申请/专利权人：深圳光峰科技股份有限公司

申请日：2017-04-07

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN108693688B

主分类号：G03B21/20(20060101)

分类号：G03B21/20(20060101);G02B27/09(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2018.11.16#实质审查的生效;2018.10.23#公开

摘要：本发明公开了一种光源系统及投影设备。该光源系统包括光源，用于发出相互平行的多束光束；匀光器件，用于调整源光的均匀性，所述匀光器件为双排微透镜阵列，所述源光避开所述双排微透镜阵列上的凹陷区；中继模组，用于将光束汇聚并成像。通过上述方式，本发明成本低、效率高，而且照度均匀，具有良好的用户体验。

主权项：1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：光源，用于发出源光，所述源光包括相互平行的多束光束；匀光器件，所述源光入射至匀光器件，所述匀光器件用于调整所述源光的均匀性，所述匀光器件为由溶胶-凝胶的工艺制成的双排微透镜阵列，所述双排微透镜阵列的透镜表面中心具有凹陷区，所述多束光束避开所述双排微透镜阵列上的凹陷区；中继模组，用于将光束汇聚并成像。

全文数据：光源系统及投影设备技术领域[0001]本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种用于激光光源的光源系统和投影设备。背景技术[0002]目前，用于激光光源的勾光器件主要有方棒和复眼。方棒分为实心方棒和空心方棒，其原理是利用光线在方棒内部全反射或镜面反射进行匀光，由于光线在方棒中的反射次数决定了最终的光斑均匀性，因此，方棒的长度较长以保证反射次数，增加了光学系统的光程与体积。相比之下，利用双复眼，即双排微透镜阵列作为匀光器件可以减小系统的体积。[0003]根据双复眼的匀光原理，如图1所示，高斯分布的激光入射第一排透镜阵列表面，被分割成若干个小的光斑单元，其光斑的尺寸h与微透镜的外形尺寸相同。在双复眼中，其厚度1即为微透镜单元的焦距f，因此，第一排复眼表面的光斑处于第二排复眼的焦平面上，第一排复眼上的每个光斑单元经第二排复眼叠加后经中继系统像成于像平面。设中继系统焦距为f，像平面上像高为h’，根据成像关系有，对于投影系统而言，由于整个光学系统的扩展量的限制，通常要求像高h’较小。另外，入射复眼表面的单束激光光束直径在Imm〜3.5mm之间，要保证每束激光光束被第一排复眼分割单元的个数在15以上，以此避免严重的衍射效应，因此微透镜的外形尺寸较大。最终需要双复眼比较厚以达到较大的f。[0004]复眼厚度的要求会给复眼的加工带来一定的难度。由于激光的功率大、能量集中，因此所用的复眼匀光器件必须采用石英玻璃材料，普通的塑料材料在激光的照射下极易损坏。制作石英玻璃复眼的工艺方法有光刻加工、机械加工、激光加工、粘接法等。但是利用上述工艺制作石英玻璃复眼成本极高，而普通的机械加工又不能满足精度的要求。另外还有一种溶胶-凝胶法制作复眼匀光器件的方法，其制作过程中需要一个放大两倍以上的复眼母体，母体通常为塑料材质的复眼，这种方法的成本低、效率高;但若采用此方法制成厚度需求大的双复眼，则制成的石英玻璃双复眼的中心会出现凹陷区域。这种中心有凹陷的复眼会造成成像光斑变形并且照度分布不均匀的现象，因此无法满足用户需求。[0005]因此，实有必要提供一种新的光源系统及投影设备以解决上述问题。发明内容[0006]本发明主要解决的技术问题是提供一种光源系统及投影设备，不仅成本低、效率高，而且照度均匀，具有良好的用户体验。[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种光源系统，所述光源系统包括：光源，用于发出源光，所述源光包括相互平行的多束光束；匀光器件，所述源光入射至匀光器件，所述匀光器件用于调整源光的均匀性，所述匀光器件为双排微透镜阵列，所述双排微透镜阵列的透镜表面中心具有凹陷区，所述多束光束避开所述双排微透镜阵列上的凹陷区；中继模组，用于将光束汇聚并成像。[0008]其中，所述源光的多束光束中两两光束之间的距离大于所述凹陷区的最大直径。[0009]其中，所述光源系统还包括位于所述光源与所述匀光器件之间的光路上用于减小所述源光的直径的压缩系统。其中，所述压缩系统均匀地减小各光束之间的距离。[0010]其中，所述压缩系统包括靠近所述光源的至少一个正透镜以及靠近所述匀光器件的至少一个负透镜，所述正透镜用于汇聚各所述光束，所述负透镜用于准直各所述光束。[0011]其中，所述正透镜和所述负透镜的主光轴重合，且所述正透镜和所述负透镜的靠近所述匀光器件一侧的焦点重合。[0012]其中，所述压缩系统用于改变源光的外围光束的光路，使得在垂直于源光中心轴的第一方向上减少光源的外围光束与光源的内围光束之间的距离。[0013]其中，所述压缩系统还用于改变源光的外围光束的光路，使得在垂直于源光中心轴的第二方向上减少光源的外围光束与光源的内围光束之间的距离。[0014]其中，所述压缩系统包括位于源光中心轴两侧沿第一方向相对设置的两组第一反射装置，所述源光经所述第一反射装置的反射作用减小所述源光在第一方向上的直径。[0015]其中，所述压缩系统包括位于源光中心轴两侧沿第二方向相对设置的两组第二反射装置，所述源光经所述第二反射装置的反射作用减小所述源光在第二方向上的直径。[0016]其中，所述源光的多束光束中两两光束之间的距离小于所述凹陷区的最大直径。[0017]其中，所述光源系统还包括位于所述光源与所述匀光器件之间的光路上的扩展系统，用于改变源光的内围光束的光路，使得所述源光的内围光束经所述扩展系统向光源的外围光束方向扩展，避开所述匀光器件的凹陷区。[0018]其中，所述凹陷区的直径为2mm〜4mm。[0019]其中，所述匀光器件由溶胶-凝胶的工艺制程。[0020]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种投影设备，该投影设备包括前文所述的任一项的光源系统。[0021]本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种光源系统及投影设备，光源系统包括:光源，匀光器件，中继模组，其中，光源用于发射具有相互平行的多束光束的源光，述匀光器件为双排微透镜阵列，所述双排微透镜阵列的透镜表面中心具有凹陷区，所述多束光束避开所述双排微透镜阵列上的凹陷区，解决了现有技术中光斑变形照明不均匀的技术问题。不仅成本低、效率高，而且照度均匀，具有良好的用户体验。附图说明[0022]图1是现有技术中双复眼的匀光原理图；图2是本发明光源系统的第一种实施方式的结构示意图；图3是图2所示结构在匀光器件上的光斑示意图；图4是本发明光源系统的第二种实施方式的结构示意图；图5是图4所示结构在匀光器件上的光斑示意图；图6是本发明光源系统的第三种实施方式的结构示意图；图7是本发明光源系统的第三种实施方式中光路示意图；图8是图6所示结构在匀光器件上的光斑示意图。具体实施方式[0023]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0024]实施例一请参阅图2,是本发明第一种实施例提供的一种光源系统的结构示意图。如图2所示，本实施例的光源系统包括光源401、压缩系统402、匀光器件403、中继模组404以及像平面405。[0025]其中，光源401用于发出源光，其中源光包括相互平行的多束光束。本实施例的光源为激光光源，发出多束激光光束。像平面405上涂覆有荧光粉，光源发出的激光源光通过本发明光源系统在像平面405成像并激发荧光粉发光。匀光器件403的中心具有直径为2mm〜4mm的凹陷区，多束光束避开该凹陷区。在本实施方式中，源光的多束光束中两两光束之间的距离大于所述凹陷区的最大直径。中继模组404为收集透镜，具体在本实施方式中为一凸透镜，其用于将光线汇聚到像平面405上成像。在可选择的其他实施方式中，也可以为起到汇聚作用的多个透镜，只要能够起到汇聚光线到像平面成像的作用，既是可以实施的。[0026]压缩系统402位于激光光束的光路上，用于减小源光的直径，减小不同激光光束之间的距离，同时也可以缩小系统的长度。匀光器件403用于调整光束的均匀性，在本实施方式中，匀光器件403为双排微透镜阵列，其表面由若干矩阵排列的微透镜单元组成。其中，每个透镜单元的焦距相同，第二排阵列处于第一排透镜的焦平面上，并且第二排阵列与第一排阵列完全相同且透镜单元一一对应。具体的，微透镜的外形为矩形或六边形。[0027]当源光的各个光束射入匀光器件403时，首先，激光光束入射第一排阵列时被分割成很多个小区域，在每个小区域内光斑的均匀性是较好的，第二排阵列将第一排阵列中每个区域的光斑叠加并通过后续的光学系统成像，所成像的均匀性是第一排每个区域均匀性的叠加与互补，因此，可以得到较好的均匀性。[0028]其中，双排微透镜阵列为采用溶胶-凝胶法的工艺制成，具体为采用石英玻璃粉作为溶质溶于溶剂中，注入模具中。在催化剂的作用下进行水解，发生缩合反应，并形成稳定的透明溶胶体系。溶胶再经陈化处理后聚合形成凝胶，凝胶经干燥、脱水后最终制备成微透镜阵列组件。这种方式制备的双排微透镜阵列成本低，效率高，但是在中心区的表面会有缩水现象发生，并形成一定的凹陷，具体参照图3。而在本实施方式中，由于源光先经过压缩系统402压缩，源光直径大大减小，约为1.5mm，光束彼此间距减小，减小到约为3mm，同时系统长度减小，因此恰好可以避开双复眼的中心的凹陷区域。参照图3所示，本发明压缩系统均匀地减小了各光束之间的距离，激光光束经过压缩系统402的压缩后有效地避开了中心缩水的区域，避免了光照的不均匀而影响使用效果。由于采用溶胶-凝胶法，也极大地降低了广品的成本，提尚了生广效率。[0029]具体在本实施方式中，压缩系统402包括正透镜和负透镜，其中，正透镜和负透镜的主光轴重合设置，且所述正透镜和所述负透镜的靠近所述匀光器件一侧的焦点重合，且正透镜位于主光轴前方，即正透镜靠近压缩系统402设置，负透镜靠近匀光器件403设置，且所述正透镜和所述负透镜的靠近所述匀光器件一侧的焦点重合。其中，正透镜为凸透镜用于汇聚各所述光束，负透镜为凹透镜，用于准直各所述光束。相互平行的激光光束进入压缩系统402后，首先经过正透镜汇聚，再经过负透镜后使得出射光路平行于入射光路射出。这样，经过压缩系统402后的光束的方向不变，但光束之间的距离缩小，使得光束能够避开匀光器件403的中心缩水区。上述仅为最优的实施方式，实施上，压缩系统402也可以为多个凸透镜和多个凹透镜的组合，只要能够实现上述功能，即是可以实施的。[0030]实施例二参照图4和图5所示，本实施方式与上一种实施方式大致相同，光源系统包括光源601、压缩系统602、匀光器件603、中继模组604以及像平面605。[0031]区别在于，压缩系统602的结构不同。由于源光为相互平行的多束光束组成，因此具有靠近光源中心的内围光束和远离光源中心的外围光束。如图4所不，其中垂直源光光束的方向包括平行于图4视平面的第一方向和垂直于图4视平面的第二方向。本实施方式中，压缩系统改变了源光的外围光束的光路在垂直于源光中心轴的第一方向上减少了外围光束与内围光束之间的距离。具体的，压缩系统602包括位于源光中心轴两侧沿第一方向相对设置的两组第一反射装置，两组第一反射装置分别将光束沿第一方向向主光轴方向压缩，使得经过压缩系统602后光束的方向不变，但外围光束与内围光束之间的距离缩小，使得能够避开匀光器件603的中心缩水区。[0032]具体的，在本实施方式中，每组第一反射装置包括两个平行且相对设置的反射镜。光束经过二次反射后，光路的方向不变，而向源光主光轴方向聚拢。此时在匀光器件603上形成的光斑如图5所示，有效地避开了中心缩水区。当然，在可选择的其他实施方式中，也可以设置两个以上的反射镜，只要能够实现上述功能，即是可以实施的。[0033]实施例三参照图6和图7所示，本实施方式是在上述两种实施例的基础上做了进一步的改进。参照图6和图7,以在第二种实施例的基础上改进为例进行说明，事实上，也可以在第一种实施例的基础上进行改进。[0034]光源系统包括光源801、压缩系统802、匀光器件803、中继模组804以及像平面805。[0035]在上述实施例的基础上，进一步的，压缩系统还包括靠近匀光器件的位于源光中心轴两侧沿第二方向相对设置的两组第二反射装置，用于对光束进行二次压缩，改变所述的外围光束的光路，使得在第二方向上减小了光源的外围光束与内围光束之间的距离，源光经所述第二反射装置的反射作用减小在第二方向上的直径。其中第二反射装置与第一反射装置的结构类似，可以为反射镜，也可以设置两个或两个以上的反射镜，只要能够实现上述功能，即是可以实施的。具体在本实施方式中，包括组成第一反射装置的第一反射镜、和第二反射镜以及组成第二反射装置的第三反射镜和第四反射镜。参照图7所示，以其中一束光束的路径为例，光束顺序经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射。其中Y轴做为源光的主光轴。其中第一反射镜和第二反射镜垂直于XY平面，第三反射镜和第四反射镜垂直于YZ平面。四面反射镜都与入射光呈45度角但不限于45度角设置。第一反射镜和第二反射镜使得光束与光轴在X方向上的距离减小，第三反射镜和第四反射镜使得光束与光轴在Z方向上的距离减小。从而使得周围的光束往光轴靠近。其形成的光斑参照图8所示，使得光束进一步避开匀光器件803的中心缩水区，以保证产品的可靠性。[0036]实施例四本实施方式与前述的实施方式大致相同，区别在于，在本实施方式中，源光的多束光束中两两光束之间的距离小于所述凹陷区的最大直径。与之相应的，本实施方式中还设置扩展系统。[0037]扩展系统位于所述光源与所述匀光器件之间的光路上用于改变光源的内围光束的光路，从而缩小外围光束与内围光束之间的距离，使得内围光束经过扩展系统后向外围光束方向扩展，使得内围光束靠近外围光而光源的直径不改变，这样就避开了匀光器件中心的凹陷区。[0038]本发明实施例还提供一种投影设备，该投影设备包括如前文所述的光源系统。投影设备为教育投影仪、激光电视、微投或影院机。[0039]综上所述，本发明的光源系统及投影设备，不仅成本低、效率高，而且照度均匀，具有良好的用户体验。[0040]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：光源，用于发出源光，所述源光包括相互平行的多束光束；匀光器件，所述源光入射至匀光器件，所述匀光器件用于调整所述源光的均匀性，所述匀光器件为双排微透镜阵列，所述双排微透镜阵列的透镜表面中心具有凹陷区，所述多束光束避开所述双排微透镜阵列上的凹陷区；中继模组，用于将光束汇聚并成像。2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述源光的多束光束中两两光束之间的距离大于所述凹陷区的最大直径。3.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括位于所述光源与所述匀光器件之间的光路上用于减小所述源光的直径的压缩系统。4.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统均匀地减小各光束之间的距离。5.根据权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统包括靠近所述光源的至少一个正透镜以及靠近所述匀光器件的至少一个负透镜，所述正透镜用于汇聚各所述光束，所述负透镜用于准直各所述光束。6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述正透镜与所述负透镜的主光轴重合，且所述正透镜和所述负透镜的靠近所述匀光器件一侧的焦点重合。7.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统用于改变所述源光的外围光束的光路，使得在垂直于源光中心轴的第一方向上减少所述光源的外围光束与所述光源的内围光束之间的距离。8.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统还用于改变所述源光的外围光束的光路，使得在垂直于源光中心轴的第二方向上减少所述光源的外围光束与所述光源的内围光束之间的距离。9.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统包括位于源光中心轴两侧沿第一方向相对设置的两组第一反射装置，所述源光经所述第一反射装置的反射作用减小在第一方向上的直径。10.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述压缩系统还包括位于源光中心轴两侧沿第二方向相对设置的两组第二反射装置，所述源光经所述第二反射装置的反射作用减小在第二方向上的直径。11.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述源光的多束光束中两两光束之间的距离小于所述凹陷区的最大直径。12.根据权利要求11所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括位于所述光源与所述匀光器件之间的光路上的扩展系统，用于改变所述源光的内围光束的光路，使得所述源光的内围光束向所述光源的外围光束方向扩展，从而避开所述匀光器件的凹陷区。13.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述凹陷区的直径为2_〜4_。14.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述匀光器件由溶胶-凝胶的工艺制程。15.—种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如权利要求1-14任一项所述的光源系统。

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