CN219872096U - 光源模组、光学投影系统以及投影设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种光源模组、光学投影系统以及投影设备；其中，所述光源模组包括：光源基板1，所述光源基板1包括至少三个发光芯片，用于产生投影光线；以及，准直镜组2，所述准直镜组2位于所述投影光线传输路径上，对所述投影光线进行准直处理；所述投影光线入射至所述准直镜组2的入射角度为物方锥角，所述物方锥角为60°～70°，是一种能够实现高亮度及小体积的发光光路设计。

Description

光源模组、光学投影系统以及投影设备

技术领域

本申请属于光学投影技术领域，具体地，本申请涉及一种光源模组、光学投影系统以及投影设备。

背景技术

在光学投影设备中，传统的光源通常为在一个基板上设有一个单色(R/G/B)的发光芯片，且每个发光芯片单独设置准直镜组，相应的准直光路设计为使用准直镜组对在光轴上的发光芯片进行准直，以此可以达到较好的准直效果；之后的合光光路还要使用两个滤光片倾斜设置例如倾斜45度，以使三束光合光，这就导致整个光学投影设备的体积较大，厚度较厚，不利于其他部件的装配，该设计与目前光学投影设备的微型化、轻薄化发展趋势相悖。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光源模组、光学投影系统以及投影设备的新技术方案，通过新的发光芯片排布，能够实现高亮度及小体积的发光光路设计。

根据本申请的第一方面，提供了一种光源模组，所述光源模组包括：

光源基板1，所述光源基板1包括至少三个发光芯片，用于产生投影光线；以及，

准直镜组2，所述准直镜组2位于所述投影光线传输路径上，对所述投影光线进行准直处理；

所述投影光线入射至所述准直镜组2的入射角度为物方锥角，所述物方锥角为60°～70°。

可选地，所述准直镜组2包括沿同一光轴且间隔设置的第一透镜21及第二透镜22，所述第一透镜21和所述第二透镜22用于将所述投影光线准直为平行光后出射。

可选地，所述发光芯片与所述准直镜组2之间的距离0.2mm-0.4mm。

可选地，所述光源基板1的中心位于所述准直镜组2的光轴。

可选地，还包括合色元件3，所述合色元件3被设置与所述投影光线的出射路径上。

可选地，所述至少三个发光芯片包括绿光芯片11、红光芯片12及蓝光芯片13，所述绿光芯片11的中心位于所述准直镜组2的光轴。

可选地，所述合色元件3包括第一膜层31、第二膜层32和第三膜层33，且分别与所述准直镜组2的光轴形成第一夹角、第二夹角、第三夹角，所述第一夹角范围为47°-50°、所述第二夹角为45°、所述第三夹角的范围为40°-43°。

可选地，所述第一透镜21的有效口径为1.2mm-1.7mm。

根据本申请的第二方面，还提供了一种光学投影系统。所述光学投影系统包括：

如第一方面所述的光源模组；及

匀光元件，所述匀光元件位于所述光源模组的光路传输路径上。

根据本申请的第三方面，还提供了一种投影设备。所述投影设备包括：

如第二方面所述的光学投影系统。

本申请的有益效果在于：

本申请实施例提出的光源模组，其可应用于光学投影系统中作为照明光路使用，实现了单个光源基板可以集成多种不同颜色的发光芯片，可以仅使用一个准直镜组对多种不同颜色的光线进行准直且准直效果较佳，光源模组可以实现小体积照明；而且，单个光源具有多个发光芯片(发光面)，还可实现高亮度照明。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的光源基板的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的光源模组的结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的光源模组的结构示意图之二；

图4为本申请实施例提供的光源模组的光线示意图之一；

图5为本申请实施例物方锥角为60°的光源模组示意图；

图6为本申请实施例物方锥角为65°的光源模组示意图；

图7为本申请实施例物方锥角为70°的光源模组示意图。

附图标记说明：

1、光源基板；11、第一发光芯片；12、第二发光芯片；13、第三发光芯片；2、准直镜组；21、第一透镜；22、第二透镜；3、分光元件；31、第一膜层；32、第二膜层；33、第三膜层。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图1至图7，对本申请实施例提供的光源模组、光学投影系统以及投影设备进行详细地描述。

根据本申请实施例提供的光源模组，其可应用于光学投影系统中，其为一种照明光路设计。所述光源模组能够发射用于成像的投影光线，该投影光线包括多种波段的光线，每个波段的主波长不同。

根据本申请的一个实施例，提供了一种光源模组，参见图1所示，所述光源模组包括：

光源基板1，所述光源基板1包括至少三个发光芯片，用于产生投影光线；

所述准直镜组2位于所述投影光线传输路径上，对所述投影光线进行准直处理。

所述投影光线入射至所述准直镜组(2)的入射角度为物方锥角，所述物方锥角为60°～70°。

根据本申请上述的实施例，通过将不同颜色的发光芯片组合至同一个光源基板1上，形成一个多色光源，这使得仅采用一个光源基板1就可以发射包含例如至少三种不同颜色(例如R/G/B)的投影光线。对于上述实施例中的光源模组，所述光源基板1发出的所述投影光线使用了一个准直镜组2对其中不同颜色的光线进行准直，这极大的简化了整个光源模组的结构设计，且仅采用一组准直镜组减轻光机重量可体积，优化了成本。

由于上述光源基板1中的多个发光芯片通过合理的布局方式排布并集成在一起，这样形成的光源基板1可以包括多种不同颜色的成像光线(也即不同主波长的光束)，该光源基板1的布局设计使得可以在该光源基板1的光线传输路径上布设一个准直镜组2，利用一个准直镜组2就能够对不同颜色的光线进行准直，从而极大的缩小了光源模组整体的厚度和体积。当将该光源模组应用于投影设备之后，利于实现投影设备的轻薄化和微型化。

根据本申请的上述示例中，为保证可应用于光学投影系统并作为照明光路使用，需达到一定的均匀度，参见图2，通常会在准直镜组2的出光路径上放置虚拟面，查看光斑的均匀效果。由于所述多个发光芯片存在离轴准直的情况，为保证一定得均匀性，需保证所述物方锥角为60°～70°。

本申请实施例提出的光源模组，实现了单个光源基板1可以集成多种不同颜色的发光芯片，可以仅使用一个准直镜组2对多种不同颜色的光线进行准直且准直效果较佳，光源模组可以实现小体积照明；而且，单个光源基板1由于具有多个发光芯片(发光面)，还可实现高亮度照明。

在本申请上述的示例中，参见图1至图3，所述光源基板1可以包括三个发光芯片，用于产生投影光线，且所述发光芯片发出来的光束的主波长均不同，所述光源基板1的中心(也是中间位置发光芯片的中心)位于所述准直镜组2的光轴上。

在本申请上述的示例中，所述多个发光芯片例如包括至少一个绿光芯片11、至少一个红光芯片12及至少一个蓝光芯片13，所述绿光芯片11可以发射出绿光(G)，所述红光芯片12可以发射出红光(R)，所述蓝光芯片13可以发射出蓝光(B)。而需要说明的是，本申请实施例中对光源基板1中包含的绿光芯片11、红光芯片12及蓝光芯片13各自的数量并不做限制，可以根据具体需要进行灵活调整。

此外，所述光源基板1中的多个发光芯片并不限于上述的绿光芯片、红光芯片及蓝光芯片，还可以包括其他颜色的发光芯片，只要是能够发出可见光波段的发光芯片即可。

在本申请的一些示例中，参见图2及图3，所述准直镜组2包括沿同一光轴且间隔设置的第一透镜21及第二透镜22，所述第一透镜21和所述第二透镜22用于将经所述光源基板1发射出的所述投影光线准直为平行光后出射。

在上述的示例中，所述准直镜组2例如可以包括两个准直透镜，也即上述的第一透镜21和第二透镜22，在此基础上，经所述光源基板1发出的多种颜色的投影光线可以依次透过所述第一透镜21、所述第二透镜22，就可以形成0°左右的平行光，从而实现对所述投影光线的准直效果。采用该准直镜组2准直后的投影光线直接包含多种颜色的光线。

其中，在光源模组中设置了上述的两个准直透镜进行准直，可以使每个准直透镜的曲率较小，这样准直透镜的厚度就会较小。相比单个准直透镜而言，两个准直透镜组合的设计比单个准直透镜设计的厚度会更小一些，利于缩减整个光源模组沿厚度方向的尺寸，同时也能降低镜片的制作难度。

在本申请的一些示例中，所述发光芯片与所述准直镜组(2)之间的距离0.2mm-0.4mm。

当所述光源模组与所述准直镜组2之间的距离在0.2mm-0.4mm之间时，实现了在保证体积小的情况下，兼具有良好的匀光效果。

而当所述光源模组与所述准直镜组2之间的距离更短时，可能存在结构干扰，影响最终投影画面的品质，从而导致用户的观看体验下降。

在本申请的一些示例中，所述第一透镜(21)的有效口径为1.2mm-1.7mm。

在本申请的一些示例中，参见图1至图7，所述光源基板1的中心位于所述准直镜组2的光轴。

在本申请上述的示例中，设计所述光源基板1的中心位于所述准直镜组2的光轴，所述多个发光芯片中位于中间位置的发光芯片由于对称排布可以互相补偿对角，所以均匀性较好，在此基础上，其他发光芯片离轴设置均匀性稍差，但发出的相应光线经准直镜组2进行准直，可以相互补偿均匀度，从而准直后的各颜色光线的均匀性都较佳，完全能够满足人眼的观看需求。

在本申请上述的示例中，其中将某一种颜色的发光芯片设计沿准直镜组2的光轴设置，而其余颜色的发光芯片则靠近并围设在该准直镜组2的光轴周侧，这样，单个光源基板1也可以集成多种不同的颜色，从而使得投影光线包括多种颜色的光，且也不需要设置分光元件在准直镜组2后进行合光，从而利于实现小体积照明，且单个光源基板1具有多个发光芯片，还可以实现高亮度照明。

其中，位于中心的发光芯片(位于准直镜组2的光轴上的发光芯片)所发出的相应波长光在准直镜组2的光轴上进行准直匀光，光线均匀度较高。而其余的发光芯片发出的光虽然均离轴准直，但均靠近光轴准直，完全可以满足人眼的观看需求。

在一个例子中，所述多个发光芯片可以包括绿光芯片11、红光芯片12及蓝光芯片13，所述绿光芯片11、所述红光芯片12及所述蓝光芯片13围绕所述准直镜组2的光轴形成中心对称设置。

具体地，所述发光芯片设置为三个，其包括一个绿光芯片11、一个红光芯片12及一个蓝光芯片13；其中，所述绿光芯片11、所述红光芯片12及所述蓝光芯片13三者围绕所述准直镜组2的光轴形成中心对称设置。这样的布局方式，单个所述光源基板1可以包括三种颜色的发光芯片，各发光芯片呈间隔设置可以使散热性更好；同时，由于单个光源基板1具有多个发光芯片的设计，还可实现高亮度照明，排列方式简单、容易实现，且可以采用一个准直镜组2对三个发光芯片发出的红、绿、蓝三种颜色的光线进行准直，准直后各光线的均匀度好。

根据本申请的上述实施例，并参见图1、图2以及图3，在形成所述光源基板1时，所述发光芯片可以设置为三个，其包括一个绿光芯片11、一个红光芯片12及一个蓝光芯片13；其中，红光芯片12与蓝光芯片13例如设置为以准直镜组2的光轴为中心形成对角对称设置(中心对称设置)，而绿光芯片11则选择性的设置在红光芯片12与蓝光芯片12之间的任一个位置。在这样的排布方式中，蓝光芯片13与红光芯片12对称排布可以互相补偿对角，所以准直后均匀性很好，绿光芯片11发出的绿光为靠近准直镜组2的光轴进行准直，经准直后均匀性可以满足人眼观看所需。

需要说明的是，在上述可选的方案中，可以是任意两个颜色的发光芯片以准直镜组2的光轴为中心形成对角对称设置(也即中心对称设置)，本申请中对此不做限制。

当投影画面对某一颜色的要求较高时，可以适当的增加该颜色光线相对应的发光芯片，并将该发光芯片设置为对角对称设置。例如，上述例子中的绿光芯片11设置为两个。在此基础上，两个绿光芯片11以及单个蓝光芯片12和单个红光芯片13可以在一个准直镜组2的光轴周围形成两组对角对称分布(或者中心对称设置)，这样每种颜色的光线在准直后均匀度均较佳，可以更好的提升用户观看投影画面的视觉体验感。

具体而言，两个绿光芯片11由于呈对称排布可以互相补偿对角，所以经所述准直镜组2准直后的均匀性较好，其均匀度可以达到90％以上。而红光芯片12和蓝光芯片13二者虽然离轴准直，但基于也是对角对称分布，准直后的均匀性虽然不如绿光芯片发出的绿光，但是也可以达到75％～85％，完全可以满足人眼观看的需求。

还可以采用6个发光芯片，成阵列形成于所述光源基板1，以红光芯片12、绿光芯片11以及蓝光芯片13举例，可以是第一列为红光芯片12、绿光芯片11、蓝光芯片13，第二列的位置摆放与第一列一致，即同种颜色的发光芯片为一排；还可以是第二列为蓝光芯片13、绿光芯片11、红光芯片12，即红光芯片12和蓝光芯片13为一排。绿光芯片效率较低，可尽可能的提高其发光亮度。

这样，在光源基板1中，位于中心发光芯片周侧的多个发光芯片被设计为颜色相同的发光芯片是对称布设的，这样在准直时能够相互补偿均匀性，使得离轴准直的光线也可以达到很好的均匀度。

本申请的实施例中，所述光源模组1还包括合色元件3，所述合色元件3被设置与所述投影光线的出射路径上，将不同位置的发光芯片发出的光束集成在一个有效区域内。

本申请的实施例中，所述合色元件3包括第一膜层31、第二膜层32和第三膜层33，且分别与所述准直镜组2的光轴形成第一夹角、第二夹角、第三夹角，所述第一夹角范围为47°-50°、所述第二夹角为45°、所述第三夹角的范围为40°-43°。

第一膜层31、第二膜层32、第三膜层33可以但不限制于依次被设置为蓝光反射膜、绿光反射膜以及红光反射膜。

示例性地，参见图4，红光芯片12、绿光芯片11、所述蓝光芯片13自上而下依次排布在光源模组1上，其中绿光芯片11的中心位于光源模组1的中心，且绿光芯片11的中心位于准直镜组2的光轴上，第一膜层31为红光反射膜，用于反射红光，并透射绿光和蓝光，第二膜层32为绿光反射膜，用于反射绿光，透射蓝光，第三膜层33为蓝光反射膜，反射蓝光。

上述膜层可设置于基板上，所述基板则可以通过透明、半透明或不透明的材料制成。另外，所述基板也不限于被实施为板状材料，还可以被实施为楔形材料等。

如图5所示，发光芯片自上而下依次设置为红光芯片12、绿光芯片11、所述蓝光芯片13，其中绿光芯片11的中心位于光源模组1的中心，且绿光芯片11的中心位于准直镜组2的光轴上，物方锥角为60°，准直镜组的光学设计参数如表1。

表1

该实施例中，物面总共大小1mm*1mm，其中红蓝绿LED对应发光面大小0.3mm*0.3mm，发光面之间间隙0.05mm，第一透镜21的第一表面曲率半径为-2.061，第二表面的曲率半径为-2.488；第二透镜22的第一表面为屏幕，第二表面的曲率半径为-3.309。第一膜层31的第一夹角为41°，第二膜层32的第二夹角为45°，第三膜层33的第三夹角为49°。

如图6所示，发光芯片自上而下依次设置为红光芯片12、绿光芯片11、所述蓝光芯片13，其中绿光芯片11的中心位于光源模组1的中心，且绿光芯片11的中心位于准直镜组2的光轴上，物方锥角为65°，准直镜组的光学设计参数如表2。

表2

该实施例中，物面总共大小1mm*1mm，其中红蓝绿LED对应发光面大小0.3mm*0.3mm，发光面之间间隙0.05mm，第一透镜21的第一表面曲率半径为-2.061，第二表面的曲率半径为-2.488；第二透镜22的第一表面为屏幕，第二表面的曲率半径为-3.309。第一膜层31的第一夹角为42°，第二膜层32的第二夹角为45°，第三膜层33的第三夹角为48°。

如图7所示，发光芯片自上而下依次设置为红光芯片12、绿光芯片11、所述蓝光芯片13，其中绿光芯片11的中心位于光源模组1的中心，且绿光芯片11的中心位于准直镜组2的光轴上，物方锥角为70°，准直镜组的光学设计参数如表3。

该实施例中，物面总共大小1mm*1mm，其中红蓝绿LED对应发光面大小0.3mm*0.3mm，发光面之间间隙0.05mm，第一透镜21的第一表面曲率半径为-2.061，第二表面的曲率半径为-2.488；第二透镜22的第一表面为屏幕，第二表面的曲率半径为-3.309。第一膜层31的第一夹角为43°，第二膜层32的第二夹角为45°，第三膜层33的第三夹角为47°。

此外，第一透镜21和第二透镜22可以是平凸、双凸、弯月型，还可采用其他颜色的发光芯片代替绿光芯片、红光芯片及蓝光芯片，只有是能够发出可见光的发光芯片即可，本申请中的各个例子仅为一种示例，并不受限制。

另一方面，申请实施例提供了一种光学投影系统。所述光学投影系统包括：

如上所述的光源模组；及

匀光元件3，所述匀光元件3位于所述光源模组的光路传输路径上。

又一方面，本申请实施例还提供了一种投影设备。所述投影设备包括：

如上所述的光学投影系统。

本申请实施例的光学投影系统及投影设备的具体实施方式可以参照上述的光源模组的实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种光源模组，其特征在于，所述光源模组包括：

光源基板(1)，所述光源基板(1)包括至少三个发光芯片，用于产生投影光线；以及，

准直镜组(2)，所述准直镜组(2)位于所述投影光线传输路径上，对所述投影光线进行准直处理；

所述投影光线入射至所述准直镜组(2)的入射角度为物方锥角，所述物方锥角为60°～70°。

2.根据权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述准直镜组(2)包括沿同一光轴且间隔设置的第一透镜(21)及第二透镜(22)，所述第一透镜(21)和所述第二透镜(22)用于将所述投影光线准直为平行光后出射。

3.根据权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述第一透镜(21)的有效口径为1.2mm-1.7mm。

4.根据权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述发光芯片与所述准直镜组(2)之间的距离0.2mm-0.4mm。

5.根据权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述光源基板(1)的中心位于所述准直镜组(2)的光轴。

6.根据权利要求5所述的光源模组，其特征在于，还包括合色元件(3)，所述合色元件(3)被设置与所述投影光线的出射路径上。

7.根据权利要求6所述的光源模组，其特征在于，所述至少三个发光芯片包括绿光芯片(11)、红光芯片(12)及蓝光芯片(13)，所述绿光芯片(11)的中心位于所述准直镜组(2)的光轴。

8.根据权利要求7所述的光源模组，其特征在于，所述合色元件(3)包括第一膜层(31)、第二膜层(32)和第三膜层(33)，且分别与所述准直镜组(2)的光轴形成第一夹角、第二夹角、第三夹角，所述第一夹角范围为47°-50°、所述第二夹角为45°、所述第三夹角的范围为40°-43°。

9.一种光学投影系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-8中任一项所述的光源模组；及

匀光元件，所述匀光元件位于所述光源模组的光路传输路径上。

10.一种投影设备，其特征在于，包括：

如权利要求9所述的光学投影系统。