阅读说明：本技术 一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备 (Light source beam combining module, projection display device and projection display equipment ) 是由 宋海涛 其他发明人请求不公开姓名 于 2019-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备,所述光源合束模组包括N组光源；设置在所述N组光源出射光路上的偏振合束元件；设置在所述偏振合束元件出射光路上的N个波长合束元件；每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元,且所述两个发光单元被配置为出射不同偏振态的光；所述偏振合束元件用于对每组光源的两个发光单元出射的光进行合束；所述N个波长合束元件用于将偏振合束元件出射的N束光合并为一束光输出；所述N为大于或等于3的整数。上述方案通过合理设置各个元件的空间位置,能够提高光源合束模组空间利用率,有利于光源合束模组的小型化。(The invention discloses a light source beam combining module, a projection display device and projection display equipment, wherein the light source beam combining module comprises N groups of light sources; the polarization beam combining element is arranged on the emergent light paths of the N groups of light sources; the N wavelength beam combining elements are arranged on the emergent light path of the polarization beam combining element; each group of light sources comprises two light-emitting units with the same color channel, and the two light-emitting units are configured to emit light with different polarization states; the polarization beam combining element is used for combining the light emitted by the two light emitting units of each group of light sources; the N wavelength beam combination elements are used for combining N beams emitted by the polarization beam combination elements into a beam of light to be output; and N is an integer greater than or equal to 3. According to the scheme, the space utilization rate of the light source beam combining module can be improved by reasonably setting the space positions of the elements, and the miniaturization of the light source beam combining module is facilitated.)

一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备

技术领域

本发明涉及投影显示领域，尤其涉及一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备。

背景技术

扫描投影技术的成像原理是，通过光源调制出待显示图像的每个像素点对应的光，然后，通过扫描器带动扫描光纤或通过MEMS(英文全称：Microelectro MechanicalSystems，中文名称：微机电系统)扫描镜的运动，扫描输出每个像素点对应的光，从而将待显示图像的每个像素点对应的光逐一投射到投影屏幕上，形成投射画面。

由于扫描图像的分辨率的要求，光源的出光光斑尺寸应尽量小一些，并且对于光纤扫描系统而言，如果光源的出光光斑尺寸太大，会导致光源出射的光难以高效率地耦入光纤。所以，以光源为激光光源为例，由于直接采用高功率的激光器进行合束，会使得出光光斑的尺寸过大，因此，为了减小光源的出光光斑，激光光源可以采用多个小功率的激光器进行合束，从而产生大功率且小光斑的光束输出，而不是直接采用高功率的激光器进行合束。

如图1所示，为现有技术中扫描系统的光源(图中的黑色箭头代表光路方向)。光源采用了6个激光器进行合束出光，光源合束模块包括：s偏振红光激光器R、p偏振红光激光器R’、s偏振绿光激光器G、p偏振绿光激光器G’、s偏振蓝光激光器B、p偏振蓝光激光器B’，6个准直透镜，3个偏振合束元件P1、P2、P3，3个波长合束元件L1、L2、L3。其中，每个激光器的出光口对应设置一个准直透镜对激光器产生的发散光进行准直。

s偏振红光激光器R和p偏振红光激光器R’的准直光束经偏振合束元件P1合束；s偏振绿光激光器G、p偏振绿光激光器G’的准直光束经偏振合束元件P2合束；s偏振蓝光激光器B、p偏振蓝光激光器B’的准直光束经偏振合束元件P3合束。RGB三色光束最后再经过波长合束元件L1、L2、L3进行合束。合束后的光束经会聚透镜会聚到光纤中继续传播，或者经会聚透镜会聚后出射至MEMS扫描镜。

但是本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述现有技术中至少存在如下技术问题：

现有技术中的光源，由于激光器数量、合束器件数量较多，结构复杂，空间利用率较低，难以实现光源的小型化，也会影响扫描投影设备的小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种光源合束模组、投影显示装置及投影显示设备，用以解决现有技术中存在的光源由于激光器数量、合束器件数量较多，结构复杂，难以实现光源的小型化的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供一种光源合束模组，包括：

N组光源；设置在所述N组光源出射光路上的偏振合束元件；设置在所述偏振合束元件出射光路上的N个波长合束元件；

每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元，且所述两个发光单元被配置为出射不同偏振态的光；

所述偏振合束元件用于对每组光源的两个发光单元出射的光进行合束；

所述N个波长合束元件用于将偏振合束元件出射的N束光合并为一束光输出；所述N为大于或等于3的整数。

可选的，所述光源合束模组包括一个偏振合束元件，所述N组光源共用一个偏振合束元件；或

所述光源合束模组包括与所述N组光源一一对应的N个偏振合束元件，所述N个偏振合束元件的光学工作面共面。

可选的，每组光源的两个发光单元分别位于所述偏振合束器件的两侧；每组光源中的一个发光单元出射的光以第一方向直接入射至所述偏振合束元件，另一个发光单元出射的光以第二方向直接入射至所述偏振合束元件，所述第一方向和所述第二方向相交；或

每组光源的两个发光单元位于所述偏振合束器件的同一侧；所述光源合束模组还包括反射镜；每组光源中的一个发光单元出射的光以第一方向直接入射至所述偏振合束元件，另一个发光单元出射的光经所述反射镜反射后，以第二方向入射至所述偏振合束元件，所述第一方向和所述第二方向相交。

可选的，所述N个波长合束元件共光路设置，每个波长合束元件用于反射其对应的光源出射的光，并透射其它波长合束元件出射的光。

可选的，所述光源合束模组还包括与所述N组光源一一对应的N根光纤、N个光耦入元件和N个光耦出元件，每个光源出射的光经所述偏振合束元件合束后，通过对应的光耦入元件耦入对应光纤中，并通过对应的光耦出元件耦出至对应的波长合束元件。

可选的，所述N组光源至少包括红光光源、绿光光源和蓝光光源，所述红光光源/绿光光源/蓝光光源的数量可以为一组或多组。

可选的，所述N组光源包括红光光源、绿光光源、蓝光光源和第四组光源，所述第四组光源的色彩通道与红光光源、绿光光源和蓝光光源不同。

可选的，所述光源合束模组的数量为M组，所述光源合束模组还包括(M-1)个反射镜组；所述反射镜组位于两组光源合束模组之间，所述(M-1)个反射镜组用于将所述M组光源合束模组出射的光合并为一束光输出，所述M为大于或等于2的整数。

本发明实施例第二方面提供一种投影显示装置，包括如第一方面所述的光源合束模组和光扫描模组，所述光源合束模组出射的光经所述光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光。

可选的，所述光扫描模组为光纤扫描模组或MEMS扫描模组。

本发明实施例第三方面提供一种投影显示设备，包括如第二方面所述的投影显示装置。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明实施例的方案中，光源合束模组包括N组光源、偏振合束元件和N个波长合束元件，每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元，每组光源的两个发光单元均通过所述偏振合束元件进行合束，然后，通过N个波长合束元件将偏振合束元件出射的N束光合并为一束光输出，从而在光源合束模组包括的元件数量较多时，通过合理设置各个元件的空间位置，能够提高光源合束模组空间利用率，有利于光源合束模组的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为现有技术中的光源的结构示意图；

图2A为本发明实施例提供的光源合束模组的结构示意图；

图2B为图2A中的光源合束模组对应的光路示意图；

图2C为本发明实施例提供的一种可能的光源合束模组的结构示意图；

图2D为图2C中的光源合束模组对应的光路示意图；

图2E为图2A中的光源合束模组的俯视图；

图2F为图2A中的光源合束模组的主视图；

图3A为本发明实施例提供的另一种可能的光源合束模组的结构示意图；

图3B为图3A中的光源合束模组对应的光路示意图；

图3C为图3A中的光源合束模组的俯视图；

图3D为图3A中的光源合束模组的主视图；

图3E为本发明实施例提供的一种可能的反射镜的示意图；

图4A和图4B为本发明实施例提供的光源合束模组包括4组光源的示意图；

图4C-图4E为本发明实施例提供的波长合束元件的反射效率的示意图；

图5为本发明实施例提供的光源合束模组包括光纤的示意图；

图6A和图6B为多组光源合束模组的光路折叠的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，光源合束模组，包括N组光源；设置在所述N组光源出射光路上的偏振合束元件；设置在所述偏振合束元件出射光路上的N个波长合束元件；每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元，且所述两个发光单元被配置为出射不同偏振态的光；所述偏振合束元件用于对每组光源的两个发光单元出射的光进行合束；所述N个波长合束元件用于将偏振合束元件出射的N束光合并为一束光输出；所述N为大于或等于3的整数。

上述实施例中，在光源合束模组包括的元件数量较多时，由于各个元件的空间位置的合理设置，即每组光源的两个发光单元均通过所述偏振合束元件进行合束，能够提高光源合束模组空间利用率，有利于光源合束模组的小型化。

本发明实施例中，N的值为大于或等于3的整数，N的值可以为3、4、5、6等等。在一种可能的实施方式中，为了提高光源能量，所述N组光源至少包括红光光源、绿光光源和蓝光光源，N组光源中的红光光源、绿光光源或蓝光光源的数量可以为一组或多组；例如：光源合束模组包括4组光源，两组红光光源，一组绿光光源和一组蓝光光源；又例如：光源合束模组包括6组光源，分别为两组红光光源、两组绿光光源和两组蓝光光源。本发明实施例中，为了提高显示效果，除了红光光源、绿光光源和蓝光光源外，光源合束模块还可以包括一组或多组第四组光源，第四组光源可以黄光光源，橙光光源等等，本发明对此不做限制。

请参考图2A-图2F，假设N的值为3，光源合束模组包括3组光源。其中，所述3组光源分别为红光光源101、绿光光源102、蓝光光源103，每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元，且所述发光单元被配置为出射不同偏振态的光，两个发光单元出射的光的波长可以相同或不同。其中，红光光源101包括s偏振红光激光器R和p偏振红光激光器R’，绿光光源102包括s偏振绿光激光器G和p偏振绿光激光器G’，蓝光光源103包括s偏振蓝光激光器B和p偏振蓝光激光器B’。以激光器为激光管为例，激光器出射的光偏振态是相对的，通过旋转激光管，可以使激光器的偏振态相对改变。进一步，本发明实施例中，每个激光器均可以设置对应的准直透镜。

在一种可能的实施方式中，如图2A和图2B所示，偏振合束元件201包括与红光光源101对应的偏振合束元件P1，与绿光光源102对应的偏振合束元件P2，与蓝光光源103对应的偏振合束元件P3，P1、P2、P3的光学工作面共面，P1将红光激光器R和R’合束为一束光输出，P2将绿光激光器G和G’合束为一束光输出，P3将蓝光激光器B和B’合束为一束光输出。

在另一种可能的实施方式中，如图2C和图2D所示，所述光源合束模组包括一个偏振合束元件201，所述N组光源共用一个偏振合束元件201，也就是说，偏振合束元件201同时满足红光光源101、绿光光源102和蓝光光源103的偏振合束，通过偏振合束元件201分别将红光激光器R和R’合束为一束光输出，将绿光激光器G和G’合束为一束光输出，将蓝光激光器B和B’合束为一束光输出。

本发明实施例中，偏振合束元件201可以为PBS(英文全称：polarization beamsplitter，中文名称：偏振分光棱镜)，偏振合束元件201的光学工作面为PBS中的偏振选择面，偏振合束元件201可以透过一种偏振光并反射另一种偏振光，从而实现不同偏振态的光的合束，例如：偏振合束元件201可以透过p偏振光，反射s偏振光；或者偏振合束元件201可以透过s偏振光，反射p偏振光。

光源合束模组还包括3个波长合束元件，设置在所述偏振合束元件201出射光路上，3个波长合束元件分别为与红光光源101对应的第一波长合束元件301、与绿光光源102对应的第二波长合束元件302和与蓝光光源103对应的第三波长合束元件303；所述偏振合束元件201将红光光源101的合束光出射至第一波长合束元件301，将绿光光源102的合束光出射至第二波长合束元件302，将蓝光光源103输出的合束光出射至第三波长合束元件303，第一波长合束元件301反射红光光源101的合束光至第二波长合束元件302，第二波长合束元件302透过红光光源101的合束光，并反射绿光光源102的合束光，第三波长合束元件303透过红光光源101的合束光和绿光光源102的合束光，并反射蓝光光源103的合束光，从而将红光光源101、绿光光源102和蓝光光源103出射的三束光合并为一束光输出。

本发明实施例中，如图2A和图2B所示，每组光源中的两个发光单元可以设置在所述偏振合束元件201的两侧，也就是说，激光器R、激光器G和激光器B设置在偏振合束元件201的一侧，激光器R’、激光器G’和激光器B’设置在偏振合束元件201的另一侧，激光器R、激光器B和激光器G的光沿第一方向出射，并以第一方向直接入射至所述偏振合束元件201，激光器R’、激光器G’和激光器B’的光沿第二方向出射，并以第二方向直接入射至所述偏振合束元件201，第一方向所在直线和第二方向所在直线相交，两条直线的交点位于偏振合束元件201的光学工作面上，3个偏振合束元件201并列放置，通过调整3个波长合束元件的位置，可以使得光源合束模组最终出射光的方向垂直于两条直线所在平面，其中，第一方向为正x方向，第二方向为负z方向，光源合束模组最终出射光的方向沿负y方向，相比于现有技术中所有的光路都在二维平面中，本发明实施例中的光源合束模组对空间的利用率更高。

在另一种可能的实施方式中，为了使所有的激光器能够更加紧密的排布，便于激光器连接电路的设置，避免电路线路对激光器调制的影响，可以将所有激光器可以呈矩阵型排布在一个平面上，如图3A-图3D所示，每组光源的两个发光单元位于所述偏振合束器件201的同一侧，即激光器R、激光器G、激光器B、激光器R’、激光器G’和激光器B’均设置在偏振合束器件201的同一侧，所述光源合束模组还包括反射镜401；每组光源中的一个发光单元出射的光以第一方向直接入射至所述偏振合束元件201，另一个发光单元出射的光经所述反射镜反射后，以第二方向入射至所述偏振合束元件201，使得每组光源的不同激光器能够通过偏振合束器件201合束，且利于与激光器连接电路的设置。

本发明实施例中，反射镜401可以为并排的三块反射镜，也可以是一整块反射镜，如图3A所示，反射镜401为一整块反射镜；如图3E所示，反射镜401包括并排设置的三块反射镜。

本发明实施例中，如图3A所示，反射镜401可以与偏振合束元件201的光学工作面平行。

本发明实施例中，为了提高光源能量，N组光源中的红光光源、绿光光源或蓝光光源的数量可以为一组或多组，请参考图4A和图4B，光源合束模组包括4组光源，分别为第一组红光光源501、第二组红光光源502，一组绿光光源503和一组蓝光光源504，第一组红光光源501包括激光器R1和激光器R1’，第二组红光光源502包括激光器R2和激光器R2’。对应的，光源合束模组包括4个偏振合束元件601和4个波长合束元件，本发明实施例中，4个偏振合束元件601可以为一整块偏振合束元件，或者4个偏振合束元件601为光学工作面共面的4个独立的偏振合束元件，4个波长合束元件701、702、703、704分别与4组光源一一对应。

本发明实施例中，每组光源中的两个发光单元出射的光的波长可以相同，也可以不同，相同色彩通道的光源出射的光的波长也可以相同或不同，本发明对此不做限制。

举例来讲，沿用上述光源合束模组包括4组光源，分别为两组红光光源、一组绿光光源和一组蓝光光源的例子，第一组红光光源501包括第一波长(如：650nm)的s偏振红光激光器R1和p偏振红光激光器R1’，第二组红光光源502包括第二波长(如：635nm)的s偏振红光激光器R2和p偏振红光激光器R2’，绿光光源503包括第三波长(如：530nm)的s偏振绿光激光器G和p偏振绿光激光器G’，蓝光光源504包括第四波长(如：460nm)s偏振蓝光激光器B和p偏振蓝光激光器B’。

本发明实施例中，为了对N组光源输出的光进行合束，所述N个波长合束元件共光路设置，每个波长合束元件用于反射其对应的光源出射的光，并透射其它波长合束元件出射的光。

如图4A和图4B所示，第一组红光光源501的波长为650nm，第二组红光光源502的波长为635nm，绿光光源503的波长为530nm，蓝光光源504的波长为460nm，其中，第一波长合束元件701可以是普通的反射镜，也可以是任何可以反射波长为650nm的红光的二向色滤光器；第二波长合束元件702为长波通滤光器，如图4C所示，为第二波长合束元件702的反射效率示意图，其截止波长可设置于635nm和650nm之间任一位置，其目的是透过波长650nm的红光，反射波长为635nm的红光；第三波长合束元件703为长波通滤光器，其反射效率示意图，如图4D所示，其截止波长可设置于530nm和635nm之间任一位置，其目的是透过波长为650nm和波长为635nm的红光，反射波长为530nm的绿光；第四波长合束元件704为长波通滤光器，如图4E所示，为第四波长合束元件704反射效率示意图，其截止波长可设置于460nm和530nm之间任一位置，其目的是透过波长为650nm的红光、波长为635nm的红光以及波长为530nm的绿光，反射波长为460nm的蓝光，从而将波长为650nm的红光、波长为635nm的红光、波长为530nm的绿光、波长为460nm的蓝光合束为一束光并输出。

本发明实施例中，为了使光源合束模块的偏振合束部分(至少包括激光器、偏振合束元件)和波长合束部分(包括波长合束元件)在位置上分开，使整个光源合束模块的排布更加灵活，在图2A-图4E对应实施例的基础上，所述光源合束模块中还包括N根光纤，用于偏振合束元件和波长合束元件之间的光的传输，所述光源合束模组还包括与N组光源一一对应的N根光纤、N个光耦入元件和N个光耦出元件，每个光源出射的光经所述偏振合束元件合束后，通过对应的光耦入元件耦入对应光纤中，并通过对应的光耦出元件耦出至对应的波长合束元件。

本发明实施例中，以图3A中的光源合束模块为例，加入光纤后的光源合束模块如图5所示，光源合束模块包括红光光源101、绿光光源102和蓝光光源103，六个激光器均设置在偏振合束元件201的同一侧，激光器R、激光器G和激光器B出射的光直接入射至偏振合束元件201，激光器R’、激光器G’和激光器B’出射的光经反射镜401反射后，入射至所述偏振合束元件201。然后，红光光源101出射的光经光耦入元件耦入光纤901，通过光耦出元件耦出并出射至第一波长合束元件301，同样的，绿光光源102的出射的光经光耦入元件耦入光纤902，通过光耦出元件耦出并出射至第二波长合束元件302，蓝光光源103的出射的光经光耦入元件耦入光纤903，通过光耦出元件耦出并出射至第三波长合束元件303。

本发明实施例中，由于加入了光纤，光源合束模块的偏振合束部分和波长合束部分可以任意排布，使得光源合束模块的排布更加灵活。

本发明实施例中，当光源合束模块中需要合束光源数量较多时，如果按照图4A对应实施例的方式排布光源，会显得整个光源合束模块过于冗长，因此，本发明实施例提出一种折叠型光源合束模块，即通过相互垂直的反射镜模组对光源合束模块进行折叠，能够进一步提高光源合束模块的空间利用率。

在上述图2A-图5对应的实施例的基础上，所述光源合束模组的数量为M组，所述M为大于或等于2的整数，所述光源合束模组还包括(M-1)个反射镜组，所述反射镜组位于两组光源合束模组之间，所述(M-1)个反射镜组用于将所述M组光源合束模组出射的光合并为一束光输出。

如图6A和图6B所示，在图3A对应实施例的基础上，光源合束模组的数量为2组，通过反射镜组3将光源合束模组1的光路进行折叠，使得光源合束模组1和光源合束模组2出射的光合并为一束光输出。其中，反射镜组3包括反射镜S1和反射镜S2，S1和S2可以相互垂直。

本发明实施例中，反射镜组3的设置方式不限于相互垂直的方式，也可以采用其它排布方式，只要满足将多组光源合束模组出射的光合并为一束光输出即可，本发明对此不做限制。进一步，在光源合束模组的数量为3组、4组或者更多时，同样可以采用上述方式对光源合束模组的光路进行折叠，从而实现合束，本发明在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种投影显示装置，包括图2A-图6B对应实施例中的任一光源合束模组和光扫描模组，所述光源合束模组出射的光经所述光扫描模组扫描输出后，作为显示图像光。其中，所述光扫描模组为光纤扫描模组或MEMS扫描模组等等，本发明对此不做限制。

本发明实施例中的投影显示装置可以应用至各种投影显示设备中，如：头戴式AR(英文全称：Augmented Reality；中文名称：增强现实)设备、头戴式VR英文全称：VirtualReality；中文名称：增强现实)设备、投影电视、投影仪等等，在这些投影显示设备中，可以使用一个显示模组进行显示，也可以通过多个显示模组拼接的方式进行显示，本发明对此不做限制。

本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

本发明实施例的方案中，光源合束模组包括N组光源、偏振合束元件和N个波长合束元件，每组光源包括相同色彩通道的两个发光单元，每组光源的两个发光单元均通过所述偏振合束元件进行合束，然后，通过N个波长合束元件将偏振合束元件出射的N束光合并为一束光输出，从而在光源合束模组包括的元件数量较多时，通过合理设置各个元件的空间位置，能够提高光源合束模组空间利用率，有利于光源合束模组的小型化。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。