CN218917909U - 光源装置和投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光源装置和投影设备。所述光源装置包括激发光源、分光装置、波长转换装置和色轮，其中，激发光源用于出射激发光；分光装置设置于所述激发光的光路上，用于引导至少部分激发光至第一光路，并引导至少部分激发光至第二光路；波长转换装置设置于所述第一光路上，用于接收所述分光装置引导至第一光路的激发光并出射第一光；色轮设置于所述第一光路和所述第二光路上，用于接收所述第一光和所述分光装置引导至第二光路的激发光，并出射可以合成白光的三基色光。本实用新型通过一个光源和一个波长转换装置，结合分光装置和色轮实现白光输出，元件少，光效更佳。

Description

光源装置和投影设备

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种光源装置和投影设备。

背景技术

在目前的RGB发光二极管或激光二极管投影装置架构中，其合光系统上常使用三个RGB独立光源作为主要架构。为了满足更高亮度的需求，通常会额外加入短波长蓝光激发光源去激发出射绿光，因而增加整体输出亮度。在追求提高整体亮度时，相较于色彩上的平衡及色亮度的提升也是进一步须作考量及加强的。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种光源装置和投影设备。

第一方面，本实用新型提供一种光源装置，包括激发光源、分光装置、波长转换装置和色轮，其中，

激发光源用于出射激发光；

分光装置设置于所述激发光的光路上，用于引导至少部分激发光至第一光路，并引导至少部分激发光至第二光路；

波长转换装置设置于所述第一光路上，用于接收所述分光装置引导至第一光路的激发光并出射第一光；

色轮设置于所述第一光路和所述第二光路上，用于接收所述第一光和所述分光装置引导至第二光路的激发光，并出射可以合成白光的三基色光。

一种可能的实现方式中，所述激发光包括蓝色激发光；所述波长转换装置包括黄色荧光粉；

所述色轮包括第一滤光区、第二滤光区和透光区，所述第一滤光区用于接收所述第一光并出射绿光，所述第二滤光区用于接收所述第一光并出射红光，所述透光区用于接收所述分光装置引导至第二光路的激发光并出射蓝光。

一种可能的实现方式中，所述分光装置包括透射区和反射区，所述透射区用于透射至少部分激发光至第一光路或第二光路，所述反射区用于反射至少部分激发光至第二光路或第一光路。

一种可能的实现方式中，还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述分光装置，使得所述透射区和所述反射区交替位于所述激发光的光路上。

一种可能的实现方式中，所述分光装置包括反射元件和第二驱动装置，所述反射元件用于反射所述激发光至第一光路或第二光路；所述第二驱动装置用于驱动所述反射元件，以移动或转动至所述激发光的光路上或离开所述激发光的光路。

一种可能的实现方式中，所述分光装置包括第一偏振分光元件，所述第一偏振分光元件包括第一区域和第二区域，其中，第一区域用于引导至少部分第一偏振态的激发光至第一光路，第二区域用于引导至少部分第二偏振态的激发光至第二光路。

一种可能的实现方式中，所述分光装置包括偏振调节器和第二偏振分光元件，且所述偏振调节器设置于所述激发光源和所述第二偏振分光元件之间，其中，偏振调节器用于调节所述激发光的偏振态，并出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光；第二偏振分光元件用于引导所述偏振调节器出射的第一偏振态的激发光至第一光路，并引导所述偏振调节器出射的第二偏振态的激发光至第二光路。

一种可能的实现方式中，所述激发光源出射的激发光包括第一偏振态和第二偏振态；或者所述激发光源出射的激发光为第一偏振态或第二偏振态。

一种可能的实现方式中，还包括分光元件，所述分光元件设置于所述分光装置和所述波长转换装置之间，用于引导所述分光装置引导至第一光路的激发光至所述波长转换装置，并引导所述第一光至所述色轮。

一种可能的实现方式中，还包括补充光源，所述补充光源用于出射补充光，所述补充光包括所述三基色光中的至少一种；所述色轮还用于接收所述补充光。

一种可能的实现方式中，还包括合光元件，所述合光元件设置于所述分光元件和所述色轮之间，用于引导所述补充光和所述第一光至所述色轮；或者，

所述合光元件设置于所述分光装置和所述色轮之间，用于引导所述补充光和所述分光装置引导至第二光路的激发光至所述色轮。

一种可能的实现方式中，所述补充光源为激光光源；所述合光元件包括第三区域和第四区域，所述第三区域用于引导所述第一光或所述分光装置引导至第二光路的激发光，所述第四区域用于引导所述补充光，且所述第四区域为挖孔区域或透光区域或散射区域或相位差区域。

一种可能的实现方式中，入射至所述色轮的第一光的光轴和所述分光装置引导至第二光路的激发光的光轴相互平行。

第二方面，本实用新型提供一种投影设备，包括第一方面所述的光源装置。

一种可能的实现方式中，还包括匀光元件、光调制元件和投影镜头，其中，

匀光元件用于对所述色轮出射的光进行匀光处理；

光调制元件用于对所述匀光元件出射的光进行调制并出射图像光；

投影镜头用于接收所述图像光。

本实用新型通过一个光源和一个波长转换装置，结合分光装置和色轮实现白光输出，元件少，光效更佳。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件。其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种光源装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种色轮的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种投影设备的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种投影设备的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种合光元件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。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，都应当属于本实用新型保护的范围。此外，虽然本实用新型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。

本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而是仅用于区分描述。“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。

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

图1为本实用新型实施例提供的一种光源装置100的结构示意图。如图1所示，光源装置100包括激发光源101、分光装置110、波长转换装置104和色轮106。

激发光源101用于出射激发光，激发光作为波长转换装置104的激发光源，并作为色轮106的入射光源。可选地，激发光源101可为激光器或LED光源。具体地，激光器可为蓝色激光器或红色激光器等等，LED光源可为蓝色LED光源或UV-LED光源等。进一步地，激发光源101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。

分光装置110设置于激发光的光路上，用于引导至少部分激发光至第一光路，并引导至少部分激发光至第二光路，分光装置110将激发光源101出射的激发光分为两路，一路入射至波长转换装置104，一路入射至色轮106。

可选地，分光装置110可同时将激发光源101出射的激发光分成两路，即分光装置110引导部分激发光至第一光路，同时引导其余部分激发光至第二光路，第一光路和第二光路均只有部分激发光。如分光装置110包括透射区和反射区，透射区用于透射部分激发光至第一光路，反射区用于反射其余部分激发光至第二光路；如果激发光源101出射的激发光包括第一偏振态和第二偏振态，如P偏振态和S偏振态，则分光装置110可利用偏振特性将激发光分成两路，如偏振分光元件包括第一区域和第二区域，其中，第一区域用于引导部分第一偏振态的激发光至第一光路，第二区域用于引导部分第二偏振态的激发光至第二光路。

可选地，分光装置110也可按时序依次将激发光源101出射的激发光引导至第一光路或第二光路，即分光装置110在某一时刻将激发光全部引导至第一光路，在另一时刻将激发光全部引导至第二光路，从而提高亮度。如分光装置110包括透射区和反射区时，可增加驱动装置，利用该驱动装置驱动分光装置110移动或转动，使得分光装置110的透射区和反射区交替位于激发光的光路上；进一步地，分光装置110也可为反射元件和驱动装置，该驱动装置驱动反射元件移动或转动至激发光的光路上或离开激发光的光路，当反射元件位于激发光的光路上时，激发光全部被反射元件反射至第二光路，当反射元件不在激发光的光路上时，激发光全部入射至第一光路。

在一些实施例中，分光装置110可利用激发光的偏振特性按时序依次将激发光源101出射的激发光引导至第一光路或第二光路，如分光装置110包括一个偏振调节器和一个偏振分光元件，且该偏振调节器设置于激发光源101和该偏振分光元件之间，其中，偏振调节器用于调节激发光的偏振态，并出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光；偏振分光元件用于引导偏振调节器出射的第一偏振态的激发光至第一光路，并引导偏振调节器出射的第二偏振态的激发光至第二光路。如激发光源101为激光器，假设激发光为P偏振态的激光，偏振分光元件上可设置有偏振分光膜，透射P偏振态的光并反射S偏振态的光，在第一时序，偏振调节器不改变激发光的偏振态，偏振分光元件将P偏振态的激发光全部透射至第一光路，在第二时序，偏振调节器将激发光的偏振态调节为S偏振态，偏振分光元件将S偏振态的激发光全部反射至第二光路。

波长转换装置104设置于第一光路上，用于接收分光装置110引导至第一光路的激发光并出射第一光。示例地，波长转换装置104为荧光粉，该荧光粉可为固定式荧光粉或不分段式的转动荧光轮子，具体可为黄色荧光粉，即波长转换装置104出射的第一光为黄光。本实施例的荧光粉不需要马达与其它元器件的同步控制，降低对马达转速精度的要求，同时避免马达高转速工作，降低系统噪音、提高荧光粉的散热性能以及降低生产成本。

色轮106设置于第一光路和第二光路上，用于接收波长转换装置104出射的第一光和分光装置110引导至第二光路的激发光，并出射可以合成白光的三基色光。色轮106可包括RGB三个区域，如图2所示，RGB三个区域可呈扇形圆周分布，其中，R区域接收第一光或激发光出射红光，G区域接收第一光或激发光出射绿光，B区域接收第一光或激发光出射蓝光，红光、绿光和蓝光可合成白光。在其他一些实施例中，色轮106也可出射其他能合成白光的三基色光。

由此，本实用新型通过一个光源和一个波长转换装置，结合分光装置和色轮即可实现白光输出，元件少，光效更佳。

本实用新型实施例还提供一种投影设备200，包括上述实施例涉及的光源装置100，投影设备200中还可包括其他组件，如匀光元件201、光调制元件202和投影镜头203等，如图3所示，匀光元件201用于对光源装置100出射的光进行匀光处理；光调制元件202用于对匀光元件201出射的光进行调制并出射图像光；投影镜头203用于接收所述图像光。示例地，匀光元件201可为复眼透镜、匀光棒等。

继续参阅图3，光源装置100包括激发光源101、分光装置110、分光元件105、波长转换装置104和色轮106，其中，激发光源101出射的激发光为蓝光，波长转换装置104为黄色荧光粉，蓝光和黄光可合成白光；分光装置110包括偏振调节器111和偏振分光元件112，色轮106包括第一滤光区、第二滤光区和透光区。

激发光源101出射蓝光BL，在第一时序，偏振调节器111将激发光蓝光BL的偏振态调节为P偏振态，偏振分光元件112反射P偏振态的蓝光BLP至色轮106的透光区，产生出射蓝光BL；在第二时序，偏振调节器111将激发光蓝光BL的偏振态调节为S偏振态，偏振分光元件112透射S偏振态的蓝光BLS至分光元件105，分光元件105反射蓝光BLS至波长转换装置104，黄色荧光粉在蓝光BLS的照射下进行波长转换并出射黄光YL，黄光经分光元件105透射至色轮106的第一滤光区，产生出射红光RL；在第三时序，偏振调节器111将激发光蓝光BL的偏振态调节为S偏振态，偏振分光元件112透射S偏振态的蓝光BLS至分光元件105，分光元件105反射蓝光BLS至波长转换装置104，黄色荧光粉在蓝光BLS的照射下进行波长转换并出射黄光，黄光经分光元件105透射至色轮106的第二滤光区，产生出射绿光GL。进一步地，入射至色轮106的黄光YL的光轴与蓝光BLP的光轴相互平行，优化光路，减少体积。

可选地，偏振调节器111为电控液晶板，通过改变电控液晶板的电压，进而改变液晶的偏转状态，以使激发光以不同偏振态通过电控液晶板。区别于普通的液晶显示面板，本实施例偏振调节器只需要对液晶进行整体性偏转的调控，不需要独立的像素调控。因此电控液晶板的开口率高，透过率高，同时由于不需要起偏片和检偏片，也不会带来散热问题，并且能够提高电控液晶板的可靠性。

本实施例通过增设调控激发光偏振态的偏振调节器，偏振调节器将激发光源出射的激发光转换为第一偏振态的激发光，进而激发波长转换装置出射第一光，或将激发光源出射的激发光转换为第二偏振态的激发光，出射第二光，通过一个光源和一个波长转换装置，能够提高工作效率以及降低成本。同时，偏振调节器一次只出射一种偏振态的激发光，使得波长转换装置接收偏振调节器出射的全部第一偏振态的激发光，进而实现波长转换装置的满负荷工作，有效提高波长转换装置出射的第一光，避免通过偏振分光导致激发光能量减弱损失的缺点；同时受激发光的颜色为黄色，通过色轮分光为红色和绿色，激发效率不降低的同时减少体积和成本。

再次回到图3，色轮106出射的蓝光BL、绿光GL或红光RL经过汇聚透镜204汇聚后入射至匀光元件201，经匀光元件201进行匀光处理的光通过汇聚透镜205汇聚后入射至光调制元件202，光调制元件202将入射光处理成图像光，并经投影镜头203出射。本实施例中，光调制元件202可为DMD芯片或LCOS芯片或LCD芯片。

可选地，第一偏振态的激发光的光路上，或第二偏振态的激发光的光路上可设置匀光元件，用于将第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光进行匀光处理，能够获得较高的光能利用率和大面积的均匀照明，提高激发光源出射的激发光的均匀性。

在一些实施例中，可增加补充光源，提高目标颜色的光的亮度，进而提升光源装置整体的亮度，如提高红光、蓝光和绿光三者中的任一种或多种。如图4所示，光源装置100还包括补充光源107和合光元件108，补充光源107出射的红光RL或绿光GL经合光元件108反射至色轮106的第一滤光区或第二滤光区。补充光源107可以是发光二极管元件或激光二极管元件，且可为单一发光元件或是发光元件阵列。进一步地，同一芯片上的发光元件阵列可包括不同颜色的发光元件。

可选地，合光元件108可设置于黄光YL的光路上，即设置于分光元件105和色轮106之间，进一步减少体积，简化控制程序。波长转换装置104出射的黄光YL依次经分光元件105和合光元件108透射后，再入射至色轮106。合光元件108可包括两个区域，一个区域用于引导黄光，另一个区域用于引导补充光源107出射的补充光，如图5所示，合光元件108包括透射区1801和反射区1802，反射区1802位于透射区1801的中心，补充光源107优选为激光光源，其出射的补充光入射至反射区1802，经反射区1802反射至色轮。如果改变相应光源的位置，合光元件108的中心区域可以为通孔，反射区反射窄谱光源，透射区透射宽谱光源；也可以是反射区反射宽谱光源，透射区透射窄谱光源。在其他一些实施例中，合光元件108上的区域也可为挖孔区域或透光区域或散射区域或相位差区域，降低激光光源的相干性，减少散斑，如果是相位差区域，可进一步降低光损，将原来损失的光的一半加以利用。

可选地，合光元件108也可设置于蓝光BLP的光路上，即设置于偏振分光元件112和色轮106之间，进一步减少体积，简化控制程序。偏振分光元件112出射的蓝光BLP经合光元件108透射后，再入射至色轮106。该实施例中，补充光源107优选为蓝光光源，即补充蓝光，蓝光补充光经合光元件108反射至色轮106的透光区。

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，本实用新型不再详细介绍。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种光源装置，其特征在于，包括激发光源、分光装置、波长转换装置和色轮，其中，

激发光源用于出射激发光；

分光装置设置于所述激发光的光路上，用于引导至少部分激发光至第一光路，并引导至少部分激发光至第二光路；

波长转换装置设置于所述第一光路上，用于接收所述分光装置引导至第一光路的激发光并出射第一光；

色轮设置于所述第一光路和所述第二光路上，用于接收所述第一光和所述分光装置引导至第二光路的激发光，并出射可以合成白光的三基色光。

2.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述激发光包括蓝色激发光；所述波长转换装置包括黄色荧光粉；

所述色轮包括第一滤光区、第二滤光区和透光区，所述第一滤光区用于接收所述第一光并出射绿光，所述第二滤光区用于接收所述第一光并出射红光，所述透光区用于接收所述分光装置引导至第二光路的激发光并出射蓝光。

3.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述分光装置包括透射区和反射区，所述透射区用于透射至少部分激发光至第一光路或第二光路，所述反射区用于反射至少部分激发光至第二光路或第一光路。

4.根据权利要求3所述的一种光源装置，其特征在于，还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用于驱动所述分光装置，使得所述透射区和所述反射区交替位于所述激发光的光路上。

5.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述分光装置包括反射元件和第二驱动装置，所述反射元件用于反射所述激发光至第一光路或第二光路；所述第二驱动装置用于驱动所述反射元件，以移动或转动至所述激发光的光路上或离开所述激发光的光路。

6.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述分光装置包括第一偏振分光元件，所述第一偏振分光元件包括第一区域和第二区域，其中，第一区域用于引导至少部分第一偏振态的激发光至第一光路，第二区域用于引导至少部分第二偏振态的激发光至第二光路。

7.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述分光装置包括偏振调节器和第二偏振分光元件，且所述偏振调节器设置于所述激发光源和所述第二偏振分光元件之间，其中，偏振调节器用于调节所述激发光的偏振态，并出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光；第二偏振分光元件用于引导所述偏振调节器出射的第一偏振态的激发光至第一光路，并引导所述偏振调节器出射的第二偏振态的激发光至第二光路。

8.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述激发光源出射的激发光包括第一偏振态和第二偏振态；或者所述激发光源出射的激发光为第一偏振态或第二偏振态。

9.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括分光元件，所述分光元件设置于所述分光装置和所述波长转换装置之间，用于引导所述分光装置引导至第一光路的激发光至所述波长转换装置，并引导所述第一光至所述色轮。

10.根据权利要求9所述的一种光源装置，其特征在于，还包括补充光源，所述补充光源用于出射补充光，所述补充光包括所述三基色光中的至少一种；所述色轮还用于接收所述补充光。

11.根据权利要求10所述的一种光源装置，其特征在于，还包括合光元件，所述合光元件设置于所述分光元件和所述色轮之间，用于引导所述补充光和所述第一光至所述色轮；或者，

所述合光元件设置于所述分光装置和所述色轮之间，用于引导所述补充光和所述分光装置引导至第二光路的激发光至所述色轮。

12.根据权利要求11所述的一种光源装置，其特征在于，所述补充光源为激光光源；所述合光元件包括第三区域和第四区域，所述第三区域用于引导所述第一光或所述分光装置引导至第二光路的激发光，所述第四区域用于引导所述补充光，且所述第四区域为挖孔区域或透光区域或散射区域或相位差区域。

13.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，入射至所述色轮的第一光的光轴和所述分光装置引导至第二光路的激发光的光轴相互平行。

14.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的光源装置。

15.根据权利要求14所述的一种投影设备，其特征在于，还包括匀光元件、光调制元件和投影镜头，其中，

匀光元件用于对所述色轮出射的光进行匀光处理；

光调制元件用于对所述匀光元件出射的光进行调制并出射图像光；

投影镜头用于接收所述图像光。

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