CN110543073B - 激光光源和激光投影机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源和激光投影机，属于激光投影显示领域。激光光源包括蓝色激光器、色轮组件和合光部件，色轮组件包括转动轴以及分别设置在转动轴的两端的荧光轮和滤色轮，荧光轮具有蓝光偏振反射区和荧光区；合光部件用于将蓝色激光器发出的蓝色激光传输至荧光轮；合光部件还用于将荧光轮反射的第一蓝光分量传输至滤色轮，第一蓝光分量是蓝色激光照射到蓝光偏振反射区后，由蓝光偏振反射区改变蓝色激光的偏振态所得到的光分量；合光部件还用于将荧光轮发出的第一荧光传输至滤色轮，第一荧光是由蓝色激光照射荧光区所产生的。本发明解决了相关技术中激光光源的噪音较大的问题。

Description

激光光源和激光投影机

技术领域

本发明涉及激光投影显示领域，特别涉及一种激光光源和激光投影机。

背景技术

激光光源是一种光亮度高、方向性强、发出单色相干光束的光源，由于激光光源的诸多优点，近年来逐渐被应用于投影显示领域。传统的激光光源中，通常采用蓝色激光器发出蓝色激光，以激发设置有荧光粉的荧光轮发出至少一种颜色的宽光谱荧光，蓝色激光和荧光经过光棒的匀光处理后实现激光光源的照明功能。

相关技术中提供了一种激光光源，如图1所示，该激光光源包括蓝色激光器101、二向色镜102、光束整形装置103、荧光轮104、滤色轮105和光棒106。该激光光源的出光原理包括：蓝色激光器101发出的蓝色激光透过二向色镜102后，由光束整形装置103对蓝色激光束形；荧光轮104时序性地转动，当蓝色激光照射到荧光轮104上的蓝光透过区时，蓝色激光从荧光轮104透射，经过蓝光的中继回路光路(指图1中蓝光从荧光轮104传输至二向色镜102的光路回路)后再次透过二向色镜102，并经过滤色轮105后进入光棒106；当蓝色激光照射到荧光轮104上的荧光区时，激发荧光区上的荧光粉发出至少一种颜色的宽光谱荧光(例如图1中的黄光和/或绿光)，激发出的荧光反向传输，荧光在经过光束整形装置103后，由二向色镜102反射至滤色轮105，然后进入光棒106，其中，滤色轮105用于将荧光过滤为红光和绿光；三种颜色的光(简称三色光)经过光棒后，由显示芯片控制三色光传输至投影镜头，最终实现三色光的图像输出。

但是，相关技术中的激光光源，由于荧光轮和滤色轮(统称为色轮)均设置在各自对应的转动轴的一端，因此，色轮的重量大部分集中在转动轴的一端，当色轮在转动轴的带动下高速转动时，会使得转动轴出现摆动现象，导致激光光源的噪音较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光光源和激光投影机，可以解决相关技术中激光光源的噪音较大的问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种激光光源，所述激光光源包括蓝色激光器、色轮组件和合光部件，所述色轮组件包括转动轴以及分别设置在所述转动轴的两端的荧光轮和滤色轮，所述荧光轮具有蓝光偏振反射区和荧光区；

所述合光部件用于将所述蓝色激光器发出的蓝色激光传输至所述荧光轮；

所述合光部件还用于将所述荧光轮反射的第一蓝光分量传输至所述滤色轮，所述第一蓝光分量是所述蓝色激光照射到所述蓝光偏振反射区后，由所述蓝光偏振反射区改变所述蓝色激光的偏振态所得到的光分量；

所述合光部件还用于将所述荧光轮发出的第一荧光传输至所述滤色轮，所述第一荧光是由所述蓝色激光照射所述荧光区所产生的。

另一方面，提供了一种激光投影机，所述激光投影机包括光阀、投影镜头和如上一方面任一所述的激光光源；

所述光阀用于对所述激光光源出射的光束进行调制，并将调制后的光束出射至所述投影镜头，以实现图像输出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供的激光光源和激光投影机，通过将荧光轮和滤色轮分别设置在同一转动轴的两端，使得色轮组件的重心位于荧光轮与滤色轮之间的转动轴上，当转动轴带动荧光轮和滤色轮转动时，由于转动轴的两端均受到重力作用，可以保持转动轴的相对平衡，与相关技术相比，较大程度上减小了激光光源中因转动轴的摆动导致的噪音。

附图说明

图1是相关技术中的一种激光光源的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种激光光源的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种激光光源的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种荧光轮的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种荧光轮的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种荧光轮的截面示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种激光光源的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的再一种激光光源的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

激光光源是一种光亮度高、方向性强、发出单色相干光束的光源，由于激光光源的诸多优点，近年来逐渐被应用于投影显示领域。

示例的，激光光源可以应用于激光投影机。激光投影机可以发出至少一种颜色的光线以实现图像的显示。基色，是指不能通过其他颜色的混合调配而得出的“基本色”。以不同比例将基色混合，可以产生出其他的新颜色。激光投影机通常产生基色的光线来实现图形的显示。一般的激光投影机产生的颜色为三基色，即红、绿、蓝三种颜色，随着科技的发展，激光投影机也可以产生两基色或五基色，本发明实施例对此不作限定。

目前的激光投影机的激光光源有多种，该激光光源可以包括：至少一个激光器，激光光源能够发射出至少一种颜色的光线。通常该激光光源还可以包括：荧光轮(也称荧光色轮)，荧光轮可以作为波长转换装置。激光光源可以是单色激光光源(即包括一个激光器且该激光器产生一种颜色)，也可以是双色激光光源(即包括两个激光器且每个激光器产生一种颜色)，从而发出一种或两种颜色的激光，荧光轮上设置有荧光粉，可以被激发出对应颜色的荧光，用于与激光器发出的激光的颜色共同组成三基色，作为投影光源向光机部分提供照明。

图2和图3分别是本发明实施例提供的一种激光光源的结构示意图，如图2和图3所示，该激光光源包括蓝色激光器201、色轮组件202和合光部件203，色轮组件202包括转动轴21以及分别设置在转动轴21的两端的荧光轮22和滤色轮23，荧光轮22具有蓝光偏振反射区和荧光区。

合光部件203用于将蓝色激光器201发出的蓝色激光传输至荧光轮22。

合光部件203还用于将荧光轮22反射的第一蓝光分量传输至滤色轮23，第一蓝光分量是蓝色激光照射到蓝光偏振反射区后，由蓝光偏振反射区改变蓝色激光的偏振态所得到的光分量。

合光部件203还用于将荧光轮22发出的第一荧光传输至滤色轮23，第一荧光是由蓝色激光照射荧光区所产生的。

可选的，如图2和图3所示，色轮组件202还包括转子(即马达)24，转子24设置在色轮组件202的重心所在位置。转子用于驱动转动轴带动荧光轮和滤色轮转动，由于色轮组件的重心位于荧光轮和滤色轮之间的转动轴上，将转子设置在该重心处，可以保证色轮组件在转动过程中的平衡，减小转动轴的摆动，从而减小激光光源的噪音。

可选的，如图2和图3所示，蓝色激光器201的出光面一侧可以设置有光束整形装置A，该光束整形装置可以为望远镜系统，望远镜系统可以包括一个凸透镜和一个凹透镜，用于将蓝色激光器发出的平行激光进行压缩，以减小光束的面积，且压缩后的激光仍为平行激光，压缩后得到的平行激光与压缩前的平行激光相比，在后端光学器件中的透过率较高。

可选的，如图2和图3所示，激光光源还包括光收集部件204。光收集部件可以为光棒，光棒可以起到匀光作用。蓝色激光器可以为激光器阵列。

参见图2，光收集部件204设置在滤色轮23和荧光轮22之间，合光部件203设置在蓝色激光器201与色轮组件202之间；合光部件203用于将蓝色激光传输至荧光轮22，并将第一蓝光分量和第一荧光传输至光收集部件204；光收集部件204用于将收集到的光束传输至滤色轮23。

参见图3，光收集部件204设置在色轮组件202的出射光路上，合光部件203设置在荧光轮22与滤色轮23之间；合光部件203用于将蓝色激光传输至荧光轮22，并将第一蓝光分量和第一荧光传输通过滤色轮23传输至光收集部件204。

在如图2和图3所示的激光光源中，滤色轮23具有红色滤光区、蓝色滤光区和绿色滤光区，蓝色滤光区在滤色轮上所占的比例与蓝光偏振反射区在荧光轮上所占的比例相等；滤色轮23在转动时，能够时序性地透过红光、蓝光和绿光，红光和绿光是滤色轮23对第一荧光进行过滤处理得到的，蓝光是滤色轮23对第一蓝光分量进行过滤处理得到的。

图4和图5分别是本发明实施例提供的一种荧光轮的示意图，如图4或图5所示，荧光轮设置有蓝光偏振反射区B和荧光区。

可选的，参见图4，荧光区包括第一子荧光区Y1和第二子荧光区Y2，第一子荧光区Y1的表面设置有绿色荧光粉，第二子荧光区Y2的表面设置有黄色荧光粉，第一子荧光区在荧光轮上所占的比例与绿色滤光区在滤色轮上所占的比例相等，第二子荧光区在荧光轮上所占的比例与红色滤光区在滤色轮上所占的比例相等。

其中，第一子荧光区在滤色轮上的正投影与绿色滤光区重合，第二子荧光区在滤色轮上的正投影与红色滤光区重合，蓝光偏振反射区在滤色轮上的正投影与蓝色滤光区重合。

需要说明的是，由于荧光轮和滤色轮设置在同一转动轴上，转动轴转动时，能够带动荧光轮和滤色轮同时转动，且荧光轮和滤色轮的转速是相同的，通过设计蓝色滤光区、绿色滤光区和红色滤光区在滤色轮上所占的比例分别与蓝光偏振反射区、第一荧光区和第二荧光区在荧光轮上所占的比例相等且位置相对应，可以保证激光光源有效出光。

可选的，参见图5，荧光区Y的表面设置有绿色荧光粉和黄色荧光粉的混合物；荧光区在滤色轮上的正投影与绿色滤光区和红色滤光区重合。

在本发明实施例中，提供的荧光轮的荧光区上至少设置有黄色荧光粉，当蓝色激光照射到黄色荧光粉上后，能够激发黄色荧光粉发出黄光，由于黄光是由红光和绿光组合成的，因此通过后端光学器件对黄光的过滤处理，可以分别得到红光和绿光。

可选的，图6是本发明实施例提供的一种荧光轮的截面示意图，如图6所示，蓝光偏振反射区B可以包括沿远离合光部件的方向依次设置的四分之一波片B1和反射膜层B2，也即是，蓝光偏振反射区B包括沿蓝色激光γ的入射方向依次设置的四分之一波片B1和反射膜层B2。该反射膜层可以为反射片或偏振片。需要说明的是，当光经过四分之一波片时，光的偏振态会发生π/4的偏转，反射膜层可以对光起到反射作用。

示例的，如图2或图3所示的激光光源的光路传输过程可以包括：蓝色激光器201发出的蓝色激光经过光束整形装置A后，由合光部件203传输至荧光轮22；荧光轮22和滤色轮23在转动轴21的带动下保持同一转速时序性地转动，当蓝色激光照射到荧光轮22上的蓝光偏振反射区时，蓝色激光第一次经过四分之一波片后，偏振态发生π/4的偏转，在反射膜层的反射作用下第二次经过四分之一波片后，偏振态再次发生π/4的偏转，得到第一蓝光分量(即第一蓝光分量的偏振态与蓝色激光的偏振态的偏转差值为π/2)，在图2所示的激光光源中，第一蓝光分量经由合光部件传输至光收集部件204，再传输至滤色轮23的蓝色滤光区，在图3所示的激光光源中，第一蓝光分量经过合光部件203后，通过滤色轮23的蓝色滤光区传输至光收集部件204；当蓝色激光照射到荧光轮22上的荧光区时，激发荧光区发出宽光谱的荧光，在图2所示的激光光源中，荧光经由合光部件传输至光收集部件204，再传输至滤色轮23的红色滤光区或绿色滤光区，在图3所示的激光光源中，荧光经过合光部件203后，通过滤色轮23的红色滤光区或绿色滤光区传输至光收集部件204。荧光可以包括绿色荧光和黄色荧光，荧光和第一蓝光分量进入光收集部件204后可以混合形成白光，实现激光光源的照明功能。其中，图2和图3中的箭头指向均表示光的传输路径(即光路)。

可选的，蓝色激光为P偏振光，第一蓝光分量为S偏振光；或者，蓝色激光为S偏振光，第一蓝光分量为P偏振光。

综上所述，本发明实施例提供的激光光源，通过将荧光轮和滤色轮分别设置在同一转动轴的两端，使得色轮组件的重心位于荧光轮与滤色轮之间的转动轴上，当转动轴带动荧光轮和滤色轮转动时，由于转动轴的两端均受到重力作用，可以保持转动轴的相对平衡，与相关技术相比，较大程度上减小了激光光源中因转动轴的摆动导致的噪音。

可选的，色轮组件的重心可以位于转动轴的中心。例如荧光轮和滤色轮可以对称设置在转动轴的两端，且荧光轮和滤色轮的重量相等。

需要说明的是，当色轮组件的重心位于转动轴的中心时，可以尽大可能保证转动轴在带动荧光轮和滤色轮转动的过程中的平衡，以减小或避免转动轴的摆动，进一步减小激光光源的噪音。

进一步的，图7和图8分别是本发明实施例提供的一种激光光源的结构示意图，如图7和图8所示，激光光源还包括固定荧光件205，固定荧光件205设置在荧光轮22远离合光部件203的一侧。

固定荧光件205用于在接收到荧光轮22透射的第二蓝光分量后，产生第二荧光。

合光部件203还用于将从荧光轮22透射的第二荧光传输至光收集部件204。

其中，第二荧光是由第二蓝光分量照射固定荧光件205所产生的，第二蓝光分量是蓝色激光照射到蓝光偏振反射区后，由蓝光偏振反射区改变蓝色激光的偏振态所得到的光分量，第二蓝光分量与第一蓝光分量的偏振态不同。

可选的，固定荧光件205与荧光轮22固定连接，固定荧光件205在荧光轮22上的正投影与蓝光偏振反射区至少部分重叠。可选固定荧光件在荧光轮上的正投影覆盖蓝光偏振反射区。

需要说明的是，蓝色激光在传输过程中，经过合光部件的会聚收光后，部分蓝色激光的偏振角度(即偏振态)发生变化，而通常采用的反射膜层能够对偏振角度处于预设角度范围内的偏振光进行反射，该预设角度范围包括在传输过程中偏振角度的变化小于预设阈值的蓝色激光经过四分之一波片后的偏振角度；而偏振角度的变化大于预设阈值的部分蓝色激光经过四分之一波片后，偏振角度可能不处于预设角度范围，导致该部分光从蓝光偏振反射区透射造成蓝光的损失，通过设置固定荧光件，在第二蓝光分量照射到固定荧光件上后，激发固定荧光件发出第二荧光，可以使得第二荧光与第一蓝光分量进行混光，从而提高蓝光的亮度及色坐标。

其中，亮度是由视见函数(也可称为视见率)决定的，视见函数的中心波长为555纳米，即波长为555纳米的光的亮度最大，且光的波长越接近中心波长，亮度越大；由于蓝色激光的波长约为455纳米，因此蓝色激光的亮度较小，而荧光的中心波长约为555纳米，即荧光的亮度较大，通过从荧光轮透射的第二蓝光分量激发固定荧光件发出第二荧光，并使第二荧光与第一蓝光分量进行混光，可以提高从激光光源出射的蓝光的亮度；另外，由于不同颜色的光都是由不同比例的红、绿、蓝这三基色混合得到的，通过改变三基色的混合比例，可以改变光的色坐标，通过将蓝色激光和荧光进行混光，可以提高蓝光的饱和度，使得混光后蓝光的波长达到474纳米(符合NTSC709中标准蓝光色坐标)，进而改善了蓝光的色坐标。

其中，固定荧光件上可以设置绿色荧光粉和/或黄色荧光粉，则第二荧光可以为绿色荧光和/或黄色荧光。

需要说明的是，第二蓝光分量照射在固定荧光件上，激发固定荧光件上的荧光粉发出第二荧光后，也即是，蓝光偏振反射区的反射膜层能够透射第二荧光，以实现第二荧光与第一蓝光分量的混光。在如图8所示的激光光源中，第二荧光能够从荧光轮透射。

可选的，参见图7，合光部件203包括弧形反射镜31a，弧形反射镜31a上设置有过孔，该过孔用于通过蓝色激光；弧形反射镜31a用于将第一蓝光分量和第一荧光反射至光收集部件204。

需要说明的是，弧形反射镜在色轮组件所在侧具有两个焦点，该两个焦点包括第一焦点和第二焦点，第一焦点位于荧光轮的光斑照射处(即蓝色激光在荧光轮上的照射位置)，第二焦点位于光收集部件的入光口，使得第一蓝光分量或荧光轮上的光斑照射处的荧光粉受到蓝色激光的照射后激发的荧光在经过弧形反射镜的反射后，能够到达光收集部件的入光口，以进一步地在后端光学器件中传输。

可选的，参见图8，合光部件203包括偏振片31b；偏振片31b用于将蓝色激光反射至荧光轮22，并将第一蓝光分量、第一荧光和第二荧光透射至滤色轮23以向光收集部件204传输。

进一步的，参见图8，合光部件203还包括聚焦透镜32b和准直透镜33b；聚焦透镜32b设置在偏振片31b与滤色轮23之间，准直透镜33b设置在偏振片31b与荧光轮22之间。由于偏振片透射的光的光束扩散角大于光收集部件的光收集角度时，会导致光的收集效率低，影响激光光源的亮度，聚焦透镜可以用于对从偏振片透射的第一蓝光分量、第一荧光以及第二荧光进行聚焦处理，以增加进入滤色轮以及光收集部件的光线的数量，提高激光光源的出光率；准直透镜既可以用于对合光部件向荧光轮传输的蓝色激光进行聚焦处理，还可以用于对荧光轮向合光部件传输的光束进行准直处理，以提高出光的均匀性。在本发明实施例中聚焦透镜和准直透镜均可以由至少一个透镜组成，对此不做限定。

需要说明的是，本发明实施例提供的荧光轮、固定荧光件和/或色轮组件还可以应用于其他类型的激光光源，上述激光光源仅用于作示例性说明。

综上所述，本发明实施例提供的激光光源，通过将荧光轮和滤色轮分别设置在同一转动轴的两端，使得色轮组件的重心位于荧光轮与滤色轮之间的转动轴上，当转动轴带动荧光轮和滤色轮转动时，由于转动轴的两端均受到重力作用，可以保持转动轴的相对平衡，与相关技术相比，较大程度上减小了激光光源中因转动轴的摆动导致的噪音。

本发明实施例提供了一种激光投影机，该激光投影机可以包括光阀、投影镜头和如图2、图3、图7或图8的激光光源；

光阀用于对激光光源出射的光束进行调制，并将调制后的光束出射至投影镜头，以实现图像输出。

综上所述，本发明实施例提供的激光投影机，在激光光源中，通过将荧光轮和滤色轮分别设置在同一转动轴的两端，使得色轮组件的重心位于荧光轮与滤色轮之间的转动轴上，当转动轴带动荧光轮和滤色轮转动时，由于转动轴的两端均受到重力作用，可以保持转动轴的相对平衡，与相关技术相比，较大程度上减小了激光光源中因转动轴的摆动导致的噪音，从而实现了对激光投影机的降噪。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光光源，其特征在于，所述激光光源包括蓝色激光器、合光部件和色轮组件，所述色轮组件包括转动轴以及分别设置在所述转动轴的两端的荧光轮和滤色轮，所述荧光轮具有蓝光偏振反射区和荧光区；

所述激光光源还包括光收集部件，所述光收集部件设置在所述滤色轮与所述荧光轮之间，所述合光部件设置在所述蓝色激光器与所述色轮组件之间；

所述合光部件用于将所述蓝色激光器发出的蓝色激光传输至所述荧光轮，并将第一蓝光分量和所述荧光轮发出的第一荧光传输至所述光收集部件，所述合光部件还用于将所述荧光轮反射的第一蓝光分量传输至所述滤色轮，所述第一蓝光分量是所述蓝色激光照射到所述蓝光偏振反射区后，由所述蓝光偏振反射区改变所述蓝色激光的偏振态所得到的光分量，所述合光部件还用于将所述荧光轮发出的第一荧光传输至所述滤色轮，所述第一荧光是由所述蓝色激光照射所述荧光区所产生的；

所述光收集部件用于将收集到的光束传输至所述滤色轮；

所述激光光源还包括反射部件，所述反射部件位于所述蓝色激光器和所述合光部件之间，所述反射部件用于将所述蓝色激光器发出的蓝色激光反射至所述合光部件；

所述荧光轮和所述滤色轮对称设置在所述转动轴的两端；

所述激光光源还包括固定荧光件，所述固定荧光件设置在所述荧光轮远离所述合光部件的一侧；

所述固定荧光件用于在接收到所述荧光轮透射的第二蓝光分量后，产生第二荧光；

所述合光部件还用于将从所述荧光轮透射的所述第二荧光传输至所述光收集部件；

其中，所述第二荧光是由第二蓝光分量照射所述固定荧光件所产生的，所述第二蓝光分量是所述蓝色激光照射到所述蓝光偏振反射区后，由所述蓝光偏振反射区改变所述蓝色激光的偏振态所得到的光分量，所述第二蓝光分量与所述第一蓝光分量的偏振态不同。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述合光部件包括弧形反射镜，所述弧形反射镜上设置有过孔，所述过孔用于通过所述蓝色激光；

所述弧形反射镜用于将所述第一蓝光分量和所述第一荧光反射至所述光收集部件。

3.根据权利要求1或2所述的激光光源，其特征在于，所述滤色轮具有红色滤光区、蓝色滤光区和绿色滤光区，所述蓝色滤光区在所述滤色轮上所占的比例与所述蓝光偏振反射区在所述荧光轮上所占的比例相等；

所述滤色轮在转动时，能够时序性地透过红光、蓝光和绿光，所述红光和所述绿光是所述滤色轮对所述第一荧光进行过滤处理得到的，所述蓝光是所述滤色轮对所述第一蓝光分量进行过滤处理得到的。

4.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，

所述荧光区包括第一子荧光区和第二子荧光区，所述第一子荧光区的表面设置有绿色荧光粉，所述第二子荧光区的表面设置有黄色荧光粉，所述第一子荧光区在所述荧光轮上所占的比例与所述绿色滤光区在所述滤色轮上所占的比例相等，所述第二子荧光区在所述荧光轮上所占的比例与所述红色滤光区在所述滤色轮上所占的比例相等。

5.根据权利要求4所述的激光光源，其特征在于，

所述第一子荧光区在所述滤色轮上的正投影与所述绿色滤光区重合，所述第二子荧光区在所述滤色轮上的正投影与所述红色滤光区重合，所述蓝光偏振反射区在所述滤色轮上的正投影与所述蓝色滤光区重合。

6.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，

所述荧光区的表面设置有绿色荧光粉和黄色荧光粉的混合物。

7.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，

所述固定荧光件与所述荧光轮固定连接，所述固定荧光件在所述荧光轮上的正投影与所述蓝光偏振反射区至少部分重叠。

8.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述蓝光偏振反射区包括沿远离所述合光部件依次设置的四分之一波片和反射膜层。

9.一种激光投影机，其特征在于，所述激光投影机包括光阀、投影镜头和如权利要求1至8任一所述的激光光源；

所述光阀用于对所述激光光源出射的光束进行调制，并将调制后的光束出射至所述投影镜头，以实现图像输出。

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