CN113126404B - 光源装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光源装置，包括：第一光源模块，用于输出第一光束；第二光源模块，用于输出第二光束；所述第一光束的光学扩展量小于所述第二光束的光学扩展量；偏振光转换器，用于对所述第一光束和/或所述第二光束进行偏振转换；光学扩展量增大模块，设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上，用于对所述第一光束的光学扩展量进行增大，从而可以使得入射至偏振光转换器的第一光束光学扩展量增大，降低第一光束入射至偏振光转换器的光功率密度，避免器件因发热过多引起的可靠性问题。

Description

光源装置

技术领域

本申请涉及投影技术领域，特别是涉及光源装置。

背景技术

由于偏振投影显示***是基于偏振光的工作模式，因此需要使用偏振器件。而传统的照明光源均为非偏振光源，直接将非偏振光转变成偏振光将损失至少50％以上的能量。为此人们提出使用起偏器件，使得非偏振光经过起偏器件之后，先偏振，再将其中的一个偏振分量转换为另外一种分量。这样非偏振光经过该器件后就以某种偏振的方式输出，而且可以具有原来非偏振光的80％以上的能量。

常用的起偏器件有PBS和PCS。偏振分光棱镜PBS能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中，P偏振光完全通过，S偏振光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角，或者S偏振光完全通过，P偏振光以45度角被反射，出射方向与S光成90度角。偏振分光棱镜PBS由一对直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。偏振光转换器PCS(polarization conversion system)是将多个PBS棱镜胶合在一起，并在各个P光路或S光路处连接1/2波片，将P光转换成S光或将S光转换为P光，从而使得从偏振光转换器PCS出射的光只有一种偏振态。

对于需要出射一种偏振态的光时，PCS使用较为广泛。由于PCS各个棱镜之间需要使用胶进行连接，且1/2波片与棱镜之间也使用胶连接。胶为有机材料不能耐受高温，温度过高时会加快胶的老化，从而会使得PCS的可靠性变差。

激光对于普通光源而言，具有优越的偏振特性。激光光源相比于氙灯等其他光源，光斑小、光学扩展量小、光功率密度大，当光束入射到胶水上时，与氙灯等其他光源相比，同样光功率下，激光在胶水单位面积所产生的热量会很大。

发明内容

本申请主要提供一种光源装置，以解决现有技术中光源入射至偏振光转换器导致器件发热多可靠性降低的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本申请提供一种光源装置，包括：第一光源模块，用于输出第一光束；第二光源模块，用于输出第二光束；所述第一光束的光学扩展量小于所述第二光束的光学扩展量；偏振光转换器，接收所述第一光束及所述第二光束，并对所述第一光束和/或所述第二光束进行偏振转换；光学扩展量增大模块，设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上，用于对所述第一光束的光学扩展量进行增大。

增大入射至偏振光转换器的第一光束的光学扩展量，从而减少第一光束入射至偏振光转换器时产生的发热量，提高器件可靠性。

一种实施例中，所述光学扩展量增大模块为散射元件，所述散射元件设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上。

所述散射元件可以为反射型散射元件或透射式散射元件。

光源装置还包括第三光源模块、分光元件；所述第三光源模块用于出射与所述第一光束波长不同的第三光束；所述分光元件，设置在所述第一光源模块以及所述第三光源模块与所述散射元件之间，用于将所述第一光束引导至所述散射元件光路，将所述第三光束引导至非所述散射元件光路。

光源装置还包括分区段透射反射轮、波长转换装置，所述分区段透射反射轮设置在所述第一光源模块的出光光路上，用于将所述第一光束一部分引导至所述波长转换装置上以产生所述第二光束。

光源装置还包括匀光组件，设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上；所述光学扩展量增大模块为距离调节模块，用于调节所述匀光元件与所述偏振光转换器之间的距离。

另一方面，本申请提供另一种光源装置包括：第一光源模块，用于输出第一光束；第二光源模块，用于输出第二光束；所述第一光束的光学扩展量小于所述第二光束的光学扩展量；偏振光转换器，接收所述第二光束，并对所述第二光束进行偏振转换；合光模块，设置在所述偏振光转换器的出光光路上，用于将经所述偏振光转换器输出的第二光束和未经所述偏振光转换器的第一光束合光。

通过将合光模块设置在偏振光转换器的出光光路上，避免第一光束入射至偏振光转换器，从而从根本上解决第一光束入射至偏振光转换器导致其发热过多可靠性下降的问题。

在一种实施方式中，上述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接；所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；所述与第一光束偏振态垂直的第二光束透射所述偏振分光介质膜后，透过所述第一材料出射；所述半波片通过第二材料连接到所述偏振分光棱镜的出光光路上，用于对偏振光的偏振状态进行转换；所述第二材料之间形成有可容光源通过的空气隙。

在另一种实施方式中，所述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接；所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；所述与第一光束偏振态垂直的第二光束透射所述偏振分光介质膜后，透过所述第一材料出射；所述半玻片为镀在所述偏振分光棱镜出光光路上的镀膜。

在上述两种实施方式中，所述半玻片设置在所述第一光束及与其偏振态相同的第二光束的出光光路上或者设置在所述与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。

在又一种实施方式中，所述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接，所述半波片通过第二材料与所述偏振分光棱镜连接；所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；所述半波片设置在所述与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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，其中：

图1是本申请第一实施例中光源装置的光路示意图；

图2是本申请第二实施例中光源装置的光路示意图；

图3是本申请第三实施例中光源装置的光路示意图；

图4是本申请第四实施例中光源装置的光路示意图；

图5是本申请第五实施例中光源装置的光路示意图；

图6是本申请中偏振光转换器一种实施例中的结构示意图；

图7是本申请中偏振光转换器另一实施例中的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

本申请提供一种光源装置，包括用于输出第一光束的第一光源模块、用于输出第二光束的第二光源模块、偏振光转换器、光学扩展量增大模块。偏振光转换器接收第一光束及第二光束，用于对第一光束和/或第二光束进行偏振转换。第一光束的光学扩展量小于第二光束的光学扩展量，光学扩展量增大模块，设置在第一光源模块与偏振光转换器之间的光路上，用于对第一光束的光学扩展量进行增大，从而减小第一光束入射至偏振光转换器时光功率密度过大引起器件散热增多可靠性下降的问题。一般地，第一光源模块为激光器，第一光束为激光光源。

第一实施例

参阅图1，为本申请第一实施例中光源装置100的光路示意图。光源装置100包括第一光源模块101、第二光源模块1011、区段透射反射轮5，所述第一光源模块101用于发出第一光束，所述第一光束一部分作为光源装置100的基色光，另一部分用作第二光源模块1011的激发光源。

光源装置100还包括中继透镜组110、111、第一分光片11、第二分光片12、散射元件13、准直透镜14、第一反射镜15、匀光元件16、偏振光转换器17；第一透镜组6、第三分光片7、波长转换装置8、透镜组9、第二反射镜10。

第一光源模块101发出的第一光束经区段透射反射轮5透射后，经中继透镜组110、111后会聚到第一分光片11，第一分光片11为区域膜片，中间有较小的区域能反射光周边其他区域透射光。第一光束入射到第一分光片11时，经由中间区域反射至第二分光片12，第二分光片12为二向色片，其透射入射的第一光束反射其他光束，因此第一光束入射至第二分光片12后透射，经设置在第二分光片12后侧的散射元件13散射后反射出来，透射第二分光片12后由准直透镜14对其准直后经第一反射镜15反射至匀光元件16匀光后入射至偏振光转换器17，经偏振光转换器17调整后出射至空间光调制器18。

在本实施例中，光学扩展量增大模块为散射元件13，通过设置该散射元件可对第一光束进行散射扩束，增大其光学扩展量。另外，在散射元件13的入光光路处设置第二分光片12可仅将第一光束引导至散射元件13所在的光路，从而仅对第一光束进行散射扩束，避免同时对其他光束进行扩束后进入到匀光元件16部分被去除导致光源浪费光能利用率不高的问题。

在本实施例中，第二光源模块1011为利用第一光源模块101通过区段透射反射轮5反射的部分第一光束来产生的荧光光源。第二光源模块1011包括：第一光源模块101、区段透射反射轮5、透镜组6、第三分光片7、波长转换装置8。第一光源模块101发出的第一光束经分区段透射反射轮5反射后，经透镜6收集会聚入射至第三分光片7后入射至波长转换装置8，波长转换装置8受激发产生第二光束，第三分光片7反射产生的第二光束。

需要说明的是，在其他实施例中也可以不利用第一光源模块来产生第二光源模块的光。

另外，在图1所示的实施例中，偏振光转换器PCS透射第一光束及与第一光束偏振态垂直的第二光束、反射与第一光束偏振态垂直的第二光束，半波片设置在与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。需要说明的是，由于本实施例中对第一光束的光学扩展量进行增大处理后，其入射至PCS的光功率密度比现有技术中的低，从而在本实施例中采用现有技术中的PCS器件不会引起器件过热老化导致可靠性降低的问题。

在一种实施方式中，本实施例中的第一光源模块为蓝激光光源、第二光源模块为蓝激光光源激发黄荧光产生的黄色荧光。另外，根据需要还可以包括第三光源模块，第三光源模块可以为红色激光光源102和/或绿色激光光源103。需要说明的是，红色激光和/或绿色激光光斑比蓝光光斑大，入射至PCS时不会引起PCS发热增加过多导致器件可靠性降低的问题，若同时对红、绿、蓝三色激光的光斑做光学扩展量处理，则会导致在匀光时红、绿激光将产生较多的损失，不利于提高光能利用率。

在本实施例的光路中，第二分光片12为透射蓝光反射黄光的二向色片，因此，红色激光光源102和/或绿色激光光源103发射的第三光束红色激光和/或绿色激光被第二分光片12反射，从而避免散射元件对红色激光和/或绿色激光进行散射导致红色激光和/或绿色激光光学扩展量增大的问题。

第二实施例

请参考图2，其中所示为本申请提供的第二实施例中光源装置的光路示意图。本实施例与第一实施例的主要区别之处在于：将分光片22与散射元件23设置在准直透镜21出光光路上，即先对光源进行准直处理后再进行散射处理。由于，扩散角度相同时，传播距离越大，所呈现的光斑尺寸越大。与第一实施例相比，散射元件23与匀光元件26之间的距离更近，使得扩散片的扩散角度可以有更大的范围，使得扩散后光斑大小仍然小于匀光元件26的入射范围。

第三实施例

请参考图3，其中所示为本申请提供的第三实施例中光源装置的光路示意图。本实施例与第一实施例的主要区别在于：采用透射型的散射元件35对第一光源模块出射的第一光束进行光学扩展量增加的处理。第一光源模块出射的第一光束和第三光源模块出射的第三光束经透镜31准直后入射至分光片33，分光片33反射第一光束至反射镜34，透射第三光束至透镜32，第一光束经反射镜34反射后入射至透射型散射元件35，自此，第一光束与第三光束的光路分离。本实施例采用透射型散射元件35的好处在于，透射型散射元件能够实现更小的扩散角，对第一光束进行光学扩展量扩展时具有更好的灵活性。

第四实施例

请参考图4，其中所示为本申请提供的第四实施例中光源装置的光路示意图。本实施例与第一、二、三实施例的区别在于，本实施例中不设置光学扩展量增大模块而是设计光路使得第一光束不经过偏振光转换器，而在偏振光转换器的出光光路使得第一光束与第二光束进行合光。因为第一光束不经过偏振光转换器，从根本上解决了第一光束入射至偏振光转换器时导致偏振光转换器器件可靠性降低的问题。

本实施例中的光源装置400包括第一光源模块401，用于输出第一光束，其中一部分第一光束用作光源装置的显示基色，一部分第一光束用作第二光源模块的激发光，以激发荧光材料，输出第二光束；第一光束的光学扩展量小于第二光束的光学扩展量；偏振光转换器47设置在第二光束的光路上，用于对第二光束进行偏振转换；合光模块43，设置在偏振光转换器47的出光光路上，用于将经过偏振光转换器后输出的第二光束和未经偏振光转换器47的第一光束合光。

具体地，如图4所示，第一光束经分光片41反射后进入第一匀光元件42匀光后经合光模块43合光，第二光束经区域膜片44透射后经第二匀光元件46匀光后进入偏振光转换器47，经偏振光转换器47偏振转换后经合光模块43与第一光束合光。

另外，本实施例中，还可以设置红色激光光源模块402和/或绿色激光光源模块403，红色激光和/或绿色激光经分光片41透射，经区域膜片44反射后进入偏振光转换器47。

第五实施例

请参考图5，其中所示为本申请提供的第五实施例中光源装置的光路示意图。本实施例与第一、二、三实施例的区别之处在于：未设置散射元件对第一光源模块输出的第一光束进行散射，而是在匀光元件53与偏振光转换器52之间设置一距离调节模块51，该距离调节模块51可以调节匀光元件53与偏振光转换器52之间的距离，使得第一光束的光斑聚焦面相对偏振光转换器52的距离发生偏离，使得第一光束入射进偏振光转换器52的光学扩展量变大，提升PCS的可靠性。

需要说明的是，距离调节模块51实现匀光元件53与偏振光转换器52之间距离的调节方式可以是多样的，例如可以在安装时添加垫片使得距离变化，可以设置可调器件，也可以在设计时引入偏差距离等。

需要说明的是，在第一至第五实施例中的PCS均为反射荧光、透射激光的方案，但不作为对上述实施例的限制。第一至第五实施例中的PCS还可以采用图6、图7中所示的PCS结构。

请参考图6，其中所示为本申请提供的一种实施方式中PCS结构的示意图。不同于现有技术中的PCS，在本实施例中，偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜61、半波片65；偏振分光棱镜61通过第一材料63连接；偏振分光棱镜61上设置有偏振分光介质膜62，偏振分光介质膜62反射第一光束，将第二光束的一部分转换为与第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；与第一光束偏振态垂直的第二光束透射偏振分光介质膜62后，透过第一材料63从出光光路1出射。

半波片65通过第二材料64连接到出光光路2上，用于对第一光束及与第一光束偏振态相同的第二光束的偏振状态进行转换；第二材料64之间形成有可容光源通过的空气隙641。

第一、第二、第三、第五实施例中的偏振光转换器采用本实施例中的PCS结构，能够进一步减少入射蓝激光对PCS可靠性的影响。

需要说明的是，半波片65也可以图6中所示的方式连接在出光光路1上。

请参考图7，其中所示为本申请提供的另一种实施例中PCS结构的示意图。本实施例中的PCS结构与上一实施例中PCS结构不同之处在于：本实施例中的半波片78为镀在偏振分光棱镜出光光路上的镀膜。

具体地，偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片78；多个偏振分光棱镜通过第一材料连接；偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，偏振分光介质膜反射第一光束，述第二光束的一部分转换为与第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与第一光束偏振态相同的第二光束、透射与第一光束偏振态垂直的第二光束；与第一光束偏振态垂直的第二光束透射所述偏振分光介质膜后，透过第一材料出射；半玻片78为镀在所述偏振分光棱镜出光光路上的镀膜。

需要说明的是，在本实施例中，半波片78既可以镀在第一光束的出光光路上，即图中的出光光路2上，也可以镀在与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上，即图中的出光光路1上。

本申请实施例通过对第一光束进行光学扩展量的增加可以降低第一光束入射至偏振光转换器时因第一光束功率密度过大导致偏振光转换器器件发热过多可靠性下降的问题；另外，本申请还提供了新的偏振光转换器，通过应用于前述实施例中的光路中，可进一步降低第一光束入射至偏振光转换器导致的器件发热；另外，本申请还提供一种光源装置，使第一光束与第二光束在偏振光转换器的出光光路上合光，从而根本上避免第一光束入射至偏振光转换器导致器件发热可靠性降低的问题。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种光源装置，包括：

第一光源模块，用于输出第一光束；

第二光源模块，用于输出第二光束；

所述第一光束的光学扩展量小于所述第二光束的光学扩展量；

偏振光转换器，接收所述第一光束及所述第二光束，并对所述第一光束和/或所述第二光束进行偏振转换；

光学扩展量增大模块，设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上，用于对所述第一光束的光学扩展量进行增大；

所述第一光束与所述第二光束分别沿第一光路与第二光路传播并进入合光光路，其中所述第一光路与所述第二光路在进入所述合光光路前互不相交。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光学扩展量增大模块包括散射元件，所述散射元件设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上。

3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述散射元件为反射型散射元件或透射式散射元件。

4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，还包括第三光源模块、分光元件；所述第三光源模块用于出射与所述第一光束波长不同的第三光束；所述分光元件，设置在所述第一光源模块以及所述第三光源模块与所述散射元件之间，用于将所述第一光束引导至所述散射元件光路，将所述第三光束引导至非所述散射元件光路。

5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包括分区段透射反射轮、波长转换装置，所述分区段透射反射轮设置在所述第一光源模块的出光光路上，用于将所述第一光束一部分引导至所述波长转换装置上以产生所述第二光束。

6.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包括匀光组件，设置在所述第一光源模块与所述偏振光转换器之间的光路上；所述光学扩展量增大模块为距离调节模块，用于调节所述匀光元件与所述偏振光转换器之间的距离。

7.一种光源装置，包括：

第一光源模块，用于输出第一光束；

第二光源模块，用于输出第二光束；

所述第一光束的光学扩展量小于所述第二光束的光学扩展量；

偏振光转换器，接收所述第二光束，并对所述第二光束进行偏振转换；

合光模块，设置在所述偏振光转换器的出光光路上，用于将经所述偏振光转换器输出的第二光束和未经所述偏振光转换器的第一光束合光；

所述第一光束与所述第二光束分别沿第一光路与第二光路传播并进入合光光路，其中所述第一光路与所述第二光路在进入所述合光光路前互不相交。

8.如权利要求1-7任一项所述的光源装置，其特征在于，所述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接；

所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；

所述与第一光束偏振态垂直的第二光束透射所述偏振分光介质膜后，透过所述第一材料出射；

所述半波片通过第二材料连接到所述偏振分光棱镜的出光光路上，用于对偏振光的偏振状态进行转换；所述第二材料之间形成有可容光源通过的空气隙。

9.如权利要求1-7任一项所述的光源装置，其特征在于，所述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接；

所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；

所述与第一光束偏振态垂直的第二光束透射所述偏振分光介质膜后，透过所述第一材料出射；

所述半波片为镀在所述偏振分光棱镜出光光路上的镀膜。

10.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述半波片设置在所述第一光束及与其偏振态相同的第二光束的出光光路上或者设置在所述与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。

11.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于，所述半波片设置在所述第一光束及与其偏振态相同的第二光束的出光光路上或者设置在所述与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。

12.如权利要求1-7任一项所述的光源装置，其特征在于，所述偏振光转换器包括多个偏振分光棱镜、半波片；所述多个偏振分光棱镜通过第一材料连接，所述半波片通过第二材料与所述偏振分光棱镜连接；

所述偏振分光棱镜上设置有偏振分光介质膜，所述偏振分光介质膜反射所述第一光束，将所述第二光束的一部分转换为与所述第一光束偏振态相同的偏振光、一部分转换为与所述第一光束偏振态垂直的偏振光，并反射与所述第一光束偏振态相同的第二光束、透射与所述第一光束偏振态垂直的第二光束；

所述半波片设置在所述与第一光束偏振态垂直的第二光束的出光光路上。