光源设备及使用该光源设备的光学成像显示装置的制造方法_2

文档序号:9546271阅读:来源:国知局
200上。然后,没有被波长转换区域200波长转换的入射光束,即由虚线示出的光束a透射穿过光学元件4并由光学元件3反射;并且被波长转换区域200转换波长的光束,即由实线示出的光束b,透射穿过光学元件4并分别由光学元件2和3反射。最后,如此形成的光束a和b在与入射光束A平行的方向中到达上述光接收装置(图中未示出)。
[0034]应当指出,如图3中所示,面L为水平面,色轮100被水平地放置,即上述预定角度等于O度。然而本领域技术人员应当理解,面L不限于水平面,而是涵盖了根据本公开的光源设备能够被放置于其上的任何面;并且色轮100不限于被水平地放置,而是可以相对于面L以>0°且<90°的任意角度被放置。为了清楚起见,仅在图2中示出了面L,其他附图中省略了面L。然而应当理解,其他相关附图中的示例也是结合色轮相对于面L成O度角的情形来绘制的。
[0035]如图2所示,光学元件4的中心m、光学元件1、2、3的交点η以及波长转换区域200均位于轴线X上。然而,应当理解,这样的布置并非限制性的,本领域技术人员可以设想任何能够实现上述光路设计的布置。
[0036]在这里,光学元件I可以例如是反射镜,光学元件2可以例如是二向色镜或分合色立方棱镜(X-cube),光学元件4可以例如是聚焦透镜,并且光学元件3可以是:反射镜,以使得经过波长转换的光束,或者将经过波长转换的光束以及入射光束的、由上述色轮反射的光束部分,在透射穿过上述光学元件4后经由上述光学元件3反射至上述光接收装置上;或者二向色镜或分合色立方棱镜,以使得上述经过波长转换的光束在透射穿过上述光学元件4后经由上述光学元件3反射至上述光接收装置上,并且将上述入射光束的、由所述色轮反射的光束部分在透射穿过上述光学元件4后从上述光学元件3透射出去。也就是说,当不需要输出光束a至光接收装置时,光学元件3可以是二向色镜或分合色立方棱镜以使得光束a从光学元件3透射出去(而不被引导至光接收装置)并反射光束b,此时光学元件3和光学元件2可以合并为一个光学元件。当需要输出光束a时,光学元件3可以仅是反射镜,以将光束a和b反射到上述光接收装置上。
[0037]可选地,波长转换区域200被布置成色轮100的表面上的环形带。然而,本发明不限于此,本领域技术人员可以设想任何适当的波长转换区域布置方式,只要能够使得入射光束如上文所述地那样到达光接收装置即可。
[0038]应当指出,光学元件1、光学元件2和光学元件3的表面可以由本领域技术人员根据实际情况进行选择,例如是平面、球面形、非球面形中的任一种,或者是任意形状的,只要能够通过这些光学元件的协作实现使得入射光通过色轮上设置的光学处理部分并被引导至光接收装置即可。
[0039]还应当指出,波长转换区域200可以由一种或多种波长转换材料制成,以便生成一种或多种具有特定波长的被波长转换的光束。
[0040]在现有的应用于投影机的光源设备中,色轮或者是垂直于面L设置,由此不利地影响投影机整体尺寸的紧凑性;或者如前面【背景技术】中公开的那样,虽然色轮是倾斜设置,但是通过增加色轮的厚度并将波长转换区域设置在厚度区域中来实现入射光束的波长转换,由此色轮本身尺寸增加并且相关的光学元件的设计复杂,导致设备复杂和成本增加。而根据本公开的实施例的光源设备,通过使色轮100相对于平面L倾斜>0°且<90°的角度、将波长装换区域设置在色轮的表面、并且适当地设置光学元件以使得入射光束通过色轮后被引导至光接收装置,能够增大色轮的直径以承受更强的入射激光功率,而不会影响投影机的简洁性和紧凑性。
[0041]图3的结构配置基本上与图2相同,其中仅示出了入射光束A中没有被色轮100进行波长转换的部分光束的光路。为了清楚说明光路走向,如图所示,入射光束A被光学元件I反射,透射穿过光学元件2和4并到达色轮100,由于没有被色轮100上的波长转换材料转换波长且被色轮的表面反射,入射光束A的没有被色轮进行波长转换的部分又透射穿过光学兀件4,然后被光学兀件3反射,即输出光束a。输出光束a最后到达上述光接收装置。
[0042]当需要在输出光束中增加上述未经色轮进行波长转换的入射光束的量以优化输出光束的亮度与色彩时,例如存在以下三种解决方案。
[0043]第一种方案
[0044]图4示意性地示出了根据本公开的另一个实施例的光源设备的侧视图。如图4所示,与图2所示的光源设备I相比添加了光学元件5,其被配置成将来自与所述第一发光单元不同的第二发光单元(图中未示出)的入射光束F直接反射到所述光接收装置上(即光束f)。光束f与上面提及的光束a和光束b共同构成被引导至光接收装置的输出光束。
[0045]在本实施例中,上述光学元件5可以例如是二向色镜或分合色立光棱镜X-cube,并且上述第二发光单元可以例如是激光源。如图所示,光学元件5被布置成与入射光束F成45°角,以使得来自上述第二发光单元的垂直于入射光束A的入射光束F被光学元件5反射并到达上述光接收装置,而与图3所示的示例类似,经波长转换的光束b透射穿过光学元件5并到达上述光接收装置。
[0046]第二种方案
[0047]图5示意性地示出了根据本公开的实施例的光源设备中的色轮布置的示例。如图5所示,上述色轮100的表面的光学处理部分还包括反射区域300,用于对入射光束中被引导至反射区域300的光束部分进行反射,其中,反射光束的强度能够根据反射区域300与波长转换区域200的比例而被调整。
[0048]在本实施例中,环形布置的波长转换区域200的一部分被反射区域300代替。因此,入射到该反射区域300上的部分光束直接被反射区域反射,从而增加了被反射的入射光在总输出光束中的量,从而获得了以时序方式从色轮100输出的光束。被反射的入射光束在总输出光束中的量也因此能够通过调节反射区域300与波长转换区域200的覆盖范围之比而被调整。在这里,术语“时序”是指在同一时刻只能输出一种单色光。随着色轮旋转,光束照射到波长转换区域中的与不同波长的光(相应于不同颜色的光)对应的部分,因而被转换成相应波长的光。
[0049]应当指出,如图5所示,波长转换区域200被分为两个部分是指该波长转换区域包括两种波长转换材料,以使得入射光被转换成具有不同波长的两种单色光,而这两种单色光随着色轮的旋转是按时序输出的。然而,应当理解,波长转换区域200不限于包括两种波长转换材料,也可以根据对输出不同单色光的需要而包括多种波长转换材料。
[0050]第三种方案
[0051]图6示意性地示出了根据本公开的又另一个实施例的光源设备I的侧视图。如图6所示,光学元件2被配置成使得来自第三发光单元(图中未示出)的入射光束E直接透射穿过光学元件2并且到达上述光接收装置(即光束e),其中上述第三发光单元不同于上述第一发光单元和第二发光单元。
[0052]在本实施例中,上述第三发光单元例如是激光源。如图所示,来自上述第三发光单元的入射光束E在平行于入射光束A的方向中直接透射穿过光学元件2并到达上述光接收装置。在后面的图7中以灰色区域示出了在这种情况下被波长转换的光束所覆盖的区域。
[0053]应当指出,上述第一发光单元、第二发光单元和第三发光单元既可以集成在光源设备I中,也可以与光源设备I分离地实现,只要这些发光单元的设置不会遮挡光路即可。
[0054]还应当指出,为了满足实际情形中优化输出光束的亮度与色彩的不同需求,上述三种方案既可以单独使用,也可以任意结合使用。
[0055]图8示意性地示出了根据本公开的实施例的光源设备中的色轮100布置的另一个实施例。与图5不同,图8中的波长转换区域200只包括一种波长转换材料,即只能将入射光转换成一种单色光。如图8所示,上述色轮表面的光学处理部分还包括反射区域400,用于对入射光束中被引导至该反射区域400的光束部分进行反射,其中,入射光束被引导至反射区域400与波长转换区域200的交界处以获得从色轮100连续输出的光束。在这里,术语“连续”是指输出光束中的被波长转换的光和未被波长转换的光能够同时被输出。
[0056]已知地,在投影机领域中,DMD (数字微镜装置)、IXD (液晶显示器)、LCoS (硅基液晶)或更一般地三光阀系统需要获得连续的输出光束,这在现有技术中是通过使用超高压汞灯、来自多个具有单个或多个波长的光源的合并光或能同时产生多波长的波长转换材料来实现的,而实现连续及时序输出的结构设计之间有较大差别。为此,本公开提出了如图8所示的解决方案。为了使得入射光束被引导至反射区域400与波长转换区域200的交界处,例如,可以在图2所示的光源设备I中,沿图2中的轴线X使色轮100沿径向方向稍微地偏移,以使得经光学元件4会聚的光束入射到色轮100上的反射区域400与波长转换区域200的交界处,如图8中标出的光点所示,由此未被转换波长的光束和被波长转换的光束能够连续地被输出,以便同时地到达上述光接收装置。当然,例如,也可以通过改
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