CN109960099B - 一种非共轴的投影光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非共轴的投影光源系统，包括光源、荧光轮和位于两者之间的汇聚整形镜片组，所述光源发出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组的光轴方向射向汇聚整形镜片组后射到荧光轮上，荧光轮上激发产生的辐射荧光射向汇聚整形镜片组后汇聚至与激发光不同的光路方向上输出。本发明所述的非共轴的投影光源系统，结构简单紧凑，省去使用进行分光的二向色镜，有效的减少系统组成部件，降低系统成本，减小系统占用体积，使得系统结构更加紧凑，减小光输送过程的损耗，提高光源输出亮度。
Description
技术领域
本发明涉及照明光源技术领域，尤其涉及一种非共轴的投影光源系统。
背景技术
投影系统的光源主要分为三类，分别是灯泡光源、LED光源以及激光光源。激光光源是近年最受关注的投影光源，激光光源具有波长可选择性大和光谱亮度高等特点，可以合成人眼所见自然界颜色90％以上的色域覆盖率，实现完美的色彩还原。同时，激光光源就有超高的亮度和较长的使用寿命，大大降低了后期的维护成本。
目前所采用的投影光源系统，利用激发光照射荧光轮产生辐射荧光，通常辐射荧光与激发光的光路是重合的，需要采用二向色镜等部件来将辐射荧光与激发光的光路分开才能将辐射荧光输出合成白光，从而投影光源系统的光路复杂、部件多，占用体积大，制作成本高。
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，提供一种非共轴的投影光源系统，解决目前技术中的投影光源系统采用二向色镜等部件来将辐射荧光与激发光的光路分开，光路复杂、部件多，系统体积大、成本高的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
一种非共轴的投影光源系统，包括光源、荧光轮和位于两者之间的汇聚整形镜片组，所述光源发出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组的光轴方向射向汇聚整形镜片组后射到荧光轮上，荧光轮上激发产生的辐射荧光射向汇聚整形镜片组后汇聚至与激发光不同的光路方向上输出。本发明所述的非共轴的投影光源系统直接利用汇聚整形镜片组来将激发光与辐射荧光的光路分开，无需再使用二向色镜，有效的减少系统组成部件，减小系统占用体积，降低系统成本。荧光轮上激发产生的辐射荧光为朗伯体光源，在180度方向都有分布，辐射荧光射向入射的激发光所经过的汇聚整形镜片组，辐射荧光在经过汇聚整形镜片组汇聚后的出射方向与倾斜于汇聚整形镜片组光轴的激发光不在同一个方向上，实现了光路的分开，可以直接将从汇聚整形镜片组出射的辐射荧光合光输出，无需再增加实现分光的部件，使得系统结构更加紧凑，系统光路部件少，减小光输送过程的损耗，提高光源输出亮度。
进一步的，所述的汇聚整形镜片组开设出供激发光直接穿过的通孔，激发光的方向性较好，为准直平行光，避免激发光经过汇聚整形镜片组透射而出，减少激发光的损耗，提高照射在荧光轮上的激发光的功率，提高激发产生的辐射荧光的功率。
进一步的，所述荧光轮上激发产生的辐射荧光由汇聚整形镜片组汇聚至汇聚整形镜片组的光轴方向，沿着光轴方向出射的辐射荧光的汇聚整形效果好，更容易控制出射的辐射荧光的方向性，提高最终光源输出的质量。
进一步的，所述的光源发出的激发光在透射过汇聚整形镜片组后以倾斜于荧光轮旋转轴向的方向照射到荧光轮上，确保辐射荧光汇聚后的光路能更充分与激发光的光路分开。
进一步的，所述的汇聚整形镜片组中至少一个镜片的阿贝数≤30，汇聚整形镜片组具有更好的色散效果，能使不同波长的光在透过汇聚整形镜片组时光路分开的角度更大，以便更好地将激光和荧光的光路分开。
进一步的，所述的荧光轮上沿着圆周方向设置了若干用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区，并且所述的荧光轮上还设置了与荧光粉区同圆周分布的激发光透射区或激发光反射区。激发产生的不同辐射荧光与由激发光透射区透射出的激发光或者是由激发光反射区发射出的激发光进行混光输出，提高输出光的光通量，使投影显示颜色更好，色域大，图像再现颜色鲜艳。
进一步的，所述的激发光透射区为在荧光轮上设置的白玻璃或扩散片，消除散斑。
进一步的，所述的激发光反射区对激发光进行漫反射，激发光在被反射后也呈与辐射荧光类似的朗伯体光源，反射的激发光被汇聚整形镜片组汇聚后输出，能有效消除散斑，提高投影效果。
进一步的，所述的激发光反射区为在荧光轮的背侧设置的平行于荧光轮的反射镜片。
进一步的，还包括合光组件，所述的合光组件包括依次设置的合光反射镜、光束整形模组、与荧光轮同步旋转的滤色色轮和光棒，从汇聚整形镜片组汇聚出的辐射荧光射向合光反射镜后依次再通过光束整形模组、滤色色轮和光棒进行合光输出，合光组件结构紧凑，占用体积小，滤色色轮将光过滤后输出能使得颜色更加鲜艳，光棒对输出光束进行匀光，提高输出光的均匀性。
与现有技术相比，本发明优点在于：
本发明所述的非共轴的投影光源系统，结构简单紧凑，省去使用进行分光的二向色镜，有效的减少系统组成部件，降低系统成本，减小系统占用体积，使得系统结构更加紧凑，减小光输送过程的损耗，提高光源输出亮度。
附图说明
图1为非共轴的投影光源系统实施例一的结构示意图；
图2为非共轴的投影光源系统实施例一的荧光轮结构示意图；
图3为非共轴的投影光源系统实施例二的结构示意图；
图4为非共轴的投影光源系统实施例二的荧光轮结构示意图；
图5为非共轴的投影光源系统实施例二的第二种方式结构示意图；
图6为非共轴的投影光源系统实施例三的汇聚整形镜片组结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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非共轴的投影光源系统，取消使用二向色镜，光路结构更加简单、紧凑，有效减小系统体积，降低制作成本。
一种非共轴的投影光源系统，主要由光源1、荧光轮2和位于两者之间的汇聚整形镜片组3的构成，所述光源1发出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组3的光轴方向射向汇聚整形镜片组3后射到荧光轮2上，荧光轮2上激发产生的辐射荧光射向汇聚整形镜片组3后汇聚至与激发光不同的光路方向上输出。荧光轮上激发产生的辐射荧光为朗伯体光源，在180度方向都有分布，大范围发射出的辐射荧光在经过汇聚整形镜片组汇聚后辐射荧光的出射方向大致沿着汇聚整形镜片组的光轴，从而能使从汇聚整形镜片组出射的辐射荧光的光路与激发光的光路分开，从而无需使用二向色镜就实现了将辐射荧光与激发光的光路分开，减少系统的部件数量，缩小体积。
汇聚整形镜片组3优选色散系数Vd较小的镜片，从而汇聚整形镜片组3能实现更好的色散效果，不同颜色的光在透射时偏转的角度不同，使得辐射荧光的出射光路能更好与激发光的光路分开，使得辐射荧光的出射光路与激发光的光路两者分开的角度更大，在后端可通过扩散片和光棒等将各色光进行匀光，再合并为同一共轴光路。
实施例一
如图1和图2所示，非共轴的投影光源系统主要包括光源1、荧光轮2、汇聚整形镜片组3和合光组件；
光源1采用蓝色激光源，为准直平行光，方向性好，在光路中容易进行汇聚整形，控制相对较为容易，汇聚整形镜片组3优选非球面镜片，更有效利用辐射荧光与激发光的光路分开；
光源1发出蓝色激光的激发光，激发光经过汇聚整形镜片组3的汇聚整形作用后透射到荧光轮2上，荧光轮2上沿着圆周方向设置了若干用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区21，并且所述的荧光轮2上还设置了与荧光粉区21同圆周分布的激发光透射区22，荧光粉区21产生的辐射荧光包括红色、绿色，还可以有黄色，能增加亮度，激发光透射区22可以在荧光轮2上设置的白玻璃或扩散片，消除散斑；
荧光轮2持续旋转，照射在荧光轮2上的激发光依次并循环的照射到产生不同颜色辐射荧光的荧光粉区21和激发光透射区22，激发光照射到荧光粉区21时激发产生辐射荧光，辐射荧光向各个方向发散，辐射荧光射向汇聚整形镜片组3的部分则由汇聚整形镜片组3汇聚整形后沿着一个方向射出，由于从光源射出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组3的光轴方向射向汇聚整形镜片组3后射到荧光轮2上，使得辐射荧光汇聚整形的射出光路方向与入射的激发光的光路方向不在同一个方向上，光路实现错开，无需设置二向色镜，使系统结构更紧凑，优选的，所述荧光轮2上激发产生的辐射荧光由汇聚整形镜片组3汇聚至汇聚整形镜片组3的光轴方向；激发光照射到激发光透射区22时，激发光从激发光透射区22穿过荧光轮2向荧光轮2的后侧射出，在荧光轮2的后侧设置光路折转组件，光路折转组件包括反光镜、聚焦透镜等部件，将穿过荧光轮2的激发光的光路进行折转，使得这部分的激发光与辐射荧光通向合光组件进行合光输出；
在本实施例中，合光组件包括依次设置的合光反射镜41、光束整形模组42、与荧光轮同步旋转的滤色色轮43和光棒44，从汇聚整形镜片组3汇聚出的辐射荧光射向合光反射镜41，并且从激发光透射区22穿过荧光轮2的激发光也在光路折转组件的作用下射向合光反射镜41，然后辐射荧光和激发光依次再通过光束整形模组42、滤色色轮43和光棒44进行合光输出，光束整形模组42对辐射荧光和激发光进行聚焦整形，然后滤色色轮43再对各种颜色的辐射荧光和激发光进行过滤，最后光棒对输出光束进行匀光。
在本实施例中，所述汇聚整形镜片组中至少一个镜片的阿贝数≤30，以便更好地将激光和荧光的光路分开。因目前系统三基色主波长较为分散，三种颜色的波长范围间隔约50nm，如蓝光主波长集中在450～460nm，绿光主波长集中在510～570nm，红光主波长集中在620～680nm，因此采用色散效果好的汇聚整形镜片组可更好地分开三色光，即可以更好的分开激光和荧光的光路。
实施例二
如图3和图4所示，与实施例一的不同点在于，荧光轮2上设置了与荧光粉区21同圆周分布的激发光反射区23，激发光反射区23取代激发光透射区22，激发光反射区23对激发光进行漫反射，如图4所示，激发光反射区23可以是与荧光粉区21位于荧光轮基体的同一侧，可以是通过镀膜等方式形成激发光反射区23；如图5所示，激发光反射区23还可以是在荧光轮的背侧设置的平行于荧光轮的反射镜片，荧光轮的背侧即荧光轮没有荧光粉区的一侧，激发光在被反射后也呈朗伯体光源，反射的激发光射向汇聚整形镜片组3汇聚整形后输出，由于从光源射出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组3的光轴方向射向汇聚整形镜片组3，使得反射的激发光在经过汇聚整形镜片组3后汇聚在另一个方向，与辐射荧光汇聚出射的方向相同，并且反射的激发光的汇聚出射光路方向与入射的激发光的光路方向不在同一个方向上，无需设置二向色镜即实现了光路的分开，反射的激发光和辐射荧光在经过汇聚整形镜片组3后都射向合光组件的合光反射镜41，然后依次通过光束整形模组42、滤色色轮43和光棒44进行合光输出。
实施例三
如图6所示，在实施例一和实施例二的基础上，还可在汇聚整形镜片组3上开设出供射向荧光轮的激发光直接穿过的通孔31，即入射向荧光轮2激发光不用经过汇聚整形镜片组3的汇聚整形作用直接照射荧光轮2，因为光源1采用的蓝色激光源为准直平行光，方向性好，可保证照射荧光粉区时产生辐射荧光的激发效率，能使得入射向荧光轮2激发光的光路与由汇聚整形镜片组3汇聚出的辐射荧光的光路更好的分开，此种方案中，汇聚整形镜片组3的镜片可采用非球面镜片或球面镜片。
实施例四
在实施例一和实施例二的基础上，光源1发出的激发光在透射过汇聚整形镜片组3后以倾斜于荧光轮2旋转轴向的方向照射到荧光轮2上，能使得辐射荧光经过汇聚整形镜片组3后的汇聚出射光路方向更好的入射的激发光的光路方向分开；汇聚整形镜片组3的光轴可以沿着荧光轮2的旋转轴向，或着汇聚整形镜片组3的光轴倾斜于荧光轮2的旋转轴向，能更好的将辐射荧光的汇聚出射光路方向与入射的激发光的光路方向分开。
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 (9)
1.一种非共轴的投影光源系统，其特征在于，包括光源、荧光轮和位于两者之间的汇聚整形镜片组，所述光源发出的激发光以倾斜于汇聚整形镜片组的光轴方向射向汇聚整形镜片组后射到荧光轮上，荧光轮上激发产生的辐射荧光射向汇聚整形镜片组后汇聚至与激发光不同的光路方向上输出，所述的汇聚整形镜片组中至少一个镜片的阿贝数≤30。
2.根据权利要求1所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的汇聚整形镜片组开设出供激发光直接穿过的通孔。
3.根据权利要求1所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述荧光轮上激发产生的辐射荧光由汇聚整形镜片组汇聚至汇聚整形镜片组的光轴方向。
4.根据权利要求1所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的光源发出的激发光在透射过汇聚整形镜片组后以倾斜于荧光轮旋转轴向的方向照射到荧光轮上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的荧光轮上沿着圆周方向设置了若干用于激发产生不同颜色的辐射荧光的荧光粉区，并且所述的荧光轮上还设置了与荧光粉区同圆周分布的激发光透射区或激发光反射区。
6.根据权利要求5所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的激发光透射区为在荧光轮上设置的白玻璃或扩散片。
7.根据权利要求5所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的激发光反射区对激发光进行漫反射。
8.根据权利要求5所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，所述的激发光反射区为在荧光轮的背侧设置的平行于荧光轮的反射镜片。
9.根据权利要求1至4任一项所述的非共轴的投影光源系统，其特征在于，还包括合光组件，所述的合光组件包括依次设置的合光反射镜、光束整形模组、与荧光轮同步旋转的滤色色轮和光棒，从汇聚整形镜片组汇聚出的辐射荧光射向合光反射镜后依次再通过光束整形模组、滤色色轮和光棒进行合光输出。
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