CN107621745A - 光源结构及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光源结构及应用该结构的投影系统，包括：发光装置、波长转换装置、分光装置、光机方棒和中继装置，所述发光装置发出单色光入射到分光装置，经过发射后进入波长转换装置，形成具有时序的第一光和第二光，所述第一光经所述分光装置透射后导入出射光接收装置；所述第二光经中继装置多次反射后，再次入射到所述分光装置形成反射后导入出射光接收装置，分配给具有SLM的投影系统产生投影图像。本发明的光源结构相比传统方案减少了将白光分割形成三基色光时光能的损失，简化了光源的结构，提高了光效。

Description

光源结构及投影系统

技术领域

本发明涉及一种光源结构及应用该结构的投影系统。

背景技术

目前，相关的投影系统中，将R(红光)、G(绿光)、B(蓝光)三基色光交替进入图像处理系统而被其调制，调制得到的单色光图像在屏幕上快速交替切换，进而利用人眼的视觉残留效应将各时序的单色光图像混合在一起而形成彩色图像。这些投影系统中最常用的光源，其结构是采用由直流电源驱动的发光装置产生单色光，入射荧光片上，激发其上的荧光粉产生白光，然后用旋转的修色片(R、G、B三种修色片)对白光进行分离，得到对应修色片的三基色时序光。但是这种光源结构从白光中仅分离出RGB三种单色光，其它颜色的光均被修色片过滤掉了，对光源的利用率不高，光效低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种应用于具有SLM(Spatial Light Modulator空间光调制器)的投影系统简化的光源结构，提高光源的光效。

为实现上述目的，本发明提出的一种光源结构，包括：

发光装置，用于发射单色光，并入射到分光装置；

所述分光装置，反射所述单色光到波长转换装置，并透射经波长转换装置改变波长范围的第一光；及反射经中继装置出射的第二光；

所述波长转换装置，为旋转结构，包括第一区域和第二区域，使得经所述分光装置反射的所述单色光交替射入所述第一区域与第二区域；所述入射的单色光经所述第一区域后改变波长范围并出射所述第一光，所述单色光经所述第二区域光处理形成所述第二光；

所述中继装置，用于汇聚所述第一光并导入出射光接收装置，以及汇聚并调整所述第二光的传播方向后导入所述分光装置。

优选地，所述第一区域上设有波长转换材料层，用于吸收经所述分光装置反射的所述单色光并在单色光的激发下产生所述第一光。

优选地，所述第一区域与第二区域均为扇形区域，且圆心角之和为360度。

优选地，所述第二区域用于散射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括三片呈夹角设置的反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第三反射镜平行设置。

优选地，所述第二区域用于透射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括散光片以及用于反射第二光的三片呈夹角设置的反射镜，沿光路的传播方向依次为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第三反射镜平行设置，所述散光片位于所述第二反射镜与第三反射镜之间。

优选地，所述第二区域用于反射所述单色光形成第二光，所述第二区域的边缘设置一斜面，所述第二区域的朝向入射的单色光的一面的半径小于背离入射的单色光的一面的半径，所述斜面设置有用于反射单色光形成第二光的反射段。

优选地，所述中继装置包括散光片和两片呈夹角设置的反射镜，所述反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第四反射镜和第五反射镜，所述散光片设置在第四反射镜和第五反射镜之间。

优选地，所述发光装置为激光器阵列，用于发射蓝色激光，所述波长转换装置的第一区域上设置的波长转换材料为黄色荧光粉。

优选地，所述发光装置和分光装置之间还设有匀光棒。

本发明还提出一种投影系统，包括如上述所述的光源结构。

本发明技术方案中，光源结构通过发光装置发出的单色光，经过分光装置和波长转换装置的光处理后，一段时间内的单色光被吸收后激发产生第一光，另一段时间内的单色光被改变传播方向后形成第二光，第一光和第二光依照一定时序的依次导入出射光接收装置，分配给具有SLM的投影系统产生投影图像。该光源结构相比传统方案减少了将白光分割形成三基色光时光能的损失，简化了光源的结构，提高了光效。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明光源结构实施例一的结构示意图；

图2为本发明光源结构实施例一波长转换装置的俯视图；

图3为本发明光源结构实施例二的结构示意图；

图4为本发明光源结构实施例二波长转换装置的俯视图；

图5为本发明光源结构实施例三的结构示意图；

图6为本发明光源结构实施例三波长转换装置的俯视图和截面图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	发光装置	51	第一反射镜
20	波长转换装置	52	第二反射镜
				21	荧光轮	53	第三反射镜
211	第一区域	54	第四反射镜
				212	第二区域	55	第五反射镜
213	反射段	56	散光片
				30	分光装置	60	匀光棒
40	出射光接收装置

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

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通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。

请参照图1，在本发明的实施例一提出的一种应用于具有SLM的投影系统的光源结构，包括：

发光装置10，用于发射单色光，并入射到分光装置30；

所述分光装置30，反射所述单色光到波长转换装置20，并透射经波长转换装置20改变波长范围的第一光；及反射经中继装置(未标示)出射的第二光；

所述波长转换装置20，为旋转结构，包括第一区域211和第二区域212，使得经所述分光装置30反射的所述单色光交替射入所述第一区域211与第二区域212；所述入射的单色光经所述第一区域211后改变波长范围并出射所述第一光，所述单色光经所述第二区域212光处理形成所述第二光；

所述中继装置，用于汇聚所述第一光并导入出射光接收装置40，以及汇聚并调整所述第二光的传播方向后导入所述分光装置30。

需要说明的是，发光装置10产生的单色光为RGB三基色光中的一种，经过所述第一区域211的波长转换材料吸收后转为另外两种基色光的复合光。即发光装置10发出蓝光，那么波长转换装置20吸收蓝光后出射的第一光即为红光和绿光的复合光—黄光；同理，若发光装置10发射的是红光，那么第一光即为蓝光和绿光的复合光—青光，若发光装置10发射的是绿光，那么第一光即为红光和蓝光的复合光—品红。为了便于叙述，本实施例里面的单色光均采用蓝光进行描述，那么相应的分光装置30中包括反蓝透黄膜片。

第二区域212对所述单色光进行的光处理，一般是指常见的透射、透射加散射、反射等等对光束的调整手段。

本方案中的出射光接收装置40是投影系统设备中常用的部件，一般包括光机方棒，采用光机方棒和透镜组成了光源结构中的匀光结构，应当理解地，将复眼透镜代替光机方棒和透镜的组合，也在本发明的保护范围之内。

蓝光经过波长转换装置20的第一区域211后形成的黄光穿过反蓝透黄膜片导入出射光接收装置40，再进入光机处理系统(图未示)后会被分成红光和绿光；而另一部分蓝光在第二区域212被改变传播方向形成第二光—蓝光，经过中继装置改变光路后经反蓝透黄膜片反射导入出射光接收装置40，再进入光机处理系统。最后图像调制系统将蓝光与绿光或者蓝光与红光分配到其中的一个DMD(Digital Micromirror Device数据微镜装置，SLM的一种)上，另外一个DMD分配剩余的红光或者绿光，实现由一种单色光转变为三种基色光，最终经过调制形成投影图像。

本发明技术方案中，光源结构通过发光装置10发出的单色光，经过分光装置30和波长转换装置20的光处理后，一段时间内的单色光被吸收后激发产生第一光，另一段时间内的单色光被改变传播方向后形成第二光，第一光和第二光依照一定时序的依次导入出射光接收装置40，分配给具有SLM的投影系统产生投影图像。该光源结构相比传统方案减少了将白光分割形成三基色光时光能的损失，简化了光源的结构，提高了光效。

优选地，所述第一区域211上设有波长转换材料层，用于吸收经所述分光装置30反射的所述单色光并在单色光的激发下产生所述第一光。

请参见图2，优选地，所述第一区域211与第二区域212均为扇形区域，且圆心角之和为360度。

本发明的波长转换装置20优选为可以旋转的荧光轮21，以及驱动该轮形结构旋转的驱动装置(未标示)。驱动装置在本实施例中的选择为电机，电机用于驱动荧光轮21以一个特定的速度旋转，这样荧光轮21上的两个区域就会周期性的分时的进入蓝色光的光路上。当发光装置10发射的蓝光照射在第一区域211时，会被吸收蓝光并产生第一光即黄光；当荧光轮21旋转，使蓝光照射在第二区域212时，蓝光发生散色，形成第二光。

优选地，所述第二区域212用于散射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括三片呈夹角设置的反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第一反射镜51、第二反射镜52和第三反射镜53，所述第一反射镜51和第三反射镜53平行设置。

为了使散射后的蓝光，也即第二光，能够在投影系统的有限空间内完成传输并最终导入出射光接收装置40，需要中继装置对第二光的光路进行调整以尽可能的缩减光源结构的体积。本实施例的中继装置主要包括由三片反射镜，使第二光在入射第一反射镜51前和出射第三反射镜53后的方向转变了270°。同时，第一反射镜51和第三反射镜53平行设置，可以使第二光经过第一反射镜51反射后的光路与经过第三反射镜53反射后的光路是平行反向的，可以保证第二光经过中继装置再由分光装置30反射后的光斑与第一光经分光装置30透射出的光斑直径相匹配，最终由出射光接收装置40导入光机处理系统，实现较好的显示效果。

进一步，本发明的实施例二，参见图3、图4，所述第二区域212用于透射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括散光片56以及用于反射第二光的三片呈夹角设置的反射镜，沿光路的传播方向依次为第一反射镜51、第二反射镜52和第三反射镜53，所述第一反射镜51和第三反射镜53平行设置，所述散光片56位于所述第二反射镜52与第三反射镜53之间。

本实施例二与实施例一的不同主要在荧光轮21的第二区域212结构，本实施例的第二区域212为镶嵌的AR玻璃(也叫减反射玻璃，能够有效消减玻璃的反射率低于4％，增加玻璃的平均透过率超过95％)或者为镂空结构。此种结构的荧光轮21能够显著降低第二光的损耗，提高光源的光效。

由于本实施例的蓝光经过第二区域212后损耗很小，其光斑直径也较小，相应的可以同时减小第一反射镜51和第二反射镜52的面积，为了使蓝光和黄光进入出射光接收装置40之前的光斑直径相匹配，在第二反射镜52和第三反射镜53之间设有一个散光片56对蓝光的光斑放大，以实现较好的显示效果。本实施例由于减小了第一反射镜51和第二反射镜52的面积，因此相比实施例一减小了光源结构的体积。

再进一步，本发明的实施例三，参见图5、图6，所述第二区域212用于反射所述单色光形成第二光，所述第二区域的边缘设置一斜面，所述第二区域212的朝向入射的单色光的一面的半径小于背离入射的单色光的一面的半径，所述斜面设置有用于反射单色光形成第二光的反射段213。

本实施例三相比于上一实施例最大的不同在于荧光轮21的第二区域212结构。本实施例的荧光轮21相对厚度较大，因此可以在第二区域212的边缘部分的斜面设有蓝光反射段213，当蓝光照射到第二区域212时，会被斜面直接反射出去，相当于直接改变了传播方向，代替了本实施例二中第一反射镜51的作用，因此相比于上一实施例，进一步减小了光源结构的体积。

优选地，所述中继装置包括散光片56和两片呈夹角设置的反射镜，所述反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第四反射镜54和第五反射镜55，所述散光片56设置在第四反射镜54和第五反射镜55之间。

由于本实施例中荧光轮21的第二区域212具备反射作用，因此中继装置仅需要两个反射镜即可，同时为了使蓝光和黄光进入出射光接收装置40之前的光斑直径相匹配，在第四反射镜54和第五反射镜55之间设有一个散光片56对蓝光的光斑放大，以实现较好的显示效果。本实施例的中继装置由于仅需两个反射镜，因此能进一步的减小光源结构的体积。

优选地，所述发光装置10为激光器阵列，用于发射蓝色激光，所述波长转换装置20的第一区域211上设置的波长转换材料为黄色荧光粉。

激光具有方向性好、颜色纯度高、亮度极高等特点，因此采用激光作为投影设备中光源结构的初始光能产生极佳的显示效果。由于蓝光在三基色中频率最高、波长最短，在光的传播过程中能量的损失也就最小，因此能保证较高的传输效率；而黄色荧光材料是目前效率最高、性能最为稳定的荧光材料(波长转换材料)，因此本发明的第一区域211采用黄色荧光粉用于产生黄光，能够提高入射蓝色激光的利用率，同时保证该部件的工作可靠性。

优选地，所述发光装置10和分光装置30之间还设有匀光棒60，用于将激光器阵列发射的高斯分布的激光重新配光，以实现均匀分布的光斑，实现投影图像亮度和色彩的均匀化。

本发明还提出一种投影系统，包括如上述所述的光源结构。该光源结构的具体结构参照上述实施例，由于本投影系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

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，凡是在本发明的发明构思下，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/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源结构，其特征在于，包括：

发光装置，用于发射单色光，并入射到分光装置；

所述分光装置，反射所述单色光到波长转换装置，并透射经波长转换装置改变波长范围的第一光；及反射经中继装置出射的第二光；

所述波长转换装置，为旋转结构，包括第一区域和第二区域，使得经所述分光装置反射的所述单色光交替射入所述第一区域与第二区域；所述入射的单色光经所述第一区域后改变波长范围并出射所述第一光，所述单色光经所述第二区域光处理形成所述第二光；

所述中继装置，用于汇聚所述第一光并导入出射光接收装置，以及汇聚并调整所述第二光的传播方向后导入所述分光装置。

2.如权利要求1所述的光源结构，其特征在于，所述第一区域上设有波长转换材料层，用于吸收经所述分光装置反射的所述单色光并在单色光的激发下产生所述第一光。

3.如权利要求1所述的光源结构，其特征在于，所述第一区域与第二区域均为扇形区域，且圆心角之和为360度。

4.如权利要求2所述的光源结构，其特征在于，所述第二区域用于散射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括三片呈夹角设置的反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第三反射镜平行设置。

5.如权利要求2所述的光源结构，其特征在于，所述第二区域用于透射所述单色光形成第二光，所述中继装置包括散光片以及用于反射第二光的三片呈夹角设置的反射镜，沿光路的传播方向依次为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜和第三反射镜平行设置，所述散光片位于所述第二反射镜与第三反射镜之间。

6.如权利要求2所述的光源结构，其特征在于，所述第二区域用于反射所述单色光形成第二光，所述第二区域的边缘设置一斜面，所述第二区域的朝向入射的单色光的一面的半径小于背离入射的单色光的一面的半径，所述斜面设置有用于反射单色光形成第二光的反射段。

7.如权利要求6所述的光源结构，其特征在于，所述中继装置包括散光片和两片呈夹角设置的反射镜，所述反射镜用于反射第二光，沿光路的传播方向依次为第四反射镜和第五反射镜，所述散光片设置在第四反射镜和第五反射镜之间。

8.如权利要求1所述的光源结构，其特征在于，所述发光装置为激光器阵列，用于发射蓝色激光，所述波长转换装置的第一区域上设置的波长转换材料为黄色荧光粉。

9.如权利要求1-8中任一项所述的光源结构，其特征在于，所述发光装置和分光装置之间还设有匀光棒。

10.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的光源结构。