CN117192882A - 一种光源系统和投影装置 - Google Patents

Abstract

本申请保护一种光源系统，包括：第一光模块，所述第一光模块包括第一光源和第二光源，所述第一光源用于发出第一光，所述第二光源用于发出第二光；第二光模块，所述第二光模块包括第三光源，所述第三光源用于发出第三光；以及合光模块，所述合光模块用于将所述第一光、所述第二光和所述第三光进行合光；其中，所述第一光的光学扩展量和所述第二光的光学扩展量分别小于所述第三光的光学扩展量，所述第一光为蓝激光，所述第二光为红激光。由于使用了具备不同光学扩展量的第一光模块和第二光模块，第一光为蓝激光，第二光为红激光，能够使得光源系统在极小体积的情况下发出更高的亮度，降低了对合光模块中光学元件的设计难度和制造难度。

Description

一种光源系统和投影装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种光源系统和投影装置。

背景技术

随着信息化技术的提高，人们对于便捷化互动显示的要求越来越高，例如需要创造一个互动的空间，为虚拟活动提供一个表面，如游戏、艺术、拼图等等，给人以亲身体验的感觉。虽然手机、智能平板能够实现便捷化的显示，但是受限于其显示方式，难以实现真正的互动显示。因此，要实现灵活的互动显示，目前唯有投影的技术路线。

现有的投影便捷互动技术中，由于使用场景对亮度的要求不高，故大多采用LED组合光源实现白光出射，然而，由于LED光源本身的亮度不足、且相关光学元件的设计难度较高，并且光源的体积难以缩小，使得该光源中的关键光学元件无法大规模量产，同时，由于LED光源合光效率低，寿命短，需要频繁更换光源器件，且LED组合光源的色域有限，无法满足用户对于高质量投影互动空间的要求，因此如何提供一种成本低、体积小、亮度高、色域好的光源系统本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的的缺陷，本申请一方面提供一种成本低、体积小、亮度高、色域好的光源系统以更适应投影系统，包括：第一光模块，所述第一光模块包括第一光源和第二光源，所述第一光源用于发出第一光，所述第二光源用于发出第二光；第二光模块，所述第二光模块包括第三光源，所述第三光源用于发出第三光；以及合光模块，所述合光模块用于将所述第一光、所述第二光和所述第三光进行合光；其中，所述第一光的光学扩展量和所述第二光的光学扩展量分别小于所述第三光的光学扩展量，所述第一光为蓝激光，所述第二光为红激光。

在一些实施例中，所述第一光模块还包括：消散斑组件，所述消散斑组件用于对所述第一光和所述第二光进行消散斑。

在一些实施例中，所述第二光模块还包括：收集元件，所述收集元件用于对所述第三光进行收集；起偏元件，所述起偏元件设置在所述收集元件之后，所述起偏元件用于对所述第三光进行起偏；以及回收元件，所述回收元件设置在所述起偏元件之后，所述回收元件用于对所述第三光进行回收以使得所述第三光被回收到所述第三光源上。

在一些实施例中，所述第二光模块还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述收集元件的出射光路上以对所述光线进行准直。

在一些实施例中，所述第二光模块还包括补充光源，所述补充光源用于发出激发光，所述激发光照射至所述第三光源上，所述第三光源表面上设置有第三光荧光粉，所述激发光照射所述第三光荧光粉以产生补充光，所述合光模块用于将所述第一光、所述第二光、所述第三光和所述补充光进行合光。

在一些实施例中，所述第二光模块还包括合光元件，所述合光元件用于反射所述第三光、反射所述补充光、透射所述激发光。

在一些实施例中，所述合光元件包括中心孔部分和周边反射部分，所述周边反射部分用于反射所述第三光、反射所述补充光，所述中心孔部分用于透射所述激发光。

在一些实施例中，所述合光模块包括第一合光组件和第二合光组件；所述第一合光组件用于透射所述第三光、反射所述第一光；所述第二合光组件设置在所述第一合光组件的出射光路上，所述第二合光组件用于透射所述第三光、透射所述第一光、反射所述第二光。

在一些实施例中，所述第一合光组件包括第一中心部分和第一周边部分，所述第一周边部分用于透射所述第三光，所述第一中心部分用于反射所述第一光；所述第二合光组件包括第二中心部分和第二周边部分，所述第二周边部分用于透射所述第三光，所述第二中心部分用于透射所述第一光、反射所述第二光。

另一方面，本申请还提供一种投影装置，包括：光源系统，所述光源系统为上述的光源系统；光调制系统，所述光调制系统包括光调制器，所述光调制器为LCOS；以及镜头系统，所述镜头系统为直投镜头或超短焦镜头。

相对于现有技术，本申请由于使用了具备不同光学扩展量的第一光模块和第二光模块，所述第一光为蓝激光，所述第二光为红激光，能够使得光源系统在极小体积的情况下发出更高的亮度，并相较于波长合光的方案，降低了对合光模块中光学元件的设计难度和制造难度，相对于现有技术中采用多个LED实现投影的技术，能够提高光源系统的发光效率，提升了投影装置出射的画面的色域范围，降低关键光学元件的设计难度，避免需要频繁更换光源器件，为投影产品的更大规模量产化提供可能。

附图说明

图1为光源系统的基本光学架构示意图；

图2为本申请中光源系统的一种的示意图；

图3为本申请中光源系统的另一种的示意图；

图4为本申请中合光元件的示意图；

图5为本申请中合光模块的示意图；

图6为本申请中投影装置的一种示意图；

图7为本申请中投影装置的另一种示意图。

图中：100、光源系统；110、第一光模块；111、第一光源；112、第二光源；113、消散斑组件；114、透镜组件；120、第二光模块；121、第三光源；122、收集元件；123、准直透镜；124、起偏元件；125、回收元件；126、补充光源；127、合光元件；1271、中心孔部分；1272、周边反射部分；130、合光模块；131、第一合光组件；1311、第一中心部分；1312、第一周边部分；132、第二合光组件；1321、第二中心部分；1322、第二周边部分；200、光调制系统；210、反射镜；220、偏振分光棱镜；230、光调制器；300、镜头系统。

具体实施方式

相关技术中，大多采用红光LED、蓝光LED和绿光LED共同组合形成的光源实现白光出射，由于LED光源本身的亮度不足，在对亮度要求稍高的环境下，只能通过增加LED的数量实现较高亮度的实现，由于红光LED的亮度需求量最大，一般会采用第一红光LED、第二红光LED、绿光LED以及蓝光LED的组合实现光源组合，但由于LED出射光的扩展量较大，在合光时，尤其是红LED与绿LED合光时，对于合光元件的设计难度以及合光效率都提出了较高的要求，并且，由于使用了多个LED，造成同等亮度要求下，光源整体的体积较大，因此，急需一种小体积、高亮度，合光效率高的光源系统。

因此，本申请提出一种新的光源系统，充分利用了LED光源与激光光源的光学扩展量差异，并重新设计了光学元件的布局形态，能够有效降低成本、减小体积、提高亮度、提升色域。可以理解的，本申请的投影装置除了能够用于传统投影行业中的商务机、教育机等投影机，还由于该架构形态简单、功能强大，可以更优的应用于桌面投影、微形投影仪、手机集成投影等互动投影场景，具备十分广阔的应用前景。

请参见图1，为本申请的光源系统100的基本光学架构示意图，光源系统100包括第一光模块110、第二光模块120、合光模块130和匀光模块。第一光模块110包括第一光源111和第二光源112，第一光源111用于发出第一光，第二光源112用于发出第二光，第一光为蓝激光，第二光为红激光。第二光模块120包括第三光源121，第三光源121用于发出第三光，在本实施例中，第三光为绿光。合光模块130用于将第一光、第二光和第三光进行合光，可以采用的方式包括波长合光方式或者扩展量合光方式，详细结构后续将进行介绍，在此暂不赘述。其中，第一光的光学扩展量和第二光的光学扩展量分别小于第三光的光学扩展量，如第三光可以为LED发出的宽谱光或者为荧光，荧光可以采用固定式荧光片、色轮等形式产生，本文对此不做限定。第三光可以为激光，优选的，为线偏振激光。第一光的光学扩展量和第二光的光学扩展量分别小于第三光的光学扩展量，因此，对于第一光、第二光以及第三光进行合光时，可以充分利用该三种光在光谱上的差异以及三种光在光学扩展量上的差异，进而能够使得光源合光后在亮度进一步提升的前提下，体积被进一步减小。同时，由于第三光模块中的第三光的光学扩展量较大，可以充分利用非成像光学原理对第三光模块出射的光进行回收利用，显著提高光源的出光效率。

下面结合附图和实施方式对本申请实施例进行详细说明。

请参见图2，为本申请的光源系统100的实施例一的结构示意图。光源系统100的第一光模块110包括第一光源111、第二光源112、消散斑组件113和透镜组件114，消散斑组件113用于对第一光和第二光进行消散斑。具体的，第一光源111为蓝激光器、第二光源112为红激光器；消散斑组件113包括第一散射片和第二散射片，第一散射片用于对第一光源111发出的第一光进行消散斑，第二散射片用于对第二光源112发出的第二光进行消散斑；透镜组件114包括第一透镜和第二透镜，在第一光和第二光光斑较大的情况下，或者第一光源111、第二光源112使用阵列激光器的情况下，第一透镜和第二透镜能够分别对第一光、第二光进行收集，确保第一光的光学扩展量和第二光的光学扩展量分别小于第三光的光学扩展量。

光源系统100的第二光模块120包括第三光源121、收集元件122、起偏元件124以及回收元件125。其中，第三光源121用于发出第三光，在本实施例中，第三光源121为绿色LED光源，第三光为绿光；收集元件122设置在第三光源121的出射光路上，用于对第三光源121出射的光线进行收集并照射到起偏元件124上；所述起偏元件124设置在收集元件122的出射光路上，用于对收集元件122出射的第三光进行起偏，从而匹配后续的光机系统(后文详述，本部分不做赘述)，起偏元件124可以采用线偏振片进行起偏；在起偏元件124的出射光路上，还设置有回收元件125，回收元件125允许起偏后的第一偏振态的光通过，并将与第一偏振态垂直的第二偏振态的光反射回第三光源121重新利用。在一些实施例中，回收元件125为反射式偏振增亮膜(DBEF，dual brightness enhancement film)。在一些实施例中，起偏元件124与回收元件125一体设计，能够有效减小第二光模块120的体积。

在一些实施例中，第二光模块120还包括准直透镜123，收集元件122可以采用为锥形反射器或收集透镜，准直透镜123设置在收集元件122的出射光路上。锥形反射器的面积较小的一端为入射面，面积较大的一端为出射面，以使第三光源121发射的第三光经入射面入射到锥形反射器内部之后，经锥形反射器的侧壁反射后由出射面出射或直接出射，使得出射光斑的面积大于入射光斑的面积，从而减小了光束的发散角，从而以非成像的方式将第三光出射以匹配后续调制光模块。本实施例中的锥形反射器为实心锥形导光棒，光束通过全反射的方式在锥形反射器的侧面反射。在本申请的其他实施方式中，锥形反射器也可以为由反射板/反射面构成的空心锥形反射器，此处不再赘述。准直透镜123可以采用菲涅尔透镜、自由曲面透镜等，能够对光斑进行准直从而与后续的调制面板需要的照明部分相吻合即可。

在一些实施例中，请参见图3，第二光模块120还包括补充光源126，补充光源126用于发出激发光，激发光照射至第三光源121上，第三光源121表面上设置有第三光荧光粉，激发光照射第三光荧光粉以产生补充光，补充光经第三光源121的反射后射入合光模块130，在本实施例中，补充光源126为蓝激光，第三光源121为绿LED，第三光源121表面设置有绿光荧光粉，蓝激光照射第三光源121表面上的绿荧光粉后，远程激发产生绿荧光，绿荧光经过绿LED的反射后，照射到合光模块130中。通过这样的设置，能够进一步增加光源系统100产生绿光的效率，由于绿光在白光中的亮度贡献更大，故该设置有助于显著提高光源亮度。

在一些实施例中，请参见图3和图4，第二光模块120还包括合光元件127，合光元件127用于反射第三光、反射补充光、透射激发光。利用该合光元件127的反射、透射特性，能够使第二光模块120的布置方向垂直于合光模块130的布置方向，从而为补充光源126远程激发产生绿荧光腾出空间。

在一些实施例中，请参见图4，合光元件127包括中心孔部分1271和周边反射部分1272，周边反射部分1272用于反射第三光、反射补充光，中心孔部分1271用于透射激发光。由于补充光源126发出的激发光(蓝激光)的光学扩展量小，而第三光源121发出的第三光(绿LED光)以及激发产生的补充光(绿荧光)的光学扩展量大，因此可以根据上述光学扩展量的差异，入射激发光，并对第三光和补充光进行合光后射出至合光模块130。

在一些实施例中，参见图2和图5，合光模块13030可以包括第一合光组件131和第二合光组件132；第一合光组件131用于透射第三光(包括补充光)、反射第一光，第二合光组件132设置在第一合光组件131的出射光路上，第二合光组件132用于透射第三光(包括补充光)、透射第一光、反射第二光。通过这样的设置实现合光，可以进一步减小光路体积。

在一些实施例中，参见图2和图5，合光模块130还能够通过扩展量合光方式实现合光。具体的，第一合光组件131包括第一中心部分1311和第一周边部分1312，第一周边部分1312用于透射第三光(包括补充光)，第一中心部分1311可以是反射膜，用于反射第一光；第二合光组件132包括第二中心部分1321和第二周边部分1322，第二周边部分1322用于透射第三光(包括补充光)，第二中心部分1321可以是透蓝反红的二向色膜，用于透射第一光、反射第二光。通过这样的设置，能够充分利用第三光的扩展量与第一光和第二光的扩展量差异，从而能够通过扩展量合光方式实现合光，相交于波长合光的方案，此方案能够最大限度的保证红激光、蓝激光入射到后续光学系统，由于红光本身的效率不高，这样的设计可以最大化将红激光进行利用。

在一些实施例中，请参见图2，光源系统100还包括匀光模块，匀光模块设置在合光模块130出射的光路上，用于对合光模块130合光后的光进行匀光，优选的，匀光模块包括一匀光元件(图未示)，匀光元件可以为复眼透镜或方棒，其中，复眼透镜能够特别适配合光模块130的扩展量合光的实施例。

请参见图6，是本申请提供的一种包括上述光源系统100的投影装置，投影装置还包括光调制吸引和镜头系统300。

在一些实施例中，光调制系统200包括反射镜210、偏振分光棱镜220和光调制器230，其中，反射镜210的倾斜方向与合光模块130中的第一合光组件131和第二合光组件132的倾斜方向平行，第一合光组件131和第二合光组件132的倾斜角度与水平方向的夹角为135度。偏振分光棱镜220设置在反射镜210的出射光路上，用于将反射镜210反射的光线照射到光调制器230中，光调制器230用于对入射光线进行调制，其中，偏振分光棱镜220中间设置有分光膜，分光膜的倾斜方向与反射镜210的倾斜方向平行，用于对第一偏振态的光进行反射，对于第二偏振态的光进行透射，光调制器230为硅基液晶LCOS(LiquidCrystal onSilicon)，能够对第一偏振态的光进行调制，在本实施例中，第一偏振态的光为S偏振态的光，第二偏振态的光为P偏振态的光。在光调制系统200的右侧与光源系统100上侧之间的空隙，还设置有直投镜头，这样能够充分利用纵向空间和横向空间，使得整个光路布局紧凑，体积较小。同时，由于采用了LCOS进行调制，能够充分利用其反射式调控的原理，进一步压缩光路体积。

在一些实施例中，请参见图7所示的投影装置的另一实施例，本实施例中，光调制模块包括反射镜210、偏振分光棱镜220和光调制器230，其中，反射镜210的倾斜方向与合光模块130中的第一合光组件131和第二合光组件132的倾斜方向垂直，第一合光组件131和第二合光组件132的倾斜角度与水平方向的夹角为135度。偏振分光棱镜220设置在反射镜210的出射光路上，偏振分光棱镜220设置有分光膜，分光膜的倾斜方向与反射镜210的倾斜方向平行，用于将反射镜210反射的光线照射到光调制器230中，光调制器230用于对入射光线进行调制，其中，偏振分光棱镜220用于对第一偏振态的光进行反射，对于第二偏振态的光进行透射，光调制器230与上一实施例相同，在此不再赘述。在光调制模块的右侧与光源系统100左侧之间的空隙，还设置有超短焦镜头，这样能够充分利用纵向空间和横向空间，使得整个光路在横向空间的布局更加紧凑，体积更小。

本实施例提供的光源系统100和投影系统，由于使用了具备不同光学扩展量的第一光模块110和第二光模块120，所述第一光为蓝激光，所述第二光为红激光，能够使得光源系统100在极小体积的情况下发出更高的亮度，并相较于波长合光的方案，降低了对合光模块130中光学元件的设计难度和制造难度，相对于现有技术中采用多个LED实现投影的技术，能够提高光源系统100的发光效率，提升了投影装置出射的画面的色域范围，降低关键光学元件的设计难度，避免需要频繁更换光源器件，为投影产品的更大规模量产化提供可能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的实施方式，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 (10)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：

第一光模块，所述第一光模块包括第一光源和第二光源，所述第一光源用于发出第一光，所述第二光源用于发出第二光；

第二光模块，所述第二光模块包括第三光源，所述第三光源用于发出第三光；以及

合光模块，所述合光模块用于将所述第一光、所述第二光和所述第三光进行合光；

其中，所述第一光的光学扩展量和所述第二光的光学扩展量分别小于所述第三光的光学扩展量，所述第一光为蓝激光，所述第二光为红激光。

2.一种如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述第一光模块还包括：

消散斑组件，所述消散斑组件用于对所述第一光和所述第二光进行消散斑。

3.一种如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述第二光模块还包括：

收集元件，所述收集元件用于对所述第三光进行收集；

起偏元件，所述起偏元件设置在所述收集元件之后，所述起偏元件用于对所述第三光进行起偏；以及

回收元件，所述回收元件设置在所述起偏元件之后，所述回收元件用于对所述第三光进行回收以使得所述第三光被回收到所述第三光源上。

4.一种如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述第二光模块还包括准直透镜，所述准直透镜设置在所述收集元件的出射光路上以对所述第三光进行准直。

5.一种如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述第二光模块还包括补充光源，所述补充光源用于发出激发光，所述激发光照射至所述第三光源上，所述第三光源表面上设置有第三光荧光粉，所述激发光照射所述第三光荧光粉以产生补充光，所述合光模块用于将所述第一光、所述第二光、所述第三光和所述补充光进行合光。

6.一种如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述第二光模块还包括合光元件，所述合光元件用于反射所述第三光、反射所述补充光、透射所述激发光。

7.一种如权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述合光元件包括中心孔部分和周边反射部分，所述周边反射部分用于反射所述第三光、反射所述补充光，所述中心孔部分用于透射所述激发光。

8.一种如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述合光模块包括第一合光组件和第二合光组件；

所述第一合光组件用于透射所述第三光、反射所述第一光；

所述第二合光组件设置在所述第一合光组件的出射光路上，所述第二合光组件用于透射所述第三光、透射所述第一光、反射所述第二光。

9.一种如权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述第一合光组件包括第一中心部分和第一周边部分，所述第一周边部分用于透射所述第三光，所述第一中心部分用于反射所述第一光；

所述第二合光组件包括第二中心部分和第二周边部分，所述第二周边部分用于透射所述第三光，所述第二中心部分用于透射所述第一光、反射所述第二光。

10.一种投影装置，其特征在于，包括：

光源系统，所述光源系统为权利要求1-8任意一项所述的光源系统；

光调制系统，所述光调制系统包括光调制器，所述光调制器为LCOS；以及

镜头系统，所述镜头系统为直投镜头或超短焦镜头。