CN110376835B - 一种激光投影光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光投影光源，包括激光器阵列、望远组件、二向分色组件、收光组件、荧光粉轮装置、蓝光光路、聚光组件、色轮装置和光棒组件；所述激光器阵列发出的激光束透过望远组件、二向分色组件和收光组件后聚焦于荧光粉轮装置表面；本发明的色轮装置的红色滤光区第一面为散射面，第二面为长波通滤光膜，被反射波段的光两次透过漫散射面，使反射光斑照射到荧光粉表面时能量更加均匀，降低中心点的能量密度；可简单有效的解决高亮度激光投影系统存在的烧粉风险。

Description

一种激光投影光源
技术领域
本发明涉及激光投影显示技术领域，尤其涉及一种激光投影光源。
背景技术
激光投影显示是一种新发展起来的投影技术，以半导体激光器作为光源替代传统光源；现有的技术方案主要是以蓝光激光器激发荧光粉产生红、绿、黄光，再经过合光系统合成白光。其中红光的来源主要有两种，一种是蓝光激发红色荧光粉发出红光，另一种是蓝光激发黄色荧光粉发出黄光，再经过滤色轮滤出红色波长的光。由于红色荧光粉高温效率偏低且存在严重光衰问题，因此在现有技术中，多采用激发黄色荧光粉发出黄光，再经过滤色轮滤出红光方式。这种方式存在的一个问题是当红光透过滤色轮时480nm-595nm的光被反射。反射光经过光学系统后，再次聚焦于荧光粉轮表面，造成粉体表面温度升高。尤其是中心点由于光的能量密度高，会出现烧粉风险，影响激光投影光机的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种激光投影光源，把滤色轮的反射光在荧光粉轮表面形成的光斑能量均匀化，降低光斑中心能量密度，防止能量过于集中而产生烧粉问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种激光投影光源，包括激光器阵列、望远组件、二向分色组件、收光组件、荧光粉轮装置、蓝光光路、聚光组件、色轮装置和光棒组件；所述激光器阵列发出的激光束透过望远组件、二向分色组件和收光组件后聚焦于荧光粉轮装置表面；
所述荧光粉轮装置包括圆片形基板和马达，基板上包括至少两个荧光区、至少一个镂空区，马达驱动基板高速旋转；
当激光束照射到荧光区时，激光被转化成荧光粉发光，并被基板反射，反射光被收光组件收集并准直，再经过二向分色组件反射，透过聚光组件和滤色轮装置的滤光区域，光束聚焦于光棒的入口端；
所述色轮装置包括圆片形基板和马达，基板上包括至少两个滤光区和至少一个扩散区，马达驱动基板高速旋转；
当激光束照射到镂空区时，激光束透过荧光粉轮并进入蓝光光路，经过光路转折及光束准直后，激光束透过二向分色组件、聚光组件和色轮装置的扩散区，激光束聚焦于光棒的入口端；
所述滤光区表面镀滤光膜，可透过一定波长范围的光，反射其它波长范围的光，且至少有一个滤光区的一个表面为漫散射透光面。
进一步方案为，所述滤光区包括第一滤光区、第二滤光区；所述第一滤光区为单层基板，第一面为漫散射透光面，镀增透膜；第二面为镜面，镀滤光膜。所述第一滤光区的滤光膜透过波长595nm-700nm的光，反射其他波长范围的光；所述第二滤光区的滤光膜透过波长480nm-595nm范围的光，反射其他波长范围的光。
进一步方案为，所述第一滤光区包含两层透明基板，其中一个基板为扩散片，另一个基板为滤光片。
进一步方案为，所述扩散片位于先入光一侧，扩散片为单面漫散射或双面漫散射；所述滤光片位于后入光一侧，两面都为镜面，一面镀滤光膜，另一面镀增透膜。
进一步方案为，所述滤光区散射面的散射类型为高斯散射，散射半角范围HWHM＝0-3°；表面加工方式为喷砂或蚀刻。
进一步方案为，所述扩散片和滤光片间距0-0.2mm，所述第一滤光区与其它滤光区的厚度差异在±0.5mm以内。
进一步方案为，所述荧光区和滤光区角度设置相同，且一一对应，镂空区和扩散区角度相同且一一对应，荧光粉轮和色轮同步高速旋转。
进一步方案为，所述荧光粉轮装置的基板材质为铝或其它易于导热的金属材料，表面为镜面反射面；所述色轮装置的基板为无色透明材料。
进一步方案为，所述荧光区表面涂敷荧光粉，所述镂空区为挖空或镶嵌无色透明玻璃。
激光器阵列发出的激光束，透过望远组件、扩散组件、二向分色组件及收光组件后聚焦于荧光粉轮表面，荧光粉轮装置与色轮装置同步高速旋转。当激光束照射到荧光粉轮第一镂空区时，激光束经过蓝光光路、二向分色组件、聚光组件、色轮装置后聚焦于光棒入口。当激光束照射到荧光粉轮的第一荧光区和第二荧光区时，激发荧光粉发光。激发出的荧光被收光组件收集并准直成平行光，再经过二向分色组件反射，聚光组件将光束聚焦于光棒入口。
当荧光粉轮转到第一荧光区时，激发出480nm-700nm波长范围的光，此时滤色轮同步转到第一滤光区，入光面为漫散射面，光束透过后发散角变大，然后入射到出光面，595nm-700nm波长范围内的红色光透过，480nm-595nm范围的光被反射，反射光再次经过第一面，光线被再次散射，最后经过聚光组件和收光组件再次聚焦于荧光粉轮表面，由于反射光经过两次散射，光斑边缘区域的能量密度提升，光斑中心的能量密度降低，避免了反射光斑中心能量过高导致烧粉问题。
本发明的有益效果在于：
本发明的色轮装置的红色滤光区第一面为散射面，第二面为长波通滤光膜，被反射波段的光两次透过漫散射面，使反射光斑照射到荧光粉表面时能量更加均匀，降低中心点的能量密度；可简单有效的解决高亮度激光投影系统存在的烧粉风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中色轮装置反射光束光路示意图；
图3为本发明中黄色荧光粉发光光谱及红色滤光片透光曲线图；
图4为本发明中反射光束在荧光粉轮表面形成的光斑能量示意图；
图5为本发明中荧光粉轮示意图；
图6为本发明实施例一中色轮装置示意图；
图7为本发明实施例二中色轮装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种激光投影光源，包括激光器阵列10、望远组件20、二向分色组件30、收光组件40、荧光粉轮装置50、蓝光光路60、聚光组件70、色轮装置80和光棒组件90。所述激光器阵列10发出的激光束透过望远组件20、二向分色组件30和收光组件40后聚焦于荧光粉轮50表面。
如图5所示，本实施例中所述荧光粉轮装置50包括基板和马达，且二者同轴连接，马达带动基板高速旋转，所述基板为反光型金属基板，包括第一荧光区50a，第二荧光区50b和第一镂空区50c。
其中，所述第一荧光区50a为黄色荧光粉，第二荧光区50b为绿色荧光粉，第一镂空区50c为挖空镂空或者镶嵌透蓝光玻璃片。
其中，如图3所示，实线为第一荧光区黄色荧光粉发光的相对光谱曲线，波长范围为480nm-700nm，峰值波长为552nm。
荧光粉轮装置50高速旋转，当激光束照射到第一荧光区50a和第二荧光区50b时，激光被转化成荧光粉发光，并被基板反射。反射光被收光组件40收集并准直，再经过二向分色组件30反射，透过聚光组件70和滤色轮装置80的滤光区域，光束聚焦于光棒90的入口端。
当激光束照射到第一镂空区50c时，激光束透过荧光粉轮并进入蓝光光路60，经过光路转折及光束准直后，激光束透过二向分色组件30、聚光组件70和滤色轮装置80的扩散区，激光束聚焦于光棒90的入口端。
如图6所示，所述色轮装置80包括基板和马达，且二者同轴连接，马达带动基板高速旋转；所述基板的第一滤光区80a，第二滤光区80b，第一扩散区80c。
其中，所述第一滤光区80a为红色滤光区，第二滤光区为绿色滤光区。
其中，如图3所示，虚线为红色滤光膜的光谱透过曲线，T50＝595nm，为方便后文描述，镀膜特性描述为：波长大于595nm为透过，波长小于595nm为反射。
在现有技术中，红色滤光区的第一面801为镜面，表面镀红色滤光膜，第二面802也为镜面，表面镀增透膜。如图1所示，波长595nm-700nm的红光透过滤光膜，进入光棒90。如图2所示，波长480nm-595nm的光入射到第一面801时被滤光膜反射，经过光学系统的折射和反射后，光束再次聚焦于荧光粉表面。如图4所示，实线为光斑能量密度分布曲线，光斑中心的能量密度达到640W/cm2。
本发明实施例中，红色滤光区的第一面801为漫散射面，扩散角HWHM＝3°表面镀增透膜，第二面为镜面，表面镀红色滤光膜。如图1所示，波长595nm-700nm的红光依次透过第一面801和第二面802，进入光棒90。波长480nm-595nm范围的光透过第一面801，光束被扩散，并在第二面802被反射。如图2所示，反射光经过光学系统的折射和反射后，光束再次聚焦于荧光粉表面。如图4所示虚线为光斑能量分布曲线，光斑中心的能量密度降低到310W/cm2，光斑边缘的能量密度略有提升，光斑能量分布得到均衡，可有效避免反射光斑叠加导致的烧粉风险。
实施例二
本实施例与实施例一光路结构及基本原理相同，如图7所示，区别在于：滤色轮装置70的技术方案不同。
如图7所示，本实施例中，第一滤光区80a的基板由扩散片803和滤色片804组合而成，中间间隙0-0.2mm。本实施例用两个组合的基板代替一个整体基板，增加了漫散射面的设置自由度，技术人员可根据效果灵活设置漫散射面的数量或位置。
其中，扩散片803第一面为漫散射面，HWHM＝3°，第二面为镜面；滤色片804第一面为镜面，镀增透膜，第二面为镜面，镀红色滤光膜。扩散片803的厚度为0.3mm-0.5mm，滤色片804的厚度为0.3mm-0.5mm，第二滤光区80b和第一扩散区80c的厚度为0.7mm-1mm。
本实施例中红色滤光膜的技术方案与实施例一中相同。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种激光投影光源，其特征在于：包括激光器阵列、望远组件、二向分色组件、收光组件、荧光粉轮装置、蓝光光路、聚光组件、色轮装置和光棒组件；所述激光器阵列发出的激光束透过望远组件、二向分色组件和收光组件后聚焦于荧光粉轮装置表面；
所述荧光粉轮装置包括圆片形基板和马达，基板上包括至少两个荧光区、至少一个镂空区，马达驱动基板高速旋转；
当激光束照射到荧光区时，激光被转化成荧光粉发光，并被基板反射，反射光被收光组件收集并准直，再经过二向分色组件反射，透过聚光组件和滤色轮装置的滤光区域，光束聚焦于光棒的入口端；
所述色轮装置包括圆片形基板和马达，基板上包括至少两个滤光区和至少一个扩散区，马达驱动基板高速旋转；
当激光束照射到镂空区时，激光束透过荧光粉轮并进入蓝光光路，经过光路转折及光束准直后，激光束透过二向分色组件、聚光组件和色轮装置的扩散区，激光束聚焦于光棒的入口端；
所述滤光区包括第一滤光区、第二滤光区和第三扩散区；所述第一滤光区为单层基板，第一面为漫散射透光面，镀增透膜第二面为镜面，镀滤光膜；所述第一滤光区的滤光膜透过波长595nm-700nm的光，反射其他波长范围的光；所述第二滤光区的滤光膜透过波长480nm-595nm范围的光，反射其他波长范围的光。
2.根据权利要求1所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述第一滤光区包含两层透明基板，其中一个基板为扩散片，另一个基板为滤光片。
3.根据权利要求2所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述扩散片位于先入光一侧，扩散片为单面漫散射或双面漫散射；所述滤光片位于后入光一侧，两面都为镜面，一面镀滤光膜，另一面镀增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述滤光区散射面的散射类型为高斯散射，散射半角范围HWHM＝0-3°；表面加工方式为喷砂或蚀刻。
5.根据权利要求2所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述扩散片和滤光片间距0-0.2mm，所述第一滤光区与其它滤光区的厚度差异在±0.5mm以内。
6.根据权利要求1所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述荧光区和滤光区角度设置相同且一一对应，镂空区和扩散区角度相同且一一对应，荧光粉轮和色轮同步高速旋转。
7.根据权利要求1所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述荧光粉轮装置的基板材质为铝或其它易于导热的金属材料，表面为镜面反射面；所述色轮装置的基板为无色透明材料。
8.根据权利要求1所述的一种激光投影光源，其特征在于：所述荧光区表面涂敷荧光粉，所述镂空区为挖空或镶嵌无色透明玻璃。
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