CN219936274U - 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，光源系统包括通过分光元件透过激发光，反射受激发光，并结合收束元件和光处理元件等，可以缩小受激发的光束角度，同时可以避免受激发光在光处理元件等元件处发生干涉，从而更加高效地出射受激发光，从而可以提升投影设备的亮度。

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

在本申请提供一种光源系统，可以用于投影设备，可以缩小受激发的光束角度，同时可以避免受激发光在光处理元件等元件处发生干涉，从而更加高效地出射受激发光，从而可以提升投影设备的亮度。

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、光处理元件和收束元件，光处理元件中包括激发区；

光源产生的激发光透过分光元件后，射入光处理元件的激发区，光处理元件的激发区被激发产生受激发光；受激发光中面向分光元件的光经分光元件反射后，经光处理元件和收束元件出射；受激发光中背向分光元件的光，经收束元件出射；分光元件为开口面向光处理元件的弧面形的元件。

在一些实施例中，分光元件为旋转抛物面形的元件，光处理元件的激发区位于旋转抛物面的焦点上，受激发光中面向分光元件的光被旋转抛物面的分光元件反射后平行射入收束元件。

在一些实施例中，分光元件为旋转椭球面形的元件，光处理元件的激发区位于旋转椭球面的第一焦点上，受激发光中面向分光元件的光被旋转椭球面的分光元件反射后汇聚于旋转椭球面的第二焦点上，经第二焦点射入收束元件。

在一些实施例中，光源系统中包括驱动装置，驱动装置驱动光处理元件移动使得光处理元件中各激发区轮流位于旋转抛物面的焦点或旋转椭球面的第一焦点上，从而使得光处理元件中各激发区轮流被激发光激发。

在一些实施例中，光处理元件中包括至少两个产生不同波段的被激发光的激发区，光处理元件被至少两个产生不同波段的被激发光的激发区中的激发材料全覆盖或部分覆盖。

在一些实施例中，光处理元件中产生不同波段的光的各激发区分别具有对应的滤光区，用于对各波段的光进行滤光。

在一些实施例中，光处理元件中还包括二向色层，所述二向色层用于反射激发光，透射受激发光。

在一些实施例中，光处理元件中包括透射式导热层；透射式导热层为碳化硅(SiC)层或氮化铝(AIN)层或氮化硅(SiN)层或金刚石层或玻璃基板、蓝宝石基板或透明石墨烯基板或玻璃基板上镀苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜。

在一些实施例中，光源系统中还包括补充光源和合光元件；

补充光源产生的补充光经合光元件与受激发光合光后出射。

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。

本申请通过旋转抛物面型或旋转椭球面形的分光元件透过激发光，反射受激发光，并结合收束元件和光处理元件等，可以缩小受激发的光束角度，同时可以避免受激发光在光处理元件等元件处发生干涉，从而更加高效地出射受激发光；并且光处理元件设置滤光区，不同滤光区可滤除不同受激发光的不同光谱，实现光谱调整。

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光处理元件中激发区的结构示意图

图2为本申请的一实施例中的光源系统的结构示意图；

图3为本申请的另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。

本实施例提供一种光源系统，光源系统包括光源、分光元件、光处理元件和收束元件，光处理元件中包括激发区；光源产生的激发光透过分光元件后，射入光处理元件的激发区，光处理元件的激发区被激发产生受激发光；受激发光中面向分光元件的光经分光元件反射后，经光处理元件和收束元件出射；受激发光中背向分光元件的光，经收束元件出射；分光元件为开口面向光处理元件的弧面形的元件。

其中，光源可以是LED光源或激光光源等。光源产生的激发光可以是蓝光、UV光等。收束元件可以是一个透镜；通过收束元件和分光元件可以缩小受激发的光束角度。

在一些实施例中，分光元件为旋转抛物面形的元件，光处理元件的激发区位于旋转抛物面的焦点上，受激发光中面向分光元件的光被旋转抛物面的分光元件反射后平行射入收束元件。

在一些实施例中，分光元件为旋转椭球面形的元件，光处理元件的激发区位于旋转椭球面的第一焦点上，受激发光中面向分光元件的光被旋转椭球面的分光元件反射后汇聚于旋转椭球面的第二焦点上，经第二焦点射入收束元件。

在一些实施例中，光处理元件中包括透射式导热层；透射式导热层为碳化硅(SiC)层或氮化铝(AIN)层或氮化硅(SiN)层或金刚石层或玻璃基板、蓝宝石基板或透明石墨烯基板或玻璃基板上镀苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜。具体地，可为碳化硅晶体、碳化硅陶瓷、氮化铝晶体、氮化铝陶瓷、氮化硅晶体、氮化硅陶瓷和金刚石等，其中，碳化硅、氮化铝、氮化硅材料包括单晶材料、多晶材料、陶瓷(存在立方晶型的材料可制备致密度高，内部气孔较少的透明陶瓷)；金刚石包括单晶材料和多晶材料。

在一些实施例中，光处理元件中包括至少两个产生不同波段的被激发光的激发区，光处理元件被至少两个产生不同波段的被激发光的激发区中的激发材料全覆盖或部分覆盖。其中，激发材料可以是荧光粉、荧光体等，如红荧光粉、黄荧光粉、绿荧光粉、青荧光粉等。例如，光处理元件中仅包括产生红光波段的光的红激发区和产生绿光波段的光的绿激发区，则光处理元件被红荧光粉或黄荧光粉和绿荧光粉全覆盖或部分覆盖。

可选地，光处理元件中可以包括产生蓝光波段的光的蓝激发区、产生红光波段的光的红激发区、产生黄光波段的光的黄激发区、产生青光波段的光的青激发区和产生绿光波段的光的绿激发区中的至少两个。受激发光可以是红光、绿光、黄光、青光、蓝光中的至少两种。例如转换元件中可以包括产生蓝光波段的光的蓝激发区、产生红光波段的光的红激发区和产生绿光波段的光的绿激发区。激发区可以紧贴设置在透射式导热层上，可以提升散热效果。可选地，透射式导热层设置在靠近分光元件侧，激发区设置在远离分光元件侧。可以避免受激发光在光处理元件等元件处发生干涉，从而更加高效地出射受激发光。

可选地，光处理元件中还包括散射区；散射区用于对光源产生的激发光进行散斑抑制，散射区中可以是扩散片；例如激光光源产生蓝激光，对蓝激光进行散斑抑制。

可选地，光源系统中包括驱动装置，驱动装置驱动光处理元件移动使得光处理元件中各激发区轮流位于旋转抛物面的焦点或旋转椭球面的第一焦点上，从而使得光处理元件中各激发区轮流被激发光激发。

举例来说，可以在光处理元件的透射式导热层均匀或者按一定比例分布三种波长转换材料，图1为本实施例提供的光处理元件中激发区的示意图，图1中示出了三种激发区的构型，1、2、3分别代表一种构型；其中a可以为具有红色波长转换材料的红激发区，b可以为具有绿色波长转换材料的绿激发区，c可以为具有蓝色波长转换材料的蓝激发区或为具有扩散片的散射区；可以通过驱动装置驱动光处理元件上下或左右或者圆周平移运动，使激发光分别射入a、b、c区，就可以交替的产生红光、绿光和蓝光。

在一些实施例中，光处理元件中产生不同波段的光的各激发区分别具有对应的滤光区，用于对各波段的光进行滤光。例如，蓝激发区对应蓝滤光区、红激发区对应红滤光区以及绿激发区对应绿滤光区，蓝滤光区透过蓝色波段的光滤除蓝色波段以外的光，红滤光区透过红色波段的光滤除红色波段以外的光，绿滤光区透过绿色波段的光滤除绿色波段以外的光。可选地，滤光区可以与激发区紧贴设置，滤光区设置在靠近收束元件侧。不同滤光区可滤除不同受激发光的不同光谱，实现光谱调整。

可选地，光源系统中还包括滤光元件，滤光元件中包括与光处理元件中各激发区对应的滤光区，用于对各波段的受激发光进行滤光。例如，光处理元件中可以包括红激发区和绿激发区，则滤光元件可以包括与红激发区对应的对红光进行滤光的滤光区，和与绿激发区对应的对绿光进行滤光的滤光区。其中，滤光元件可以是滤光轮，该滤光轮可以与光转换元件用同一驱动装置；例如，驱动装置驱动光转换元件，使激发光射入红激发区，从而产生红光，同时驱动滤光元件对应的滤光区位于红光光路上对红光进行滤光。可选地，滤光元件可以设置在收束元件之后，也可以设置在光处理元件与收束元件之间。

在一些实施例中，光处理元件中还包括二向色层，所述二向色层用于反射激发光，透射受激发光。二向色层可以是镀在透射式导热层上的二向色膜，也可以是与透射式导热层紧贴设置或互相独立的二向色元件。

在一些实施例中，光源系统中还包括补充光源和合光元件；补充光源产生的补充光经合光元件与受激发光合光后出射。

其中，补充光可以包括蓝光、红光和绿光中的任意一种或多种，可以LED光源和/或激光光源产生的光。例如，光处理元件仅包括产生红色波段的红激发区和产生绿色波段的绿激发区，则补充光可以是蓝光。

可选地，补充光源中可以包括激光光源，例如，补充光源可以是产生蓝激光光源、红激光光源、绿激光光源中的一种或多种，以及一些必要的合光元件、聚焦准直透镜组等。补充光可以包括蓝激光、红激光和绿激光中的任意一种或多种。

可选地，补充光源中可以包括LED光源，以及一些必要的合光元件、聚焦准直透镜组等。例如，补充光源中可以包括光源1、光源2、激发光源以及目标合光元件，激发光源产生的光束经目标合光元件射入光源2，光源2被激发产生受激发光，受激发光经合光元件射入合光元件，受激发光可以是绿光；光源1产生的光束经目标合光元件射入合光元件，光源1产生的光束可以是蓝光或红光。补充光包括光源1产生的光束和受激发光。

可选地，补充光源中可以是包括LED光源和激光光源的混合光源。

可选地，合光元件中可以包括目标区域，目标区域可以是AR镀膜的区域或透射式扩散片，也可以是通光孔等，目标区域可以透射或反射补充光。

在一些实施例中，光源系统中还包括匀光元件、聚焦准直透镜组等，本实施例不进行限定。

举例来说，图2是本实施例提供的一种光源系统的结构示意图。如图2所示，该光源系统包括光源10、分光元件20、光处理元件30和收束元件40；光源10产生蓝激光。光处理元件30中包括透射式导热层31和激发区32，激发区32中包括产生蓝光波段的光的蓝激发区、产生红光波段的光的红激发区和产生绿光波段的光的绿激发区。

当需要光源系统产生红光时，光源10产生的蓝光透过分光元件20后，射入光处理元件30；驱动装置驱动光处理元件30的红激发区位于旋转抛物面的焦点，从而使蓝光射入红激发区，红激发区被激发产生红光；红光中面向分光元件20的光经分光元件20反射后，经光处理元件30和收束元件40出射；红光中背向分光元件20的光，经收束元件40出射。

当需要光源系统产生绿光时，光源10产生的蓝光透过分光元件20后，射入光处理元件30；驱动装置驱动光处理元件30的绿激发区位于旋转抛物面的焦点，从而使蓝光射入绿激发区，绿激发区被激发产生绿光；绿光中面向分光元件20的光经分光元件20反射后，经光处理元件30和收束元件40出射；绿光中背向分光元件20的光，经收束元件40出射。

当需要光源系统产生蓝光时，光源10产生的蓝光透过分光元件20后，射入光处理元件30；驱动装置驱动光处理元件30的蓝激发区位于旋转抛物面的焦点，从而使蓝光射入蓝激发区，蓝激发区被激发产生蓝光；蓝光中面向分光元件20的光经分光元件20反射后，经光处理元件30和收束元件40出射；蓝光中背向分光元件20的光，经收束元件40出射。

或者，光源10产生的蓝光透过分光元件20后，射入光处理元件30；驱动装置驱动光处理元件30的散射区位于旋转抛物面的焦点，从而使蓝光射入散射区进行散斑抑制；散斑抑制后的蓝光经收束元件40出射。

图3是本实施例提供的一种光源系统的结构示意图。如图3所示，与图2所示的光源系统相比，图3所示的光学系统中光处理元件30还包括与各激发区对应的滤光区33。

由上可知，本实施例中，通过旋转抛物面型或旋转椭球面形的分光元件透过激发光，反射受激发光，并结合收束元件和光处理元件等，可以缩小受激发的光束角度，同时可以避免受激发光在光处理元件等元件处发生干涉，从而更加高效地出射受激发光；并且光处理元件设置滤光区，不同滤光区可滤除不同受激发光的不同光谱，实现光谱调整。

图4为本发明实施例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(MicrocontrollerUnit；MCU)等；专用图像处理芯片可以是图像信号处理器(Image SignalProcessing，ISP)、图形处理器(graphicsprocessingunit，GPU)、嵌入式神经网络处理器(neural-networkprocessunits，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(DigtialMicromirrorDevices，DMD)、液晶器件(Liquid CrystalDisplay，LCD)、硅基液晶器件(LiquidCrystalonSilicon，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(DigitalLightProcessing，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。

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)

1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括光源、分光元件、光处理元件和收束元件，所述光处理元件中包括激发区；

所述光源产生的激发光透过所述分光元件后，射入所述光处理元件的激发区，所述光处理元件的激发区被激发产生受激发光；所述受激发光中面向所述分光元件的光经所述分光元件反射后，经所述光处理元件和所述收束元件出射；所述受激发光中背向所述分光元件的光，经所述收束元件出射；所述分光元件为开口面向所述光处理元件的弧面形的元件。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分光元件为旋转抛物面形的元件，所述光处理元件的激发区位于所述旋转抛物面的焦点上，所述受激发光中面向所述分光元件的光被所述旋转抛物面的分光元件反射后平行射入所述收束元件。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分光元件为旋转椭球面形的元件，所述光处理元件的激发区位于所述旋转椭球面的第一焦点上，所述受激发光中面向所述分光元件的光被所述旋转椭球面的分光元件反射后汇聚于所述旋转椭球面的第二焦点上，经所述第二焦点射入所述收束元件。

4.根据权利要求2或3所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统中包括驱动装置，所述驱动装置驱动所述光处理元件移动使得所述光处理元件中各激发区轮流位于所述旋转抛物面的焦点或所述旋转椭球面的第一焦点上，从而使得所述光处理元件中各激发区轮流被所述激发光激发。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光处理元件中包括至少两个产生不同波段的被激发光的激发区，所述光处理元件被所述至少两个产生不同波段的被激发光的激发区中的激发材料全覆盖或部分覆盖。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光处理元件中产生不同波段的光的各激发区分别具有对应的滤光区，用于对各波段的光进行滤光。

7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光处理元件中还包括二向色层，所述二向色层用于反射所述激发光，透射所述受激发光。

8.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光处理元件中包括透射式导热层；所述透射式导热层为碳化硅(SiC)层或氮化铝(AIN)层或氮化硅(SiN)层或金刚石层或玻璃基板或蓝宝石基板或透明石墨烯基板或玻璃基板上镀苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜。

9.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统中还包括补充光源和合光元件；

所述补充光源产生的补充光经所述合光元件与所述受激发光合光后出射。

10.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的光源系统。