CN116430600A - 一种合光系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及显示技术领域，公开了一种合光系统及投影设备；在合光系统中，在第一光光斑的光轴与聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离的情况下，来使光源产生的第一光经光引导元件或避开光引导元件直接射入聚焦透镜组，经聚焦透镜组聚焦后射入波长转换区，激发出射第二光；第一距离考虑了聚焦透镜组的各种参数和第一光射入波长转换区的角度，因此可以提高第一光的光利用率，减少第二光在光引导元件上的损失，从而可以提高投影设备亮度。

Description

一种合光系统及投影设备

技术领域

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种合光系统及投影设备。

背景技术

在投影显示产品中，合光系统是非常重要的部件，它的功能在于将不同颜色、不同角度分布、不同亮度和不同形状的光线，转换成照射到显示芯片有效区域的均匀光斑。

在投影显示领域，传统的灯泡由于其自身的缺陷已越来越不被采用，而LED、荧光粉和激光等新型光源在亮度、色彩、寿命、能耗等方面表现出优异的特性，逐渐成为投影显示用光源的主流。激光器作为光源具有高亮度高光效的优点，常用蓝激光激发荧光来作为光源。但在现有系统中，因分光元件需要镀有透射蓝光反射荧光的膜层，同时分光片厚度一般0.5mm~1.1mm，对蓝光具有吸收作用，最终镀膜和吸收导致蓝激光的亮度损失2%~5%，导致投影光机光源亮度损失，光利用率下降。同时，常规系统中蓝激光的聚焦光斑一般为圆形，而投影系统中的空间光调制器一般为长方形，比如16:9的长宽比例，根据光学拓展量的匹配而言激光聚焦光斑为椭圆形，将会大幅提升系统效率。

发明内容

在本申请提供一种合光系统，可以用于投影设备，可以提高光的利用率，从而可以提高投影设备的亮度。

第一方面，本申请提供一种合光系统，合光系统包括光源、第一聚焦透镜组、波长转换装置和导光组件，导光组件中包括光引导元件，波长转换装置包括波长转换区；

光源产生的第一光，经光引导元件射入第一聚焦透镜组，或光源产生的第一光射入第一聚焦透镜组；

当第一光经第一聚焦透镜组聚焦后射入波长转换区，波长转换区被第一光激发出射第二光，第二光射入第一聚焦透镜组，经第一聚焦透镜组射入导光组件；

其中，第一聚焦透镜组射出的第二光的光斑为椭圆形；从光源射向第一聚焦透镜组的第一光的光轴与第一聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离，第一聚焦透镜组中包括第一透镜和第二透镜，第一距离满足下式：

其中，n₁表示第一透镜的折射率，r₁₁表示第一透镜第一面的曲率半径，r₁₂表示第一透镜第二面的曲率半径，d₁表示第一透镜的中心厚度；n₂表示第二透镜的折射率，r₂₁表示第二透镜第一面的曲率半径，r₂₂表示第二透镜的第二面的曲率半径，d₂表示第二透镜的中心厚度；D表示第一透镜与第二透镜之间的距离。

在一些实施例中，第一透镜为非球面镜，第一透镜的第一面的曲率半径范围在-30mm~30 mm内，曲面系数范围在-20~20内，第一透镜的第二面的曲率半径在-30 mm ~30 mm内，曲面系数范围在-10~10内；第二透镜为球面镜，第二透镜的第一面的曲率半径范围在10mm ~20 mm内，第二透镜的第二面的曲率半径大于等于100 mm。

在一些实施例中，波长转换装置中包括反射区，合光系统中还包括滤光元件和匀光元件；

当第一光经第一聚焦透镜组聚焦后射入反射区，反射区反射第一光并经第一聚焦透镜组射入导光组件；

入射至导光组件的第一光或第二光经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。

在一些实施例中，导光组件中包括可调元件、分光合光元件；

其中，第一光的光斑以及第二光的光斑对称的射向匀光元件，且第二光和/或第一光的光斑的长轴和短轴与匀光元件的光入射面的长边和短边分别对应；和/或，可调元件与光引导元件或分光合光元件之间相距的距离为第三距离。

在一些实施例中，导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组，光引导元件反射第一光和第二光，分光合光元件透射第一光反射第二光；

第二光经第一聚焦透镜组射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第二聚焦透镜组射入分光合光元件，经分光合光元件反射至第三聚焦透镜组，经第三聚焦透镜组射入滤光元件；反射区反射的第一光射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第二聚焦透镜组和分光合光元件射入可调元件，经可调元件反射后透过分光合光元件入射至第三聚焦透镜组，经第三聚焦透镜组射入滤光元件。

在一些实施例中，导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组；光引导元件反射第一光和第二光，可调元件透射第二光反射第一光；

反射区反射的第一光射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第二聚焦透镜组射入可调元件，经可调元件反射至第三聚焦透镜组，经第三聚焦透镜组射入滤光元件；第二光经第一聚焦透镜组射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第二聚焦透镜组和可调元件射入分光合光元件，经分光合光元件反射至第三聚焦透镜组，经第三聚焦透镜组射入滤光元件。

在一些实施例中，导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组；光引导元件透射第一光反射第二光；

反射区反射的第一光射入光引导元件，透过光引导元件后射入可调元件，经可调元件反射回光引导元件，透过光引导元件和第二聚焦透镜组射入分光合光元件，经分光合光元件和第三聚焦透镜组射入滤光元件；第二光经第一聚焦透镜组射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第二聚焦透镜组射入分光合光元件，经分光合光元件和第三聚焦透镜组射入滤光元件。

在一些实施例中，导光组件中包括第三聚焦透镜组，光引导元件反射第一光和第二光；

反射区反射的第一光射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第三聚焦透镜组射入滤光元件；第二光经第一聚焦透镜组射入光引导元件，经光引导元件反射后，透过第三聚焦透镜组射入滤光元件。

在一些实施例中，合光系统还包括补充光源组件，导光组件中包括分光合光元件，分光合光元件中包括补充透光区；分光合光元件反射第一光透射补充光源组件产生的补充光，补充透光区透射补充光源组件产生的补充光；

其中，补充透光区为通孔、扩散区域、增透区域、偏振分光区域、二向色区域中的任一项。

在一些实施例中，合光系统还包括补充光源组件，导光组件中包括分光合光元件和可调元件，分光合光元件反射第二光透射第一光和补充光源组件产生的补充光，可调元件反射第一光透射补充光源组件产生的补充光。

在一些实施例中，合光系统还包括补充光源组件，波长转换装置包括透射区，合光系统还包括滤光元件和匀光元件；

补充光源组件产生的补充光经波长转换装置的透射区射入第一聚焦透镜组，经第一聚焦透镜组射入导光组件，经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。

在一些实施例中，合光系统还包括补充光源组件，补充光源组件产生的补充光经光引导元件射入导光组件，经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。

在一些实施例中，光源与光引导元件之间还设置有缩束透镜组，光源产生的第一光经缩束透镜组进行缩束后射入光引导元件；

和/或，光源与光引导元件之间还设置有扩散元件，光源产生的第一光或缩束后的第一光经扩散元件进行扩散匀化后射入光引导元件；其中扩散元件的扩散角度为第一角度；

和/或，光引导元件的面向光源侧设置有光阑，光源产生的第一光或缩束后的第一光或扩散匀化后的第一光经光阑射入光引导元件。

在一些实施例中，光引导元件中包括目标透光区，光源产生的第一光从目标透光区透射至第一聚焦透镜组；其中，目标透光区的目标边长度是根据光引导元件的的长边长度、第一距离和第一光的光斑的长轴长度确定的。

第二方面，本申请提供一种投影设备，包括第一方面及第一方面可能的实现方式中任一项所述的合光系统。

本申请提供的合光系统中，在第一光光斑的光轴与聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离的情况下，来使光源产生的第一光经光引导元件或避开光引导元件直接射入聚焦透镜组，经聚焦透镜组聚焦后射入波长转换区，激发出射第二光；第一距离考虑了聚焦透镜组的各种参数和第一光射入波长转换区的角度，因此可以提高第一光的光利用率，减少第二光在光引导元件上的损失；并且还可以在光源射入波长转换区之前设置扩散元件，可以使在波长转换区上的光线能量密度降低，提升波长转换材料的激发效率；光引导元件上可以是通孔，第一光通过通孔射入聚焦透镜组，可减少第一光的穿透时损失；同时，通过在光源射入光引导元件之前设置缩束透镜组，可以使通孔的面积较小，从而该通孔与第二光的光斑重叠面积较小，第二光的损失较少；由上本实施例的合光系统的技术效果是可以提高光的利用率，从而可以提高投影设备的亮度。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。其中：

图1为本申请的一实施例中的合光系统的结构示意图；

图2中的（1）为本申请的一实施例中的光引导元件中各区域的示意图；

图2中的（2）为本申请的一实施例中的第二光在光引导元件上光斑与目标透光区的示意图；

图3为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图4为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图5为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图6为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图7为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图8为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图9为本申请的另一实施例中的合光系统的结构示意图；

图10为本申请的一实施例中的投影设备的结构示意图。

01-光源，02-光引导元件，03-第一聚焦透镜组，04-波长转换装置，05-缩束透镜组，06-扩散元件，07-可调元件，08-第二聚焦透镜组，09-分光合光元件，10-第三聚焦透镜组，11-滤光元件，12-匀光元件，131-补充光源一，132-补充光源二，134-聚焦准直透镜组，101-图像处理器，102-投影光机，103-中央控制器，104-存储器，105-输入模块，106-通信模块，107-电源。

具体实施方式

在为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，而不是全部的实施例。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。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劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整技术方案。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请实施例中，“可选地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“在一些实施例中”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而是仅用于区分描述。 “包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下面提供详细的描述，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

本实施例提供一种合光系统，合光系统包括光源、第一聚焦透镜组、波长转换装置和导光组件，导光组件中包括光引导元件，波长转换装置包括波长转换区；

光源产生的第一光，经光引导元件射入第一聚焦透镜组，或光源产生的第一光射入第一聚焦透镜组；

当第一光经第一聚焦透镜组聚焦后射入波长转换区，波长转换区被第一光激发出射第二光，第二光射入第一聚焦透镜组，经第一聚焦透镜组射入导光组件；

其中，第一聚焦透镜组射出的第二光的光斑为椭圆形；从光源射向第一聚焦透镜组的第一光的光轴与第一聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离，第一聚焦透镜组中包括第一透镜和第二透镜，第一距离满足下式：

其中，n₁表示第一透镜的折射率，r₁₁表示第一透镜第一面的曲率半径，r₁₂表示第一透镜第二面的曲率半径，d₁表示第一透镜的中心厚度；n₂表示第二透镜的折射率，r₂₁表示第二透镜第一面的曲率半径，r₂₂表示第二透镜的第二面的曲率半径，d₂表示第二透镜的中心厚度；D表示第一透镜与第二透镜之间的距离。例如第一距离的取值可以在2mm~12mm范围内。可选地，第一光与波长转换装置的法线的夹角范围为25度~75度。通过合适的入射到波长转换装置的角度，经反射区反射的第一光在经第一聚焦透镜组、导光组件等后射向匀光元件时，光斑射入匀光元件时是对称射入的，可以提高光的利用率；并且合适的离轴距离可以减小第二光的损失。

光源01和第一光不做限制，可以是LED光源或激光LD光源以及其他新型光源，或者LED光源和激光LD光源的混合光源；光源01中发光芯片的数量不做限制，可以是单个发光芯片也可以是发光芯片阵列。例如光源01可以是产生蓝激光的LD光源等，第一光可以是蓝激光、UV光等。

波长转换区中具有波长转换材料，该波长转换材料可以是荧光体或荧光粉，例如可以具有被激发射出黄色光的黄荧光体，如作为活化剂而含有铈(Ce)的钇铝石榴石(YAG)系荧光体，也可以是绿荧光粉、红荧光粉、青荧光粉等。波长转换区中可以包括至少一个子区，每个子区对应一种波长转换材料，可以产生至少一种波段与第一光的波段不同的色光，即第二光中包括至少一种波段与第一光的波段不同的色光，例如第二光可以是红光、绿光、黄光、蓝光中的至少一种。

反射区具有反射所有光线的特性，例如可以是反射镜、磨光的金属层或者金属板、基板镀反射膜、具有漫反射的粒子、微结构反射层中的任一项。可选地，反射区的反射面和波长转换区大致处于同一平面上。

在一些实施例中，第一透镜为非球面镜，第一透镜的第一面的曲率半径范围在-30mm~30 mm内，曲面系数范围在-20~20内，第一透镜的第二面的曲率半径在-30 mm ~30 mm内，曲面系数范围在-10~10内；第二透镜为球面镜，第二透镜的第一面的曲率半径范围在10mm ~20 mm内，第二透镜的第二面的曲率半径大于等于100 mm。如图1中所示可以C1为第一透镜C2为第二透镜，或者C2为第一透镜C1为第二透镜。通过合理设置聚焦透镜组的曲率参数（曲率半径和曲面系数等），可以使得产生的第二光的光斑为椭圆形，更匹配后续匀光元件的形状，可以提高光的利用率。

可选地，第一聚焦透镜组03中最靠近波长转换装置04的透镜与波长转换装置04之间相距的距离为第二距离；第二距离不做限制，可以根据实际应用情况自定义设置；例如第二距离的取值可以在0.5mm~1.5mm范围内，如图1所示即透镜C1的表面与波长转换装置04的面向透镜C1侧的表面之间的距离在0.5mm~1.5mm内。

在一些实施例中，光引导元件02中包括目标透光区，光源01产生的第一光从目标透光区透射至第一聚焦透镜组03。

可选地，目标透光区与第二光在光引导元件上形成的光斑区域之间的重叠面积小于等于预设比例的目标透光区的面积。预设比例不做限制，可以根据实际应用情况自定义设置，例如比例在0~10%内。目标透光区的形状可以不做限制，可以是矩形、圆形、椭圆形等。

可选地，目标透光区的目标边长度是根据光引导元件的长边长度、第一距离和第一光的光斑的长轴长度确定的。其中，目标边可以是与第二光的长轴或光引导元件的长边平行的边。

可选地，目标透光区的目标边长度满足下式：

其中，D₁表示经光引导元件的长边长度，L₁表示第一距离，D₂表示从光源射向光引导元件的第一光的光斑的长轴长度，θ表示光引导元件与第一聚焦透镜组的光轴之间形成的夹角。

可选地，

，L₂可以为图10所示的投影光机中空间光调制器的长轴长度，D₃表示第一聚焦透镜组出射的受激发光的光斑的长轴长度，α是第二光射入光引导元件之前的光斑的发散角，β是照明F数对应的角度（射入空间光调制器的光线的角度）。

例如，目标透光区的大小可以在11 mm *15mm~ 9.4 mm *4.5mm范围内，即目标边的长度在9.4mm~ 15mm范围内。

可选地，目标透光区可以是通孔、扩散区域、增透区域、偏振分光区域、二向色区域中的任一项；扩散区域可以是扩散片，增透区域可以是透光基板镀增透膜，偏振分光区域可以是透光基板镀偏振分光膜（如反射或透射S光，透射或反射P光）或偏振分光片；二向色区域也可以是透光基板镀二向色膜，该二向色膜透射第一光反射第二光，例如该二向色膜透射蓝光反射红绿光，可以反射波段至少包括500nm~680nm，透射波段至少包括440nm~470nm。如图2中的（2）所示，E表示第二光在光引导元件上形成的光斑区域，D表示目标透光区。可选地，目标透光区可以位于光引导元件的任一端。目标透光区为通孔，可以使第一光在透过光引导元件时无损失或损失较少。

可选地，反射区反射后的第一光的光斑大小大于等于第一光在透过目标透光区时的光斑大小；即第一光在透过目标透光区时光斑大小尽可能的小，可以减小目标透光区的大小，从而进一步减小第二光在光引导元件上的损失。

可选地，光源01产生的第一光也可以避开光引导元件02，从光引导元件02的侧边直接射入第一聚焦透镜组，可以减少第一光在光引导元件上的损失。可选地，光引导元件02也可以是一端为L型的元件，第一光从L型端射入第一聚焦透镜组。

可选地，光引导元件02与波长转换装置04之间的夹角为第二角度；第二角度可以根据实际应用情况自定义设置，例如第二角度的取值可以在30度~45度内。例如光引导元件相对水平线为45度设置，则设置波长转换装置相对水平线的倾斜角度范围在0度~15度之间，从而使光引导元件02与波长转换装置04之间的夹角为30度~45度内。

在一些实施例中，如图1所示，光源01与光引导元件02之间还设置有缩束透镜组05，光源01产生的第一光经缩束透镜组05进行缩束后射入光引导元件02。通过缩束透镜组使射入光引导元件的光斑的大小尽可能小，从而可以减小射入光引导元件的第二光在目标透光区处的损失，提高光的利用率。可选地，缩束透镜组中也可以包括准直透镜，或者缩束透镜组可以替换为准直透镜；或者也可以是扩束透镜组。需要说明的是，本申请的附图中的不同的虚线或实线是示例性的表示第一光或第二光或补充光的光路。

在一些实施例中，如图1所示，光源与光引导元件之间还设置有扩散元件06，光源产生的第一光或缩束后的第一光经扩散元件06进行扩散匀化后射入光引导元件；其中扩散元件的扩散角度为第一角度，扩散角度可以是指扩散半角或扩散全角；第一角度可以根据实际应用情况自定义设置，例如，扩散全角的取值可以是3度~6度。可选地，扩散元件与光引导元件之间的距离小于目标距离，目标距离可以根据实际应用情况自定义设置，即扩散元件与光引导元件之间的距离尽可能的短。扩散后的第一光射入波长转换区，降低射在波长转换区上的能量密度，可以提高波长转换区的激发效率；例如使能量密度小于等于150W/mm2。可选地，扩散元件与缩束透镜组的位置也可以调换，即第一光先经过扩散元件，再经缩束透镜组。可选地，缩束透镜组也替换为扩束透镜组，通过扩束透镜组扩束和扩散元件扩散后再经光阑射入光引向元件。

在一些实施例中，光引导元件02的面向光源侧设置有光阑，光源产生的第一光或扩散匀化后的第一光或缩束后的第一光经光阑射入光引导元件。光阑可以使第一光的光线不射入目标透光区以外的区域，减少了第一光的损耗，可以有效提升光的利用率；且通过第一聚焦镜组射到波长转换区，能量密度较低，可以提高波长转换区的激发效率。

可选地，经第一聚焦透镜组射出的第二光为椭圆形光斑，是由第一聚焦透镜组的曲率参数、第一光的光斑大小、离轴程度（第一光的光轴与第一聚焦透镜组的光轴之间的第一距离）、扩散元件的扩散角度等因素确定的。

在一些实施例中，波长转换装置中包括反射区，合光系统中还包括滤光元件11和匀光元件12；当第一光经第一聚焦透镜组聚焦后射入反射区，反射区反射第一光并经第一聚焦透镜组射入导光组件；入射至导光组件的第一光或第二光经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。

滤光元件可以是滤光轮，包括多个滤光区，分别对第一光、第二光和补充光进行滤光；例如滤光元件包括对蓝光、红光、绿光进行滤光的滤光区。滤光元件可以一面镀二向色膜，一面为扩散片；或者为双层结构，一层为扩散片，一层为滤光片。滤光元件11与波长转换装置04可以共用一个驱动装置驱动，也可以采用不同的驱动装置驱动。匀光元件可以是复眼或光棒等。

在一些实施例中，导光组件中包括可调元件07、分光合光元件09；其中，第一光的光斑以及第二光的光斑均是对称的射向匀光元件，且第二光和/或第一光的光斑的长轴和短轴与匀光元件的光入射面的长边和短边分别对应；如射向匀光元件时，第一光的光斑和第二光的光斑的光轴与匀光元件的光入射面的中心轴重合，即光斑的中心离匀光元件长轴的任一端的距离相等，离短轴的任一端的距离也相等，第一光和第二光共轴或近轴的射入匀光元件。例如，匀光元件为光棒时，第二光和/或第一光的光斑的长轴和短轴与光棒的长边和短边对应；或者，匀光元件为复眼时，第二光和/或第一光的光斑的长轴和短轴与复眼的每个小单元格的长边和短边对应。由此，可以使得光斑的形状为椭圆形，更匹配匀光元件的形状，且对称的入射到匀光元件；从而更匹配投影光机中的空间光调制器，可以使光的利用率较高。

可选地，可调元件与光引导元件或分光合光元件之间相距的距离为第三距离；第三距离可根据实际应用情况自定义设置，例如，第三距离的取值在3mm~10mm范围内。可选地，可调元件和/或分光合光元件与水平线的夹角可以在40度-50度之间，或者可调元件与从光引导元件射来的第一光的光轴之间的夹角在40度-50度之间，可调元件与光引导元件或分光合光元件之间的角度和位置影响第一光和第二光是否能共轴或近轴的射入匀光元件。

在一些实施例中，如图1所示，导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组08、分光合光元件09和第三聚焦透镜组10，滤光元件11与波长转换装置04共用一个驱动装置。光引导元件02反射第一光和第二光；可调元件07反射第一光，可调元件07可以是反射镜或反射式扩散片；分光合光元件09透射第一光反射第二光。例如，光引导元件02反射蓝光、红光和绿光，光引导元件02可以是具有目标透光区的反射镜或反射式扩散片；分光合光元件09反射红绿光透射蓝光；透射波段范围至少为450nm~470nm反射波段至少为510nm~680nm；可调元件07反射蓝光。可选地，可调元件与分光合光元件之间相距的距离为第三距离。

第二光经第一聚焦透镜组03射入所述光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第二聚焦透镜组08射入分光合光元件09，经分光合光元件09反射至第三聚焦透镜组10，经第三聚焦透镜组10射入滤光元件11；反射区反射的第一光射入光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第二聚焦透镜组08和分光合光元件09射入可调元件07，经可调元件07反射后透过分光合光元件09入射至第三聚焦透镜组10，经第三聚焦透镜组10射入滤光元件11。

在一些实施例中，如图3所示，导光组件包括第二聚焦透镜组08、分光合光元件09和第三聚焦透镜组10，滤光元件11与波长转换装置04共用一个驱动装置；光引导元件02透射第一光反射第二光；例如，光引导元件透射蓝光反射红绿光，可以反射波段至少包含500nm~680nm，透射波段至少包含440nm~470nm。第二聚焦透镜组和第三聚焦透镜组中的透镜的数量、曲率半径、曲率系数等可以根据实际应用情况自定义设置，例如可以都为球面镜。可调元件07可以是反射镜或反射式扩散片；分光合光元件09反射第一光和第二光。

反射区反射的第一光射入光引导元件02，透过光引导元件02后射入可调元件07，经可调元件07反射回光引导元件02，透过光引导元件02和第二聚焦透镜组08射入分光合光元件09，经分光合光元件09和第三聚焦透镜组10射入滤光元件11；第二光经所述第一聚焦透镜组03射入所述光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第二聚焦透镜组08射入分光合光元件09，经分光合光元件09和第三聚焦透镜组10射入滤光元件11。

可选地，光引导元件02中包括区域A、区域B、区域C和目标透光区D。区域A和区域B透射第一光反射第二光；区域C为反射镜或镀反射膜，可以增强对第二光的反射，减少光的损耗；目标透光区D参照上述，这里不再赘述。例如，如图2中的（1）所示，第一光可以从区域A透射至可调元件07，从可调元件07反射回光引导元件02的第一光从区域B透射至第二聚焦透镜组08。

在一些实施例中，如图4所示，导光组件包括第二聚焦透镜组08、分光合光元件09和第三聚焦透镜组10，滤光元件11与波长转换装置04共用一个驱动装置；光引导元件02反射第一光和第二光，可调元件07透射第二光反射第一光；例如，光引导元件02反射蓝光、红光和绿光；可调元件透射红绿光反射蓝光，反射波段范围至少为450nm~470nm透射波段至少为510nm~680nm。光引导元件02可以是具有目标透光区的反射镜或反射式扩散片。可选地，可调元件与分光合光元件之间相距的距离为第三距离。

反射区反射的第一光射入光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第二聚焦透镜组08射入可调元件07，经可调元件07反射至第三聚焦透镜组10，经第三聚焦透镜组10射入滤光元件11；第二光经第一聚焦透镜组03射入光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第二聚焦透镜组08和可调元件07射入分光合光元件09，经分光合光元件09反射至第三聚焦透镜组10，经第三聚焦透镜组10射入滤光元件11。

在一些实施例中，如图5所示，导光组件中包括第三聚焦透镜组10，光引导元件02反射第一光和第二光；反射区反射的第一光射入光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第三聚焦透镜组10射入滤光元件11；第二光经第一聚焦透镜组03射入光引导元件02，经光引导元件02反射后，透过第三聚焦透镜组10射入滤光元件11。此时，匀光元件可以是复眼。

可选地，可调元件07、光引导元件02、分光合光元件09中的一个或多个元件可以是具有一定曲率的元件，通过设置该曲率使射入匀光元件的第一光和第二光共轴；此时，可以不设置第二聚焦透镜组和/或第三聚焦透镜组。例如，图3所示的可调元件07为具有一定曲率的反射镜，则可以不设置第二聚焦透镜组和/或第三聚焦透镜组，可调元件07反射的第一光与光引导元件02反射的第二光则可以共轴，最终射入匀光元件。

在一些实施例中，合光系统还包括补充光源组件，补充光源组件产生的补充光可以经过光引导元件射入导光组件，经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射；可以增加合光系统的色域和亮度。可选地，补充光可以经光引导元件的目标透光区射入导光组件，或者，光引导组件具有透射补充光的特性。

其中，补充光源组件中可以包括至少一个补充光源（如补充光源一、补充光源二等），该补充光源可以是LED光源或LD光源，每个光源中可以是单个发光芯片也可以是发光芯片阵列；补充光中包括至少一种波段的补充光。补充光的偏振态不做限制，可以是P态或S态，或P态和S态。可选地，补充光源组件中包括产生红光、绿光和蓝光中至少一种的LD光源或LED光源，补充光为红激光、绿激光和蓝激光或LED光、绿LED光和蓝LED光中的至少一种；例如，补充光源组件中包括一个产生红激光的LD光源，补充光为红激光。可选地，补充光源组件中包括LED光源和LD光源的混合光源；补充光为红激光、绿激光和蓝激光以及LED光、绿LED光和蓝LED光中的至少两种。可选地，补充光源组件中还可以适应性的设置聚焦准直透镜组。

在一些实施例中，波长转换装置包括透射区，补充光源组件产生的补充光经波长转换装置的透射区射入第一聚焦透镜组，经第一聚焦透镜组射入导光组件，经导光组件射入滤光元件，经滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。其中，该透射区可以是通孔、透光基板（如白玻璃）、扩散区域、增透区域中的任一项；扩散区域可以是扩散片，增透区域可以是透光基板镀增透膜。可选地，补充光源组件产生的补充光也可以经波长转换装置的一端的侧边合入合光系统的光路中，不经过波长转换装置。

在一些实施例中，如图6所示，补充光源组件包括补充光源一131和补充光源二132；补充光源一131产生的补充光，可以通过波长转换装置04的透射区射入第一聚焦透镜组03；经第一聚焦透镜组03和可调元件07后射入光引导元件02，经光引导元件02反射后射入第三聚焦透镜组10；补充光源二132产生的补充光可以透射光引导元件02，射入第三聚焦透镜组10；射入第三聚焦透镜组10的补充光，透过第三聚焦透镜组10射入滤光元件11，经滤光元件11进行滤光后射入匀光元件12，经匀光元件12进行匀光后出射。例如，补充光源一131为红激光源，补充光源二132为红LED光源；红激光和红LED光可以波段范围不同，光引导元件02可以通过波长进行合光；或者光引导元件02包括目标区域，该目标区域反射红激光。此时，波长转换元件中可以仅包括产生绿光的波长转换区。

在一些实施例中，合光系统中包括分光合光元件，分光合光元件反射第一光和第二光透射补充光源组件产生的补充光；或者分光合光元件反射第二光透射第一光和补充光源组件产生的补充光；可调元件反射第一光透射补充光源组件产生的补充光。可选地，分光合光元件可以设置在滤光元件与光引导元件之间。补充光经分光合光元件和第三聚焦透镜组射入滤光元件，经所述滤光元件进行滤光后射入匀光元件，经匀光元件进行匀光后出射。

可选地，分光合光元件可以具有二向色特性，如镀二向色膜，使分光合光元件反射第一光和第二光透射补充光源组件产生的补充光。例如，波长转换区被激发产生的绿光，补充光源组件产生的补充光为红激光，则分光合光元件反射蓝光和绿光和/或红光（荧光）透射红激光，反射波段至少包含420nm~620nm，透射波段至少包含635nm~680nm。

可选地，分光合光元件中包括补充透光区，补充透光区透射补充光源组件产生的补充光；其中，补充透光区可以是通孔、扩散区域、增透区域、偏振分光区域、二向色区域中的任一项；扩散区域可以是扩散片，增透区域可以是透光基板镀增透膜，偏振分光区域可以透光基板镀偏振分光膜（如反射或透射S光，透射或反射P光）；补充透光区也可以透光基板镀二向色膜，该二向色膜反射第一光和第二光透射补充光。例如，如图7所示，假设波长转换区被激发产生的绿光和红光，补充光源一131产生的补充光为红激光；则分光合光元件反射红光、蓝光和绿光，补充光红激光从补充透光区透射，补充透光区对应可以是扩散片、通孔、透光基板镀增透膜等；补充透光区大小不做限制，例如大小在8mm*8mm范围以内，如5.5mm*3.6mm。可选地，补充光源组件中还包括与各补充光源对应的聚焦准直透镜组134。

可选地，如图8所示，可调元件07可以具有二向色特性，反射第一光、透射补充光，例如反射蓝激光、透射红激光和/或绿激光；进而透过可调元件07的补充光可以经分光合光元件09的补充透光区射入第三聚焦透镜组10。

可选地，如图9所示，假设光源01产生第一偏振态的蓝激光，补充光源组件中的补充光源一131产生第二偏振态的蓝激光和红绿激光；可调元件07可以具有偏振特性（如镀偏振分光膜），反射第一偏振态的蓝激光，透射第二偏振态的蓝激光和红绿激光；透过可调元件07的蓝激光和红绿激光可以从分光合光元件09的补充透光区射入第三聚焦透镜组10。

由上可知，本实施例提供的合光系统中，在第一光光斑的光轴与聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离的情况下，来使光源产生的第一光经光引导元件或避开光引导元件直接射入聚焦透镜组，经聚焦透镜组聚焦后射入波长转换区，激发出射第二光；第一距离考虑了聚焦透镜组的各种参数和第一光射入波长转换区的角度，因此可以提高第一光的光利用率，减少第二光在光引导元件上的损失；并且还可以在光源射入波长转换区之前设置扩散元件，可以使在波长转换区上的光线能量密度降低，提升波长转换材料的激发效率；光引导元件上可以是通孔，第一光通过通孔射入聚焦透镜组，可减少第一光的穿透时损失；同时，通过在光源射入光引导元件之前设置缩束透镜组，可以使通孔的面积较小，从而该通孔与第二光的光斑重叠面积较小，第二光的损失较少；由上本实施例的合光系统可以提高光的利用率，从而可以提高投影设备的亮度。

图10为本申请提供的一种投影设备的功能模块示意图。如图10所示，投影设备包括图像处理器101和投影光机102。其中：

图像处理器101可以是微控制器、专用图像处理芯片等，微控制器可以是ARM芯片、微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) 等；专用图像处理芯片可以是图像信号处理器(Image Signal Processing，ISP)、图形处理器（graphics processing unit ，GPU）、嵌入式神经网络处理器（neural-network process units，NPU）等。图像处理器101可以用于视频解码、画质处理等。

投影光机102可以包括驱动芯片、空间光调制器和上述实施例所述的合光系统等。其中，空间光调制器可以是数字微镜器件（Digtial Micromirror Devices，DMD）、液晶器件（Liquid Crystal Display，LCD）、硅基液晶器件（Liquid Crystal on Silicon，LCOS）等；驱动芯片与空间光调制器对应，例如数字微镜器件可以采用数字光处理元件（DigitalLight Processing，DLP）驱动。投影光机102用于将需要投影的图像投射成投影画面。

在一些实施例中，投影设备还包括一个或者一个以上处理核心的中央控制器103，该中央控制器可以是CPU、ARM、MCU等控制器。中央控制器103是该投影设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个投影设备的各个部分，可以运行或执行存储在存储器104内的软件程序和/或操作系统，以及调用存储在存储器104内的数据。可选地，图像处理器101和中央控制器103可集成为一个处理器。

在一些实施例中，投影设备还包括一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器104、输入模块105以及通信模块106、电源107等部件。本领域技术人员可以理解，图10中示出的投影设备结构并不构成对投影设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：

存储器104可用于存储软件程序和操作系统，中央控制器103通过运行存储在存储器104的软件程序和操作系统，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器104可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据投影设备的使用所创建的数据等。此外，存储器104可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器104还可以包括存储器控制器，以提供中央控制器103对存储器104的访问。

该投影设备还可包括输入模块105，该输入模块105可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的遥控器、键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。

该投影设备还可包括通信模块106，在一些实施例中通信模块106可以包括无线模块，投影设备可以通过该通信模块106的无线模块进行短距离无线传输，从而为用户提供了无线的宽带互联网访问。比如，该通信模块106可以用于帮助用户访问流式媒体等。

投影设备还包括给各个部件供电的电源107，在一些实施例中，电源107可以通过电源管理系统与中央控制器103逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源107还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种合光系统，其特征在于，所述合光系统包括光源、第一聚焦透镜组、波长转换装置和导光组件，所述导光组件中包括光引导元件，所述波长转换装置包括波长转换区；

所述光源产生的第一光，经所述光引导元件射入所述第一聚焦透镜组，或所述光源产生的第一光射入所述第一聚焦透镜组；

当所述第一光经所述第一聚焦透镜组聚焦后射入所述波长转换区，所述波长转换区被所述第一光激发出射第二光，所述第二光射入所述第一聚焦透镜组，经所述第一聚焦透镜组射入所述导光组件；

其中，所述第一聚焦透镜组射出的第二光的光斑为椭圆形；从所述光源射向所述第一聚焦透镜组的第一光的光轴与所述第一聚焦透镜组的光轴之间相距的距离为第一距离，所述第一聚焦透镜组中包括第一透镜和第二透镜，所述第一距离L₁满足下式：

其中，n₁表示所述第一透镜的折射率，r₁₁表示所述第一透镜第一面的曲率半径，r₁₂表示所述第一透镜第二面的曲率半径，d₁表示所述第一透镜的中心厚度；n₂表示所述第二透镜的折射率，r₂₁表示所述第二透镜第一面的曲率半径，r₂₂表示所述第二透镜的第二面的曲率半径，d₂表示所述第二透镜的中心厚度；D表示所述第一透镜与所述第二透镜之间的距离。

2.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述第一透镜为非球面镜，所述第一透镜的第一面的曲率半径范围在-30mm~30 mm内，曲面系数范围在-20~20内，所述第一透镜的第二面的曲率半径在-30 mm ~30 mm内，曲面系数范围在-10~10内；所述第二透镜为球面镜，所述第二透镜的第一面的曲率半径范围在10 mm ~20 mm内，所述第二透镜的第二面的曲率半径大于等于100 mm。

3.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述波长转换装置中包括反射区，所述合光系统中还包括滤光元件和匀光元件；

当所述第一光经所述第一聚焦透镜组聚焦后射入所述反射区，所述反射区反射所述第一光并经所述第一聚焦透镜组射入所述导光组件；

入射至所述导光组件的第一光或第二光经所述导光组件射入所述滤光元件，经所述滤光元件进行滤光后射入所述匀光元件，经所述匀光元件进行匀光后出射。

4.根据权利要求3所述的合光系统，其特征在于，所述导光组件中包括可调元件、分光合光元件；

其中，所述第一光的光斑以及所述第二光的光斑对称的射向所述匀光元件，且所述第二光和/或第一光的光斑的长轴和短轴与所述匀光元件的光入射面的长边和短边分别对应；和/或，所述可调元件与所述光引导元件或分光合光元件之间相距的距离为第三距离。

5.根据权利要求3所述的合光系统，其特征在于，所述导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组，光引导元件反射第一光和第二光，所述分光合光元件透射第一光反射第二光；

第二光经所述第一聚焦透镜组射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第二聚焦透镜组射入所述分光合光元件，经所述分光合光元件反射至所述第三聚焦透镜组，经所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件；所述反射区反射的第一光射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第二聚焦透镜组和所述分光合光元件射入所述可调元件，经所述可调元件反射后透过所述分光合光元件入射至所述第三聚焦透镜组，经所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件。

6.根据权利要求3所述的合光系统，其特征在于，所述导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组；所述光引导元件反射第一光和第二光，所述可调元件透射第二光反射第一光；

所述反射区反射的第一光射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第二聚焦透镜组射入所述可调元件，经所述可调元件反射至所述第三聚焦透镜组，经所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件；第二光经所述第一聚焦透镜组射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第二聚焦透镜组和所述可调元件射入所述分光合光元件，经所述分光合光元件反射至所述第三聚焦透镜组，经所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件。

7.根据权利要求3所述的合光系统，其特征在于，所述导光组件包括可调元件、第二聚焦透镜组、分光合光元件和第三聚焦透镜组；所述光引导元件透射第一光反射第二光；

所述反射区反射的第一光射入所述光引导元件，透过所述光引导元件后射入所述可调元件，经所述可调元件反射回所述光引导元件，透过所述光引导元件和所述第二聚焦透镜组射入所述分光合光元件，经分光合光元件和所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件；第二光经所述第一聚焦透镜组射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第二聚焦透镜组射入所述分光合光元件，经所述分光合光元件和所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件。

8.根据权利要求3所述的合光系统，其特征在于，所述导光组件中包括第三聚焦透镜组，所述光引导元件反射第一光和第二光；

所述反射区反射的第一光射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件；第二光经所述第一聚焦透镜组射入所述光引导元件，经所述光引导元件反射后，透过所述第三聚焦透镜组射入所述滤光元件。

9.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述合光系统还包括补充光源组件，所述导光组件中包括分光合光元件，所述分光合光元件中包括补充透光区；所述分光合光元件反射第一光透射所述补充光源组件产生的补充光，所述补充透光区透射所述补充光源组件产生的补充光；

其中，所述补充透光区为通孔、扩散区域、增透区域、偏振分光区域、二向色区域中的任一项。

10.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述合光系统还包括补充光源组件，所述导光组件中包括分光合光元件和可调元件，所述分光合光元件反射第二光透射第一光和所述补充光源组件产生的补充光，所述可调元件反射第一光透射所述补充光源组件产生的补充光。

11.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述合光系统还包括补充光源组件，所述波长转换装置包括透射区，所述合光系统还包括滤光元件和匀光元件；

所述补充光源组件产生的补充光经所述波长转换装置的透射区射入所述第一聚焦透镜组，经所述第一聚焦透镜组射入所述导光组件，经所述导光组件射入所述滤光元件，经所述滤光元件进行滤光后射入所述匀光元件，经所述匀光元件进行匀光后出射。

12.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述合光系统还包括补充光源组件，所述补充光源组件产生的补充光经所述光引导元件射入所述导光组件，经所述导光组件射入所述滤光元件，经所述滤光元件进行滤光后射入所述匀光元件，经所述匀光元件进行匀光后出射。

13.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述光源与所述光引导元件之间还设置有缩束透镜组，所述光源产生的第一光经所述缩束透镜组进行缩束后射入所述光引导元件；

和/或，所述光源与所述光引导元件之间还设置有扩散元件，所述光源产生的第一光或缩束后的第一光经所述扩散元件进行扩散匀化后射入所述光引导元件；其中所述扩散元件的扩散角度为第一角度；

和/或，所述光引导元件的面向所述光源侧设置有光阑，所述光源产生的第一光或缩束后的第一光或扩散匀化后的第一光经所述光阑射入所述光引导元件。

14.根据权利要求1所述的合光系统，其特征在于，所述光引导元件中包括目标透光区，所述光源产生的第一光从所述目标透光区透射至所述第一聚焦透镜组；其中，所述目标透光区的目标边长度是根据所述光引导元件的的长边长度、所述第一距离和所述第一光的光斑的长轴长度确定的。

15.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求1-14中任一项所述的合光系统。

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