CN117590678A - 合光系统和投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合光系统和投影设备，涉及光电技术领域。本发明的合光系统包括第一光源组件、偏振分光元件、相位调制元件、单面复眼元件和匀光元件，偏振分光元件可将第一光源组件出射的具有第一偏振态的第一光束引导通过相位调制元件和单面复眼元件，反射元件将第一光束反射，使得第一光束再次通过单面复眼元件和相位调制元件，第一光束两次通过相位调制元件后由第一偏振态转变为第二偏振态，偏振分光元件再将具有第二偏振态的第一光束引导至匀光元件，本发明采用单面复眼加一匀光元件结合偏振分光元件来实现匀光，由于第一光束两次通过单面复眼元件，使得单面复眼元件实现了双面复眼的效果，成本较低，匀光效果好，体积小。

Description

合光系统和投影设备

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种合光系统和投影设备。

背景技术

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，且激光的光学扩展量通常比较小，在光学元件上形成的光斑也较小，能量比较集中。然而激光投影系统会存在散斑现象，需要进行消散，否则会导致用户体验下降，出现画面蒙纱，解析度下降的观感。现有技术中利用光棒和扩散轮组合消散匀光，或者利用两个双面复眼和振动扩散片组件组合消散匀光，但前者体积较大，后者玻璃复眼成本昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种合光系统和投影设备，实现低成本小体积的消散匀光。

第一方面，本发明提供一种合光系统，包括第一光源组件、偏振分光元件、相位调制元件、单面复眼元件和匀光元件；

所述第一光源组件用于出射具有第一偏振态的第一光束；

所述偏振分光元件用于引导所述具有第一偏振态的第一光束通过所述相位调制元件和所述单面复眼元件；

所述单面复眼元件远离所述偏振分光元件的一侧设置有反射元件，所述反射元件用于反射第一光束，使得第一光束再次通过所述单面复眼元件和所述相位调制元件；

所述相位调制元件用于改变第一光束的偏振态，使得两次通过所述相位调制元件的第一光束具有第二偏振态；

所述单面复眼元件具有设置有多个子眼的第一表面，所述子眼的截面为长宽不等的长方形或正多边形，所述单面复眼元件用于对第一光束进行匀光，使得两次通过所述单面复眼元件的第一光束的光斑对应为长宽不等的长方形或正多边形；

所述偏振分光元件还用于将具有第二偏振态的第一光束引导至所述匀光元件。

一种可能的实现方式中，所述第一表面朝向所述偏振分光元件，两次通过所述单面复眼元件的第一光束从所述第一表面出射，且经各子眼出射的光束聚焦于各子眼的顶点。

一种可能的实现方式中，所述反射元件包括设置在所述单面复眼元件的第二表面上的反射膜或第一反射镜；或者包括与所述单面复眼元件的第二表面紧贴设置的具有反射面的散热器，所述反射面为设置在所述散热器表面的反射膜或为所述散热器的表面；或者包括第二反射镜，所述第二反射镜与所述单面复眼元件的第二表面之间存在空气间隙。

一种可能的实现方式中，所述反射元件可在光轴方向上移动。

一种可能的实现方式中，所述匀光元件包括双面复眼元件，经所述双面复眼元件出射的光束的光斑为矩形。

一种可能的实现方式中，所述匀光元件包括具有入射端面的光棒，所述合光系统还包括第一整形镜片组，所述第一整形镜片组位于所述偏振分光元件和所述光棒之间，用于减小入射所述第一整形镜片组的光束的光斑尺寸，使得入射至所述入射端面的光束的光斑尺寸小于或等于所述入射端面的尺寸，并用于控制入射所述第一整形镜片组的光束的发散角，使得入射至所述入射端面的光束的入射角小于等于40度范围内的能量占总能量的90%以上。

一种可能的实现方式中，还包括第二整形镜片组，所述第二整形镜片组位于所述第一光源组件和所述单面复眼元件之间，用于对所述第一光源组件出射的第一光束进行扩束，使得入射至所述单面复眼元件的第一光束的光斑覆盖所述子眼的数量大于等于40个，入射角小于等于15度范围内的能量占总能量的90%以上。

一种可能的实现方式中，所述第二整形镜片组包括一凸透镜和一凹透镜，其中，所述凸透镜位于所述单面复眼元件和所述凹透镜之间。

一种可能的实现方式中，还包括消散元件，所述消散元件包括透射式消散元件，所述透射式消散元件位于所述偏振分光元件和所述反射元件之间；或者所述消散元件包括反射式消散元件，所述反射元件包括所述反射式消散元件，所述反射式消散元件满足以下各项中任一项或多项：

所述反射式消散元件朝向所述单面复眼元件的一面为毛面，背离所述单面复眼元件的一面设置有反射膜或反射镜；

所述反射式消散元件与所述单面复眼元件的第二表面紧贴；

所述反射式消散元件可在光轴方向上移动。

一种可能的实现方式中，所述透射式消散元件位于所述偏振分光元件和所述单面复眼元件之间。

一种可能的实现方式中，所述第一光源组件出射的第一光束为窄谱光，所述窄谱光至少包括波长范围不同的两种子光束，且各子光束的光轴共轴。

一种可能的实现方式中，还包括第二光源组件和合光元件，所述第二光源组件用于出射宽谱光；

所述合光元件位于所述偏振分光元件和所述匀光元件之间，用于将经所述偏振分光元件出射的具有第二偏振态的第一光束和所述第二光源组件出射的宽谱光引导至所述匀光元件。

一种可能的实现方式中，入射至所述匀光元件的所述第一光束的光斑位于所述宽谱光的光斑的中心位置。

一种可能的实现方式中，入射至所述匀光元件的光束的入射角小于等于50度范围内的能量占总能量的90%以上。

第二方面，本发明提供一种投影设备，包括第一方面所述的合光系统。

本发明的合光系统包括第一光源组件、偏振分光元件、相位调制元件、单面复眼元件和匀光元件，偏振分光元件可将第一光源组件出射的具有第一偏振态的第一光束引导通过相位调制元件和单面复眼元件，位于单面复眼元件远离偏振分光元件的一侧的反射元件将第一光束反射，使得第一光束再次通过单面复眼元件和相位调制元件，第一光源组件出射的第一光束两次通过相位调制元件后由第一偏振态转变为第二偏振态，偏振分光元件再将具有第二偏振态的第一光束引导至匀光元件，本发明采用单面复眼加一匀光元件结合偏振分光元件来实现匀光，由于第一光束两次通过单面复眼元件，使得单面复眼元件实现了双面复眼的效果，成本较低，匀光效果好，体积小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种投影设备的功能模块示意图；

图2为本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种合光系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种合光系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种合光系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种合光系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种合光系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的又一种合光系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。虽然本发明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。

在本发明中，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解，“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，其仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本发明实施例中对设备或消息个数的特别限定，不能构成对本发明实施例的任何限制。“多个”是指两个或两个以上，“包括”或者“包含”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。

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

图1为本发明实施例提供的一种投影设备的功能模块示意图。如图1所示，投影设备包括图像处理器110和投影光机120。其中：

图像处理器110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110可以用于视频解码、画质处理等。

投影光机120可以包括驱动芯片、显示芯片和光源等。其中，光源可以包括激光光源、LED光源、荧光光源等；显示芯片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 onSilicon，LCOS）等，用于将光源光进行调制以产生图像光；驱动芯片与显示芯片对应，例如数字微镜器件可以采用数字光处理元件（Digital Light Processing，DLP）驱动。投影光机120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130，该中央控制器可以是CPU、ARM、MCU等控制器。中央控制器130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模块140内的软件程序和/或操作系统，以及调用存储在存储模块140内的数据。可选地，图像处理器110和中央控制器130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模块140、输入模块150以及通信模块160等部件。本领域技术人员可以理解，图1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：

存储模块140可用于存储软件程序和操作系统，中央控制器130通过运行存储在存储模块140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。存储模块140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，存储模块140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，存储模块140还可以包括存储器控制器，以提供中央控制器130对存储模块140的访问。

该投影设备还可包括输入模块150，该输入模块150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160，在一些实施例中通信模块160可以包括无线模块，投影设备可以通过该通信模块160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160可以用于帮助用户访问流式媒体等。

图2为本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图。如图2所示，投影设备包括光源装置210、匀光元件220、照明系统230和成像系统240。光源装置210产生的照明光经匀光元件220匀化处理，照明系统230将匀光元件220出射的光斑成像在显示芯片（图中未示出）上，显示芯片将入射的照明光调制成图像光照射进入成像系统240，最终将图像光成像到屏幕等投影平面，形成投影画面。

此外，投影设备还可包括光源控制模块（图中未示出），光源控制模块可对光源装置210中的一个或多个光源的动作进行控制，使得光源装置210出射生成图像时所要求的规定波段的光。进一步地，光源装置210、匀光元件220、照明系统230和成像系统240均可包括在投影光机120（参照图1）中。

光源装置210可包括一个或多个光源。光源可为窄谱光源或宽谱光源，其中，窄谱光源一般是指具有较窄光谱的光源，例如激光光源，宽谱光源一般是指具有较宽光谱的光源，例如LED光源或荧光光源等。进一步地，光源可为单一发光元件或是发光元件阵列，且发光元件阵列可包括不同颜色的发光元件。例如光源可以是产生蓝光或绿光或红光的LD光源或LED光源等，或者光源为多色激光器，即为包含有多种激光器的发光元件阵列，如光源可包含有蓝激光器和红激光器，或者包含有蓝激光器和绿激光器，或者同时包含有蓝激光器、红激光器和绿激光器。

匀光元件220用于对光源装置210产生的照明光进行匀化处理。具体地，匀光元件220包括入射端面和出射端面，匀光元件220用于对从其入射端面入射的照明光进行匀化处理。示例地，匀光元件220可为光棒、复眼等。

照明系统230是从匀光元件到显示芯片的部分，用于将匀光元件220出射的光斑成像在显示芯片上。示例地，照明系统230可包括一个或多个透镜。

成像系统240用于将图像光成像到屏幕等投影平面，形成投影画面。成像系统240一般为镜头系统，如投影镜头。

请参阅图3-图6，图3-图6为本发明实施例提供的几种合光系统的结构示意图。如图3所示，合光系统包括光源装置210和匀光元件220，光源装置210包括第一光源组件100、偏振分光元件3、相位调制元件5和单面复眼元件6，第一光源组件100出射的具有第一偏振态的第一光束经偏振分光元件3引导通过相位调制元件5和单面复眼元件6，经单面复眼元件6远离偏振分光元件3一侧的反射元件（图中未示出）反射，再次通过单面复眼元件6和相位调制元件5，两次通过相位调制元件5的第一光束由第一偏振态转变为第二偏振态，具有第二偏振态的第一光束经偏振分光元件3引导入射至匀光元件220。

第一光源组件100用于出射具有第一偏振态的第一光束。第一光源组件100可包括一个或多个光源，除了光源之外，第一光源组件100还可包括一个或多个光学元件，如二向色元件和/或反射元件等，以进行分光、合光和/或改变光的传播方向。示例地，如图3所示，第一光源组件100包括第一光源1和反射镜2，第一光源1出射的光束经反射镜2改变传播方向后入射至偏振分光元件3。第一光源1可为窄谱光源，用于出射窄谱光，该窄谱光至少包括波长范围不同的两种子光束，如红光和蓝光，或者波长范围不同的两种蓝光，或者同时包括红光、蓝光和绿光三种颜色的子光束，例如第一光源1可为三色激光光源，则后续的光学元件，如相位调制元件4和单面复眼元件6，可同时作用于该三色激光，可实现同时对激光进行消散和匀光。进一步地，第一光源1出射的多种子光束的光轴共轴，光路收光效率高。可选地，还可通过二向色元件和反射镜等光学元件将多种子光束合成一路，如图3所示，如多种子光束的偏振态不同，则可使用半波片等相位调制元件改变相应子光束的偏振态，使得第一光源1出射的光束具有第一偏振态，例如蓝色激光和绿色激光为一个偏振态，红色激光为另一个偏振态，则可以在红色激光光源的出光侧增加半波片，使其出射的红色激光的偏振态与蓝色激光和绿色激光一致，或者可在蓝色激光光源和绿色激光光源的出射侧增加半波片，使其出射的蓝色激光和绿色激光的偏振态与红色激光一致。需要说明的是，第一光源1也可只出射一种波长范围的光束。

偏振分光元件3用于引导第一光源组件100出射的具有第一偏振态的第一光束依次入射至相位调制元件5和单面复眼元件6，并将具有第二偏振态的第一光束引导至匀光元件220。具体地，偏振分光元件3可让某一偏振态的光透射，另一偏振态的光反射，如透射P偏振光并反射S偏振光，示例地，偏振分光元件3可为偏振分束器PBS或金属线栅等。

相位调制元件5用于改变第一光束的偏振态，使得两次通过相位调制元件5的第一光束具有第二偏振态。例如，第一光源组件100出射的第一光束为P偏振光，则两次通过相位调制元件5的第一光束为S偏振光，也可第一光源组件100出射的第一光束为S偏振光，则两次通过相位调制元件5的第一光束为P偏振光，在其他一些实施例中，第一光源组件100出射的第一光束和两次通过相位调制元件5的第一光束也可具有其他偏振态，只要偏振分光元件3可将两种偏振态的第一光束的光路分离即可。示例地，相位调制元件5可为1/4波片或液晶光栅等。应理解，相位调制元件5可位于偏振分光元件3和单面复眼元件6之间，如图3所示，也可位于单面复眼元件6远离偏振分光元件3的一侧，如图4所示，进一步地，消散元件4、相位调制元件5和单面复眼元件6三者可紧贴设置一起，进一步减小体积。

单面复眼元件6具有设置有多个子眼（如透镜单元）的第一表面，所述子眼的截面具有第一形状，单面复眼元件6用于对第一光束进行匀光，使得两次通过单面复眼元件6的第一光束的光斑为第一形状。本发明实施例中，第一光束两次通过单面复眼元件6，即可通过一个单面复眼实现双面复眼的匀光效果，降低成本。优选地，第一形状可为长宽不等的长方形或正多边形（如正六边形或正八边形等），进一步提高单面复眼元件6的匀光效果。在其他一些实施例中，第一形状也可为圆形、三角形等其他形状，本发明实施例对此不进行限制。

进一步地，单面复眼元件6的第一表面朝向偏振分光元件3，两次通过所述单面复眼元件的第一光束从所述第一表面出射，且经各子眼出射的光束聚焦于各子眼的顶点。用单面复眼和反射元件实现双面复眼的匀光效果，不需要控制双面复眼两个面的偏芯和倾斜，加工难度可大幅下降，从而大幅降低成本。

单面复眼元件6远离偏振分光元件3的一侧设置有反射元件（图中未示出），该反射元件用于反射第一光束，使得第一光束返回再次通过单面复眼元件6和相位调制元件5，再经偏振分光元件3反射至匀光元件220。该反射元件可与单面复眼元件6紧贴设置，如图3所示，也可与单面复眼元件6之间存在空气间隙，如图4-6所示。示例地，该反射元件可包括设置在单面复眼元件6的第二表面上的反射膜或第一反射镜；或者包括与单面复眼元件6的第二表面紧贴设置的具有反射面的散热器，所述反射面为设置在所述散热器表面的反射膜或为所述散热器的表面；或者包括第二反射镜9，所述第二反射镜9与单面复眼元件6的第二表面之间存在空气间隙，如图5所示。该反射元件优选为与单面复眼元件6紧贴设置的散热器，反射膜对入射角度不敏感，且可以同时对单面复眼元件6进行散热。

可选地，该反射元件可在光轴方向上移动，从而改变不同时刻的光程差或相位差，破坏时间相干性，消除散斑。需要说明的是，如果该反射元件与单面复眼元件6紧贴设置，如反射元件是单面复眼元件6表面上设置的反射膜或反射镜，或者是与单面复眼元件6紧贴设置的散热器，则反射元件移动相当于是单面复眼元件6移动。

在一些实施例中，在第一光束的光路中还可设置消散元件4，如静止的扩散片、扩散轮或者振动的扩散片等，可打乱激光的相位，破坏激光的空间相干性，同时将激光光束放大。该消散元件4可设置在偏振分光元件3和反射元件之间的任何位置，例如，如果该消散元件4是透射式消散元件（图3或图5），则其可位于偏振分光元件3和单面复眼元件6之间，也可位于单面复眼元件6和反射元件之间，也可位于相位调制元件5和单面复眼元件6之间等；如果该消散元件4是反射式消散元件（图4或图6），例如该消散元件4朝向单面复眼元件6的一面为毛面，背离单面复眼元件6的一面设置有反射膜或反射镜，则其可作为反射元件位于单面复眼元件6远离偏振分光元件3的一侧，进一步地，如果消散元件4为静止的反射式消散元件，则其可与单面复眼元件6紧贴设置，进一步缩小体积。

优选地，如图3所示，消散元件4位于偏振分光元件3和单面复眼元件6之间，从而增加入射至单面复眼元件6的光斑面积，进一步提高匀光效果。应理解，当消散元件4位于单面复眼元件6远离偏振分光元件3的一侧时，也可在单面复眼元件6靠近偏振分光元件3的一侧设置整形透镜组对第一光束进行扩束，从而增加入射至单面复眼元件6的光斑面积。

可选地，消散元件4可为包括多个不同扩散区域的扩散轮，其扩散区域的个数可与第一光源组件100出射的第一光束中的子光束的个数相同或不同，示例地，第一光源1为红绿蓝三色激光光源，则消散元件4可包括RGB三个扩散区域，R扩散区域用于对红激光进行扩散，G扩散区域用于对绿激光进行扩散，B扩散区域用于对蓝激光进行扩散，这三个扩散区域的扩散角度可相同或不同，优选地，这三个扩散区域的扩散角度各不相同，且R扩散区域的扩散角度最小，使得各颜色的光的光斑满足需求，同时避免红激光光斑放大太多，导致系统效率下降；又如消散元件4可只包括两个扩散区域，其中一个扩散区域对红激光进行扩散，另一个扩散区域对绿激光和蓝激光进行扩散，对红激光进行扩散的区域的扩散角度小于另一个扩散区域的扩散角度，从而减小扩散区域数量，节约成本。

在一些实施例中，第一光源组件100和单面复眼元件6之间还可设置整形镜片组，示例地，如图4所示，偏振分光元件3和单面复眼元件6之间设置有第二整形镜片组7，第一光束经第二整形镜片组7进行扩束，使得入射至单面复眼元件6的第一光束的光斑覆盖其子眼的数量大于等于40个，如光斑覆盖子眼的数量在50-2000个之间，入射角小于等于15度范围内的能量占总能量的90%以上，如入射角小于等于10度范围内的能力占总能量的95%以上，进一步提高匀光效果。第二整形镜片组7可包括一个或多个透镜，优选地，第二整形镜片组7包括一凸透镜和一凹透镜，其中，所述凸透镜位于所述单面复眼元件和所述凹透镜之间，既能满足扩束效果，也能满足体积和成本要求。在其他一些实施例中，第二整形镜片组也可设置在第一光源组件100和偏振分光元件3之间，或者第二整形镜片组的部分镜片位于第一光源组件100和偏振分光元件3之间，部分镜片位于偏振分光元件3和单面复眼元件6之间。

应理解，偏振分光元件3和匀光元件220之间也可以设置整形镜片组，如图6-图7所示，对光束进行整形控制，使得入射至匀光元件220的光斑大小和角度满足需求。

匀光元件220可包括单面或双面复眼元件或光棒等具有匀光效果的元件，入射至匀光元件220表面的光束的入射角小于等于50度范围内的能量占总能量的90%以上。在一些实施例中，匀光元件220为双面复眼元件，如图3-图6所示，经该双面复眼元件出射的光束的光斑为矩形，既能保证匀光效果，又能使照射到显示芯片上的光斑满足需求。在其他一些实施例中，匀光元件220也可为光棒，如图7所示，此时，偏振分光元件3和匀光元件220之间还设置有第一整形镜片组8，第一整形镜头组8用于减小入射第一整形镜片组8的光束的光斑尺寸，使得入射至光棒的入射端面的光束的光斑尺寸小于或等于所述入射端面的尺寸，并用于控制入射第一整形镜片组8的光束的发散角，使得入射至光棒的入射端面的光束的入射角小于等于40度范围内的能量占总能量的90%以上，如入射角小于等于30度范围内的能量占总能力的95%以上，进一步提高光效和匀光效果。第一整形镜片组8可包括一个或多个透镜，优选地，第一整形镜片组8包括一凸透镜和一凹透镜，其中，所述凹透镜位于光棒和凸透镜之间，既能满足缩束效果，也能满足体积和成本要求。

在一些实施例中，光源装置210还可包括一个或多个其他光源组件，作为第一光源1的补充光源和/或补偿光源。示例地，如图8所示，光源装置210还包括第二光源组件11和合光元件13，经偏振分光元件3出射的具有第二偏振态的第一光束与第二光源组件11出射的第二光束经合光元件13合光后入射至匀光元件220。其中，第一光束和第二光束可包括不同波长范围的光，也可包括相同波长范围的光，或者包括波长范围部分重叠的光，例如，第一光束只包括一种颜色的光，如蓝光，则第二光束可包括两种或两种以上颜色的光，如红光和绿光，或者红光、蓝光和绿光；又如第一光束包括两种颜色的光，如红光和蓝光，则第二光束可包括一种或多种颜色的光，如绿光，或者蓝光和绿光，或者红光和绿光，或者红光、蓝光和绿光；又如第一光束包括三种颜色的光，如红光、蓝光和绿光，则第二光束可包括一种或多种颜色的光，如绿光，或者蓝光和绿光，或者红光和绿光，或者红光、蓝光和绿光。需要说明的是，第一光束和/或第二光束中也可包括同色异谱的光，这里不再详细举例。

第二光源组件11用于出射第二光束，第二光束可为窄谱光或宽谱光，优选地，第二光源组件11用于出射宽谱光，宽光谱和窄光谱混合，可获得窄光谱的高色域，同时减弱窄光谱的散斑效果和彩边情况，提高用户使用的舒适性。入射至匀光元件220的第一光束的光轴可与第二光束的光轴平行或共轴，优选地，入射至匀光元件220的第一光束的光斑位于该宽谱光（第二光束）的光斑的中心位置，光路对称，二者混合后光斑的大小和角度都是对称的，这样后续通过镜头时组合可调光圈，亮度和对比度的损失都是对称的，避免出现非对称引起的各种均匀性问题。

合光元件13位于偏振分光元件3和匀光元件220之间，用于将经偏振分光元件3出射的具有第二偏振态的第一光束和第二光源组件11出射的第二光束引导至匀光元件220。合光元件13可为平板上镀膜，透射第一光束反射第二光束，或者分区镀膜，或者为开孔方案，让第一光束（窄谱光）从小孔穿过而第二光束（宽谱光）被反射，本发明实施例对合光元件13的具体结构不进行限制。

可选地，第二光源组件11和合光元件13之间还可设置第三整形镜片组12，如图8所示，第二光源组件11出射的第二光束经第三整形镜片组12整形后再入射至合光元件13，第三整形镜片组12可将第二光束整形为近平行光，方便后端系统收光。

需要说明的是，可将上述实施例中对应的透射功能改为反射，反射功能改为透射，不影响整体光路的功能实现，本发明实施例不再详细介绍。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明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，包括第一光源组件、偏振分光元件、相位调制元件、单面复眼元件和匀光元件；

所述第一光源组件用于出射具有第一偏振态的第一光束；

所述偏振分光元件用于引导所述具有第一偏振态的第一光束通过所述相位调制元件和所述单面复眼元件；

所述单面复眼元件远离所述偏振分光元件的一侧设置有反射元件，所述反射元件用于反射第一光束，使得第一光束再次通过所述单面复眼元件和所述相位调制元件；

所述相位调制元件用于改变第一光束的偏振态，使得两次通过所述相位调制元件的第一光束具有第二偏振态；

所述单面复眼元件具有设置有多个子眼的第一表面，所述子眼的截面为长宽不等的长方形或正多边形，所述单面复眼元件用于对第一光束进行匀光，使得两次通过所述单面复眼元件的第一光束的光斑对应为长宽不等的长方形或正多边形；

所述偏振分光元件还用于将具有第二偏振态的第一光束引导至所述匀光元件。

2.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述第一表面朝向所述偏振分光元件，两次通过所述单面复眼元件的第一光束从所述第一表面出射，且经各子眼出射的光束聚焦于各子眼的顶点。

3.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述反射元件包括设置在所述单面复眼元件的第二表面上的反射膜或第一反射镜；或者包括与所述单面复眼元件的第二表面紧贴设置的具有反射面的散热器，所述反射面为设置在所述散热器表面的反射膜或为所述散热器的表面；或者包括第二反射镜，所述第二反射镜与所述单面复眼元件的第二表面之间存在空气间隙。

4.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述反射元件可在光轴方向上移动。

5.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述匀光元件包括双面复眼元件，经所述双面复眼元件出射的光束的光斑为矩形。

6.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述匀光元件包括具有入射端面的光棒，所述合光系统还包括第一整形镜片组，所述第一整形镜片组位于所述偏振分光元件和所述光棒之间，用于减小入射所述第一整形镜片组的光束的光斑尺寸，使得入射至所述入射端面的光束的光斑尺寸小于或等于所述入射端面的尺寸，并用于控制入射所述第一整形镜片组的光束的发散角，使得入射至所述入射端面的光束的入射角小于等于40度范围内的能量占总能量的90%以上。

7.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，还包括第二整形镜片组，所述第二整形镜片组位于所述第一光源组件和所述单面复眼元件之间，用于对所述第一光源组件出射的第一光束进行扩束，使得入射至所述单面复眼元件的第一光束的光斑覆盖所述子眼的数量大于等于40个，入射角小于等于15度范围内的能量占总能量的90%以上。

8.根据权利要求7所述的一种合光系统，其特征在于，所述第二整形镜片组包括一凸透镜和一凹透镜，其中，所述凸透镜位于所述单面复眼元件和所述凹透镜之间。

9.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，还包括消散元件，所述消散元件包括透射式消散元件，所述透射式消散元件位于所述偏振分光元件和所述反射元件之间；或者所述消散元件包括反射式消散元件，所述反射元件包括所述反射式消散元件，所述反射式消散元件满足以下各项中任一项或多项：

所述反射式消散元件朝向所述单面复眼元件的一面为毛面，背离所述单面复眼元件的一面设置有反射膜或反射镜；

所述反射式消散元件与所述单面复眼元件的第二表面紧贴；

所述反射式消散元件可在光轴方向上移动。

10.根据权利要求9所述的一种合光系统，其特征在于，所述透射式消散元件位于所述偏振分光元件和所述单面复眼元件之间。

11.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，所述第一光源组件出射的第一光束为窄谱光，所述窄谱光至少包括波长范围不同的两种子光束，且各子光束的光轴共轴。

12.根据权利要求11所述的一种合光系统，其特征在于，还包括第二光源组件和合光元件，所述第二光源组件用于出射宽谱光；

所述合光元件位于所述偏振分光元件和所述匀光元件之间，用于将经所述偏振分光元件出射的具有第二偏振态的第一光束和所述第二光源组件出射的宽谱光引导至所述匀光元件。

13.根据权利要求12所述的一种合光系统，其特征在于，入射至所述匀光元件的所述第一光束的光斑位于所述宽谱光的光斑的中心位置。

14.根据权利要求1所述的一种合光系统，其特征在于，入射至所述匀光元件的光束的入射角小于等于50度范围内的能量占总能量的90%以上。

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。