CN110244505B - 一种解散斑混合光源 - Google Patents

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Abstract

一种解散斑混合光源，混合光源包括一激光光源，用于产生激光光束；一解斑光源，用于产生非线性偏振的解斑光束；一转轮，可转动地设置在激光光束和解斑光束的路径上，转轮具有合光区，合光区可反射激光光束并导向一投射方向，合光区可供解斑光束穿透并导向投射方向，解斑光束与激光光束的颜色相同以合成第一投射光束。

Description

一种解散斑混合光源
技术领域
本发明涉及一种投影光源。
背景技术
投影机(Projector)是一种通过光源配合滤镜、荧光色轮(Phosphor Wheel, PW)及分光镜等光学元件组成的光路系统将不同颜色的色光投射至显示设备显示影像的装置。
而不同的光源或不同的光路系统设计除了会影响投影机的体积及成本之外。更直接地也会影响最后显示出影像的亮度及色彩表现。
在光源方面，激光二极管光源(Laser Diode)则具有亮度高、寿命长且发热量极小的优点。因此，在产品寿命、影像亮度及色彩表现来说为当前各种光源的首选。然而，为了得到广色域的光源架构，使用三原色(红色、绿色及蓝色) 的激光二极管作为光源的投影机的成本极为高昂，市场上的接收度不高。由此可见，影像表现及成本问题的兼顾为一待改善缺失。
另外由于激光是线性偏振光，存在散斑问题，影响投影效果，特别是红色激光，散斑问题尤为严重，针对上述问题，目前已有通过激光光束和LED光束进行合光以解散斑的方案，但其光路设计复杂。
现有的激光光束和LED光束的合光是通过滤光片来完成的，滤光片反射激光光束并供LED光束穿透，从而实现合光，以红光为例，红色LED光束的波长范围是590-638nm，红色激光光束的波长范围是633-645nm，通过波长大于620nm 以上的光会被滤光片反射，其余穿透滤光片，因此，波长在620nm以上的红色LED光束会被反射，相当于波长在620-638nm的LED光束无法参与合光，这就损失了相当多的LED光束，同理绿光和蓝光的合光也会损失相当多的LED光束。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种光路简单且可有效解散斑的一种解散斑混合光源。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种解散斑混合光源，其特征在于，包含：
一激光光源，用于产生激光光束；
一解斑光源，用于产生非线性偏振的解斑光束；
一转轮，可转动地设置在激光光束和解斑光束的路径上，转轮具有合光区，激光光束可被合光区反射并导向一投射方向，解斑光束可穿透合光区并导向该投射方向，解斑光束与激光光束的颜色相同以合成第一投射光束；
一导光组件，包括第一准直镜、第二准直镜，第一准直镜和第二准直镜分设在转轮的两侧，激光光束依次偏心穿透第一准直镜、被合光区反射、偏心穿透第一准直镜后导向投射方向；解斑光束依次穿透第二准直镜、穿透合光区、穿透第一准直镜后导向投射方向。
所述合光区包括穿透区和滤光区，滤光区可反射激光光束，穿透区可供解斑光束穿透。
所述解斑光束一部分经过所述滤光区，所述滤光区镀有滤光膜，使所述滤光区可反射激光光束并使符合其穿透频谱的解斑光束穿透。
所述激光光束在转轮上的光斑处于所述解斑光束在转轮上的光斑中。
所述滤光区为与所述转轮同心的圆弧形，所述解斑光束的在转轮上的光斑大于所述滤光区的宽度，所述穿透区分布在所述滤光区的两侧，所述解斑光束的光斑与所述激光光束的光斑同心布置。
所述滤光区的宽度略大于所述激光光束在转轮上的光斑。
所述解斑光束在转轮上的光斑与所述激光光束在转轮上的光斑间隔布置。
所述合光区镀有滤光膜，使所述合光区可反射激光光束并使符合其穿透频谱的解斑光束穿透。
所述导光组件还包括第一滤光片和反射镜，激光光束依次穿透第一滤光片、偏心穿透第一准直镜、被合光区反射、偏心穿透第一准直镜、穿透第一滤光片、被反射镜反射导向投射方向；解斑光束依次穿透第二准直镜、穿透合光区、穿透第一准直镜和被第一滤光片反射后导向投射方向。
所述激光光源可产生不同时工作且不同颜色的至少两所述激光光束，对应的所述解斑光源可产生不同时工作且不同颜色的至少两所述解斑光束，对应的所述转轮包括沿其轮廓布置的至少两所述合光区，从而合成不同时工作且不同颜色的至少两所述第一投射光束。
所述激光光束和解斑光源在红光、绿光、蓝光和黄光中选择。
所述转轮设置有波长转换区，波长转换区设置有波长转换材料，所述激光光束可激发波长转换区产生第二投射光束并导向投射方向。
所述解斑光源包括至少一个LED光源。
还包括被激发LED光源，所述转轮设置有透射区，激光光束穿透透射区后被导向被激发LED光源，激光光束和LED光束共同激发LED的荧光体产生第三投射光束并导向投射方向。
本发明具有如下有益效果：
通过转轮实现激光光束和解斑光束的合光来解激光的散斑问题，并且可使投影需要个各种光束共用准直镜和滤光片，大大简化光路结构；合光区包括滤光区和穿透区，由于激光光束的光斑远小于解斑光束的光斑，滤光区的宽度略大于激光光束的光斑，因此，大部分解斑光束完全穿透穿透区而不会被衰减，小部分解斑光束经过滤光区，滤光区可使符合其穿透频谱的解斑光束穿透，仅有很小一部分的解斑光束被衰减，相比现有技术，可大大提高投射光束的光强。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为图1中转轮的第一实施方式的结构示意图。
图3为图1中转轮的第二实施方式的结构示意图。
图4为本发明实施例二的结构示意图。
图5为图4中转轮的第一实施方式的结构示意图。
图6为图4中转轮的第二实施方式的结构示意图。
图7为本发明实施例三的结构示意图。
图8为图7中转轮的第一实施方式的结构示意图。
图9为图7中转轮的第二实施方式的结构示意图。
图10为图1中转轮的第三实施方式的结构示意图。
图11为图1中转轮的第四实施方式的结构示意图。
具体实施方式
实施例一，参照图1和图2所示，一种解散斑混合光源，包含：激光光源1、解斑光源、转轮2、导光组件、第二滤光片F2、第四准直镜6。
激光光源1可产生不同时工作的蓝色激光光束B1和红色激光光束R1，解斑光源包括蓝色LED光源7和红色LED光源5，用于产生非线性偏振的蓝色解斑光束B2和红色解斑光束R2，蓝色LED光源7和红色LED光源5的出光侧依次设置有第三准直镜71、51和中继镜42、41，第二滤光片F2设置在蓝色解斑光束B2 和红色解斑光束R2的路径上，蓝色解斑光束B2可被第二滤光片F2反射后射向转轮2，红色解斑光束R2穿透第二滤光片F2后射向转轮2。
转轮2可转动地设置在蓝色激光光束B1、红色激光光束R1、蓝色解斑光束 B2、红色解斑光束R2的路径上，转轮2具有沿其轮廓布置的第一合光区23、第二合光区21和波长转换区22，蓝色激光光束B1在激光光源1正对第一合光区 23和波长转换区22的时段开启，红色激光光束R1在激光光源1正对第二合光区21的时段开启。
第一合光区23和第二合光区21采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使第一合光区23可反射蓝色激光光束B1并供符合其穿透频谱的蓝色解斑光束B2穿透，第二合光区21可反射红色激光光束R1并供符合其穿透频谱的红色解斑光束R2 穿透。
导光组件包括第一准直镜31、第二准直镜32、反射镜RJ和第一滤光片F1，第一准直镜31和第二准直镜32分设在转轮2的两侧，蓝色激光光束B1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被第一合光区23反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；蓝色解斑光束B2依次穿透第二准直镜32、穿透第一合光区23、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使蓝色激光光束B1与蓝色解斑光束B2合成蓝色投射光束。
同理红色激光光束R1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被第二合光区21反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；红色解斑光束R2依次穿透第二准直镜32、穿透第二合光区21、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使红色激光光束R1与红色解斑光束R2合成红色投射光束。
蓝色激光光束B1可激发波长转换区22产生绿色投射光束G，具体的蓝色激光光束B1依次穿透第一滤光片F1、穿透第一准直镜31、激发波长转换区22产生绿色投射光束G，绿色投射光束G依次穿透第一准直镜31、被第一滤光片F1 反射导向投射方向。
投影所需的蓝光和红光在第一合光区23和第二合光区21合成蓝色投射光束和红色投射光束，由于蓝色投射光束和红色投射光束中均含有非线性偏振的LED光束，即解斑光束，因此，可有效解决激光光束的散斑问题，另外投影需要的绿光通过蓝色激光光束B1激发波长转换材料产生，也不会存在散斑问题。
第四准直镜6设置在投射方向的路径上，使投影需要的蓝色投射光束、红色投射光束和绿色投射光束聚光后进入光学积分柱之后进入投影系统。
参照图3所示，为实施例一中转轮2的另外一种实施方式，可以在实施例一的光路图不变的情况下实现本发明的目的，具体为该转轮2的合光区包括圆弧形的滤光区和除滤光区之外的穿透区，即第一合光区23包括滤光区231和穿透区232，第二合光区21包括滤光区211和穿透区212。
滤光区231、211可反射激光光束，解斑光束的光斑92直径大于滤光区231、 211的宽度，滤光区231、211的宽度略大于激光光束的光斑91直径，穿透区 232、212可供解斑光束穿透，滤光区231、211采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使滤光区231、211可反射激光光束并使符合其穿透频谱的解斑光束穿透。由于激光光束的光斑91远小于解斑光束的光斑92，滤光区231、211的宽度略大于激光光束的光斑91，激光光束的光斑91与解斑光束的光斑92同心布置，因此，大部分解斑光束完全穿过穿透区232、212而不会被衰减，小部分解斑光束经过滤光区231、211，滤光区231、211可使符合其穿透频谱的解斑光束穿透，仅有很小一部分的解斑光束被衰减，由于滤光区231、211的宽度很小，因此，滤光区231、211也可设置成不让解斑光束穿透，并不会有太多的解斑光束被阻挡，相比现有技术，可大大提高投射光束的光强。
参照图10所示，为实施例一中转轮2的另外一种实施方式，可以在实施例一的光路图不变的情况下实现本发明的目的，具体为该转轮2的合光区包括圆弧形的滤光区和圆弧形的穿透区，激光光束的光斑91与解斑光束的光斑92间隔布置，即第一合光区23包括滤光区231和穿透区232，第二合光区21包括滤光区211和穿透区212，此时，滤光区231可以不镀滤光膜而改成设置反射层。
参照图11所示，为实施例一中转轮2的另外一种实施方式，可以在实施例一的光路图不变的情况下实现本发明的目的，具体为该转轮2的合光区包括圆弧形的滤光区和圆弧形的穿透区，激光光束的光斑91与解斑光束的光斑92偏心布置，即第一合光区23包括滤光区231和穿透区232，第二合光区21包括滤光区211和穿透区212。
实施例二，参照图4和图5所示，一种解散斑混合光源，包含：激光光源1、解斑光源、转轮2、被激发LED光源7、导光组件、第二滤光片F2、第四准直镜 6。
激光光源1可产生不同时工作的蓝色激光光束B1和红色激光光束R1，解斑光源包括红色LED光源5，用于产生非线性偏振的红色解斑光束R2。被激发LED 光源7和红色LED光源5的出光侧依次设置有第三准直镜71、51和中继镜42、 41，第二滤光片F2设置在红色解斑光束R2的路径上，红色解斑光束R2穿透第二滤光片F2后射向转轮。
转轮2可转动地设置在蓝色激光光束B1、红色激光光束R1、红色解斑光束 R2的路径上，转轮2具有沿其轮廓布置的反射区23、合光区21和穿透区22，蓝色激光光束B1在激光光源1正对反射区23和穿透区22的时段开启，红色激光光束R1在激光光源1正对合光区21的时段开启。
合光区21采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使合光区21可反射红色激光光束R1并供符合其穿透频谱的红色解斑光束R2穿透。
反射区23可反射蓝色激光光束B1并导向投射方向，穿透区22可供蓝色激光光束B1穿透产生蓝色激发光束B2。蓝色激发光束B2被导向被激发LED光源 7，蓝色激发光束B2和LED光束共同激发LED的荧光体产生第三投射光束G并导向投射方向。
导光组件包括第一准直镜31、第二准直镜32、反射镜RJ和第一滤光片F1，第一准直镜31和第二准直镜32分设在转轮2的两侧，蓝色激光光束B1正对反射区23时，蓝色激光光束B1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被反射区23反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ 反射导向投射方向，该蓝色激光光束B1直接作为投影需要的蓝色投射光束。
红色激光光束R1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被合光区21反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；红色解斑光束R2依次穿透第二准直镜32、穿透合光区21、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使红色激光光束R1与红色解斑光束R2合成红色投射光束。
蓝色激发光束B2可激发被激发LED光源产生绿色投射光束，具体的蓝色激光光束B1依次穿透第一滤光片F1、穿透第一准直镜31、穿透穿透区22产生蓝色激发光束B2，蓝色激发光束B2依次穿透第二准直镜32、被第二滤光片F2反射导向被激发LED光源7，蓝色激发光束B2和LED光束共同激发LED的荧光体产生绿色投射光束G并导向投射方向，绿色投射光束G依次被第二滤光片F2反射、穿透第二准直镜32、穿透穿透区22、穿透第一准直镜31、被第一滤光片 F1反射后导向投射方向。
第四准直镜6设置在投射方向的路径上，使投影需要的蓝色投射光束、红色投射光束和绿色投射光束聚光后进入光学积分柱之后进入投影系统。
参照图6所示，为实施例二中转轮2的另外一种实施方式，可以在实施例二的光路图不变的情况下实现本发明的目的，具体为该转轮2的合光区21包括圆弧形的滤光区211和除滤光区211之外的穿透区212，对于滤光区211和穿透区212的结构、功能和效果可参照实施例一的描述。
实施例三，参照图7和图8所示，一种解散斑混合光源，包含：激光光源1、解斑光源、转轮2、导光组件、第二滤光片F2、第三滤光片F3、第四准直镜6。
激光光源1可产生不同时工作的蓝色激光光束B1、红色激光光束R1和绿光激光光束G1，解斑光源包括蓝色LED光源7、红色LED光源5和绿色LED光源8，用于产生非线性偏振的蓝色解斑光束B2、红色解斑光束R2和绿色解斑光束G2，蓝色LED光源7、红色LED光源5和绿色LED光源8的出光侧依次设置有第三准直镜71、51、81和中继镜42、41、43，第二滤光片F2和第三滤光片F3设置在蓝色解斑光束B2、红色解斑光束R2、绿色解斑光束G2的路径上，蓝色解斑光束B2可被第二滤光片F2反射并穿透第三滤光片F3后射向转轮2，红色解斑光束R2穿透第二滤光片F2和第三滤光片F3后射向转轮2，绿色解斑光束G2可被第三滤光片F2反射并穿透第二滤光片F3后射向转轮2。
转轮2可转动地设置在蓝色激光光束B1、红色激光光束R1、蓝色解斑光束 B2、红色解斑光束R2、绿光激光光束G1和绿色解斑光束G2的路径上，转轮2 具有沿其轮廓布置的第一合光区23、第二合光区21和第三合光区22，蓝色激光光束B1在激光光源1正对第一合光区23的时段开启，红色激光光束R1在激光光源1正对第二合光区21的时段开启，绿色激光光束G1在激光光源1正对第三合光区22的时段开启。
第一合光区23、第二合光区21、第三合光区22均采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使第一合光区23可反射蓝色激光光束B1并供符合其穿透频谱的蓝色解斑光束B2穿透，第二合光区21可反射红色激光光束R1并供符合其穿透频谱的红色解斑光束R2穿透，第三合光区22可反射绿色激光光束G1并供符合其穿透频谱的绿色解斑光束G2穿透。
导光组件包括第一准直镜31、第二准直镜32、反射镜RJ和第一滤光片F1，第一准直镜31和第二准直镜32分设在转轮2的两侧，蓝色激光光束B1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被第一合光区23反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；蓝色解斑光束B2依次穿透第二准直镜32、穿透第一合光区23、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使蓝色激光光束B1与蓝色解斑光束B2合成蓝色投射光束。
同理红色激光光束R1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被第二合光区21反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；红色解斑光束R2依次穿透第二准直镜32、穿透第二合光区21、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使红色激光光束R1与红色解斑光束R2合成红色投射光束。
同理绿色激光光束G1依次穿透第一滤光片F1、偏心穿透第一准直镜31、被第三合光区22反射、偏心穿透第一准直镜31、穿透第一滤光片F1、被反射镜RJ反射导向投射方向；绿色解斑光束G2依次穿透第二准直镜32、穿透第三合光区22、穿透第一准直镜31和被第一滤光片F1反射后导向投射方向，从而使绿色激光光束G1与绿色解斑光束G2合成红色投射光束。
第四准直镜6设置在投射方向的路径上，使投影需要的蓝色投射光束、红色投射光束和绿色投射光束聚光后进入光学积分柱之后进入投影系统。
参照图9所示，为实施例三中转轮2的另外一种实施方式，可以在实施例三的光路图不变的情况下实现本发明的目的，具体为该转轮2的合光区包括圆弧形的滤光区和除滤光区之外的穿透区，即第一合光区23包括滤光区231和穿透区232，第二合光区21包括滤光区211和穿透区212，第三合光区22包括滤光区221和穿透区222。对于滤光区和穿透区的结构、功能和效果可参照实施例一的描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种解散斑混合光源，其特征在于，包含：
一激光光源，用于产生激光光束；
一解斑光源，用于产生非线性偏振的解斑光束；
一转轮，可转动地设置在激光光束和解斑光束的路径上，转轮具有合光区，激光光束可被合光区反射并导向一投射方向，解斑光束可穿透合光区并导向该投射方向，解斑光束与激光光束的颜色相同以合成第一投射光束；
一导光组件，包括第一准直镜、第二准直镜，第一准直镜和第二准直镜分设在转轮的两侧，激光光束依次偏心穿透第一准直镜、被合光区反射、偏心穿透第一准直镜后导向投射方向；解斑光束依次穿透第二准直镜、穿透合光区、穿透第一准直镜后导向投射方向；
所述导光组件还包括第一滤光片和反射镜，激光光束依次穿透第一滤光片、偏心穿透第一准直镜、被合光区反射、偏心穿透第一准直镜、穿透第一滤光片、被反射镜反射导向投射方向；解斑光束依次穿透第二准直镜、穿透合光区、穿透第一准直镜和被第一滤光片反射后导向投射方向。
2.根据权利要求1所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述合光区包括穿透区和滤光区，滤光区可反射激光光束，穿透区可供解斑光束穿透。
3.根据权利要求2所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述解斑光束一部分经过所述滤光区，所述滤光区镀有滤光膜，使所述滤光区可反射激光光束并使符合其穿透频谱的解斑光束穿透。
4.根据权利要求3所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述激光光束在转轮上的光斑处于所述解斑光束在转轮上的光斑中。
5.根据权利要求3所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述滤光区为与所述转轮同心的圆弧形，所述解斑光束的在转轮上的光斑大于所述滤光区的宽度，所述穿透区分布在所述滤光区的两侧，所述解斑光束的光斑与所述激光光束的光斑同心布置。
6.根据权利要求5所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述滤光区的宽度略大于所述激光光束在转轮上的光斑。
7.根据权利要求2所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述解斑光束在转轮上的光斑与所述激光光束在转轮上的光斑间隔布置。
8.根据权利要求1所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述合光区镀有滤光膜，使所述合光区可反射激光光束并使符合其穿透频谱的解斑光束穿透。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述激光光源可产生不同时工作且不同颜色的至少两所述激光光束，对应的所述解斑光源可产生不同时工作且不同颜色的至少两所述解斑光束，对应的所述转轮包括沿其轮廓布置的至少两所述合光区，从而合成不同时工作且不同颜色的至少两所述第一投射光束。
10.根据权利要求1至8任一项所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述激光光束和解斑光源在红光、绿光、蓝光和黄光中选择。
11.根据权利要求1至8任一项所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述转轮设置有波长转换区，波长转换区设置有波长转换材料，所述激光光束可激发波长转换区产生第二投射光束并导向投射方向。
12.根据权利要求1至8任一项所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：所述解斑光源包括至少一个LED光源。
13.根据权利要求1至8任一项所述的一种解散斑混合光源，其特征在于：还包括被激发LED光源，所述转轮设置有透射区，激光光束穿透透射区后被导向被激发LED光源，激光光束和LED光束共同激发LED的荧光体产生第三投射光束并导向投射方向。
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