CN219831608U - 一种聚焦透镜组、光源系统及投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及显示技术领域，公开了一种聚焦透镜组、光源系统及投影设备，聚焦透镜组可以使透过聚焦透镜组的光射向不同的位置区域，光源系统中光源可以产生波段不同的激发光和至少一种辅助光；然后激发光和辅助光经过聚焦透镜组透射，可以入射在波长转换元件中不同的区域；从而激发区可以被激发产生受激发光，辅助区透射辅助光，同时从波长转换元件出射，因此本申请可以提升光源系统出射光的色域，且光源系统的收光效率较高，从而可以实现高亮度的优质画质。

Description

一种聚焦透镜组、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，尤其涉及一种聚焦透镜组、光源系统及投影设备。

背景技术

在投影显示产品中，光源系统是非常重要的部件，它的功能在于将不同颜色、不同角度分布、不同亮度和不同形状的光线，转换成照射到显示芯片有效区域的均匀光斑。

在投影显示领域，传统的灯泡由于其自身的缺陷已越来越不被采用，而LED、荧光粉和激光等新型光源在亮度、色彩、寿命、能耗等方面表现出优异的特性，逐渐成为投影显示用光源的主流。在这些新型光源技术中，LED光源难以实现高亮度，而激光光源存在散斑困扰。因此如何实现高亮度的优质画质是亟需解决的问题。

发明内容

在本申请提供一种聚焦透镜组和光源系统，可以用于投影设备，可以提升光源系统出射光的色域，且光源系统的收光效率较高，从而可以实现高亮度的优质画质。

第一方面，本申请提供一种聚焦透镜组，聚焦透镜组中包括至少两个透光区，各透光区对射入聚焦透镜组的光的光路改变不同，从而使透过聚焦透镜组的光射向不同的位置区域。

在一些实施例中，聚焦透镜组中包括第一透光区和第二透光区；其中，第一透光区或第二透光区为复眼形状，第二透光区或第一透光区为曲面；或者，第一透光区与第二透光区的表面的形状不同；或者，第一透光区或第二透光区为通孔，第二透光区或第一透光区为曲面。

第二方面，本申请提供一种光源系统，光源系统包括光源、第一方面所述的聚焦透镜组、波长转换元件，波长转换元件包括至少一个波长转换区，各波长转换区中均包括激发区和辅助区；

光源，用于产生激发光和至少一种辅助光；

聚焦透镜组，用于使激发光射入目标波长转换区的激发区，使目标辅助光射入目标波长转换区的辅助区；目标波长转换区为至少一个波长转换区中的任意一个，目标辅助光为至少一种辅助光中的任意一种；

目标波长转换区，用于出射目标色光，目标色光中包括目标波长转换区的激发区被激发光激发产生的受激发光和经目标波长转换区的辅助区射出的目标辅助光。

在一些实施例中，波长转换元件中还包括扩散区；

聚焦透镜组使激发光射入波长转换元件的扩散区，经波长转换元件的扩散区进行散斑抑制后出射。

在一些实施例中，聚焦透镜组中包括第一透光区和第二透光区，第一透光区用于透射激发光，第二透光区用于透射至少一种辅助光。

在一些实施例中，激发光在目标波长转换区的激发区上的光斑的中心，与目标辅助光在目标波长转换区的辅助区上的光斑的中心之间的距离小于预设距离。

在一些实施例中，目标波长转换区的激发区中包括波长转换材料层，目标波长转换区的辅助区为通孔或扩散片或聚焦镜片。

在一些实施例中，波长转换材料层的厚度大于第一厚度阈值小于第二厚度阈值。

在一些实施例中，在目标波长转换区的激发区或波长转换元件或至少一个波长转换区的激发光的入射侧镀有二向色膜，二向色膜透射激发光，反射受激发光。

在一些实施例中，光源系统还包括滤光元件，滤光元件包括至少一个滤光区，与至少一个波长转换区一一对应，用于对对应的波长转换区的目标色光进行滤光。

第三方面，本申请提供一种投影设备，包括第二方面及第二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中，光源可以产生波段不同的激发光和至少一种辅助光；然后将聚焦透镜组分为不同的透光区，波长转换元件中的各波长转换区都分为激发区和辅助区；进而激发光和辅助光通过各透光区透射，可以聚焦入射在波长转换元件中不同的区域；从而激发区可以被激发产生受激发光，辅助区透射辅助光，同时从波长转换元件出射，可以提升光源系统出射光的色域；利用激发光来激发出受激发光，具有小光学拓展量的特点，则光源系统的收光效率较高；因此本申请可以实现高亮度的优质画质。

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聚焦透镜组的结构示意图；

图2为本申请的一实施例中的波长转换元件的结构示意图；

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本申请的一实施例中的投影设备的结构示意图。

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、聚焦透镜组、波长转换元件，波长转换元件包括至少一个波长转换区，各波长转换区中均包括激发区和辅助区；

光源，用于产生激发光和至少一种辅助光；

聚焦透镜组，用于使激发光射入目标波长转换区的激发区，使目标辅助光射入目标波长转换区的辅助区；目标波长转换区为至少一个波长转换区中的任意一个，目标辅助光为至少一种辅助光中的任意一种；

目标波长转换区，用于出射目标色光，目标色光中包括目标波长转换区的激发区被激发光激发产生的受激发光和经目标波长转换区的辅助区射出的目标辅助光。

其中，光源可以是LED光源或激光光源。激发光与各辅助光之间以及各辅助光之间的波段都不同；激发光可以是波长相对较短的光，比如蓝光、UV光等，例如激发光可以是蓝色激光，主波长为440～470nm；辅助光可以是红光、绿光、蓝光等，例如辅助光可以包括红色激光和/或绿色激光。

目标辅助光和对应的受激发光的波段可以相同也可以不同，但都包括属于同一基色光的波段，基色光可以红光、绿光、蓝光等。

在一些实施例中，聚焦透镜组中包括至少两个透光区，各透光区对射入所述聚焦透镜组的光的光路改变不同，从而使透过所述聚焦透镜组的光射向不同的位置区域。

聚焦透镜组中包括第一透光区和第二透光区，第一透光区用于透射激发光，第二透光区用于透射至少一种辅助光。例如，如图1所示，01表示第一透光区，02表示第二透光区。

可选地，第一透光区或第二透光区为复眼形状，第二透光区或第一透光区为曲面；例如，第一透光区01的表面的形状为球面，第二透光区02为复眼形状。可选地，第一透光区与第二透光区的表面的形状不同；例如，第一透光区01的表面的形状为球面，第二透光区02的表面的形状为非球面或自由曲面。可选地，第一透光区或第二透光区为通孔，第二透光区或第一透光区为曲面；例如，第一透光区01的表面的形状为球面，第二透光区02为通孔。

在一些实施例中，目标波长转换区的激发区中包括波长转换材料层，目标波长转换区的辅助区为通孔或扩散片或聚焦镜片。其中，波长转换材料层中包括波长转换材料，波长转换材料可以是荧光粉、荧光体等，如红荧光粉、黄荧光粉、绿荧光粉、青荧光粉等。

可选地，激发光在目标波长转换区的激发区上的光斑的中心，与目标辅助光在目标波长转换区的辅助区上的光斑的中心之间的距离小于预设距离。预设距离可以根据实际应用情况自定义设置，例如预设距离可以为5mm。

可选地，波长转换材料层的厚度大于第一厚度阈值小于第二厚度阈值。第一厚度阈值和第二厚度阈值可以根据实际应用情况自定义设置，例如波长转换材料层的厚度为0.15～0.25mm。波长转换材料层的厚度较薄且涂覆宽度较窄，可以使得辅助光在波长转换材料层中穿透过去而亮度损失较少。

在一些实施例中，波长转换元件中还包括扩散区；聚焦透镜组使激发光射入波长转换元件的扩散区，经波长转换元件的扩散区进行散斑抑制后出射。其中，扩散区可以是镀有AR膜的扩散片或通孔。

举例来说，如图2所示，波长转换元件包括两个波长转换区11和12和一个扩散区13，以波长转换区12为例，包括外圈的激发区和内圈的辅助区；也可以内圈为激发区，外圈为辅助区。如波长转换区11，激发区涂覆有受激发光(荧光)的光谱中至少包含有红色波段600～640nm的荧光粉(如黄粉、红粉、橘粉等)，辅助区为通孔，激发区上为蓝色激光聚焦入射位置，通过蓝激光聚焦激发产生荧光；波长转换区12类似波长转换区11，只是激发区上涂覆有受激发光的光谱中至少包含有520～560nm的荧光粉；扩散区13，针对蓝激光波段，透射蓝激光，为了抑制散斑，可以是镀有AR膜的扩散片。

在一些实施例中，在目标波长转换区的激发区或波长转换元件或至少一个波长转换区的激发光的入射侧镀有二向色膜，二向色膜透射激发光，反射受激发光。因此可以将产生的受激发光中面向光源的光反射成为出射光，从而使提升激发效率。

在一些实施例中，光源系统还包括滤光元件，滤光元件包括至少一个滤光区，与至少一个波长转换区一一对应，用于对对应的波长转换区的目标色光进行滤光。

举例来说，滤光元件包括滤光区1、滤光区2和区域3。如滤光区1镀透射红光反射其余光的膜系，控制透射率为50％时对应的波长为610+/-20nm,透射波段至少包括630～655nm；同时为消除红激光的散斑，可以在滤光区1的一面为镀透射红光反射其余光的膜系，另一面为微结构上镀AR(类似扩散片)。滤光区2镀透射绿光反射其余光的膜系，控制透射率为50％时对应的波长为510+/-20nm和580+/-20nm，透射波段至少包括520～560nm；同时为消除绿激光的散斑，在滤光区2一面镀透射绿光反射其余光的膜系，另一面为微结构上镀AR(类似扩散片)；区域3可以是扩散片，对蓝激光进行散斑抑制。

可选地，滤光元件与波长转换元件之间可以设置聚焦透镜组，用于对波长转换元件出射的光进行收光聚焦。

可选地，滤光元件和波长转换元件可以集合在一起，共用一个驱动装置。

可选地，光源系统还包括匀光元件；匀光元件一般为光棒，也可以采用复眼。若采用光棒作为匀光元件，并利用蓝激光激发荧光，则具有小光学拓展量，在实现收光效率高的同时具有低成本的优势。

举例来说，图3实施例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、聚焦透镜组2、波长转换元件3、聚焦透镜组4、滤光元件5以及匀光元件6。其中，光源1可以产生蓝激光、红激光和绿激光。波长转换元件包括两个波长转换区11和12和一个扩散区13。滤光元件包括滤光区1、滤光区2和区域3。

当需要光源系统产生红光时，光源1可以同时产生蓝激光和红激光；蓝激光透过聚焦透镜组2的第一透光区射入波长转换元件3的波长转换区11的激发区，激发区被激发产生荧光，荧光从波长转换元件的非激发光入射侧出射，从而射入聚焦透镜组4；同时红激光透过聚焦透镜组2的第二透光区射入波长转换元件3的波长转换区11的辅助区，从辅助区出射，从而射入聚焦透镜组4；聚焦透镜组4对荧光和红激光的合光(目标色光)进行收光聚焦，聚焦后的目标色光射入滤光元件5的滤光区1，滤光区1进行滤光后得到纯色红光；红光射入匀光元件6进行匀光后出射。

当需要光源系统产生绿光时，光源1可以同时产生蓝激光和绿激光；蓝激光透过聚焦透镜组2的第一透光区射入波长转换元件3的波长转换区12的激发区，激发区被激发产生荧光，荧光从波长转换元件的非激发光入射侧出射，从而射入聚焦透镜组4；同时绿激光透过聚焦透镜组2的第二透光区射入波长转换元件3的波长转换区12的辅助区，从辅助区出射，从而射入聚焦透镜组4；聚焦透镜组4对荧光和绿激光的合光(目标色光)进行收光聚焦，聚焦后的目标色光射入滤光元件5的滤光区2，滤光区2进行滤光后得到纯色绿光；绿光射入匀光元件6进行匀光后出射。

当需要光源系统产生蓝光时，光源1可以产生蓝激光；蓝激光透过聚焦透镜组2的第二透光区射入波长转换元件3的扩散区13，经扩散区13进行散斑抑制后射入聚焦透镜组4；聚焦透镜组4对蓝激光进行收光聚焦，聚焦后蓝激光射入滤光元件5的区域3，经区域3射入匀光元件6进行匀光后出射。

由上可知，本申请提供的光源系统中，光源可以产生波段不同的激发光和至少一种辅助光；然后将聚焦透镜组分为不同的透光区，波长转换元件中的各波长转换区都分为激发区和辅助区；进而激发光和辅助光通过各透光区透射，可以聚焦入射在波长转换元件中不同的区域；从而激发区可以被激发产生受激发光，辅助区透射辅助光，同时从波长转换元件出射，可以提升光源系统出射光的色域；利用激发光来激发出受激发光，具有小光学拓展量的特点，则光源系统的收光效率较高；因此本申请可以实现高亮度的优质画质。

图4为本申请提供的一种投影设备的功能模块示意图。如图4所示，投影设备包括图像处理器101和投影光机102。其中：

图像处理器101可以是微控制器、专用图像处理芯片等，微控制器可以是ARM芯片、微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)等；专用图像处理芯片可以是图像信号处理器(Image Signal Processing，ISP)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、嵌入式神经网络处理器(neural-networkprocess units，NPU)等。图像处理器101可以用于视频解码、画质处理等。

投影光机102可以包括驱动芯片、空间光调制器和上述图实施例所述的光源系统等。其中，空间光调制器可以是数字微镜器件(Digtial Micromirror Devices，DMD)、液晶器件(Liquid Crystal Display，LCD)、硅基液晶器件(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)等；驱动芯片与空间光调制器对应，例如数字微镜器件可以采用数字光处理元件(DigitalLight Processing，DLP)驱动。投影光机102用于将需要投影的图像投射成投影画面。

在一些实施例中，投影设备还包括一个或者一个以上处理核心的中央控制器103，该中央控制器可以是CPU、ARM、MCU等控制器。中央控制器103是该投影设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个投影设备的各个部分，可以运行或执行存储在存储器104内的软件程序和/或操作系统，以及调用存储在存储器104内的数据。可选地，图像处理器101和中央控制器103可集成为一个处理器。

在一些实施例中，投影设备还包括一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器104、输入模块105以及通信模块106、电源107等部件。本领域技术人员可以理解，图1中示出的投影设备结构并不构成对投影设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：

存储器104可用于存储软件程序和操作系统，中央控制器103通过运行存储在存储器104的软件程序和操作系统，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器104可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据投影设备的使用所创建的数据等。此外，存储器104可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器104还可以包括存储器控制器，以提供中央控制器103对存储器104的访问。

该投影设备还可包括输入模块105，该输入模块105可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的遥控器、键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。

该投影设备还可包括通信模块106，在一些实施例中通信模块106可以包括无线模块，投影设备可以通过该通信模块106的无线模块进行短距离无线传输，从而为用户提供了无线的宽带互联网访问。比如，该通信模块106可以用于帮助用户访问流式媒体等。

投影设备还包括给各个部件供电的电源107，在一些实施例中，电源107可以通过电源管理系统与中央控制器103逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源107还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

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，本发明实施例不再详细介绍。

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 (10)

1.一种聚焦透镜组，其特征在于，所述聚焦透镜组中包括至少两个透光区，各透光区对射入所述聚焦透镜组的光的光路改变不同，从而使透过所述聚焦透镜组的光射向不同的位置区域；

所述聚焦透镜组中包括第一透光区和第二透光区；其中，所述第一透光区或第二透光区为复眼形状，所述第二透光区或第一透光区为曲面；或者，所述第一透光区与所述第二透光区的表面的形状不同；或者，所述第一透光区或第二透光区为通孔，所述第二透光区或第一透光区为曲面。

2.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括光源、权利要求1所述的聚焦透镜组、波长转换元件，所述波长转换元件包括至少一个波长转换区，各波长转换区中均包括激发区和辅助区；

所述光源，用于产生激发光和至少一种辅助光；

所述聚焦透镜组，用于使所述激发光射入目标波长转换区的激发区，使目标辅助光射入所述目标波长转换区的辅助区；所述目标波长转换区为所述至少一个波长转换区中的任意一个，目标辅助光为所述至少一种辅助光中的任意一种；

所述目标波长转换区，用于出射目标色光，所述目标色光中包括所述目标波长转换区的激发区被所述激发光激发产生的受激发光和经所述目标波长转换区的辅助区射出的目标辅助光。

3.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换元件中还包括扩散区；

所述聚焦透镜组使所述激发光射入所述波长转换元件的扩散区，经所述波长转换元件的扩散区进行散斑抑制后出射。

4.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述聚焦透镜组中包括第一透光区和第二透光区，所述第一透光区用于透射所述激发光，所述第二透光区用于透射所述至少一种辅助光。

5.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述激发光在目标波长转换区的激发区上的光斑的中心，与所述目标辅助光在所述目标波长转换区的辅助区上的光斑的中心之间的距离小于预设距离。

6.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述目标波长转换区的激发区中包括波长转换材料层，所述目标波长转换区的辅助区为通孔或扩散片或聚焦镜片。

7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述目标波长转换区中包括波长转换材料层，所述波长转换材料层的厚度大于第一厚度阈值小于第二厚度阈值。

8.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，在所述目标波长转换区的激发区或所述波长转换元件或所述至少一个波长转换区的所述激发光的入射侧镀有二向色膜，所述二向色膜透射所述激发光，反射所述受激发光。

9.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括滤光元件，所述滤光元件包括至少一个滤光区，与所述至少一个波长转换区一一对应，用于对对应的波长转换区的目标色光进行滤光。

10.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求2-9中任一项所述的光源系统。