光源装置及激光投影系统的制作方法

1.本技术涉及激光调制领域，特别是涉及一种光源装置及激光投影系统。


背景技术：

2.微投产品通常采用单片式空间光调制器的方案，利用时间积分原理的三基色显示形成全彩显示。rgb三色led的光源方案在微投中应用广泛，即利用rgb依次反复进行开关的原理进行全彩色显示。但是由于单位面积的led光学扩展量较大，因此在投影系统中，由于光学扩展量的限制，导致led微投的亮度受限，通常只能应用于低亮度的显示中。
3.激光荧光光源，可以利用其光学扩展量小的优势，实现更高亮度的显示，近年来也应用在微投系统中。最常用的方法是采用蓝色激光激发分段荧光色轮的方法，依次产生rgb的照明光，通过时间积分实现全彩色。但是这种方案中，对色轮马达的转速精度要求极高，导致色轮的成本通常较高。并且由于色轮马达的尺寸限制，使得很难将光源部分的尺寸进一步减小，难以应用在对尺寸和便携性要求极高的微投产品中。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的上述技术问题，本技术采用的一个技术方案：提供一种光源装置，该光源装置包括：
5.第一光源，用于出射激发光；
6.第一偏振调控器，设置于激发光的光路上，用于调控激发光的偏振态；
7.第一匀光器，设置于经第一偏振调控器调制的出射光的光路上，用于将第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光进行匀光处理；
8.第一分光合光件，设置于第一匀光器的出射光的光路上，用于反射第一偏振态的激发光或透射第二偏振态的激发光；
9.第一波长转换装置，设置于经第一分光合光件反射的第一偏振态的激发光的光路上，接收第一偏振态的激发光并波长转换出射第一光；
10.第二波长转换装置，设置于经第一分光合光件透射的第二偏振态的激发光的光路上，接收第二偏振态的激发光并波长转换出射第二光；
11.第一分光合光件接收第一波长转换装置和第二波长转换装置出射的第一光和第二光，并透射第一光和反射第二光。
12.可选地，第一波长转换装置为第一荧光粉，光源装置进一步包括第一透镜组件，第一透镜组件设置于经第一分光合光件反射的第一偏振态的激发光的光路上，用于将第一偏振态的激发光聚焦于第一荧光粉，以及用于收集第一荧光粉出射的第一光。
13.可选地，第二波长转换装置为第二荧光粉，光源装置进一步包括第二透镜组件，第二透镜组件设置于经第一分光合光件透射的第二偏振态的激发光的光路上，用于将第二偏振态的激发光聚焦于第二荧光粉，以及用于收集第二荧光粉出射的第二光。
14.可选地，第一偏振调控器出射第一偏振态的激发光和第二偏振态的激发光之间具
有时间间隔；
15.光源装置进一步包括：
16.第二匀光器，设置于第一分光合光件的出射光的光路上，用于将第一光和第二光进行匀光处理；
17.激光器，用于在时间间隔内出射蓝色激光；
18.第一散射器件，设置于蓝色激光的光路上，用于将蓝色激光进行散射处理，以得到蓝光；
19.第三匀光器，设置于蓝光的光路上，用于将蓝光进行匀光处理；
20.第二分光合光件，设置于第二匀光器和第三匀光器的出射光的光路上，用于将匀光处理后的蓝光、第一光和第二光进行合光处理，以出射合成光。
21.可选地，第一偏振调控器出射第一偏振态的激发光和第二偏振态的激发光之间具有时间间隔；
22.光源装置器进一步包括：
23.第二匀光器，设置于第一分光合光件的出射光的光路上，用于将第一光和第二光进行匀光处理；
24.第二光源，用于在时间间隔内出射蓝光；
25.第三匀光器，设置于蓝光的光路上，用于将蓝光进行匀光处理；
26.第二分光合光件，设置于第二匀光器和第三匀光器的出射光的光路上，用于将匀光处理后的蓝光、第一光和第二光进行合光处理，以出射合成光。
27.可选地，光源装置进一步包括：
28.第二偏振调控器，设置于激发光的光路上，用于调控激发光的偏振态，以出射第三偏振态的激发光或第四偏振态的激发光；
29.偏振选择器，设置于经第二偏振调控器调制的出射光的光路上，用于反射第三偏振态的激发光或者透射第四偏振态的激发光；
30.其中，第四偏振态的激发光作为第一波长转换装置与第二波长转换装置的激发光源，第四偏振态的激发光经第一偏振调控器调控，以出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光。
31.可选地，光源装置进一步包括：
32.第二匀光器，设置于第一分光合光件的出射光的光路上，用于将第一光和第二光进行匀光处理；
33.反射镜，设置于经偏振选择器反射的第三偏振态的激发光的光路上，用于改变第三偏振态的激发光的传播路径；
34.散射器件，设置于反射镜的出射光的光路上，用于将第三偏振态的激发光进行散射处理，以得到第三光；
35.第二分光合光件，设置于第三光的光路上，用于将匀光处理后的第一光、第二光和第三光进行合光处理，以出射合成光。
36.可选地，第一荧光粉与第二荧光粉至少包括固定式荧光粉和不分段式的转动荧光轮子中的一种。
37.为解决现有技术中的上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案：提供一种激
光投影系统，该激光投影系统包括如上述的光源装置、电源、主板以及投影屏幕，电源连接光源装置和主板，主板连接光源装置，投影屏幕用于接收经光源装置调制的偏振光。
38.可选地，光源装置的发光器件包括荧光粉和发光光源，荧光粉至少包括固定式荧光粉和不分段式的转动荧光轮子中的一种。
39.本技术的有益效果是：区别于现有技术，本技术通过增设调控激发光偏振态的第一偏振调控器，第一偏振调控器将第一光源出射的激发光转换为第一偏振态的激发光，进而激发第一波长转换装置出射第一光，或将第一光源出射的激发光转换为第二偏振态的激发光，进而激发第二波长转换装置出射第二光，通过单个第一偏振调控器对第一波长转换装置和第二波长转换装置进行激发，能够提高工作效率以及降低成本。同时，第一偏振调控器一次只出射一种偏振态的激发光，使得第一波长转换装置接收第一偏振调控器出射的全部第一偏振态的激发光，或第二波长转换装置接收第一偏振调控器出射的全部第二偏振态的激发光，进而实现第一波长转换装置或第二波长转换装置的满负荷工作，有效提高第一波长转换装置出射的第一光或第二波长转换装置出射的第二光的亮度。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
41.图1是本技术光源装置第一实施例的结构示意图；
42.图2是本技术光源装置第二实施例的结构示意图；
43.图3是本技术第一偏振调控器与第一光源电源开关的对应关系图；
44.图4是本技术光源装置第三实施例的结构示意图；
45.图5是本技术光源装置第四实施例的结构示意图；
46.图6是本技术激光投影系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
47.为使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术所提供的光源装置及激光投影系统做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
49.请参阅图1，图1是本技术光源装置第一实施例的结构示意图。光源装置1包括第一光源10、第一偏振调控器11、第一匀光器12、第一波长转换装置21、第二波长转换装置31以
及第一分光合光件40。
50.第一光源10用于出射激发光，激发光作为第一波长转换装置21与第二波长转换装置31的激发光源。可选地，第一光源10可为激光器或led光源。具体地，激光器可为蓝色激光器或红色激光器等等，led光源可为蓝色led光源或uv-led光源等。
51.第一偏振调控器11设置于激发光的光路上，用于调控激发光的偏振态，以出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光。其中，本实施例第一偏振调控器11为电控液晶板，通过改变电控液晶板的电压，进而改变液晶的偏转状态，以使激发光以不同偏振态通过电控液晶板。区别于普通的液晶显示面板，本实施例第一偏振调控器11只需要对液晶进行整体性偏转的调控，不需要独立的像素调控。因此电控液晶板的开口率高，透过率高，同时由于不需要起偏片和检偏片，也不会带来散热问题，并且能够提高电控液晶板的可靠性。
52.可选地，第一偏振态的激发光可为预设偏振方向的蓝色激光、蓝色led光、uv光或其它颜色的激发光等等；第二偏振态的激发光可为与第一偏振态的激发光正交偏振的蓝色激光、蓝色led光、uv光或其它颜色的激发光等等。
[0053]“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。这意味着一个激光纵模(频率)一定是偏振的。同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
[0054]
可选地，在其他实施例中，第一偏振调控器11可为其它可调控偏振状态的器件。
[0055]
第一匀光器12设置于第一偏振态的激发光的光路上，或设置于第二偏振态的激发光的光路上，用于将第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光进行匀光处理。可选地，本实施例第一匀光器12可为复眼透镜或方棒。本实施例根据第一匀光器12能够获得较高的光能利用率和大面积的均匀照明，提高第一光源10出射的激发光的均匀性。
[0056]
第一分光合光件40设置于第一匀光器12的出射光的光路上，用于反射第一偏振态的激发光或者透射第二偏振态的激发光。第一分光合光件40上设置有偏振分光膜，对特定偏振方向的激发光进行反射，对与特定偏振方向的激发光正交偏振的激发光进行透射，即实现反射第一偏振态的激发光，透射第二偏振态的激发光。
[0057]
第一波长转换装置21设置于经第一分光合光件40发射的第一偏振态的激发光的光路上，接收第一偏振态的激发光并进行波长转换，以出射第一光。
[0058]
其中，第一波长转换装置21为第一荧光粉。可选地，第一荧光粉可为固定式荧光粉或不分段式的转动荧光轮子，具体可为红色荧光粉或纯红色荧光粉轮子，即第一波长转换装置21出射的第一光为红光。区别于分段式荧光轮，第一荧光粉对马达精度要求低，避免传统分段色轮的马达在尺寸和成本上的限制。其次，本实施例第一荧光粉不需要马达与其它元器件的同步控制，降低对马达转速精度的要求，同时避免马达高转速工作，降低系统噪音、提高荧光粉的散热性能以及降低生产成本。
[0059]
第二波长转换装置31设置于经第一分光合光件40透射的第二偏振态的激发光的
光路上，接收第二偏振态的激发光并进行波长转换，以出射第二光。
[0060]
其中，第二波长转换装置31为第二荧光粉。可选地，第二荧光粉可为固定式荧光粉或不分段式的转动荧光轮子，具体可为绿色荧光粉或纯绿色荧光粉轮子，即第二波长转换装置31出射的第二光为绿光。区别于分段式荧光轮，第二荧光粉对马达精度要求低，避免传统分段色轮的马达在尺寸和成本上的限制。其次，本实施例第二荧光粉不需要马达与其它元器件的同步控制，降低对马达转速精度的要求，同时避免马达高转速工作，降低系统噪音、提高荧光粉的散热性能以及降低生产成本。
[0061]
可选地，在其他实施例中第一荧光粉可为绿色荧光粉或纯绿色荧光粉轮子，第二荧光粉可为红色荧光粉或纯红色荧光粉轮子，即第一波长转换装置21出射的第一光可为绿光，第二波长转换装置31出射的第二光可为红光。
[0062]
第一分光合光件40接收第一波长转换装置21和第二波长转换装置31出射的第一光和第二光，并透射第一光以及反射第二光。
[0063]
进一步参阅图2，图2是本技术光源装置第二实施例的结构示意图。如图2所示，光源装置1进一步包括第一透镜组22和第二透镜组32。其中，第一透镜组件22设置于经第一分光合光件40反射的第一偏振态的激发光的光路上，第二透镜组件32设置于经第一分光合光件40透射的第二偏振态的激发光的光路上。
[0064]
第一透镜组22进一步包括第一透镜221以及第二透镜222，第一透镜221以及第二透镜222均为凸透镜，本实施例第一透镜组22通过双凸透镜的设置，将第一偏振态的激发光聚焦于第一荧光粉，以使第一荧光粉受激出射第一光；同时，第一透镜组22用于收集发散的第一光，并将第一光汇聚至第一分光合光件40。可选地，在其他实施例中，第一透镜组22可包括三个或三个以上的透镜，如三个、四个、五个等。
[0065]
第二透镜组32进一步包括第三透镜321以及第四透镜322，第三透镜321以及第四透镜322均为凸透镜，本实施例第二透镜组32通过双凸透镜的设置，将第二偏振态的激发光汇聚至第二荧光粉处，以使第二荧光粉受激出射第二光；同时，第二透镜组32用于收集发散的第二光，并将第二光汇聚至第一分光合光件40。可选地，在其他实施例中，第二透镜组32可包括三个或三个以上的透镜，如三个、四个、五个等。
[0066]
如图2所示，本实施例光源装置1进一步包括激光器52、第一散射器件53和第三匀光器51。激光器52用于出射蓝色激光，即激光器52为蓝色激光器。第一散射器件53设置于蓝色激光的光路上，用于将蓝色激光进行散射处理，以得到蓝光。可选地，第一散射器件53可为散射膜。第三匀光器51设置于蓝光的光路上，用于将蓝光进行匀光处理。
[0067]
结合图2，进一步参阅图3，图3是本技术第一偏振调控器与第一光源电源开关的对应关系图。如图3所示，第一偏振调控器11设置有第一状态和第二状态。当第一偏振调控器11的工作电压为第一电压时，此时第一偏振调控器11为第一状态；当第一偏振调控器11的工作电压为第二电压时，此时第一偏振调控器11为第二状态。由于第一偏振调控器11为电控液晶板，液晶在电压变换时发生偏转，其中液晶由第一状态转化为第二状态时需要有一段偏转的时间，因此第一偏振调控器11在第一状态和第二状态之间进行切换存在时间间隔，即第一偏振调控器11出射第一偏振态的激发光和第二偏振态的激发光之间具有时间间隔。
[0068]
由于液晶的偏转存在上升沿与下降沿的问题，第一偏振调控器11不能实现对第一
光源10出射的激发光的偏振状态瞬时改变，因此在第一状态和第二状态进行切换的期间，关闭第一光源10，待第一偏振调控器11的液晶偏转稳定时，重新开启第一光源10。本实施例通过在液晶偏转的过程中关闭第一光源10，待第一偏振调控器11的液晶偏转稳定后开启第一光源10，能够解决第一偏振调控器11不能对第一光源10出射的激发光的偏振状态瞬时改变而导致的颜色串扰的问题。
[0069]
光学三基色包括红色、绿色以及蓝色，由这三基色按照不同比例和强弱混合，可以产生自然界的各种色彩变化。为实现投影系统的图像显示，本技术设置第一波长转换装置21、第二波长转换装置31以及激光器52以出射红光、绿光以及蓝光。其中，本技术光源装置1的具体工作过程如下：
[0070]
当第一偏振调控器11接收第一电压时，即第一偏振调控器11处于第一状态时，第一波长转换装置21接收第一偏振调控器11输出的第一偏振态的激发光并进行波长转换，以出射红光；此时，激光器52处于关闭的状态。
[0071]
当第一偏振调控器11接收第二电压时，第一偏振调控器11包含的液晶由第一偏振态向第二偏振态转换，即第一偏振调控器11处于第一状态和第二状态之间的时间间隔时，关闭第一光源10并开启激光器52，激光器52输出的蓝色激光通过第一散射器件53出射蓝光。
[0072]
当第一偏振调控器11包含的液晶偏转完成时，即第一偏振调控器11处于第二状态时，关闭激光器52并开启第一光源10，第二波长转换装置31接收第一偏振调控器11输出的第二偏振态的激发光并进行波长转换，以出射绿光。
[0073]
本实施例通过在第一偏振调控器11激发第一波长转换装置21输出红光与第一偏振调控器11激发第二波长转换装置31输出绿光之间，使用激光器52和第一散射器件53出射蓝光，通过三基色的混合实现投影系统的图像显示，同时将补充的蓝光夹杂在红光与绿光之间，为第一偏振调控器11提供调整时间，防止第一偏振调控器11无法对第一光源10出射的激发光的偏振状态瞬时改变而导致的颜色串扰。
[0074]
如图2所示，本实施例光源装置1进一步包括第二匀光器41和第二分光合光件42。
[0075]
第二匀光器41设置于第一分光合光件40的出射光的光路上，用于将第一光和第二光进行匀光处理。
[0076]
第二分光合光件42设置于第二匀光器41和第三匀光器51的出射光的光路上，用于将匀光处理后的蓝光、第一光和第二光进行合光处理，以出射合成光至下一级的投影系统。
[0077]
其中，本实施例第二分光合光件42为二向色片，二向色片根据波长进行选择，反射短波长的光以及透射长波长的光，即反射蓝光，透射红光与绿光。蓝光、红光与绿光经第二分光合光件42合光处理后形成合成光，输出至下一级的投影系统，以实现三基色全彩显示。
[0078]
进一步参阅图4，图4是本技术光源装置第三实施例的结构示意图。区别于第二实施例，本实施例光源装置1设置第二光源50，用于出射蓝光。其中，第二光源50为蓝光led。本实施例通过设置第二光源50替代激光器52和第一散射器件53，能够降低生产成本。
[0079]
其中，本实施例的具体工作原理与上述实施例相似，在此不再赘述。
[0080]
进一步参阅图5，图5是本技术光源装置第四实施例的结构示意图。区别于第二实施例，本实施例光源装置1进一步包括第二偏振调控器13、偏振选择器14、反射镜15、第二散射器件16。
[0081]
第二偏振调控器13设置于激发光的光路上，用于调控激发光的偏振态，以出射第三偏振态的激发光或第四偏振态的激发光。可选地，第二偏振调控器13为电控液晶板，通过改变电控液晶板的电压，进而改变液晶的偏转状态，以使激发光以不同偏振态通过电控液晶板。可选地，在其他实施例中，第二偏振调控器13可为其它可调控偏振状态的器件。
[0082]
偏振选择器14设置于第三偏振态的激发光的光路上，或设置于第四偏振态的激发光的光路上，用于反射第三偏振态的激发光或者透射第四偏振态的激发光。
[0083]
其中，第四偏振态的激发光作为第一波长转换装置21与第二波长转换装置31的激发光源，第四偏振态的激发光经第一偏振调控器11调控，以出射第一偏振态的激发光或第二偏振态的激发光，进而激发第一波长转换装置21或第二波长转换装置31出射红光或绿光。
[0084]
需要说明的，在一实施方式中，第三偏振态的激发光和第一偏振态的激发光相同，第四偏振态的激发光和第二偏振态的激发光相同，即第三偏振态和第一偏振态的偏振方向相同，第四偏振态和第二偏振态的偏振方向相同；或第三偏振态的激发光和第二偏振态的激发光相同，第四偏振态的激发光和第一偏振态的激发光相同，即第三偏振态和第二偏振态的偏振方向相同，第四偏振态和第一偏振态的偏振方向相同。
[0085]
反射镜15设置于经偏振选择器14反射的第三偏振态的激发光的光路上，用于改变第三偏振态的激发光的传播路径。
[0086]
第二散射器件16设置于反射镜15的出射光的光路上，用于将第三偏振态的激发光进行散射处理，以得到第三光。可选地，第二散射器件16的出射光的光路上可设置匀光器件，用于对第三光进行匀光处理。
[0087]
为实现三基色全彩显示，第一光源10使用蓝色激发光源，以使第三光为蓝光。第二散射器件16出射的蓝光传输至第二分光合光件42处，与第一光和第二光合光处理后形成合成光，即蓝光、红光与绿光经第二分光合光件42合光处理后形成合成光，输出至下一级的投影系统，以实现三基色全彩显示。
[0088]
其中，本实施例的具体工作原理与上述实施例相似，在此不再赘述。
[0089]
本技术进一步提供一种激光投影系统60，参阅图6，图6是本技术激光投影系统一实施例的结构示意图。如图6所示，激光投影系统60包括光源装置61、主板62、投影屏幕63以及电源64。该光源装置61为上述实施例所揭示的光源装置1，在此不再赘述。
[0090]
电源64连接光源装置61和主板62，用于为光源装置61和主板62提供工作电压。
[0091]
主板62连接光源装置61，用于控制光源装置61的工作状态。具体地，主板62用于控制光源装置61的工作电压，进而控制光源装置61输出不同的偏振光。
[0092]
投影屏幕63用于接收经光源装置61调制而输出的偏振光，并根据不同的偏振光进行成像。
[0093]
本技术光源装置1通过增设调控激发光偏振态的第一偏振调控器11，第一偏振调控器11将第一光源10出射的激发光转换为第一偏振态的激发光，进而激发第一波长转换装置21出射第一光，或将第一光源10出射的激发光转换为第二偏振态的激发光，进而激发第二波长转换装置31出射第二光，通过单个第一偏振调控器11对第一波长转换装置21和第二波长转换装置31进行激发，能够提高工作效率以及降低成本。同时，第一偏振调控器11一次只出射一种偏振态的激发光，使得第一波长转换装置21接收第一偏振调控器11出射的全部
第一偏振态的激发光，或第二波长转换装置31接收第一偏振调控器11出射的全部第二偏振态的激发光，进而实现第一波长转换装置21或第二波长转换装置31的满负荷工作，有效提高第一波长转换装置21出射的第一光或第二波长转换装置31出射的第二光的亮度。此外，本技术使用固定式荧光粉或不分段式的转动荧光轮子作为第一荧光粉以及第二荧光粉，降低对马达的精度要求，避免传统分段色轮的马达在尺寸和成本上的限制，同时并且避免高转速马达，降低系统噪音、提高荧光粉的散热性能以及降低生产成本。
[0094]
以上仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。