CN216118360U - 合光装置及投影*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种合光装置，用于对照明光进行合光，照明光包括第一光、第二光和第三光，合光装置包括第一光偏折组件、第二光偏折组件和合光组件。第一光偏折组件设置于第一光的出光光路，用于对第一光进行偏折并形成第一偏折光；第二光偏折组件设置于第二光的出光光路，用于对第二光进行偏折并形成第二偏折光；合光组件设置于第三光的出光光路，用于对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射。本实用新型提供的合光装置，能够对照明光进行处理以形成在角向上被分离，但在面上仍重合的第一偏折光、第二偏折光和第三光，并且能够减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差。本实用新型还提供一种投影***。

Description

合光装置及投影***

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种合光装置及投影***。

背景技术

在光学投影领域，经常需要通过光处理器件将入射光分离成多种光线出射，以满足光学仪器的需求。现有的光处理器件存在效率低、红光与绿光的夹角以及蓝光与绿光的夹角的角度差较大等问题，难以满足需求。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种合光装置及投影***，以解决上述问题。本实用新型实施例通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本实用新型提供一种合光装置，用于对照明光进行合光，照明光包括第一光、第二光和第三光，合光装置包括第一光偏折组件、第二光偏折组件和合光组件。第一光偏折组件设置于第一光的出光光路，用于对第一光进行偏折并形成第一偏折光；第二光偏折组件设置于第二光的出光光路，用于对第二光进行偏折并形成第二偏折光；合光组件设置于第三光的出光光路，用于对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射。

第二方面，本实用新型还提供一种投影***，包括光源装置、空间光调制器以及上述任一合光装置。光源装置用于出射照明光；空间光调制器包括多个光调制单元组，多个光调制单元组位于同一平面，每个光调制单元组包括第一光调制单元、第二光调制单元和第三光调制单元，第一偏折光入射第一光调制单元，并经第一光调制单元调制后出射，第二偏折光入射第二光调制单元，并经第二光调制单元调制后出射，第三光入射第三光调制单元，并经第三光调制单元调制后出射。

相较于现有技术，本实用新型提供的合光装置及投影***，能够对照明光进行处理以形成在角向上被分离，但在面上仍重合的第一偏折光、第二偏折光和第三光，合光效率高，并且能够减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差。当合光装置用于空间光调制器时，能够提高照明光透过空间光调制器的效率，空间光调制器能够对第一偏折光、第二偏折光和第三光分别调制后出射，实现了高效率照明，减小了空间光调制器的热负载，延长了空间光调制器的使用寿命，提高了空间光调制器的最大输出流明。

本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是现有技术提供的彩色液晶面板的结构示意图。

图2是图1所示的彩色液晶面板的彩色滤光膜结构的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的合光装置的结构示意图。

图4是图3所示的合光装置的第一光偏折组件为棱镜膜时的结构示意图。

图5是图3所示的合光装置的基底层和第一功能层的结构示意图。

图6是图3所示合光装置的棱镜膜的倾斜角α与光束(主波长为615nm的红光)偏折角度的关系图。

图7是图3所示的合光装置的棱镜膜的单个棱角大小与衍射角距离的关系图。

图8是图3所示的合光装置的第一光偏折组件为棱镜阵列时的结构示意图。

图9是图3所示的合光装置的棱镜膜的倾斜角α(红光偏折为4度时)与棱镜膜所需层数之间的关系。

图10是本申请实施例提供的投影***的结构示意图。

图11是图10所示的投影***的空间光调制器中单个像素区域的简图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型实施例，下面将参照相关附图对本实用新型实施例进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本申请的发明人发现，近年来出现了采用单片式彩色液晶的投影***。彩色液晶面板近几十年来广泛应用于电视、电脑显示器和手机屏幕等显示领域。彩色液晶板的典型结构如图1所示，当白光光源W入射到彩色液晶面板时，先经过偏光片410形成偏振光，然后依次经过透明电极420、液晶层430和取向膜440等结构，经过像素化液晶调控的光线最终经过彩色滤光膜层450，并由偏光片460检偏。其中相邻像素的彩色滤光膜结构如图2所示，即相邻的彩色滤光膜分别为红色滤光膜510、绿色滤光膜520、蓝色滤光膜530。因此，彩色液晶面板不仅调控光强，还可以调控像素的颜色，形成相邻的红、绿、蓝的彩色子像素排列。虽然三个彩色像素空间上是分开的，但是由于人眼的角分辨率有限，在一定距离以外，观察者无法分辨三个分开的彩色像素，而是将每一组红、绿、蓝三个子像素看作一个整体的显示单元，即观察到空间积分形成的彩色显示图像。此外，由于在同一时刻下，彩色液晶面板会同时显示红、绿、蓝三种颜色的像素，因此原理上避免了彩虹效应。并且，得益于彩色液晶面板的广泛应用，彩色液晶面板的成本得到大幅度降低，具有极高的成本优势，近年来也逐渐应用于投影显示***中，即直接通过镜头将彩色液晶板上的图像放大进行投影显示。

但是单片彩色液晶板作为光阀器件应用在投影***中这种方案仍然存在以下问题：

(1)照明光将采用白色光源，通过彩色液晶板上层的彩色滤光膜形成不同颜色的子像素。由于彩色滤光膜只让特定颜色的光透过，导致有2/3的光不能通过像素并全部被吸收，会造成大量的光能量损失，例如光能量的损失在60％以上。同时被吸收光将转换为热量，使彩色液晶面板的温度升高，进一步影响显示效果和显示芯片的寿命；

(2)LCD面板的制造有LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低温多晶硅)和HTPS(High Temperature Poly-Silicon，高温多晶硅)两种工艺，其中HTPS工艺精度较高，液晶像素尺寸可以达到10μm以下，但是对工艺要求高，因此成本较高。彩色液晶面板通常采用的是LTPS工艺。LTPS工艺的成本较低，但是精度较低，像素尺寸较大，例如，像素尺寸通常在25um以上。一定分辨率的情况下，整个LCD面板尺寸较大，使得后续的镜头尺寸大，最终导致整个投影***尺寸较大；

(3)彩色液晶板上的彩色像素是相互分离的，虽然在电视、电脑显示器或者手机屏幕显示中，考虑到人眼角分辨率限制以及观察距离，观察者无法分辨出空间上的彩色分离。但是在投影显示中，由于投影的尺寸通常远大于实体显示屏幕，会导致彩色像素分离的现象更加明显，影响观看效果。

此外，基于彩色液晶面板的投影***，还存在以下问题：

(1)液晶面板中存在驱动各个独立像素液晶的矩阵式导电电极，即TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)电路。TFT电路的材料多采用不透明材料，会遮挡相应位置的入射光，造成一部分光效损失。此外，部分光能量也会被TFT电路吸收，转化成热量。并且由于TFT电路的存在以及工艺限制，为保证面板的开口率，即，保证面板的透光率，液晶面板尺寸会比较大，导致投影***尺寸和体积较大；

(2)彩色液晶面板采用一组红、绿、蓝三个像素等效为一个彩色像素，造成液晶板的分辨率降低为本征分辨率的1/3；

(3)液晶面板开口率低，不少入射光线被像素间的Black Matrix(黑矩阵)吸收，导致LCD投影存在效率过低。

为了解决上述问题，现有技术提出了通过在LCD上贴柱面微透镜阵列，其中一个微透镜阵列在水平维度覆盖三个像素，这样，只要一个维度上角度上分离但面上重合的RGB照明光，就能实现高效率的投影***。但是，把RGB三个波长的光在角度上分离却是一个难题。

现有技术还揭露了RGB纯激光配合衍射光学器件实现RGB三色光角度上的分离，配合单微透LCD面板实现高效率照明的光学方案。从光源的角度出发，基于RGB三色激光的光源，有散斑以及成本过高的问题。从光学器件的角度出发，衍射光学器件由于光源谱宽较宽或者波长温漂等原因导致效率的损失，从而效率低，衍射光学器件还存在加工精度要求高的问题。

为了改善现有的光学器件中出现的效率低的问题，本申请的发明人提出一种合光装置及基于合光装置与单微透面板的单LCD投影***。以下结合具体实施方式和说明书附图对本实用新型提供的合光装置及投影***进行详细说明。

请参阅图3，本实用新型提供一种合光装置10，用于对照明光进行合光，照明光包括第一光、第二光和第三光，合光装置10包括第一光偏折组件100、第二光偏折组件200和合光组件300。第一光偏折组件100设置于第一光的出光光路，用于对第一光进行偏折并形成第一偏折光；第二光偏折组件200设置于第二光的出光光路，用于对第二光进行偏折并形成第二偏折光；合光组件300设置于第三光的出光光路，用于对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射。

在本实施例中，第一光为红光，第二光为蓝光，第三光为绿光。

第一光偏折组件100设置于第一光的出光光路，用于对第一光进行偏折并形成第一偏折光，即，第一光入射至第一光偏折组件100的角度与第一偏折光从第一光偏折组件100出射的角度不同，光线发生了偏折。在本实施例中，第一光偏折组件100为红光的角度偏折器件。

第一光偏折组件100可以是离散式结构，离散式的第一光偏折组件100不会带来过多的光程差，这样能保证照明光斑的均匀性。例如，第一光偏折组件100可以是离散式结构的棱镜阵列或者棱镜膜，棱镜阵列或者棱镜膜均是通过几何的方式使得光线偏折，能避免波长温漂等原因导致效率的损失，偏折效率高。

请参阅图4和图5，在本实施例中，第一光偏折组件100为棱镜膜。棱镜膜包括基底层110、第一功能层120和第二功能层130，第一功能层120包括多个棱角单元121，多个棱角单元121凸设于基底层110，第一功能层120由第一材料制成；第二功能层130填充于多个棱角单元121之间，第二功能层130由第二材料制成，第二材料的阿贝数与第一材料的阿贝数不同。

基底层110可以用于设置第一功能层120。本发实施例中，基底层110可以采用激光直写或者精密车床加工等方式直接制备。若基底层110的需求量大，还可以制备大面积薄模具然后采用卷对卷的方法进行结构复刻，进行棱镜膜的大面积制备。基底层110的材料可以是PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)或者PMMA(poly methyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等透明的有机材料。

基底层110包括底面111，底面111用于设置第一功能层120。另外，基底层110还包括背面112，背面112与底面111相背，可以与其他光学元件连接，例如，背面112可以通过背胶的方式粘接于其他光学元件，例如粘接于光学透镜。

第一功能层120用于对光线进行偏折。第一功能层120可以通过光固化进行翻模的方法制备。第一功能层120由第一材料制成。在本实施例中，第一材料可以与基底层110的材料不同，例如，第一材料可以为光学胶或玻璃。在其他实施方式中，第一材料可以与基底层110的材料相同，即，也可以是PC或者PMMA等透明的有机材料。

第一功能层120包括多个棱角单元121，多个棱角单元121凸设于基底层110，例如，多个棱角单元121凸设于底面111。多个棱角单元121为棱角周期性结构，呈线性阵列分布于底面111，并且多个棱角单元121之间可以依次连接，相邻两个棱角单元121的间距可以为0.05mm-1mm。在本实施例中，棱角单元121的截面为三角形，例如，棱角单元121大致为三棱柱结构。

每个棱角单元121包括相连的第一表面1211和第二表面1213，第一表面1211和第二表面1213均连接于底面111。定义第一表面1211和第二表面1213的夹角为α，第一表面1211和底面111的夹角为β，第二表面1213和底面111的夹角为γ，则有α+β+γ＝180°。在本实施例中，第一表面1211和第二表面1213的夹角小于90°，即，α＜90°，其中角度α的选取与棱镜膜的光线偏折能力相关，角度α的大小对于红光光线的偏折影响如图6所示。因此，对于特定颜色的入射光线，可以通过设置不同的角度α实现出射光线的不同角度的偏折。

在本实施例中，β≤90°，当β偏离90度越多，即β越小时，光在过棱镜膜后产生的杂散光越多，***效率越低。但β＝90°时，会影响棱角单元121的脱模效率，因此考虑拔模斜度，β可以稍小于90度，例如β＝85°。

本实用新型中，棱角单元121的棱角大小会影响到棱镜膜的膜厚和衍射光学效率，还会影响棱镜膜的几何光学效率，例如棱角越大，尖角与根部的缺陷占比越少。但是棱角太大也会造成棱镜膜的膜层太厚，材料浪费，以及光斑弥散的问题。棱角大小指的是棱角单元121的体积的大小。

从棱镜膜的结构上看，可以被看做透射式的闪耀光栅，棱镜膜衍射分布的中心取决于主光线偏折的方向，棱镜膜干涉0级取决于入射光的方向。棱镜膜衍射模型为多缝夫琅和费衍射。棱镜膜衍射分布公式为：

其中α＝πa sinθ_x/2，a为缝宽，θ_x为衍射角。在α＝0处有主级大，即θ_x＝0，这个零级衍射斑中心就是几何光学像点。

多缝衍射是衍射与干涉两种效应共同作用的结果，干涉级次的角度可由公式dsinθ＝mλ(m＝0，±1，±2)计算，其中d表示缝之间的距离。由于棱镜膜中a＝d，因此每个干涉级次的角距离可以由sinθ＝mλ/a来近似。棱镜膜的每个棱角大小与衍射角距离的关系如图7所示。可以看出，在棱角太小时，棱镜膜每个干涉级次的角距离为0.6°，对于特定波长的光过棱镜膜后有特定偏转角，会出现两个干涉级次出现高能量分布，且两个角度相差较大，甚至大于光线偏折角，这会导致很多角度由于超过单微透面板能收集的范围，导致效率浪费。

若光源选择RGB纯激光，则可以对棱角大小以及偏转角做优化，使得干涉级次与衍射分布的0级重合，做到能量利用率最高。

若光源选择宽谱光，例如LED和激光荧光，则需要选择较大的棱角大小，减小级次间的角度，同时使衍射分布变得更窄，或者适当增大每层棱镜膜的光线偏折角度，能减少衍射所占的比重，这样能最大程度的减小扩展量的稀释。

请继续参阅图4和图5，第二功能层130填充于多个棱角单元121之间。在本实施例中，获得用第一材料制成的多个棱角单元121后，可以用第二材料把棱角单元121填平。填平指的是填充后的第二功能层130与第一功能层120的棱角单元121的顶线平齐，或者第二功能层130的顶面为平面并高于棱角单元121的顶线，其中，顶线指的是第一表面1211和第二表面1213的交线，交线和底面111平行。

第二功能层130由第二材料制成，其中，第二材料的阿贝数大于第一材料的阿贝数，因此，第一材料的折射率与第二材料的折射率也不同。当不同波长的色光的照明光入射至棱镜膜时，棱角单元121使得不同波长的色光发生不同程度的偏折。

在一种实施方式中，第一光偏折组件100为棱镜阵列，棱镜阵列与合光组件300位置相对，能够提升第一光入射至合光组件300的效率。与棱角单元121类似，棱镜阵列也是利用光的折射原理进行光线的偏折。由于棱镜阵列的材料的折射率与空气的折射率不同，第一光从棱镜阵列出射后进入到空气中会发生偏折。棱镜阵列的材料也可以是PC或者PMMA等透明的有机材料。

请参阅图8，棱镜阵列包括棱镜底层140和多个棱镜单元150，多个棱镜单元150凸设于棱镜底层140，每个棱镜单元150的截面为三角形，例如，棱镜单元150大致为三棱柱结构。棱镜阵列可以通过纳米压印或者注塑成型制成。

在其他实施方式中，第一光偏折组件100还可以是通过XPR(Extended PixelResolution，扩展像素分辨率)致动器驱动的玻片，或者E-shift(像素偏移)器件。

请参阅图3和图5，第二光偏折组件200设置于第二光的出光光路，用于对第二光进行偏折并形成第二偏折光，即，第二光的入射至第二光偏折组件200的角度与第二偏折光从第二光偏折组件200出射的角度不同。在本实施例中，第二光偏折组件200为蓝光的角度偏折器件。

在本实施例中，第二光偏折组件200与第一光偏折组件100相同，也是棱镜膜。在一种实施方式中，第二光偏折组件200可以与第一光偏折组件100相同，第二光偏折组件200也可以是棱镜阵列。在其他实施方式中，第二光偏折组件200可以与第一光偏折组件100不同，例如，第一光偏折组件100为棱镜膜，第二光偏折组件200为棱镜阵列；或者，第一光偏折组件100为棱镜阵列，第二光偏折组件200为E-shift器件等。

合光组件300设置于第三光的出光光路，用于对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射。出射的第一偏折光、第二偏折光和第三光在角向上被分离，但在面上仍重合。在本实施例中，合光组件300为X-CUBE(合光棱镜)。

合光组件300包括第一入光面310、第二入光面320和第三入光面330，其中，第一入光面310和第二入光面320相背，第一入光面310与第一光偏折组件100相对，用于第一偏折光的入射；第二入光面320与第二光偏折组件200相对，用于第二偏折光的入射；第三入光面330连接于第一入光面310和第二入光面320之间，用于第三光的入射。另外，合光组件300还包括出光面340，出光面340与第三入光面330相背，用于第一偏折光、第二偏折光和第三光的合光的出射。

第一偏折光、第二偏折光和第三光的合光经出光面340出射。在一种实施方式中，自出光面340出射的第一偏折光和第三光的夹角等于第二偏折光和第三光的夹角，即，红光与绿光的夹角等于蓝光与绿光的夹角。可以通过第一光偏折组件100和第二光偏折组件200中的棱角角度配合红光与蓝光的主波长进行设计，使得红光与绿光的夹角等于蓝光与绿光的夹角，其中，当第一光偏折组件100为棱镜膜时，棱角角度指的是第一表面1211和第二表面1213的夹角α；当第一光偏折组件100为棱镜阵列时，棱角角度指的是棱镜单元150的顶角。因此可以通过设置第一光偏折组件100的棱角角度以及第二光偏折组件200的棱角角度，实现减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差的目的。

请参阅图4和图5，在本实施例中，若要增加红光与蓝光的偏折角度，可以增加棱角单元121的第一表面1211和第二表面1213的夹角α，或者是采用多层结构的棱镜膜，当棱镜膜为单层结构时，第一功能层120和第二功能层130均为单层，当棱镜膜为多层结构时，第一功能层120和第二功能层130均为多层，且层数相同，多个第一功能层120、多个第二功能层130依次交替叠置。例如，当要实现红光4°的偏折角度时，棱角单元121的α角与棱镜膜的层数之间的关系如图9所示。在其他实施方式中，可以根据光线需要偏折的角度，或者棱角单元121的α角的值来确定棱镜膜的层数。因此还可以通过设置第一光偏折组件100(图3)的层数以及第二光偏折组件200(图3)的层数，实现减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差的目的。

请继续参阅图3，在本实施例中，合光组件300采用的是二向色性合光。合光组件300还设有第一二向膜350和第二二向膜360，其中，第一二向膜350设置于第一入光面310和第二入光面320之间，用于反射第一偏折光，并透射第二偏折光和第三光。第一二向膜350和第二二向膜360可以镀覆于合光棱镜的表面。在本实施例中，第一二向膜350具有反红透青的作用，即，透射红光并且反射绿光与蓝光。第二二向膜360设置于第一入光面310和第二入光面320之间，用于反射第二偏折光，并透射第一偏折光和第三光。在本实施例中，第二二向膜360具有反蓝透黄的作用，即，透射蓝光并且反射绿光与红光。

综上，本实用新型提供的合光装置10，通过第一光偏折组件100对第一光进行偏折并形成第一偏折光，通过第二光偏折组件200对第二光进行偏折并形成第二偏折光，合光组件300对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射，能够形成在角向上被分离，但在面上仍重合的第一偏折光、第二偏折光和第三光，合光效率高，并且能够减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差。例如，可以通过仅设置第一光偏折组件100的层数或者棱角角度，或者仅设置第二光偏折组件200的层数或者棱角角度，或者同时设置第一光偏折组件100的层数或者棱角角度以及第二光偏折组件200的层数或者棱角角度，实现减小第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差的目的。

请参阅图10和图11，本实用新型还提供一种投影***1，包括合光装置10、光源装置40以及空间光调制器50。光源装置40用于出射照明光；空间光调制器50包括多个光调制单元组51，多个光调制单元组51位于同一平面，每个光调制单元组51包括第一光调制单元511、第二光调制单元512和第三光调制单元513，第一偏折光入射第一光调制单元511，并经第一光调制单元511调制后出射，第二偏折光入射第二光调制单元512，并经第二光调制单元512调制后出射，第三光入射第三光调制单元513，并经第三光调制单元513调制后出射。

光源装置40用于出射照明光，例如，出射平行白光。在本实施例中，光源装置40通过非成像的方式形成照明光，例如，可以是发光源加收集透镜，或发光源配合锥棒加透镜，或发光源加自由曲面透镜，或发光源加反射镜等。在其他实施方式中，不限定实现照明光的方式，满足最终出射照明光的目的即可，可以通过非成像的方式形成照明光，例如，光源经过方棒匀光后，把方棒出口的像通过光学***放大，形成平行的白光照明光斑；也可以是光源经过复眼匀光后，经过后续光学***做面角变化，形成平行的白光照明光斑；还可以直接把发光面的像做放大，形成平行的白光照明光斑等方式。光源装置40的发光源出射的可以是LED光、激光荧光或者RGB纯激光。

在本实施例中，光源装置40包括光源组件41和锥型匀光器件43，光源组件41为光源装置40的发光源，用于出射照明光，锥型匀光器件43设置于光源组件41和空间光调制器50之间，用于对照明光进行匀光。

在本实施例中，照明光为RGB纯激光。由于入锥型匀光器件43的光需要较大的发散角，RGB纯激光需要消散斑，因此需要在锥型匀光器件43的入口处加大角度高斯散射轮，例如使用粗糙程度较高的散射轮，或增加微结构层等使散射角度大的材料层。

光源组件41包括第一激光器411、第二激光器413和第三激光器415，第一激光器411用于发出第一光，第二激光器413用于发出第二光，第三激光器415用于发出第三光，在本实施例中，第一光、第二光和第三光均为激光。第一激光器411、第二激光器413和第三激光器415的数量均可以是多个，多个不同激光器可以形成对应的激光器阵列，以增加激光的出光面积。例如，多个第一激光器411可以形成第一激光器阵列，多个第二激光器413可以形成第二激光器阵列，多个第三激光器415可以形成第三激光器阵列。

光源装置40还包括菲涅尔透镜45和匀光棱镜47，菲涅尔透镜45设置于匀光棱镜47和锥型匀光器件43之间，匀光棱镜47设置于菲涅尔透镜45和空间光调制器50之间。菲涅尔透镜45、匀光棱镜47可以和锥型匀光器件43组成光收集装置，用于收集自合光组件300的出光面340出射的第一偏折光、第二偏折光和第三光，并对收集的光线进行准直，还能够将第一偏折光、第二偏折光和第三光的合光光斑调整为矩形，以适配市面上主流的矩形LCD面板。在一种实施方式中，光收集装置还可以由锥型匀光器件43和菲涅尔透镜45组成，即，不包括匀光棱镜47。在另一种实施方式中，光收集装置还可以由锥型匀光器件43和透镜组件组成。

在一种实施方式中，菲涅尔透镜45和匀光棱镜47为一体式结构，一体式结构的菲涅尔透镜45与匀光棱镜47可以通过纳米压印或者注塑成型制成。

空间光调制器50包括多个光调制单元组51，多个光调制单元组51位于同一平面，如图11所示，每个光调制单元组51包括第一光调制单元511、第二光调制单元512和第三光调制单元513，第一偏折光入射第一光调制单元511，并经第一光调制单元511调制后出射，第二偏折光入射第二光调制单元512，并经第二光调制单元512调制后出射，第三光入射第三光调制单元513，并经第三光调制单元513调制后出射。

在本实施例中，空间光调制器50为单个透射式液晶面板，照明光为已起偏的照明光，以提高透射式液晶面板的出光效率。第一光调制单元511、第二光调制单元512和第三光调制单元513分别为对应色光的像素，每个光调制单元组51对应一个像素区域。

投影***1还包括微透镜阵列60，微透镜阵列60设置于棱镜膜和空间光调制器50之间，位于空间光调制器50的入光侧，用于将角度方向上相互分离的第一偏折光、第二偏折光和第三光分别引导至第一光调制单元511、第二光调制单元512和第三光调制单元513。微透镜阵列60和空间光调制器50整体视为单微透面板。

微透镜阵列60包括多个微透镜61，在一种实施方式中，每个微透镜61对应一个光调制单元组51，使得每个微透镜61均可以对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行处理，提高了微透镜61对不同波长的色光的处理效率，提高了投影***1的光能利用率。在本实施例中，微透镜61为玻璃材质。

投影***1还包括偏振元件70，偏振元件70设置于光源装置40和空间光调制器50之间，偏振元件70用于将照明光转换成偏振光。在本实施例中，偏振元件70可以为起偏器，例如，偏振元件70为反射式偏光膜，可以透过所需偏振态的光线，并反射其他偏振光。如透过p偏振光，反射s偏振光。在本实施例中，光源装置40的发光面设有波长转换材料，部分偏振光经反射式偏光膜反射后，经锥型匀光器件43入射至发光面的波长转换材料，激发波长转换材料产生受激光，受激光入射至反射式偏光膜，并参与到投影***1的光循环中。通过这种光循环，可以提高投影***1的效率。例如，发光面设置黄荧光粉，黄荧光粉会把返回来的偏振光重新散射成自然光，再参与到投影***1的光循环中。在其他实施方式中，偏振元件70还可以是偏振片或者尼科尔棱镜。

投影***1还包括投影镜头80，投影镜头80设置于空间光调制器50的出射光路，投影镜头80用于对空间光调制器50出射的光投影成像。

投影***1还包括检偏元件(图未示)，检偏元件可以对空间光调制器50出射的光线进行检偏，以滤出需要的信号光，再由投影镜头80投射出去，例如，投射至投影屏幕。在本实施例中，检偏元件可以设置于空间光调制器50。

在本实施例中，光源装置40出射的照明光，照明光包括第一光、第二光和第三光，其中，第一光经第一光偏折组件100形成第一偏折光，第二光经第二光偏折组件200形成第二偏折光，第一偏折光、第二偏折光和第三光经合光组件300的合光后出射，并形成在角向上被分离，但在面上仍是重合(可落于同一平面)的RGB三色光，角向上分离的RGB三色光依次经锥型匀光器件43、菲涅尔透镜45和匀光棱镜47后出射，再经过偏振元件70转换成偏振光，在经过微透镜阵列60后，做了面角变换，分别入射至透射式液晶面板上对应的RGB像素，实现了光束经过空间光调制器50的光损失最小化，实现高效率照明，并且能够减小空间光调制器50的热负载，光束从透射式液晶面板出射后，会由检偏器滤出需要的信号光，再由投影镜头80投射至投影屏幕。

综上，实用新型实施例提供的投影***1，包括合光装置10、光源装置40和空间光调制器50，通过合光装置10对第一偏折光、第二偏折光和第三光进行合光并出射，可以将照明光分成在角度方向上相互分离的第一偏折光、第二偏折光和第三光，使得第一偏折光被空间光调制器50的第一光调制单元511调制后出射，第二偏折光被空间光调制器50的第二光调制单元512调制后出射，第三光被空间光调制器50的第三光调制单元513调制后出射，实现高效率照明，并且能够减小空间光调制器50的热负载。合光装置10还减小了第一偏折光和第三光的夹角与第二偏折光和第三光的夹角之间的角度差，可以进一步提高空间光调制器50的透过率，从而延长了空间光调制器50的寿命，提高了空间光调制器50的最大输出流明。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种合光装置，其特征在于，用于对照明光进行合光，所述照明光包括第一光、第二光和第三光，所述合光装置包括：

第一光偏折组件，所述第一光偏折组件设置于所述第一光的出光光路，用于对所述第一光进行偏折并形成第一偏折光；

第二光偏折组件，所述第二光偏折组件设置于所述第二光的出光光路，用于对所述第二光进行偏折并形成第二偏折光；以及

合光组件，所述合光组件设置于所述第三光的出光光路，用于对所述第一偏折光、所述第二偏折光和所述第三光进行合光并出射。

2.根据权利要求1所述的合光装置，其特征在于，所述第一光偏折组件为棱镜阵列，所述棱镜阵列与所述合光组件位置相对，所述棱镜阵列包括多个棱镜单元，每个所述棱镜单元的截面为三角形。

3.根据权利要求1所述的合光装置，其特征在于，所述第一光偏折组件为棱镜膜，所述棱镜膜包括基底层、第一功能层和第二功能层，所述第一功能层包括多个棱角单元，多个所述棱角单元凸设于所述基底层，所述第一功能层由第一材料制成；所述第二功能层填充于所述多个棱角单元之间，所述第二功能层由第二材料制成，所述第二材料的阿贝数与所述第一材料的阿贝数不同。

4.根据权利要求3所述的合光装置，其特征在于，每个所述棱角单元包括相连的第一表面和第二表面，所述基底层包括底面，所述第一表面和所述第二表面均连接于所述底面，所述第一表面和所述第二表面的夹角小于90°。

5.根据权利要求1所述的合光装置，其特征在于，所述合光组件包括第一入光面、第二入光面和第三入光面，所述第一入光面和所述第二入光面相背，所述第三入光面连接于所述第一入光面和所述第二入光面之间，所述第一光偏折组件与所述第一入光面相对，所述第二光偏折组件与所述第二入光面相对。

6.根据权利要求5所述的合光装置，其特征在于，所述合光组件还设有第一二向膜和第二二向膜，所述第一二向膜设置于所述第一入光面和所述第二入光面之间，用于反射所述第一偏折光，并透射所述第二偏折光和所述第三光；所述第二二向膜设置于所述第一入光面和所述第二入光面之间，用于反射所述第二偏折光，并透射所述第一偏折光和所述第三光。

7.根据权利要求5所述的合光装置，其特征在于，所述合光组件还包括出光面，所述出光面与所述第三入光面相背，所述第一偏折光、所述第二偏折光和所述第三光的合光经所述出光面出射，自所述出光面出射的所述第一偏折光和所述第三光的夹角等于所述第二偏折光和所述第三光的夹角。

8.一种投影***，其特征在于，包括光源装置、空间光调制器以及如权利要求1-7任一项所述的合光装置，所述光源装置用于出射所述照明光；所述空间光调制器包括多个光调制单元组，所述多个光调制单元组位于同一平面，每个所述光调制单元组包括第一光调制单元、第二光调制单元和第三光调制单元，所述第一偏折光入射所述第一光调制单元，并经所述第一光调制单元调制后出射，所述第二偏折光入射所述第二光调制单元，并经所述第二光调制单元调制后出射，所述第三光入射所述第三光调制单元，并经所述第三光调制单元调制后出射。

9.根据权利要求8所述的投影***，其特征在于，所述光源装置包括光源组件和锥型匀光器件，所述光源组件用于出射所述照明光，所述锥型匀光器件设置于所述光源组件和所述空间光调制器之间，用于对所述照明光进行匀光。

10.根据权利要求9所述的投影***，其特征在于，所述光源组件包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器用于发出所述第一光，所述第二激光器用于发出所述第二光，所述第三激光器用于发出所述第三光。

11.根据权利要求9所述的投影***，其特征在于，所述光源装置还包括菲涅尔透镜和匀光棱镜，所述菲涅尔透镜设置于所述匀光棱镜和所述锥型匀光器件之间，所述匀光棱镜设置于所述菲涅尔透镜和所述空间光调制器之间。

12.根据权利要求11所述的投影***，其特征在于，所述菲涅尔透镜和所述匀光棱镜为一体式结构。

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