CN217932394U - 一种光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光源装置，包括在光路中设置的至少一个集成光学元件，所述集成光学元件包括反射镜、二向色镜、透镜至少其中一种，所述集成光学元件具有采用扩散材料制成的光学基底或者表面设置有扩散层。本实用新型所述的光源装置取消单独设置的扩散片，反射镜、二向色镜和透镜其中一者集成扩散功能，减少了元件数量，使得光源装置能够更合理的进行布局，提高结构紧凑性，减小占用体积，满足小型化发展的需求。

Description

一种光源装置

技术领域

本实用新型涉及投影技术领域，尤其涉及一种光源装置。

背景技术

投影中常用的光源包括激光光源，激光光源的色彩性好、亮度高，能够最真实地再现客观世界丰富、绚丽的色彩，但是激光光束存在高相干性，容易出现散斑的问题。相干光(激光光束)从粗糙表面反射或从含有散射物质的介质内部后向散射或透射时，会形成不规则的强度分布，出现随机分布的斑点(即散斑)，粗糙表面和介质中散射子可以看作是由不规则分布的大量面元构成，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光在空间相遇时会发生干涉现象，当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到随机分布的颗粒状结构的图案(即光通过散射介质和自由空间传播时形成的散斑)，这些未聚焦的斑点在人眼看来是闪烁的，长时间观看容易引起不适，更严重影响投影画面的质量，降低用户的观看体验。

现有技术中通常是在光源系统中单独设置扩散片，包括静态的扩散片和动态的扩散片，利用扩散片破坏光线的相位相干性，从而达到消散斑的目的，但单独设置的扩散片需要额外占用空间，增大了光源系统的体积，影响光源系统的紧凑布局，难以满足小型化发展的需求。

实用新型内容

本实用新型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，提供一种光源装置，解决目前技术中光源系统采用单独设置的扩散片来对光线进行扩散处理以进行消斑，光源系统体积较大，结构紧凑性差，影响小型化的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种光源装置，包括在光路中设置的至少一个集成光学元件，所述集成光学元件包括反射镜、二向色镜、透镜至少其中一种，所述集成光学元件具有采用扩散材料制成的光学基底或者表面设置有扩散层。本实用新型所述的光源装置取消单独设置的扩散片，将原本光路中用于光路折转的反射镜、用于光路分光或者合光的二向色镜、用于聚光或准直的透镜等光学元件集成扩散功能，使得原本只具有单一功能的光学元件具备多重功能，在实现其本职功能的同时实现扩散的功能，光线通过光学基底或扩散层时会发生许多折射、反射与散射现象，破坏光线的相位相干性，从而达到消散斑的目的，直接采用扩散材料制成光学基底，然后再由光学基底制备反射镜、二向色镜、透镜等光学元件，扩散效果好，也不影响反射镜、二向色镜、透镜其原本的功能，在反射镜、二向色镜、透镜的表面设置扩散层，易于对现有的光学元件进行升级改造，实施方便、成本低，本实用新型所述的光源装置减少了元件数量，使得光源装置能够更合理的进行布局，提高结构紧凑性，减小占用体积，满足小型化发展的需求。

进一步的，所述光学基底所采用的扩散材料为包含有白色散射粒子的材料，所述白色散射粒子包括Al₂O₃、TiO₂、AlN、MgO、BN、ZnO、ZrO₂及BaSO₄、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚氨酯以及甲基丙烯酸甲酯中的一种。白色散射粒子使光线在经过集成光学元件的光学基底时不断的在两个折射率相异的介质中发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果。

进一步的，所述扩散层为镀膜，易于加工，不会增大集成光学元件的尺寸，保障结构紧凑性，减小光学装置的体积。

进一步的，所述扩散层的厚度为0.5～10μm。

进一步的，所述扩散层设置有至少两层，各扩散层分别为反射型扩散层或透射型扩散层。根据光路的设计以及扩散性能需求来设置扩散层，具体可以是多层的透射型扩散层或多层的反射型扩散层，也可以是反射型扩散层与透射型扩散层的结合，多层结构的扩散层能对光进行多次扩散处理，更好的消除相干性，提高消散斑效果。

进一步的，所述扩散层为高斯扩散层，从扩散层出射的不同角度的光线的光强分布符合高斯曲线，即从扩散层出射的小角度的光线比例较大，在保障扩散效果以消除散斑的同时保障出光亮度。

进一步的，所述集成光学元件的出光面还设置有用于扩散的微结构，利用微结构进一步改变光的出射角度，使光更充分的进行扩散。

进一步的，每个所述集成光学元件分别静态设置或动态运动，静态设置的集成光学元件稳定性好，无需驱动机构，结构紧凑性高，占用体积小，动态运动的集成光学元件实现动态扩散，更好的破坏光线的相位相干性，更好的达到消散的目的，当光路中具有多个集成光学元件时，可以是一部分集成光学元件为静态设置，另一部分集成光学元件为动态运动，从而采用静态扩散与动态扩散相结合的方式，更好的提高扩散效果。

进一步的，所述集成光学元件动态运动的方式包括周期性旋转、直线往复运动、振动其中一种。根据光路设计以及集成光学元件所需起到的本职功能来灵活选择不同的动态运动方式。

进一步的，所述集成光学元件动态运动的驱动方式包括马达驱动、电磁驱动、记忆金属驱动其中一种。

进一步的，还包括用于产生不同颜色的激光色光的激光光源组件，不同颜色的激光色光通过二向色镜合光，所述二向色镜透射其中一部分颜色的激光色光而反射其余颜色的激光色光，至少有一路从二向色镜透射而出的激光色光的出射光路与另一路从二向色镜反射而出的激光色光的出射光路重合。结构紧凑，占用空间小，更加有效而充分的进行合光，有效提高合光效率，提高合光充分性和均匀性。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的光源装置取消单独设置的扩散片，反射镜、二向色镜和透镜其中一者集成扩散功能，减少了元件数量，使得光源装置能够更合理的进行布局，提高结构紧凑性，减小占用体积，满足小型化发展的需求。

附图说明

图1为本实用新型光源装置的整体示意图；

图2为反射镜的结构示意图；

图3为反射镜的另一种结构示意图；

图4为透镜的结构示意图；

图5为透镜的另一种结构示意图；

图6为反射镜的再一种结构示意图；

图7为反射镜的再一种结构示意图；

图8为反射镜动态运动的一种结构示意图；

图9为反射镜动态运动的另一种结构示意图

图10为反射镜动态运动的再一种结构示意图。

图中：

激光光源组件1、反射镜2、二向色镜3、透镜4、匀光棒5、光调制器6、镜头7、光学基底8、扩散层9、微结构10、马达11、磁性件12、电磁组件13、第一记忆金属14、支架15、第二记忆金属16、基座17。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开一种光源装置，光路中的光学器件集成扩散功能，减少元件数量，提高结构紧凑性，减小光源装置的体积，满足小型化发展的需求。

如图1至图5所示，一种光源装置，应用于投影系统，其包括激光光源组件1以及各种光学元件组合构成的光路，所述激光光源组件1产生多种颜色的激光色光，不同颜色的激光色光在各种光学元件的引导作用下沿着预设的光路行进并最终合光成照明光束出射，然后照明光束在光调制器6的作用下调制得到成像光束从镜头7出射以投影在幕墙上，在光路中设置有至少一个集成光学元件，所述集成光学元件包括反射镜2、二向色镜3、透镜4至少其中一种，所述集成光学元件具有采用扩散材料制成的光学基底8或者表面设置有扩散层9，即，光源装置的光路中的反射镜2、二向色镜3、透镜4中至少有一者集成了扩散功能，具体而言，反射镜2在对激光色光进行反射引导的同时还对激光色光进行扩散处理，二向色镜3在对不同颜色的激光色光分别进行反射和透射的同时还对激光色光进行扩散处理，透镜4在对激光色光进行汇聚、准直或发散的同时还对激光色光进行扩散处理，具体可以是光源装置的光路中的单个反射镜2、或单个二向色镜3、或单个透镜4构成集成光学元件，也可以是光路中的多个反射镜2都为集成光学元件，或者多个二向色镜3为集成光学元件，再或者多个透镜4为集成光学元件，还可以是反射镜2、二向色镜3与透镜4其中至少两种类型的光学元件为集成光学元件，例如，一个反射镜2与一个二向色镜3为集成光学元件，一个二向色镜3与一个透镜4为集成光学元件。

将传统的仅具有单一功能的反射镜2、二向色镜3与透镜4设置为具有多重功能的集成光学元件，在实现其本职功能的同时对光进行扩散处理，如图2和图4所示，采用扩散材料制成反射镜、二向色镜与透镜的光学基底8的方式集成度高，结构稳定性好，不影响反射镜、二向色镜、透镜其原本功能的同时具有良好的扩散效果，提高扩散充分性，提高消散斑效果，光线在通过集成光学元件的光学基底8时，光线被反射镜、二向色镜和透镜引导至预设光路，同时光学基底8还对光线进行扩散处理，单个光学元件起到多重功能。所述光学基底8所采用的扩散材料为包含有白色散射粒子的材料，所述白色散射粒子包括Al₂O₃、TiO₂、AlN、MgO、BN、ZnO、ZrO₂及BaSO₄、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚氨酯以及甲基丙烯酸甲酯中的一种或组合，光线在经过集成光学元件的光学基底8时不断的在两个折射率相异的介质中发生折射、反射与散射，以此产生光学扩散的效果。

如图3和图5所示，在集成光学元件的表面设置的扩散层9为镀膜，即，通过镀膜加工以在反射镜、二向色镜、透镜的表面镀出扩散层9，所述扩散层9的厚度为0.5～10μm，易于对传统的反射镜2、二向色镜3、透镜4进行升级改造，实施方便、简单，成本低，不会导致反射镜2、二向色镜3、透镜4本身的尺寸体积过大增加，相比于传统单独设置的扩散片，能有效提高结构紧凑性，减小光源装置的体积。

如图6所示，所述扩散层9设置有两层，还可以是更多层，每一层的扩散层9可分别为透射型扩散层9或反射型扩散层9，透射型扩散层9即是光线从扩散层9透射而出以使出射光沿着入射光的同向输出，反射型扩散层9即是光线在经过扩散层9时被反射而出以使出射光与入射光的方向不同，可以是多层透射型扩散层9的组合，也可以还是透射型扩散层9与反射型扩散层9的组合，多层结构的扩散层9能对光线进行多次扩散处理，更有效的消除相干性，从而更好的消除散斑。透射型扩散层9和/或反射型扩散层9为高斯扩散层9，从扩散层9出射的不同角度的光线的光强分布符合高斯曲线，具体是指从扩散层9出射的小角度的光线比例较大，在保障扩散效果以消除散斑的同时提高光效，避免光线在经过扩散层9后散射角度过大而过多的损失掉，保障出光亮度。

如图7所示，所述集成光学元件的出光面还设置有用于扩散的微结构，所述微结构包括弧形柱状凸起、棱形柱状凸起、点状凸起阵列等等，利用表面的微结构来对出射的光进行扩散处理，光线会在微结构的作用而发生不同方向的折射，改变光的行进路线，实现充分扩散。

每个所述集成光学元件可以是静态设置，也可是动态运动，静态设置的集成光学元件即对光线进行静态扩散，动态运动的集成光学元件即对光线进行动态扩散，光源装置的光路中有多个集成光学元件，可以是其中的一部分集成光学元件为静态设置，其余的一部分集成光学元件为动态运动，采用静态扩散与态扩散相结合的方式，能进一步的提高扩散效果，进而提高消散斑的效果。

所述集成光学元件动态运动的方式包括周期性旋转、直线往复运动、振动其中一种，所述集成光学元件动态运动的驱动方式包括马达驱动、电磁驱动、记忆金属驱动其中一种，具体的，如图8所示，例如反射镜2可采用马达11驱动以进行旋转，反射镜2的转动轴向沿着反射镜2的表面法向，反射镜2的转动不会影响其本身对光线的引导功能，光线依然能精确的按照预设的光路行进；如图9所示，反射镜2可采用电磁驱动以进行直线往复运动，所述反射镜2直线往复运动的路径方向平行于其表面，反射镜2设置在支架上，支架上设置有磁性件12，磁性件12的磁极方向平行与反射镜2的表面方向，在支架旁设置有电磁组件13，通过电磁组件13的通断电或者是正反通电以对支架上的磁性件12进行磁性吸附或磁性排斥，从而使得反射镜2进行直线往复运动，反射镜2的动态运动不会影响其本身对光线的引导功能，光线依然能精确的按照预设的光路行进；还可以是采用记忆金属驱动的周期性运动方式，如图10所示，反射镜2通过所述第一记忆金属14与支架15连接，且所述第一记忆金属14能够沿第一方向发生形变，以使所述反射镜2能够在所述第一方向相对于所述支架15移动，所述支架15通过所述第二记忆金属16与所述基座17连接，且所述第二记忆金属16能够沿第二方向发生形变，以使所述支架15和所述反射镜2能够相对于所述基座17在所述第二方向上移动，且所述第一方向和所述第二方向相交，优选为第一方向垂直于所述第二方向，通过对第一记忆金属14、第二记忆金属16的的通断电来控制第一记忆金属14、第二记忆金属16的温度，第一记忆金属14、第二记忆金属16在通电后加热升温以产生形变，而在断电后第一记忆金属14、第二记忆金属16降温以自动恢复，最终实现反射镜2在第一方向和第二方向上的往复运动，并且第一记忆金属14、第二记忆金属16是分别独立控制的，即反射镜2在第一方向与第二方向上的运动是独立控制，从而第一方向上的不同运动方式(包括往复频率、幅度等)与第二方向上的不同运动方式的组合能实现反射镜2各种复杂的动态运动。

如图1所示，本实施例的光源装置中的激光光源组件1产生三种颜色的激光色光，包括红色光、绿色光和蓝色光，绿色光和蓝色光由第一个反射镜2反射引导至二向色镜3，二向色镜3透射绿色光和蓝色光而反射红色光，红色光射向二向色镜3而被二向色镜3反射引导至第二个反射镜2，绿色光和蓝色光从二向色镜3透射至第二个反射镜2，并且从二向色镜3透射而出的绿色光的出射光路与一路从二向色镜3反射而出的红色光的出射光路重合，从二向色镜3透射而出的蓝色光的出射光路与另一路从二向色镜3反射而出的红色光的出射光路重合，更加有效而充分的进行合光，有效提高合光效率，提高合光充分性和均匀性，绿色光和蓝色光在第一个反射镜2的作用下光路发生折转并且两种颜色的小光斑组合构成混合色大光斑，射向二向色镜3的红色光设置有多路，从而红色光构成单色大光斑，混合色大光斑与单色大光斑在二向色镜3处匹配以进行合光，相对于传统的合光方式更加简洁，体积更小、光效更高，合光光束在第二个反射镜2的作用下被反射引导至后续的光路中，后续的光路中包括依次设置的汇聚用的透镜4、匀光棒5、第一组中继用的透镜4、第三个反射镜2、第二组中继用的透镜4、光调制器6(例如DMD)、镜头7，汇聚用的透镜4、第一组中继用的透镜4、第二组中继用的透镜4可以是单个非球面透镜4也可以是多个透镜4组成的透镜4组，本实施例的光源装置中的第一个反射镜2、二向色镜3、第二个反射镜2、汇聚用的透镜4、第一组中继用的透镜4、第三个反射镜2、第二组中继用的透镜4其中一个或多个光学元件可构成集成光学元件。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型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，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种光源装置，其特征在于，包括在光路中设置的至少一个集成光学元件，所述集成光学元件包括反射镜、二向色镜、透镜至少其中一种，所述集成光学元件具有采用扩散材料制成的光学基底或者表面设置有扩散层。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光学基底所采用的扩散材料为包含有白色散射粒子的材料，所述白色散射粒子包括Al₂O₃、TiO₂、AlN、MgO、BN、ZnO、ZrO₂及BaSO₄、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚氨酯以及甲基丙烯酸甲酯中的一种。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述扩散层为镀膜。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述扩散层的厚度为0.5～10μm。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述扩散层设置有至少两层，各扩散层分别为反射型扩散层或透射型扩散层。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述扩散层为高斯扩散层，从扩散层出射的不同角度的光线的光强分布符合高斯曲线。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述集成光学元件的出光面还设置有用于扩散的微结构。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光源装置，其特征在于，每个所述集成光学元件分别静态设置或动态运动。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述集成光学元件动态运动的方式包括周期性旋转、直线往复运动、振动其中一种。

10.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述集成光学元件动态运动的驱动方式包括马达驱动、电磁驱动、记忆金属驱动其中一种。

11.根据权利要求1至7任一项所述的光源装置，其特征在于，还包括用于产生不同颜色的激光色光的激光光源组件，不同颜色的激光色光通过二向色镜合光，所述二向色镜透射其中一部分颜色的激光色光而反射其余颜色的激光色光，至少有一路从二向色镜透射而出的激光色光的出射光路与另一路从二向色镜反射而出的激光色光的出射光路重合。

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