CN219533606U - 光源模组和投影设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光源模组和投影设备，涉及光学领域。所述光源模组包括第一光源装置、第二光源装置、第一合光元件和补偿元件，其中，第一光源装置用于发出窄谱光；第二光源装置用于发出宽谱光；第一合光元件用于引导所述窄谱光和所述宽谱光从同一个方向出射；补偿元件用于将所述第一合光元件出射的光束的扩散角度进行压缩，且所述窄谱光和所述宽谱光中至少一者的光轴与所述补偿元件的光轴共轴。本实用新型通过窄谱光与宽谱光的合光设计，实现色域与亮度兼顾，同时通过共轴设计合并光束，可压缩光斑。

Description

光源模组和投影设备

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其涉及一种光源模组和投影设备。

背景技术

目前，市面上的投影产品主要有两种光源模组提供——发光二极管(LED)与激光半导体(LD)，分别具有不同的特点。相较于传统LED光源，激光光源可以提供更优的色纯度，同时也可以提供更优的系统效率，相应地，激光器的价格比较高，使用激光光源达成高亮光机价格昂贵。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种光源模组和投影设备，通过窄谱光与宽谱光的合光设计，可以兼备高亮度以及高色纯度。

第一方面，本实用新型提供一种光源模组，包括第一光源装置、第二光源装置、第一合光元件和补偿元件，其中，

第一光源装置用于发出窄谱光；

第二光源装置用于发出宽谱光；

第一合光元件用于引导所述窄谱光和所述宽谱光从同一个方向出射；

补偿元件用于将所述第一合光元件出射的光束的扩散角度进行压缩，且所述窄谱光和所述宽谱光中至少一者的光轴与所述补偿元件的光轴共轴。

一种可能的实现方式中，所述第一光源装置和所述第二光源装置分别位于所述第一合光元件的两侧。

一种可能的实现方式中，所述第一光源装置包括第一窄谱光源和第二窄谱光源，其中，

第一窄谱光源用于发出第一波长的第一窄谱光；

第二窄谱光源用于发出第二波长的第二窄谱光。

一种可能的实现方式中，所述第一光源装置还包括第二合光元件，所述第二合光元件用于引导所述第一窄谱光和所述第二窄谱光从同一个方向出射，且从所述第二合光元件出射的第一窄谱光和第二窄谱光的光轴共轴。

一种可能的实现方式中，所述第一光源装置还包括反射元件；

所述第一窄谱光源发出的第一窄谱光的光轴方向与所述第二窄谱光源发出的第二窄谱光的光轴方向相互平行；

反射元件用于将所述第一窄谱光源发出的第一窄谱光反射至所述第二合光元件。

一种可能的实现方式中，所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中一者的颜色与所述宽谱光的颜色相同。

一种可能的实现方式中，所述宽谱光是蓝光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是红光或绿光；或者，

所述宽谱光是红光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是蓝光或绿光；或者，

所述宽谱光是绿光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是蓝光或红光。

一种可能的实现方式中，所述第一合光元件包括第一区域和第二区域，所述第一光源装置发出的至少部分窄谱光经所述第二区域引导至所述补偿元件，所述第二光源装置发出的至少部分宽谱光经所述第一区域引导至所述补偿元件。

一种可能的实现方式中，所述第二区域用于透射或反射窄谱光，且所述第二区域位于所述第一区域的中心位置。

一种可能的实现方式中，所述第二区域是开孔区域或增透膜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，还包括匀光元件，所述匀光元件位于所述第一光源装置和所述第一合光元件之间，所述匀光元件用于将所述窄谱光进行匀光处理。

一种可能的实现方式中，所述匀光元件的高斯半角小于等于5度。

一种可能的实现方式中，所述匀光元件是扩散片。

一种可能的实现方式中，还包括缩束元件和扩束元件中的至少一者，所述缩束元件位于所述第一光源装置和所述匀光元件之间，所述缩束元件用于缩小所述窄谱光的光束口径；所述扩束元件位于所述匀光元件和所述第一合光元件之间，所述扩束元件用于扩大所述窄谱光的光斑面积，并压缩所述窄谱光的扩散角度。

一种可能的实现方式中，所述扩束元件包括沿光路依次设置的负透镜和正透镜。

一种可能的实现方式中，还包括第三光源装置和第三合光元件，其中，

第三光源装置用于发出第三波长的光；

第三合光元件用于引导所述补偿元件出射的光束和所述第三波长的光从同一个方向出射。

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模组。

本实用新型通过窄谱光与宽谱光的合光设计，实现色域与亮度兼顾，同时通过共轴设计合并光束，可压缩光斑。

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投影设备的方块示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光源模组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种光源模组的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图；

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；

图6为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图。

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。

在本实用新型实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。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。术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。需要理解的是，“上”、“下”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等术语，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是具备暗示或指示意义，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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投影设备的方块示意图。如图1所示，投影设备10包括合光系统11、照明系统12和成像系统13，其中，合光系统11中设置有光源模组，合光系统11用于将光源的光进行准直和合束，并通过匀光元件实现红绿蓝三色光的输出，匀光元件可为复眼、光棒等；照明系统12用于将匀光后的光束照射到光阀上，光阀可为DMD芯片或LCOS芯片或LCD芯片；成像系统13用于将光阀出射的光学成像到屏幕上，一般为镜头系统。

图2为本实用新型实施例提供的一种光源模组的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的另一种光源模组的结构示意图。如图2和图3所示，光源模组包括第一光源装置100、第二光源装置200、第一合光元件300和补偿元件400，其中，第一光源装置100用于发出窄谱光；第二光源装置200用于发出宽谱光；第一合光元件300用于引导窄谱光和宽谱光从同一个方向出射；补偿元件400用于将第一合光元件300出射的光束的扩散角度进行压缩。可选地，窄谱光可为激光等波长范围较窄的光，宽谱光可为LED光或荧光等波长范围较宽的光，第一合光元件300可为二向色元件、滤波器等合光元件。本实用新型实施例通过窄谱光与宽谱光的合光设计，如激光和LED光的合光设计，实现色域与亮度兼顾。

参阅图2，第一光源装置100和第二光源装置200位于第一合光元件300的同一侧，第一光源装置100发出的窄谱光的光轴和第二光源装置200发出的宽谱光的光轴与补偿元件400的光轴(图中虚线所示)共轴。在一些实施例中，第一光源装置100和第二光源装置200也可分别位于第一合光元件300的两侧，如图3所示，在该实施例中，第一合光元件300透射第一光源装置100发出的窄谱光，并反射第二光源装置200发出的宽谱光，第一光源装置100发出的窄谱光的光轴与补偿元件400的光轴(图中虚线所示)共轴。在其他一些实施例中，第一合光元件300可反射第一光源装置100发出的窄谱光，并透射第二光源装置200发出的宽谱光，第二光源装置200发出的窄谱光的光轴与补偿元件400的光轴共轴。本实用新型实施例通过共轴设计，可压缩光斑。

在一些实施例中，第一光源装置100包括第一窄谱光源101和第二窄谱光源102，如图4所示，其中，第一窄谱光源101用于发出第一波长的第一窄谱光；第二窄谱光源102用于发出第二波长的第二窄谱光。第一窄谱光和第二窄谱光的颜色可相同，也可不同，本实施例中，假设第一窄谱光和第二窄谱光的颜色不同，第一窄谱光为蓝色激光，第二窄谱光为红色激光。在其他一些实施例中，第一窄谱光和第二窄谱光的颜色也可分别为红色和绿色、或者分别为绿色和蓝色、或者分别为黄色和红色、或者分别为同色异谱的红光(或绿光或蓝光)，本实用新型实施例对此不进行限制。本实施例通过两个窄谱光源与宽谱光源进行合光，可进一步提升亮度。

第一窄谱光源101和第二窄谱光源102可分别位于两个不同的发光芯片，也可位于同一个发光芯片，第一窄谱光源101和第二窄谱光源102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。如第一窄谱光源101和第二窄谱光源102位于同一个发光芯片，第一窄谱光源101发出的第一窄谱光的光轴方向与第二窄谱光源102发出的第二窄谱光的光轴方向相互平行，此时可通过反射元件104，如反射镜或二向色镜等，改变第一窄谱光源101出射的第一窄谱光的方向，将其引导至第二合光元件103进行合光。

继续参阅图4，在一些实施例中，第一光源装置100可进一步包括第二合光元件103，第二合光元件103用于引导第一窄谱光和第二窄谱光从同一个方向出射，且从第二合光元件103出射的第一窄谱光和第二窄谱光的光轴共轴。本实施例将两个窄谱光源通过共轴设计合并光束，可进一步压缩光斑。

第二光源装置200可包括LED光源和准直透镜，LED光源可使用绿色、蓝色、红色等可见光波段。准直透镜可将LED大角度光线进行准直，并输入至后续的光学元件。需要说明的是，LED光源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，第二光源装置200中的LED光源的波段与第一窄谱光源101和第二窄谱光源102中一者的波段相近，即第二光源装置200中的LED光源与第一窄谱光源101和第二窄谱光源102中一者的颜色相同。本实用新型实施例中，假设第二光源装置200中的LED光源的波段与第一窄谱光源101的波段相近，如LED光源和第一窄谱光源101发出蓝光，第二窄谱光源102发出红光，或者LED光源和第一窄谱光源101发出绿光，第二窄谱光源102发出红光，提升蓝光或绿光的亮度，相较LED光源和第一窄谱光源101发出红光，可更进一步提升光源模组整体的亮度。

在一些实施例中，光源模组还可包括匀光元件500，如图4所示，匀光元件500位于第一光源装置100和第一合光元件300之间，用于将第一光源装置100发出的窄谱光进行匀光处理。可选地，匀光元件500为扩散元件，如静态扩散片或动态扩散元件，附着扩散粒子，使入射光相位发生随机改变，达成减弱窄谱光散斑的作用，同时可以匀化光斑，消除画面不均匀条纹，进一步地，匀光元件500的高斯半角小于等于5°，如小于等于3°，有利于消除画面不均匀条纹现象。这里的高斯半角是指光强降低至峰值的50％时，对应扩散距离与传输距离形成的正切角。

第一合光元件300可进行波长合光或物理合光，如第二光源装置200中的LED光源发出红色LED光，第一窄谱光源发出红色激光，第二窄谱光源发出蓝色激光，由于红色LED光与红色激光的波段相隔较远，第一合光元件300可为二向色元件，透射红色激光和蓝色激光，并反射红色LED光，通过波长进行合光。又如第二光源装置200中的LED光源发出蓝色LED光，第一窄谱光源发出蓝色激光，第二窄谱光源发出红色激光，由于蓝色LED光与蓝色激光的波段相隔较近，第一合光元件300可分为两个区域，第一区域A和第二区域B，如图5所示，第一区域A用于实现反射蓝色LED光，第二区域B用于实现透射蓝色激光，如第一区域A为反射蓝色LED光的反射镜区域，或者为透红反蓝的二向色镜区域，第二区域B为透蓝的开孔区域或增透膜区域(理论不存在反射光)，可选地，第二区域B还可为透光区域或散射区域或相位差区域，提升光效。进一步地，第二区域B位于第一区域A的中心位置，此时光学件均为共轴设计，具有较高的光效。

补偿元件400可为补偿透镜，设置于第一合光元件300之后，用于对大角度光线进行收敛。

以下以第一窄谱光源101为蓝色激光光源，如主波长为465nm，第二窄谱光源102为红色激光光源，如主波长为642nm，第二光源装置200中的LED光源采用蓝色LED光源，如主波长为455nm，为示例进行进一步说明。

再次参阅图4，第一窄谱光源101发出的蓝色激光通过反射元件104折转，透射通过第二合光元件103，第二窄谱光源102发出的红色激光通过第二合光元件103反射，实现红色激光与蓝色激光的合束。合束后的激光光束通过匀光元件500，角度扩张。其中蓝色激光通过第一合光元件300的第二区域B(如开孔区域)透射，红色激光部分通过第一合光元件300的第二区域B(如开孔区域)，部分可选地不受开孔限制地通过第一合光元件300的第一区域A(如二向色镜区域)透射。然后经过补偿元件400对角度些许压缩。蓝色LED光源发出的朗伯体光源，经过准直透镜组对角度进行压缩，准直，然后照射于第一合光元件300上，其中大部分光束照射于第一合光元件300的第一区域A(如二向色镜区域)，引起反射，小部分光束照射于第一合光元件300的第二区域B(如开孔区域)产生少量效率损失。然后LED光束经过补偿元件400，对角度进行进一步压缩，完成与激光光路的合光。

在一些实施例中，光源模组还可包括缩束元件600，如图6所示，缩束元件600设置于第一光源装置100和匀光元件500之间，用于缩小第一光源装置100发出的窄谱光的光束口径。与图4所示实施例不同的是，第一光源装置100合束后的激光光束先通过缩束元件600，如缩束透镜组，压缩光束口径，然后经过扩散元件，角度扩张。使用缩束元件时，在第一合光元件300上的开孔区域/镀膜增透区域相较图4所示实施例更小，可以获取更高的LED效率。

在一些实施例中，光源模组还可包括扩束元件700，如图7所示，扩束元件700位于匀光元件500和第一合光元件300之间，用于扩大窄谱光第一光源装置100发出的窄谱光的光斑面积，并压缩第一光源装置100发出的窄谱光的扩散角度。与图4所示实施例不同的是，第一光源装置100合束后的激光光束经过匀光元件500，角度扩张然后通过扩束元件700，如扩束透镜组，压缩光束角度并扩充光束面积，实现在大角度扩散片下的激光效率提升，进一步减弱散斑作用。可选地，扩束元件700包括沿光路依次设置的负透镜和正透镜，可实现上述效果。使用扩束元件时，在第一合光元件300上的开孔区域/镀膜增透区域图4所示实施例更大，但可以获取更高的激光效率，同时可以使用大角度的镜头扩散片替代动态扩散轮，减小光源模组体积。

在一些实施例中，光源模组还可包括缩束元件600和扩束元件700，如图8所示，缩束元件600设置于第一光源装置100和匀光元件500之间，扩束元件700位于匀光元件500和第一合光元件300之间。与图4所示实施例不同的是，第一光源装置100合束后的激光光束先通过缩束元件600，如缩束透镜组，压缩光束口径，然后经过扩散元件，角度扩张后通过扩束元件700，压缩光束角度并扩充光束面积，实现在大角度扩散片下的激光效率提升。同时使用缩束元件和扩束元件时，可以获取较高的激光效率，同时相较于图7所示实施例LED效率损失会减少。

图9为本实用新型实施例提供的又一种光源模组的结构示意图。与图3所示实施例不同的是，光源模组还包括第三光源装置500和第三合光元件600，第三光源装置500用于发出第三波长的光，如绿光、蓝光和红光中的一种或多种，第三合光元件600用于引导第三光源装置500发出的第三波长的光和补偿元件400出射的光束从同一个方向出射。示例地，第三合光元件600为反蓝反红透绿的二向色片，第三光源装置500用于发出绿色光束，经补偿元件400出射的红色光束和蓝色光束被第三合光元件600反射，第三光源装置500发出的绿色光束被第三合光元件600透射，完成绿色光束与红色光束和蓝色光束的合光。

第三光源装置500可为发光二级管或激光器等光源，也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，本实用新型实施例对此不进行限制。在一些实施例中，第三光源装置500包括蓝色激发光源和在该蓝色激发光源的照射下产生绿色荧光的波长转换装置，进一步地，波长转换装置可为蓝色光源表面的绿色荧光粉层或绿粉荧光片，使得波长转换装置可接受两侧光源的激发，提升激发效率。

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，本实用新型实施例不再详细介绍。

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 (17)

1.一种光源模组，其特征在于，包括第一光源装置、第二光源装置、第一合光元件和补偿元件，其中，

第一光源装置用于发出窄谱光；

第二光源装置用于发出宽谱光；

第一合光元件用于引导所述窄谱光和所述宽谱光从同一个方向出射；

补偿元件用于将所述第一合光元件出射的光束的扩散角度进行压缩，且所述窄谱光和所述宽谱光中至少一者的光轴与所述补偿元件的光轴共轴。

2.根据权利要求1所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一光源装置和所述第二光源装置分别位于所述第一合光元件的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一光源装置包括第一窄谱光源和第二窄谱光源，其中，

第一窄谱光源用于发出第一波长的第一窄谱光；

第二窄谱光源用于发出第二波长的第二窄谱光。

4.根据权利要求3所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一光源装置还包括第二合光元件，所述第二合光元件用于引导所述第一窄谱光和所述第二窄谱光从同一个方向出射，且从所述第二合光元件出射的第一窄谱光和第二窄谱光的光轴共轴。

5.根据权利要求4所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一光源装置还包括反射元件；

所述第一窄谱光源发出的第一窄谱光的光轴方向与所述第二窄谱光源发出的第二窄谱光的光轴方向相互平行；

反射元件用于将所述第一窄谱光源发出的第一窄谱光反射至所述第二合光元件。

6.根据权利要求3所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中一者的颜色与所述宽谱光的颜色相同。

7.根据权利要求6所述的一种光源模组，其特征在于，所述宽谱光是蓝光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是红光或绿光；或者，

所述宽谱光是红光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是蓝光或绿光；或者，

所述宽谱光是绿光，且所述第一窄谱光和所述第二窄谱光中与所述宽谱光颜色不同的一者是蓝光或红光。

8.根据权利要求1所述的一种光源模组，其特征在于，所述第一合光元件包括第一区域和第二区域，所述第一光源装置发出的至少部分窄谱光经所述第二区域引导至所述补偿元件，所述第二光源装置发出的至少部分宽谱光经所述第一区域引导至所述补偿元件。

9.根据权利要求8所述的一种光源模组，其特征在于，所述第二区域用于透射或反射窄谱光，且所述第二区域位于所述第一区域的中心位置。

10.根据权利要求8所述的一种光源模组，其特征在于，所述第二区域是开孔区域或增透膜区域或透光区域或散射区域或相位差区域。

11.根据权利要求1所述的一种光源模组，其特征在于，还包括匀光元件，所述匀光元件位于所述第一光源装置和所述第一合光元件之间，所述匀光元件用于将所述窄谱光进行匀光处理。

12.根据权利要求11所述的一种光源模组，其特征在于，所述匀光元件的高斯半角小于等于5度。

13.根据权利要求11所述的一种光源模组，其特征在于，所述匀光元件是扩散片。

14.根据权利要求11所述的一种光源模组，其特征在于，还包括缩束元件和扩束元件中的至少一者，所述缩束元件位于所述第一光源装置和所述匀光元件之间，所述缩束元件用于缩小所述窄谱光的光束口径；所述扩束元件位于所述匀光元件和所述第一合光元件之间，所述扩束元件用于扩大所述窄谱光的光斑面积，并压缩所述窄谱光的扩散角度。

15.根据权利要求14所述的一种光源模组，其特征在于，所述扩束元件包括沿光路依次设置的负透镜和正透镜。

16.根据权利要求1所述的一种光源模组，其特征在于，还包括第三光源装置和第三合光元件，其中，

第三光源装置用于发出第三波长的光；

第三合光元件用于引导所述补偿元件出射的光束和所述第三波长的光从同一个方向出射。

17.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求1-16中任一项所述的光源模组。