CN108628076A - 一种高激发效率的投影机光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高激发效率的投影机光源系统，包括光源、分光装置和荧光轮，光源发出的光通过用于对该光源颜色进行部分透射、部分反射的分光装置分成若干条分光光束，所述的若干条分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位激发反射式荧光粉区产生反向传输的辐射荧光，辐射荧光混合后输出。本发明所述的高激发效率的投影机光源系统将单个光源发出的光分成若干功率更小的分光光束，并且分光光束照射在荧光轮上的不同部位，避免在荧光轮上形成的光斑的功率过高导致荧光粉温度急剧升高，确保荧光粉工作在适宜的温度，从而保障较高的激发效率，提高激发产生的辐射荧光的光通量，提高整体光效，达到高亮投影需求。

Description

一种高激发效率的投影机光源系统

技术领域

本发明涉及投影光源技术领域，尤其涉及一种高激发效率的投影机光源系统。

背景技术

激光投影机相比传统投影机，具有寿命长、色域广和维护方便等优点，光源部分一般采用蓝激光，激发荧光粉后获得绿光、红光和黄光等，目前也有采用蓝色和红色激光器的双激光方案，以及红绿蓝三种激光器的三色方案。激光投影机可以微投行业，如儿童游戏机和故事机，以及随身携带机器，要求体积小，光通量一般<1000流明；用于教育行业和商务行业，替代灯泡机，光通量一般1000～4000流明；进入影院，作为放映机，一般10000～15000流明；用于工程使用，一般光通量4000～20000流明不等。

荧光轮成本低，但可耐受温度有限，一般分为有机荧光轮，可耐受200度；无机荧光轮，可耐受1000度以上；玻璃荧光轮，可耐受1000度以上。温度越高，荧光粉的激发效率越低，大功率激光或者激光长时间照射到荧光轮上会导致荧光轮上荧光粉温度急剧升高，荧光粉激发出的荧光的光通量反而会降低，难以达到高亮投影仪的性能需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种高激发效率的投影机光源系统，解决目前技术中大功率激光或者激光长时间照射到荧光轮上会导致荧光粉温度急剧升高，导致荧光激发效率降低，难以达到高亮投影需求的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种高激发效率的投影机光源系统，包括光源、分光装置和荧光轮，光源发出的光通过用于对该光源颜色进行部分透射、部分反射的分光装置分成若干条分光光束，所述的若干条分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位激发反射式荧光粉区产生反向传输的辐射荧光，辐射荧光混合后输出。本发明所述的高激发效率的投影机光源系统将光源通过分光装置分成若干条分光光束，也就是将光源的能量分散到若干条分光光束中，分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位形成光斑，由于每条分光光束的功率较低，也就是降低了在荧光轮上所形成的单个光斑的功率，从而有效避免荧光粉温度急剧上升，降低荧光粉的散热压力，保障荧光粉具有较高的激发效率，提高整体光效，提高辐射荧光的光通量，达到高亮投影需求。本发明仅采用一个光源和一个荧光轮，结构简单，部件少，制作成本低，占用体积小，使用稳定性好。

进一步的，所述的光源发出的光通过分光装置均分成若干条功率相同的分光光束，使得照射分光光束照射到荧光轮上的不同部位所形成的光斑的功率相同，从而使得荧光轮上不同部位的荧光粉在激发产生辐射荧光时处于相同的温度，从而保障相同的激发效率，使得每条分光光束所激发产生的同种颜色的辐射荧光的光通量是相同的，便于控制该种颜色的辐射荧光的光通量在总光通量中的占比，确保辐射荧光在合束后能稳定的得到白光。

进一步的，所述的分光装置包括部分透射、部分反射光源颜色的分光片，光源斜射向分光片得到透射分光光束和反射分光光束，透射分光光束和反射分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位，或者分光装置采用部分透射、部分反射光源颜色的棱镜，结构简单，使用成本低，占用体积小，分光片上通过镀膜达到对光源颜色进行部分透射、部分反射，从而有效的将光源发出的光分成两条分光光束，光源发出的光的功率分配给透射分光光束和反射分光光束，透射分光光束和反射分光光束的功率小于光源发出的光的功率，从而在透射分光光束和反射分光光束照射荧光轮时能避免荧光粉温度急剧上升，保障荧光粉处于适宜的温度，从而保障较高的激发效率。

进一步的，所述的分光片透射除光源颜色外的其他可见光，使得分光光束激发荧光粉产生的辐射荧光能够透过分光片。

进一步的，所述的光源为用于激发荧光粉区产生辐射荧光的单色光源，或者光源由用于激发荧光粉区产生辐射荧光的单色光源和其他颜色的补充光源组合而成。利用其他颜色的补充光源来改善投影颜色，投影显示颜色更好，图像再现颜色鲜艳。

进一步的，所述的补充光源仅当照射到荧光轮上设置的用于透过分光光束的透射区时工作，在提高颜色鲜艳的同时减少功耗。

进一步的，所述的若干条分光光束照射到荧光轮上沿圆周方向的不同部位，可同时激发产生不同颜色的辐射荧光，或者若干条分光光束照射到荧光轮上沿径向的不同部位，不同的分光光束激发产生相同颜色的辐射荧光，并且有效避免荧光粉温度急剧上升，保障荧光粉具有较高的激发效率，保障辐射荧光稳定的光通量。

进一步的，所述的荧光轮上设置有若干个用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区和用于透过分光光束的透射区，荧光粉区和透射区沿圆周分布，分光光束激发荧光粉区中的荧光粉产生辐射荧光，辐射荧光与透过透射区的分光光束部分通过合束混合成白光，提高整体出光的光通量，满足高亮投影需求。

进一步的，所述的透射区采用扩散片，或者是白玻璃，或者是开设的通孔。有效透过分光光束，使得分光光束折转后与辐射荧光混合输出。

进一步的，所述的光源为激光光源，光源发出的光通向荧光轮的光路中设置有扩散片或者用于匀光的光棒，提高在荧光轮上形成的光斑的均匀性，从而提高荧光粉的激发效率。

进一步的，所述的辐射荧光通过滤色色轮过滤后输出，滤色色轮与荧光轮同步旋转消除散斑，对各颜色光进行滤波，采用适当的滤光片可得到不同的颜色及色纯度，从而有效提高投影的效果，显示颜色更好，色域大，图像再现颜色更鲜艳。

进一步的，所述的辐射荧光混合后通过光棒匀光后输出，光在光棒中进行多次反射从而达到匀光，提高投影显示效果。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的高激发效率的投影机光源系统将单个光源发出的光分成若干功率更小的分光光束，并且分光光束照射在荧光轮上的不同部位，避免在荧光轮上形成的光斑的功率过高导致荧光粉温度急剧升高，确保荧光粉工作在适宜的温度，从而保障较高的激发效率，提高激发产生的辐射荧光的光通量，提高整体光效，达到高亮投影需求，并且本发明所述的高激发效率的投影机光源系统结构精简，部件少，制作成本低，占用体积小，使用稳定性好。

附图说明

图1为分光光束照射到荧光轮上的实施例一分布示意图；

图2为分光光束照射到荧光轮上的实施例二分布示意图；

图3为分光装置的结构示意图；

图4为高激发效率的投影机光源系统的实施例一的结构示意图；

图5为高激发效率的投影机光源系统的实施例二的结构示意图；

图6为高激发效率的投影机光源系统的实施例二的结构示意图；

图7为高激发效率的投影机光源系统的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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做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。

本发明实施例公开的一种高激发效率的投影机光源系统，将光源发出的光分成多束分别照射到荧光轮的不同部位上，降低光在荧光轮上产生的单个光斑的功率，从而避免光斑导致荧光轮局部温度过高，保障荧光轮上的荧光粉较高的激发效率，在不改变光源功率的情况下能有效提高投影机光通量。

一种高激发效率的投影机光源系统，主要包括光源、分光装置和荧光轮，光源发出的光通过用于对该光源颜色进行部分透射、部分反射的分光装置分成若干条分光光束，然后将此若干条分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位激发产生辐射荧光，降低在荧光轮上的单个光斑的功率，从而避免荧光粉温度急剧升高，保障高效的激发效率，辐射荧光混合后输出；

如图1所示，若干条分光光束照射到荧光轮上沿圆周方向的不同部位，可同时激发产生不同颜色的辐射荧光；或者如图2所示，若干条分光光束照射到荧光轮上沿径向的不同部位，不同的分光光束激发产生相同颜色的辐射荧光，并且有效避免荧光粉温度急剧上升；

为了便于控制各色光的光通量确保混合时得到白光，光源发出的光通过分光装置均分成若干条功率相同的分光光束，从而使得荧光轮上不同部位的荧光粉在激发产生辐射荧光时处于相同的温度，保障荧光粉始终处于相同的激发效率，使得每条分光光束所激发产生的同种颜色的辐射荧光的光通量是相同的；

分光装置可采用部分透射、部分反射光源颜色的棱镜，还可采用部分透射、部分反射光源颜色的分光片，还可通过多个分光片组合将光源发出的光分成若干条分光光束；当只有一个分光片时，分光片半透射、半反射光源颜色，光源斜射向分光片得到透射分光光束和反射分光光束，透射分光光束和反射分光光束各为光源功率的一半，透射分光光束和反射分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位；如图3所示，当分光装置包括两个分光片时，分光片一a反射三分之一的光源1的光并且透射三分之二的光源1的光，从分光片一a透射过去的光束再照射到分光片二b上，分光片二b为半透射、半反射，则通过分光片一a与分光片二b的组合将光源1发出的光分成三条功率相同的分光光束，三条分光光束再照射到荧光轮上的不同部位激发产生辐射荧光。

实施例一

如图4所示，光源1为蓝色激光光源，荧光轮3为反射式荧光轮，荧光轮3上设置有若干个用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区和用于透过分光光束的透射区，荧光粉区受激发产生的辐射荧光沿分光光束的反向传输，透射区采用扩散片，或者是白玻璃，或者是开设的通孔，荧光粉区和透射区沿圆周分布，分光装置包括第一分光片2，第一分光片2半透射、半反射光源1的颜色，并且透射除光源1颜色外的其他可见光，光源1斜射向第一分光片2得到透射分光光束和反射分光光束，透射分光光束和反射分光光束的功率为光源1功率的一半，反射分光光束射向荧光轮3，透射分光光束射向二向色镜4后被其反射向荧光轮3，二向色镜4对光源1颜色进行全反射，对其他光透射；

光源1与第一分光片2之间设置有聚焦透镜组一5和第一扩散片6，聚焦透镜组一5将光源发出的光准直平行并压缩，第一扩散片6消除散斑，并让在荧光轮上的光斑均匀，还可设置光棒来替代第一扩散片6，光源1发出的光倾斜入射通过光棒，光在光棒中经过多次反射得到匀化效果；第一分光片2与荧光轮3之间设置有聚焦透镜组二7，让光斑聚焦到合适大小；二向色镜4与荧光轮3之间设置有聚焦透镜组三8，让光斑聚焦到合适大小；

荧光轮3旋转，当透射分光光束和反射分光光束照射到荧光轮上的荧光粉区时，激发产生辐射荧光，辐射荧光反向传输分别透射过第一分光片2、二向色镜4，然后辐射荧光的光路汇聚；当透射分光光束和反射分光光束照射到荧光轮3上的透射区时，反射分光光束和透射分光光束从荧光轮3透射过去并分别经过聚焦透镜组四9、聚焦透镜组五10，然后反射分光光束和透射分光光束汇聚在一起后通过若干的反射镜进行光路折转射向二向色镜4，被二向色镜4反射至与辐射荧光同向并汇聚成白光，然后通过滤色色轮11过滤后输送向第一光棒12匀光后输出，滤色色轮11对光线进行过滤；当颜色要求不高时，或者系统已产生RGB光时，可不采用，并且滤色色轮11中有扩散片，通过运动消除散斑，光在第一光棒12中经过多次反射而匀光。

实施例二

如图5所示，光源1为蓝色激光光源，荧光轮3为反射式荧光轮，荧光轮3上设置有若干个用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区和用于透过分光光束的透射区，荧光粉区受激发产生的辐射荧光沿分光光束的反向传输，荧光粉区和透射区沿圆周分布，分光装置包括两个分光片时，分光片一a反射三分之一的光源1的光并且透射三分之二的光源1的光，从分光片一a透射过去的光束再照射到分光片二b上，分光片二b为半透射、半反射，则通过分光片一a与分光片二b的组合将光源1发出的光分成三条功率相同的分光光束，分光片二b的透射光射向二向色镜4后被其反射向荧光轮3，二向色镜4对光源1颜色进行全反射，对其他光透射，三条分光光束照射到荧光轮上的不同部位激发产生辐射荧光；

光源1与第一分光片2之间设置有聚焦透镜组一5和第一扩散片6，聚焦透镜组一5将光源发出的光准直平行并压缩，第一扩散片6消除散斑，并让在荧光轮上的光斑均匀，还可设置光棒来替代第一扩散片6，光源1发出的光倾斜入射通过光棒，光在光棒中经过多次反射得到匀化效果；

荧光轮3旋转，当分光光束照射到荧光轮上的荧光粉区时，激发产生辐射荧光，辐射荧光反向传输分别透射过分光片一a、分光片二b、二向色镜4，然后辐射荧光的光路汇聚；当分光光束照射到荧光轮3上的透射区时，分光光束从荧光轮3透射过去并经过光路折转射向二向色镜4，被二向色镜4反射至与辐射荧光同向并汇聚成白光，然后通过滤色色轮11过滤后输送向第一光棒12匀光后输出，滤色色轮11对光线进行过滤；当颜色要求不高时，或者系统已产生RGB光时，可不采用，并且滤色色轮11中有扩散片，通过运动消除散斑，光在第一光棒12中经过多次反射而匀光。

实施例三

如图6所示，与实施例一的不同点在于：光源1由蓝色激光光源和红色激光光源组成，蓝色激光光源照射荧光轮3上的荧光粉区产生辐射荧光，而红色激光光源作为补充光源进行周期性间隙工作，仅当照射到荧光轮上设置的用于透过分光光束的透射区时工作，透射区采用扩散片，或者是白玻璃，或者是开设的通孔，优选为扩散片，能良好的消除散斑。

实施例四

如图7所示，与实施例一的不同点在于：光源1由蓝色激光光源、红色激光光源和绿色激光光源组成，蓝色激光光源为照射荧光轮3上的荧光粉区产生辐射荧光的光源，而红色激光光源和绿色激光光源作为补充光源，红色激光光源和绿色激光光源进行分时工作，仅当照射到荧光轮上设置的用于透过分光光束的透射区时工作。采用纯激光时，色彩鲜艳但光通量不高，因此采用蓝色激光光源激发产生辐射荧光进行光通量补充，可有效提升光效，减少体积和成本，利用其他颜色的激光光源来提高图像再现颜色的鲜艳性。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，包括光源、分光装置和荧光轮，光源发出的光通过用于对该光源颜色进行部分透射、部分反射的分光装置分成若干条分光光束，所述的若干条分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位激发反射式荧光粉区产生反向传输的辐射荧光，辐射荧光混合后输出。

2.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的光源发出的光通过分光装置均分成若干条功率相同的分光光束。

3.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的分光装置包括部分透射、部分反射光源颜色的分光片，光源斜射向分光片得到透射分光光束和反射分光光束，透射分光光束和反射分光光束分别照射到荧光轮上的不同部位，或者分光装置采用部分透射、部分反射光源颜色的棱镜。

4.根据权利要求3所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的分光片、棱镜透射除光源颜色外的其他可见光。

5.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的光源为用于激发荧光粉区产生辐射荧光的单色光源，或者光源由用于激发荧光粉区产生辐射荧光的单色光源和其他颜色的补充光源组合而成。

6.根据权利要求5所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的补充光源仅当照射到荧光轮上设置的用于透过分光光束的透射区时工作。

7.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的若干条分光光束照射到荧光轮上沿圆周方向的不同部位，或者若干条分光光束照射到荧光轮上沿径向的不同部位。

8.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的荧光轮上设置有若干个用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区和用于透过分光光束的透射区，荧光粉区和透射区沿圆周分布。

9.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的透射区采用扩散片，或者是白玻璃，或者是开设的通孔。

10.根据权利要求1所述的高激发效率的投影机光源系统，其特征在于，所述的光源为激光光源，光源发出的光通向荧光轮的光路中设置有扩散片或用于匀光的光棒。