接口410连接至控制总线400，并通过控制总线400连接主控制器100，本申请实施例光源模组200通过可扩展控制接口410连接至主控制器100，使得随着显示面积的变化，可以通过增加或减少光源模组200的数量，以满足每个光源模组200负责某一区域的照明，通过与可扩展控制接口410连接，使得安装或拆卸光源模组200方便，易控制，可以根据空间光调制器500的尺寸大小，灵活的增减光源模组200的数量。

本申请实施例中，主控制器100可以发出空间光调制器控制信号和光源模组控制信号，发出的空间光调制器控制信号可以控制空间光调制器500，可以用于控制光空间光调制器500的翻转，以使得光纤插接口排出的光线经到达空间光调制器500上，并经过空间光调制器500排出。本申请实施例中，主控制器100对播放数据的视频帧内容进行分析，将每个分区光源模组200的投影光源230的电流值发送给光源模组200的投影光源230，以实现对光源模组200的投影光源230的照明亮度进行调控，以使得光源模组200产生预期的照明光场亮度。

具体地，本申请实施例中，如图所示，光源模组200还包括第一驱动电路220和一子控制器210，子控制器210连接于控制总线400与第一驱动电路220之间，子控制器210通过控制第一驱动电路220驱动投影光源230。

本申请实施例中，子控制器210连接于可扩展控制接口410与第一驱动电路220之间，子控制器210通过控制第一驱动电路220驱动投影光源230。子控制器210可以用于与主控制器100进行信息交互，使得第一驱动电路220根据主控制器100发送的光源模组200控制信号，驱动投影光源230，使之产生预期的照明光场亮度。本申请实施例中，光源模组200具有很好的独立性，通过设置子控制器210，可以实现内部对光源模组200控制信号的控制，光源模组200与主控制器100的偶合度较低，使得需要增加光源模组200时，只需要在可扩展控制接口410上增加一个线路分支即可，使得光源模组200的增加或减少更加灵活方便。

本申请实施例中，投影光源230包括阵列排布的三基色激光器，三基色激光器发出的光经过合光单元合光后通过耦合透镜入射至光纤700。通过合光单元合光，将三基色激光器分别发出光合至光纤700的接收端面。具体地，如图2所示，本申请实施例中，三基色激光器包括红色激光器231、绿色激光器232和蓝色激光器233。

具体地，本申请实施例中，合光单元包括波长合光元件、偏振合光元件以及反射元件中的至少一种，以用于对三基色激光器发出的光进行光谱合光和/或偏振合光。

在发明一实施例中，如图2所示，红色激光器231、绿色激光器232和蓝色激光器233的数量相等，本申请实施例中，波长合光元件包括滤光片260，反射元件为全反射光学元件250，三基色激光器发出的光通过全反射光学元件250和滤光片260发生光谱合光。

具体地，如图2所示，每个光源模组200里有红色激光器231、绿色激光器232、蓝色激光器233各M*N个，红色激光器231对应的是全反射光学元件250，绿色激光器232对应的滤光片260为透红反绿，蓝色激光器233对应的滤光片260为反蓝透黄，红绿蓝光通过光谱合光的方式进行合光后偶合进M*N根光纤700。K个光源模组200形成的K*M*N根光纤700，其出射端固定在一个有H*V个光纤插接口的光纤插口结构件300上，一般情况下K*M*N＝H*V，从而形成H*V个照明光场的照明光场阵列，作为总阵列光源。当然，红色激光器231、绿色激光器232、蓝色激光器233的相对位置可以改变，相应地选择合适的滤光片260即可。

在另一实施例中，如图3所示，任意一种或两种激光器是另外某一种激光器数量的两倍时，光源模组200包括偏正合光元件、波长合光元件和反射元件，偏正合光元件包括偏振片270，数量较多的激光器先通过偏振片270偏振偶合，再与数量较少的激光器进行光谱合光。本申请实施例中，合光单元包括全反射光学元件250、滤光片260和偏振片270；其中，某中颜色的激光器的数量相对更多时，该颜色的激光器可以通过透p反s偏正片进行偏振合光后，再与其它激光进行光谱合光。

作为优选方案，红色激光器231是绿色激光器232或蓝色激光器233数量的两倍，蓝色激光器233的数量与绿色激光器232的数量相等。红色激光器231为2*M*N个，绿色激光器232或蓝色激光器233数量各M*N个，其中，红色激光器231分为两组M*N个，其中一路红色激光器231对应的是全反射光学元件250，另一路红色激光器231对应透p反s偏振片270，绿色激光器232对应的滤光片260为透红反绿，蓝色激光器233对应的滤光片260为反蓝透黄，使得两路红色激光器231进行偏振合光后，再与绿光和蓝光通过光谱合光的方式进行合光后偶合进M*N根光纤700。

高功率的红色激光器231一般是里面封装了两个发光芯片成像到光纤700处的光斑大，需要很大芯径的光纤700才能偶合进去。为了减少光纤700的直径，用两个单芯片的激光器用偏振合光后，光纤700入口处的光斑形状呈十字交叉可以用细光纤700，通过偏振合光后可以一定程度消散斑。

作为优选，红色激光器231焊接于电路板上，形成单芯片红色激光器231组；绿色激光器232和蓝色激光器233为单芯片绿色激光器232组和蓝色激光器233组。本申请实施例中，通过将红色激光器231焊接于电路板上，可以使得红色激光器231阵列排布，能够较好的合光。

作为优选方案，单芯片红色激光器231组保护16颗单芯片红色激光器231，红色激光器231是2*2*4的排列方式，即两组2*4的排列方式，每个单芯片红色激光器231组含有两行，每行含有四个红色激光器231；单芯片绿色激光器232组包括8颗绿色激光器232，包含2*4颗绿色激光器232；单芯片蓝色激光器233组包括8颗蓝色激光器233，包含2*4颗蓝色激光器233。

在进行光纤偶合光源模组200光路时，激光器与滤光片260的位置及角度是否符合预设的最佳位置及角度，或激光器与波长合光元件、偏振合光元件、反射元件的位置及角度是否符合预设的最佳位置及角度，将会影响光纤偶合效率。由于光纤偶合时会有一些误差影响偶合效率，例如光纤700前汇聚透镜与光纤700入射口的位置误差，激光器的倾斜角，波长合光元件、偏振合光元件、反射元件的位置和角度误差。为了提高光纤偶合效率，本申请实施例的光源装置还包括调节机构(图未示)，调节机构可以用于调节波长合光元件、偏振合光元件、反射元件任意一种或几种的倾斜角度及高度，以使得进行光谱合光的光斑落在光纤700的接收端，进而提升偶合效率。本申请实施例中波长合光元件、偏振合光元件和/或反射元件均可以通过调节机构进行上下和/或偏转等调节，当光纤700出口光强最强时即为最佳位置。

对于本申请实施例的光源装置应用于单片式投影系统，光源模组200采用颗的蓝色激光器233组、颗的绿色激光器232组和颗单芯片红色激光器231。使用单芯片的红色激光器231，由于激光发光面积小，光纤偶合处的成像光斑较小，从而可以使用芯径更小的光纤700，成本更低。对于子阵列光源的第一驱动电路220，可以将两颗红色激光器231串联，其驱动电压与绿色激光器232、蓝色激光器233等同，从而使时分复用的电源驱动模块易于设计。

作为本申请实施例的一优选方案，如图4所示，光源模组200还包括散热系统240，子控制器210还可以单独控制散热系统240，以对三基色激光器进行散热，以使得三基色激光器均工作在稳定温度下，提高三基色激光器工作的稳定性。

具体地，本申请实施例的散热系统240主要包含红色激光器231的TEC241以及风扇242。本申请实施例散热系统240还包括散热管理模块243、电流管理模块245和NTC 244的热敏电阻，散热管理模块243通过NTC 244收集激光器的工况温度，然后通过调节风扇242速度和TEC 241的功率，将激光器的工况温度控制在一定范围内。

若为本申请的光源装置应用于三片式投影系统，三基色光需要同时出射，则电流管理模块245根据主控制器100发送的激光器的电流值，每帧图像更新电流值，并且驱动光源模组200中的每颗激光器，使之产生预期的照明光场亮度。若为单片式投影系统，三基色光需要时序出射，则电流管理模块245在三基色同步信号的控制下轮流点亮三基色激光器。

本申请实施例还包括一种投影系统，投影系统包括上述的光源装置，采用上述光源装置的投影系统，能够提高区域调光的背光光源的开发效率，可以用于工程投影机和电影反应机中，在投影显示时，根据画面各个区域的峰值亮度来动态控制光源模组200的发光强度，以实现高对比度显示，且易于扩展，使其适用于在相同分辨率的情况下，可以增加光源模组200的数量，扩展分区的数量，能有效的提高高动态范围投影的效果，实现更高的对比度和色彩还原。另一方面也可以因为分辨率的不同需要额外扩展分区数量，以达到相同的高动态范围投影效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种光源装置，包括：

至少一个光源模组，所述光源模组包括至少一个投影光源及对应的光纤，所述光纤通过耦合透镜与所述投影光源相耦合，所述投影光源发出的光经所述耦合透镜入射至所述光纤，并自所述光纤的光出射端出射；

光纤插口结构件，其上形成有阵列分布的光纤插接口，依据预定需求，所述至少一个光源模组的光出射端可与所述光纤插接口进行适配组装，以在所述光纤插口结构件的出光面形成具有特定光分布的阵列光；以及

光场整形模组，其与所述光纤插口结构件对应设置，以对自所述光纤插口结构件的出光面出射的所述阵列光进行整形，以形成投影光。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光纤插口结构件的出光面位于所述光场整形模组的焦平面处。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，进一步包括主控制器、控制总线以及空间光调制器，

所述主控制器通过所述控制总线分别与所述至少一个光源模组电信号连通，所述主控制器根据输入的视频信号生成空间光调制器控制信号以及与所述光源模组一一对应的光源模组控制信号，

所述主控制器通过所述控制总线将所述光源模组控制信号分发至对应的光源模组，以控制对应的光源模组产生预期的照明光场亮度，

所述空间光调制器控制信号用于控制所述空间光调制器以将所述投影光转换为图像光。

4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述光源模组还包括第一驱动电路和一子控制器，所述子控制器连接于所述控制总线与所述第一驱动电路之间，所述子控制器通过控制所述第一驱动电路驱动所述投影光源。

5.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述投影光源包括阵列排布的三基色激光器，所述三基色激光器发出的光经过合光单元合光后通过所述耦合透镜入射至所述光纤。

6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述合光单元包括波长合光元件、偏振合光元件以及反射元件中的至少一种，以用于对所述三基色激光器发出的光进行光谱合光和/或偏振合光。

7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述三基色激光器包括红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器，其中，所述红色激光器是所述绿色激光器或所述蓝色激光器数量的两倍，所述蓝色激光器的数量与所述绿色激光器的数量相等。

8.如权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述红色激光器焊接于电路板上，形成单芯片红色激光器组；所述绿色激光器和蓝色激光器为单芯片绿色激光器组和蓝色激光器组。

9.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述单芯片红色激光器组保护16颗单芯片红色激光器，所述单芯片绿色激光器组包括8颗绿色激光器，所述单芯片蓝色激光器组包括8颗蓝色激光器。

10.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于，包括调节机构，所述调节机构用于调节所述波长合光元件、偏振合光元件以及反射元件中任意一种或几种的倾斜角度及高度，以使得所述经过合光单元合光后的光斑落在所述光纤的接收端。

11.一种投影系统，其特征在于，所述投影系统包括权利要求1-10中任一项所述的光源装置。

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