光学投影装置的光源模块和包含光源模块的光学投影装置

摘要

本发明涉及一种用于光学投影装置的光源模块和光学投影装置，该光源模块包括多个发光单元、至少两个光学单元，以及至少两个光转换单元，第一发光单元的光线经过第一光学单元和第二光学单元处理后作为第一出射光出射，第二发光单元的光线经过第一光学单元处理后并经过第一光转换单元转换后形成第一转换光，第三发光单元的光线经过第二光学单元处理后并经过第二光转换单元转换后形成第二转换光，其中，第二转换光经过第二光学单元处理后，并经过第一光学单元处理后作为第二出射光出射，并且第一转换光经过第一光学单元处理后作为第三出射光并结合第一和第二出射光形成第一束包括第一波长、第二波长以及第三波长的出射光。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光学投影装置的光源模块包含有该光源模块的 光学投影装置。

背景技术

投影机的发展和普及为各种大中型会议或者展览提供了极大的便利。 适于单个人或者二至三个人的会议、数码相机照片显示、个人掌上电脑多 媒体信息显示等的投影机需要设计的更加轻巧并便于随身携带，还要求投 影机能够快速开启和关闭，同时还要具有更低的功耗、更长的使用寿命和 相对低廉的成本。然而，现在广泛使用的弧光灯光源的投影机，它不仅功 耗大而且还体积大，限制了其在个人投影领域的应用。

随着激光技术的发展以及激光装置的小型化，激光投影装置被越来越 广泛的应用。在激光投影装置的光源中通常会使用荧光体色轮和二向色镜 片来处理来自发光单元的光线，以出射包含有理想的波长的光束，例如包 含有红、绿、蓝色光，然而其中，由二向色镜阻挡的光线并没有被充分利 用，使得光引擎的光效率低。此外，为了使光源产生一束或多束具有三色 的光，即红、绿、蓝色的光线，现有的激光投影装置由于使用了复杂的光 源结构，例如为了产生一束具有三色的光线需要至少使用四个二向色镜 片，因此其光引擎的体积较大，使得激光投影装置的体积也较大。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种新型的用于光学投影装 置的光源模块以及包含有该光源模块的光学投影装置。根据本发明的光源 模块能够提供高的光输出效率，采用了数量减少的二向色镜，具有紧凑的 光学结构布置，并且利用该紧凑的结构能够产生一束或多束具有三色的出 射光。

本发明的一个目的通过这样一种用于光学投影装置的光源模块来实 现，即一种用于光学投影装置的光源模块，包括能够发出具有第一波长的 光线的多个发光单元、至少两个能够以第一形式和第二形式处理入射光的 光学单元，以及至少两个光转换单元，其中，第一发光单元的光线经过第 一光学单元和第二光学单元以第一形式处理后作为第一出射光出射，第二 发光单元的光线经过第一光学单元以第一形式处理后并经过第一光转换 单元转换后形成包括具有第二波长的光线的第一转换光，第三发光单元的 光线经过第二光学单元以第一形式处理后并经过第二光转换单元转换后 形成包括具有第三波长的光线的第二转换光，其中，第二转换光经过第二 光学单元以第二形式处理后，并经过第一光学单元以第一形式处理后作为 第二出射光出射，并且第一转换光经过第一光学单元以第二形式处理后作 为第三出射光并结合第一出射光和第二出射光形成第一束包括第一波长、 第二波长以及第三波长的出射光。

根据以上的本发明的设计，该光源模块能够在仅仅利用两个光学单 元，例如两个二向色镜的情况下即可实现一束包括平行出射的蓝光、红光 和绿光并具有三种波长的三色出射光。这相对于现有技术中例如必须至少 使用四个二向色镜来实现一束三色光而言，有效地减少了光源模块的组成 部件，使得该光源模块更为紧凑。根据本发明的光源模块具有减少的光学 部件和因此而缩短的光路径，这提供了更高的光传输效率和光输出率。此 外，根据本发明的光源模块还能够有效的再次利用由光学单元阻挡或者过 滤掉的光线，并提供了利用该光线形成第二束三色光的可能性。

根据本发明的优选的实施例，第一形式为反射的形式并且第二形式为 透射的形式，或者第一形式为透射的形式并且第二形式为反射的形式。实 施为例如二向色镜的光学单元能够同时提供反射和透射两种功能，即在入 射光包括不同波长的光线时，该光学单元能够使得一种波长的光线透射过 去，使得另一种波长的光线被阻挡并被反射，由此可用于将不同波长的光 线进行重新组合，这种设置对于由例如荧光体色轮而转换后的包括多种波 长的转换光而言是非常有利的。

根据本发明的优选的实施例，第一光转换单元和第二光转换单元分别 设置在第二光学单元的两侧，并且第一发光单元和第一光转换单元设置在 第二光学单元的同一侧。这由此提供了一种有效利用仅仅两个光学单元而 实现出射一束三色出射光的光学结构布置。

根据本发明的优选的实施例，第一光转换单元和第二光转换单元设置 在第二光学单元的同一侧，并且第一发光单元和第一光转换单元分别设置 在第二光学单元的两侧。这由此提供了另一种有效利用仅仅两个光学单元 而实现出射一束三色出射光的光学结构布置。

优选的是，第一转换光还包括具有第三波长的光线，并且第二转换光 还包括具有第二波长的光线。由例如荧光体色轮转换后的转换光可包括多 种波长的光线，可利用这些光线形成多于一束的具有三色的出射光，以实 现利用简单和紧凑的光学结构布置而生成多束三色光。

优选的是，第四发光单元的光线经过第三光学单元以透射的形式处理 后作为第四出射光出射，第一转换光的具有第三波长的光线经过第一光学 单元和第三光学单元以反射的形式处理后作为第五出射光出射，并且，第 二转换光的具有第二波长的光线经过第二光学单元和第一光学单元以透 射的形式处理，并再经过第三光学单元以反射的形式处理后作为第六出射 光出射，从而第四出射光结合第五出射光和第六出射光形成第二束包括第 一波长、第二波长以及第三波长的出射光。根据这样的配置，在利用例如 三个光学单元，即例如三个二向色镜的情况下，该光源模块能够出射两束 三色光，这相比于形成一束三色光的光源结构只添加了一个光学单元。利 用同一个光学模块形成两束三色光对于例如3D成像应用而言是非常有利 和重要的。

优选的是，第四发光单元的光线经过第三光学单元和第四光学单元以 透射的形式处理后作为第四出射光出射，第一转换光的具有第三波长的光 线经过第一光学单元以透射的形式处理，并经过第三光学单元以反射的形 式处理后作为第五出射光出射，并且，第二转换光的具有第二波长的光线 经过第二光学单元以透射的形式处理，并经过第四光学单元以反射的形式 处理后作为第六出射光出射，从而第四出射光结合第五出射光和第六出射 光形成第二束包括第一波长、第二波长以及第三波长的出射光。由此，这 在基于前述的一种形成一束三色光的光学结构布置的基础上，通过添加额 外两个光学单元，以形成两束三色光。

对于本发明有利的是，第一出射光、第二出射光和第三出射光为相互 平行的光。平行出射光对于位于光源模块下游的其他光学部件而言是非常 有利的，可例如免除了其他光学部件对光线进行二次准直。

有利的是，第四出射光、第五出射光和第六出射光为相互平行的光。 根据本发明，在利用同一个具有紧凑的光学结构的光源模块时，光源能够 形成两束三色的平行出射光，并且每束三色光分别由三路不同路径的单色 光构成。

有利的是，第一光学单元、第二光学单元和第三光学单元设置为彼此 平行的。平行设置的光学单元有利的实现了出射平行光，简化了光源模块 的光学结构。

有利的是，第一光学单元、第二光学单元、第三光学单元和第四光学 单元设置为彼此平行的。这由此简化了为形成两束三色光的光源模块的光 学结构。

优选的是，光学单元配置为二向色镜。实施为二向色镜的光学单元能 够同时提供反射和透射两种功能，即在入射光包括不同波长的光线时，该 光学单元能够使得一种波长的光线透射过去，使得另一种波长的光线被阻 挡并被反射。

优选的是，发光单元配置为具有经过准直校正的激光光源。激光光源 有利的提供了入射至各光学部件的平行光线，并且激光提供了高功率的光 束，在将激光作为泵浦光投射至例如荧光体色轮时，能有效地获得高输出 率的转换光，由此可提高光源模块的光输出率。

优选的是，第一光转换单元和第二光转换单元为荧光体色轮。在将激 光作为泵浦光投射至荧光体色轮上时，可从色轮的反射光获得经过波长转 换的光线，例如由蓝色光获得包括转换后的绿色光和红色光的光线。

优选的是，具有第一波长的出射光为蓝色光，具有第二波长的出射光 为红色光，具有第三波长的出射光为绿色光。根据本发明的光源模块能够 有效的提供具有三色光，即蓝光、绿光和红光的出射光，这有利的提供了 便于进行成像的三原色光束。

优选的是，第一光转换单元和第二光转换单元配置为静态的或者能够 线性移动的。发光单元的光线照射在光转换单元上后，被光转换单元上的 光转换材料而转换波长。设计例如为线性移动的光转换单元可以改变光线 照射并聚焦在光转换单元上的位置，以改变由光转换单元发射出的转换光 线中所具有的不同波长的光线的比例，从而对转换光进行调制。

本发明的另一个目的通过这样一种光学投影装置来实现，该光学投影 装置包括以上的光源模块。该光学投影装置具有根据本发明的紧凑的光源 模块，并只需数量减少的光学单元即可实现由光源模块提供一束或多束三 色光。

本发明的另一个目的通过这样一种用于光学投影装置的光源模块来 实现，该光源模块包括能够发出包括第一波长的光线的多个发光单元、能 够以第一和第二形式处理光线的光学单元和光转换单元，其中，第一发光 单元的光线经过光转换单元转换后形成包括具有第二波长光线的第一转 换光，第二发光单元的光线经过光转换单元转换后形成包括第三波长的第 二转换光，第三发光单元的第三光线经过光学单元以第一形式处理后出 射，其中，第一转换光和第二转换光经过光学单元以第二形式处理后出射， 使得从光源模块出射的光束包括对应于第一波长、第二波长和第三波长的 光线。

来自不同发光单元的泵浦光线可以照射在光转换单元上的不同的分 开的位置，并由光转换单元将投射至不同位置的光线分别转换成具有波长 改变的光线出射出去，由不同位置射出的光线的波长也不相同。由此，在 例如光转换单元线性移动，导致投射的光线在光转换单元上的相对位置改 变时，在分开的位置由光转换单元转换并射出的光线具有改变的波长和改 变的输出量，从而对改变的波长的不同光线的混合比例进行调制。

对于本发明的实施例优选的是，第一形式为反射的形式并且第二形式 为透射的形式，或者第一形式为透射的形式并且第二形式为反射的形式。

优选的是，第一发光单元的光线和第二发光单元的光线投射到光转换 单元上的不同位置后分别形成第一转换光和第二转换光。

优选的是，在光转换单元上的不同位置设置有对入射光线的波长进行 转换的波长转换材料。

对于本发明有利的是，波长转换材料以同心环的方式设置在光转换单 元的表面上。

本发明的一个目的还通过这样一种光学投影装置来实现，其中，光学 投影装置包括上述的光源模块。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图 图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图 中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：

图1示出根据本发明的第一实施例的光源模块的示意图；

图2示出根据本发明的第二实施例的光源模块的示意图；

图3示出根据本发明的第三实施例的光源模块的示意图；

图4示出根据本发明的第四实施例的光源模块的示意图；

图5示出根据本发明的第五实施例的光源模块的示意图；

图6示出根据本发明的光源模块所使用的光转换单元的俯视示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施例的光源模块100的示意图。根据本 发明的第一个实施例，光源模块100包括两个光学单元，即第一光学单元 1和第二光学单元2，优选为二向色镜，还包括分开设置的第一光转换单 元5和第二光转换单元6，以及不同的发光单元A、B、C作为投射至光 学单元1、2和光转换单元5、6上的光的光源。各发光单元优选的设置为 具有经过准直校正的激光光源。各光转换单元5、6都优选为荧光体色轮， 并且可优选的被配置为静态的或者能够线性移动的。如图1所示的，两个 光转换单元5、6分别布置在第二光学单元2的不同的两侧，并且第一发 光单元A设置在与第一光转换单元5同侧。

此外，在该实施例中，第一发光单元A、第二发光单元B和第三发光 单元C能够发出具有第一波长的激光，例如为蓝色激光。此外，为了描述 清楚和简洁，以下在图2至图4示出的第二、第三、第四实施例中的第一 发光单元A、第二发光单元B和第三发光单元C的出射光都与图1示出 的第一实施例中的各发光单元相对应。

如图1所示，来自第一发光单元A的蓝色激光投射至第二光学单元2 上，经过第二光学单元2反射后再经过第一光学单元1反射后形成第一出 射光L1，该出射光波长并未改变。第二发光单元B的蓝色激光经过第一 光学单元1反射后投射到第一光转换单元5上，经过在第一光转换单元5 上的荧光体材料的波长转换后形成红色光，该红色光出射至第一光学单元 1上，在第一光学单元1处透射出射形成第二出射光L2。第三发光单元C 的蓝色激光被第二光学单元2反射后照射在第二光转换单元6上，经过转 换形成绿色光，该绿色光经过第二光学单元2透射，并经过第一光学单元 1反射后出射形成第三出射光L3。第一出射光L1、第二出射光L2和第三 出射光L3平行出射，共同构成一束具有三原色光线，即红色光线、绿色 光线和蓝色光线的出射光。

图2示出根据本发明的第二实施例的光源模块100的示意图。与图1 示出的第一实施例不同的是，两个光转换单元5、6是布置在第二光学单 元2的同一侧，但第一发光单元A布置在第二光学单元2的与第一光转换 单元5和第二光转换单元6不同的一侧。

与第一实施例相比，在图2示出的第二实施例中，第一发光单元A的 蓝色激光依次经过第二光学单元2和第一光学单元1透射出射形成第一出 射光L1。来自第二发光单元B和第三发光单元C的蓝色激光分别透射穿 过第一光学单元1和第二光学单元2后，分别投射在第一和第二光转换单 元5、6上，由此，第一光转换单元5将入射光转换为红色光，该红色光 被第一光学单元1反射出射，形成第二出射光L2，第二光转换单元6将 入射光转换为绿色光，该绿色光被第二光学单元2反射出射，形成第三出 射光L3。与第一实施例类似，第二实施例中的第一、第二和第三出射光 L1、L2、L3共同构成一束具有三原色的出射光。

图3示出根据本发明的第三实施例的光源模块100的示意图。与第一 实施例相比，为了形成两束均具有三原色的出射光，在第一实施例的基础 上添加了第三光学单元3，并还添加了第四发光单元D。经过第一和第二 光学单元1、2反射而投射至光转换单元上的蓝色激光在各光转换单元上 被转换成了包括红色和绿色的光线的混合光。由于在各光转换单元上均匀 地设置有例如黄色荧光体的波长转换材料，从各光转换单元反射出的光线 是包括多种波长的混合光线。

由此，例如，第三发光单元C的蓝色激光经第二光学单元2反射后投 射至第二光转换单元6上，被转换成具有红色和绿色的光线的混合光。该 混合光直接透射经过第二光学单元2，但在投射至第一光学单元1上时， 绿色光被第一光学单元1反射并作为第一束出射光的绿色的第三出射光 L3而出射，红色光并没有改变方向从第一光学单元1透射而投射至第三 光学单元3上，并被第三光学单元3反射而形成第二束出射光的红色的第 六出射光L6。

类似的，例如，第一发光单元A的蓝色激光经过第一和第二光学单元 1、2处理后作为第一束出射光的蓝色的第一出射光L1，由第一光转换单 元5转换后并经过第一光学单元1透射的红色光作为第一束出射光的红色 的第二出射光L2。从而，在第三实施例中，光源模块100利用四个发光 单元、三个光学单元以及两个光转换单元形成两束出射光，每束出射光都 具有红色、蓝色、绿色的三原色。

图4示出根据本发明的第四实施例的光源模块100的示意图。与图2 示出的第二实施例相比，由图4示出的第四实施例增加了两个光学单元和 一个发光单元，以形成两束出射光，并且每束出射光都具有三原色。由第 一发光单元A的蓝色激光和由第一和第二光学单元1、2反射的转换光构 成第一束出射光，包括第一出射光L1、第二出射光L2和第三出射光L3。 相应的，由第四发光单元D的蓝色激光和由第三和第四光学单元3、4反 射的转换光构成第二束出射光，包括第四出射光L4、第五出射光L5和第 六出射光L6。

图5示出根据本发明的第五实施例的光源模块100的示意图。在该实 施例中，在光转换单元8上的不同位置设置有不同的光转换材料，例如以 如图6所示出的形式进行布置。在图6中，具有不同的波长转换性能的材 料以同心圆环的方式设置在光转换单元8的表面上。由此，如图5示出的， 第一发光单元E的蓝色激光经过光学单元7反射而照射在光转换单元8的 第二位置82上，即光转换单元8的表面的内环上，经过该处的波长转换 材料处理形成为第一转换光L7，即红色光出射。相应的，第二发光单元F 的蓝色激光经过光学单元7反射而照射在第一位置81上，即光转换单元8 的表面的外环上，经过该处的波长转换材料处理形成为第二转换光L8， 即绿色光出射。该光转换单元8是可设置为相对于发光单元是静态的或者 是线性可移动的，这样经过光学单元7反射的光线投射在光转换单元8上 的位置会发生改变，由此来改变经过光转换单元8转换的出射光所包含的 不同波长的光线的比例，以对例如出射光的颜色进行调制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。

参考标号

1第一光学单元

2第二光学单元

3第三发光单元

4第四发光单元

5第一光转换单元

6第二光转换单元

A第一发光单元

B第二发光单元

C第三发光单元

D第四发光单元

L1第一出射光

L2第二出射光

L3第三出射光

L4第四出射光

L5第五出射光

L6第六出射光

100光源模块

E第一发光单元

F第二发光单元

G第三发光单元

7光学单元

8光转换单元

81第一位置

82第二位置

L7第一转换光

L8第二转换光。