CN104635411B - 投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明的投影显示系统，荧光光源具有激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板。用激光器发出的激光激发荧光粉产生荧光，用荧光作为投影显示系统的光源。因为荧光粉产生荧光的亮度与激发光源的强弱有关，激发光源强度越强，则荧光粉产生的荧光亮度越强，所以用激光激发产生的荧光光源的亮度比LED光源强很多，因此解决了LED光源发光亮度不足的问题。而且，由于投影显示系统具有匀光构件，解决了屏幕显示不均匀的现象，并且入射的椭圆形荧光束的长轴与光阀有效区域的长度方向一致，因此在均匀化时可以达到最大的效率。

Description

投影显示系统

技术领域

本发明涉及一种投影显示系统，属于投影显示技术领域。

背景技术

目前，超高压水银灯(UHP)是投影显示系统的主流光源，但是，UHP灯寿命只有3000小时，并且水银有毒。所以，人们一直在寻找一种可替代的光源，新型光源LED光源具有寿命长、无毒的优点，但是LED光源发光亮度不足，尤其是绿光更是投影显示的瓶颈。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种具有亮度高并且寿命长的光源的投影显示系统。

本发明为了实现上述目的，采用了以下结构。

本发明所涉及的投影显示系统用于在屏幕上投影出图像，具有这样的特征：

荧光光源，包括激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板，激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板设置在激光的光路上并依次顺序排列，准直透镜、聚焦透镜和荧光粉板平行设置，滤光片与所述准直透镜成45°夹角，荧光粉板放置在聚焦透镜焦点的位置；光学单元，传递述荧光光源入射的荧光，光学单元包括匀光构件和光传递构件，匀光构件和光传递构件设置在被所述滤光片反射的荧光的光路上，荧光首先被匀光构件均匀化，然后被光传递构件传递；光阀，将光学单元传递的荧光调制为图像光，光阀的有效区域为长方形；投影镜头，投影镜头将所述图像光投射到屏幕上产生图像，其中，激光器能够发出激光，激光透过所述准直透镜和滤光片后被聚焦透镜汇聚到荧光粉板上形成椭圆形的激光光斑，荧光粉板包括荧光粉层和反射膜，荧光粉层覆盖在反射膜表面，受激发的荧光粉层发出荧光，荧光射向所述聚焦透镜，从聚焦透镜出来的荧光束为椭圆形，椭圆形荧光束入射到滤光片后被反射进入光学单元，而且被滤光片反射的椭圆形荧光束的长轴与光阀有效区域的长度方向一致。

进一步，本发明还具有如下特征：荧光粉板相对聚焦透镜的前后位置可调，能够处于聚焦透镜的焦点位置或偏离焦点的位置，激光器能够同时发出至少一束平行的激光，当荧光粉板处于聚焦透镜焦点位置时，多个椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上叠合；当荧光粉板偏离聚焦透镜焦点位置时，多个椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上分开，并且激光光斑激发的荧光束投影到光阀时沿光阀有效区域的宽度方向排列。

进一步，本发明还具有如下特征：激光器能够绕准直透镜的轴线转动，激光器转动能够改变荧光粉板上的椭圆形激光光斑的放置方向，从而改变椭圆形荧光束的方向。

进一步，本发明还具有如下特征：准直透镜在垂直与激光光路的平面内能够微调，调节准直透镜的位置能够改变荧光粉板上的椭圆形激光光斑在荧光粉板上的位置，从而改变椭圆形荧光束相对于光阀有效区域的位置。

发明的作用与效果

根据本发明的投影显示系统，具有荧光光源、光学单元、光阀和投影镜头，因为荧光光源具有激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板，用激光器发出的激光激发荧光粉产生荧光，用荧光作为投影显示系统的光源，因为荧光寿命长，并且由于荧光粉产生荧光的亮度与激发光源的强弱有关，激发光源强度越强，则荧光粉产生的荧光亮度越强。用激光激发产生的荧光光源的亮度与LED光源的亮度相比较，前者亮度较后者强很多，因此解决了投影显示系统中LED光源发光亮度不足的问题。

另外，由于投影显示系统具有匀光构件，匀光构件将入射的光束均匀化，因此解决了屏幕显示不均匀的现象。由于匀光构件在对入射的光进行整形的过程中会有一定的效率损失，并且效率损失的程度与入射光束的形状有关，入射光束的形状越接近所需要的光束的形状，则整形过程的效率就越高。因此，入射的椭圆形荧光束的长轴与光阀有效区域的长度方向一致，荧光束的形状与光阀有效区域的形状最接近，因此在均匀化时可以达到最大的效率。

附图说明

图1是本发明涉及的投影显示系统在实施例中的结构示意图；

图2是本发明涉及的投影显示系统在实施例中一束荧光束与光阀的位置关系示意图；以及

图3是本发明涉及的投影显示系统在实施例中两束荧光束与光阀的位置关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图来说明本发明的投影光源及投影显示系统的具体实施方式。

图1是本发明涉及的投影显示系统在实施例中的结构示意图。

如图1所示，投影显示系统100用于在屏幕上投影出图像，包括荧光投影光源10、光传递单元20、光阀30和投影镜头40。

荧光光源10包括激光器11、准直透镜12、滤光片13、聚焦透镜14和荧光粉板15。

激光器11、准直透镜12、滤光片13、聚焦透镜14和荧光粉板15设置在激光的光路上并依次顺序设置，准直透镜12、聚焦透镜14和荧光粉板15平行设置，滤光片13与准直透镜12成45°夹角，荧光粉板15放置在聚焦透镜14焦点的位置。光学单元20和光阀30设置在荧光光路上。

激光器11发出的激光投射到准直透镜12后被准直透镜12变为平行的激光，然后透射滤光片13后投射到聚焦透镜14，聚焦透镜14将激光汇聚到荧光粉板15上，因为激光的发光具有快轴和慢轴，快轴发散角为38DEG，慢轴发射角为10DEG，因此在荧光粉板15上呈现为椭圆形的激光光斑。

荧光粉板15包括荧光粉层和反射膜，荧光粉层覆盖在反射膜表面，荧光粉层在激光的激发下发出荧光，因为荧光粉发光为各向同性，所以一部分荧光射向聚焦透镜14，另一部分荧光射向反射膜，射向反射膜的荧光被反射膜反射后与射向聚焦透镜14的荧光共同射向聚焦透镜14，聚焦透镜14将入射的荧光变为平行的荧光后射向滤光片13，从聚焦透镜14出来的荧光束为椭圆形，入射到滤光片13的椭圆形荧光束被反射后射向投影显示系统的光学单元20。

光学单元20包括匀光构件21和光传递构件22，匀光构件21和光传递构件22均设置在荧光光路上。因为从荧光光源10出来的椭圆形荧光束的亮度分布不均匀，因此在屏幕上会出现图像的亮度不均匀的现象，因此射向光学单元20的荧光束首先被匀光构件21均匀化，经过匀光构件21的均匀化后，椭圆形荧光束变为亮度均匀的矩形光束，然后光传递构件22将亮度均匀的荧光光束传递到光阀30，光阀30将投射到其有效区域的荧光进行调制形成图像光，最后图像光被投影镜头40投射到屏幕上产生图像。

匀光构件的作用是将任意入射光束整形成所需要的长方形。在整形过程中会产生一定的效率损失，而效率损失的程度与入射光束的形状有关，入射光束的形状越接近所需要的长方形光斑，则整形过程的效率越高。如果入射光束的形状越接近长方形，则在方棒中反射的次数就越少，这样反射损失就比较低；反之，如果入射光斑是一个光点，则需要在方棒中反射很多次才能形成需要的长方形光束，这样反射损失比较高，因此效率就会降低。

在本发明的投影显示系统中，在匀光构件21将入射的椭圆形光束均匀化整形为与光阀30有效区域形状相似的矩形光束时，为了使匀光构件21在对椭圆形荧光束均匀化时效率达到最高，则应使从荧光光源10出来的椭圆形荧光束的长轴与光阀30的有效区域的长度方向一致。

图2是本发明涉及的投影显示系统中一束荧光束与光阀的位置关系示意图。

如图2所示，矩形区域为光阀30的有效区域31，椭圆形区域为荧光束投影到光阀30有效区域内的荧光区域32，荧光区域32的长轴与光阀30的有效区域31的长度方向一致。

荧光粉板15相对聚焦透镜14的前后位置可调，能够处于所述聚焦透镜14的焦点位置或偏离焦点的位置，激光器11能够同时发出两束平行的激光，当荧光粉板15处于聚焦透镜14的焦点位置时，两个椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上叠合；当所述荧光粉板15偏离聚焦透镜14焦点位置时，两个椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上分开，并且激光光斑激发的荧光束投影到光阀30时沿光阀有效区域的宽度方向排列。

图3是本发明涉及的投影显示系统中两束荧光束与光阀的位置关系示意图。

如图3所示，矩形区域为光阀30的有效区域31，椭圆形区域为荧光束投射到光阀30有效区域内的第一荧光区域33和第二荧光区域34，第一荧光区域33和第二荧光区域34的长轴与光阀30的有效区域31的长度方向一致，第一荧光区域33和第二荧光区域34沿光阀30的有效区域31的宽度方向排列。两个椭圆形激光光斑在荧光粉板15分开，可以使荧光粉层的荧光粉得到有效利用，不会因为局部功率过大而加快老化速度。

激光器11能够绕准直透镜12的轴线转动，激光器11转动能够改变荧光粉板15上的椭圆形激光光斑的放置方向，从而改变椭圆形荧光束的方向。准直透镜12在垂直与激光光路的平面内能够微调，调节准直透镜12的位置能够改变荧光粉板15上的椭圆形激光光斑在所述荧光粉板15上的位置，从而改变椭圆形荧光束相对于光阀30有效区域的位置。

通过调节激光器11和准直透镜12能够精确控制荧光粉板15上的椭圆形激光光斑的位置与放置方向，从而使激光器11发出的椭圆形激光光斑在均匀化时达到最高的效率。

实施例的作用与效果

根据本实施例的投影显示系统，具有荧光光源、光学单元、光阀和投影镜头，因为荧光光源具有激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板，用激光器发出的激光激发荧光粉产生荧光，用荧光作为投影显示系统的光源，因为荧光寿命长，并且由于荧光粉产生荧光的亮度与激发光源的强弱有关，激发光源强度越强，则荧光粉产生的荧光亮度越强。用激光激发产生的荧光光源的亮度与LED光源的亮度相比较，前者亮度较后者强很多，因此解决了LED光源发光亮度不足的问题。由于投影显示系统具有匀光构件，解决了屏幕显示不均匀的现象，并且入射的椭圆形荧光束的长轴与光阀有效区域的长度方向一致，因此在均匀化时可以达到最大的效率。

在本实施例中，因为激光器和准直透镜能够微调，可以精确控制荧光光斑相对于光阀的位置。

在本实施例中，激光器能够同时发出两束激光，并且两个激光光斑在荧光粉板上分开，使所得到的荧光束的形状与光阀有效区域的形状更加接近，因此不仅提高了匀光构件均匀化时的效率，而且也提高了荧光粉板上荧光粉的利用率。

当然，本发明所涉及的荧光投影光源及投影显示系统并不仅仅限定于在本实施例中所述的结构。

Claims (4)

1.一种投影显示系统，用于在屏幕上投影出图像，其特征在于，具有：

荧光光源，包括激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板，所述激光器、准直透镜、滤光片、聚焦透镜和荧光粉板设置在激光的光路上并依次顺序排列，所述准直透镜、聚焦透镜和荧光粉板平行设置，所述滤光片与所述准直透镜成45°夹角，所述荧光粉板放置在所述聚焦透镜焦点的位置；

光学单元，传递从所述荧光光源入射的荧光，所述光学单元包括匀光构件和光传递构件，所述匀光构件和光传递构件设置在被所述滤光片反射的荧光的光路上，荧光首先被所述匀光构件均匀化，然后被所述光传递构件传递；

光阀，将所述光学单元传递的荧光调制为图像光，所述光阀的有效区域为长方形；

投影镜头，所述投影镜头将所述图像光投射到屏幕上产生图像，

其中，所述激光器能够发出激光，所述激光透过所述准直透镜和滤光片后被所述聚焦透镜汇聚到所述荧光粉板上形成椭圆形的激光光斑，

所述荧光粉板包括荧光粉层和反射膜，所述荧光粉层覆盖在所述反射膜表面，受激发的荧光粉层发出荧光，所述荧光射向所述聚焦透镜，从所述聚焦透镜出来的荧光束为椭圆形，所述椭圆形荧光束入射到所述滤光片后被反射进入所述光学单元，而且被所述滤光片反射的椭圆形荧光束的长轴与所述光阀有效区域的长度方向一致。

2.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，具有：

其中，所述荧光粉板相对所述聚焦透镜的前后位置可调，能够处于所述聚焦透镜的焦点位置或偏离所述焦点的位置，

所述激光器能够同时发出至少一束平行的激光，当所述荧光粉板处于所述聚焦透镜焦点位置时，多个所述椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上叠合；当所述荧光粉板偏离所述聚焦透镜焦点位置时，多个所述椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上分开，并且所述激光光斑激发的荧光束投影到所述光阀时沿所述光阀有效区域的宽度方向排列。

3.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，具有：

其中，所述激光器能够绕准直透镜的轴线转动，所述激光器转动能够改变所述荧光粉板上的所述椭圆形激光光斑的放置方向，从而改变椭圆形荧光束的方向。

4.根据权利要求1所述的投影显示系统，其特征在于，具有：

其中，所述准直透镜在垂直与激光光路的平面内能够微调，调节所述准直透镜的位置能够改变所述荧光粉板上的所述椭圆形激光光斑在所述荧光粉板上的位置，从而改变椭圆形荧光束相对于所述光阀有效区域的位置。