CN210005847U - 一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备，包括：第一组光源；第二组光源；所述第一组光源和第二组光源至少包括R、G、B三种发光单元；设置在所述第一组光源和所述第二组光源的出射光路上的空间合束模块；所述空间合束模组包括共光路设置的多个二向色滤光器，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器；所述第一组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第一方向出射，所述第二组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第二方向出射，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向。

Description

一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备

技术领域

本实用新型涉及投影显示领域，尤其涉及一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备。

背景技术

扫描投影技术的成像原理是，通过光源调制出待显示图像的每个像素点对应的光，然后，通过扫描器带动扫描光纤或通过MEMS(英文全称：Microelectro MechanicalSystems，中文名称：微机电系统)扫描镜的运动，扫描输出每个像素点对应的光，从而将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影屏幕上，形成投射画面。

以光纤扫描为例，光纤扫描系统一般包括光纤扫描器和光源，光源中的多种颜色的发光单元，如：红绿蓝三色发光单元，产生的光经合束模块合束后得到图像上每个像素点的光，然后，将每个像素点的光输入光纤扫描器，再由光纤扫描器逐一投射到投影屏幕上，形成投影画面。

目前，为了实现大屏显示，投影系统需要通过多个扫描器拼接的方式来增大画幅，而多个光纤扫描器就需要多个对应的光源和合束模块，合束模块的增加必然会导致光源整体空间不紧凑、成本增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备，用以解决现有技术中由于光源合束模块的增加，导致投影系统整体空间不紧凑，成本增加的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例第一方面提供一种光源合束模组，包括：

第一组光源；第二组光源；所述第一组光源和第二组光源至少包括R、G、B三种发光单元；

设置在所述第一组光源和所述第二组光源的出射光路上的空间合束模块，且所述第一组光源和所述第二组光源分别位于所述空间合束模块的两侧；

所述空间合束模组包括共光路设置的多个二向色滤光器，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器；

所述第一组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第一方向出射，所述第二组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第二方向出射，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向。

可选的，每个所述二向色滤光器为波长高阻滤波器、波长带阻滤波器和波长低阻滤波器中的一种，每个所述二向色滤波器用于反射其对应的两个相同色彩通道发光单元出射的光，并透射其它二向色滤波器出射的光。

可选的，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射相同波长或不同波长的光。

可选的，所述第一组光源/所述第二组光源包括R发光单元、G发光单元、B发光单元和附加发光单元，所述附加发光单元出射光的颜色为R、G、B中任意两种颜色混合得到的颜色。

可选的，所述附加发光单元包括黄光发光单元、紫光发光单元、青光发光单元中的一种或多种。

可选的，所述光源合束模组还包括：与第一组光源/第二组光源中的每个发光单元一一对应的光纤，光纤入光端设置有会聚透镜，光纤出光端设置有准直透镜，每个发光单元出射的光经对应的会聚透镜耦入光纤，光纤出射的光经对应的准直透镜准直后入射至对应的二向色滤光器。

本实用新型实施例第二方面提供一种投影显示装置，包括如第一方面所述的光源合束模组和两组光扫描模组，所述光源合束模组出射的光分别经所述两组光扫描模组扫描输出后，拼接显示一幅完整的图像或独立显示两幅图像。

可选的，所述光扫描模组为光纤扫描模组或MEMS扫描模组。

本实用新型实施例第二方面提供一种投影显示装置，包括如第二方面所述的投影显示装置。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例的方案中，第一组光源和第二组光源分别位于空间合束模块的两侧，空间合束模块包括共光路设置的多个二向色滤光器，第一组光源和第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器，第一组光源中的多个发光单元出射的光经空间合束模块合束后沿第一方向出射，第二组光源中的多个发光单元出射的光经空间合束模块合束后沿第二方向出射，通过两组光源共用一组空间合束模块，使得光纤扫描系统整体包括的光学器件更加简洁、空间利用率更高、成本更低，特别适用于图像拼接等通过两个光纤扫描器投射不同画面的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型实施例提供的光纤扫描系统的示意图；

图2A为现有技术中光源合束结构的示意图；

图2B为现有技术中两组光纤扫描系统拼接的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的投影显示装置的结构示意图；

图4A-图5C为本实用新型实施例提供的二向色滤光器F1、F2、F3的反射效率示意图；

图6为本实用新型实施例提供的附加发光单元的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的置换后的光源合束模块的示意图；

图8A-图8B为本实用新型实施例提供的光纤的示意图；

图9为为本实用新型实施例提供的MEMS扫描模组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的光纤扫描系统的示意图，该投影系统可以应用到手机、电脑、数码相机、摄像机、工程投影机、家用投影机、激光电视和汽车等设备上。光纤扫描系统主要包括：处理器、扫描驱动电路、光源模块、光源调制模块、光纤扫描器1、光源合束模块2和光纤3。光纤扫描系统的工作原理如下：处理器通过向扫描驱动电路发送电控制信号来驱动光纤扫描器1，同时，处理器通过向光源调制模块发送电控制信号来控制光源模块的出光情况。其中，处理器、扫描驱动电路和光源调制模块之间的信号传输可以经电子输入/输出设备进行，光源调制模块根据接收到的控制信号输出光源调制信号，以对光源模块中的多个颜色的发光单元(如：激光器/发光二极管等，图1中所示为红绿蓝RGB三色激光器)调制，光源模块中每种颜色的发光单元产生的光经光源合束模块2合束后逐一产生图像中每个像素点对应的光，光源合束模块2产生的光束通过光纤3导入光纤扫描器1，同时，扫描驱动电路根据接收到的控制信号输出扫描驱动信号，以控制光纤扫描器1中的光纤3以预定的二维扫描轨迹(如：螺旋扫描、栅格式扫描、李萨如扫描)进行扫描运动，然后，光学系统将光纤3出射的每个像素点的光放大并投影至投影屏幕上形成图像。

请参考图2A和图2B，图2A为现有技术中光源合束结构的示意图，其中，光源合束模块2包括RGB三色发光单元和空间合束模块，空间合束模块将RGB三色发光单元出射的光合并为一束光输出，然后，空间合束模块出射的光耦入光纤，从而通过光纤扫描器1实现扫描输出。请参考图2B，为现有技术中两组光纤扫描系统拼接的结构示意图，其中，两组光源需要两组对应的空间合束模块，使得整个投影系统器件增加，空间结构不紧凑，成本也随之增加。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提出一种光源合束模块，如图3所示，光源合束模块10包括第一组光源R1、G1、B1和第二组光源R2、G2、B2，所述第一组光源和第二组光源至少包括R、G、B三种发光单元。第一组光源R1、G1、B1和所述第二组光源R2、G2、B2分别位于所述空间合束模块F1，F2，F3的两侧，其中，F是指Filter，即滤光器，本说明书中简称F。

如图3所示，空间合束模组包括共光路设置的三个二向色滤光器，分别为F1，F2，F3，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器，即红光发光单元R1和R2共用二向色滤光器F1，绿光发光单元G1和G2共用二向色滤光器F2，蓝光发光单元B1和B2共用二向色滤光器F3。

第一组光源中的三个发光单元R1、G1和B1出射的光经空间合束模块合束后沿第一方向出射，所述第二组光源中的三个发光单元源R2、G2和B2出射的光经所述空间合束模块合束后沿第二方向出射，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向，如图3所示，第一方向为水平向右的方向，第二方向为水平向左的方向。

请参考图4A，二向色滤光器F1可以为波长高阻滤波器，图4A为二向色滤光器F1的反射效率示意图，其截止波长可设置于530nm和650nm之间任一位置，其作用是反射两个红光激光器R1和R2出射的红光，并透射绿光激光器G2出射的绿光和蓝光激光器B2出射的蓝光。其中，两个红光发光单元所出射的光的波长相同，即R1＝R2＝650nm。

请参考图4B，二向色滤光器F2可以为波长带阻滤波器，图4B为二向色滤光器F2的反射效率示意图，其两个截止波长可分别设置于450nm和530nm之间以及530nm和650nm之间，二向色滤光器F2的作用是反射两个绿光激光器G1和G2出射的绿光，透射红光激光器R1出射的红光和蓝光激光器B2出射的蓝光。其中，两个绿光发光单元所出射的光的波长相同，即G1＝G2＝530nm。

请参考图4C，二向色滤光器F3可以为波长低阻滤波器，图4C为二向色滤光器F3的反射效率示意图，其截止波长可设置于450nm和530nm之间任一位置，二向色滤光器F3的作用是反射两个蓝光激光器B1和B2出射蓝光，并透射绿光激光器G1出射的绿光和红光激光器R1出射的红光。其中，两个蓝光发光单元出射的光的波长相同，即B1＝B2＝450nm。

本实用新型实施例中，如图3所示，第一组光源R1、G1和B1出射的光束通过空间合束模块F1、F2和F3合束后，经耦合透镜会聚到第一光纤扫描器21的光纤中，第一组光源的光路如图3中实线光路所示；第二组激光器R2、G2和B2出射的光束通过合束模块F1、F2和F3合束后，经耦合透镜会聚到第二光纤扫描器22的光纤中，第二组光源的光路如图3中虚线光路所示。

本实用新型实施例中，第一光纤扫描器21和第二光纤扫描器22投影的两幅画面可以拼接成一幅更大的画面，也就是说，这两幅画面为同一幅图像的不同图像区域，第一光纤扫描器21和第二光纤扫描器22通过拼接实现大屏显示。在另一种可能的实施方式中，第一光纤扫描器21和第二光纤扫描器22投影的画面也可以为两幅独立的画面，两幅画面分开显示，这两幅画面可以相同也可以不同。

需要说明的是，根据不同的应用场景需要，第一光纤扫描器21和第二光纤扫描器22的投影方向可以相同，也可以不同，图3中的第一光纤扫描器21和第二光纤扫描22的投影方向仅是示例，并不做限制。在第一光纤扫描器21和第二光纤扫描器22的投影方向相同时，由于第一组光源和第二组光源的出射方向为相反的方向，因此需要进行光路转折。本实用新型实施例中采用光纤作为导光元件，可以很方便的进行弯折，所以不需要添加额外的光路转折器件就可以实现光路转折。

本实用新型实施例中，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射相同波长或不同波长的光，即R1和R2的波长可以相同，也可以不同，G1和G2的波长可以相同，也可以不同，B1和B2的波长可以相同，也可以不同。

举例来讲，以红光发光单元为例，R1和R2的波长可以相同，例如：R1和R2的波长均为650nm。R1和R2的波长也可以不同，例如：R1＝650nm，R2＝635nm；对应的，二向色滤光器F1为波长高阻滤波器，其截止波长可设置于530nm和635nm之间的任一位置，如图5A所示，为二向色滤光器F1的反射效率示意图。

以绿光发光单元为例，G1和G2的波长可以相同，例如：G1和G2的波长均为530nm。G1和G2的波长也可以不同，例如：G1＝530nm，G2＝520nm；对应的，二向色滤光器F2为波长带阻滤波器，其一个截止波长可设置于460nm和520nm之间的任一位置，另一个截止波长可设置于530nm和635nm之间的任一位置，如图5B所示，为二向色滤光器F2的反射效率示意图。

以蓝光发光单元为例，B1和B2的波长可以相同，例如：B1和B2的波长均为450nm。B1和B2的波长也可以不同，例如：B1＝460nm，B2＝450nm；对应的，二向色滤光器F3为波长低阻滤波器，其截止波长可设置于460nm和520nm之间的任一位置，如图5C所示，为二向色滤光器F3的反射效率示意图。

本实用新型实施例中，第一组光源/第二组光源除R发光单元、G发光单元、B发光单元外，还可以包括附加发光单元，所述附加发光单元出射光的颜色为R、G、B中任意两种颜色混合得到的颜色。例如：黄光发光单元、紫光发光单元和青光发光单元，其中，红色和绿色混合为黄色，红色和蓝色混合为紫色，绿色和蓝色混合为青色。附加发光单元的个数可以为一个或多个，本实用新型对此不做限制。

如图6所示，附加发光单元为黄光发光单元，光源合束模块10包括附加发光单元Y1和Y2，黄光的波长范围为565nm至570nm，黄光发光单元Y1可设置于红光发光单元R1和绿光发光大单元G1之间，黄光发光单元Y2可设置于红光发光单元R2和绿光发光大单元G2之间，第一组光源包括R1、Y1、G1和B1，第二组光源包括R2、Y2、G2和B2。对应的，空间合束模块包括四个共光路设置的二向色滤波器F1、F2、F3、F4，从而对第一组光源进行合束，合束光经耦合透镜会聚到第一光纤扫描器21的光纤中，并对第二组光源进行合束，合束光经耦合透镜会聚到第二光纤扫描器22的光纤中。

本实用新型实施例中，不同颜色发光单元的设置顺序可以置换，例如：从左至右由RGB置换为GBR，如图7所示，为置换后的光源合束模块的示意图，相应的二向色滤波器也随RGB三色发光单元的设置顺序改变，本实用新型在此不再赘述。

本实用新型实施例中，如图8A和图8B所示，光源合束模块还可以包括与第一组光源和第二组光源中的每个发光单元一一对应的导光光纤101，每个发光单元出射的光经会聚透镜102耦入光纤101，光纤101出射的光经对应的准直透镜103准直后入射至对应的二向色滤光器。在一种可能的实施方式中，如图8A所示，光纤101、会聚透镜102和准直透镜103可以为分立的元件，会聚透镜102和准直透镜103分别位于光纤101的入光端和出光端。在另一种可能的实施方式中，如图8B所示，会聚透镜102和准直透镜103也可以直接设置于光纤的端面上。

在上述方案中，每个发光单元的出光口还设置有准直透镜104，由于准直透镜104与会聚透镜102之间易于对准，因此，采用上述方案更利于光学系统的设计，方便安装和拆卸。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种投影显示装置，包括上述实施例中的光源合束模组和两组光扫描模组，所述光源合束模组出射的光分别经所述两组光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光。

本实用新型实施例中，光扫描模组可以为光纤扫描模组，如图3所示。光扫描模组也可以为MEMS(英文全称：Microelectro Mechanical Systems，中文名称：微机电系统)扫描模组，如图9所示，光源合束模组出射的光通过两个MEMS扫描模组30扫描至投影屏幕上，从而形成投影画面。

本实用新型实施例中的投影显示装置可以应用至各种投影显示设备中，如：头戴式AR(英文全称：Augmented Reality；中文名称：增强现实)设备、头戴式VR英文全称：Virtual Reality；中文名称：虚拟现实)设备、投影电视、投影仪等等，在这些投影显示设备中，可以使用一个显示模组进行显示，也可以通过多个显示模组拼接的方式进行显示，本实用新型对此不做限制。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本实用新型实施例的方案中，第一组光源和第二组光源分别位于空间合束模块的两侧，空间合束模块包括共光路设置的多个二向色滤光器，第一组光源和第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器，第一组光源中的多个发光单元出射的光经空间合束模块合束后沿第一方向出射，第二组光源中的多个发光单元出射的光经空间合束模块合束后沿第二方向出射，通过两组光源共用一组空间合束模块，使得光纤扫描系统整体包括的光学器件更加简洁、空间利用率更高、成本更低，特别适用于图像拼接等通过两个光纤扫描器投射不同画面的情况。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种光源合束模组，其特征在于，包括：

第一组光源；第二组光源；所述第一组光源和第二组光源至少包括R、G、B三种发光单元；

设置在所述第一组光源和所述第二组光源的出射光路上的空间合束模块，且所述第一组光源和所述第二组光源分别位于所述空间合束模块的两侧；

所述空间合束模组包括共光路设置的多个二向色滤光器，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元共用一个二向色滤光器；

所述第一组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第一方向出射，所述第二组光源中的多个发光单元出射的光经所述空间合束模块合束后沿第二方向出射，所述第一方向和所述第二方向为相反的方向。

2.如权利要求1所述的光源合束模组，其特征在于，每个所述二向色滤光器为波长高阻滤波器、波长带阻滤波器和波长低阻滤波器中的一种，每个所述二向色滤波器用于反射其对应的两个相同色彩通道发光单元出射的光，并透射其它二向色滤波器出射的光。

3.如权利要求1所述的光源合束模组，其特征在于，所述第一组光源和所述第二组光源中相同色彩通道的发光单元被配置为发射相同波长或不同波长的光。

4.如权利要求1-3中任一项所述的光源合束模组，其特征在于，所述第一组光源/所述第二组光源包括R发光单元、G发光单元、B发光单元和附加发光单元，所述附加发光单元出射光的颜色为R、G、B中任意两种颜色混合得到的颜色。

5.如权利要求4所述的光源合束模组，其特征在于，所述附加发光单元包括黄光发光单元、紫光发光单元、青光发光单元中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的光源合束模组，其特征在于，所述光源合束模组还包括：与第一组光源/第二组光源中的每个发光单元一一对应的光纤，光纤入光端设置有会聚透镜，光纤出光端设置有准直透镜，每个发光单元出射的光经对应的会聚透镜耦入光纤，光纤出射的光经对应的准直透镜准直后入射至对应的二向色滤光器。

7.一种投影显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的光源合束模组和两组光扫描模组，所述光源合束模组出射的光分别经所述两组光扫描模组扫描输出后，拼接显示一幅完整的图像或独立显示两幅图像。

8.如权利要求7所述的投影显示装置，其特征在于，所述光扫描模组为光纤扫描模组或MEMS扫描模组。

9.一种投影显示设备，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的投影显示装置。

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