CN107145029A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光投影设备及其光源装置。光源装置包括光源、荧光轮及反射碗。激发光束投射到所述荧光轮上，产生具有时序的三基色光。反射碗，所述三基色光入射到反射碗内，所述反射碗的内侧面分为绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区。反射碗根据所述三基色光的出射时序进行旋转，以使所述三基色光分别出射到所述绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区。在上述光源装置中，通过旋转的反射碗，使荧光轮产生的三基色光进行汇聚和滤色，有利于激光投影设备的微型化发展。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及激光投影领域，特别是一种光源装置。

背景技术

对于激光投影设备的光源装置技术中，通常是由激光器照射在涂覆有荧光粉的荧光轮上，形成三基色。例如，如图1所示的一种光源装置装置，其中包括激光器1、荧光轮2。激光器1可以为蓝色激光器。荧光轮2上涂覆有绿色荧光粉和黄色荧光粉。荧光轮2上设置荧光区和激光透射区，随着荧光轮的旋转，激光周期性的照射在荧光区和激光透射区。

蓝色激光入射至荧光轮表面，随着荧光轮的旋转，不同的荧光区处于激光的照射下，从而能够发出不同颜色的荧光。荧光被激发后并被基板表面反射，由于出射的荧光发散角度较大，需要经过准直透镜组3的汇聚并整形，再射向二向色镜。

蓝光经过二向色镜4的反射，与绿色荧光，黄色荧光进行合光，再共同经过聚焦透镜组5进行聚焦，进行光束收敛，入射到滤色轮6进行滤色，以提高颜色的纯度。上述光源装置中，光路元件数量较多，光路较长，造成整个光源装置的体积较大，不利于光源装置的微型化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积较小的光源装置。

一种光源装置，包括：

用于发出激发光束的光源；

荧光轮，所述激发光束投射到所述荧光轮上，产生具有时序的三基色光；

反射碗，所述三基色光入射到反射碗内，所述反射碗的内侧面分为绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区；

所述反射碗根据所述三基色光的出射时序进行旋转，以使所述三基色光分别出射到所述绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区。

在上述光源装置中，通过旋转的反射碗，使荧光轮产生的三基色光进行汇聚和滤色。本申请的投影光束避免使用聚焦透镜组对三基色光进行聚焦，进行光束收敛。并且也避免使用滤色轮滤色，反射碗的绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区进入光路的时序与所述三基色光的出射时序相同，可以对三基色光进行滤色，提高光源装置的纯度。上述光源装置所需要的光路元件数量较少，光路较短，从而可以减小整个光源装置的体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

附图说明

图1为现有技术中的光源装置的结构示意图；

图2为本实施方式的光源装置的结构示意图；

图3为另一实施方式的光源装置的结构示意图；

图4为另一实施方式的光源装置的结构示意图；

图5为根据图4所示的光源装置的反射碗的A部分剖视图；

图6为根据图2所示的光源装置的反射碗的结构示意图；

图7为本实施方式的激光投影设备的结构示意图。

附图标记说明如下：1、激光器；2、荧光轮；3、准直透镜组；4、二向色镜；5、聚焦透镜组；6、滤色轮；10、激光投影设备；100、光源装置；110、光源；120、望远镜系统；121、凸透镜；122、凹透镜；123、扩散片；124、二向色镜；125、第一整形透镜组；126、第二整形透镜组；127、反射镜；130、荧光轮；230、透射式荧光轮；150、350、反射碗；151、绿光反射区；152、红光反射区；153、蓝光反射区；154、基底；155、反射膜；160、马达；170、370、匀光部件；20、光机；30、镜头；40、投影屏幕；310、蓝色激光器；320、红色激光器。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种激光投影设备10。激光投影设备包括一种光源装置100。请参阅图2，一种光源装置100包括光源110、荧光轮130、反射碗150。

光源110用于发出激发光束。具体在本实施方式中，光源110为蓝色激光器。多个蓝色激光器呈阵列排布，形成蓝色激光器阵列。蓝色激光器发射出蓝色激光光束。

可以理解，光源110为激光器、LED灯或气体灯。

激发光束投射到荧光轮130上，产生具有时序的三基色光。具体在本实施方式中，荧光轮130为反射式荧光轮130。并且，在激发光束投射到荧光轮130之前，还需要经过望远镜系统120对蓝色激光光束进行缩束。具体在本实施方式中，望远镜系统120包括凸透镜121、凹透镜122。蓝色激光光束经凸透镜121会聚，在经凹透镜122分散，使蓝色激光光束的光斑减小。

上述光源装置100还包括扩散片123。扩散片123设于聚焦透镜远离光源110的一侧，扩散片123用于将会聚的蓝色激光光束，扩散均匀为激发光束。该扩散片123可以是运动的也可以是静止的，用于对激发光束进行扩散匀化，以免由于缩束后的激发光束光能量密度过于集中而造成荧光轮130表面的灼伤，降低荧光转换效率。

本实施方式的光源装置100还包括二向色镜124。二向色镜124用于反射蓝色激光光束，透射红、绿色光束。则蓝色激光光束经该二向色镜124反射至荧光轮130。可以理解，二向色镜124为一个合光元件，也可以是其他具有合光功能的镜片，比如X合光镜。

具体在本实施方式中，光源装置100还包括第一整形透镜组125。第一整形透镜组125设于荧光轮130的一侧，且靠近二向色镜。蓝色激光光束在入射至荧光轮130之前还需要经过第一整形透镜组125对蓝色激光光束进行整形。具体地，第一整形透镜组125包括两个并列排布的凸透镜。

由于荧光轮130为反射式荧光轮130，则经整形的蓝色激光光束入射到反射式荧光轮130的表面。反射式荧光轮130设有荧光区和透射区。荧光区设有至少一种颜色的荧光粉。具体地，激发光束为蓝色激光光束，荧光区分为绿色荧光区、红色荧光区。红色荧光区设有能够激发产生红光的荧光粉层或者是能够激发产生包含红光波段的荧光粉层。能够激发产生红光波段的荧光粉层可以为黄色荧光粉层。为方便说明，统称为“红色荧光粉层”。绿色荧光区设有能够激发产生红光的荧光粉层或者是能够激发产生包含红光波段的荧光粉层。能够激发产生绿光波段的荧光粉层可以为黄色荧光粉层。为方便说明，统称为“绿色荧光粉层”。

则荧光区设有红色荧光粉层或含有红色荧光粉的荧光层、绿色荧光粉层。蓝色激光光束投射到红色荧光区，激发产生红色荧光光束，红色荧光光束并反射出荧光轮130。蓝色激光光束投射到绿色荧光区，激发产生绿色荧光光束，绿色荧光光束并反射出荧光轮130。蓝色激光光束投射到透射区时，蓝色激光光束从荧光轮130的另一侧出射。

在本实施方式中的光源装置100还包括第二整形透镜组126。第二整形透镜组126设于荧光轮130的另一侧。具体地，第二整形透镜组126包括两个并列排布的凸透镜。蓝色激光光束经第二整形透镜组126整形成平行光束。

在本实施方式中的光源装置100还包括多个反射镜127。蓝色激光光束经过多个反射镜127反射进行光路调节，蓝色激光光束从二向色镜124另一侧面入射，并被反射出去。

经蓝色激光光束激发产生的红色荧光光束及绿色荧光光束，经荧光轮130反射，经第一整形透镜组125进行整形成平行光束，从二向色镜124透射出来。因此，上述光源装置100产生了三基色光，即红色荧光光束、绿色荧光光束及蓝色激光光束。由于荧光轮130旋转则红色荧光光束、绿色荧光光束及蓝色激光光束具有时序性输出，输出频率根据荧光轮130的转动频率确定。

可以理解，荧光轮130还可以为透射式荧光轮230。请参阅图3，透射式荧光轮230包括透明基板。透明基板分为荧光区和激光透射区。其中，透明基板可以为无机陶瓷材料混合烧结而成的板状结构。透明基板在荧光区设有荧光粉。透明基板的表面设置有二向色膜，二向色膜能够透射激发光束，并反射受激发的荧光。当透射式荧光轮230旋转，激发光束210投射至位于透射式荧光轮230正面的荧光区时，激发荧光粉产生荧光，荧光220经二向色膜反射后从透射式荧光轮230的背面出射。当透射式荧光轮230旋转至透射区，激发光束直接透射出去。

同样，荧光区设有至少一种颜色的荧光粉。具体地，激发光束为蓝色激光光束，荧光区分为红色荧光区、绿色荧光区。激发光束激发荧光区的荧光粉，相应激发产生红、绿荧光光束，红、绿荧光光束经透射式荧光轮230，透射至透射式荧光轮230的另一侧。蓝色激光从透射区透射。因此，通过透射式荧光轮230同样可以形成有时序的三基色光。并且，光源装置100在透射式荧光轮230的出射侧设有整形透镜组，红、绿荧光光束及蓝色激光经整形透镜组整240形成平行光束。

需要说明的是，在本申请中，对于三基色光的产生方式并不做限定，只需要能够产生具有一定时序的三基色光即可。

三基色光入射到反射碗150内，经反射碗150反射会聚。

具体在本实施方式中，如图4所示，反射碗150的内侧面分为绿光反射区151、红光反射区152及蓝光反射区153。

反射碗150根据三基色光的出射时序进行旋转，以使三基色光分别出射到绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区。反射碗150旋转，绿光反射区、蓝光反射区和红光反射区进入光路的时序与三基色光的出射时序相同。如反射碗150的蓝光反射区，则对应荧光轮的透射区；绿光反射区对应荧光轮的绿色荧光区或包含绿色光的荧光区；红色反射区对应荧光粉轮的红色荧光区或包含红色光的荧光区。

具体在本实施方式中，绿光反射区设有绿光滤色膜，和/或红光反射区还设有红光滤色膜，和/或蓝光反射区还设有蓝光滤色膜。绿光反射区设有绿光过滤膜，绿光过滤膜使绿光出射，并将其他颜色的光束过滤掉。绿光过滤膜对绿色光进行选色，去掉不需要的光谱，进一步提纯绿色光束，达到颜色设计指标。同样，红光反射区设有红光过滤膜。红光过滤膜使红光出射，并将其他颜色的光束过滤掉。蓝光反射区设有蓝光过滤膜。蓝光过滤膜使蓝光出射，并将其他颜色的光束过滤掉。经过进一步提纯之后的三基色光，合束产生白光进行投影。

具体在本实施方式中，反射碗150包括基底154及设于基底154上的膜层155。所述绿光滤色膜和/或所述红光滤色膜和/或所述蓝光滤色膜是以真空镀膜方式分别沉积在绿光反射区、蓝光反射区和红光反射区表面的高透膜。高透膜可以增强反射碗150的透射率，以减小三基色光在反射过程中的损耗。具体地，高反射膜可以为金属镀膜或介质膜。高透膜的厚度为800nm-10000nm。

具体地，反射碗150的基底154的材料为玻璃、陶瓷或塑胶等材料。因此反射碗150的基底154表面不能反射光束，因此，反射碗150的基底154的表面设有反射层。并且，在反射层上设有以真空镀膜方式分别沉积在绿光反射区、蓝光反射区和红光反射区表面的高透膜。因此，膜层155包括反射层与高透膜。

高透膜的材料为多种真空镀膜材料堆叠而成。例如，二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛，五氧化二钽等折射率高低不同的介质材料。高透膜通过真空镀膜，蒸发或者溅射的方式，沉积至反射碗150的内侧壁上。

反射碗150的基底154的厚度为1-10毫米，而反射膜层堆叠后的厚度为800nm-80000nm。如图5所示，通过调整高低折射率材料的沉积厚度及层数得到膜层155，得到过滤不同颜色的高透膜。对于需要颜色的光谱波段λ1，可干涉相长，而对于不需要的高光谱波段λ2，可干涉相消。

例如，对于λ＝455nm的蓝色光所需的高透膜，光束干涉相长。如果是单层膜，不考虑半波损失，则需要光程为n*(1/2λ)的薄膜，n＝1,2,3…。则从反射膜的前后2个面反射的光相位差为2π，则干涉相长，则此膜层对455nm的蓝光高透。

由于单层膜只针对单一波长的光具有高透作用，为扩展高透作用光的波长范围，需要镀有多层膜，且该多层膜的折射率高低交替，因此对于多层膜系设计的具体结构可以表示为G[H(LH)^s]A。其中，G为基底材料，H为高折射率镀膜材料的λ/4厚度，L为低折射率材料λ/4厚度，A为空气层，s为(LH)重复的次数。

高透膜的波长范围为：△λ＝(2/π)*arcsin[(nH-nL)/(nH+nL)]，

其中，nH为高折射率材料的折射率，nL为低折射率材料的折射率。相应的，对于其它波长来说，只要根据要过滤的波长λ，调整膜层的厚度即可实现。

同理，而对于要干涉相消的光波段，则需要光程为(2n+1)*(1/4λ)的薄膜，n＝1，2，3….则从反射膜前后2个反射面的光相位差为2π，则干涉相消，则此反射膜对波长为455nm的蓝光为低透射膜。

可以理解，在其他实施方式中，当反射碗150的基底材料为铝或银等。则反射碗150的内侧面为铝面或银面，则铝面或银面可以直接形成弧形的反射面。则在绿光反射区还设有绿光滤色膜，和/或在红光反射区还设有红光滤色膜，和/或在蓝光反射区还设有蓝光滤色膜。反射碗的铝面或银面的内侧面与绿光过滤膜配合，可以使绿光反射区达到反射绿色，过滤其他颜色的光束的目的。同样，红色反射区可以反射红色，过滤其他颜色的光束。蓝色反射区可以反射蓝色，过滤其他颜色的光束。

本实施方式的光源装置100还包括马达160。

马达160与反射碗150驱动连接，带动反射碗150转动。马达160的转动频率与荧光轮的转动频率相同。并且，绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区的之间的比例大小与绿色荧光区、红色荧光区及透射区之间的比例大小相同。以保证绿色荧光区、红色荧光区及透射区与绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区能够同步旋转。

可以理解，在其他实施方式中，荧光轮还可以设有调光区。调光区可以为黄光荧光区或其他颜色的荧光区。调光区根据光源装置100的使用需求，设置相应颜色的荧光。相应地，反射碗150与调光区相对应的设有调光滤色膜。调光反射膜用于过滤调光光束。

因此，三基色光可以分别经绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区反射并会聚。即绿光滤色膜使绿色荧光光束出射，红光滤色膜使红色荧光光束出射，蓝色滤色膜使蓝色激光光束出射。

本实施方式的光源装置100还包括匀光部件170。匀光部件170设于反射碗150的焦点处。三基色光经反射碗150反射，会聚于匀光部件170，经由匀光部件170匀化形成白光、出射照明。可以理解，匀光部件170可以为光棒、导光板等。

可以理解，反射碗150的反射面为球面、椭球面或抛物面。当匀光部件170设于反射碗150的焦点处时，则经反射碗150反射的三基色光，均会聚于匀光部件170，以使三基色光能够准确进入到匀光部件170内。由匀光部件170匀化后的白光输出至光机的照明系统。

具体的，反射碗150的内侧面的反射面为球面、椭球面或抛物面。则匀光部件170入口设置于球面反射镜或抛物面的光学焦点位置。当反射碗150的反射面为椭球面时，则匀光部件170的入口设置于椭球面靠近反射面的焦点位置。

需要说明的是，上述技术方案同样适用于双色激光光源。请参阅图6，当激光器为蓝色激光器310和红色激光器320时，反射式荧光轮330上只需要设置绿色荧光粉即可。同时，反射式荧光轮330的透射区需要根据蓝色激光器310和红色激光器320的点亮时序对应设置蓝色透射区和红色透射区。蓝色激光和红色激光激发绿色荧光粉，反射式荧光轮反射产生绿色荧光，透射蓝色激光、红色激光，从而形成三基色光。并且，三基色光同样具有一定的时序。三基色光通过反射碗350会聚到匀光部件370，其作用过程同蓝色激光光源的过程，此处不再赘述。

请参阅图7，本实施方式的激光投影设备10还包括光机20、镜头30以及投影屏幕40。

在上述激光投影设备10中，光源110混合形成白光，并时序性地输出三基色光，三基色光通过匀光部件进入光机20部分。光机20部分包括光棒结构、光路转换器件和DMD(Digital Micromirror Device)芯片。DMD芯片包括多个微小的反射镜，这些微反射镜在电流驱动下在一定角度范围内进行翻转，以调节进入镜头30的光量，从而使图像呈现不同的色彩。

具体在本实施方式中，激光投影设备10为适合家庭或者便携式使用的超短焦投影设备，镜头30为超短焦投影镜头。超短焦投影镜头可以在低投射比下投射出高质量的图像。光线经过DMD芯片调制后到达镜头30后，由镜头30内的光学镜片，经过多次折射和反射最终投射到投影屏幕40上形成投影图像。其中，光学镜片包括多片凸透镜、凹透镜、非球面透镜、曲面反射镜等。

含有上述光源装置100的激光投影设备10，相对于传统的激光投影设备至少具有以下优点：

首先，在上述光源装置100中，通过旋转的反射碗150，使荧光轮产生的三基色光进行会聚、滤色。本申请的投影光束避免使用聚焦透镜组对三基色光进行聚焦，进行光束收敛。并且也避免使用滤色轮滤色，反射碗150绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区进入光路的时序与所述三基色光的出射时序相同，可以对三基色光进行滤色，提高光源装置100的纯度。上述光源装置100所需要的光路元件数量较少，光路较短，从而可以减小整个光源装置100的体积，有利于激光投影设备的微型化发展。

并且，反射碗150可以直接根据白光的出射角度的设计需要，相应设置反射碗150的摆放角度，从而可以达到调节出光角度的目的。反射碗150转向方便，结构简单，便于光路设计，有利于激光投影设备的发展。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

用于发出激发光束的光源；

荧光轮，所述激发光束投射到所述荧光轮上，产生具有时序的三基色光；

反射碗，所述三基色光入射到反射碗内，所述反射碗的内侧面分为绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区；

所述反射碗根据所述三基色光的出射时序进行旋转，以使所述三基色光分别出射到所述绿光反射区、红光反射区及蓝光反射区。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述绿光反射区还设有绿光滤色膜，和/或所述红光反射区还设有红光滤色膜，和/或所述蓝光反射区还设有蓝光滤色膜。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述绿光滤色膜和/或所述红光滤色膜和/或所述蓝光滤色膜是以真空镀膜方式分别沉积在绿光反射区、蓝光反射区和红光反射区表面的高透膜。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射碗包括基底，所述基底材料为反射材料。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射碗包括基底，所述基底的表面设有反射层。

6.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述绿光滤色膜、蓝光滤色膜及红光滤色膜的厚度为800nm-10000nm。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源为激光器、LED灯或气体灯。

8.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述荧光轮为反射式荧光轮或透射式荧光轮。

9.根据权利要求1-8任一所述的光源装置，其特征在于，所述反射碗的内侧面为球面、椭球面或抛物面。

10.根据权利要求1-8任一所述的光源装置，其特征在于，还包括马达，所述马达与所述反射碗驱动连接，带动所述反射碗转动。