CN219831610U - 一种光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种光学系统，采用分光器件、匀光器件以及起偏元件对光进行分光、匀光处理并形成偏振光。本实用新型结构简单、紧凑，占用空间小，有效减小光损失，提升光效，在相同发光功率下提高出光亮度。

Description

一种光学系统

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种光学系统。

背景技术

单片LCD投影中常见的照明系统有Rod方案和透镜方案，光源通常采用COB封装形式组成白光LED芯片，光源出光效率约80～100lm/W，而投影出光效率普遍低于4lm/W。整机光效低的主要原因在于，单片LCD采用滤光片进行滤色和液晶偏振技术，白光通过滤光片时会损失约70％的能量，光经过偏振系统时还会损失至少50％的能，从而LCD投影系统的整体透过率仅6％左右。现有技术中通常采用偏振复用系统来转换光的偏振态以提升光的利用率，但结构复杂，占用空间大，系统光效提升有限。

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，提供一种光学系统，解决目前技术中的光学系统结构复杂，占用空间大的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种光学系统，包括光源单元、分光器件、匀光器件和LCD，所述光源单元发出光至分光器件，所述分光器件包括至少两个分光界面，不同分光界面具有不同的反射率，入射至前一个分光界面的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光器件出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面，所述分光器件的出射光路上设置有所述匀光器件和LCD。本实用新型所述的光学系统采用分光器件对光进行分光处理，将光源单元发出的光分光成若干路出射光，然后出射光再通过匀光器件进行匀光处理，使得原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，对原本光源单元所发射出的小光斑光束有效进行扩束，然后光再照射至LCD以进行显示，结构简单、紧凑，占用空间小。

进一步的，所述光源单元为偏振光源，偏振光源发出的光为线偏振光，线偏振光经过分光器件、匀光器件的处理后扩束为大尺寸的光束，所述起偏元件能通过的线偏振光的方向与所述偏振光源发出的线偏振光的方向相同，起偏元件是确保最终出射的光为单一偏振方向的线偏振光，通过起偏元件后的光损失小，有效的提高光效，在相同光源发光功率下，能提高出光亮度，并且避免照射到液晶屏的光还混杂有其他偏振方向的光，有利于提高显示对比度。

进一步的，所述光源单元仅发出单种颜色的光或者包含有若干种不同颜色的子光源，现有技术中通常是在液晶屏的出光面上在各像素点上集成有多种颜色的滤光片，背光穿过液晶屏照射在滤光片上而过滤显示出颜色，通过控制通过各颜色滤光片的光亮度以显示出不同颜色，现有技术采用的是空间混色的方式，本实用新型采用时序混色的方式，通过控制子光源分时工作以使不同颜色的子光源在预设时间点亮，并且配合液晶屏的控制，从而显示出彩色的图像，采用时序混色的方式不存在光通过滤光片导致的损失，有效提高光效，提高出光亮度、提高显示亮度。

进一步的，所述光学系统设置有若干组，不同光学系统的光源单元发出不同颜色的光，各光学系统的出光通过合光器件合光出射。不同的光学系统分别产生不同颜色的均匀扩束的线偏振光，然后再进行空间混色以最终得到彩色图像，能够更精确的控制每一帧画面颜色，成像效果更好，颜色更加明亮、鲜艳。

进一步的，所述LCD为黑白液晶屏。本实用新型所述的LCD没有在液晶屏的出光面上集成多种颜色的滤光片，入射LCD的光和从LCD出射的光颜色相同，有效减小光损失，提高系统光效，在相同光源发光功率下，能有效提高出光亮度。

进一步的，所述匀光器件包括扩散片、匀光棒以及复眼透镜其中一种或组合，结构简单，易于实施，能够满足各种应用需求，利用匀光器件将原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，从而均匀的进行出光。

进一步的，所述光源单元包括呈阵列排布的若干个，各光源单元发出的光入射分光器件后分别被分光成若干路的出射光，能够实现所述分光器件的出射光呈面阵列分布，然后分光器件的出射光在匀光器件的作用下进行匀光处理，从而能得到均匀发光的面光源，满足投影照明的需求，通过控制光源单元的数量以及排布能灵活满足亮度、照明区域尺寸等各种需求。

进一步的，所述光源单元在垂直于光路所在截面的方向上排布有若干个，线性排列的光源单元在分光器件的作用得到呈面阵列分布的出射光，进而得到均匀发光的面光源。

进一步的，还包括在LCD的入光侧设置的起偏元件，在起偏元件的作用下确保光变为单一偏振方向的线偏振光后再入射LCD，更好的满足液晶屏成像照明的需求。

进一步的，所述起偏元件为偏振片，结构简单、紧凑，占用空间小。

进一步的，所述偏振片上还设置有增亮膜片，可采用各种类型的增亮膜片，提高出光亮度，提升光效。

进一步的，还包括扩散元件，至少在所述分光器件的入光侧、所述分光器件的出光侧其中一个位置设置有所述扩散元件，利用扩散元件对光进行扩散处理，可增加光线角度多样性，能使得光斑能量密度下降分散，能够更好的提高匀光效果，并且有效实现消散斑，提高照明质量，进而能提高投影画面效果。

进一步的，所述分光器件包括相互胶合连接的若干棱镜单元，相邻棱镜单元之间的胶合面构成所述分光界面。结构简单、紧凑，占用空间小，易于加工装配，并且结构稳定性好，各分光界面之间的相对位置关系稳定精确，从而确保能可靠而准确的进行分光，能在有限的空间内实现高密度的分光，光线倍增数量多并且光束间隙小、均匀性好，能有效提高匀光效果。

进一步的，所述棱镜单元在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层，通过镀膜来控制各分光界面的反射率，便于实现所述分光器件的出射光能量分布均匀，镀膜不会额外增加体积，提高结构紧凑性，所述棱镜单元的其余表面镀有增透膜，减小光损失，提高出光量。

进一步的，所述分光器件的入光侧设置有光纤，光源单元发出的光通过光纤耦合进入所述分光器件，光源单元发出的光沿着光纤传导入分光器件中，利用光纤便于进行空间结构设计和散热设计，有利于保证光学系统长效稳定工作。

进一步的，所述分光器件包括有两组，光源单元发出的光经第一组分光器件沿第一维度方向分光，第一组分光器件的出射光入射至第二组分光器件进行第二维度方向的分光，所述第二组分光器件的出射光路上设置有所述匀光器件和起偏元件，通过两组分光器件的配合来实现多维度的分光，能够减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性，减小占用体积。

进一步的，所述分光器件的各路出射光的能量均相同，保证出射到匀光器件的光具有良好均匀性，提高匀光效果。

进一步的，所述分光器件的出射光呈线阵列分布或面阵列分布，即所述分光组件的各路出射光沿着线性排列，或者是所述分光组件的各路出射光在一个面上呈矩阵分布，具有良好均匀性，能够满足不同的需求。

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学系统采用分光器件对光进行分光处理，将光源单元发出的光分光成若干路出射光，然后出射光再通过匀光器件进行匀光处理，使得原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，对原本光源单元所发射出的小光斑的光束有效进行扩束，然后在起偏元件的作用下确保光变为单一偏振方向的线偏振光，从而满足液晶屏照明的需求，结构简单、紧凑，占用空间小，有效减小光损失，提升光效，在相同发光功率下提高出光亮度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中的一种光学系统的侧视结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中的一种光学系统的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中的另一种光学系统的俯视结构示意图；

图4为本实用新型实施例一中的另一种光学系统的侧视结构示意图；

图5为本实用新型实施例一中的另一种光学系统的侧视结构示意图

图6为本实用新型实施例二中的一种光学系统的侧视结构示意图；

图7为本实用新型实施例三中的一种光学系统的侧视结构示意图；

图8为本实用新型实施例三中的一种光学系统的俯视结构示意图；

图9为本实用新型实施例四中的一种光学系统的侧视结构示意图；

图10为本实用新型实施例四中的一种光学系统的俯视结构示意图。

图中：

光源单元1、子光源11、分光器件2、分光界面21、棱镜单元22、匀光器件3、起偏元件4、LCD5、扩散元件6、光纤7、合光器件8。

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的一种光学系统，能有效提升光效，提升投影亮度，结构简单、紧凑，占用空间小，将单路光分解为多路光，减少光源数量，降低成本。

实施例一

如图1和图2所示，一种光学系统，主要包括光源单元1、分光器件2、匀光器件3、起偏元件4和LCD5，所述光源单元1发出光至分光器件2，所述分光器件2包括至少两个分光界面21，不同分光界面21具有不同的反射率，入射至前一个分光界面21的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光器件2出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面21，入射至下一个分光界面21的光在下一个分光界面21处进行部分透射和部分反射，或者全反射或者全透射，下一个分光界面21的透射光和反射光的其中一路从所述分光器件2出射以构成另一路出射光，从而所述分光器件2的出光包含有若干路的出射光，光源单元1发出的光在分光器件2的作用下被分光成若干路出射光，这些出射光在空间上间隔分布，在所述分光器件2的出射光路上设置依次设置有所述匀光器件3和起偏元件4，从而分光器件2的全部出射光先经过匀光器件3进行匀光处理，匀光器件3使得原本在空间中呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，变成了大光斑面积的光束，从而满足投影照明的需求，进行匀光处理后再经过起偏元件4进行处理，仅单一偏振方向的线偏振光能通过所述起偏元件4，使得最终出射到LCD5的光仅包含单一偏振方向的线偏振光，满足液晶屏成像照明的需求，结构简单、紧凑，占用空间小。

在本实施例中，所述光源单元1为偏振光源，也就是所述光源单元1发出的光为线偏振光，例如所述光源单元1采用的是半导体激光光源，所述光源单元1发出的光的偏振方向与所述起偏元件4能通过的线偏振光的偏振方向相同，或者通过波片等器件对所述光源单元1发出的光进行偏振方向转换，以使得入射所述起偏元件4的光的偏振方向与所述起偏元件4能通过的线偏振光的偏振方向相同，从而能有效的减小光损失，提升光学系统的光效，在相同光源发光功率下，能有效提高光学系统的出光亮度。激光光源的发光效率高、光亮度高，方向性好，但容易出现散斑问题，因此本实施例所述的光学系统设置有扩散元件6来对光进行扩散处理，降低光的打在分光界面的能量密度，提高分光器件的可靠性，具体的，如图1所示，在所述分光器件2的入光侧设置有所述扩散元件6，所述光源单元1发出的光先经过扩散处理后再入射所述分光器件2进行分光处理，然后分光出的多路出射光再照射到匀光器件3上进行激发转换，或者，还可以是在所述分光器件2的出光侧设置有扩散元件，所述光源单元1发出的光先入射所述分光器件2进行分光处理以得到多路出射光，然后全部的出射光再进行扩散处理，扩散元件6可以是表面散射型或体散射型，散射结构可以是传统微粒结构、全息结构或者衍射光学元件结构等。

本实施例所述的光学系统的所述LCD5为黑白液晶屏，即是指未集成有滤光片的液晶屏，从而入射所述LCD5的光的颜色与从LCD5出射的光的颜色相同，避免使用滤光片而导致光能损失，有效的提升光效，在相同光源发光功率下，能有效提高出光亮度，采用此种结构的光学系统即可构成液晶投影系统。

进一步的，所述光源单元1包含有若干种不同颜色的子光源11，不同颜色的子光源11分时工作以时序混色，所述子光源11具体可以是红光子光源、绿光子光源和蓝光子光源等，通过控制子光源11分时工作以使不同颜色的子光源11在预设时间点亮，从而能够混色出所需的颜色，具体的，可以通过获取一帧彩色图像数据中红、绿、蓝的颜色数据，以生成对光源单元1的各子光源11的控制信号，获取所述一帧彩色图像数据中红、绿、蓝的灰度数据，以生成液晶屏的控制信号(该液晶屏的控制信号可以是控制各像素点处液晶的“开”和“关”动作，液晶的“开”动作指液晶分子在液晶控制信号产生的电场作用下旋转，使光线通过，液晶的“关”动作指液晶分子在液晶控制信号产生的电场作用下旋转，阻挡光线通过)，根据对光源单元1各子光源的控制信号和液晶屏的控制信号，控制红、绿、蓝子帧分别在预设时间内依次显示以进行时序混色，从而在所述液晶屏上显示需要的彩色图像。相对而言，传统液晶显示将红、绿、蓝三个子像素作为一个像素单元，而本实施例采用时序混色的方式，可以实现将每个子像素作为单独的像素单元，每个子像素通过时序混色都能呈现出彩色，能够提高液晶显示的分辨率，另外，去除传统液晶屏中的彩色滤光片，避免由于滤光导致的光损失，有效提高了采用液晶屏进行显示时透光率，提高显示亮度。可以是如图1所示，所述光源单元1中的子光源11线性排列方向沿着所述棱镜单元22的横截面方向，采用此种线性排列结构的光源单元1时，所述分光器件2的出射光呈线阵列，不同颜色的子光源11各自发出的光在分光器件2的作用下产生得到的不同颜色的出射光都各自呈线阵列分布，并且这些阵列分布的不同颜色的出射光在所述棱镜单元22的横截面方向上相互平行，当然也可以是如图3所示，所述光源单元1中的子光源11线性排列方向垂直于光路所在截面的方向，或者表达为子光源11线性排列方向垂直于所述棱镜单元22的横截面方向，同样的，不同颜色的子光源11各自发出的光在分光器件2的作用下产生的不同颜色的出射光都各自呈线阵列分布，并且这些阵列分布的不同颜色的出射光在垂直于所述棱镜单元22横截面的方向上相互平行。

在本实施例中，所述分光器件2包括相互胶合连接的若干棱镜单元22，相邻棱镜单元22之间的胶合面构成所述分光界面21，结构简单、紧凑，占用空间小，易于加工装配，并且结构稳定性好，如图1所示，所述棱镜单元22沿着直线方向依次排列并胶合连接为一个整体，两端的棱镜单元22可以是三棱镜或者梯形棱镜，两端棱镜单元22之间的棱镜单元22则呈菱形棱镜，整体的所述分光器件2则呈长方体的平片状，所有的分光界面21相互平行，并且分光界面21之间的间距都相等，从而使得在分光界面21的作用下从分光器件2出射的各路出射光是均匀间隔分布的，能够提高匀光效果，所述分光界面21倾斜于呈平片状的所述分光器件2的上下表面，光源单元1发出的光从所述分光器件2的侧端面入射到分光器件2中，入射进第一个棱镜单元22的光倾斜的照射在第一个分光界面21上，第一个分光界面21对入射的光进行部分透射并部分反射，也就是光在第一个分光界面21的作用下被分光成两路，被第一个分光界面21反射而出的光从所述分光器件2下表面的出光面出射以构成一路出射光，而从第一个分光界面21透射而出的光进入到第二个棱镜单元22中并传播到第二个分光界面21，第二个分光界面21对入射的光进行部分透射并部分反射，也就是光在第二个分光界面21的作用下又分光成两路，被第二个分光界面21反射而出的光从所述分光器件2下表面的出光面出射以构成一路出射光，而从第二个分光界面21透射而出的光则进入到第三个棱镜单元22中，以此类推，直到从倒数第二个分光界面21透射而出的光照射在最后一个分光界面21上，最后一个分光界面21的反射率为100％，入射至最后一个分光界面21光被最后一个分光界面21反射引导至从所述分光器件2下表面的出光面出射以构成一路出射光，从而在分光器件2的作用下，光源单元1发出的一路光进入具有N个(N≥2)分光界面21的分光器件2中后能被分光出N路相互平行的出射光，结构简单紧凑，占用空间小，N路相互平行的出射光均匀的进入匀光器件3中进行匀光处理，匀光器件3使得原本在空间中呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，变成了大光斑面积的光束，然后光再经过起偏元件4进行处理，确保仅单一偏振方向的线偏振光出射。

在本实施例中，所述棱镜单元22在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层，镀膜加工方式易于实施，并且便于精确控制各分光界面21对于入射光的反射率，从而确保所述分光器件2的各路出射光的能量分布是均匀，进而保障匀光效果，并且镀膜加工产生的膜层不会额外的增加体积，保障分光器件2整体结构紧凑、占用空间小；相邻棱镜单元22之间通过胶水或光胶贴合，保障棱镜单元22连接的稳定性，从而确保各分光界面21之间相对位置的精确稳定性，保障可靠而准确的进行分光，优选地，在高功率或者高亮度的应用场景下，选择可靠性更高的光胶将相邻棱镜单元22进行贴合；棱镜单元22的材质可以是光学塑胶或玻璃，在高功率或者高亮度的应用场景下，选择光学性能更好、可靠性更高的玻璃制成所述棱镜单元22；呈平片状的所述分光器件2的厚度(即是指各棱镜单元22的高度)大于入射光在分光器件2的入光侧上的光斑直径尺寸，光源单元1发出的光从所述分光器件2的侧端面正入射到分光器件2中，光源单元1发出的光在所述分光器件2的侧端面上形成光斑，所述分光器件2的侧端面的宽度(也就是所述分光器件2的厚度)需要大于该光斑直径尺寸，才能确保光源单元13发出的光能充分的进入到分光器件2内，减少光损失，所述分光器件2的出射光具体是从各棱镜单元22的非胶合面出射，如图1所示，出射光具体是从所述分光器件2的下表面(也就是所述棱镜单元22的下侧表面构成出光面)出射，所述棱镜单元22的出光面宽度大于出射光在所述棱镜单元22的出光面上的光斑直径尺寸，确保出射光能充分的从所述分光器件出射，减少光损失，提高出光亮度。

所述分光器件2的各路出射光的能量均相同并且出射光均匀间隔分开，然后各路出射光均匀的进入匀光器件3中进行匀光处理，为了实现所述分光器件2的各路出射光的能量均相同，通过具体设置各分光界面21的反射率来实现，具体可以是，沿着光线的通过顺序所述分光界面21的反射率依次增加，假设分光界面21设置有N个，N≥2，如图1所示，光源单元1发出的光从分光器件2的侧端面入射至第一个分光界面21而被分光成透射光和反射光，第一个分光界面21的反射率为1/N，第一个分光界面21产生的反射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第一个分光界面21产生的透射光射向第二个分光界面21，第二个分光界面21的反射率为1/(N-1)，第二个分光界面21再将光分成透射光和反射光，第二个分光界面21产生的反射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第二个分光界面21产生的透射光射向第三个分光界面21，第三个分光界面21的反射率为1/(N-2)，第三个分光界面21再将光分成透射光和反射光，第三个分光界面21产生的反射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第三个分光界面21产生的透射光射向第四个分光界面21，以此类推，第i个分光界面21的反射率为1/(N-i+1)，其中1＜i＜N，i为整数，直到第N-1个分光界面21产生的透射光射向第N个分光界面21，第N个分光界面21的反射率为100％，将所有入射至第N个分光界面21的光都全反射至从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，从而每路出射光的能量都为进入分光器件2中的入射光总能量的1/N，入射光的能量被均匀的分散到各路出射光中，有利于后续更好的进行匀光处理，提高出光的均匀性。

也可以如图4所示，假设分光界面21设置有N个，N≥2，光源单元1发出的光从分光器件2的上表面入射至第一个分光界面21而被分光成透射光和反射光，第一个分光界面21的反射率为(N-1)/N，第一个分光界面21产生的透射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第一个分光界面21产生的反射光射向第二个分光界面21，第二个分光界面21的反射率为1/(N-1)，第二个分光界面21再将光分成透射光和反射光，第二个分光界面21产生的反射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第二个分光界面21产生的透射光射向第三个分光界面21，第三个分光界面21的反射率为1/(N-2)，第三个分光界面21再将光分成透射光和反射光，第三个分光界面21产生的反射光从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，第三个分光界面21产生的透射光射向第四个分光界面21，以此类推，直到第N-1个分光界面21产生的透射光射向第N个分光界面21，第N个分光界面21的反射率为100％，将所有入射至第N个分光界面21的光都全反射至从所述分光器件2的出光面出射以构成一路出射光，同样的，每路出射光的能量都为进入分光器件2中的入射光总能量的1/N，入射光的能量同样被均匀的分散到各路出射光中，有利于后续更好的进行匀光处理，提高出光的均匀性。

如图2所示，发出光至分光器件2的光源单元1包括呈阵列排布的若干个，具体的，所述光源单元1包括呈线性排列的若干个，并且所述光源单元1的线性排列方向为垂直于光路所在截面的方向，或者表达为所述光源单元1的线性排列方向垂直于所述棱镜单元22的横截面方向，当光源单元1采用此种线性排列结构时，所述分光器件2的出射光呈面阵列分布，假设光源单元1线性排列的数量为M个，同时分光界面21的数量为N个，则所述分光器件2的出射光路数为M*N条，这些出射光在分光器件2的下表面呈纵横矩阵分布出射；而当所述光源单元1仅设置有一个时，则所述分光器件2的出射光路数为N条，并且这些出射光呈线阵列分布，从而能通过设置光源单元1和分光界面21的数量来形成不同分布状况的出射光，灵活满足不同需求。

在本实施例中，所述匀光器件3包括扩散片、匀光棒以及复眼透镜其中一种或组合，利用匀光器件3将原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，从而均匀的进行出光，使得原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光进行匀光混合，实现均匀的进行扩束。具体的，如图1所示，匀光器件3由扩散片构成，扩散片对光进行扩散处理以达到匀光的效果，可增加光线角度多样性，能使得光斑能量密度下降分散，也起到消散斑的作用；如图5所示，匀光器件3由扩散片、匀光棒组合构成，匀光棒具体可以是实心光棒、壁面为反射面的空心筒其中一种，所述实心光棒、空心筒的截面具体可以是呈方形，实心光棒采用光学玻璃通过切割并抛光制成，壁面为反射面的空心筒则可以是由多个反射面胶合连接构成，所述的反射面具体可以是铝板或反射镜等，所述匀光棒具体可以是出射端口径大于入射端口径的结构，在进行匀光的同时也能进行扩束，例如采用壁面为反射面的空心筒时，具体可以是由四个呈梯形的反射面胶合构成，所述空心筒的横截面呈矩形，结构简单，易于实施，并且具有良好的匀光效果，使得原本从分光器件出射的呈间隔分布状态的出射光有效的进行匀光混合；复眼透镜则是通过其上分布的若干小透镜对光进行处理，可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。

在本实施例中，所述起偏元件4为偏振片，具体的，所述偏振片由平板玻璃与偏振膜组合而成，只有单一偏振方向的线偏振光能通过所述偏振片，从而确保达到LCD5的光仅为单一偏振方向的线偏振光，避免照射到液晶屏的光还混杂有其他偏振方向的光，有利于提高显示对比度，优选的是，所述偏振片上还设置有增亮膜片，利用增亮膜片进一步的提升光效，增亮膜片包括一般棱镜片、多功能棱镜片、微透镜膜与反射型偏光片等，能够改善光学系统的出光效率，提高出光亮度。

实施例二

如图6所示，在本实施例中，所述光学系统设置有多组，各光学系统的所述光源单元1仅发出单种颜色的光，不同光学系统的光源单元1分别发出不同颜色的光，各光学系统的LCD5同样采用黑白液晶屏，从而各光学系统最终从LCD5出射的是不同颜色的图像光，然后将不同颜色的图像光进行合光以得到彩色图像。具体的，采用三组光学系统构成3LCD投影架构，三组光学系统的光源单元1分别发出红色线偏振光、绿色线偏振光和蓝色线偏振光，则从三组光学系统的LCD5出射的则分别是红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光，然后采用合光器件8(合光器件8具体可以是合光棱镜)即可将红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光合光成为彩色图像光，同样的，可以通过获取一帧彩色图像数据中红、绿、蓝的颜色数据，以生成分别对三组光学系统的光源单元1的控制信号，获取所述一帧彩色图像数据中红、绿、蓝的灰度数据，以生成分别对三组光学系统的LCD5的控制信号(该LCD5的控制信号可以是控制各像素点处液晶的“开”和“关”动作，液晶的“开”动作指液晶分子在液晶控制信号产生的电场作用下旋转，使光线通过，液晶的“关”动作指液晶分子在液晶控制信号产生的电场作用下旋转，阻挡光线通过)，根据对三组光学系统的光源单元1的控制信号和LCD5的控制信号，使得三组光学系统分别产生的红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光在合光器件8处进行空间混色，从而显示出需要的彩色图像，相对于单LCD架构而言，成像效果更好，颜色更加明亮、鲜艳。

实施例三

如图7和图8所示，在实施例一的基础上，所述分光器件2的入光侧设置有光纤7，光源单元1发出的光通过光纤7耦合进入所述分光器件2，采用此种结构可以使得光源单元1远离分光器件2及后续的光学器件，光纤7可以根据需要进行弯曲布线，能使光源单元1安装到更适当的位置，便于进行空间结构设计和散热设计，保障匀光系统、投影光源系统更可靠稳定的进行工作。

进一步的，所述光源单元1包括呈线性排列的若干个，所述光纤7与光源单元1一一对应，每个光源单元1发出的光分别通过一根光纤7引导至所述分光器件2，所述光纤7的出射端在垂直于所述棱镜单元22的横截面方向上呈线性排列，从而从所述分光器件2出射的出射光呈面阵列分布，然后呈面阵列分布的出射光再经过匀光器件3进行匀光处理变为大面积的均匀照明，再通过起偏元件4处理以确保出光为单一偏振方向的线偏振光。

实施例四

如图9和图10所示，在实施例二的基础上，所述分光器件2设置有两组，光源单元1发出的光先入射第一组分光器件2，经第一组分光器件2沿第一维度方向分光出的出射光再入射至第二组分光器件2进行第二维度方向的分光，第二组分光器件2的出射光路上设置所述波长转换器件2，通过两组分光器件的配合来实现多维度的分光，能够减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性，减小占用体积；

具体的，第一维度方向是指第一组分光器件2中的分光界面21排列方向，第二维度方向是指第二组分光器件2中的分光界面21排列方向，第一组分光器件2的分光界面21排列方向垂直于第二组分光器件2的分光界面21排列方向，如图9和图10所示，第一组分光器件2的分光界面21排列方向沿着上下方向，而第二组分光器件2的分光界面21排列方向沿着左右方向，所述光源单元1可仅设置一个，假设第一组分光器件2的分光界面21有M个，第二组分光器件2的分光界面21有N个，所述光源单元1发出的单路光进入第一组分光器件2中进行第一个维度的分光，形成M条沿线性排列的相互平行的第一级出射光，第一级出射光再入射到第二组分光器件2中进行第二个维度的分光，最终形成M*N条呈面阵列分布的相互平行的第二级出射光，第二级出射光全部射向所述匀光器件3以进行匀光处理后再经过起偏元件4，获得大面积的均匀照明的线偏振光。采用上述的光学系统只需一个光源单元1即可实现光线倍增数量多，进而得到大面积的均匀照明，能有效减少光源数量，降低成本，提高结构紧凑性，减小占用体积。

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 (16)

1.一种光学系统，其特征在于，包括光源单元(1)、分光器件(2)、匀光器件(3)和LCD(5)，所述光源单元(1)发出光至分光器件(2)，所述分光器件(2)包括至少两个分光界面(21)，不同分光界面(21)具有不同的反射率，入射至前一个分光界面(21)的光被分光成透射光和反射光，所述透射光和反射光的其中一者从所述分光器件(2)出射以构成一路出射光，另一者射向下一个分光界面(21)，所述分光器件(2)的出射光路上设置有所述匀光器件(3)和LCD(5)。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元(1)为偏振光源。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元(1)仅发出单种颜色的光或者包含有若干种不同颜色的子光源(11)。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述LCD(5)为黑白液晶屏。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述匀光器件(3)包括扩散片、匀光棒以及复眼透镜其中一种或组合。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元(1)包括呈阵列排布的若干个。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述光源单元(1)在垂直于光路所在截面的方向上排布有若干个。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括在LCD(5)的入光侧设置的起偏元件(4)。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述起偏元件(4)为偏振片。

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述偏振片上还设置有增亮膜片。

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，还包括扩散元件(6)，至少在所述分光器件(2)的入光侧、所述分光器件(2)的出光侧其中一个位置设置有所述扩散元件(6)。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分光器件(2)包括相互胶合连接的若干棱镜单元(22)，相邻棱镜单元(22)之间的胶合面构成所述分光界面(21)。

13.根据权利要求12所述的光学系统，其特征在于，所述棱镜单元(22)在其胶合面上镀有用于控制反射率的膜层。

14.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分光器件(2)的入光侧设置有光纤(7)，光源单元(1)发出的光通过光纤(7)耦合进入所述分光器件(2)。

15.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分光器件(2)包括有两组，光源单元(1)发出的光经第一组分光器件(2)沿第一维度方向分光，第一组分光器件(2)的出射光入射至第二组分光器件(2)进行第二维度方向的分光，第一维度方向垂直于第二维度方向，所述第二组分光器件(2)的出射光路上设置有所述匀光器件(3)和起偏元件(4)。

16.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分光器件(2)的各路出射光的能量均相同。