投影系统

摘要

本发明公开一种投影系统，其中，投影系统包括光源组件、空间光调制器、像素偏移装置和光波长转换层，光源组件包括第一光源和第二光源，第二光源与第一光源的波谱范围不同；光波长转换层包括呈阵列排布的多个重复单元；每一重复单元包括设有光波长转换材料的波长转换像素格和设有散射粉的透射像素格；空间光调制器用于根据图像信号调制第一光源的光以形成第一图像信号光和调制第二光源的光以形成第二图像信号光；像素偏移装置用于将第一图像信号光偏移到波长转换像素格，以及用于将第二图像信号光偏移到透射像素格。本发明技术方案能改善该投影系统所形成的投影成像的三基色光中各颜色光的占比，从而改善其图像质量。

权利要求

1.一种投影系统，其特征在于，包括依次设置的光源组件、空间光调制器、像素偏移装置和光波长转换层，其中：所述光源组件包括第一光源和第二光源，所述第一光源为激发光源，所述第二光源与所述第一光源的波谱范围不同；

所述空间光调制器用于根据图像信号调制所述第一光源的光以形成第一图像信号光和调制所述第二光源的光以形成第二图像信号光；

所述光波长转换层包括呈阵列排布的多个重复单元，每个所述重复单元包括至少一设有光波长转换材料的波长转换像素格和至少一设有散射粉的透射像素格；

所述像素偏移装置用于将所述第一图像信号光偏移到所述波长转换像素格，以及用于将所述第二图像信号光偏移到所述透射像素格。

2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述第一光源为发射蓝光或紫外光的固态光源；所述第二光源为发射红光的固态光源。

3.如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，每个所述重复单元包括第一像素格、第二像素格、第三像素格和第四像素格；所述第一像素格为设有用于激发产生橙光的光波长转换材料的波长转换像素格，所述第二像素格为设有用于激发产生绿光的光波长转换材料的波长转换像素格；所述第四像素格为设有散射粉的透射像素格；当所述第一光源为发射蓝光的固态光源时，所述第三像素格为设有散射粉的透射像素格；当所述第一光源为发射紫外光的固态光源时，所述第三像素格为设有用于激发产生蓝光的光波长转换材料的波长转换像素格；

所述第一像素格、第二像素格和第三像素格用于接收所述第一图像信号光并输出图像；

所述第四像素格用于接收所述第二图像信号光并输出图像。

4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，还包括与所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置均电连接的控制装置，该控制装置用于控制所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置，以使所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置同步。

5.如权利要求4所述的投影系统，其特征在于，所述控制装置还用于控制所述像素偏移装置将所述空间光调制器调制后的光按预设时序对应偏移至每个重复单元的第一像素格、第二像素格、第三像素格和第四像素格上。

6.如权利要求5所述的投影系统，其特征在于，所述控制装置还用于控制所述第一光源和所述第二光源分别按所述预设时序打开和关闭。

7.如权利要求1至6任一项所述的投影系统，其特征在于，还包括匀光装置，该匀光装置设于所述光源组件与所述空间光调制器之间，用于将所述光源组件所发射出的光进行匀光后出射至所述空间光调制器。

8.如权利要求7所述的投影系统，其特征在于，还包括光中继装置，该光中继装置设于所述匀光装置与所述空间光调制器之间，用于将自所述匀光装置出射的光转换为近平行光后出射至所述空间光调制器。

9.如权利要求8所述的投影系统，其特征在于，还包括第一滤光片阵列，该第一滤光片阵列设于所述像素偏移装置与所述光波长转换层之间；每一第一滤光片对应于每一像素格设置；所述第一滤光片阵列用于将所述光波长转换层的朝向所述像素偏移装置方向发射的激发光进行反射；

及/或，

还包括第二滤光片阵列，该第二滤光片阵列设于所述光波长转换层的背离所述像素偏移装置的一侧；每一第二滤光片对应于每一像素格设置；所述第二滤光片阵列用于过滤相邻像素格的不同颜色光。

10.如权利要求9所述的投影系统，其特征在于，还包括第一微透镜阵列，该第一微透镜阵列设于所述像素偏移装置与所述第一滤光片阵列之间；每一第一微透镜对应于每一重复单元设置；

及/或，

还包括第二微透镜阵列，该第二微透镜阵列设于所述第二滤光片阵列的背离所述光波长转换层的一侧；每一第二微透镜对应于每一重复单元设置。

说明书

投影系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种投影系统。

背景技术

[0002] 目前，市面上的一些投影系统包括激发光源、空间光调制器、荧光粉阵列和投影镜头，其中激发光源发出激发光经过空间光调制器调制后，入射到荧光粉阵列上，以产生三基色光，最终通过投影镜头成像。然而，在这些投影系统所形成的投影图像中，当产生三基色的多种荧光粉中的某种荧光粉出现交严重的老化现象或者其中某种荧光粉的激发效率较低(例如红色荧光粉)时，会导致投影图像中与该中荧光粉对应的颜色光占比过低，影响图像质量。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的是提供一种投影系统，旨在优化该投影系统所形成的投影成像中三基色光中各颜色光的占比，从而改善其投影成像的图像质量。

[0004] 为实现上述目的，本发明提出的投影系统包括依次设置的光源组件、空间光调制器、像素偏移装置和光波长转换层，其中：

[0005] 所述光源组件包括第一光源和第二光源，所述第一光源为激发光源，所述第二光源与所述第一光源的波谱范围不同；

[0006] 所述空间光调制器用于根据图像信号调制所述第一光源的光以形成第一图像信号光和调制所述第二光源的光以形成第二图像信号光；

[0007] 所述光波长转换层包括呈阵列排布的多个重复单元，每个所述重复单元包括至少一设有光波长转换材料的波长转换像素格和至少一设有散射粉的透射像素格；

[0008] 所述像素偏移装置用于将所述第一图像信号光偏移到所述波长转换像素格，以及用于将所述第二图像信号光偏移到所述透射像素格。

[0009] 优选地，所述第一光源为发射蓝光或紫外光的固态光源；所述第二光源为发射红光的固态光源。

[0010] 优选地，每个所述重复单元包括第一像素格、第二像素格、第三像素格和第四像素格；所述第一像素格为设有用于激发产生橙光的光波长转换材料的波长转换像素格，所述第二像素格为设有用于激发产生绿光的光波长转换材料的波长转换像素格；所述第四像素格为设有散射粉的透射像素格；当所述第一光源为发射蓝光的固态光源时，所述第三像素格为设有散射粉的透射像素格；当所述第一光源为发射紫外光的固态光源时，所述第三像素格为设有用于激发产生蓝光的光波长转换材料的波长转换像素格；

[0011] 所述第一像素格、第二像素格和第三像素格用于接收所述第一图像信号光并输出图像；

[0012] 所述第四像素格用于接收所述第二图像信号光并输出图像。

[0013] 优选地，所述投影系统还包括与所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置均电连接的控制装置，该控制装置用于控制所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置，以使所述光源组件、空间光调制器和像素偏移装置同步。

[0014] 优选地，所述控制装置还用于控制所述像素偏移装置将所述空间光调制器调制后的光按预设时序对应偏移至每个重复单元的第一像素格、第二像素格、第三像素格和第四像素格上。

[0015] 优选地，所述控制装置还用于控制所述第一光源和所述第二光源分别按所述预设时序打开和关闭。

[0016] 优选地，所述投影系统还包括匀光装置，该匀光装置设于所述光源组件与所述空间光调制器之间，用于将所述光源组件所发射出的光进行匀光后出射至所述空间光调制器。

[0017] 优选地，所述投影系统还包括光中继装置，该光中继装置设于所述匀光装置与所述空间光调制器之间，用于将自所述匀光装置出射的光转换为近平行光后出射至所述空间光调制器。

[0018] 优选地，所述投影系统还包括第一滤光片阵列，该第一滤光片阵列设于所述像素偏移装置与所述光波长转换层之间；每一第一滤光片对应于每一像素格设置；所述第一滤光片阵列用于将所述光波长转换层的朝向所述像素偏移装置方向发射的激发光进行反射；

[0019] 及/或，

[0020] 所述投影系统还包括第二滤光片阵列，该第二滤光片阵列设于所述光波长转换层的背离所述像素偏移装置的一侧；每一第二滤光片对应于每一像素格设置；所述第二滤光片阵列用于过滤相邻像素格的不同颜色光。

[0021] 优选地，所述投影系统还包括第一微透镜阵列，该第一微透镜阵列设于所述像素偏移装置与所述第一滤光片阵列之间；每一第一微透镜对应于每一重复单元设置；

[0022] 及/或，

[0023] 所述投影系统还包括第二微透镜阵列，该第二微透镜阵列设于所述第二滤光片阵列的背离所述光波长转换层的一侧；每一第二微透镜对应于每一重复单元设置。

[0024] 本发明技术方案中，当某一波长转换像素格内的光波长转换材料出现了老化现象或者其内光波长转换材料本身激发效率较低时，以同样的第一图像信号光入射至该波长转换像素格，其所产生的对应的基色光的量会变少，从而导致投影图像中对应基色光的占比会过低；第二光源选用与占比过低的基色光相对应的光源，并将该第二光源的光经空间光调制器调制后形成的第二图像信号光，再通过透射像素格，以与占比过低的基色光进行和光；如此，能提高占比过低的基色光在投影图像中的占比，从而改善该投影系统投影成像的图像质量。

附图说明

[0025] 图1为本发明投影系统一实施例的结构示意图；

[0026] 图2为图1中光波长转换层的重复单元的排布示意图；

[0027] 图3为图1中第一滤光片阵列的与重复单元相对应的一组第一滤光片的排布示意图；

[0028] 图4为图1中空间光调制器的微镜单元与光波长转换层的重复单元之间的对应示意图；

[0029] 图5为图1中投影系统的光源组件开断时序、空间光调制器的出光时序以及图像信号时序之间的对应示意图。

[0030] 附图标号说明：

[0031]标号 名称 标号 名称 标号 名称
1 光源组件 2 空间光调制器 21 微镜单元
3 像素偏移装置 4 光波长转换层 41 重复单元
411 第一像素格 412 第四像素格 413 第二像素格
414 第三像素格 5 投影装置 6 控制装置
7 匀光装置 8 光中继装置 9 第一滤光片阵列
91 第一滤光片 10 第二滤光片阵列 11 第一微透镜阵列
12 第二微透镜阵列        

[0032] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0033] 下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。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。

[0034] 如本领域技术人员所知，以下图示中的字母“B”、“G”、“O”、“R”为基准颜色代码，其中“B”表示蓝色、“G”表示绿色、“O”表示橙色、“R”表示红色，基于基准颜色的组合而形成的不同颜色及色调均为现有技术，在此不赘述。

[0035] 本发明提出一种投影系统。

[0036] 参照图1至图3，在本发明一实施例中，该投影系统包括光源组件1、空间光调制器2、像素偏移装置3和光波长转换层4；当然，该投影系统还包括设于光波长转换层4的背离像素偏移装置3的一侧的投影装置5，该投影装置5用于投影成像。

[0037] 本实施例中，光源组件1包括第一光源和第二光源。第一光源为激发光源，第二光源与第一光源的波谱范围不同。空间光调制器2用于根据图像信号调制第一光源的光以形成第一图像信号光和调制第二光源的光以形成第二图像信号光。光波长转换层4包括呈阵列排布的多个重复单元41，每个重复单元41包括至少一设有光波长转换材料的波长转换像素格和至少一设有散射粉的透射像素格。像素偏移装置3用于将第一图像信号光偏移到波长转换像素格，以及用于将第二图像信号光偏移到透射像素格。

[0038] 通常地，光波长转换层4的每个重复单元41至少包括三个波长转换像素格，该三个波长转换像素格上分别设有用于激发产生投影图像三基色相对应的光波长转换材料。投影图像的三基色可以为但不限于红、绿、蓝或者品红、黄、青等。可以理解，当某一波长转换像素格内的光波长转换材料出现了老化现象或者其内光波长转换材料本身激发效率较低时，以同样的第一图像信号光入射至该波长转换像素格，其所产生的对应的基色光的量会变少，从而导致投影图像中对应基色光的占比会过低，影响图像质量。本实施例中，第二光源选用与占比过低的基色光相对应的光源，并将该第二光源的光经空间光调制器2调制后形成的第二图像信号光，再通过透射像素格，以与占比过低的基色光进行和光；如此，能提高占比过低的基色光在投影图像中的占比，从而改善该投影系统投影成像的图像质量。本实施例中，光波长转换材料包括荧光粉、纳米发光材料或发光染料，目前较常使用的是荧光粉。

[0039] 特别地，在投影图像三基色为红、绿、蓝，且投影图像的红光部分仅由激发红色荧光粉所产生时，由于红色荧光粉的发光效率较低，且红色荧光粉易于出现热饱和现象，会导致投影图像中红光占比过低。下面以投影图像三基色为红、绿、蓝，且克服投影图像中红光占比过低的情形说明本发明的一个具体实施例：本实施例中，该第一光源为发射蓝光或紫外光的固态光源，该第二光源为发射红光的固态光源。当第一光源为蓝光光源时，该蓝光光源优选为能发射出光波长在440纳米至450纳米之间蓝光的光源。另外，本实施例中，该第一光源和第二光源均优选为激光光源，激光光源所发射出的光具有良好的单色性和偏振性，便于像素偏移装置3实现光传播方向的偏移。当然，由于LED光源所发射出的光具有良好的单色性，故在本发明的其他实施例中，该第一光源和第二光源还可为LED光源。

[0040] 本实施例中，当第一光源为紫外光光源时，每一重复单元41包括至少一设有用于激发绿光(G)的光波长转换材料的第二像素格413、至少一设有用于激发蓝光(B)的光波长转换材料的第三像素格414、至少一设有用于激发橙光(O)的光波长转换材料的第一像素格411、以及至少一设有散射粉的第四像素格412；即每一重复单元41的第一像素格411、第二像素格413、第三像素格414均为波长转换像素格，而第四像素格412为透射像素格。该光波长转换层4的每一重复单元41用以实现目标图像每一像素的三基色(红色、绿色和蓝色)的再现；参见图2，本实施例中，每一重复单元41包括2×2格阵列的四个像素格；当然，在本发明的其他实施例中，每一重复单元41的像素格的个数、设有不同光波长转换材料的像素格的排布规则等均可根据实际需要变化设计。需要强调的是，在本发明的技术方案中，当第一光源为蓝光光源时，第三像素格414也可为设有散光粉的透射像素格微镜单元，以供第一图像信号光透过。

[0041] 本实施例中，该空间光调制器2位于光源组件1与光波长转换层4之间，包括与多个重复单元41一一对应设置的多个微镜单元21，并根据接收到的图像信号通过微镜单元21调制从光源组件1发射的光，以使调节后的光携带有图像信息。可以理解，图像信息包括目标图像的与每一重复单元41对应的像素点的三基色组分信息；该三基色组分信息具体指对应像素点中红色组分、绿色组分和蓝色组分的灰度、亮度等信息。而图像信号包括目标图像的红色信号、绿色信号和蓝色信号。

[0042] 本实施例中，该像素偏移装置3位于空间光调制器2与光波长转换层4之间，用于将每一微镜单元21调节后的与红色信号相对应的第一光源发射的光偏移至对应重复单元41的第一像素格411上、以及将每一微镜单元21调节后的与红色信号相对应的第二光源发射的光偏移至对应重复单元41的第四像素格412上，并用于将每一微镜单元21调制后的与绿色信号相对应的第一光源发射的光偏移至对应重复单元41的第二像素格413上，以及用于将每一微镜单元21调制后的与蓝色信号相对应的第一光源发射的光偏移至对应重复单元41的第三像素格414上。本实施例中，第一图像信号光包括偏移至第一像素格411、第二像素格413和第三像素格414的调制光，为蓝光或紫外光；而第二图像信号光包括偏移至第四像素格412的调制光，为红光(参照图5)。本实施例中，该像素偏移装置3可采用双折射晶体，而控制装置6内集成有控制双折射晶体的压电传感器等，以实现其出光分成不同的方向偏移到对应重复单元41的对应像素格上。

[0043] 本实施例中，该投影系统投影所得的图像是由第一像素格411、第二像素格413和第三像素格414接收所述第一图像信号光所输出的图像和第四像素格412接收所述第二图像信号光所输出得图像叠加形成的；可以理解，本实施例中，投影所得的图像中，其三基色光中的红色光部分是由第一像素格411所输出的橙色光和透过第四像素格412的红光进行和光得到的。由于用于激发橙光的光波长转换材料的发光效率通常大于用于激发红光的光波长转换材料的发光效率，故相较于现有技术中仅通过红色荧光粉激发得到红光的技术方案，本实施例的技术方案不会因红色荧光粉发光效率低或者红色荧光粉出现热饱和现象而出现目标图像中红光占比过低的现象，即本实施例的技术方案能提高目标图像中的红光占比，从而改善该投影系统投影成像的图像质量。另外，空间光调制器2的一个微镜单元21对应于光波长转换层4上的至少四个像素格，可使得在维持投影分辨率不变的情况下，大量减少空间光调制器2中微镜单元21的数量，即降低了该投影系统对空间光调制器2的要求，便于该投影系统的制作。

[0044] 需要强调的是，在本实施例中，通过激发所得的橙色光和透射的第二光源发射的红光进行和光得到目标图像中三基色光的红色光，以使投影图像所再现的颜色更接近原色；而在本发明的其他实施例中，还可仅将透射的第二光源发射的红色光作为投影图像中三基色光中的红色光，即第四像素格412和第一像素格411均设置散射粉，如此，同样不会因红色荧光粉发光效率低或者红色荧光粉出现热饱和现象而出现目标图像中红光占比过低的现象，即同样能提高目标图像中的红光占比，从而改善该投影系统投影成像的图像质量。

[0045] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括与光源组件1、空间光调制器2和像素偏移装置3均电连接的控制装置6，该控制装置6用于控制光源组件1、空间光调制器2和像素偏移装置3，以使光源组件1、空间光调制器2和像素偏移装置3同步。

[0046] 一并参照图4和图5，在本实施例中，进一步地，该控制装置6还用于控制像素偏移装置3将空间光调制器2调制后的光按预设时序对应偏移至每个重复单元41的第一像素格411、第二像素格413、第三像素格414和第四像素格413上。具体地，在控制装置6的控制下，该像素偏移装置3将微镜单元21调节后的与红色信号相对应的第一光源发射的光、微镜单元21调节后的与红色信号相对应的第二光源发射的光、微镜单元21调节后的与绿色信号相对应的第一光源发射的光和微镜单元21调节后的与蓝色信号相对应的第一光源发射的光按预设时序分别偏移至对应重复单元41的第一像素格411、第四像素格412、第二像素格413和第三像素格414上。本实施例中，接收图像信号时，空间光调制器2同时接收到与图像信号对应的红色信号、绿色信号和蓝色信号的时序信号，红光、绿光、蓝光的时序信号；该空间光调制器2还将此预设时序信号发送至控制装置6，以供控制装置6根据此预设时序信号控制光源组件1的对应光源发光，以及控制像素偏移装置3将光偏移至对应重复单元41的对应像素格上。具体地，如图5，在第一时序t1下，第一光源打开，第二光源关闭，经过空间光调制器
2调制后的出光为与绿色信号相对应的光，且出射至投影装置5的光为绿光；在第二时序t2下，第一光源打开，第二光源关闭，经过空间光调制器2调制后的出光为与蓝色信号相对应的光，且出射至投影装置5的光为蓝光；在第二时序t3下，第一光源打开，第二光源关闭，经过空间光调制器2调制后的出光为与红色信号相对应的光，且出射至投影装置5的光为橙光；在第二时序t4下，第一光源关闭，第二光源打开，经过空间光调制器2调制后的出光为与红色信号相对应的光，且出射至投影装置5的光为红光。

[0047] 参见图1，在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括匀光装置7，该匀光装置7设于光源组件1与空间光调制器2之间，用于将光源组件1所发射出的光进行匀光后出射至空间光调制器2。本实施例中，该匀光装置7优选为散射器，例如但不限于散光膜片或者具有散光粉涂层的透明基片。可以理解，匀光装置7能提高出射至空间光调制器2的光的均匀性，从而进一步改善该投射系统投影成像的图像质量。

[0048] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括光中继装置8，该光中继装置8设于匀光装置7与空间光调制器2之间，用于将自匀光装置7出射的光转换为近平行光后出射至空间光调制器2。本实施例中，该光中继装置8优选为光中继透镜。可以理解，设置光中继装置8可使入射至所述空间光调制器2的光发散角变小，从而提高该投影系统投影成像的投射亮度。

[0049] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括第一滤光片阵列9，该第一滤光片阵列9设于像素偏移装置3与光波长转换层4之间；每一第一滤光片91对应于每一像素格设置，且对应于第四像素格412设置的第一滤光片91为可供第二图像信号光(红光(R))透过的二向色滤光片，其余的第一滤光片91为可供第一图像信号光(蓝光(B)或者紫外光)透过的二向色滤光片；第一滤光片阵列9用于将光波长转换层4的朝向像素偏移装置3方向发射的激发光反射至投影装置5，以避免激发所得的光向四周散射所导致的光损，而进一步提升该投影系统投影成像的投射亮度。

[0050] 需要强调的是，由于有第一滤光片阵列9的存在，第一光源所发射的蓝光或者紫外光不会透射到第四像素格412上，第二光源所发射的红光也不会透射到第一像素格411、第二像素格413和第三像素格414上，故在本发明的其他实施例中，第一光源和第二光源可持续打开，无需按预设时序开断。

[0051] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括第二滤光片阵列10，该第二滤光片阵列10设于光波长转换层4与投射装置之间；每一第二滤光片对应于每一像素格设置，且对应于第一像素格411设置的第二滤光片为橙色滤光片，对应于第四像素格412设置的第二滤光片为红色滤光片，对应于第二像素格413设置的第二滤光片为绿色滤光片，对应于第三像素格414设置的第二滤光片为蓝色滤光片。可以理解，对应于每一像素格设置的第二滤光片能起到过滤相邻像素格的不同颜色光的作用，以提高该投影系统所投射影像的清晰度。

[0052] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括第一微透镜阵列11，该第一微透镜阵列11设于像素偏移装置3与第一滤光片阵列9之间；每一第一微透镜对应于每一重复单元41设置，并用于收集入射至对应重复单元41的光，以提高光源组件1所发射的激发光的利用率，从而进一步提升该投影系统投影成像的投射亮度。

[0053] 在本实施例中，进一步地，该投影系统还包括第二微透镜阵列12，该第二微透镜阵列12设于第二滤光片阵列10与投影装置5之间；每一第二微透镜对应于每一重复单元41设置，并用于收集从光波长转换层4向透射装置出射的光，以光波长转换层4的受激发光的利用率，从而进一步提升该投影系统投影成像的投射亮度。

[0054] 应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0055] 以上所述仅为本发明的优选实施例，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。