光源系统及应用该光源系统的投影装置的制作方法

本发明涉及光学
技术领域：
，尤其涉及一种光源系统及应用该光源系统的投影装置。
背景技术：
：目前，随着荧光粉技术的不断进步，使得激光光源在影院光源领域的优势渐渐显露。目前荧光粉激光转化为黄色荧光的效率为50％，意味着有50％的激光能量是以热量形式散发出去的，荧光色轮的温度上升将影响荧光的输出，在荧光体的
技术领域：
，若温度上升则荧光输出功率降低会产生热猝灭现象。现阶段的激光光源输出光通量已经能够达到几万流明，可以满足一般影院光源的要求，但应用在巨幕的影院，则要求激光光源有更大的光通量输出。技术实现要素：鉴于此，有必要提供一种大光通量输出的光源系统及应用该光源系统的投影装置。本发明提供一种光源系统，包括一第一光源模块及一第二光源模块及一合光器件，第一光源模块产生第一光线，第二光源模块产生一第二光线；第一光线入射至该合光器件形成一第一光斑，第二光线入射至该合光器件形成一第二光斑，该合光器件将该第一光斑及第二光斑组合在一起同时投射至一光机系统的入光面。本发明还提供包括上述光源系统的投影装置。本发明光源系统的合光器件将第一光斑及第二光斑投射至光机系统的入光面，使得第一光线及第二光线的光通量同时进入光机系统的入光面，增大了投射到光机系统的光通量，提高了光机系统的输出亮度。附图说明为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。图1是本发明第一实施例提供的光源系统的结构示意图。图2是本发明第一实施例提供的光源系统的区域分光片的平面示意图。图3是本发明第一实施例提供的光源系统的合光器件的结构示意图。图4是本发明第一实施例提供的光源系统的另一光路示意图。图5是本发明第二实施例提供的光源系统的合光器件的结构示意图。图6是本发明第二实施例提供的光源系统的合光器件的形成过程示意图。图7是本发明第三实施例提供的光源系统的合光器件的结构示意图。图8是本发明第四实施例提供的光源系统的结构示意图。图9是本发明第四实施例提供的光源系统的合光器件的结构示意图。图10是本发明第五实施例提供的光源系统的结构示意图。图11是光机方棒的入光面的一实施例的示意图。图12是光机方棒的入光面的另一实施例的示意图。图13是本发明第六实施例提供的光源系统的结构示意图。主要元件符号说明光源系统100a、100b、100c、100d光机方棒7入光面72、72a、72b第一光源模块10第二光源模块20反射元件3、4双远心透镜系统6反射镜122、123、124上激光模块111下激光模块112反射条121聚集透镜131、132方棒14中继透镜151、152区域分光片16中间区域162四周区域164黄光轮17收集透镜组18散射片19切除线g合光器件5a、5b、5c、5d、5e、5f反射镜51、52反射棱镜54、55a、55b、56a、56b直角面541斜面543侧面544如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似应用，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明光源系统应用于投影装置，用于将两个单体光源出射的光斑组合在一起投射至光机系统，使两个光源的光通量同时进入光机系统，提高了光机系统的输出亮度。该光机系统包括一光机方棒7，光机方棒7的入口处形成一矩形的入光面72。本实施方式中，入光面72的尺寸是10.45mm×19.56mm。光源出射的光斑在光机方棒7的入光面72成像为大小与光机方棒7的入光面72大小匹配的矩形光斑。请参阅图1，图1是本发明第一实施例提供的光源系统100a的结构示意图。所述光源系统100a包括一第一光源模块10与一第二光源模块20、反射元件3与4、一合光器件5a及一双远心透镜系统6。本实施例中，反射元件3与4是两反射镜。第一光源模块10与第二光源模块20的组成及结构相同，并且对称设置。可以理解的是，在其他实施方式中，第一光源模块10与第二光源模块20也可非对称设置。为了简化说明，下面仅对第一光源模块10进行说明。第一光源模块10，包括上激光模块111、下激光模块112、若干反射元件、若干聚焦透镜、一整形元件、若干中继透镜、一分光元件、一荧光轮、一收集透镜组18及一散射片19。整形元件为一能对光线进行匀光与整形处理的元件，如衍射光学元件、复眼透镜对、方棒等。本实施试中，整形元件是一方棒14；分光元件是一区域分光片16；荧光轮是一黄光轮17；这些反射元件包括反射条121、反射镜122、123、124；这些聚焦透镜包括聚焦透镜131、132。这些中继透镜包括中继透镜151、152。如图1所示，本实施方式中，上激光模块111与下激光模块112都是8×12的激光阵列。为简化说明，上激光模块111与下激光模块112只示意性地画出4×4的激光阵列。从上激光模块111、下激光模块112出射的平行光经过对应的反射条121反射后在空间上被压缩，然后通过反射镜122反射后被聚焦透镜131聚焦到方棒14进行匀光及整形。利用方棒14，一方面，使得后续聚焦在黄光轮17上的激光光斑的更加均匀，提高黄色荧光的转换效率；另一方面，方棒14可对激光进行整形，使激光光斑的形状大小与光机方棒7的入光面72的形状大小相匹配。从方棒14出射的激光经过中继透镜151和中继透镜152的平行化后进入区域分光片16。请参阅图2，区域分光片16的中间区域162是透射蓝激光；区域分光片16的四周区域164反射蓝激光，透射黄激光。可以理解的是，区域分光片可以采用中心区域透射激发光、反射受激光的方式，也可以采用中心区域反射激发光、透射受激光的方式进行分光。所以经过区域分光片16的中间区域162透射的蓝光通过收集透镜组18聚焦到反射式的散射片19上，散射片19的作用是降低激光的相干性，由于收集透镜组18是对方棒14的出射光面成像聚焦，所以在散射片19上形成的也是一个矩形光斑，该矩形光斑的尺寸是2.43mm×2.59mm。从矩形光斑反射回去的蓝光光分布是朗伯分布，经过收集透镜组18的平行化后到达区域分光片16，再被反射到聚焦透镜132，然后经过反射元件4反射后在图1的a位置处聚焦形成一蓝色的矩形光斑。该蓝色的矩形光斑的尺寸是10.45mm×9.78mm。同理，经过区域分光片16的四周区域164的蓝激光被反射到黄光轮17后激发出黄荧光。本实施例中，入射到黄光轮17的基板的蓝光功率是550w，最终也在图1的a位置处聚焦成一个10.45mm×9.78mm的黄色的矩形光斑，黄色的矩形光斑与蓝色的矩形光斑叠加就形成了一个白色的矩形光斑。同理，第二光源模块20的光路与第一光源模块10相同，第二光源模块20出射的光线在图1的b位置处形成一白色的矩形光斑。请同时参阅图3，合光器件5a包括垂直设置的两反射镜51。该两反射镜51相对水平面(xz平面)对称设置。每一反射镜51与水平面的夹角成45度。两反射镜51的外侧面为反射面，两反射面相互垂直且相对水平面对称设置。a位置处的矩形光斑经过上部的反射镜51反射的光线可以看成是从虚物a1直接出射的光线。b位置处的矩形光斑经过下部的反射镜51反射的光线可以看成是从虚物b1直接出射的光线。虚物a1和虚物b1组合成的矩形光斑由双远心透镜系统6成像在光机方棒7的入光面72。虚物a1和虚物b1所成的倒像w1与w2各占光机方棒7的入光面72的一半。a位置处的光斑、b位置处的光斑与光机方棒7的入光面72均为矩形，a位置处的矩形光斑及b位置处的矩形光斑耦合进光机方棒7的效率比圆形光斑耦合进光机方棒7的效率大。双远心透镜系统6的物方主光线与像方主光线均平行于光轴，可以避免第一光源模块10、第二光源模块20与双远心透镜系统6在安装时位置公差引起的光机方棒7耦合效率变低。从第一光源模块10出射的光斑随着传播路径的增加，光斑逐渐变小，在a位置处聚焦为矩形光斑时，光斑最小，之后随着传播路径的增加，光斑越来越大。有一部分光线未能被反射镜51反射而继续往下传播，会损失一部分的光通量。根据lighttools光学设计分析软件仿真，损失的光通量等于总光通量的6％左右。同理，第二光源模块20出射的光斑也会损失一部分的光通量。请参阅图4，图4是本发明第一实施例提供的光源系统100的另一光路示意图。当光路中没有放置合光器件5a(即两反射镜51)时，第一光源模块10及第二光源模块20发出的光线经过反射元件3和第二反射元件4反射后分别在图4的c位置处聚焦成一矩形光斑。这两个矩形光斑大小相同，重叠在一起。当光路中放置合光器件5a(即两反射镜51)时，从第一光源模块10和第二光源模块20发出的光线经两反射镜51的反射面反射后分别形成上下排列的两矩形光斑，即分别在图4中c1位置和c2位置聚焦成一矩形光斑。而c1位置和c2位置组合成的矩形光斑通过双远心透镜系统6在光机方棒7的入光面72形成像w1与w2。请再次参阅图3，由于反射镜51具有一定的厚度，两反射镜51相互垂直放置时，两反射镜51之间是线接触，即两反射镜51的反射面之间存在间隙，将导致c1位置和c2位置的矩形光斑不能贴合，也存在一定的空隙，从而影响最后投射至光机方棒7的入光面72的光线均匀度。为了提高投射至光机方棒7的入光面72的光线均匀度，本发明对合光器件做了进一步的改进，使得两矩形光斑能够无缝且不重合地耦合进光机系统的入光面72。请参阅图5，本发明第二实施例提供的光源系统的合光器件5b，包括相对水平面(xz平面)对称设置的两反射镜52。两反射镜52相互垂直放置，两反射镜52的反射面之间无缝接触，使得从第一光源模块10和第二光源模块20发出的光线经两反射镜52反射分别形成上下排列且无间隙的两矩形光斑w1与w2可以紧紧贴合在一起，即两矩形光斑w1与w2无缝且不重合地投射到入光面72。合光器件5b将两矩形光斑w1与w2无缝耦合到入光面72，使得第一光源模块10和第二光源模块20的光通量同时进入光机系统，提高了光机系统的输出亮度。具体地，可将第一实施例的合光器件5a的两反射镜51的端部分别切除掉一个三棱柱，三棱柱的两个底面是等腰直角三角形，直角边的长度是反射镜的厚度，三棱柱的高是反射镜的高度(如图6所示)。图6中，两反射镜51的两切除线g之间的部分即是要切除的部分，高度方向指的是垂直于直角面的方向，所以和反光镜51的高度是一致的。请参阅图7，本发明第三实施例提供的光源系统的合光器件5c还可以是一体成型的l形反射镜，使两反射面(l形反射镜的外侧面)之间无缝接触。请参阅图8，图8为本发明第四实施例提供的光源系统100b的结构示意图。第四实施例的光源系统100b与第一实施例中的光源系统100a的光路相同，不同之处仅在于合光器件的结构。请同时参阅图9，合光器件5d是一整体结构的反射棱镜54。合光器件5d采用整体的结构，较易控制加工及装配误差。该反射棱镜54的截面为等腰直角三角形，该反射棱镜54的斜面543垂直水平面(xz平面)，该反射棱镜54的两直角面541分别与水平面(xz平面)的夹角分别成45度，反射棱镜54的斜面543垂直水平面(xz平面)。该反射棱镜54的两直角面541为反射面。即两反射面相互垂直且相对水平面对称设置。当光路中未放置合光器件5d时，第一光源模块10及第二光源模块20发出的光线经过反射元件3和第二反射元件4反射后分别在图8的d位置处聚焦成一矩形光斑。这两个矩形光斑大小相同，重叠在一起。当光路中放置合光器件5d时，第一光源模块10及第二光源模块20发出的光线经过反射元件3和第二反射元件4反射及合光器件5d反射后分别在图8的d1位置和d2位置聚焦成一矩形光斑，d1位置和d2位置的矩形光斑上下排列无缝且不重合，通过双远心透镜系统6在光机方棒7的入光面72形成像w1与w2。为了提高该反射棱镜54的反射效率，在该反射棱镜54的两直角面541镀有高反膜。请参阅图10，图10为本发明第五实施例提供的光源系统100c的结构示意图。第五实施例的光源系统100c与第一实施例中的光源系统100a的不同之处也在于合光器件的结构不同。第五实施例的合光器件5e，包括两反射棱镜55a、55b。两反射棱镜55a、55b相对水平面(xz面)对称设置。每一反射棱镜55a、55b的截面呈等腰直角三角形，每一反射棱镜55a、55b的斜面朝向该水平面且与水平面的夹角分别成45度。每一反射棱镜55a、55b的斜面为反射面，即两反射面相互垂直且相对水平面对称设置。第一光源模块10出射的光线首先经过反射元件3后在反射棱镜55a的一直角面e1处聚焦为一个与反射棱镜55a的直角面e1尺寸大小相匹配的矩形光斑，进入反射棱镜55a的斜面的光线入射到斜面后发生全反射从另一直角面e3处出射。同理，第二光源模块20出射的光线首先经过反射元件4后在反射棱镜55b的直角面e2处聚焦为一个与反射棱镜55b的直角面尺寸大小相匹配的矩形光斑，进入反射棱镜55b的直角面的光线入射到斜面后发生全反射从另一直角面e4处出射。反射棱镜55a、55b的直角面出射的光线再通过双远心透镜系统6收集到光机方棒7的入光面72。相当于将e3处和e4处组合的上下排列无缝且不重合的矩形光斑通过双远心透镜系统6成像至光机方棒7的入光面72形成像w1与w2。进入反射棱镜55a、55b的直角面的光线入射到斜面后大部分光线会发生全反射从另一直角面出射，超过临界角的光线会从斜面透射而损失掉。为了提高斜面的反射效率，在反射棱镜55a、55b的斜面镀上高反膜；同时，反射棱镜55a、55b的两个侧面进行抛光处理，具有良好的全反射性能，避免了光线从侧面直接出射，增加了反射棱镜出光的效率。请参阅图11，光机方棒7的入光面72沿长边中心划分为两个矩形，第一光源模块10及第二光源模块20出射的矩形光斑经合光器件及双远心光透镜系统6分别投射到该两个矩形。请参阅图12，光机方棒7的入光面72沿短边中心划分为两个矩形，调整第一光源模块10、第二光源模块20、合光器件或光机方棒的位置，第一光源模块10及第二光源模块20出射的矩形光斑可分别投射到该两个矩形。请参阅图13，图13为本发明第六实施例提供的光源系统100d的结构示意图。第六实施例是通过更改第一光源模块10及第二光源模块20的方棒14(请再次参阅图1)的大小和形状，让第一光源模块10及第二光源模块20出射聚焦的矩形光斑大小为19.56mm×5.225mm，然后通过两反射棱镜56a与56b(每一反射棱镜56a、56b的截面呈等腰直角三角形)和双远心透镜系统6聚焦成像在光机方棒7的入光面72，最终两个光斑w并列地组合在一起的光斑大小为19.56mm×10.45mm。本发明光源系统的合光器件将第一光源模块及第二光源模块出射的光线形成的矩形光斑投射至光机系统的矩形的入光面，提高了光斑耦合进入光机系统的效率，使得第一光源模块及第二光源模块出射的光线的光通量同时进入光机系统，增大了投射到光机系统的光通量，提高了光机系统的输出亮度。本发明以半导体激光器为激发光源，激光器具有能量密度高，光学扩展量小的优势，激发荧光粉产生高效的荧光，能够得到具有高能量密度的光源，应用在照明领域，尤其是对光束质量要求比较高的场合，具有绝对的优势。因此，本发明所提供的应用于照明领域的新型光源系统，尤其适合应用于对于光束质量要求比较高的场合，对于扩展激光荧光粉光源的应用领域具有很好的推广作用。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12