CN219831602U - 一种光源系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及显示技术领域，公开了一种光源系统及投影设备，光源系统包括光源、分光元件、反射元件、光束整形组件、波长转换元件和匀光元件，波长转换元件包括反射区和波长转换区，其中：光源产生的光束经分光元件和光束整形组件后射入波长转换元件；当光源产生的光束射入波长转换区时，波长转换区被光源产生的光束激发产生受激发光束并反射至分光元件，经分光元件射入匀光元件进行匀光；当光源产生的光束射入反射区时，反射区反射光源产生的光束至分光合光组件，经分光元件和反射元件进行多次透射和反射后射出目标光束，并射入匀光元件进行匀光。本申请可以提升光源系统出射的光斑的均匀性，从而得到更优画质的投影画面；并且可以缩短匀光元件长度，减小体积。

Description

一种光源系统及投影设备

技术领域

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种光源系统及投影设备。

背景技术

在现在投影设备中，采用蓝光激光器激发波长转换元件产生受激发光来得到红光和绿光，并利用蓝光激光器本身发射的蓝光与红光和绿光形成三基色光，以照射到显示芯片有效区域上形成尽可能均匀的光斑，从而调制图像得到对应的投影画面，是常用的一种方法。但是，蓝光激光器进入匀光系统的光斑和角度都较小，目前的光源系统常采用加长匀光元件的长度来改善蓝激光的均匀性，导致整体体积较大。

发明内容

在本申请提供一种光源系统，可以用于投影设备，可以增加蓝光激光器进入匀光元件的光斑和/或角度，缩短整体体积同时提升光源系统出射的光斑的均匀性，从而得到更优画质的投影画面。

第一方面，本申请提供一种光源系统，光源系统包括光源、分光元件、反射元件、光束整形组件、波长转换元件和匀光元件，波长转换元件包括反射区和波长转换区，其中：

光源产生的光束经分光元件和光束整形组件射入波长转换元件；

当光源产生的光束射入波长转换区时，波长转换区被光源产生的光束激发产生受激发光束并反射至分光元件，经分光元件射入匀光元件进行匀光；

当光源产生的光束射入反射区时，反射区反射光源产生的光束至分光元件和反射元件，经分光元件和反射元件进行多次透射和反射后射出目标光束，并射入匀光元件进行匀光；

其中，目标光束射入匀光元件的入射角度是根据反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角确定。

在一些实施例中，目标光束中包括第一光束和第二光束；

反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束；

反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件，经反射元件反射后射入分光元件，经分光元件透射出第二光束。

在一些实施例中，目标光束中包括第一光束、第二光束和第三光束，分光合光组件包括分光元件和反射元件；

反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束；

反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件，经反射元件反射后射入分光元件，反射元件反射的光束中的部分光束经分光元件透射出第二光束；

反射元件反射的光束中的另一部分光束经分光元件反射至反射元件，经反射元件再次反射后射入分光元件，经分光元件透射出第三光束。

在一些实施例中，分光元件包括第一区域和第二区域；

第一区域用于透射光源产生的光束，反射波长转换区产生的受激发光束；

第二区域用于透射全部或反射部分和透射部分从反射区射入第二区域的光束，反射波长转换区产生的受激发光束。

在一些实施例中，第二区域反射从反射区射入第二区域的光束的反射率为50％，和/或透射从反射区射入第二区域的光束的透射率为50％，反射波长转换区产生的受激发光束的反射率大于等于95％；

和/或，第一区域透射光源产生的光束的透射率大于等于95％，反射波长转换区产生的受激发光束的反射率大于等于95％。

在一些实施例中，反射元件为反射式扩散片，反射式扩散片的扩散半角小于预设角度。

在一些实施例中，反射元件包括毛面和光面，毛面位于反射元件的靠近匀光元件侧；光面位于反射元件的远离匀光元件侧。

在一些实施例中，反射元件具有对应的驱动装置，采用对应的驱动装置调整反射元件以调整第二角度，第二角度为反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角。

在一些实施例中，目标光束中包括多束光束，当第一角度与第二角度相等时，各束光束的光轴之间相距2d0 sin(β)tan(β)，第一角度等于第二角度等于β，d0表示匀光元件与反射元件之间的距离，第一角度为分光元件与匀光元件的中心轴之间的夹角，第二角度为反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角。

在一些实施例中，目标光束中包括第一光束和第二光束时，反射区反射的光束射入分光元件时的入射角度为θ₁，反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束，第一光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₁)，β表示第二角度；反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件时的入射角度为θ₂＝α+θ₁-β，第二光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₂)，α表示第一角度，第一角度为分光元件与匀光元件的中心轴之间的夹角，第二角度为反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角。

第二方面，本申请提供一种投影设备，包括第一方面及第一方面可能的实现方式中任一项所述的光源系统。

本申请提供的光源系统，通过将分光元件分成具有不同光学特性的区域，并配合反射元件，实现对光斑大小和射入匀光元件的角度的调节，从而调整投影画面的均匀性，从而得到更优画质的投影画面；并且可有效缩小匀光元件的长度，减小光源系统和投影设备的体积。

附图说明

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

图1为本申请的一实施例中的波长转换元件的结构示意图；

图2为本申请的一实施例中的反射元件的结构示意图；

图3为本申请的一实施例中的光源系统的结构示意图；

图4为本申请的一实施例中的部分光路的示意图；

图5为本申请的一实施例中的部分光路的示意图。

具体实施方式

在为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，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申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。此外，虽然本申请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。

在本申请实施例中，“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“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。

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

本申请提供的光源系统包括光源、分光元件、反射元件、光束整形组件、波长转换元件和匀光元件，波长转换元件包括反射区和波长转换区，其中：光源产生的光束经分光元件和光束整形组件射入波长转换元件；当光源产生的光束射入波长转换区时，波长转换区被光源产生的光束激发产生受激发光束并反射至分光元件，经分光元件射入匀光元件进行匀光；当光源产生的光束射入反射区时，反射区反射光源产生的光束至分光元件和反射元件，经分光元件和反射元件进行多次透射和反射后射出目标光束，并射入匀光元件进行匀光；其中，目标光束射入匀光元件的入射角度是根据反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角确定。

其中，光源可以是激光光源，如产生蓝色激光的蓝色激光器，也可以是LED光源，如产生蓝光的LED(B LED)；从而光源产生的光束可以为440～480nm的蓝光。匀光元件可以是复眼(如单面复眼、双面复眼等)、光棒等。反射区可以是由反射镜、基底镀反射膜等构成。和光束整形组件中可以包括聚焦透镜和准直透镜等。

在一些实施例中，波长转换区中可以包括第一波长转换区和第二波长转换区，当光源产生的光束射入第一波长转换区时，第一波长转换区被光源产生的光束激发产生第一波长的受激发光束并反射至分光元件，经分光元件射入匀光元件进行匀光；当光源产生的光束射入第二波长转换区时，第二波长转换区被光源产生的光束激发产生第二波长的受激发光束并反射至分光元件，经分光元件射入匀光元件进行匀光。

其中，图1是本申请提供的一种波长转换元件的结果后示意图。如图1所示，第一波长转换区可以为黄/红荧光粉区，第二波长转换区可以为绿荧光粉区；则第一波长的受激发光束可以为红光或黄光，第二波长的受激发光束可以为绿光。可选地，在匀光元件的入光侧可以设置滤色色轮，可以对黄光进行滤光得到红光，也可以对红光、绿光和蓝光进行过滤得到更纯色的光。

可选地，波长转换元件中也可以至包括黄/红荧光粉、绿荧光粉区中的一个，当只有一个波长转换区时可以光源系统中可以补充红色LED光源或激光光源，或绿色激光光源等，这里不详细描述。

在一些实施例中，分光元件包括第一区域和第二区域；第一区域用于透射光源产生的光束，反射波长转换区产生的受激发光束；第二区域用于透射全部或反射部分和透射部分从反射区射入第二区域的光束，反射波长转换区产生的受激发光束。

可选地，第二区域反射射入第二区域的光束的反射率为50％，和/或透射射入第二区域的光束的透射率为50％；和/或，第一区域透射光源产生的光束的透射率大于等于95％，反射波长转换区产生的受激发光束的反射率大于等于95％。

例如，第二区域为对波长范围为480～680nm的光进行反射，反射率R≥95％；对波长范围为440～480nm蓝光进行部分透射和部分反射，如50％透射和50％反射。第一区域为对440～480nm的蓝光进行透射，透射率T≥95％，对波长范围为480～680nm的光进行反射，反射率R≥95％。

在一些实施例中，反射元件为反射式扩散片，反射式扩散片的扩散半角小于预设角度。其中预设角度可以根据实际应用情况自定义设置，例如为避免光斑过大，扩散半角可以设置为5度。假设扩散半角为θ，则其中，R_出是指扩散片出射的光斑的半径，R_入是指射入扩散片的光斑的半径，光斑的半径(HWHM)定义为光斑的强度从最大下降到50％时对应的半高。

可选地，反射元件包括毛面和光面，毛面位于反射元件的靠近匀光元件侧；光面位于反射元件的远离匀光元件侧。如图2所示，为一种反射元件的结构示意图。

在一些实施例中，分光元件与匀光元件的中心轴之间的夹角为第一角度，反射元件与匀光元件的中心轴之间的夹角为第二角度；可选地，反射元件具有对应的驱动装置，采用对应的驱动装置调整反射元件以调整第二角度，从而调整射入匀光元件的光束的角度。第二角度可以设置为45度左右，例如45度的正负15度之间。

可选地，目标光束中包括多束光束，当第一角度与第二角度相等时，各束光束的光轴之间相距2d0 sin(β)tan(β)，第一角度等于第二角度等于β，d0表示所述匀光元件与所述反射元件之间的距离；即各束光束的光轴之间的距离H＝2d₀ sin(β)tan(β)。

在一些实施例中，目标光束中包括第一光束和第二光束；反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束；反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件，经反射元件反射后射入分光元件，经分光元件透射出第二光束。

可选地，反射区反射的光束射入分光元件时的入射角度为θ₁，反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束，第一光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₁)，β表示第二角度；反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件时的入射角度为θ₂＝α+θ₁-β，第二光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₂)，α表示第一角度。

在一些实施例中，目标光束中包括第一光束、第二光束和第三光束，分光合光组件包括分光元件和反射元件；反射区反射的光束中的部分光束经分光元件反射出第一光束；反射区反射的光束中的另一部分光束经分光元件透射后射入反射元件，经反射元件反射后射入分光元件，反射元件反射的光束中的部分光束经分光元件透射出第二光束；反射元件反射的光束中的另一部分光束经分光元件反射至反射元件，经反射元件再次反射后射入分光元件，经分光元件透射出第三光束。若匀光元件为光棒，通过多次反射，使光斑变大，可以缩小光棒长度，从而减小光源系统的体积。

举例来说，如图3所示，是本申请提供的一种光源系统的示意图。如图3所示，光源系统包括光源1、分光元件22、反射元件21、波长转换元件5及对应的光束整形组件3和4、聚焦元件6和匀光元件7。其中光源1为蓝色激光器；波长转换元件5中包括对应的驱动装置。

当需要光源系统产生红光时，驱动装置驱动波长转换元件5，以使光源1产生的蓝色激光经分光元件22的第一区域(如22中所示的填充区域)、光束整形组件3和4透射后，射入波长转换元件5的第一波长转换区；第一波长转换区被激发产生红光并光束整形组件3和4反射至分光元件22，经分光元件22反射并经聚焦元件6透射后，射入匀光元件7进行匀光后射出。

当需要光源系统产生绿光时，驱动装置驱动波长转换元件5，以使光源1产生的蓝色激光经分光元件22的第一区域(如22中所示的填充区域)、光束整形组件3和4透射后，射入波长转换元件的第二波长转换区；第二波长转换区被激发产生绿光并经光束整形组件3和4反射至分光元件22，经分光元件22反射并经聚焦元件6透射后，射入匀光元件7进行匀光后射出。

当需要光源系统产生蓝光时，方式一：驱动装置驱动波长转换元件5，以使光源1产生的蓝色激光经分光元件22的第一区域(如22中所示的填充区域)、光束整形组件3和4透射后，射入波长转换元件的反射区；反射区反射蓝色激光经光束整形组件3和4收光整形到分光元件22的第二区域，经该第二区域全部透射后射入反射元件21，经反射元件21反射并透过分光元件22和聚焦元件6后，射入匀光元件7进行匀光后射出。

方式二：反射区反射蓝色激光经光束整形组件3和4收光整形到分光元件22的第二区域后，第二区域透射50％的光束射入反射元件21，50％的光束经第二区域反射出第一光束；射入的50％的光束经反射元件21反射并透过分光元件22的第一区域射出第二光束，第一光束和第二光束经聚焦元件6透射后，射入匀光元件7进行匀光后射出。

当第一角度α与第二角度β相等时，第一光束与第二光束的光轴之间的距离H＝2d0sin(β)tan(β)。如图4所示，当第一角度α与第二角度β不相等时，假设反射区反射的蓝色激光射入分光元件22的第二区域时的入射角度为θ₁，50％的光束射入反射元件21时的入射角度为θ₂＝α+θ₁-β，则第一光束射入匀光元件7的入射角度为180°-(β+90°+θ₁)，第二光束射入匀光元件7的入射角度为180°-(β+90°+θ₂)。

方式三：如图5所示，反射区反射蓝色激光经光束整形组件3和4收光整形到分光元件22的第二区域后，第二区域透射50％的光束射入反射元件21，50％的光束经第二区域反射出第一光束；射入的50％的光束经反射元件21反射后射入分光元件22，50％的光束中25％的光束透过分光元件22的第一区域射出第二光束；50％的光束中25％的光束被分光元件22的第一区域反射回反射元件21，经反射元件21再次反射并透过分光元件22的第一区域射出第三光束；第一光束、第二光束和第三光束经聚焦元件6透射后，射入匀光元件7进行匀光后射出。

当第一角度α与第二角度β相等时，第一光束与第二光束的光轴之间的距离H＝2d₀sin(β)tan(β)。

本申请提供的光源系统，通过将分光元件分成具有不同光学特性的区域，并配合反射元件，实现对光斑大小和射入匀光元件的角度的调节，从而调整投影画面的均匀性，从而得到更优画质的投影画面；并且可有效缩小匀光元件的长度，减小光源系统和投影设备的体积。

本申请的光源系统可以应用于任何需要合成光的应用场景中，包括但不限于应用于投影仪，如单DLP投影仪、三DLP投影仪。

本申请实施例还提供一种投影设备，包括上述实施例涉及的光源系统，投影设备中还包括其他组件，如投影镜头等，这些组件的设置可参见相关技术，在此不再赘述。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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

Claims (11)

1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括光源、分光元件、反射元件、光束整形组件、波长转换元件和匀光元件，所述波长转换元件包括反射区和波长转换区，其中：

所述光源产生的光束经所述分光元件和所述光束整形组件射入所述波长转换元件；

当所述光源产生的光束射入所述波长转换区时，所述波长转换区被所述光源产生的光束激发产生受激发光束并反射至所述分光元件，经所述分光元件射入所述匀光元件进行匀光；

当所述光源产生的光束射入所述反射区时，所述反射区反射所述光源产生的光束至所述分光元件和所述反射元件，经所述分光元件和所述反射元件进行多次透射和反射后射出目标光束，并射入所述匀光元件进行匀光；

其中，所述目标光束射入所述匀光元件的入射角度是根据所述反射元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角确定。

2.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述目标光束中包括第一光束和第二光束；

所述反射区反射的光束中的部分光束经所述分光元件反射出所述第一光束；

所述反射区反射的光束中的另一部分光束经所述分光元件透射后射入所述反射元件，经所述反射元件反射后射入所述分光元件，经所述分光元件透射出所述第二光束。

3.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述目标光束中包括第一光束、第二光束和第三光束；

所述反射区反射的光束中的部分光束经所述分光元件反射出所述第一光束；

所述反射区反射的光束中的另一部分光束经所述分光元件透射后射入所述反射元件，经所述反射元件反射后射入所述分光元件，所述反射元件反射的光束中的部分光束经所述分光元件透射出所述第二光束；

所述反射元件反射的光束中的另一部分光束经所述分光元件反射至所述反射元件，经所述反射元件再次反射后射入所述分光元件，经所述分光元件透射出所述第三光束。

4.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述分光元件包括第一区域和第二区域；

所述第一区域用于透射所述光源产生的光束，反射所述波长转换区产生的受激发光束；

所述第二区域用于透射全部或反射部分和透射部分从所述反射区射入所述第二区域的光束，反射所述波长转换区产生的受激发光束。

5.根据权利要求4所述的一种光源系统，其特征在于，所述第二区域反射从所述反射区射入所述第二区域的光束的反射率为50％，和/或透射从所述反射区射入所述第二区域的光束的透射率为50％，反射所述波长转换区产生的受激发光束的反射率大于等于95％；

和/或，所述第一区域透射所述光源产生的光束的透射率大于等于95％，反射所述波长转换区产生的受激发光束的反射率大于等于95％。

6.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述反射元件为反射式扩散片，所述反射式扩散片的扩散半角小于预设角度。

7.根据权利要求6所述的一种光源系统，其特征在于，所述反射元件包括毛面和光面，所述毛面位于所述反射元件的靠近所述匀光元件侧；所述光面位于所述反射元件的远离所述匀光元件侧。

8.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述反射元件具有对应的驱动装置，采用对应的驱动装置调整所述反射元件以调整第二角度，所述第二角度为所述反射元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角。

9.根据权利要求1所述的一种光源系统，其特征在于，所述目标光束中包括多束光束，当第一角度与第二角度相等时，各束光束的光轴之间相距2d0 sin(β)tan(β)，所述第一角度等于所述第二角度等于β，d0表示所述匀光元件与所述反射元件之间的距离，所述第一角度为所述分光元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角，所述第二角度为所述反射元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角。

10.根据权利要求8所述的一种光源系统，其特征在于，所述目标光束中包括第一光束和第二光束时，所述反射区反射的光束射入分光元件时的入射角度为θ₁，所述反射区反射的光束中的部分光束经所述分光元件反射出所述第一光束，所述第一光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₁)，β表示第二角度；所述反射区反射的光束中的另一部分光束经所述分光元件透射后射入所述反射元件时的入射角度为θ₂＝α+θ₁-β，所述第二光束射入匀光元件的入射角度为180°-(β+90°+θ₂)，α表示第一角度，所述第一角度为所述分光元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角，所述第二角度为所述反射元件与所述匀光元件的中心轴之间的夹角。

11.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括权利要求1-10中任一项所述的光源系统。