CN107656414A - 一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光投影显示领域，公开了一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，以减小投影机体积以及重量。本发明包括光源装置、光路转换装置、DLP光调制器、电流驱动装置以及投影镜头；光路转换装置包括单轴双轮荧光粉体‑滤色轮、光棒聚光透镜；单轴双轮荧光粉体‑滤色轮包括一个荧光轮和一个滤色轮，荧光轮包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板为具有透射作用的透射基板，圆片形基板分为蓝光直透段和荧光粉体段；荧光粉体段完成激光激发后的光束直接透过圆片形基板，与蓝色激光共用同一光路，入射到光棒聚光透镜中。本发明适用于微型DLP投影机。

Description

一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统

技术领域

本发明涉及激光投影显示领域，特别涉及一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统。

背景技术

随着激光投影机的迅速发展，激光投影电视已经快速步入家用市场。但由于普通激光电视体积大，且价格昂贵，使众多喜爱激光投影电视的人们望而止步。人们希望有微小型、便捷式、实用性、价格亲民的激光电视融入市场。这就使得微投影激光电视具有较高的市场潜力。

微型投影机又称口袋式投影、便携式投影机。微型投影机把传统庞大的投影机精巧化、便携化、微小化、娱乐化、实用化，使投影技术更加贴近生活和娱乐。在广大用户强烈需求的促使下，近年来微型投影机技术发展迅猛，DLP、LCOS等产品纷纷推出了便携式的手持微型投影机产品(PICO)，或内置于手机等手持移动设备中的投影机模组。DLP投影产品因比传统的LCD和LCOS投影机在流明亮度、视频影像显示及对比度方面都显示出更大的优越性，而深受消费者喜爱。

针对现有常规的微型DLP投影机，若要更好地应用在手持式电子设备中，就要在保持具有高的光输出的前提下，要求投影光路设计简洁高效，使投影机满足尺寸小、重量轻、低的光损耗等适合应用于手持式电子设备中的条件。

目前常规的微型DLP投影机，其光源采用红色LED、绿色LED、蓝色LED，供光装置部分使用分光镜片组(包括两分光镜片，一片反射红光，透射蓝、绿光；另一片反射蓝光，透射红、绿光)，其作用是让三色LED光平行排列入射到复眼透镜及之后的光学装置。但，由于LED光源本身的发光效率不高，造成光通量低。并且LED光源后端需要设置准直透镜组，且所用的准直透镜一般为非球面透镜，其设计难度高，价格也昂贵。该系统使用两分光镜片，光效损失较大，光能利用率低，造成LED微投影机光通量满足不了用户的需要。该类LED微投影光机的生产工艺较为复杂，价格昂贵，且占用空间较大，光路结构不够紧凑，增大了整个投影机的体积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，以减小投影机体积以及重量。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，包括光源装置、光路转换装置、DLP光调制器、电流驱动装置以及投影镜头；所述光路转换装置包括单轴双轮荧光粉体-滤色轮、光棒聚光透镜；

所述单轴双轮荧光粉体-滤色轮包括一个荧光轮和一个滤色轮，荧光轮包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板为具有透射作用的透射基板；圆片形基板分为直透段和荧光粉体段，荧光粉体段完成激光激发后的光束直接透过圆片形基板，并与从直透段透过的蓝色激光共用同一光路，入射到光棒聚光透镜中。

进一步的，所述滤色轮由红色滤色片、绿色滤色片、扩散片带以及透明玻璃段组成，所述滤色轮以特定的时序高速旋转，对荧光粉体激发的黄色荧光和绿色荧光进行二次颜色处理；扩散片带用于透过蓝色激光。

进一步的，所述光路转换装置还包括扩束透镜组、散射片、聚光透镜组、光棒、中继透镜组、TIR棱镜、DMD微透镜阵列；光源装置产生的激光依次通过扩束透镜组、散射片、聚光透镜组的第一透镜、荧光粉轮、聚光透镜组的第二透镜、光棒聚光透镜、滤色轮、光棒、中继透镜组、TIR棱镜、DMD微透镜阵列。

进一步的，所述光棒为实心的六面长方体。

进一步的，所述中继透镜组用于将光棒出口的混合光比例放大以及增加光束的传输效率；所述中继透镜组包括了三片球面透镜和一片白光反射镜，白光反射镜用于转换光路方向，以及微调照射到DMD上的光斑大小。

进一步的，所述投影镜头采用远心光路设计。

本发明的有益效果是：本发明打破了反射式荧光轮的限制，改用透射式基板的荧光轮，取消蓝色激光回路系统，减少透镜使用，蓝色激光与黄绿色荧光共用光路耦合系统，提高蓝色激光与黄绿色荧光光轴同轴，有效改善蓝光光束的传导效率问题，且尤为重要的节约了光学元器件占用空间，减小投影光机体积，因此具有重量轻、功耗低、价格乐观的特点，可满足市场消费者实际对便捷式激光投影的追逐要求

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图中编号：101为光源装置，102为扩束透镜组，103为散射片，104a为聚光透镜组的第一透镜，104b为聚光透镜组的第二透镜，105为单轴双轮荧光粉体-滤色轮，106为光棒聚光透镜，107为光棒，108、109、110分别为为中继透镜组的三片球面透镜，111为TIR棱镜，112为DMD微透镜阵列，113为中继透镜组的白光反射镜。

具体实施方式

实施例提供一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，如图1所示，包括光源装置101、光路转换装置、DLP光调制器、电流驱动装置以及投影镜头。

上述光源装置101的光源使用蓝色激光(B-LD)光源，该蓝色激光光源单颗LD激光光功率为4.5W，使用蓝色激光主波长为445nm，波长波动范围±5nm。应用不同组合的蓝色激光光源组成的供光装置，激光投影机输出的光通量差异变化明显；

上述光路转换装置依次包括扩束透镜组102，散射片103，聚光透镜组，单轴双轮荧光粉体-滤色轮105，光棒聚光透镜106，光棒107，TIR棱镜111，中继透镜组、DMD微透镜阵列112。

上述扩束透镜组102，由一个凸平和一个双凹的透镜组成望远系统，具有缩小光束的作用。扩束透镜组将光束缩小后，可大大减小扩束透镜组之后的透镜尺寸，从而减小光机结构尺寸大小。

上述散射片103，其作用在于对蓝色激光光源匀光，消除投影画面出现散斑问题。

上述单轴双轮荧光粉体-滤色轮105，由一个荧光轮和一个滤色轮组成的一体装置。其中，荧光轮包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板为具有透射作用的透射基板，圆片形基板分为直透段和荧光粉体段；直透段可以是扩散片，用于直透蓝光；荧光粉体段涂有黄色、绿色荧光粉；荧光粉体段完成激光激发后的光束直接透过圆片形基板，并与从直透段透过的蓝色激光共用同一光路，入射到光棒聚光透镜中。黄色、绿色荧光粉体及扩散片不同的角度组合，将使透射画面产生不同的画面效果，如光通量、色温、颜色比等不同。蓝色激光照射到黄色及绿色荧光粉体上，荧光粉受激光辐射激发出黄色和绿色荧光。滤色轮由红色滤光片、绿色滤光片、透明片及散射片组成360°的圆环，各角度占比与荧光轮角度占比相同。红色滤光片将黄色荧光部分红色波长段的光透过，其余波长的光不能透过，近似于被吸收。绿色滤光片将绿色荧光部分绿色波长段的光透过，其余波长段近似于被吸收，表现为更加纯正的绿色光。透明片将黄色荧光直接透过，不做任何过滤。散射片透过蓝色激光，同时再次将蓝色激做匀化处理，进一步消除蓝色纯激光的散斑问题。

上述荧光轮聚光透镜组为对称结构。聚光透镜的第一透镜104a为荧光轮的前端，作用在将扩束透镜收缩的平行光光束汇聚成一定尺寸大小的光斑，光斑直径尺寸可为1mm，1.5mm，2mm等，视荧光粉发光效率、收光角度、荧光轮散热性质等情况而定。荧光粉体受蓝色激光光斑受激辐射后，以朗伯体形式发光，荧光辐射强度随反射角度的变化不变，而保持均匀分布。聚光透镜的第二透镜104b位于光棒聚光透镜106的前端，作用在于将受蓝色激光激发的黄色、绿色荧光进行大角度收光，以近似于平行光束传递黄色、绿色荧光及剩余蓝色激光。

上述光棒聚光透镜106，其作用在于对发散传播的光束进行会聚，将尽可能多的光束进入到光棒中，提高光效。

所述的光棒107，其作用在于对光束进行匀化处理，目的是将光棒后端的光束整合为均匀的混合激光光束(混合白光)。其中，光棒可以既可以是中心空的长方形，也可以是实心的六面长方体。由于实心六面长方体形式的光棒传递光束能量的效率更高，使得整个投影机系统的光能利用率高，输出的光通量也更具优势，实施例可优先选用实心六面长方体形式的光棒。

上述中继透镜组包括了三片球面透镜108、109、110和一片白光反射镜113；白光反射镜113放置于中继透镜109与中继透镜110之间，白光反射镜113与光轴成45°夹角，其作用是改变光路的方向与蓝色激光光源光轴成90°夹角，可以减小光路尺寸大小，从而缩小光机体积；球面透镜的作用保持光束在远距离传输过程中，光效率不降低或者降低极少。中继透镜组的总体作用在于传递光能量，使光束在传播过程中尽可能小的减小光损失，且透镜组为像方远心光路，以匹配后面的远心镜头系统。光束经中继透镜组后，主光线与光轴平行，入射到TIR棱镜111。

上述TIR棱镜111，其作用在于转换光路方向，将供光装置提供的光照亮DMD微透镜阵列112的显示图像，再由DMD微透镜阵列112反射，将携带有画面信息的光传递入射到投影镜中，经投影镜头成像，在接受屏幕上显示出画面效果的静态或动态影像。

上述的DMD数字微透镜阵列112由DLP光调制器控制DMD的工作状态。DLP驱动DMD数字微透镜阵列112开启时，DMD转动+17°，接受供光装置提供的光束能量，DMD数字微透镜阵列112自身图像被照射后，由DMD数字微透镜阵列112反射将携带图像信息的光束传递到TIR棱镜111后，透射到投影镜头，最终在收受屏上显示画面信息。当DLP驱动DMD数字微透镜阵列112关闭时，DMD数字微透镜阵列112转动-17°，DMD数字微透镜阵列112不工作，即不接受照明光束，不传递图像信息，在接受屏显示黑场效果。这里所述DMD携带的数字图像即为投影镜头的物。前述收受屏可以是菲涅尔光学屏、白色软屏或者白色墙等。

以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，包括光源装置、光路转换装置、DLP光调制器、电流驱动装置以及投影镜头；其特征在于，所述光路转换装置包括单轴双轮荧光粉体-滤色轮、光棒聚光透镜；

所述单轴双轮荧光粉体-滤色轮包括一个荧光轮和一个滤色轮，荧光轮包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板为具有透射作用的透射基板；圆片形基板分为直透段和荧光粉体段，荧光粉体段完成激光激发后的光束直接透过圆片形基板，并与从直透段透过的蓝色激光共用同一光路，入射到光棒聚光透镜中。

2.如权利要求1所述的一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，其特征在于，所述滤色轮由红色滤色片、绿色滤色片、扩散片带以及透明玻璃段组成，所述滤色轮以特定的时序高速旋转，对荧光粉体激发的黄色荧光和绿色荧光进行二次颜色处理；扩散片带用于透过蓝色激光。

3.如权利要求1所述的一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，其特征在于，所述光路转换装置还包括扩束透镜组、散射片、聚光透镜组、光棒、中继透镜组、TIR棱镜、DMD微透镜阵列；光源装置产生的激光依次通过扩束透镜组、散射片、聚光透镜组的第一透镜、荧光粉轮、聚光透镜组的第二透镜、光棒聚光透镜、滤色轮、光棒、中继透镜组、TIR棱镜、DMD微透镜阵列。

4.如权利要求3所述的一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，其特征在于，所述光棒为实心的六面长方体。

5.如权利要求3所述的一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，其特征在于，所述中继透镜组用于将光棒出口的混合光比例放大以及增加光束的传输效率；所述中继透镜组包括了三片球面透镜和一片白光反射镜，白光反射镜用于转换光路方向，以及微调照射到DMD上的光斑大小。

6.如权利要求1所述的一种透射式单轴双轮激光微投影光学引擎系统，其特征在于，所述投影镜头采用远心光路设计。