CN107765501A - 一种激光光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光投影显示领域，公开了一种激光光源系统，优化聚光收光效率，提升激光光源总体光利用效率。本发明包括激光器、望远组件、第一扩散片、二向色镜、荧光轮聚光组件、荧光轮装置、蓝光光路组件、光棒聚光透镜、滤光轮装置以及光棒；荧光轮聚光组件包括多片透镜且至少有一片非球面透镜；光棒聚光透镜为非球面透镜；蓝光光路组件包括3个蓝光透镜、3个平面反射镜以及1个第二扩散片，光线进入蓝光光路组件后，依次经过第一蓝光透镜、第二蓝光透镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三蓝光透镜、第三平面透镜、第二扩散片。本发明适用于激光投影机。

Description

一种激光光源系统

技术领域

本发明涉及激光投影显示领域，特别涉及一种激光光源系统。

背景技术

激光光源作为投影显示光源使用具有高亮度、高效率、长寿命和高色域等优点，正在被越来越多的应用到投影显示产品中。

目前的激光投影显示产品中，激光光源系统大部分采用激光激发荧光粉发光方式实现投影系统的照明，具体实现方式为：激光器发出蓝色激光，经光学组件的聚光作用，照射到高速旋转的荧光轮上，荧光轮上涂覆有荧光粉，在激光照射下发出黄绿光，再经过同步旋转的滤光轮滤出红绿光，红绿光与蓝色激光经过合光系统分时合成白光输出。

上述激光光源系统中，荧光轮前的聚光透镜的收光效果以及光棒入口位置的光斑大小等因素直接影响光源总体效率，经过技术人员设计分析，现有技术方案中，光源系统的聚光收光效率还未达到最佳化设计，需要进一步的设计优化提升激光光源系统总体光利用效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种激光光源系统，优化聚光收光效率，提升激光光源总体光利用效率。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种激光光源系统，包括激光器、望远组件、第一扩散片、二向色镜、荧光轮聚光组件、荧光轮装置、蓝光光路组件、光棒聚光透镜、滤光轮装置以及光棒；所述荧光轮聚光组件包括多片透镜，且多片透镜中至少有一片非球面透镜；所述光棒聚光透镜为非球面透镜；

蓝光光路组件包括3个蓝光透镜、3个平面反射镜以及1个第二扩散片，3个蓝光透镜用于传输蓝光，并调整蓝光的口径；3个平面反射镜用于调整蓝光光路的方向，使蓝光光路组件出来的光线照射到光棒聚光透镜；第二扩散片用于匀化蓝光光斑；光线进入蓝光光路组件后，依次经过第一蓝光透镜、第二蓝光透镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三蓝光透镜、第三平面透镜、第二扩散片。

进一步的，所述光棒聚光透镜以及所述荧光轮聚光组件中非球面透镜的非球面面型的表达式为：

其中，R球面顶点处的曲率半径，K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标

进一步的，所述第一扩散片为玻璃片，其入光面为镜面，且镀增透膜，其出光面为漫散射面。

进一步的，所述荧光轮装置包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板分为蓝光直透段和荧光反射段，荧光反射段包括黄色荧光粉段和绿色荧光粉段；滤光轮装置分为蓝光透光段、黄色透光段、红色透光段、绿色透光段。

进一步的，所述滤光轮装置的蓝光透光段为玻璃材质扩散片，一面为镜面并镀增透膜，另一面为漫透射表面。

进一步的，所述二向色镜为矩形玻璃片，其工作表面与系统光轴成45°夹角，其入光面镀增透膜，其出光面镀二向色膜，该二项色膜用于透过波长455nm的蓝色激光，反射波长500nm-780nm的荧光粉发光。

本发明的有益效果是：本发明合理分配使用非球面透镜的数量与位置，优化聚光收光效率，提升了激光光源总体光利用效率，同时可缩减各段光路的光束口径，减小元件尺寸和数量，降低投影光机制造成本。

附图说明

图1是激光光源系统构成及蓝光光路图；

图2是荧光轮分段图；

图3是滤光轮分段图。

图中编号：10为激光器，11为望远组件，12为扩散片，13为二向色镜，14为荧光轮聚光组件，141为非球面聚光透镜，142为球面聚光透镜，15为荧光轮装置，16为蓝光光路组件，161为第一蓝光透镜，162为第二蓝光透镜，163为第一平面反射镜，164为第二平面反射镜，165为第三蓝光透镜，166为第一平面反射镜，167为第二扩散片，17为光棒聚光透镜，18为滤色轮，19为光棒，141S1为非球面聚光透镜第一面，17S1为光棒聚光透镜第一面，15a为蓝光直透段，15b为黄色荧光粉段，15c为绿色荧光粉段，18a为蓝光透光段18a，18b为黄色透光段，18c为红色透光段，18d为绿色透光段。

具体实施方式

实施例提供一种激光光源系统，如图1所示，该激光光源系统包括：激光器10、望远组件11、第一扩散片12、二向色镜13、荧光轮聚光组件14，荧光轮装置15，蓝光光路组件16，光棒聚光透镜17，虑光轮装置18，光棒19。

在本实施例中，激光器10为半导体激光器阵列光源，波长为455nm，该阵列光源向同一方向发出近似平行激光束，激光束中心与前方望远组件11的光轴同心，激光束照射到望远组件11后口径被压缩变小，此时激光束仍为近似平行光束，但能量更为集中，激光束继续向前传输到扩散片12。

本实施例中所述第一扩散片12为玻璃片，入光面为镜面，镀增透膜，出光面为一定角度的漫散射面，其主要功能为增大激光束的扩散角度，并把光斑能量均匀化，避免在荧光轮上聚焦能量过于集中，产生烧粉现象，同时还与后续光学系统的扩散片共同组成消散斑系统，达到消除蓝场散斑的效果。

经过扩散片12后，激光束传输到二向色镜13上，在本实施例中，二向色镜为矩形玻璃片，放置方法为工作表面与系统光轴成45°夹角，其入光面镀增透膜，其出光面镀二向色膜，二项色膜可透过波长455nm的蓝色激光，反射波长500nm-780nm的荧光粉发光。当455nm的蓝色激光束入射到二向色镜表面时，光束可直接透过并传输到荧光轮聚光组件14上，荧光轮聚光组件14把光束聚焦于荧光轮装置15表面的。

荧光轮聚光组件包括非球面聚光透镜141和球面聚光透镜142。非球面聚光透镜141的非球面141S1的面型表达式为：

其中，R球面顶点处的曲率半径，K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。

荧光轮装置15包括圆片形基板和驱动马达，如图2所示，圆片形基板根据功能分为蓝直透段15a和荧光反射段，其中，荧光反射段包括黄色荧光粉段15b和绿色荧光粉段15c。

荧光轮装置15在马达带动下绕轴高速旋转，当激光束照射到蓝光直透段15a时，激光束透过荧光轮照射到蓝光光路组件16上。在本实施例中，蓝光光路组件16包括蓝光依次通过的第一蓝光透镜161、第二蓝光透镜162、第一平面反射镜163、第二平面反射镜164、第三蓝光透镜165、第三平面反射镜166、第二扩散片167。其中，第一蓝光透镜161、第二蓝光透镜162和第三蓝光透镜165的作用是传输蓝光，使蓝光以适当的口径不断向前传输；第一平面反射镜163、第二平面反射镜164和第三平面反射镜166的作用是转折蓝光光路，使蓝光通过转折照射到光棒聚光透镜17上；扩散片167的作用是匀化蓝光光斑，同时减弱蓝光散斑现象。

进一步地，在本实施例中，第二扩散片167被设置在蓝光光路组件16的末端靠近二向色镜13的位置，与现有技术方案中，扩散片设置在蓝光光路入光端相比，其优点为可减小蓝光发散角度，易于实现收光，仅用三片球面透镜就可实现蓝光的收集和中继传输，同时能保持消散斑及均匀蓝光的效果。

当激光束照射到黄色荧光粉段15b或绿色荧光粉段15c时，激发荧光粉发出黄绿光，黄绿光在基板的反射下，照射到荧光轮聚光组件14，荧光轮聚光组件14接收荧光粉发光并压缩光角度，使光线变为近似平行光，并以近似45°角照射到二向色镜13上，经二向色镜13表面反射后荧光粉发出的黄绿光的转角90°。此时从蓝光光路组件16出射的光透过二向色镜13，与黄绿光完成分时合光，合成白光后照射到光棒聚光透镜17上，合成的白光通过光棒聚光透镜17后光束汇聚传输，并透过滤光轮，聚焦于光棒入口位置。

光棒聚光透镜17为非球面透镜，光棒聚光透镜17的非球面17S1的面型的表达式为：

其中，R球面顶点处的曲率半径，K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。

在本实施例中如图3所示，滤光轮分为蓝光透光段18a，黄色透光段18b，红色透光段18c，绿色透光段18d；滤色轮与荧光轮通过马达及软件实现同步控制，其中蓝光透光段18a与荧光轮直透段15a对应，黄色透光段18b和红色透光段18c与荧光轮黄色荧光粉段15b对应，绿色透光段18d与荧光轮绿色荧光粉段对应，根据以上原理，荧光轮与滤光轮同步高速旋转，分时透过红绿蓝黄光，合成白光。

滤光轮18的蓝光透光段18a为玻璃材质扩散片，一面为镜面并镀增透膜，另一面为漫透射表面，与扩散片12和扩散片167三者组成动态与静态结合方式的消散斑系统，有效消除蓝场画面散斑现象，并提升蓝场画面均匀度。

进一步地，滤光轮18的红色透光段18c镀有滤光膜，可透过600nm-780nm的红光。

进一步地，由于荧光粉发出的光近似朗伯体分布，发光角度较大，给系统收光带来难度，因此本实施例中荧光轮聚光透镜141和光棒聚光透镜17设置为非球面透镜，与现有技术方案相比，通过合理搭配使用两个非球面透镜，荧光粉发出的光在光棒入口处聚焦光斑尺寸明显缩小。改进后的光斑尺寸变小，光斑能量集中，耦合进入光棒的能量得到提升，光棒的耦合效率得到提升，同时光源系统总体光利用效率得到提升。

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)

1.一种激光光源系统，包括激光器、望远组件、第一扩散片、二向色镜、荧光轮聚光组件、荧光轮装置、蓝光光路组件、光棒聚光透镜、滤光轮装置以及光棒；其特征在于，

所述荧光轮聚光组件包括多片透镜，且多片透镜中至少有一片非球面透镜；

所述光棒聚光透镜为非球面透镜；

所述蓝光光路组件包括3个蓝光透镜、3个平面反射镜以及1个第二扩散片，3个蓝光透镜用于传输蓝光，并调整蓝光的口径；3个平面反射镜用于调整蓝光光路的方向，使蓝光光路组件出来的光线照射到光棒聚光透镜；第二扩散片用于匀化蓝光光斑；光线进入蓝光光路组件后，依次经过第一蓝光透镜、第二蓝光透镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三蓝光透镜、第三平面透镜、第二扩散片。

2.如权利要求1所述的一种激光光源系统，其特征在于，所述光棒聚光透镜以及所述荧光轮聚光组件中非球面透镜的非球面面型的表达式为：

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其中，R球面顶点处的曲率半径，K、An为非球面系数，ρ为归一化径向坐标。

3.如权利要求1所述的一种激光光源系统，其特征在于，所述第一扩散片为玻璃片，其入光面为镜面，且镀增透膜，其出光面为漫散射面。

4.如权利要求1所述的一种激光光源系统，其特征在于，所述荧光轮装置包括圆片形基板和驱动马达，圆片形基板分为蓝光直透段和荧光反射段，荧光反射段包括黄色荧光粉段和绿色荧光粉段；滤光轮装置分为蓝光透光段、黄色透光段、红色透光段、绿色透光段。

5.如权利要求1所述的一种激光光源系统，其特征在于，所述滤光轮装置的蓝光透光段为玻璃材质扩散片，一面为镜面并镀增透膜，另一面为漫透射表面。

6.如权利要求1所述的一种激光光源系统，其特征在于，所述二向色镜为矩形玻璃片，其工作表面与系统光轴成45°夹角，其入光面镀增透膜，其出光面镀二向色膜，该二项色膜用于透过波长455nm的蓝色激光，反射波长500nm-780nm的荧光粉发光。