CN220709523U - 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，光源系统采用了产生多种波段的光的光源，通过使多波段光中用于激发波长转换区的激发光与补充光成一定角度，并在光转换元件中设置实现反射补充光功能的辅反射区，来使光源产生的多种波段的光与波长转换区产生的受激发光进行混合合光，可以在实现高亮度的同时更好地抑制散斑；因此本方案可以实现高亮度的优质画质。

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，能够实现高亮度的优质画质。

第一方面，本申请提供一种光源系统，包括光源组件、分光元件和光转换元件，光源组件至少产生两种不同波段的光，光转换元件中包括波长转换区和辅反射区；

光源组件产生激发光和至少一种补充光，目标补充光经分光元件引导至光转换元件的辅反射区，辅反射区反射目标补充光至分光元件；激发光射入光转换元件的波长转换区，波长转换区被激发产生受激发光，受激发光射入分光元件，与射入分光元件的目标补充光合光为目标色光后经分光元件出射，目标补充光为至少一种补充光中的任意一种；

其中，目标补充光的光轴相对激发光的光轴成预设角度，辅反射区反射的目标补充光在分光元件上的光斑的中心，与受激发光在分光元件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，光转换元件还包括主反射区，光源系统还包括反射元件；

激发光透过分光元件射入光转换元件的主反射区，主反射区反射激发光至分光元件，透过分光元件入射至反射元件，被反射元件反射后经分光元件出射。

在一些实施例中，分光元件包括第一分区和第二分区；

第一分区用于透射或反射激发光和至少一种补充光，第二分区用于透射激发光和反射或或透射至少一种补充光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生第一偏振态的激发光和至少一种第一偏振态的补充光，第二光源用于产生第二偏振态的激发光；

合光元件透射或反射第一偏振态的激发光和至少一种补充光，反射或透射第二偏振态的激发光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生目标波段的第一偏振态的激发光和至少一种补充光，第二光源用于产生目标波段的第二偏振态的激发光；

合光元件透射或反射目标波段的第一偏振态的激发光和至少一种补充光，反射或透射目标波段的第二偏振态的激发光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生第一波段的光和至少一种补充光，第二光源用于产生第二波段的光；

合光元件透射或反射第一波段的光和至少一种补充光，反射或透射第二波段的光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生激发光和至少一种补充光，第二光源用于产生激发光；

合光元件包括反射区和透射区，合光元件的透射区透射激发光和至少一种补充光，合光元件的反射区反射激发光和透射至少一种补充光；或合光元件的反射区反射激发光和至少一种补充光，合光元件的透射区透射激发光和反射至少一种补充光。

在一些实施例中，辅反射区为反射镜或具有漫反射的粒子或微结构反射层。

在一些实施例中，光源系统还包括光引导元件和滤光元件；

经分光元件出射的激发光或目标色光射入光引导元件，经光引导元件引导至滤光元件，经滤光元件进行滤光后出射。

在一些实施例中，目标补充光与受激发光的波长至少在第一波段范围或者第二波段范围有重叠，重叠的能量占目标色光的整体能量的比例大于等于预设比例。

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。

本申请的光源系统采用了产生多种波段的光的光源，通过使多波段光中用于激发波长转换区的激发光与补充光成一定角度，并在光转换元件中设置实现反射补充光功能的辅反射区，来使光源产生的多种波段的光与波长转换区产生的受激发光进行混合合光，可以在实现高亮度的同时更好地抑制散斑；并且光源产生的激发光作为波长转换区的激发光源的同时也可是出射光，光源光效高，同时提升了色域；因此本方案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光源系统的结构示意图；

图2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。

本申请提供的光源系统包括光源组件、分光元件和光转换元件，光源组件至少产生两种不同波段的光，光转换元件中包括波长转换区和辅反射区；光源组件产生激发光和至少一种补充光，目标补充光经分光元件引导至光转换元件的辅反射区，辅反射区反射目标补充光至分光元件；激发光射入光转换元件的波长转换区，波长转换区被激发产生受激发光，受激发光射入分光元件，与射入分光元件的目标补充光合光为目标色光后经分光元件出射，目标补充光为至少一种补充光中的任意一种；

其中，目标补充光的光轴相对激发光的光轴成预设角度，辅反射区反射的目标补充光在分光元件上的光斑的中心，与受激发光在分光元件上的光斑的中心之间的距离小于预设距离。预设角度和预设距离可以根据实际应用情况自定义设置，例如，预设角度可以为0-30度，预设距离可以为5mm。可选地，可以使辅反射区与波长转换区成目标角度，或者辅反射区为具有预设曲率的曲面等等，从而使得辅反射区反射的目标补充光在分光元件上的光斑的中心，与受激发光在分光元件上的光斑的中心之间的距离小于预设距离；目标角度和预设曲率可以根据实际应用情况自定义设置。

在一些实施例中，光转换元件还包括主反射区，光源系统还包括反射元件；激发光透过分光元件射入光转换元件的主反射区，主反射区反射激发光至分光元件，透过分光元件入射至反射元件，被反射元件反射后经分光元件出射。

光源组件中可以包括LED光源、激光光源等。激发光与各补充光以及各补充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；补充光可以是红光、绿光、蓝光等，例如补充光可以包括红色激光和/或绿色激光。

目标补充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。可选地，目标补充光与受激发光的波长至少在第一波段范围或者第二波段范围有重叠，重叠的能量占目标色光的整体能量的比例大于等于预设比例。其中第一波段范围和第二波段范围不做限制，例如第一波段范围可以是520～530nm，第二波段范围可以是635～645nm，预设比例可以是80％。

波长转换区可以是光转换元件中包括波长转换材料的区域，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。

光源组件中可以包括第一光源、第二光源和合光元件，合光元件对第一光源、第二光源和合光元件产生的光进行合光后得到激发光和至少一种补充光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生第一偏振态的激发光和至少一种第一偏振态的补充光，第二光源用于产生第二偏振态的激发光；合光元件透射或反射第一偏振态的激发光和至少一种补充光，反射或透射第二偏振态的激发光。第一偏振态和第二偏振态不做限制，如第一偏振态为P态，第二偏振态为S态。例如，第一光源为三色激光光源，产生P态的蓝色激光、红色激光和绿色激光，第二光源产生S态的蓝激光；合光元件利用偏振态合光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生目标波段的第一偏振态的激发光和至少一种补充光，第二光源用于产生目标波段的第二偏振态的激发光；合光元件透射或反射目标波段的第一偏振态的激发光和至少一种补充光，反射或透射目标波段的第二偏振态的激发光。其中，目标波段不做限制，例如，合光元件镀膜时控制透射率为50％时，对应波长为480+/-10nm，透射率小于1％时波长范围为420～470nm，透射率大于95％波长范围为495～650nm。即目标波段的主波长为480+/-10nm，合光元件可以透射主波长为480+/-10nm的P态的蓝激光和495～650红色激光和绿色激光，反射主波长为480+/-10nm的S态的蓝激光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生第一波段的光和至少一种补充光，第二光源用于产生第二波段的光；合光元件透射或反射第一波段的光和至少一种补充光，反射或透射第二波段的光。其中，第一波段和第二波段的不做限制；例如，第一波段的主波长为465nm的蓝激光，第二波段的主波长为445nm的蓝激光，即可以镀膜实现透射465～650nm波段的光，反射主波长为445nm波段的蓝激光。

在一些实施例中，光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生激发光和至少一种补充光，第二光源用于产生激发光；合光元件包括反射区和透射区，合光元件的透射区透射激发光和至少一种补充光，合光元件的反射区反射激发光和透射至少一种补充光；或合光元件的反射区反射激发光和至少一种补充光，合光元件的透射区透射激发光和反射至少一种补充光。其中，反射区和透射区位于合光元件的不同位置区域；激发光和至少一种补充光的偏振态和波段可以不做限制。

可选地，光源组件中还包括聚焦镜片组，可以用于对合光元件出射的光进行聚焦，缩小光斑大小。

在一些实施例中，辅反射区为反射镜或具有漫反射的粒子或微结构反射层。因一般在聚焦镜片组到光转换元件之间间距仅有0.5～1.5mm，因此具有微结构的反射层可降低高度，避免干涉，同时实现反射功能。

在一些实施例中，分光元件包括第一分区和第二分区；第一分区用于透射或反射激发光和至少一种补充光，第二分区用于透射激发光和反射或透射至少一种补充光。可选地，第一分区可以是通孔，第二分区为二向色镜；即分光元件可以是局部开孔的二向色镜，此时红绿蓝激光通过通孔照射到聚焦镜片组，二向色镜的镀膜为透射蓝光反射其余波段光。可选地，分光元件为分区镀膜的二向色镜，在第一分区镀膜的特性为透射红绿蓝激光波段，反射其余波段；在第二分区镀膜的特性则为透射蓝光反射其余波段光。

在一些实施例中，光源系统还包括光引导元件和滤光元件；经分光元件出射的激发光或目标色光射入光引导元件，经光引导元件引导至滤光元件，经滤光元件进行滤光后出射。滤光元件中包括与激发光和各目标色光对应滤光区，例如滤光元件包括蓝光、滤光和红光各自对应的滤光区。光引导元件可以是反射元件，如反射镜。

可选地，光源系统中在各元件的出光侧可根据实际应用情况设置聚焦准直透镜。光源系统还可以包括匀光元件，匀光元件可以是复眼、光棒等。

举例来说，如图1所示，为本实施例提供的一种光源系统的机构示意图。如图1所示，光源系统包括光源组件10、分光元件20、反射元件30聚焦透镜组40、光转换元件50、聚焦透镜60、光引导元件70、聚焦透镜组80和滤光元件90。其中，光源组件中包括第一光源01、第二光源03和合光元件02；光源01为三色激光，产生红激光、绿激光和蓝激光，第二光源03产生蓝激光。

当需要光源系统产生红光时，光源01同时产生蓝激光和红激光，同时光源02产生蓝激光，通过合光元件02合光后出射，即光源组件10同时产生蓝激光和红激光。红激光透过分光元件20经聚焦透镜组40射入光转换元件50的辅反射区51，辅反射区51反射红激光至分光元件20；蓝激光射入光转换元件50的波长转换区52，波长转换区52被激发产生红荧光，红荧光射入分光元件20，与射入分光元件20的红激光合光为红光后经分光元件20出射。经分光元件20出射的红光经过聚焦透镜60射入光引导元件70，经光引导元件70反射至聚焦准直透镜组80，经聚焦准直透镜组80射入滤光元件90的红光对应的滤光区进行滤光后出射。

当需要光源系统产生绿光时，光源01同时产生蓝激光和绿激光，同时光源02产生蓝激光，通过合光元件02合光后出射，即光源组件10同时产生蓝激光和绿激光。绿激光透过分光元件20经聚焦透镜组40射入光转换元件50的辅反射区51，辅反射区51反射绿激光至分光元件20；蓝激光射入光转换元件50的波长转换区52，波长转换区52被激发产生绿荧光，绿荧光射入分光元件20，与射入分光元件20的绿激光合光为绿光后经分光元件20出射。经分光元件20出射的绿光经过聚焦透镜60射入光引导元件70，经光引导元件70反射至聚焦准直透镜组80，经聚焦准直透镜组80射入滤光元件90的绿光对应的滤光区进行滤光后出射。

当需要光源系统产生蓝光时，光源01产生蓝激光，同时光源02产生蓝激光，通过合光元件02合光后出射，即光源组件10产生蓝激光。蓝激光透过分光元件20经聚焦透镜组40射入光转换元件50的主反射区53，主反射区53反射蓝激光至分光元件20，透过分光元件20入射至反射元件30，被反射元件30反射后经分光元件20出射。经分光元件20出射的蓝激光经过聚焦透镜60射入光引导元件70，经光引导元件70反射至聚焦准直透镜组80，经聚焦准直透镜组80射入滤光元件90的蓝激光对应的滤光区进行滤光后出射。

由上可知，本实施例提供的光源系统采用了产生多种波段的光的光源，通过使多波段光中用于激发波长转换区的激发光与补充光成一定角度，并在光转换元件中设置实现反射补充光功能的辅反射区，来使光源产生的多种波段的光与波长转换区产生的受激发光进行混合合光，可以在实现高亮度的同时更好地抑制散斑；并且光源产生的激发光作为波长转换区的激发光源的同时也可是出射光，光源光效高，同时提升了色域；因此本方案可以实现高亮度的优质画质。

图2为本申请提供的一种投影设备的功能模块示意图。如图2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-network process 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。

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组件、分光元件和光转换元件，所述光源组件至少产生两种不同波段的光，所述光转换元件中包括波长转换区和辅反射区；

所述光源组件产生激发光和至少一种补充光，目标补充光经所述分光元件引导至所述光转换元件的辅反射区，所述辅反射区反射所述目标补充光至所述分光元件；所述激发光射入所述光转换元件的波长转换区，所述波长转换区被激发产生受激发光，所述受激发光射入所述分光元件，与射入所述分光元件的目标补充光合光为目标色光后经所述分光元件出射，所述目标补充光为所述至少一种补充光中的任意一种；

其中，所述目标补充光的光轴相对所述激发光的光轴成预设角度，所述辅反射区反射的所述目标补充光在所述分光元件上的光斑的中心，与所述受激发光在所述分光元件上的光斑的中心之间的距离小于预设距离。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光转换元件还包括主反射区，所述光源系统还包括反射元件；

所述激发光透过所述分光元件射入所述光转换元件的主反射区，所述主反射区反射所述激发光至所述分光元件，透过所述分光元件入射至所述反射元件，被所述反射元件反射后经所述分光元件出射。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述分光元件包括第一分区和第二分区；

所述第一分区用于透射或反射所述激发光和所述至少一种补充光，所述第二分区用于透射所述激发光和反射或透射所述至少一种补充光。

4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，第一光源用于产生第一偏振态的激发光和所述至少一种第一偏振态的补充光，所述第二光源用于产生第二偏振态的激发光；

所述合光元件透射或反射所述第一偏振态的激发光和所述至少一种补充光，反射或透射所述第二偏振态的激发光。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，所述第一光源用于产生目标波段的第一偏振态的激发光和所述至少一种补充光，所述第二光源用于产生所述目标波段的第二偏振态的激发光；

所述合光元件透射或反射所述目标波段的第一偏振态的激发光和所述至少一种补充光，反射或透射所述目标波段的第二偏振态的激发光。

6.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，所述第一光源用于产生第一波段的光和所述至少一种补充光，所述第二光源用于产生第二波段的光；

所述合光元件透射或反射所述第一波段的光和所述至少一种补充光，反射或透射所述第二波段的光。

7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源组件中包括第一光源、第二光源和合光元件，所述第一光源用于产生激发光和所述至少一种补充光，所述第二光源用于产生激发光；

所述合光元件包括反射区和透射区，所述合光元件的透射区透射激发光和所述至少一种补充光，所述合光元件的反射区反射激发光和透射所述至少一种补充光；或所述合光元件的反射区反射激发光和所述至少一种补充光，所述合光元件的透射区透射激发光和反射所述至少一种补充光。

8.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述辅反射区为反射镜或具有漫反射的粒子或微结构反射层。

9.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括光引导元件和滤光元件；

经所述分光元件出射的激发光或目标色光射入所述光引导元件，经所述光引导元件引导至所述滤光元件，经所述滤光元件进行滤光后出射。

10.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述目标补充光与所述受激发光的波长至少在第一波段范围或者第二波段范围有重叠，重叠的能量占目标色光的整体能量的比例大于等于预设比例。

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