CN110297384B - 一种用于投影的光源 - Google Patents

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Abstract

一种用于投影的光源，其特征在于，包含：一激光光源，用于产生激光光束；一转轮，可转动地设置在激光光束的路径上，转轮具有至少一个滤光区，激光光束可穿透滤光区；一荧光体，可被穿透滤光区的激光光束激发产生复合光束并导向转轮，复合光束穿透滤光区产生投射光束并导向一投射方向。

Description

一种用于投影的光源
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
本发明的目的是提供一种光路简单且获得所需波段的投射光束的用于投影的光源。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种用于投影的光源，其特征在于，包含：
一激光光源，用于产生激光光束；
一转轮，可转动地设置在激光光束的路径上，转轮具有至少一个滤光区，激光光束可穿透滤光区；
一荧光体，可被穿透滤光区的激光光束激发产生复合光束并导向转轮，复合光束穿透滤光区滤除不需要的波段，获得所需波段的第一投射光束并导向一投射方向；
导光组件，包括第一准直镜、第二准直镜、第一滤光片，第一准直镜和第二准直镜分设在转轮的两侧，激光光束依次穿透第一滤光片、穿透第一准直镜、穿透滤光区、穿透第二准直镜后导向荧光体；复合光束依次穿透第二准直镜、穿透滤光区产生第一投射光束，第一投射光束穿透第一准直镜后被第一滤光片反射导向投射方向；
所述导光组件还包括反射镜，所述转轮具有反射区，反射区可反射所述激光光束产生第二投射光束并导向所述投射方向，激光光束依次穿透第一滤光片、偏心穿透第一准直镜、被反射区反射、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。
包括多个滤光区，复合光束穿透各个滤光区获得的第一投射光束的波段不同。
所述复合光束为黄光，所述第一投射光束为绿光和/或红光。
所述复合光束为白光，所述第一投射光束为绿光和/或红光和/或蓝光。
所述复合光束为红光、绿光、蓝光或黄光，对应的所述第一投射光束为所需波段的红光、绿光、蓝光或黄光。
所述荧光体为可转动的荧光轮
所述荧光体为LED光源的荧光体或陶瓷荧光体。
还包括解斑光源，解斑光源用于产生非线性偏振的解斑光束，所述导光组件还包括反射镜，所述转轮具有合光区，激光光束可被合光区反射并导向投射方向，解斑光束可穿透合光区并导向投射方向，解斑光束与激光光束的颜色相同以合成第三投射光束；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三投射光束。
所述转轮具有波长转换区，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四投射光束并导向投射方向。
本发明具有如下有益效果：
滤光区可供激光光束穿透，荧光体可被穿透滤光区的激光光束激发产生复合光束，复合光束穿透滤光区产生投射光束并导向一投射方向，如设置两个滤光区，复合光束穿透一滤光区产生第一投射光束，穿透另一滤光区产生第二投射光束，以复合光束为黄光为例，经过两滤光区的黄光可产生绿光和红光，并且滤光和红光不存在散斑问题；荧光体采用单色荧光轮，单色荧光轮无需时序控制可增加系统效率及加强结构散热效率；
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，一种用于投影的光源，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、荧光轮7。
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，荧光轮7可被蓝色激光光束B1激发产生黄色光束Y1，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，荧光轮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设置在黄色光束Y1和红色解斑光束R2的路径上，黄色光束Y1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、黄色光束Y1、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、波长转换区22和滤光区24，蓝色激光光束B1在激光光源1正对反射区23、波长转换区22和滤光区24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(波段)的红色解斑光束R2穿透，滤光区24采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使滤光区24可滤除不需要的波段使符合其波段的光束穿透。
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直接作为投影所需的蓝色投射光束。
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。
蓝色激光光束B1可激发荧光轮7产生黄色光束Y，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、穿透滤光区24产生蓝色激发光束B2，蓝色激发光束B2穿透第二准直镜32后被第二滤光片F2反射导向荧光轮7，荧光轮7设置有黄色的波长转换材料，蓝色激发光束B2激发波长转换材料产生黄色光束Y1，黄色光束Y1依次被第二滤光片F2反射、穿透第二准直镜32、穿透滤光区24滤除不需要的波段获得所需波段的黄色投射光束Y2，黄色投射光束Y2穿透第一准直镜31、被第一滤光片F1反射后导向投射方向，作为投影所需的黄色投射光束。
投影所需的红光在合光区21合成红色投射光束，由于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、绿色投射光束和黄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，即合光区21包括滤光区211和穿透区212。
滤光区211可反射激光光束，解斑光束的光斑92直径大于滤光区211的宽度，滤光区211的宽度略大于激光光束的光斑91直径，穿透区212可供解斑光束穿透，滤光区211采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使滤光区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212而不会被衰减，小部分解斑光束经过滤光区211，滤光区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211的宽度很小，因此，滤光区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。
实施例二，参照图4和图5所示，一种用于投影的光源，包含：激光光源1、解斑光源、转轮2、荧光轮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。红色LED光源5的出光侧依次设置有第三准直镜51和中继镜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和滤光区22，蓝色激光光束B1在激光光源1正对反射区23和滤光区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，滤光区22采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使滤光区22可滤除不需要的波段使符合其波段的光束穿透。
反射区23可反射蓝色激光光束B1并导向投射方向，滤光区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被导向荧光轮7，荧光轮7设置有单色的波长转换材料，蓝色激发光束B2激发波长转换材料产生绿色光束G1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可激发荧光轮7的波长转换材料产生绿色光束G1，荧光轮7的出光侧依次设置有第三准直镜71和中继镜42，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、穿透滤光区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反射导向荧光轮7，蓝色激发光束B2激发荧光轮的波长转换材料产生绿色光束G1,绿色光束G1依次被第二滤光片F2反射、穿透第二准直镜32、穿透滤光区22滤除不需要的波段获得所需波段的绿色投射光束G2，绿色投射光束G2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1和图2所示，一种用于投影的光源，包含：激光光源1、转轮2、导光组件、第四准直镜6、荧光轮7。
激光光源1可产生蓝色激光光束B1，荧光轮7可被蓝色激光光束B1激发产生黄色光束Y1。
转轮2可转动地设置在蓝色激光光束B1、黄色光束Y1的路径上，转轮2具有沿其轮廓布置的反射区23、第一滤光区21、第二滤光区22和穿透区24。第一滤光区21、第二滤光区22采用在玻璃基板上镀滤光膜形成，使第一滤光区21、第二滤光区22可滤除不需要的波段使符合其波段的光束穿透。
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，在蓝色激光光束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直接作为投影所需的蓝色投射光束。
在蓝色激光光束B1正对第一滤光区21时，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、穿透第一滤光区21产生蓝色激发光束B2，蓝色激发光束B2穿透第二准直镜后导向荧光轮7，激发荧光轮7的波长转换材料产生黄色光束Y1,黄色光束Y1依次穿透第二准直镜32、穿透第一滤光区22滤除不需要的波段(绿光)获得所需波段的红色投射光束R，红色投射光束R穿透第一准直镜31、被第一滤光片F1反射后导向投射方向。
荧光轮7的出光侧依次设置有第三准直镜71和中继镜41，在蓝色激光光束B1正对第二滤光区22时，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、穿透第二滤光区22产生蓝色激发光束B2，蓝色激发光束B2穿透第二准直镜后导向荧光轮7，激发荧光轮7的波长转换材料产生黄色光束Y1,黄色光束Y1依次穿透第二准直镜32、穿透第二滤光区22滤除不需要的波段(红光)获得所需波段的绿色投射光束G，绿色投射光束G穿透第一准直镜31、被第一滤光片F1反射后导向投射方向。
在蓝色激光光束B1正对穿透区24时，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24产生蓝色激发光束B2，蓝色激发光束B2穿透第二准直镜后导向荧光轮7，激发荧光轮7的波长转换材料产生黄色光束Y1,黄色光束Y1依次穿透第二准直镜32、穿透穿透区24、穿透第一准直镜31、被第一滤光片F1反射后导向投射方向，该黄色光束Y1作为投影需要的黄色投射光束。
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、绿色投射光束和黄色投射光束聚光后进入光学积分柱之后进入投影系统。
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 (10)

1.一种用于投影的光源，其特征在于，包含：
一激光光源，用于产生激光光束；
一转轮，可转动地设置在激光光束的路径上，转轮具有至少一个滤光区，激光光束可穿透滤光区；
一荧光体，可被穿透滤光区的激光光束激发产生复合光束并导向转轮，复合光束穿透滤光区滤除不需要的波段，获得所需波段的第一投射光束并导向一投射方向；
导光组件，包括第一准直镜、第二准直镜、第一滤光片，第一准直镜和第二准直镜分设在转轮的两侧，激光光束依次穿透第一滤光片、穿透第一准直镜、穿透滤光区、穿透第二准直镜后导向荧光体；复合光束依次穿透第二准直镜、穿透滤光区产生第一投射光束，第一投射光束穿透第一准直镜后被第一滤光片反射导向投射方向；
所述导光组件还包括反射镜，所述转轮具有反射区，反射区可反射所述激光光束产生第二投射光束并导向所述投射方向，激光光束依次穿透第一滤光片、偏心穿透第一准直镜、被反射区反射、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。
2.根据权利要求1所述的一种用于投影的光源，其特征在于：包括多个滤光区，复合光束穿透各个滤光区获得的第一投射光束的波段不同。
3.根据权利要求2所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述复合光束为黄光，所述第一投射光束为绿光和/或红光。
4.根据权利要求2所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述复合光束为白光，所述第一投射光束为绿光和/或红光和/或蓝光。
5.根据权利要求1所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述复合光束为红光、绿光、蓝光或黄光，对应的所述第一投射光束为所需波段的红光、绿光、蓝光或黄光。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述荧光体为可转动的荧光轮
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述荧光体为LED光源的荧光体或陶瓷荧光体。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于投影的光源，其特征在于：还包括解斑光源，解斑光源用于产生非线性偏振的解斑光束，所述导光组件还包括反射镜，所述转轮具有合光区，激光光束可被合光区反射并导向投射方向，解斑光束可穿透合光区并导向投射方向，解斑光束与激光光束的颜色相同以合成第三投射光束；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。
9.根据权利要求8所述的一种用于投影的光源，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三投射光束。
10.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于投影的光源，其特征在于：所述转轮具有波长转换区，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四投射光束并导向投射方向。
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