WO2023245936A1 - 光源装置和投影系统 - Google Patents

Abstract

一种光源组件，包括LED光源组件（S1）、激光光源组件（S2）和第一合光组件（S3）。LED光源组件（S1）包括：第一LED光源（11）、第二LED光源（12）和第三LED光源（13）；第一LED光源（11）出射第一波段的光，第二LED光源（12）出射第二波段的光，第三LED光源（13）出射第三波段的光；激光光源组件（S2），用于出射第四波段的光，第一波段覆盖第四波段；第一合光组件（S3），位于LED光源组件（S1）的出射光与激光光源组件（S2）的出射光的交汇处，第一合光组件（S3）用于反射LED光源组件（S1）的出射光，透射激光光源组件（S2）的出射光。同时，还提供一种投影系统。

Description

光源装置和投影系统

相关申请的交叉引用

本申请要求在2022年06月23日提交中国专利局、申请号为202210725162.6、申请名称为“一种光源装置和投影系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中；本申请要求在2022年06月23日提交中国专利局、申请号为202210726237.2、申请名称为“一种光源装置和投影系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本公开涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种光源装置和投影系统。

背景技术

投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的技术。随着投影显示技术的发展，投影显示逐渐应用于商务活动、会议展览、科学教育、军事指挥、交通管理、集中监控和广告娱乐等领域，其显示画面尺寸较大、显示清晰等优点同样适用于大屏幕显示的要求。

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有响应快、功耗低、使用寿命长等优点，将LED应用于投影系统可以改变原有光源的复杂光路结构；且LED光源的体积较小，有利于投影系统小型化轻量化设计。

但是由于投影过程中对光能量的损失，目前的LED光源投影系统仍然存在亮度低的问题，而且无法进一步提升色画面色彩、增大色域。

发明内容

本公开实施例的第一方面，提供一种光源装置，包括：LED光源组件、激光光源组件和第一合光组件。第一合光组件将LED光源组件出射的三色光和激光光源组件出射的激光合光。在光源装置中增加激光光源组件，并将激光光源组件出射的单色光与LED光源组件出射的三色光进行合光，可以在不改变LED光源组件结构的基础之上对光源装置进行改进，增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此将LED光源组件与激光光源组件相结合不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

本公开实施例的第二方面，提供一种光源装置，包括：第一LED光源、 第二LED光源、第三LED光源和至少一个激光光源。光源装置设置两个合光组件，第一合光组件位于第一LED光源的出射光与激光光源的出射光的交汇处，第一合光组件用于将第一LED光源的出射光与激光光源的出射光合光；第二合光组件位于第二LED光源的出射光、第三LED光源的出射光和第一合光组件的出射光的交汇处，第二合光组件用于将第一合光组件的出射光与第二LED光源的出射光及第三LED光源的出射光合光。在三色LED光源系统中增加激光光源，以增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此在原有的LED光源系统中增加激光光源也不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

本公开实施例的第三方面，提供一种投影系统，包括上述任一光源装置、照明光路、光阀调制部件和投影镜头。其中，照明光路位于光源装置的出光侧，光阀调制部件位于照明光路的出光侧，投影镜头位于光阀调制部件的反射光路上。投影系统通过控制激光光源和LED光源的颜色配比，可得到所需的增强色彩、色域和亮度后的画质。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对本公开实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中光源装置的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之一；

图3为本公开实施例提供的LED光源组件的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之二；

图5为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之三；

图6为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之四；

图7为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之五；

图8为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之六；

图9为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之七；

图10为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之八；

图11为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之九；

图12为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十；

图13为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十一；

图14为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十二；

图15为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十三；

图16为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十四；

图17为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十五；

图18为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十六；

图19为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十七；

图20为本公开实施例提供的投影系统的结构示意图之一；

图21为本公开实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

其中，S1-LED光源组件，S2-激光光源组件，S3-第一合光组件，2-第二合光组件，11-第一LED光源，12-第二LED光源，13-第三LED光源，14-第四LED光源，121-蓝光LED芯片，122-绿色荧光粉，L-激光光源，21-第一合光镜，22-第二合光镜，23-反射镜，24-第三合光镜，25-透光镜，31-第一准直透镜组，32-第二准直透镜组，33-第三准直透镜组，34-第四准直透镜组，35-会聚透镜组，f-反射区，h-透射区，f’-反光层，4-缩束透镜组，5-匀光部件，51-第一匀光部件，52-第二匀光部件，6-第五准直透镜组，100-光源装置，200-照明光路，300-光阀调制部件，400-投影镜头。

具体实施方式

为使本公开的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本公开做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本公开中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本公开保护范围内。本公开的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

投影显示是由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上的技术。

投影光源作为投影系统中的重要部件，决定了显示亮度和色域范围。发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有响应快、功耗低、使用寿命长等优点，将LED作为投影系统的光源可以改变原有光源的复杂光路结构；且LED光源的体积较小，有利于投影系统小型化轻量化设计。

为了实现全彩显示，光源装置中通常需要设置可以出射三基色光的光源，在以LED作为光源的光源装置中，可以同时设置用于出射红色光的第一LED光源，用于出射绿色光的第二LED光源和用于出射蓝色光的第三LED光源。

图1为相关技术中光源装置的结构示意图。

如图1所示，第一LED光源11出射的红色光a、第二LED光源12出射的绿色光b和第三LED光源13出射的蓝色光c合光后出射。由此使得投影光源可以出射三基色光。

然而，由于投影过程中对光能量的损失，目前采用LED光源的投影系统仍然存在亮度低的问题，并且由于LED的色域有限，无法进一步提升色画面色彩、增大色域。

因此，本公开实施例在LED光源架构的基础之上增加了激光光源，用于提高光源装置的亮度，同时有利于进一步提升色域范围，优化投影系统的色 彩表现能力。

在一些实施例中，可以在不改变三色LED光源的结构基础之上增加激光光源，由此来提高光源装置的出光亮度，增大光源装置的色域。

在一些实施例中，还可以先将出射同种颜色光的LED光源和激光光源合光，再对三色光进行合光，由此来提高光源装置的出光亮度，增大光源装置的色域。

以下将对上述两类光源装置的具体结构进行说明。

图2为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之一。

在一些实施例中，如图2所示，本公开实施例提供的光源装置包括：LED光源组件S1、激光光源组件S1和第一合光组件S3。

其中，LED光源组件S1至少包括：第一LED光源11、第二LED光源12和第三LED光源13。第一LED光源11出射第一波段的光a，第二LED光源12出射第二波段的光b，第三LED光源13出射第三波段的光c。

在本公开实施例中，第一波段的光a可以为红色光，第二波段的光b可以为绿色光，第三波段的光c可以为蓝色光，在此不做限定。

激光光源组件S2包括至少一个激光光源L，激光光源L出射第四波段的激光d。激光的半峰宽度较窄且在峰值波长具有较高的能量，而LED光源相比于激光光源来说出射光能量较小，且覆盖的波段更宽。在本公开实施例中，第一LED光源11与激光光源L出射相同颜色的光，且第一LED光源11出射的第一波段的光覆盖激光光源L出射的第四波段的激光。激光光源L出射的第四波段激光d可以为红色光。

第一合光组件S3位于LED光源组件S1的出射光与激光光源组件S2的出射光的交汇处，第一合光组件S3用于反射LED光源组件S1的出射光，透射激光光源组件S2的出射光。

本公开实施例提供的光源装置中包括两种光源组件，分别为LED光源组件和激光光源组件，激光光源组件的亮度相较于LED光源组件更大，在光源装置中增加激光光源组件，并将激光光源组件出射的单色光与LED光源组件出射的三色光进行合光，可以在不改变LED光源组件结构的基础之上对光源装置进行改进，增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，在光源装置中增加激光光源组件通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；目前常见的激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此在将LED光源组件与激光光源组件相结合不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

具体地，如图2所示，LED光源组件中设置有第二合光组件2，第二合光组件2位于各LED光源出射的交汇处，可以将各LED光源出射的不同颜色的光合并成白色光向第一合光组件S3出射。

在具体实施时，第一LED光源11采用红光LED，第二LED光源12采用绿光LED，第三LED光源13采用蓝光LED。激光光源L采用红光激光芯片或红光激光器，在此不做限定。

图3为本公开实施例提供的LED光源组件的结构示意图。

第二LED光源12采用绿光LED，绿光LED内部设置有蓝光LED芯片121和绿色荧光粉122，采用蓝光LED芯片121激发绿色荧光粉122可以出射绿色光。而绿光LED亮度较低，为了提高绿色光的亮度，可以增加蓝色光源用于出射照射激发绿色荧光粉122，增加绿光LED中绿色荧光粉122的受激发射次数，以增强绿色光的强度。

在一些实施例中，如图3所示，LED光源组件还包括：第四LED光源14。第四LED光源14出射第三波段的光c，第四LED光源用于照射激发第二LED光源12出射第二波段的光b。

如图3所示，第四LED光源14可以通过第二合光组件2向第二LED光源12出射第三波段的光c，从而激发第二LED光源12中的绿色荧光粉122增加第二波段的光b的出射。

在本公开实施例中，第二波段的光b可以为绿色光，第三波段的光c可以为蓝色光；第二LED光源12可以为绿光LED，第四LED光源14可以为蓝光LED。蓝光LED出射的蓝色光照射第二LED光源12中的绿色荧光粉122，可以再次激发出绿色光，从而增加了绿色荧光粉122的激发次数，由此可以增加光源装置的绿色光亮度。

图4为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之二。

如图4所示，第二合光组件包括：第一合光镜21和第二合光镜22；第一LED光源11和第二LED光源12并列设置，第一LED光源11和第三LED光源13垂直设置，第二LED光源12和第四LED光源14垂直设置。

第一合光镜21位于第一LED光源11的出射光和第三LED光源13的出射光的交汇处，第一合光镜21用于透射第三波段的光c，反射第一波段的光a。

第二合光镜22位于第一合光镜21的出射光和第二LED光源12的出射光的交汇处以及位于第二LED光源12的出射光和第四LED光源14的出射光的交汇处，第二合光镜22用于透射第二波段的光b，反射第一波段的光a和第三波段的光c。

在本公开实施例中，第一波段的光a为红色光，第二波段的光b为绿色光，第三波段的光c为蓝色光。第一合光镜21和第二合光镜22均可以采用二向色镜，二向色镜是利用薄膜干涉原理在透明平板的表面镀膜形成，可以根据所需要增透或增反不同波段的光。

具体来说，如图4所示，第一合光镜21用于透射蓝色光，反射红色光。由第三LED光源13出射的蓝色光(第三波段的光c)向第一合光镜21入射，被第一合光镜21向第二合光镜22的方向透射；第一LED光源11出射的红色光(第一波段的光a)向第一合光镜21入射，被第一合光镜21向第二合光镜22的方向反射；由此将蓝色光(第三波段的光c)和红色光(第一波段的光a)合光。

第二合光镜22用于透射绿色光，反射蓝色光和红色光。由第一合光镜21出射的蓝色光(第三波段的光c)和红色光(第一波段的光a)入射第二合光镜22，被第二合光镜22向第一合光组件S3反射；第四LED光源14出射的 蓝色光(第三波段的光c)向第二合光镜22入射，被第二合光镜22向第二LED光源12的方向反射；第四LED光源14出射的蓝色光(第三波段的光c)激发第二LED光源12中的绿色荧光粉122出射的绿色光(第二波段的光b)以及第二LED光源12出射的绿色光(第二波段的光b)向第二合光镜21入射，被第二合光镜22向第一合光组件S3透射；由此将红色光(第一波段的光a)、绿色光(第二波段的光b)和蓝色光(第三波段的光c)合并为白光向第一合光组件S3出射。

需要说明的是，在本公开实施例中，各LED光源的出光方向为平行或垂直两种情况，因此第二合光组件中的任意合光镜均需要与入射光线保持45°夹角设置。LED光源在向合光组件中的任意合光镜入射时，均入射到合光镜的中心位置，这样可以使入射到合光镜上的光斑的中心重合，从而使得合光光斑的能量分布更加均匀。

图5为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之三。

激光光源组件S2中设置至少一个激光光源L，为了提高激光强度，如图5所示，可以在激光光源组件S2中设置两个或两个以上激光光源L。该激光光源L可以采用激光芯片或激光器。在本公开实施例中，激光光源组件S2可以包括两个并列设置激光光源L，该激光光源可以为红色激光器。

在具体实施时，可以在各激光光源L的出光侧设置会聚透镜组35，对各激光光源L出射的激光进行会聚，从而使各激光光源L的出射光合并为一个激光光斑。

在本公开实施例中，会聚透镜组35包括至少一个透镜，在仅采用一个透镜时，该透镜可以为凸透镜，在此不做限定。

以下对LED光源组件S1与激光光源组件S2的合光原理进行具体说明。

图6为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之四。

如图6所示，第一合光组件S3包括反射区f和透射区h。其中，反射区f用于将LED光源组件S1的出射光向设定方向反射；透射区h用于将激光光源组件S2的出射光向设定方向透射。以图6为例，设定方向为水平向右的方向，第一合光组件S3用于将LED光源组件S1的出射光和激光光源组件S2的出射光向同一方向合光。

具体地，第一合光组件S3中的反射区f可以采用反射镜，透射区h可以为一通孔，那么在制作时可以在反射镜上开孔，形成带有通孔的反射镜结构。

其中，反射镜(反射区f)用于反射第一波段的光a、第二波段的光b和第三波段的光c，通孔(透射区h)用于透射激光d。

在本公开实施例中第一合光组件S3采用具有通孔(透射区h)的反射镜，而不是二向色镜，这是因为第一合光组件S3需要同时反射第一波段的光a、第二波段的光b和第三波段的光c，同时需要透射第四波段的激光d，采用二向色镜无法做到同时反射和透射同一波段的光。因此采用具有通孔的反射镜，一方面对LED光源组件S1出射的三色光具有较高的反射率，另一方面激光具有较高的准直度，光斑尺寸较小，在反射镜上设置通孔即可透射激光，从而达到LED三色光与激光进行合光的目的。

在本公开实施例中，如图6所示，通孔(透射区h)可以位于反射镜(反射区f)的中心位置，反射镜(反射区f)的中心点与第二合光镜22的中心点的连线平行于第二LED光源12的光出射方向。激光光源组件S2出射到第一合光组件S3的激光光斑关于反射镜(反射区f)的中心点对称，LED光源组件S1出射到第一合光组件S3上的光斑相对于反射镜(反射区f)的中心点对称。由此使得激光光斑位于合光光斑的中央，以使合光光斑的能量分布更加均匀。

由于通孔(透射区h)会透射一部分LED光源组件S1的出射光，造成光损失，因此在本公开实施例中，将通孔(透射区h)的尺寸设置得尽量小，以可以透射激光光斑为准。例如，可以使通孔(透射区h)的面积设置为小于或等于LED光源组件S1的出射光斑面积的1/10，从而使得被通孔(透射区h)透射的LED光源组件S1的出射光的能量损失控制在10％以下。由于激光相对于LED的出射光具有较大的能量，因此可以补偿光损失。

图7为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之五。

如图7所示，LED光源组件S1还包括：第一准直透镜组31、第二准直透镜组32、第三准直透镜组33和第四准直透镜组34。其中，第一准直透镜组31位于第一LED光源11的出光侧；第二准直透镜组32位于第二LED光源12的出光侧；第三准直透镜组33位于第三LED光源13的出光侧；第四准直透镜组34位于第四LED光源14的出光侧。

由于LED光源的出射光满足朗伯分布且具有较大的发散角，因此在各LED光源的出光侧均设置准直透镜组可以将LED光源的出射光进行准直后再出射。

上述任一准直透镜组包括至少一个透镜，以图7为例，准直透镜组可以包括两个透镜，在此不做限定。第一准直透镜组31、第二准直透镜组32、第三准直透镜组33和第四准直透镜组34的结构可以相同也可以不同，在此不做限定。

图8为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之六。

如图8所示，LED光源组件S1还包括：缩束透镜组4。缩束透镜组4位于第一合光镜21和第二合光镜22之间。

由于各LED光源的出射光在合光之前的光学路径并不相同，且LED光源的出射光本射具有一定的发散角，而第一LED光源11和第三LED光源13相对于第二LED光源12在入射到第二合光镜22之前的光路更长，光路越长发散之后的光斑尺寸越大，因此需要将第一LED光源11和第三LED光源13的合束光在入射到第二合光镜22之前先经过缩束透镜组4进行缩束，以使第一LED光源11和第三LED光源13的合光光斑与第二LED光源12的光斑尺寸尽量相同。

在本公开实施例中，缩束透镜组4包括至少一个透镜，在仅采用一个透镜时，该透镜可以为凸透镜，在此不做限定。

图9为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之七。

如图9所示，LED光源组件S1还包括：第一匀光部件51，第一匀光部 件51位于第二合光镜22的出光侧。相应地，激光光源组件S2还包括：第二匀光部件52，第二匀光部件52位于会聚透镜组35的出光侧。

在第二合光镜22的出光侧设置第一匀光部件51，在会聚透镜组35的出光侧设置第二匀光部件52，可以针对LED光源组件S1和激光光源组件S2的光路分别设置匀光部件，不需要对LED光源组件S1的结构进行改动，两种光源组件的出射光均为均匀光束。

在具体实施时，如图9所示，第一匀光部件51可以采用复眼透镜组，复眼透镜组包相对设置的第一复眼透镜和第二复眼透镜，第一复眼透镜和第二复眼透镜的表面均包括呈阵列排布的微小透镜单元。经过第二合光镜22合光之后的光束通常为平行光，在经过第一复眼透镜后聚焦到第二复眼透镜的各微小透镜单元的中心，第二复眼透镜将第一复眼透镜的成像光线重叠成像于照明面上。由此有效提高照明光束的均匀性和照明亮度。

如图9所示，第二匀光部件52可以采用光导管、光棒等元件，在此不做限定。

除此之外，第一匀光部件51和第二匀光部件52也可以采用其它具有匀光作用的光学元件，用于对各光源组件的出射光进行匀化，以使出射光斑的能量更加均匀。

图10为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之八。

如图10所示，激光光源组件S2还包括：第五准直透镜组6，第五准直透镜组6位于第二匀光部件52的出光侧。

激光光源组件出射的激光需要通过通孔与LED光源组件的出射光进行合光，为了使激光光源组件最终出射光斑足够小，在第二匀光部件52的出光侧设置第五准直透镜组6对匀化后的激光光束进一步准直，以使激光光源组件最终出射的激光光束可以尽可能多地穿过通孔(透射区h)被利用。

第五准直透镜组6包括至少一个透镜，以图10为例，第五准直透镜组6可以包括两个透镜，在此不做限定。

图11为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之九。

在一些实施例中，如图11所示，本公开实施例提供的光源装置包括：第一LED光源11、第二LED光源12和第三LED光源13。其中，第一LED光源11出射第一波段的光a，第二LED光源12出射第二波段的光b，第三LED光源13出射第三波段的光c。在本公开实施例中，第一波段的光a可以为红色光，第二波段的光b可以为绿色光，第三波段的光c可以为蓝色光，在此不做限定。

光源装置还包括至少一个激光光源L，激光光源L出射第四波段的激光d。激光的半峰宽度较窄且在峰值波长具有较高的能量，而LED光源相比于激光光源来说出射光能量较小，且覆盖的波段更宽。在本公开实施例中，第一LED光源11与激光光源L出射相同颜色的光，且第一LED光源11出射的第一波段的光覆盖激光光源L出射的第四波段的激光。激光光源L出射的第四波段的激光d可以为红色光。

如图11所示，光源装置还包括：第一合光组件S3和第二合光组件2。

第一合光组件S3位于第一LED光源11的出射光和激光光源的出射光的交汇处，第一合光组件S3用于将第一LED光源11出射的第一波段的光a和激光光源L出射的第四波段的激光d合光。

第二合光组件2位于第一合光组件S3的出射光、第二LED光源12的出射光和第三LED光源13的出射光的交汇处，第二合光组件2用于将第一合光组件S3出射的第一波段的光a、第四波段的激光d再与第二LED光源12出射的第二波段的光b及第三LED光源13出射的第三波段的光c进行合光。

激光光源的亮度相较于LED光源更大，在三色LED光源架构中增加激光光源，使激光光源的出射光与相同颜色的LED光源的出射光进行合光后再与其它颜色的LED光源进行合光，可以增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，在光源装置中增加激光光源通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；目前常见的激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此在原有的LED光源系统中增加激光光源也不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

在具体实施时，第一LED光源11采用红光LED，第二LED光源12采用绿光LED，第三LED光源13采用蓝光LED。激光光源L采用红光激光芯片或红光激光器，在此不做限定。

图12为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十。

第二LED光源12采用绿光LED，绿光LED内部设置有蓝光LED芯片121和绿色荧光粉122，采用蓝光LED芯片121激发绿色荧光粉122可以出射绿色光。而绿光LED亮度较低，为了提高绿色光的亮度，可以增加蓝色光源用于出射照射激发绿色荧光粉122，增加绿光LED中绿色荧光粉122的受激发射次数，以增强绿色光的强度。

如图12所示，光源装置还包括：第四LED光源14。第四LED光源14出射第三波段的光c，第四LED光源14用于照射激发第二LED光源12出射第二波段的光b。

如图12所示，第四LED光源14可以通过第二合光组件2向第二LED光源12出射第三波段的光，从而激发第二LED光源12中的绿色荧光粉122增加第二波段的光的出射。

在本公开实施例中，第二波段的光b可以为绿色光，第三波段的光c可以为蓝色光；第二LED光源12可以为绿光LED，第四LED光源14可以为蓝光LED。蓝光LED出射的蓝色光照射第二LED光源12中的绿色荧光粉122，可以再次激发出绿色光，从而增加了绿色荧光粉122的激发次数，由此可以增加光源装置的绿色光亮度。

如图12所示，第二合光组件2包括：第一合光镜21和第二合光镜22。

第一LED光源11和第二LED光源12并列设置，第二LED光源12和第三LED光源13垂直设置，第二LED光源12和第四LED光源14相对设置；第一LED光源11和激光光源L垂直设置。

第一合光镜21位于第二LED光源12的出射光、第三LED光源13的出射光和第四LED光源14的出射光的交汇处，第一合光镜21用于透射第三波 段的光c，反射第二波段的光b。第二合光镜22位于第一合光镜21的出射光和第一合光组件S3的出射光的交汇处，第二合光镜22用于透射第一波段的光a，反射第二波段的光b和第三波段的光c。由于第一波段覆盖了第四波段，因此第二合光镜21也可以透射第四波段的激光d。

在本公开实施例中，第一波段的光a为红色光，第二波段的光b为绿色光，第三波段的光c为蓝色光，第四波段的激光d为红色光。第一合光镜21和第二合光镜22均可以采用二向色镜，二向色镜是利用薄膜干涉原理在透明平板的表面镀膜形成，可以根据所需要增透或增反不同波段的光。

具体来说，如图12所示，第一合光镜21用于透射蓝色光，反射绿色光。由第三LED光源13出射的蓝色光(第三波段的光c)向第一合光镜21入射，被第一合光镜21向第二合光镜22的方向透射；第四LED光源14出射的蓝色光(第三波段的光c)向第一合光镜21入射，被第一合光镜21向第二LED光源12的方向透射；第四LED光源14出射的蓝色光(第三波段的光c)激发第二LED光源12中的绿色荧光粉122出射的绿色光(第二波段的光b)以及第二LED光源12出射的绿色光(第二波段的光b)向第一合光镜21入射，被第一合光镜21向第二合光镜22的方向反射；由此将蓝色光(第三波段的光c)和绿色光(第二波段的光b)合光。

第二合光镜22用于透射红色光，反射蓝色光和绿色光。由第一合光镜21出射的蓝色光(第三波段的光c)和绿色光(第二波段的光b)入射第二合光镜22，被第二合光镜22向设定方向反射；由第一LED光源11出射的红色光(第一波段的光a)以及由激光光源L出射的红色激光(第四波段的激光d)合束后向第二合光镜22入射，被第二合光镜向设定方向透射；由此将红色光(第一波段的光a)、红色激光(第四波段的激光d)、绿色光(第二波段的光b)和蓝色光(第三波段的光c)合并为白光向设定方向出射。

需要说明的是，在本公开实施例中，LED光源和激光光源的出光方向为平行或垂直两种情况，因此第二合光组件中的任意合光镜均需要与入射光线保持45°夹角设置。LED光源在向第二合光组件中的任意合光镜入射时，均入射到合光镜的中心位置，这样可以使入射到合光镜上的光斑的中心重合，从而使得合光光斑的能量分布更加均匀。

图13为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十一。

光源装置中设置至少一个激光光源L，为了提高激光强度，如图13所示，可以在光源装置中设置两个或两个以上激光光源L。该激光光源L可以采用激光芯片或激光器。在本公开实施例中，光源装置可以包括两个并列设置激光光源L，该激光光源可以为红色激光器。

在具体实施时，可以在各激光光源的出光侧设置会聚透镜组35，对各激光光源出射的激光进行会聚，从而使各激光光源的出射光合并为一个激光光斑。

在本公开实施例中，会聚透镜组35包括至少一个透镜，在仅采用一个透镜时，该透镜可以为凸透镜，在此不做限定。

以下对第一LED光源11和激光光源L合光的具体实施方式进行说明。

图14为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十二。

在一些实施例中，如图14所示，第一合光组件采用反射镜23。反射镜23设置于第二合光镜22上；反射镜23用于将激光光源L的出射光向第二合光镜22反射。

激光光源L出射的激光先入射到反射镜23，由反射镜23向第二合光镜22反射，而第一LED光源11的出射光则直接向第二合光镜22出射，从而将第一LED光源11的出射光与激光光源L出射的激光合光。

在本公开实施例中，可以将反射镜23设置于第二合光镜22与第一LED光源11之间，如激光光源的出光侧设置有会聚透镜组，则反射镜23设置于会聚透镜组的出光侧。

值得注意的是，如图14所示，激光光源L与第一LED光源11垂直设置，第二合光镜22与第一LED光源11及激光光源L的出射光均倾斜45°设置。反射镜23相对于激光光源L的出射光倾斜45°设置，从而将入射的激光向第二合光镜22反射。

其中，激光光源L出射到反射镜23的激光光斑关于反射镜23的中心点对称，反射镜23的中心点与第二合光镜22的中心点的连线平行于第一LED光源11的光出射方向，这样可以使反射镜反射的激光向第二合光镜22的中心点入射，且入射到第二合光镜22的激光光斑相对于第二合光镜22的中心点对称。而第一LED光源11出射光也是向第二合光镜22的中心点入射的，这样入射到第二合光镜22的光斑也是相对于第二合光镜22的中心点对称的，由此使得激光光斑位于合光光斑的中央，以使合光光斑的能量分布更加均匀。

由于在第二合光镜22上设置反射镜23会遮挡一部分第一LED光源11的出射光，因此在本公开实施例中，将反射镜23的尺寸设置得尽量小，以可以完全接收激光光源L出射的激光光束为准。由于激光相对于LED的出射光具有较大的能量，因此被遮挡的那部分第一LED光源11的出射光可以由激光进行补偿，不会造成较大的光损。

图15为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十三。

在一些实施例中，如图15所示，第一合光组件采用第三合光镜24。第三合光镜24位于第一LED光源11和第二合光镜22之间，同时第三合光镜24位于第一LED光源11的出射光和激光光源L的出射光的交汇处，第三合光镜24用于反射第四波段的激光d，透射第一波段中除第四波段以外的光。

第一LED光源11的出射光和激光光源L的出射光的颜色相同，且第一波段覆盖第四波段。因此第三合光镜24可以采用二向色镜，用于对第四波段的光进行反射，对第一波段中除第四波段以外的光进行透射。

由激光光源L出射的第四波段的光d入射到第三合光镜24后，被第三合光镜24向第二合光镜22的方向反射；由第一LED光源11出射的第一波段的光a入射到第三合光镜24后，第一波段中的第四波段的光被第三合光镜24反射，而第一波段中除第四波段以外的光被第三合光镜24透射，从而使激光光源L出射的第四波段的激光d与第一LED光源11出射的第一波段中除第四波段以外的光合光。

值得注意的是，第三合光镜24的中心点与第二合光镜22的中心点的连线平行于第一LED光源11的光出射方向，垂直于激光光源L的光出射方向。激光光源L和第一LED光源11均向第三合光镜24的中心点出射光线，以使激光光源L入射到第三合光镜24上的激光光斑以及第一LED光源11入射到第三合光镜24上的光斑相对于第三合光镜24的中心点对称，且激光光斑位于合光光斑的中央，以使合光光斑的能量分布更加均匀。

由于激光相对于LED的出射光具有较大的能量，因此第一LED光源11被第三合光镜24反射的第四波段的光的能量与激光相比很小，产生的光损很小。

图16为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十四。

在一些实施例中，如图16所示，第一合光组件采用透光镜25。透光镜25位于第一LED光源11与第二合光镜22之间，同时透光镜25位于第一LED光源11的出射光和激光光源L的出射光的交汇处。透光镜25背离第一LED光源11一侧的部分表面设置有反光层f’，反光层f’用于将激光光源L的出射光向第二合光镜22反射；透光镜25除设置反光层f’的其它部分用于透射第一LED光源11的出射光。

在具体实施时，透光镜25可以采用透光性平板，例如平板玻璃等，在此不做限定。

激光光源L出射的激光入射到反光层f’，由反光层f’向第二合光镜22反射，而第一LED光源11的出射光则直接透过透光镜25除反光层f’以外的区域向第二合光镜22出射，从而将第一LED光源11的出射光与激光光源L出射的激光合光。

其中，反光层f’位于透光镜25的中心位置，透光镜25的中心点与第二合光镜22的中心点的连线平行于第一LED光源11的光出射方向，垂直于激光光源L的光出射方向。激光光源L出射到反光层f’的激光光斑关于反光层f’的中心点对称，第一LED光源11入射到透光镜25上的光斑相对于透光镜25的中心点对称。由此使得激光光斑位于合光光斑的中央，以使合光光斑的能量分布更加均匀。

由于反光层f’会遮挡一部分第一LED光源11的出射光，因此需要将反光层f’的尺寸设置得尽量小，例如可以使反光层f’的面积小于或等于第一LED光源11的出射光斑面积的1/10，从而使得被反光层f’遮挡造成的第一LED光源11出射光的能量损失控制在10％以下。由于激光相对于LED的出射光具有较大的能量，因此被遮挡的那部分第一LED光源11的出射光可以由激光进行补偿，并不会造成较大的光损。

在具体实施时，可以采用图14～图16中的任意一种第一合光组件的结构将第一LED光源11的出射光与激光光源L的出射激光合光后再与第二LED光源12和第三LED光源13的出射光进行合光从而得到白色光向设定方向出射。

图17为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十五。

如图17所示，光源装置还包括：第一准直透镜组31、第二准直透镜组 32、第三准直透镜组33和第四准直透镜组34。其中，第一准直透镜组31位于第一LED光源11的出光侧；第二准直透镜组32位于第二LED光源12的出光侧；第三准直透镜组33位于第三LED光源13的出光侧；第四准直透镜组34位于第四LED光源14的出光侧。

由于LED光源的出射光满足朗伯分布且具有较大的发散角，因此在各LED光源的出光侧均设置准直透镜组可以将LED光源的出射光进行准直后再出射。

准直透镜组包括至少一个透镜，以图17为例，准直透镜组可以包括两个透镜，在此不做限定。第一准直透镜组31、第二准直透镜组32、第三准直透镜组33和第四准直透镜组34的结构可以相同也可以不同，在此不做限定。

图18为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十六。

如图18所示，光源装置还包括：缩束透镜组4。缩束透镜组4位于第一合光镜21和第二合光镜22之间。

由于各LED光源的出射光在合光之前的光学路径并不相同，且LED光源的出射光本射具有一定的发散角，而第二LED光源12和第三LED光源13相对于第一LED光源11在入射到第二合光镜22之前的光路更长，光路越长发散之后的光斑尺寸越大，因此需要将第二LED光源12和第三LED光源13的合束光在入射到第二合光镜22之前先经过缩束透镜组4进行缩束，以使第二LED光源12和第三LED光源13的合光光斑与第一LED光源11的光斑尺寸尽量相同。

在本公开实施例中，缩束透镜组4包括至少一个透镜，在仅采用一个透镜时，该透镜可以为凸透镜，在此不做限定。

图19为本公开实施例提供的光源装置的结构示意图之十七。

如图19所示，光源装置还包括：匀光部件5。匀光部件5位于第二合光镜22的出光侧。

本公开实施例在第二合光镜22的出光侧设置匀光部件5，可以对不同LED光源以及激光光源合并光束进一步匀光，在光源装置中仅需要设置一个匀光部件5，并不需要对不同的光源分别设置匀光部件，有利于简化光源装置结构，缩小光源装置体积。

在具体实施时，如图19所示，匀光部件5可以采用复眼透镜组，复眼透镜组包相对设置的第一复眼透镜和第二复眼透镜，第一复眼透镜和第二复眼透镜的表面均包括呈阵列排布的微小透镜单元。经过第二合光镜22合光之后的光束通常为平行光，在经过第一复眼透镜后聚焦到第二复眼透镜的各微小透镜单元的中心，第二复眼透镜将第一复眼透镜的成像光线重叠成像于照明面上。由此有效提高照明光束的均匀性和照明亮度。

除此之外，匀光部件5也可以采用光导管、光棒等元件，在此不做限定。

本公开实施例的另一方面，提供一种投影系统。图20为本公开实施例提供的投影系统的结构示意图之一，图21为本公开实施例提供的投影系统的结构示意图之二。

如图20和图21所示，投影系统包括上述任一光源装置100、照明光路 200、光阀调制部件300和投影镜头400。其中，照明光路200位于光源装置100的出光侧，光阀调制部件300位于照明光路200的出光侧，投影镜头400位于光阀调制部件300的反射光路上。

在一些实施例中，如图20所示，光源装置100中包括两种光源组件，分别为LED光源组件和激光光源组件，激光光源组件的亮度相较于LED光源组件更大，在光源装置中增加激光光源组件，并将激光光源组件出射的单色光与LED光源组件出射的三色光进行合光，可以在不改变LED光源组件结构的基础之上对光源装置进行改进，增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，在光源装置中增加激光光源组件通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；目前常见的激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此在将LED光源组件与激光光源组件相结合不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

在一些实施例中，如图21所示，在光源装置中增加了激光光源，激光光源的亮度相较于LED光源更大，在三色LED光源系统中增加激光光源，使激光光源的出射光与相同颜色的LED光源的出射光进行合光后再与其它颜色的LED光源进行合光，可以增加光源装置的出光亮度；激光光源本身具有较大色域，在光源装置中增加激光光源通过调配激光光源与LED光源的配比能够有效增强色彩表现能力、提高色域；目前常见的激光光源的体积和能耗均小于相对应的LED光源，因此在原有的LED光源系统中增加激光光源也不会使得光源装置的体积以及能耗过度增大。

照明光路200位于光源装置100的出光侧，照明光路200一方面对光源装置100的出射光进行准直，另一方面可以使光源装置100的出射光以合适的角度入射到光阀调制部件300。照明光路200可以包括多个透镜或透镜组，在此不做限定。

光阀调制部件300用于对入射光线进行调制后反射。在具体实施时光阀调制部件300可以采用数字微镜(Digital Micromirror Device，简称DMD)。通过照明光路200后，光束符合DMD所要求的照明尺寸和入射角度。DMD表面包括成千上万个微小反射镜，每个微小反射镜可单独受驱动进行偏转，通过控制DMD可以控制反射到投影镜头400中光线的亮度。

投影镜头400用于对光阀调制部件300的出射光进行成像，经过投影镜头400的成像之后用于投影成像。

投影系统通过控制激光光源和LED光源的颜色配比，可得到所需的增强色彩、色域和亮度后的画质。

尽管已描述了本公开的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1. 一种光源装置，包括：

   LED光源组件；所述LED光源组件至少包括：第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源；所述第一LED光源出射第一波段的光，所述第二LED光源出射第二波段的光，所述第三LED光源出射第三波段的光；

   激光光源组件，用于出射第四波段的激光，所述第一波段覆盖所述第四波段；

   第一合光组件，位于所述LED光源组件的出射光与所述激光光源组件的出射光的交汇处，所述第一合光组件用于反射所述LED光源组件的出射光，透射所述激光光源组件的出射光。
2. 如权利要求1所述的光源装置，所述第一合光组件包括反射区和透射区；所述反射区用于反射所述LED光源组件的出射光，所述透射区用于透射所述激光光源组件的出射光；

   所述反射区为反射镜，所述反射镜用于反射所述第一波段、所述第二波段和所述第三波段的光；所述透射区为通孔，所述通孔用于透射激光。
3. 如权利要求2所述的光源装置，所述通孔位于所述第一合光组件的中心；所述通孔的面积小于或等于所述LED光源组件出射光斑面积的1/10。
4. 如权利要求1～3任一项所述的光源装置，所述LED光源组件还包括：

   第四LED光源；所述第四LED光源出射所述第三波段的光，所述第四LED光源用于照射激发所述第二LED光源出射所述第二波段的光；

   所述激光光源组件包括：至少一个激光光源，用于出射所述第四波段的激光；

   所述第一波段的光为红色光，所述第二波段的光为绿色光，所述第三波段的光为蓝色光，所述第四波段的激光为红色光；

   所述第一LED光源为红光LED，所述第二LED光源为绿光LED，所述第三LED光源和所述第四LED光源均为蓝光LED；所述激光光源为红光激光芯片或红光激光器；

   所述第二LED光源包括蓝光LED芯片和绿色荧光粉；所述蓝光LED芯片的出射光激发所述绿色荧光粉出射绿色光；所述第四LED光源的出射光激发所述绿色荧光粉出射绿色光。
5. 如权利要求4所述的光源装置，所述LED光源组件还包括：

   第二合光组件，位于所述LED光源组件中各LED光源的出射光的交汇处，用于将各LED光源的出射光合光向所述第一合光组件出射；

   所述第二合光组件包括：第一合光镜和第二合光镜；

   所述第一LED光源和所述第二LED光源并列设置，所述第一LED光源和所述第三LED光源垂直设置，所述第二LED光源和所述第四LED光源垂直设置；

   所述第一合光镜位于所述第一LED光源的出射光和所述第三LED光源的出射光的交汇处，所述第一合光镜用于透射所述第三波段的光，反射所述第 一波段的光；

   所述第二合光镜位于所述第一合光镜的出射光和所述第二LED光源的出射光的交汇处以及位于所述第二LED光源的出射光和所述第四LED光源的出射光的交汇处，所述第二合光镜用于透射所述第二波段的光，反射所述第一波段和所述第三波段的光。
6. 如权利要求5所述的光源装置，所述LED光源组件还包括：

   第一准直透镜组，位于所述第一LED光源的出光侧；

   第二准直透镜组，位于所述第二LED光源的出光侧；

   第三准直透镜组，位于所述第三LED光源的出光侧；

   第四准直透镜组，位于所述第四LED光源的出光侧；

   缩束透镜组，位于所述第一合光镜和所述第二合光镜之间；

   第一匀光部件，位于所述第二合光镜的出光侧；所述第一匀光部件为复眼透镜组。
7. 如权利要求4～6任一项所述的光源装置，所述激光光源组件还包括：

   会聚透镜组，位于所述激光光源的出光侧；

   第二匀光部件，位于所述会聚透镜组的出光侧；所述第二匀光部件为光导管或光棒；

   第五准直透镜组，位于所述第二匀光部件的出光侧。
8. 一种光源装置，包括：

   第一LED光源，用于出射第一波段的光；

   第二LED光源，用于出射第二波段的光；

   第三LED光源，用于出射第三波段的光；

   至少一个激光光源，用于出射第四波段的激光，所述第一波段覆盖所述第四波段；

   第一合光组件，位于所述第一LED光源的出射光与所述激光光源的出射光的交汇处，所述第一合光组件用于将所述第一LED光源的出射光与所述激光光源的出射光合光；

   第二合光组件，位于所述第二LED光源的出射光、所述第三LED光源的出射光和所述第一合光组件的出射光的交汇处，所述第二合光组件用于将所述第一合光组件的出射光与所述第二LED光源的出射光、所述第三LED光源的出射光合光。
9. 如权利要求8所述的光源装置，还包括：

   第四LED光源；所述第四LED光源出射所述第三波段的光，所述第四LED光源用于照射激发所述第二LED光源出射所述第二波段的光；

   所述第一波段的光为红色光，所述第二波段的光为绿色光，所述第三波段的光为蓝色光，所述第四波段的激光为红色光；

   所述第一LED光源为红光LED，所述第二LED光源为绿光LED，所述第三LED光源和所述第四LED光源均为蓝光LED；所述激光光源为红光激光芯片或红光激光器；

   所述第二LED光源包括蓝光LED芯片和绿色荧光粉；所述蓝光LED芯 片的出射光激发所述绿色荧光粉出射绿色光；所述第四LED光源的出射光激发所述绿色荧光粉出射绿色光。
10. 如权利要求9所述的光源装置，所述第二合光组件包括：第一合光镜和第二合光镜；

    所述第一LED光源和所述第二LED光源并列设置，所述第二LED光源和所述第三LED光源垂直设置，所述第二LED光源和所述第四LED光源相对设置；所述第一LED光源和所述激光光源垂直设置；

    所述第一合光镜位于所述第二LED光源的出射光、所述第三LED光源的出射光和所述第四LED光源的出射光的交汇处，所述第一合光镜用于透射所述第三波段的光，反射所述第二波段的光；

    所述第二合光镜位于所述第一合光镜的出射光和所述第一合光组件的出射光的交汇处，所述第二合光镜用于透射所述第一波段的光，反射所述第二波段和所述第三波段的光。
11. 如权利要求10所述的光源装置，所述第一合光组件包括：

    反射镜，设置于所述第二合光镜上；所述反射镜用于将所述激光光源的出射光向所述第二合光镜反射；

    所述反射镜的中心点与所述第二合光镜的中心点的连线平行于所述第一LED光源的光出射方向。
12. 如权利要求10所述的光源装置，所述第一合光组件包括：

    第三合光镜，位于所述第一LED光源和所述第二合光镜之间，以及位于所述第一LED光源的出射光和所述激光光源的出射光的交汇处，所述第三合光镜用于反射所述第四波段的光，透射所述第一波段中除所述第四波段以外的光。
13. 如权利要求10所述的光源装置，所述第一合光组件包括：

    透光镜，位于所述第一LED光源与所述第二合光镜之间，以及位于所述第一LED光源的出射光和所述激光光源的出射光的交汇处；

    所述透光镜背离所述第一LED光源一侧的部分表面设置有反光层；所述反光层用于将所述激光光源的出射光向所述第二合光镜反射；所述透光镜除设置所述反光层的其它部分用于透射所述第一LED光源的出射光。
14. 如权利要求13所述的光源装置，所述反光层位于所述透光镜的中心位置；所述反光层的面积小于或等于所述第一LED光源的出射光斑面积的1/10。
15. 如权利要求10～14任一项所述的光源装置，还包括：

    第一准直透镜组，位于所述第一LED光源的出光侧；

    第二准直透镜组，位于所述第二LED光源的出光侧；

    第三准直透镜组，位于所述第三LED光源的出光侧；

    第四准直透镜组，位于所述第四LED光源的出光侧；

    会聚透镜组，位于所述激光光源的出光侧；

    缩束透镜组，位于所述第一合光镜和所述第二合光镜之间；

    匀光部件，位于所述第二合光镜的出光侧。
16. 一种投影系统，其特征在于，包括：如权利要求1～7任一项所述的光源装置或如权利要求8～15任一项所述的光源装置、照明光路、光阀调制部件和投影镜头；

    其中，所述照明光路位于所述光源装置的出光侧，光阀调制部件位于所述照明光路的出光侧，所述光阀调制部件用于对入射光线进行调制后反射；所述投影镜头位于所述光阀调制部件的反射光路上，所述投影镜头用于对所述光阀调制部件的出射光进行成像。

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