CN202443241U - 光源系统及投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种光源系统及投影系统，该光源系统包括固态光源阵列，由至少两组固态光源组排列而成，该阵列用于产生一束入射光，该束入射光包括分别由该至少两组固态光源组产生的至少两部分入射光；成像装置，用于将至少两部分入射光分别成像至波长转换装置的不同位置；波长转换装置，用于在不同的位置分别接收至少两部分入射光，并输出一束出射光，该束出射光包括与至少两部分入射光对应的至少两部分色坐标均不同的出射光；控制装置，用于独立控制至少两组固态光源组的开启和关闭及发光强度。本实用新型实施例的光源系统能够适应颜色需求的改变。

Description

光源系统及投影系统

技术领域

本发明涉及显示与照明技术领域，特别是涉及一种光源系统及投影系统。

背景技术

目前，在照明和显示领域经常会用到彩色光序列。如图1和图2所示，在一种现有技术的光源系统10中，光源11产生的蓝色激发光12经聚光装置13聚焦到色轮14上。色轮14包括两个色段，两个色段分别设置有散射材料、黄光荧光粉，使得在驱动装置15驱动色轮14绕转轴16转动的过程中，色轮14的两个色段交替设置于激发光12的传输路径上，进而产生由蓝色及黄色组成的混合光。

图2所示的色轮14产生的混合光可用于显示系统或照明系统，例如DLP投影系统。具体地，可以将色轮14产生的黄光分成红绿两种基色光，并将该红绿两种基色光及色轮产生的蓝基色光分别输出至3个DMD。红、绿、蓝基色光分别经过一个DMD的调制后再经过投影镜头的投影可以在屏幕上得到各基色光的图像，并经过人眼的视觉暂留效应在时域混合在一起而形成彩色图像。

屏幕上产生的彩色图像来源于不同颜色的图像在屏幕上快速的切换在人眼中的积分效应。如果不同颜色的图像在屏幕上的切换速度不够，则会造成色分裂(color breakup)现象，也就是随着眨眼或者视野的移动，观众可以瞬间看到单色光。在上述方案中，该切换速度与驱动色轮14转动的驱动装置15的转速成正比。由于驱动装置15的速度限制，使得色分裂现象无法解决。

在对现有技术的研究与实践过程中，本发明的发明人发现，除了色分裂现象之外，现有技术还存在以下问题：一旦色轮14确定，则色轮14出射的混合光确定。若需要得到不同的混合光，以适应不同的应用需求，例如若需要得到不同的黄光与蓝光的比例以得到不同色温的白光，则需要更换色轮。由此可见，现有技术中的光源系统无法适应颜色需求的改变。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能够适应颜色需求改变的光源系统及投影系统。

本发明实施例提供一种光源系统，包括：

固态光源阵列，由至少两组固态光源组排列而成，该阵列用于产生一束入射光，该束入射光包括分别由该至少两组固态光源组产生的至少两部分入射光；

成像装置，用于将至少两部分入射光分别成像至波长转换装置的不同位置；

波长转换装置，用于在不同的位置分别接收至少两部分入射光，并输出一束出射光，该束出射光包括与至少两部分入射光对应的至少两部分色坐标均不同的出射光；其中，波长转换装置上设置有第一区域，第一区域接收第一部分入射光，并对第一部分入射光进行波长转换，以产生第一部分出射光；

控制装置，用于独立控制至少两组固态光源组的开启和关闭及发光强度。

本发明实施例还提供一种投影系统，该投影装置包括上述的光源系统。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：

由于两组固态光源组分别产生两部分入射光，而该两部分入射光又分别作用于波长转换装置的不同位置而得到色坐标不同的两部分出射光，因此在波长转换装置确定的情况下，控制装置通过分别控制两组固态光源组的开启和关闭及发光强度，能够改变两部分出射光的比例以适应颜色需求的改变。

附图说明

图1是现有技术中一种光源系统的结构示意图；

图2是图1所示光源系统中色轮的主视图；

图3是本发明实施例中光源系统的一个实施例的结构示意图；

图4是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图；

图5是图4所示实施例中固态光源阵列的结构示意图；

图6是图4所示实施例中波长转换装置的主视图；

图7是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图；

图8a是图7所示实施例中波长转换装置的一个实施例的主视图；

图8b是图7所示实施例中波长转换装置的另一实施例的主视图；

图9是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图；

图10是图9所示实施例中波长转换装置的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

请参阅图3，图3是本发明实施例中光源系统的一个实施例的结构示意图。如图3所示，光源系统300包括固态光源阵列310、成像装置320、波长转换装置330及控制装置340。

固态光源阵列310由两组固态光源组311与312排列而成。固态光源可以是发光二极管(LED，Light Emitting Diode)、激光二极管(LD，Laser Diode)，以及使用发光二极管和/或激光二极管激发波长转换材料产生受激光的发光器件。固态光源阵列310用于产生一束入射光，该束入射光包括分别由两组固态光源组311与312产生的两部分入射光。

成像装置320将两组固态光源组311与312分别产生的两部分入射光分别成像至波长转换装置330的不同位置S1与S2，容易理解的是，S1与S2即两部分入射光在波长转换装置上的光斑位置。成像装置320可以采用任何现有技术中能够将两部分入射光分别成像至不同位置的光学结构，本发明实施例中不进行限定。

波长转换装置330，用于在不同的位置S1与S2分别接收成像装置320出射的两部分入射光，并输出一束出射光，该束出射光可以由位置S1与S2分别出射的光组成，即包括与上述两部分入射光对应的两部分出射光。并且，位置S1与S2分别出射的两部分出射光的色坐标不同。波长转换装置330上设置有第一区域，第一区域接收第一部分入射光，并对第一部分入射光进行波长转换，以产生第一部分出射光，即该第一区域上设置有波长转换材料。最常用的波长转换材料是荧光粉，例如YAG荧光粉，它可以吸收蓝光并受激发射黄色的受激光。波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。

可选地，可以在波长转换装置330上设置两个区域，位置S1与S2分别在两个区域上，且两个区域上设置有不同的功能材料，以使位置S1与S2的出射光的色坐标不同。例如，波长转换装置330设置有第一区域与第二区域；第一区域接收第一部分入射光，并对第一部分入射光进行波长转换，以产生第一部分出射光；第二区域接收第二部分入射光，并在不进行波长转换的情况下对第二部分入射光进行透射或反射，以产生第二部分出射光。或者，第二区域也可以设置有与第一区域不同的波长转换材料，以产生与第一部分出射光色坐标不同的第二部分出射光。

另可选地，波长转换装置也可以只设置有第一区域，该区域设置有用于对第一部分入射光与第二部分入射光进行波长转换的波长转换材料，此时只要两组固态光源组311与312分别产生色坐标不同的第一部分入射光与第二部分入射光，则该两部分入射光入射至该第一区域的不同位置，可以得到两部分色坐标不同的出射光(一部分出射光为第一部分入射光与其对应的受激光组成的混合光，另一部分出射光为第二部分入射光与其对应的受激光组成的混合光)。

优选地，两组固态光源组311与312紧密连接，此时不同位置S1与S2也紧密连接，以使得波长转换装置330的出射光的光束截面积较小，光源系统的出光亮度较高。

控制装置340用于独立控制两组固态光源组311与312的开启和关闭及发光强度。由于两组固态光源组311与312分别产生两部分入射光，而该两部分入射光又分别作用于波长转换装置的不同位置而得到色坐标不同的两部分出射光，因此在波长转换装置330确定的情况下，控制装置340通过分别控制两组固态光源组311与312的开启和关闭及发光强度，例如改变固态光源311与固态光源312的发光强度比例，能够改变两部分出射光的比例以适应颜色需求的改变。

实施例二

请参阅图4-图6，图4是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图；图5是图4所示实施例中固态光源阵列的结构示意图；图6是图4所示实施例中波长转换装置的主视图。如图4所示，光源系统400包括固态光源阵列410、成像装置420、波长转换装置430、控制装置(图未示)及收光装置450。

如图5所示，固态光源阵列410由两组固态光源组411与412排列而成，第一组固态光源411包括固态光源411a与411b，第二组固态光源412包括固态光源412a与412b。两组固态光源组411与412的各个固态光源紧密连接，并排列成“田”字形。具体地，两组固态光源组均为蓝光LED，且产生的两部分入射光的色坐标相同。

成像装置420包括准直透镜421与聚光透镜422。准直透镜421将分别由两组固态光源组411与412产生的两部分入射光准直为两组不同方向的平行光至聚光透镜422，聚光透镜422将该两组平行光分别聚焦至焦平面的不同位置S1与S2上。

如图6所示，波长转换装置430包括第一区域430a与第二区域430b，波长转换装置430呈圆盘状，第一区域430a与第二区域430b呈与该圆盘同心的两个相邻环状，且第一区域430a的内径即第二区域430b的外径。第一区域430a与第二区域430b上分别设置有用于将蓝光转换为红光的红光波长转换材料与用于将蓝光转换为绿光的绿光波长转换材料。并且，位置S1与S2分别在第一区域430a与第二区域430b上，由于只有部分蓝光会被波长转换材料吸收，因此位置S1与S2分别出射由蓝光与红光组成的第一混合光、以及由蓝光与绿光出射的第二混合光，波长转换装置430可以出射由第一混合光与第二混合光组成的总混合光。

可以通过控制装置改变两组固态光源组411与412的发光强度，例如降低固态光源组411发出蓝光的强度，从而降低第一混合光在总混合光中的比例，从而改变总混合光的色坐标，以适应颜色需求的改变。也可以通过控制装置控制两组固态光源组411与412的开启和关闭，来改变这两组的开启时间比例，来改变第一、第二混合光的比例，从而改变总混合光的色坐标。

容易理解的是，第二区域也可以设置为不具有波长转换能力的功能材料，例如散射材料或透明材料，此时第二区域430b出射蓝光。

除了使波长转换装置始终出射总混合光，控制装置还可以通过控制固态光源组411与412的开启和关闭，使波长转换装置出射彩色序列光。例如在一个周期中，控制装置控制在第一个1/3周期固态光源组411开启而固态光源组412关闭，在第二个1/3周期固态光源组411关闭而固态光源组412开启，在第三个1/3周期固态光源组411与固态光源组412均开启，则波长转换装置在第一个1/3周期出射由蓝光与红光组成的第一混合光，在第二个1/3周期出射由蓝光与绿光组成的第二混合光，在第三个1/3周期出射由第一混合光与第二混合光组成的总混合光。显然，可以通过控制装置按不同模式控制固态光源组411与412的开启和关闭，使波长转换装置出射不同模式的彩色序列光。容易理解的是，在需要产生彩色光序列时，只需要利用控制装置对各固态光源组进行控制，以使各固态光源组交替快速的产生各部分入射光，即可使波长转换装置交替快速地产生彩色光序列，进而能够有效地避免色分裂现象的发生。

进一步地，本实施例中，光源系统400还包括驱动装置460，该驱动装置460用于驱动波长转换装置430，以使来自成像装置420的两部分入射光在波长转换装置430上形成的光斑分别沿预定的路径作用于波长转换装置，以避免入射光长时间作用于同一位置的波长转换材料导致的该波长转换材料温度升高的问题。具体地，驱动装置460为转动装置，用于驱动波长转换装置430沿自身的圆心转动，以使来自成像装置420的两部分入射光在波长转换装置上形成的光斑分别沿圆形路径作用于波长转换装置，即第一部分入射光与第二部分入射光在波长转换装置上形成的光斑S1与S2分别沿第一区域430a与第二区域430b作用于波长转换装置。

在其它实施例中，第一区域430a与第二区域430b也可以是平行设置的带状区域或采取其他适当设置方式。此时，驱动装置460为线性平移装置或其他适当驱动装置，使得两部分入射光在波长转换装置上形成的光斑分别沿直线路径或其他预定路径作用于波长转换装置。

此外，本实施例中，波长转换装置430采用透射式，即波长转换装置的波长转换材料等功能材料附着在透明基底上，入射光由波长转换装置的一面照射在功能材料上，被功能材料作用后的出射光(如波长转换材料激发出的受激光与未被吸收的激发光)的传播方向与入射光的传播方向相同，即波长转换装置的入光侧与出光侧相反。

由于波长转换装置的出射光包含波长转换材料激发出的受激光，因此该出射光呈全角度发射的朗伯分布。为此，本实施例中，光源系统400还包括收光装置450，位于波长转换装置430的出光侧，用于收集来自波长转换装置的出射光，以减小该出射光的发散角度。

实施例三

请参阅图7与图8a，图7是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图，图8a是图7所示实施例中波长转换装置的一个实施例的主视图。如图7与图8a所示，光源系统700包括固态光源阵列710、成像装置720、波长转换装置730、控制装置(图未示)、收光装置750及驱动装置760。固态光源阵列710包括两个固态光源组711与712。成像装置720包括准直透镜721与成像透镜722。波长转换装置730包括第一区域730a与第二区域730b。

本实施例与图4所示实施例的区别之处包括：

(1)两个固态光源组711与712分别产生的第一部分入射光与第二部分入射光的色坐标不同，且分别为紫外光与蓝光。

(2)波长转换装置730的第一区域730a设有绿光波长转换材料，第二区域730b设有红光波长转换材料，因此波长转换装置730的第一区域730a与第二区域730b分别出射由紫外光与绿光组成的混合光、以及由蓝光与红光组成的混合光。并且，波长转换装置730的出光侧设有滤光片770，滤光片770反射紫外光并透射其它光，因此光源系统700可以出射由红光、绿光与蓝光组成的混合光。

同于图4所示实施例，本实施例中可以通过控制装置控制两组固态光源组711与712的开启和关闭及发光强度，来改变波长转换装置的两个区域出射光的出射时间比例或亮度比例，从而得到颜色不同的总混合光或不同的彩色光序列。

容易理解的是，当波长转换装置730设有不含波长转换材料的区域时，两个固态光源组711与712分别产生的第一部分入射光与第二部分入射光的色坐标也可以不同。例如，两个固态光源组711与712分别产生红光与蓝光，而相应地，波长转换装置730的第一区域730a与第二区域730b可以分别设置有透明材料与绿光波长转换材料，从而第一区域730a与第二区域730b分别出射红光以及由蓝光与绿光组成的混合光。此处由于将固态光源组712产生的红光通过透明材料直接作为光源系统输出的红光，因此可以避免红光波长转换材料的转换效率低的问题。

实施例四

请参阅图7与图8b，图8b是图7所示实施例中波长转换装置的另一实施例的主视图。

本实施例与图8a所示实施例的区别之处在于，波长转换装置830只设置有第一区域830a，第一区域830a设有黄光波长转换材料。成像装置720将两部分入射光(紫外光与蓝光)分别成像至第一区域830a不同的位置S1与S2，因而波长转换装置830的位置S1与S2分别出射由紫外光与黄光组成的混合光，以及由蓝光与黄光组成的混合光。波长转换装置830的出射光经过滤光片770时，紫外光被滤光片770反射，位置S1出射的黄光、位置S2出射的蓝光与黄光组成的混合光透射滤光片770。

本实施例中，第一区域进一步在与第一部分入射光不同的位置接收第二部分入射光，并对第二部分入射光进行波长转换，以产生第二部分出射光。并且，由于第一部分入射光与第二部分入射光的色坐标不同，因而第一部分出射光与第二部分出射光的色坐标也不同。

实施例五

请参阅图9与图10，图9是本发明实施例中光源系统的另一实施例的结构示意图，图10是图9所示实施例中波长转换装置的主视图。如图9和图10所示，光源系统900包括固态光源阵列910、成像装置920、波长转换装置930、控制装置(图未示)、收光装置950及驱动装置960。固态光源阵列910包括两个固态光源组911与912。波长转换装置930包括第一区域930a与第二区域930b。成像装置920包括准直透镜921与成像透镜922。

本实施例与图4所示实施例的区别之处包括：

(1)光源系统900的波长转换装置930采用反射式，即光源系统还包括反射镜970，设置于波长转换装置930的入光侧的背面，以反射波长转换装置930出射往该背面的光，此时波长转换装置930的入光方向与出光方向相反，因而波长转换装置930的位置S1与S2分别出射由蓝光与红光组成的第一混合光、以及由蓝光与绿光出射的第二混合光至聚光透镜922上。此外，聚光透镜922在本实施例中也是收光透镜950，用于收集来自波长转换装置的出射光，以减小该出射光的发散角度。

(2)光源系统900还包括另一组用于产生补充光的固态光源980，该补充光为蓝光。该光源系统还包括光路合并装置990，用于将固态光源980产生的补充光与来自波长转换装置930的出射光进行光路合并。此时，控制装置独立控制两组固态光源组910及产生补充光的固态光源980的开启和关闭及发光强度。在本实施例中，光路合并装置990设置于准直透镜921与聚光透镜922之间，具体为透射蓝光反射红光与绿光的干涉滤光片。由于补充光的补入，光源系统900能够出射由红光、绿光及蓝光组成的混合光。

上述各实施例均以两组固态光源组为例进行说明，容易理解的是，本发明实施例中的固态光源阵列可以由至少两组固态光源组组成，相应地，成像装置用于将该至少两组固态光源组产生的至少两部分入射光分别成像至波长转换装置的不同位置，控制装置用于独立控制该至少两组固态光源组的开启和关闭及发光强度，即可实现本发明实施例的有益效果。

本发明还提供一种投影系统，该投影系统包括光源系统，该光源系统可以包括上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)投影技术、数码光路处理器(DLP，Digital Light Processor)投影技术。此外，上述光源系统也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：

固态光源阵列，由至少两组固态光源组排列而成，该阵列用于产生一束入射光，该束入射光包括分别由该至少两组固态光源组产生的至少两部分入射光；

成像装置，用于将所述至少两部分入射光分别成像至波长转换装置的不同位置；

波长转换装置，用于在不同的位置分别接收所述至少两部分入射光，并输出一束出射光，该束出射光包括与所述至少两部分入射光对应的至少两部分色坐标均不同的出射光；其中，所述波长转换装置上设置有第一区域，第一区域接收第一部分入射光，并对第一部分入射光进行波长转换，以产生第一部分出射光；

控制装置，用于独立控制所述至少两组固态光源组的开启和关闭及发光强度。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置上还设置有第二区域，第二区域接收第二部分入射光，并在不进行波长转换的情况下对第二部分入射光进行透射或反射，以产生第二部分出射光。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置上还设置有第二区域，第二区域接收第二部分入射光，并对第二部分入射光进行波长转换，以产生第二部分出射光。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光源系统，其特征在于，第一部分入射光与第二部分入射光的色坐标相同。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，第一区域进一步在与第一部分入射光不同的位置接收第二部分入射光，并对第二部分入射光进行波长转换，以产生第二部分出射光；

第一部分入射光与第二部分入射光的色坐标不同。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统还包括收光装置，用于收集来自波长转换装置的所述一束出射光，以减小该出射光的发散角度。

7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统还包括另一组用于产生补充光的固态光源；

该光源系统还包括光路合并装置，用于将所述补充光与来自所述波长转换装置的所述一束出射光进行光路合并；

所述控制装置独立控制所述至少两组固态光源组及产生补充光的固态光源的开启和关闭及发光强度。

8.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统还包括驱动装置，该驱动装置用于驱动所述波长转换装置，以使所述至少两部分入射光在所述波长转换装置上形成的光斑分别沿预定的路径作用于所述波长转换装置。

9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述驱动装置为转动装置，以使所述至少两部分入射光在所述波长转换装置上形成的光斑分别沿圆形路径作用于所述波长转换装置。

10.一种投影系统，其特征在于，所述投影装置包括如权利要求1-9中任一项所述的光源系统。

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