CN109283784A - 无荧光色轮激光投影光源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无荧光色轮激光投影光源系统，属于激光照明领域。本发明解决了传统激光投影装置结构复杂、体积庞大以及荧光轮散热效率不高等问题。该系统主要结构为一内置镜片的圆柱筒，并且在圆柱筒的外侧面围绕一圈环状面，该环状面与圆柱筒存在一定间隙，圆柱筒可在环状面内转动，环状面内侧涂覆有分段的用于激光波长转换的荧光粉；圆柱筒柱面某一处有开口，用于筒内的激光出射，出射激光随圆柱筒高速转动，照射至环状面内侧，激发荧光粉发光，激发光可原路返回到达二向色镜片表面与蓝色激光合光。本发明的有益效果是：取消了荧光色轮装置，降低了结构复杂程度，达到了激光光源系统小型化和提高投影系统稳定性的目的。

Description

无荧光色轮激光投影光源系统
技术领域
本发明涉及激光照明技术，特别涉及无荧光色轮激光投影光源系统的技术。
背景技术
近年来，由于激光在显示领域的出色表现，使得激光投影广泛应用于各种场合。
激光显示是以红、绿、蓝(RGB)三基色激光为光源的显示技术，可以最真实地再现客观世界丰富、绚丽的色彩，提供更具震撼的表现能力，与自然光色域相比较，传统显示设备只能再现人眼所见颜色的30％，而目前激光显示方式可覆盖90％，这一巨大的潜力让我们对激光显示技术的未来充满期待，因此激光显示被称为“人类视觉史上的革命”。
目前，市场主流的激光显示产品中采用蓝色激光二极管激发荧光粉产生三基色方案，该方案中激光二极管可使用多颗阵列的方式排布，通过光学系统将激光束聚焦于荧光粉表面，利用合光装置将蓝光与荧光粉发出的黄绿光进行合光。使用该方案时，由于荧光色轮具有较大的半径，使得采用此方案的光机体积通常较大，不利用激光显示产品小型化发展的趋势，其次，该方案对荧光色轮的散热也提出了严峻的考验。
发明内容
本发明的目的是提供一种无荧光色轮激光投影光源系统，解决传统激光投影装置结构复杂、体积庞大以及荧光轮散热效率不高等问题。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：无荧光色轮激光投影光源系统，包括：激光光源模块一、激光光源模块二、扩束透镜组、合光元件、荧光体颜色转换系统、三色合光元件、光隧道装置、三棱镜以及光阀，所述荧光体颜色转换系统至少包括环状荧光粉带、准直透镜组及全波长反射镜；
所述扩束透镜组与激光光源模块一平行设置，用于将激光光源模块一发出的蓝色激束以平行光照射至合光元件；所述合光元件用于提供蓝色光束和其它颜色光束的分光作用；穿透合光元件的光束经过圆筒内的全波长反射镜入射至准直聚光透镜组，经过聚光优化后汇聚于环状荧光粉带上；环状荧光粉带用于在不同颜色的光束之间进行切换；蓝色激光光束激发荧光体发光，激发光由准直透镜组原路返回至合光元件上；同时来自激光光源模块二的蓝色激光光束穿透合光元件入射至三色光合光元件，三色合光元件将来自合光元件反射的荧光光束及激光光源模块二的蓝色激光光束汇聚于光隧道装置的入口处，光隧道装置(50)用于将入口处的入射光束在隧道内进行多次反射，使出口处的光为匀光，匀光后的光束在TIR棱镜(70)内部斜表面发生全反射，使光束能照射至光阀(60)，光阀(60)表面集成数百万个微小反射镜用于对光束进行调制，实现不同画面的显示。
具体的是，所述激光光源模块一及激光光源模块二均为矩阵式激光二极管阵列，均可输出互相平行的激光光束。
进一步的是，所述扩束透镜组为包括至少两个透镜组成的望远透镜组结构，用于实现当较大入射光斑进入透镜组后，使得输出光斑尺寸变小。
作为一种优选的方案是，所述合光元件为让蓝光光束穿透，而对其他颜色光的光束提供反射作用的分色镜或分色棱镜。
具体的是，所述荧光体颜色转换系统还包括马达及圆柱筒，所述马达驱动圆柱筒高速转动，圆柱筒内嵌有全波长反射镜与准直透镜组，工作时，全波长反射镜与准直透镜组随筒转动。
进一步的是，所述全波长反射镜用于对全波段范围内的光进行反射，所述准直透镜组，用于对来自全波长反射镜方向上的激光束形成汇聚，使蓝光激光束以点光源的形式照射至环状荧光粉带表面上，荧光粉受蓝光激光照射后激发发出的红绿光被准直聚光透镜组收集并能以准直光束输出到全波长反射镜表面，由全波长反射镜将激发光反射回合光元件上。
作为一种优选的方案是，所述环状荧光粉带包括反射基板、涂覆在基板上的荧光粉层及荧光粉层上的增透膜，所述荧光粉层的颜色为红色、绿色及黄色中任意两种颜色的组合或者三种颜色的组合组成。
具体的是，所述三色合光元件为具有光汇聚作用的球面透镜、非球面透镜、非球面反光装置或自由曲面反光装置。
进一步的是，所述光隧道装置包括光导管及位于光导管外端的利于安装及保护光导管的铁衣。
作为一种优选的方案是，所述TIR棱镜包括两块胶合的三棱镜，胶合面留有空气间隙，光束可在胶合面内侧发生全反射。
本发明的有益效果是，通过上述无荧光色轮激光投影光源系统，通过将蓝光激光与红绿荧光一起，共同实现三色合光，并在现有激光投影光源系统基础上采用无荧光轮设计方案使系统结构性更加紧凑，同时解决了现有激光投影光源系统中由于荧光色轮散热不良导致的光效和寿命等问题。与现有荧光色轮激光投影光源系统相比，本申请无荧光色轮对系统结构的限制，可以简化系统结构，达到光源系统小型化的目的，同时荧光粉带可以涂覆于系统结构件上，由于结构件较大的散热面积以及外接风扇的强制散热，可带走荧光粉带大量的热量，使荧光粉具有更长的使用周期。
附图说明
图1为本发明无荧光色轮激光投影光源系统的结构示意图；
图2为本发明荧光体颜色转换系统结构的正视图；
图3为本发明荧光色轮荧光体颜色转换系统结构的俯视图。
其中，101为激光光源模块一，102为激光光源模块二，20为扩束透镜组，30为合光元件，301为三色合光元件，50为光隧道装置，70为三棱镜，60为光阀，401为马达，402为圆柱筒，403为环状荧光粉带，404为准直透镜组，405为全波长反射镜。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述无荧光色轮激光投影光源系统，包括：激光光源模块一101、激光光源模块二102、扩束透镜组20、合光元件30、荧光体颜色转换系统、三色合光元件301、光隧道装置50、三棱镜70以及光阀60，其结构示意图参见图1，其中，荧光体颜色转换系统至少包括环状荧光粉带403、准直透镜组404及全波长反射镜405；扩束透镜组20与激光光源模块一101平行设置，用于将激光光源模块一101发出的蓝色激束以平行光照射至合光元件30；合光元件30用于提供蓝色光束和其它颜色光束的分光作用；穿透合光元件30的光束经过圆筒内的全波长反射镜405入射至准直聚光透镜组404，经过聚光优化后汇聚于环状荧光粉带403上；环状荧光粉带403用于在不同颜色的光束之间进行切换；蓝色激光光束激发荧光体发光，激发光由准直透镜组404原路返回至合光元件30上；同时来自激光光源模块二102的蓝色激光光束穿透合光元件30入射至三色光合光元件301，三色合光元件301将来自合光元件30反射的荧光光束及激光光源模块二102的蓝色激光光束汇聚于光隧道装置50的入口处，光隧道装置50用于将入口处的入射光束在隧道内进行多次反射，使出口处的光为匀光，匀光后的光束在TIR棱镜70内部斜表面发生全反射，使光束能照射至光阀60，光阀60表面集成数百万个微小反射镜用于对光束进行调制，实现不同画面的显示。
上述系统中，激光光源模块一101及激光光源模块二102均为矩阵式激光二极管阵列，均可输出互相平行的激光光束；扩束透镜组20为包括至少两个透镜组成的望远透镜组结构，用于实现当较大入射光斑进入透镜组后，使得输出光斑尺寸变小；合光元件30优选为让蓝光光束穿透，而对其他颜色光的光束提供反射作用的分色镜或分色棱镜；荧光体颜色转换系统还包括马达401及圆柱筒402，荧光体颜色转换系统结构的正视图参见图2，俯视图参见图3，其中，马达401驱动圆柱筒402高速转动，圆柱筒402内嵌有全波长反射镜405与准直透镜组404，工作时，全波长反射镜405与准直透镜组404随筒转动，全波长反射镜405用于对全波段范围内的光进行反射。准直透镜组404，用于对来自全波长反射镜405方向上的激光束形成汇聚，使蓝光激光束以点光源的形式照射至环状荧光粉带403表面上，荧光粉受蓝光激光照射后激发发出的红绿光被准直聚光透镜组收集并能以准直光束输出到全波长反射镜405表面，由全波长反射镜405将激发光反射回合光元件30上；环状荧光粉带403优选包括反射基板、涂覆在基板上的荧光粉层及荧光粉层上的增透膜，荧光粉层的颜色可以为红色、绿色及黄色中任意两种颜色的组合或者三种颜色的组合组成；三色合光元件301优选为具有光汇聚作用的球面透镜、非球面透镜、非球面反光装置或自由曲面反光装置；光隧道装置50优选包括光导管及位于光导管外端的利于安装及保护光导管的铁衣；TIR棱镜70包括两块胶合的三棱镜，胶合面留有空气间隙，光束可在胶合面内侧发生全反射。
实际应用时，圆柱筒402内中空，筒壁外侧有一开孔，用于激光光束出射，圆柱筒402外径略小于环状荧光粉带403内径，圆柱筒402可在环状荧光粉带403内自由转动。
环状荧光粉带403安装方式为水平安装，即环状荧光粉带壁垂直于水平面，且环状荧光粉带中心与圆柱筒402壁外侧开孔水平，保证由圆柱筒402内出射的光束能照射到环状荧光粉带403上，环状荧光粉带403内壁上涂覆有分段的用于激光波长转换的荧光粉。
全波长反射镜405安装于圆柱筒402内，使过全波长反射镜405中心的直线与过圆柱筒402中心的直线重合，保证在圆柱筒402高速旋转过程中，全波长反射镜405中心不会偏移，全波长反射镜405可对全波段的光进行反射作用，镜片反射面与水平面呈45°安装，将垂直于水平面方向的激光光束转换为平行于水平面方向出射。
准直透镜组404由两片或两片以上透镜组成，安装于圆柱筒402内，可将来自于全波长反射镜405的激光光束汇聚于环状荧光粉带403，也可将来自于环状荧光粉带403的激发光以准直光束输出至全波长反射镜405。
实际工作时：激光光源模块一101发射平行的蓝色激光光束照射至扩束透镜组20，扩束透镜组20类似于望远镜结构，兼具扩束和缩束功能，由于扩束透镜组具有一定的扩束比，可将大尺寸光斑缩束为小尺寸光斑，同时让光束平行出射，经过缩束后的激光光束照射至合光元件30，合光元件30提供蓝色光束和其它颜色光束的分光作用，蓝色激光可穿透合光元件30，其他色光在合光元件30表面产生反射；穿透合光元件30的蓝色激光光束经过圆筒402内的全波长反射镜405入射至准直聚光透镜组404，由于马达401驱动圆柱筒402高速旋转，由准直聚光透镜组404出射的蓝色激光光束随圆柱筒转动而转动，最终汇聚于环状型荧光粉带403上，荧光粉受蓝光激光照射后激发发出的红绿光被准直聚光透镜组404收集并能以准直光束输出到全波长反射镜405表面，由全波长反射镜405将激发光反射回合光元件30上。同时来自于激光模块二102的蓝色激光光束穿透合光元件30与激发光合光，最终由三色光合光元件301汇聚并经过光隧道装置50。

Claims (10)

1.无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，包括：激光光源模块一(101)、激光光源模块二(102)、扩束透镜组(20)、合光元件(30)、荧光体颜色转换系统、三色合光元件(301)、光隧道装置(50)、TIR棱镜(70)以及光阀(60)，所述荧光体颜色转换系统至少包括环状荧光粉带(403)、准直透镜组(404)及全波长反射镜(405)；
所述扩束透镜组(20)与激光光源模块(101)平行设置，用于将激光光源模块一(101)发出的蓝色激束以平行光照射至合光元件(30)；所述合光元件(30)用于提供蓝色光束和其它颜色光束的分光作用；穿透合光元件(30)的光束经过圆筒内的全波长反射镜(405)入射至准直聚光透镜组(404)，经过聚光优化后汇聚于环状荧光粉带(403)上；环状荧光粉带(403)用于在不同颜色的光束之间进行切换；蓝色激光光束激发荧光体发光，激发光由准直透镜组原路返回至合光元件(30)上；同时来自激光光源模块二(102)的蓝色激光光束穿透合光元件(30)入射至三色光合光元件(301)，三色合光元件(301)将来自合光元件(30)反射的荧光光束及激光光源模块二(102)的蓝色激光光束汇聚于光隧道装置(50)的入口处，光隧道装置(50)用于将入口处的入射光束在隧道内进行多次反射，使出口处的光为匀光，匀光后的光束在TIR棱镜(70)内部斜表面发生全反射，使光束能照射至光阀(60)，光阀(60)表面集成数百万个微小反射镜用于对光束进行调制，实现不同画面的显示。
2.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述激光光源模块一(101)及激光光源模块二(102)均为矩阵式激光二极管阵列，均可输出互相平行的激光光束。
3.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述扩束透镜组(20)为包括至少两个透镜组成的望远透镜组结构，用于实现当较大入射光斑进入透镜组后，使得输出光斑尺寸变小。
4.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述合光元件(30)为让蓝光光束穿透，而对其他颜色光的光束提供反射作用的分色镜或分色棱镜。
5.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述荧光体颜色转换系统还包括马达(401)及圆柱筒(402)，所述马达(401)驱动圆柱筒(402)高速转动，圆柱筒内嵌有全波长反射镜(405)与准直透镜组(404)，工作时，全波长反射镜(405)与准直透镜组(404)随筒转动。
6.如权利要求5所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述全波长反射镜(405)用于对全波段范围内的光进行反射，所述准直透镜组(404)，用于对来自全波长反射镜方向上的激光束形成汇聚，使蓝光激光束以点光源的形式照射至环状荧光粉带(403)表面上，荧光粉受蓝光激光照射后激发发出的红绿光被准直聚光透镜组(404)收集并能以准直光束输出到全波长反射镜(405)表面，由全波长反射镜(405)将激发光反射回合光元件(30)上。
7.如权利要求5所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述环状荧光粉带(403)包括反射基板、涂覆在基板上的荧光粉层及荧光粉层上的增透膜，所述荧光粉层的颜色为红色、绿色及黄色中任意两种颜色的组合或者三种颜色的组合组成。
8.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述三色合光元件(301)为具有光汇聚作用的球面透镜、非球面透镜、非球面反光装置或自由曲面反光装置。
9.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述光隧道装置(50)包括光导管及位于光导管外端的利于安装及保护光导管的铁衣。
10.如权利要求1所述的无荧光色轮激光投影光源系统，其特征在于，所述TIR棱镜(70)包括两块胶合的三棱镜，胶合面留有空气间隙，光束可在胶合面内侧发生全反射。
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