CN108153091A - 一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法，投影机包括分段式荧光板、电机、分光片、准直透镜、聚焦透镜。蓝光激光器发射出蓝色激光，经过准直透镜后蓝色激光被准直为平行光，再聚焦为一个小光斑，入射到荧光板上。荧光板在电机的带动下沿着XY方向移动，蓝色激光光斑分别照射在黄色和绿色荧光粉区，辐射出黄光和绿光。黄光和绿光透过聚焦透镜和准直透镜后变成平行光，再经过分光片反射后，再用透镜合束进入投影系统。本装置使聚焦后的蓝光光斑分散到整个荧光板面上，这样就能使荧光板整体温度保持一致，且在一个较低的温度水平。提高荧光效率和激光投影机的整体电光效率，同时能提高光源的功率，实现投影机的高效和高亮度输出。

Description

一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法

技术领域

本发明属于荧光式投影机领域，具体涉及一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法。

背景技术

投影机按照光源不同主要分为灯泡、LED和激光三种类型，其中激光投影机是目前最先进的投影技术，而荧光轮方式的激光投影机是性价比最高的机型。对于荧光光路，用部分蓝色激光照射到荧光粉上，产生黄色和绿色波长的光，再经过滤波产生红光和绿光，与另一部分透射光路产生的蓝色激光组成三基色的光，经过对三基色的配比产生需要的颜色，生成需要的画面，投射到幕布上。

大功率以及长时间的用激光照射荧光轮，会使荧光粉局部产生高温，导致荧光效率下降，这也是单个荧光轮难以做出高亮投影机的主要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分段荧光板式激光投影机及其控制方法，解决了现有技术中投影机荧光轮的荧光粉局部产生高温，导致荧光效率下降的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种分段荧光板式激光投影机，包括激光发射器、分光片、准直系统、聚焦透镜、分段式荧光板，其中，分段式荧光板包括依次上下设置的黄色荧光粉区、绿色荧光粉区和蓝光透过区；分段式荧光板的下部设置水平导轨和垂直导轨，电机驱动水平导轨和垂直导轨带动分段式荧光板做水平运动和垂直运动；激光发射器发出激光，透过分光片后，经聚焦再准直变为平行光，然后通过聚焦透镜打在分段式荧光板上，分段式荧光板激发出黄色、绿色平行光，反向经过聚焦透镜后，再经过准直系统进行准直变为平行光，通过分光片反射至出光口。

分段式荧光板的另一面设置准直透镜组、全反射镜组，激光透过分段式荧光板的蓝光透过区后，经过准直透镜组准直后，再经过全反射透镜组反射至分光片，通过分光片后在出光口与黄色、绿色平行光混合为白色光。

全反射镜组包括三个全反射镜，分别为第一至第三全反射镜，其中，第一反射镜位于分段式荧光板的后端，镜面与分段式荧光板呈45度角，第二反射镜与第三反射镜之间设置中继准直透镜。

分光片与入射光方向呈45度角，且420～500nm波段镀45度角增透膜，500nm～700nm波段镀45度角全反射膜。

所述激光发射器为蓝光激光器。

一种分段荧光板式激光投影机的控制方法，将水平导轨定义为X轴方向，垂直导轨定义为Y轴方向，控制激光发射器启动，发出蓝色激光经过处理后，激光光点对准分段式荧光板的右上角；然后执行如下步骤：

在分段式荧光板的一个运动周期内，首先，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的右上角移动至左下角；

然后，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的左下角移动至右上角。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对于荧光光路，而设计一种分段式的荧光板，此荧光板可以按照配光比例分配出荧光板区域黄色和绿色荧光粉的大小，并且荧光板还可以在电机的带动下沿着XY方向快速的来回移动，入射光斑就会沿着XY方向将整个荧光板全部扫描一遍，整个荧光板区域的荧光粉全部参与了荧光辐射。与传统的荧光轮仅仅能在一个细小的环形区域参与荧光辐射相比，荧光粉面积大大增加，同时荧光粉表面的温度也会大大降低，提高了荧光粉的稳定性，并能提高入射激光的功率，从而提高投影机的亮度。

附图说明

图1为本发明分段式荧光板激光投影机的光路走向示意图。

图2为本发明分段式荧光板的结构示意图。

图3为本发明分段式荧光板激光投影机的结构示意图。

其中，图中的标识为：1-蓝光激光器；2-分光片；3-第一准直透镜；4-第一聚焦透镜；5-分段式荧光板；7-第二聚焦透镜；8-第二准直透镜；9-第一全反射镜；10-第二全反射镜；11-中继准直透镜；12-第三全反射镜；13-Y位移电机；14-X位移电机；15-黄色荧光粉区；16-绿色荧光粉区；17-蓝光全透过区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。

一种分段荧光板式激光投影机，包括激光发射器、分光片、准直系统、聚焦透镜、分段式荧光板，其中，分段式荧光板包括依次上下设置的黄色荧光粉区、绿色荧光粉区和蓝光透过区；分段式荧光板的下部设置水平导轨和垂直导轨，电机驱动水平导轨和垂直导轨带动分段式荧光板做水平运动和垂直运动；激光发射器发出激光，透过分光片后，经聚焦再准直变为平行光，然后通过聚焦透镜打在分段式荧光板上，分段式荧光板激发出黄色、绿色平行光，反向经过聚焦透镜后，再经过准直系统进行准直变为平行光，通过分光片反射至出光口。

一种分段荧光板式激光投影机的控制方法，将水平导轨定义为X轴方向，垂直导轨定义为Y轴方向，控制激光发射器启动，发出蓝色激光经过处理后，激光光点对准分段式荧光板的右上角；然后执行如下步骤：

在分段式荧光板的一个运动周期内，首先，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的右上角移动至左下角；

然后，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的左下角移动至右上角。

具体实施例一，

如图1、图2、图3所示，一种分段荧光板式激光投影机，包括蓝光激光器1、分光片2、三个准直透镜、两个聚焦透镜、分段式荧光板5，三个准直透镜分别为第一准直透镜3、第二准直透镜8、中继准直透镜11，两个聚焦透镜分别为第一聚焦透镜4、第二聚焦透镜7，其中，分段式荧光板5包括依次上下设置的黄色荧光粉区15、绿色荧光粉区16和蓝光透过区17；分段式荧光板5的下部设置水平导轨以及与水平导轨连接的X位移电机14和垂直导轨以及与垂直导轨连接的Y位移电机13，X位移电机14驱动水平导轨带动分段式荧光板做水平运动，Y位移电机13驱动垂直导轨带动分段式荧光板做垂直运动；蓝光激光器1发出激光，透过分光片1后，经第一准直透镜3变为平行光，然后通过第一聚焦透镜4打在分段式荧光板5上，分段式荧光板5激发出黄色、绿色平行光，反向经过第一聚焦透镜4后，再经过第一准直透镜3进行准直变为平行光，通过分光片2反射至出光口。

分段式荧光板5的另一面设置第二聚焦透镜7、第二准直透镜8，激光透过分段式荧光板5的蓝光透过区17后，经过第二聚焦透镜7、第二准直透镜8后，再依次经过第一反射透镜9、第二全反射透镜10、中继准直透镜11、第三全反射透镜12反射至分光片2，通过分光片2后在出光口与黄色、绿色平行光混合为白色光。

第一反射镜的镜面与分段式荧光板呈45度角。

分光片与入射光方向呈45度角，且420～500nm波段镀45度角增透膜，500nm～700nm波段镀45度角全反射膜。

具体实施例二，

一种分段荧光板式激光投影机的控制方法，在分段式荧光板的运动周期内，包括如下步骤：

步骤1、控制垂直导轨电机驱动垂直导轨带动分段式荧光板向上运动，直至激光光点移动至分段式荧光板的下边缘，控制垂直导轨电机停止；

步骤2、控制水平导轨电机驱动水平导轨带动分段式荧光板沿X轴方向向左运动一个单元，控制水平导轨电机停止；

步骤3、控制垂直导轨电机驱动垂直导轨带动分段式荧光板向下运动，直至激光光点移动至分段式荧光板的上边缘，控制垂直导轨电机停止；

步骤4、控制水平导轨电机驱动水平导轨带动分段式荧光板沿X轴方向向左运动一个单元，控制水平导轨电机停止；

步骤5、循环执行步骤1至步骤4直至激光光点移动至分段式荧光板的左下角，执行步骤6；

步骤6、控制垂直导轨电机驱动垂直导轨带动分段式荧光板向下运动，直至激光光点移动至分段式荧光板的上边缘，控制垂直导轨电机停止；

步骤7、控制水平导轨电机驱动水平导轨带动分段式荧光板沿X轴方向向右运动一个单元，控制水平导轨电机停止；

步骤8、控制垂直导轨电机驱动垂直导轨带动分段式荧光板向上运动，直至激光光点移动至分段式荧光板的下边缘，控制垂直导轨电机停止；

步骤9、控制垂直导轨电机驱动垂直导轨带动分段式荧光板向下运动，直至激光光点移动至分段式荧光板的上边缘，控制垂直导轨电机停止；

步骤10、循环执行步骤6至步骤9，直至激光光点移动至分段式荧光板的右上角。

本发明的工作原理如下：

蓝色激光透过分光片，经过准直系统后，变为平行光，平行光透过聚焦透镜后，蓝色激光束被聚焦为一个光斑，打在分段式荧光板上，分段式荧光板受激后反向辐射出黄光和绿光，黄光和绿光反向经过聚焦系统后被第一次准直，又透过准直透镜后被第二次准直为平行光，荧光辐射出的黄色和绿色平行光反向45度射向分光片后，被垂直向上反射出去。

分段式荧光板：分段式荧光板分为黄色荧光粉区、绿色荧光粉区和蓝光透过区，电机可以做Y方向的往返运动，导轨可以做X方向的往返运动。在电机和导轨共同作用下，荧光板的整个表面都被蓝色激光照射到。在荧光板做Y方向的运动时，蓝色激光光斑依次扫过黄光荧光区、绿光荧光区和蓝光投过区，产生的黄光和绿光分别被反射后准直，透过的蓝光也被准直，入射的蓝光经过荧光板后依次产生黄光绿光并与透过的蓝光混合产生白光。

蓝光激光器发出455nm蓝色激光，蓝色激光透过分光片(分光片与入射光方向成45度角，且420500nm波段镀45度角增透膜，500nm-700nm波段镀45度角全反射膜)，经过准直透镜后，变为平行光，平行光透过聚焦透镜后，蓝色激光束被聚焦为一个光斑，打在分段式荧光板上。分段式荧光板分为黄色荧光粉区、绿色荧光粉区和蓝光透过区，电机可以做Y方向的往返运动，导轨可以做X方向的往返运动。在电机和导轨共同作用下，荧光板的整个表面都被蓝色激光照射到。在荧光板做Y方向的运动时，蓝色激光光斑依次扫过黄光荧光区、绿光荧光区和蓝光透过区，在射向黄光和绿光荧光区时，荧光出的黄光和绿光的发散角为0-70度，分别被反射并反向经过聚焦透镜，被第一次准直，以一定发散角度向前传播，反向射向准直透镜后被第二次准直，黄光和绿光经过两次准直后变成平行光。黄绿平行光以45度角射向分光片，被全反射沿着Y方向出射。透过的蓝光经过准直透明组后，被准直为平行光，平行光以45度角分别射向全反射镜，出射方向变为X负方向传播，经过中继准直透镜对并行度做修正后，射向全反射镜，出射方向偏转90度，沿着Y正方向传播，以45度角全透过分光片后，与黄光和绿光会和，生成混合白光。

本发明各部件的规格、功能及作用如下：

蓝光激光器：波长455nm。

分光片：45度入射的蓝色激光可以全透过，黄色和绿色激光被全反射。

准直透镜：将反向入射的平行光整形为一定大小的光斑，将正向入射的发散光整形为平行光。

聚焦透镜：将正向入射的平行光整形为一定大小的光斑，将反射入射的发散光整形为平行光。

分段式荧光板：通过电机XY方向的调节，使整个荧光板上的荧光粉都参与荧光辐射，大大增加了荧光粉面积；分段式荧光板分为黄色荧光粉区15、绿色荧光粉区16和蓝光透过区17，能依次荧光出黄光和绿光并透过蓝光。

全反射镜：420-500nm波段镀45度角全反射膜，将45度入射的蓝光偏转90度出射。

Y位移电机：使荧光板沿Y方向移动。

X位移电机：使沿Y位移电机及荧光板沿着X方向移动。

黄色荧光粉区：入射455nm的激光荧光产生黄色光。

绿色荧光粉区：入射455nm的激光荧光产生绿色光。

蓝色光全透过区：镀了455nm波长光全部透过。

Claims (6)

1.一种分段荧光板式激光投影机，其特征在于：包括激光发射器、分光片、准直系统、聚焦透镜、分段式荧光板，其中，分段式荧光板包括依次上下设置的黄色荧光粉区、绿色荧光粉区和蓝光透过区；分段式荧光板的下部设置水平导轨和垂直导轨，电机驱动水平导轨和垂直导轨带动分段式荧光板做水平运动和垂直运动；激光发射器发出激光，透过分光片后，经聚焦再准直变为平行光，然后通过聚焦透镜打在分段式荧光板上，分段式荧光板激发出黄色、绿色平行光，反向经过聚焦透镜后，再经过准直系统进行准直变为平行光，通过分光片反射至出光口。

2.根据权利要求1所述的分段荧光板式激光投影机，其特征在于：分段式荧光板的另一面设置准直透镜组、全反射镜组，激光透过分段式荧光板的蓝光透过区后，经过准直透镜组准直后，再经过全反射透镜组反射至分光片，通过分光片后在出光口与黄色、绿色平行光混合为白色光。

3.根据权利要求2所述的分段荧光板式激光投影机，其特征在于：全反射镜组包括三个全反射镜，分别为第一至第三全反射镜，其中，第一反射镜位于分段式荧光板的后端，镜面与分段式荧光板呈45度角，第二反射镜与第三反射镜之间设置中继准直透镜。

4.根据权利要求1所述的分段荧光板式激光投影机，其特征在于：分光片与入射光方向呈45度角，且420～500nm波段镀45度角增透膜，500nm～700nm波段镀45度角全反射膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分段荧光板式激光投影机，其特征在于：所述激光发射器为蓝光激光器。

6.基于权利要求1所述的分段荧光板式激光投影机的控制方法，其特征在于：将水平导轨定义为X轴方向，垂直导轨定义为Y轴方向，控制激光发射器启动，发出蓝色激光经过处理后，激光光点对准分段式荧光板的右上角；然后执行如下步骤：

在分段式荧光板的一个运动周期内，首先，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的右上角移动至左下角；

然后，控制垂直导轨和水平导轨带动分段式荧光板运动，使激光光点呈连续S形轨迹从分段式荧光板的左下角移动至右上角。