CN115453809A - 一种光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于光学系统技术领域，具体提供了一种光源装置，包括光源和第一平板玻璃，光源至少能够发出彼此平行的第一光束和第二光束；第一平板玻璃的第一面能够对第一光束反射、对第二光束折射；第一平板玻璃的第二面能够对第二光束反射。本申请还提供了一种投影系统，包括上述光源装置，还包括沿着光束的传播方向依次设置的匀光装置、光调制装置和投影镜头。本申请提供的光源装置及投影系统，利用第一平板玻璃的第一面和第二面能够对不同颜色的光进行折射和反射，可以实现第一光束和第二光束位置调整，第一光束和第二光束经过第一平板玻璃射出时，能合成一道光束，提高了投影画面的色均匀性；本申请采用的元器件少，占用空间少，同时也节约了成本。

Description

一种光源装置及投影系统

技术领域

本申请属于光学系统技术领域，更具体地说，是涉及一种光源装置及投影系统。

背景技术

现有的三基色激光投影机，如图1所示，其中，三色激光光源10包含红、绿、蓝三色激光，三色激光集成在同一个基底上，垂直基底发出近似平行光，光源发出的激光入射到会聚透镜11上，会聚透镜11将三色激光会聚后经过散射装置12入射到匀光元件13中，其中散射装置可以是一个静态的散射片或者一个旋转的动态散射装置，动态的散射装置包含提供旋转的马达与旋转的散射片，三色激光通过散射装置12后，出射光线发生随机角度的改变，匀光元件13为一个矩形的光通道，会聚的三色激光通过在光通道的多次反射，在出口得到一个均匀的矩形分布，然后再进入光机系统14，经过光机系统14的调制后，进行投影显示。

请一并参阅图2和图3，三色激光光源10包含的红色激光21、绿色激光22和蓝色激光23分别分布在三个不同的位置，导致经过会聚透镜11在匀光元件13入口处会聚，再经过匀光元件13匀光后，得不到均匀的混合光。会聚光在匀光元件13入口处的光空间角度分布如图4所示。

根据矩形光通道匀光的原理，在匀光元件13出口的照度分布如图5所示，从图5中可以看出，由于不同颜色的激光集中分布于不同的位置，导致经过光通道后得不到均匀的光分布，当三色激光叠加后，就会造成投影画面的色均匀性差。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种光源装置及投影系统，以解决现有技术中存在的投影画面色均匀性差的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种光源装置，包括光源和第一平板玻璃，所述光源至少能够发出彼此平行的第一光束和第二光束；所述第一平板玻璃的第一面能够对所述第一光束反射、对所述第二光束折射；所述第一平板玻璃的第二面能够对所述第二光束反射。

可选地，所述第一光束和所述第二光束在到达所述第一平板玻璃位置处时，所述第一光束和所述第二光束有重叠，或者是所述第一光束的边缘和所述第二光束的边缘的间隔距离小于2mm。

可选地，所述第一平板玻璃的厚度，满足如下关系：

式中，D为所述第一光束的光束中心到所述第二光束的光束中心的距离，T为所述第一平板玻璃的厚度，θ₁为所述第二光束在所述第一平板玻璃的第一面的入射角，n为所述第一平板玻璃的折射率。

可选地，所述光源还能够发出第三光束，所述第三光束与所述第一光束平行。

可选地，所述光源装置还包括反射玻璃；所述反射玻璃与所述第一平板玻璃平行设置；所述反射玻璃朝向所述第一平板玻璃的第二面设置，所述第一平板玻璃的第一面和第二面能够对所述第三光束折射，所述反射玻璃能够对第三光束反射。

可选地，所述反射玻璃到所述第一平板玻璃的第二面的距离，满足如下关系：

式中，d为所述第一光束的光束中心到所述第三光束的光束中心的距离，T为所述第一平板玻璃的厚度，θ₂为所述第三光束在所述第一平板玻璃的第一面的入射角，n为所述第一平板玻璃的折射率，t为所述反射玻璃的反射面到所述第一平板玻璃的第二面的距离。

作为另一种可选方案，所述光源装置还包括第二平板玻璃，所述第二平板玻璃的第一面朝向所述第一平板玻璃的第一面设置，所述第一平板玻璃的第一面能够对所述第三光束反射，所述第二平板玻璃的第一面能够对所述第一光束和所述第二光束反射、对第三光束折射；所述第二平板玻璃的第二面能够对所述第三光束反射。

可选地，所述第一光束的波长、所述第二光束的波长和所述第三光束的波长三者都不相同。

本申请还提供了一种投影系统，包括上述的光源装置，所述投影系统还包括匀光装置、光调制装置和投影镜头；所述匀光装置、所述光调制装置和所述投影镜头沿着所述光源装置发出的光束的传播方向依次设置。

可选地，所述匀光装置包括光通道，所述光通道为长条状结构；所述投影系统还包括会聚透镜，会聚透镜设置在所述光源装置与所述匀光装置之间，所述会聚透镜将所述光源装置发出的光会聚到所述匀光装置中。

本申请提供的光源装置及投影系统的有益效果在于：与现有技术相比，本申请光源装置及投影系统，利用第一平板玻璃的第一面和第二面能够对不同颜色的光进行折射和反射，可以实现第一光束和第二光束位置调整，再选择合适的第一平板玻璃厚度，第一光束和第二光束经过第一平板玻璃射出时，能够合成光束中心接近重合的一道光束，提高了投影画面的色均匀性；本申请采用的元器件少(只增加了第一平板玻璃)，占用空间少，结构紧凑，同时也节约了成本。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中三基色激光投影机的结构示意图；

图2为现有技术中三色激光光源的结构示意图；

图3为现有技术中三色激光光源会聚结构示意图；

图4为现有技术中匀光元件入口处的光空间角度分布；

图5为现有技术中匀光元件出口处的照度分布；

图6为本申请实施例一提供的光源装置的结构示意图；

图7为本申请实施例一提供的光源装置的光路计算示意图；

图8为本申请实施例二提供的光源装置的结构示意图；

图9为本申请实施例二提供的光源装置的光路计算简化示意图；

图10为本申请实施例三提供的光源装置的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的投影系统的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10-三色激光光源；11-会聚透镜；12-散射装置；13-匀光元件；14-光机系统；21-红色激光；22-绿色激光；23-蓝色激光；

100-光源；101-第一光束；102-第二光束；103-第三光束；

200-第一平板玻璃；201-第一膜层；202-第二膜层；

300-反射玻璃；

400-第二平板玻璃；401-第三膜层；402-第四膜层；

500-匀光装置；

600-光调制装置；

700-投影镜头。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图6至图11，现对本申请实施例提供的光源装置进行说明。该光源装置，包括光源100和第一平板玻璃200，光源100至少能够发出平行的第一光束101和第二光束102；第一平板玻璃200的第一面能够对第一光束101反射、对第二光束102折射；第一平板玻璃200的第二面能够对第二光束102反射。

可以理解的是，第一平板玻璃200的第一面和第一平板玻璃200的第二面相互平行，第一平板玻璃200的第一面镀有第一膜层201，第一平板玻璃200的第二面镀有第二膜层202，第一膜层201和第二膜层202能够分别实现对不同颜色的光进行折射和反射。

本申请实施例提供的光源装置，与现有技术相比，本申请实施例光源装置，利用第一平板玻璃200的第一面和第二面能够对不同颜色的光进行折射和反射，可以实现第一光束101和第二光束102位置调整，再选择合适的第一平板玻璃200厚度，第一光束101和第二光束102经过第一平板玻璃200射出时，能够合成光束中心近似重合的一道光束，提高了投影画面的色均匀性；本申请采用的元器件少(只增加了第一平板玻璃200)，占用空间少，结构紧凑，同时也节约了成本。

在本申请的一个实施例中，第一光束101和第二光束102在到达第一平板玻璃200位置处时，第一光束101和第二光束102有重叠，或者是第一光束101的边缘和第二光束102的边缘的间隔距离小于2mm。

在本申请的一个实施例中，请参阅图6，第一平板玻璃200的厚度，满足如下关系：

公式(1)中，D为第一光束101的光束中心到第二光束102的光束中心的距离，T为第一平板玻璃200的厚度，θ₁为第二光束102在第一平板玻璃200的第一面的入射角，n为第一平板玻璃200的折射率。

具体地，当第二光束102以入射角θ₁入射至第一平板玻璃200时，发生折射，折射角为α₁，折射光线经过第一平板玻璃200的第二面反射至第一平板玻璃200的第一面，再折射出第一平板玻璃200，第二光束102入射与出射第一平板玻璃200第一面的点的距离为L₁。利用斯涅尔公式以及三角函数关系，可以得到以下公式：

sinθ₁＝n*sinα₁ (2)

L₁＝2T*tanα₁ (3)

D＝L₁*cosθ₁ (4)

联立公式(2)-(4)，则可以到公式(1)。

在本申请的一个实施例中，请一并参阅图8和图10，光源100还能够发出第三光束103，第三光束103与第一光束101平行。可以理解的是，第三光束103同时也与第二光束102平行。

在本申请的一个实施例中，请一并参阅图8至图9，光源装置还包括反射玻璃300；反射玻璃300与第一平板玻璃200平行设置。

在本申请的一个实施例中，请一并参阅图8至图9，反射玻璃300的反射面朝向第一平板玻璃200的第二面设置，反射玻璃300的反射面能够对第三光束103反射；经反射的第三光束103能够在第一平板玻璃200的第一面和第二面折射。

在本申请的一个实施例中，为了便于计算，将图8的光路进行了简化，得到了图9，图9中省略了第二光束102，反射玻璃300到第一平板玻璃200的第二面的距离，满足如下关系：

式(5)中，d为第一光束101的光束中心到第三光束103的光束中心的距离，T为第一平板玻璃200的厚度，θ₂为第三光束103在第一平板玻璃200的第一面的入射角，n为第一平板玻璃200的折射率，t为反射玻璃300的反射面到第一平板玻璃200的第二面的距离。

具体地，当第三光束103以入射角θ₂入射至第一平板玻璃200时，发生折射，折射角为α₂，折射光线经过第一平板玻璃200的第二面射出后，经过反射玻璃300反射，再次折射进入第一平板玻璃200，最后从第一平板玻璃200的第一面射出，第三光束103入射与出射第一平板玻璃200第一面的点的距离为L₂。利用斯涅尔公式以及三角函数关系，可以得到以下公式：

sinθ₂＝n*sinα₂ (6)

L₂＝2T*tanα₂+2t*tanθ₂ (7)

d＝L₂*cosθ₂ (8)

联立公式(6)-(8)，则可以到公式(5)。

由于第三光束103与第一光束101平行，所以可以得到：

θ₂＝θ₁ (9)

在本申请另的一个实施例中，请参阅图10，光源装置还包括第二平板玻璃400，第二平板玻璃400的第一面朝向第一平板玻璃200的第一面设置，第一平板玻璃200的第一面能够对第三光束103反射，第二平板玻璃400的第一面能够对第一光束101和第二光束102反射、对第三光束103折射；第二平板玻璃400的第二面能够对第三光束103反射。在第二平板玻璃400的第一面镀有第三膜层401，在第二平板玻璃400的第二面的镀有第四膜层402，第三膜层401和第四膜层402能够分别实现对于不同颜色的光进行折射和反射。

在图10所示的实施例中，第二平板玻璃400取代了反射玻璃300，第一光束101和第二光束102先经过第一平板玻璃200合成一道光束，然后再与第三光束103经过第二平板玻璃400，最终实现将第一光束101、第二光束102、第三光束103合成光束中心接近重合的一道光束。

在本申请的一个实施例中，第一光束101、第二光束102和第三光束103三者的波长都不相同，或者是波长的分布不重叠，从而能够形成三种不同颜色的激光光束，例如：第一光束101为红色激光光束，第二光束102为绿色激光光束，第三光束103为蓝色激光光束。

本申请还提供了一种投影系统，请参阅图11，投影系统包括上述的光源装置，投影系统还包括匀光装置500、光调制装置600和投影镜头700；匀光装置500、光调制装置600和投影镜头700沿着光源装置发出的光束的传播方向依次设置。具体地，光调制装置600可以采用光调制器。

本申请实施例提供的投影系统，与现有技术相比，本申请实施例的投影系统，采用了包含第一平板玻璃200的光源装置，能够对光源100发出的多种颜色的光束进行合光处理(即将光源发出的多道平行的光束合成光束中心接近重合的一道光束)，合光后的光束经过匀光装置500的匀光处理以及光调制装置600的调制处理，能够得到均匀的光分布，提高了投影画面的色均匀性。

在本申请的一个实施例中，匀光装置500包括光通道，光通道呈长条状。沿着光通道的长度方向，激光光束能够在光通道内经过多次反射，最终光通道的出口端均匀射出，达到均匀显示的目的。

在本申请的一个实施例中，投影系统还包括会聚透镜(未图示)，会聚透镜设置在光源装置与匀光装置500之间，会聚透镜将光源装置发出的光会聚到匀光装置500中。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

光源，所述光源至少能够发出彼此平行的第一光束和第二光束；以及

第一平板玻璃，所述第一平板玻璃的第一面能够对所述第一光束反射、对所述第二光束折射；所述第一平板玻璃的第二面能够对所述第二光束反射。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束在到达所述第一平板玻璃位置处时，所述第一光束和所述第二光束有重叠，或者是所述第一光束的边缘和所述第二光束的边缘的间隔距离小于2mm。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一平板玻璃的厚度，满足如下关系：

式中，D为所述第一光束的光束中心到所述第二光束的光束中心的距离，T为所述第一平板玻璃的厚度，θ₁为所述第二光束在所述第一平板玻璃的第一面的入射角，n为所述第一平板玻璃的折射率。

4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述光源还能够发出第三光束，所述第三光束与所述第一光束平行。

5.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括反射玻璃；所述反射玻璃与所述第一平板玻璃平行设置；所述反射玻璃朝向所述第一平板玻璃的第二面设置，所述第一平板玻璃的第一面和第二面能够对所述第三光束折射，所述反射玻璃能够对第三光束反射。

6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述反射玻璃到所述第一平板玻璃的第二面的距离，满足如下关系：

式中，d为所述第一光束的光束中心到所述第三光束的光束中心的距离，T为所述第一平板玻璃的厚度，θ₂为所述第三光束在所述第一平板玻璃的第一面的入射角，n为所述第一平板玻璃的折射率，t为所述反射玻璃的反射面到所述第一平板玻璃的第二面的距离。

7.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括第二平板玻璃，所述第二平板玻璃的第一面朝向所述第一平板玻璃的第一面设置，所述第一平板玻璃的第一面能够对所述第三光束反射，所述第二平板玻璃的第一面能够对所述第一光束和所述第二光束反射、对第三光束折射；所述第二平板玻璃的第二面能够对所述第三光束反射。

8.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述第一光束的波长、所述第二光束的波长和所述第三光束的波长三者都不相同。

9.一种投影系统，包括如权利要求1-8任意一项所述光源装置，其特征在于，所述投影系统还包括匀光装置、光调制装置和投影镜头；所述匀光装置、所述光调制装置和所述投影镜头沿着所述光源装置发出的光束的传播方向依次设置。

10.如权利要求9所述的投影系统，其特征在于，所述匀光装置包括光通道，所述光通道为长条状结构；所述投影系统还包括会聚透镜，会聚透镜设置在所述光源装置与所述匀光装置之间，所述会聚透镜将所述光源装置发出的光会聚到所述匀光装置中。

Images