CN117389106B - 一种投影光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及投影系统技术领域,尤其涉及一种投影光源,包括激光光源、宽谱光源以及合光组件,激光光源包括若干种颜色的激光子单元,激光光源发出的光通过合光组件与宽谱光源发出的光合光为合光光束以出射。本发明所述的投影光源采用混合型结构,兼顾了两种光源类型的优点,亮度高、色域高,有效抑制散斑,提升投影画面质量,结构紧凑,占用体积小,综合性能好。

Description

一种投影光源
技术领域
本发明涉及投影系统技术领域,尤其涉及一种投影光源。
背景技术
投影光源是投影系统的重要组成部分,传统的投影光源包括激光光源、激光激发荧光粉的光源、宽谱光源等,激光光源亮度高、色域高,但激光具有较强的相干性,存在散斑问题,影响投影画面质量,宽谱光源则是难以实现高亮度、高色域,也会导致投影画质欠佳,且可能导致投影系统体积偏大。现有的投影光源难以满足日益提高的对投影画面质量的要求,影响观看体验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进,提供一种投影光源,解决目前技术中单一类型的投影光源存在缺陷,影响投影画面质量的问题。
为解决以上技术问题,本发明的技术方案是:
一种投影光源,包括激光光源、宽谱光源以及合光组件,所述激光光源包括若干种颜色的激光子单元,所述激光光源的出射光路上设置有扩散器件和第一复眼透镜元件,所述激光光源发出的光再通过合光组件与宽谱光源发出的光合光为合光光束以出射,合光光束的出射光路上设置有第二复眼透镜元件,第一复眼透镜元件至第二复眼透镜元件的光路上设置有光学组件,以使所述第一复眼透镜元件的复眼单元成像于第二复眼透镜元件的入射表面。本发明所述的投影光源采用混合型结构,激光光源发出的光经过扩散处理和匀光处理后再与宽谱光源发出的光进行合光,保障合光的均匀性和充分性,能够有效提升合光光束的亮度和色域,有效抑制散斑,提升投影画面质量,结构紧凑,占用体积小,综合性能好。并且,光学组件相当于一个简单的成像系统,第一复眼透镜元件所在位置为物像位置点,第一复眼透镜元件对激光进行匀光处理,使得激光光源发出的光被有效匀光后再与宽谱光源发出的光进行合光,并且第一复眼透镜元件的复眼单元通过光学组件成像于第二复眼透镜元件的入射表面,第一复眼透镜元件与第二复眼透镜元件相配合使得第二复眼透镜元件能够有效的对合光光束进行匀光处理,使得合光光束能够更好的被整形匀化成像到光调制器件上,进而提高投影画面质量。
进一步的,所述宽谱光源的颜色与至少其中一种激光子单元的颜色相同,有效减小激光子单元所发出的窄带宽的色光所造成的散斑,提高出光质量。
进一步的,所述宽谱光源的光在合光光束中的时序占比与同色的激光子单元的光在合光光束中的时序占比相同,提高亮度的同时也更好的消除散斑,有利于画质的提升。
进一步的,至少两种不同颜色的所述激光子单元集成封装在一个结构中以构成混合色组件,至少还有另一种颜色的激光子单元单独封装构成单色组件,单色组件的光与混合色组件的光合光为合束激光后再与宽谱光源的光进行合光。混合色组件中的激光子单元发出的光沿同一光路传播,也就是至少两种不同颜色激光从发出开始即沿着同一光路传播,能够减少用于合光的镜片数量,提高结构紧凑性,减小占用体积,在合光光束中占比较大的色光则将其对应的激光子单元单独构成单色组件,保障各色光的占比能精确的满足合光需求。
进一步的,所述扩散器件包括在混合色组件和/或单色组件的出射光路上设置的静态扩散元件。利用静态扩散元件对混合色组件的出光和/或单色组件进行扩散处理,使得混合色组件出射的光斑大小与单色组件出射的光斑大小能够基本保持一致,从而使得各种颜色的激光能够更均匀的进行合光,进而使得各种颜色的激光照射在第一复眼透镜元件上时各种颜色的激光光斑能量分布均匀,也就是各种颜色的激光所覆盖的复眼单元数量能保持基本一致,提高第一复眼透镜元件对各种颜色的激光进行匀光的均匀一致性,并且有利于对各种颜色激光的像差校正。
进一步的,所述扩散器件包括在合束激光的出射光路上设置的动态扩散元件,对合束激光进行动态扩散处理,更好的破坏激光的相位相干性,提高消散斑效果,进而提高投影画面效果。
进一步的,混合色组件中的不同颜色的激光子单元发出的光的偏振态一致,并且与单色组件中激光子单元发出的光的偏振态不同。混合色组件发出的光与单色组件发出的光不会发生干涉,有效抑制散斑现象。
进一步的,所述第一复眼透镜元件的复眼单元呈边数大于等于三的正多边形,所述第二复眼透镜元件的复眼单元呈矩形。激光光源发出的光经过扩散器件的扩散处理后所形成的光斑较大,边数大于等于三的正多边形的复眼单元能对激光更好的进行匀光处理,可以更好的对物像边缘进行匀光校正,使得激光光源发出的光能更均匀的与宽谱光源发出的光进行合光,提高出光质量,利用第二复眼透镜元件更好的将合光光束整形匀化成像到光调制器件上,提高投影画面质量。
进一步的,所述光学组件包括至少一片透镜。结构简单,易于实施,占用空间小,光学组件构成简单的成像系统以使第一复眼透镜元件的复眼单元作为物而成像在第二复眼透镜元件的入射表面。
进一步的,所述宽谱光源的光谱波段至少包含其中一种激光子单元的光谱波段,所述合光组件包括合光元件一,所述合光元件一反射波长处于合光波段一的光而透射波长处于合光波段二的光,或者所述合光元件一透射波长处于合光波段一的光而反射波长处于合光波段二的光,所述合光波段一覆盖所有激光子单元的光谱波段,所述合光波段二覆盖宽谱光源的光谱波段的一部分。激光光源的光与宽谱光源的光从合光元件一同向出射进行合光。结构简单,易于实施,占用体积小,有利于提高投影系统的紧凑性。
进一步的,所述合光波段二的范围端点逼近激光子单元的光谱波段,减少宽谱光源发出的光在合光时的损失,使得宽谱光源发出的光尽可能多的合入合光光束中,提高宽谱光源的利用率,提高合光光束的整体输出亮度。
进一步的,所述合光波段二的范围端点与激光子单元的光谱波段的差值范围在2~20nm。
进一步的,扩散器件与合光组件集成为组合元件,所述组合元件的一侧表面为扩散层,另一侧表面为镀膜层,激光光源的光从扩散层一侧倾斜入射并从镀膜层透射而出,宽谱光源的光从镀膜层一侧倾斜入射并被镀膜层反射或部分反射以与激光光源的光进行合光,所述组合元件动态活动以对激光光源的光进行动态扩散。组合元件集成了扩散与合光的作用,激光光源的光经过扩散层的扩散处理后即刻在镀膜层与宽谱光源的光进行合光,结构更加紧凑,占用体积小,有利于减小投影系统的整体体积。
进一步的,还包括在第二复眼透镜元件的出射光路上偏心设置的透镜一和透镜二,透镜一和透镜二分别倾斜于光轴,透镜一相对于光轴的倾斜方向与透镜二相对于光轴的倾斜方向相反。利用透镜一和透镜二对合光光束的光路进行偏置引导,使得合光光束能够按照需求更准确的出射到光调制器件上,作为照明光的合光光束在光调制器件的调制作用下形成图像光,最后图像光从镜头投射而出以形成投影画面。
进一步的,透镜一和/或透镜二在垂直于光轴的平面上移动或旋转可调,考虑装配公差,在结构设计上实现色边可调,可调结构也为装配降低了难度。
进一步的,还包括在合光光束的出射光路上设置的偏振转换元件一,所述偏振转换元件一对部分合光光束进行相位偏移,更好的消除相位相干性,进而更有效的抑制散斑。
进一步的,所述偏振转换元件一包括用于对光进行相位偏移的偏振转换区,所述偏振转换元件一还包括非偏振区,所述非偏振区包括透光区和扩散区至少其中一种,所述偏振转换区与非偏振区分区布置。结构简单紧凑,集成度高,对合光光束进行部分相位偏移的同时,合光光束的另一部分直接通过或者还可以进行扩散处理。
进一步的,所述偏振转换区为半波片,结构简单,易于运用,成本低,激光光源发出的光为线偏振光,通过偏振转换元件一后线偏振光的偏振角度发生变化,更好的消除相位相干性,提高消除散斑效果。
与现有技术相比,本发明优点在于:
本发明所述的投影光源采用混合型结构,兼顾了两种光源类型的优点,亮度高、色域高,有效抑制散斑,提升投影画面质量,结构紧凑,占用体积小,综合性能好。
附图说明
图1为本发明的一种投影光源的结构示意图;
图2为本发明的激光光源的俯视结构示意图;
图3为本发明的另一种投影光源的结构示意图;
图4为本发明的又一种投影光源的结构示意图;
图5为本发明的又一种投影光源的结构示意图;
图6为本发明的另一种激光光源的俯视结构示意图;
图7为本发明的又一种投影光源的结构示意图;
图8为合光元件一的光谱特性示意图;
图9为偏振转换元件一的一种结构示意图;
图10为偏振转换元件一的另一种结构示意图;
图11为偏振转换元件一的又一种结构示意图;
图12为偏振转换元件一的又一种结构示意图。
图中:
激光光源1、混合色组件11、单色组件12、宽谱光源2、第一复眼透镜元件3、静态扩散元件41、动态扩散元件42、合光元件一5、组合元件6、扩散层61、镀膜层62、第二复眼透镜元件7、透镜一81、透镜二82、棱镜9、DMD10、偏振转换元件一20、偏振转换区201、非偏振区202、偏振转换元件二21、透镜元件一101、透镜元件二102。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开的一种投影光源,采用混合型光源,实现高亮度、高色域,并且有效解决散斑问题,成本低、体积小,综合性能好,有效提升投影画面质量。
实施例一
如图1和图2所示,一种投影光源,主要包括激光光源1、宽谱光源2以及合光组件,所述激光光源1包括若干种颜色的激光子单元,所述激光光源1的出射光路上设置有扩散器件和第一复眼透镜元件3,所述第一复眼透镜元件的复眼单元呈正多边形,所述激光光源1发出的光先经过扩散器件进行扩散处理,有效消除激光光束的相位相干性,从而有效提高消除散斑的效果,所述激光光源1发出的光还通过第一复眼透镜元件3进行匀光处理,提高激光光源1所形成的光斑的均匀性,有利于更均匀的进行合光,提高出光质量,进而提高投影画面质量,激光光源1发出的光可以是先进行扩散处理再进行匀光处理,也可以是先匀光再进行扩散处理,在经过扩散和匀光处理后,所述激光光源1发出的光再通过合光组件与宽谱光源2发出的光合光为合光光束以出射,宽谱光源2具体可以是LED光源,发光芯片发出激发光照射荧光层以获得宽光谱的光,宽谱光源2发出的光的光谱较宽并且发散角较大、光斑尺寸大,宽谱光源2发出的光不会出现严重的散斑,宽谱光源2发出的光无需进行扩散处理,从而所述激光光源1发出的光在经过扩散和匀光处理后再与宽谱光源2发出的光通过合光组件进行合光得到合光光束,保障合光的均匀性和充分性,有效提升合光光束的亮度和色域,有效抑制散斑,提升投影画面质量,合光光束的出射光路上设置有第二复眼透镜元件7,所述第二复眼透镜元件7的复眼单元呈矩形,利用第二复眼透镜元件7进一步的对合光光束进行匀光处理,经过匀光处理的合光光束再出射至光调制器以被调制为图像光束,最终图像光束通过镜头投射而出形成投影画面。
如图2所示,至少两种不同颜色的所述激光子单元集成封装在一个结构中以构成混合色组件11,至少还有另一种颜色的激光子单元单独封装构成单色组件12,也就是指,单色组件12所发出激光的颜色与混合色组件11所发出的激光颜色不同,单色组件12的光与混合色组件11的光合光为合束激光后再与宽谱光源2的光进行合光。具体的,混合色组件11由两种不同颜色的激光子单元集成而成,具体为蓝色激光子单元和绿色激光子单元,单色组件12具体由红色激光子单元构成。蓝色激光子单元与绿色激光子单元并排设置,蓝色激光子单元与绿色激光子单元两者发出的光沿同一光路传播,能够减少用于合光的镜片数量,提高结构紧凑性,减小占用体积,绿色激光子单元具体设置有三个,并由三个准直透镜分别对各绿色激光子单元的出光进行准直,蓝色激光子单元具体设置有两个,并由两个准直透镜分别对各蓝色激光子单元的出光进行准直,蓝色激光子单元与绿色激光子单元封装在同一个结构上以同向出光,从而混合色组件11发出的光包含绿色和蓝色,绿色激光子单元和绿色激光子单元是体积较小的芯片,由于绿色激光子单元和绿色激光子单元并列排布设置,在一定程度上,两种颜色的激光在出光开始即混合形成了合光,即,混合色组件11发出的光是绿色激光与蓝色激光混合的光,能够减少用于合光的镜片数量,提高结构紧凑性,减小占用体积。单色组件12中的红色激光子单元并排设置有八个,并由四个准直透镜对八个红色激光子单元发出的光进行准直。更优选的是,如图2所示,混合色组件11与单色组件12并列排布设置以构成整体的激光光源1,结构紧凑、易于布置,混合色组件11与单色组件12两者发出的光朝同向出射,混合色组件11与单色组件12两者之间具有一定的间距,从而两者发出的光束相互平行并具有一定间距,两者发出的光束不能直接合光,还需要进行合光处理。具体的,如图2所示,混合色组件11发出的光经过反射件引导至二向色镜,单色组件12发出的光出射至二向色镜,混合色组件11发出的光与单色组件12发出的光通过二向色镜进行合光,所述二向色镜反射混合色组件11发出的光而透射单色组件12发出的光,也就是,所述二向色镜反射绿光和蓝光而透射红光,更具体的,所述二向色镜设置的光谱为反射465nm、525nm的光,而透射大于630nm的光。当然,合光方式也可改为其他方式,例如,混合色组件11发出的光出射至二向色镜,单色组件12发出的光经过反射件引导至二向色镜,混合色组件11发出的光与单色组件12发出的光同样通过二向色镜进行合光,此时,所述二向色镜则是透射混合色组件11发出的光而反射单色组件12发出的光,也就是,所述二向色镜透射绿光和蓝光而反射红光。
激光光源1的激光子单元发出的光通常为线偏振光,具体的,混合色组件11中的蓝色激光子单元和绿色激光子单元发出的光的偏振态一致并且为P态,单色组件12中的红色激光子单元发出的光为S态,与前者的偏振态相反,从而混合色组件11发出的光与单色组件12发出的光不会发生干涉,有效抑制散斑现象。
进一步的,蓝色激光子单元的数量和绿色激光子单元的数量与红色激光子单元的数量不同,从而蓝色光斑、绿色光斑与红色光斑的大小不同,将混合色组件11发出的光与单色组件12发出的光直接进行合光时,合光均匀性差,影响出光质量。优选的是,扩散器件包括在混合色组件11的出射光路上设置的静态扩散元件41,利用静态扩散元件41对混合色组件11发出的光进行扩散处理,在消散斑的同时对混合色组件11发出的光进行扩束,使得混合色组件11所形成的蓝色光斑、绿色光斑能与红色光斑大小基本相同,提高合光均匀性,并且,也使得蓝色光斑、绿色光斑能与红色光斑在第一复眼透镜元件3上覆盖的复眼单元数量基本保持一致,使得三种颜色的激光照射在第一复眼透镜元件3上时能量分布均匀,能更好的进行匀光处理,对各种颜色光的像差校正也更有利。所述静态扩散元件41的扩散角度可以是高斯1°、2°、2.5°和3°其中一种,保障消散效果。
进一步的,所述扩散器件包括在合束激光的出射光路上设置的动态扩散元件42,即,利用动态扩散元件42对合束激光进行动态扩散处理,所述动态扩散元件42的扩散角度包括高斯1.5°、2°和2.5°其中一种,动态扩散元件42进一步加强折射、反射与散射现象,更好的破坏激光的相位相干性,提高消散斑效果,进而提高投影画面效果。动态扩散元件42可以是扩散元件进行转动、直线往复运动、振动等方式来进行扩散处理,可根据需要进行具体设置。优选的是动态扩散元件42与静态扩散元件41进行结合,也就是动态扩散处理与静态扩散处理的结合,更好的消除相位相干性,提高消除散斑的效果。
优选的是,第一复眼透镜元件3至第二复眼透镜元件7的光路上设置有光学组件,光学组件相当于一个简单的成像系统,以使所述第一复眼透镜元件3的复眼单元做为物而成像于第二复眼透镜元件7的入射表面,第一复眼透镜元件3所在位置为物像位置点,光通过第一复眼透镜元件3进行匀化处理后再通过光学组件成像于第二复眼透镜元件7上,光再通过第二复眼透镜元件7进行进一步的匀光处理,然后光再出射至光调制器件以被调制为图像光束,第二复眼透镜元件7与光调制器件之间也构成一个简单的成像系统,第二复眼透镜元件7的复眼单元做为物而成像于光调制器件的表面,使得合光光束更好的被整形匀化成像到光调制器件上。在本实施例中,所述第一复眼透镜元件3的复眼单元呈正六边形,当然也可以是其他边数的正多边形,六边形的复眼单元对入射的光斑呈六边形的像,单纯依靠扩散器件难以保障消除散斑的效果,利用第一复眼透镜元件3对激光进行匀光处理,激光光源1发出的光经过扩散器件的扩散处理后所形成的光斑较大,正多边形的复眼单元能对激光更好的进行匀光处理,第一复眼透镜元件3是物像位置点,内切于光斑大小的六边形视场角设置可以更好的对物像边缘进行匀光校正,光斑中心到边缘的距离尽可能的均匀,避免影响第二复眼透镜元件7到光调制器件的成像质量,包括畸变、色差、均匀度等。进一步的,第二复眼透镜元件7的复眼单元呈矩形,利用第二复眼透镜元件7对合光光束进一步的进行匀光处理,提高合光光束的均匀性,使得合光光束能够均匀的照射到光调制器件上,从而确保调制得到均匀的图像光,提高投影画面质量。在本实施例中,所述第二复眼透镜元件7的复眼单元呈矩形,是为了更好的匹配光调制器件,通常光调制器件为矩形的DMD或LCD面板等,从而更好的将合光光束整形匀化成像到光调制器件上。如图1所示,光学组件包括一片透镜元件,即透镜元件一101,透镜元件一101位于第一复眼透镜元件3的出射光路上,并且透镜元件一101位于合光组件的入射光路上,即仅激光光源1的光从透镜元件一101通过,而宽谱光源2的光不从透镜元件一101通过,激光光源1的光在经过第一复眼透镜元件3进行匀光后再通过透镜元件一101进行准直、聚焦,然后激光光源1的光与宽谱光源2的光通过合光组件进行合光得到合光光束,合光光束最后再通过第二复眼透镜元件7进行匀光处理。
在本实施例中,所述宽谱光源2发出的光具体为绿色,即,所述宽谱光源2的颜色与绿色激光子单元的颜色相同,但宽谱光源2发出的光的光谱范围为大于绿色激光子单元的光谱范围的宽光谱,宽谱光源2能够补偿提高绿光在合光光束中的占比,使得绿光满足合光需求,能够更好的提高合光光束的亮度,有效减小单纯的激光所造成的散斑,提高投影画面效果。进步的,所述宽谱光源2的光在合光光束中的时序占比与同色的激光子单元的光在合光光束中的时序占比相同,提高出光亮度的同时,也有利于画质效果的提升。
在本实施例中,所述合光组件主要包括合光元件一5,合光元件一5具体可以为二向色镜,宽谱光源2的光谱波段至少包含其中一种激光子单元的光谱波段,所述合光元件一5反射波长处于合光波段一的光而透射波长处于合光波段二的光,或者所述合光元件一5透射波长处于合光波段一的光而反射波长处于合光波段二的光,所述合光波段一覆盖所有激光子单元的光谱波段,所述合光波段二覆盖宽谱光源2的光谱波段的一部分,进而激光光源1的光与宽谱光源2的光从合光元件一5同向出射进行合光。具体的,激光光源1发出的光倾斜入射合光元件一5后从合光元件一5透射而出,宽谱光源2发出的光通过聚焦准直镜片组件后从另一侧倾斜入射合光元件一5,然后宽谱光源2发出的光被合光元件一5反射而出,激光光源1的光与宽谱光源2的光同向出射以进行合光,结构简单,易于实施,占用空间小。
如图8所示,在一种实施方式中,以合光元件一5反射波长处于合光波段一的光而透射波长处于合光波段二的光进行说明,所述合光波段一覆盖蓝色激光子单元、绿色激光子单元以及红色激光子单元的光谱波段,也就是所述合光元件一5反射蓝色激光子单元、绿色激光子单元以及红色激光子单元发出的激光,宽谱光源2发出的光整体呈绿色或者黄色,宽谱光源2光谱波段包含了绿色激光子单元的光谱波段,由于合光波段二覆盖宽谱光源2的光谱波段的一部分,从而所述合光元件一5是透射宽谱光源2的一部分光同时又反射宽谱光源2的一部分光,换言之,并不是宽谱光源2发出的所有光都能汇入合光光束中,宽谱光源2发出的一部分光会损失掉,宽谱光源2发出的光中具体损失掉的部分包括与绿色激光子单元的光谱波段相重合的波段部分。为了提高宽谱光源2的利用率,减少宽谱光源2的损失以提高合光光束的输出亮度,所述合光波段二的范围端点逼近绿色激光子单元的光谱波段,使得宽谱光源2发出的光尽量多的透射以汇入合光光束中,优选的是,所述合光波段二的范围端点与激光子单元的光谱波段的差值范围在2~20nm。具体的,如图8所示,合光波段一包含450nm~540nm和大于630nm的光谱波段范围,其具体包含465nm、525nm以及650nm的光谱波段,465nm即为蓝色激光子单元的光谱波段,525nm即为绿色激光子单元的光谱波段,650nm即为红色激光子单元的光谱波段,合光波段二包含550nm~600nm的光谱波段范围,而宽谱光源2的光谱波段包括480nm~610nm,从而在通过合光元件一5进行合光时,宽谱光源2发出的光中仅550nm~600nm范围内的光汇入合光光束中,而宽谱光源2发出的光中处于480nm~550nm波段以及600nm~610nm波段的光会损失掉,为了更好的提升投影画面亮度,更优选的是,合光波段二的范围可以设置为532nm~620nm,从而合光波段二的左侧范围端点更逼近绿色激光子单元的光谱波段,而右侧范围端点更逼近红色激光子单元的光谱波段,从而减小宽谱光源2在合光时的损失,提高合光光束的输出亮度。
进一步的,投影光源可以在纯激光模式与混合光模式之间进行切换,通过控制激光光源1与宽谱光源2的开关来进行切换。纯激光模式为仅激光光源1工作,而宽谱光源2关闭;
混合光模式为激光光源1工作,即,激光光源1中的蓝色激光子单元、绿色激光子单元和红色激光子单元都工作,并且宽谱光源2工作;
混合光模式还可以是激光光源1中的蓝色激光子单元和红色激光子单元工作,而绿色激光子单元关闭,同时宽谱光源2工作。
实施例二
如图3所示,与实施例一的不同点在于,扩散器件与合光组件集成为组合元件6,所述组合元件6的一侧表面为扩散层61,另一侧表面为镀膜层62,激光光源1的光从扩散层61一侧倾斜入射并从镀膜层62透射而出,宽谱光源2的光从镀膜层62一侧倾斜入射并被镀膜层62反射以与激光光源1的光进行合光,所述组合元件6动态活动以对激光光源1的光进行动态扩散,例如组合元件6呈圆盘形,进行转动运动以实现动态扩散。
采用组合元件6时则无需再设置动态扩散元件,组合元件6集成了扩散与合光的作用,激光光源1的光经过扩散层61的扩散处理后即刻在镀膜层62与宽谱光源2的光进行合光,结构更加紧凑,占用体积小,有利于减小投影系统的整体体积。由于宽谱光源2的光从镀膜层62一侧倾斜入射,宽谱光源2的光被镀膜层62直接反射,从而宽谱光源2的光不会入射到扩散层61,也就是宽谱光源2的光不会被扩散,确保仅激光光源1的光进行扩散处理,并且是激光光源1的光在进行扩散处理后再与宽谱光源2的光进行合光。除此之外,也可以是镀膜层62反射激光光源1的光而透射或部分透射宽谱光源2的光,此种方式中,从镀膜层62透射而过的宽谱光源2的光会经过扩散层61而进行扩散处理。
实施例三
如图4所示,本实施例以光调制器件为DMD10进行说明,作为照明光的合光光束通过棱镜9引导至DMD10上,照明光在DMD10的调制作用下变为图像光,图像光相对于照明光具有一定的偏差角,图像光从DMD10反射入棱镜9中,并从不同于照明光的光路从棱镜9出射到镜头以进行投射。在本实施例中,合光光束入射棱镜9,并且合光光束在棱镜9中的界面处的入射角度大于临界角,从而合光光束在界面处发生全反射后从棱镜9出射到DMD10,DMD10调制出的图像光相对于入射的合光光束存在偏角,图像光返回入棱镜9中,并且图像光在棱镜9中的界面处的入射角度小于临界角,从而图像光会从界面透射而过以从棱镜9的另一侧出射到镜头,进而通过镜头投射成投影画面。
为了方便控制合光光束入射棱镜9的角度,在第二复眼透镜元件7的出射光路上偏心设置有透镜一81和透镜二82,透镜一81和透镜二82分别倾斜于光轴,透镜一81相对于光轴的倾斜方向与透镜二82相对于光轴的倾斜方向相反,利用透镜一81和透镜二82将光路进行偏折,以使合光光束能与棱镜9精确配合,保障入射到DMD10的合光光束的入射角度以及成像的锐利度,确保合光光束能够在棱镜9中的界面处进行全反射,而经DMD10调制出的图像光能从棱镜9中的界面透射而过。具体的,所述透镜一81和透镜二82相对于光轴的倾转轴垂直于光路所在平面,也就是所述透镜一81和透镜二82相对于光轴的倾转轴垂直于图4中纸面方向,透镜一81和透镜二82为屈光度为正的双凸透镜,透镜一81和透镜二82相对于光轴的倾角初步摆放为0~45°,可调范围为0~20°。
进一步的,透镜一81和/或透镜二82在垂直于光轴的平面上移动或旋转可调,考虑装配公差,在结构设计上实现色边可调。以透镜一81为例进行说明,透镜一81在垂直于光轴的平面上沿两个方向活动可调,该两个方向相互垂直,具体的,透镜一81在图4中所示的x方向上活动可调,调节范围约±0.34mm,从而实现投影画面上下色边的调节,透镜一81在图4中所示的z方向上活动可调,调节范围约±0.3mm,从而实现投影画面左右色边的调节,灵活满足需求,提高投影画面质量。
进一步的,在本实施例中,光学组件包括两片透镜元件,即透镜元件一101和透镜元件二102,透镜元件一101位于第一复眼透镜元件3的出射光路上并且位于合光元件一的入射光路上,而透镜元件二102位于合光元件一与第二复眼透镜元件7之间,仅激光光源1的光从透镜元件一101通过,而宽谱光源2的光不从透镜元件一101通过,合光光束从透镜元件二102通过后再射向第二复眼透镜元件7,透镜元件一101起到准直的作用,透镜元件二102起到聚焦的作用,使得第一复眼透镜元件3的复眼单元做为物而成像于第二复眼透镜元件7的入射表面,进而保障第二复眼透镜元件7到DMD10的成像。第二复眼透镜元件7与DMD10之间的元件也构成一个简单的成像系统,使得第二复眼透镜元件7的复眼单元做为物而成像于光调制器件的表面,使得合光光束更好的被整形匀化成像到DMD10上。
实施例四
如图5所示,与实施例一的不同点在于,投影光源还包括在合光光束的出射光路上设置的偏振转换元件一20,所述偏振转换元件一20对部分合光光束进行相位偏移,具体的,偏振转换元件一20可以采用半波片,并且所述偏振转换元件一20仅对一半的合光光束进行相位偏移,即,合光光束仅一半被偏振转换元件一20遮挡,从而仅有一半的合光光束从偏振转换元件一20通过以进行相位偏移,而另一半的合光光束不进行相位偏移以直接沿光路传播,各激光子单元发出的光都为线偏振光,半波片使得线偏振光的偏振方向发生改变,具体可以将P光转换为S光,或者是将S光转换为P光,更好的消除相位相干性,有效抑制散斑,并且不影响宽谱光源2的光效收益。
进一步的,所述偏振转换元件一20包括偏振转换区201和非偏振区202,偏振转换区201用于对光进行相位偏移,偏振转换区201具体为半波片,所述非偏振区202包括透光区和扩散区至少其中一种,所述偏振转换区201与非偏振区202分区布置。具体的,如图9所示,偏振转换区201与非偏振区202呈左右分布,合光光束所形成的光斑一半照射在偏振转换区201,另一半照射在非偏振区202,非偏振区202可以全部是透光区,所述透光区可以是透光的片材(例如玻璃等)构成,也可以是直接无任何遮挡的空置区域(对于图9所示的偏振转换元件一20而言,偏振转换元件一20整体可以是一个半波片,该半波片构成了偏振转换区201,而透光区为虚拟定义的区域,光斑的一半照射在半波片上即可构成“光斑一半照射在偏振转换区201,另一半照射在非偏振区202”),非偏振区202也可以全部是扩散区,利用扩散区进一步对合光光束进行扩散处理,非偏振区202也可以是透光区与扩散区拼合构成;如图10所示,偏振转换区201与非偏振区202呈网格状分布,可以更均匀的对合光光束中的一部分进行相位偏移,更好的抑制散斑;如图11和图12所示,偏振转换区201与非偏振区202也可以是呈同心环相间分布或者是沿圆周相间分布,同样能有效的仅对合光光束中的一部分进行相位偏移,消除相位相干性,有效抑制散斑。
针对单色场散斑效果不佳的情况,如图6所示,可在激光光源1的对应颜色的激光主单元的出射光路上增加偏振转换元件二21,偏振转换元件二21具体为二分之一波片,激光主单元发出的光是线偏振光,通过偏振转换元件二21后线偏振光的偏振方向发生变化,可以更好的对单色场进行消除散斑。
如图7所示,混合色组件11和单色组件12的出射光路上不设置静态扩散元件,混合色组件11发出的光与单色组件12发出的光进行合光得到合束激光,在合束激光的出射光路上设置动态扩散元件42对合束激光进行动态扩散处理,然后合束激光再经过第一复眼透镜元件3进行匀光处理,经过动态扩散处理和匀光处理后的合束激光再通过合光元件一5与宽谱光源2发出的光进行合光,合光元件一5具体为二向色镜,可以是合光元件一5透射激光光源1的光而反射宽谱光源2的光以进行合光,也可以是,合光元件一5反射激光光源1的光而透射宽谱光源2的光以进行合光,然后合光光束再出射至偏振转换元件一20,偏振转换元件一20仅对一半的合光光束进行相位偏移,也就是偏振转换元件一20仅使一半的合光光束发生偏振态转换,有效消除相位相干性,提高消除散斑的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种投影光源,其特征在于,包括激光光源、宽谱光源以及合光组件,所述激光光源包括若干种颜色的激光子单元,所述激光光源的出射光路上设置有扩散器件和第一复眼透镜元件,所述激光光源发出的光再通过合光组件与宽谱光源发出的光合光为合光光束以出射,合光光束的出射光路上设置有第二复眼透镜元件,第一复眼透镜元件至第二复眼透镜元件的光路上设置有作为成像系统的光学组件,所述光学组件包括至少一片透镜元件,第一复眼透镜元件处于物像位置点以使所述第一复眼透镜元件的复眼单元成像于第二复眼透镜元件的入射表面,所述第一复眼透镜元件的复眼单元呈边数大于等于三的正多边形,所述第二复眼透镜元件的复眼单元呈矩形;
所述宽谱光源为LED光源,所述宽谱光源的光谱波段至少包含其中一种激光子单元的光谱波段,所述合光组件包括合光元件一,所述合光元件一反射波长处于合光波段一的光而透射波长处于合光波段二的光,或者所述合光元件一透射波长处于合光波段一的光而反射波长处于合光波段二的光,所述合光波段一覆盖所有激光子单元的光谱波段,所述合光波段二覆盖宽谱光源的光谱波段的一部分。
2.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,所述宽谱光源的颜色与至少其中一种激光子单元的颜色相同。
3.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,所述宽谱光源的光在合光光束中的时序占比与同色的激光子单元的光在合光光束中的时序占比相同。
4.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,至少两种不同颜色的所述激光子单元集成封装在一个结构中以构成混合色组件,至少还有另一种颜色的激光子单元单独封装构成单色组件,单色组件的光与混合色组件的光合光为合束激光后再与宽谱光源的光进行合光。
5.根据权利要求4所述的投影光源,其特征在于,所述扩散器件包括在混合色组件和/或单色组件的出射光路上设置的静态扩散元件。
6.根据权利要求4所述的投影光源,其特征在于,所述扩散器件包括在合束激光的出射光路上设置的动态扩散元件。
7.根据权利要求4所述的投影光源,其特征在于,混合色组件中的不同颜色的激光子单元发出的光的偏振态一致,并且与单色组件中激光子单元发出的光的偏振态不同。
8.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,所述合光波段二的范围端点逼近激光子单元的光谱波段。
9.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,所述合光波段二的范围端点与激光子单元的光谱波段的差值范围在2~20nm。
10.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,扩散器件与合光组件集成为组合元件,所述组合元件的一侧表面为扩散层,另一侧表面为镀膜层,激光光源的光从扩散层一侧倾斜入射并从镀膜层透射而出,宽谱光源的光从镀膜层一侧倾斜入射并被镀膜层反射或部分反射以与激光光源的光进行合光,所述组合元件动态活动以对激光光源的光进行动态扩散。
11.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,还包括在第二复眼透镜元件的出射光路上偏心设置的透镜一和透镜二,透镜一和透镜二分别倾斜于光轴,透镜一相对于光轴的倾斜方向与透镜二相对于光轴的倾斜方向相反。
12.根据权利要求11所述的投影光源,其特征在于,透镜一和/或透镜二在垂直于光轴的平面上移动或旋转可调。
13.根据权利要求1所述的投影光源,其特征在于,还包括在合光光束的出射光路上设置的偏振转换元件一,所述偏振转换元件一对部分合光光束进行相位偏移。
14.根据权利要求13所述的投影光源,其特征在于,所述偏振转换元件一包括用于对光进行相位偏移的偏振转换区,所述偏振转换元件一还包括非偏振区,所述非偏振区包括透光区和扩散区至少其中一种,所述偏振转换区与非偏振区分区布置。
15.根据权利要求14所述的投影光源,其特征在于,所述偏振转换区为半波片。
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