CN111221208B - 光源系统及投影系统 - Google Patents

Abstract

一种投影装置，包括：第一激发光源、第二激发光源、第一分光装置、色轮及第二分光装置。第一、第二激发光源分别发射第一、第二激发光。第一分光装置将第一激发光引导至色轮。色轮包括第一区段、第二区段。第二区段将第一激发光转换为第一荧光，第一荧光沿第一光通道传播。第一区段引导第一激发光至第二光通道传播。第二区段还引导第二激发光至第二光通道传播，第一分光装置引导第一荧光至第二分光装置并去除第一荧光中混合的第一激发光。第二分光装置将沿第一光通道传播的第一荧光以及沿第二光通道传播的第一激发光与第二激发光合并至同一出光光路。

Description

光源系统及投影系统

技术领域

本发明涉及投影显示技术，尤其涉及一种光源系统及具有该光源系统的投影系统。

背景技术

目前激光荧光混合光源凭借其长寿命、低成本、高亮度的优势广泛应用于各类投影设备中，并具备非常好的显示效果。而投影设备中常用的色轮均为反射式色轮，实际工作中，激光器出射的蓝激光先通过荧光轮激发荧光粉产生荧光，然后通过色轮滤光后入射空间光调制器，最后由镜头投射产生投影图像。由于荧光中残存的蓝激光对荧光色坐标影响很大，影响投影显示效果，因此，通常需要采用荧光轮和滤光轮的双色轮方案。然而，双色轮方案无疑会使得色轮体积增大，不利于产品的小型化。其次，红色荧光粉受激产生的红色荧光的颜色通常不纯，导致红色显示效果不好。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种光源系统以及具有该光源系统的投影系统，从而解决以上问题。

本发明实施例提供一种光源系统，包括：第一激发光源、第二激发光源、第一分光装置、色轮以及第二分光装置，其中：所述第一激发光源用于发射第一激发光；所述第二激发光源用于发射第二激发光；所述第一分光装置用于将所述第一激发光源发出的第一激发光引导至所述色轮；

所述色轮至少包括第一区段以及第二区段，所述第一区段以及所述第二区段时序地设置于被所述第一分光装置引导的所述第一激发光的传播路径上，所述第二区段用于将所述第一激发光转换为第一荧光，所述第一荧光沿第一光通道进行传播，所述第二区段还用于将所述第二激发光引导至第二光通道进行传播，所述第一区段用于将所述第一激发光引导至第二光通道进行传播，所述第一分光装置设置于所述第一光通道上，还用于引导所述第一荧光至所述第二分光装置并去除所述第一荧光中混合的第一激发光；所述第二分光装置设置于所述第一光通道以及所述第二光通道的交汇处，用于将沿所述第一光通道进行传播的所述第一荧光以及沿所述第二光通道进行传播的所述第一激发光与所述第二激发光合并至同一出光光路。

本发明实施例还提供一种投影系统包括如上所述的光源系统。

本发明实施例的所述色轮上未设有滤光结构，而是利用第一分光装置反射并消除荧光中混合的第一激发光以避免所述第一激发光对荧光色坐标产生影响，而省略滤光结构有利于减小所述色轮的尺寸，从而减小整个投影系统的体积；再者，通过增加第二激发光源以出射第二激发光，所述第二激发光与第一荧光通过所述第二分光装置进行合光，使得第二激发光利用率高并改善红光或绿光显示效果，从而改善由于荧光粉受激产生的第一荧光/第二荧光的颜色通常不纯，且所述色轮不存在对所述第一荧光/第二荧光进行修色的滤光区域导致显示效果不好的问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例的光源系统的结构示意图。

图2为图1所示的光源系统于另一状态时的结构示意图。

图3是图1中光源系统的色轮的平面示意图。

图4是图3所示的光源系统的色轮沿IV-IV的剖面示意图。

图5是图3所示的色轮沿V-V的剖面示意图。

图6是图1所示的光源系统的第二分光装置的平面示意图。

图7是本发明第二实施例的光源系统的结构示意图。

图8是图7所示的光源系统的色轮的平面示意图。

图9是图8所示的色轮沿VIIII-VIIII的剖面示意图。

符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1和图2，是本发明第一实施例的光源系统1的结构示意图。所述光源系统1包括第一激发光源10a、第二激发光源10b、第一分光装置20、色轮30、第一准直装置40、第一反射装置50、第一会聚装置60、第二分光装置70、第二会聚装置80、第二反射装置90以及第一匀光装置100。

所述第一激发光源10a用于发射第一激发光，所述第一激发光可为蓝色激光，但并不以此为限。所述第一激发光源10a可以为半导体二极管或者半导体二极管阵列，如激光二极管(LD)或者发光二极管(LED)等。

所述第一分光装置20设置于所述第一激发光源10a发射的第一激发光的传播路径上。所述第一分光装置20用于将所述第一激发光源10a发出的第一激发光引导至所述色轮30。在本实施方式中，如图1和图2所示，所述第一激发光源10a位于所述第一分光装置20的左方，所述第一分光装置20将所述第一激发光反射至所述色轮30。所述第一激发光源10a与所述第一分光装置20之间还可设有一第二匀光装置110以及一第三会聚装置120。所述第二匀光装置110用于将所述第一激发光源10a发出的第一激发光均匀化后出射至所述第三会聚装置120。所述第三会聚装置120用于将所述第二匀光装置110出射的第一激发光进行会聚后出射至所述第一分光装置20。其中，所述第二匀光装置110可以是散射片、单复眼、双复眼或方棒等，但并不以上述为限。经过所述第二匀光装置110与所述第三会聚装置120后，所述第一激发光的光斑尺寸增大，最大功率密度降低。

所述第二激发光源10b用于发射第二激发光，所述第二激发光可为红色激光，但并不以此为限。所述第一激发光源10a与所述第二激发光源10b位于分别位于所述色轮30的两侧，所述第二激发光的发射方向大致垂直于来自所述第一激发光源10a的所述第一激发光的发射方向。所述第二激所述第二激发光源10可以为半导体二极管或者半导体二极管阵列，如激光二极管(LD)或者发光二极管(LED)等。

请结合参阅图3至图5，所述色轮30包括色轮板31和驱动装置32。所述驱动装置32用于驱动所述色轮板31转动。所述驱动装置32可为马达。

所述色轮板31用于接收所述第一分光装置20出射的第一激发光以及所述第二激发光源10b出射的所述第二激发光。所述色轮板31包括一色轮基板310以及沿所述色轮30的边缘设置的一第一区段311、一第二区段312以及一第三区段313。所述第一区段311、所述第二区段312以及所述第三区段313时序地设置于被所述第一分光装置20引导的所述第一激发光的传播路径上。其中，所述色轮基板310包括朝向所述第一分光装置20的第一表面3101以及朝向所述第二激发光源10b的第二表面3102，所述第一表面3101与所述第二表面3102相对设置。所述第一区段311为朝向所述第一分光装置20且相较于所述第一表面3101倾斜设置的一第一斜面，所述第一斜面可由所述第一表面3101所在平面朝向所述第二表面3012转动45度形成(即，所述第一斜面相较于所述第一表面3101倾斜的角度为45度)。所述第一斜面用于将所述第一分光装置20出射的第一激发光反射至第二光通道进行传播，具体地，所述第一斜面为反射散射层，从而使得所述第一激发光的散斑现象减弱。所述第二区段312包括形成于所述第一表面3101上的第一荧光粉层3121以及朝向所述第二激发光源10b设置且相较于所述第二表面3102倾斜设置的第二斜面3122，所述第二斜面3122可由所述第二表面3102所在平面朝向所述第一表面3101转动45度形成(即，所述第二斜面3122相较于所述第二表面3102倾斜的角度为45度)。所述第一荧光粉层3121用于将所述第一分光装置20出射的第一激发光转换为第一荧光并将所述第一荧光反射至第一光通道进行传播，所述第二斜面3122用于将所述第二激发光源10b出射的第二激发光反射至第二光通道进行传播。其中，所述第二激发光源10b在所述第二区段312位于所述第一激发光的传播路径上时，发射所述第二激发光。需要说明的是，所述第一斜面以及所述第二斜面倾斜的角度并不限于45度，还可以为40度、30度等，所述角度可以根据反射光所需传播的路径进行设置。所述第三区段313包括形成于所述第一表面3101上的第二荧光粉层3131，所述第二荧光粉层3131用于将所述第一分光装置20出射的第一激发光转换为第二荧光并将所述第二荧光反射至第一光通道进行传播。其中，所述第一光通道为所述第一荧光与所述第二荧光自所述色轮30出射后进行传播的路径。所述第二光通道为所述第一激发光与所述第二激发光自所述色轮30出射后进行传播的路径。在本实施方式中，所述第一荧光粉层3121包括红色荧光粉，即，所述第一荧光为红色荧光；所述第二荧光粉层3131包括绿色荧光粉，即，所述第二荧光为绿色荧光。因此，不同区段随着所述色轮30的转动依次接收所述第一激发光并产生时序的三基色光。需要说明的是，所述第二区段312以及所述第三区段313，除了所对应颜色的荧光粉外，还可以包括用于封装荧光粉的粘接剂，粘接剂可以为树脂、硅胶、水玻璃、玻璃或陶瓷等；其中，当采用玻璃或陶瓷作为荧光粉的封装材料时，所述色轮30也称为荧光玻璃或荧光陶瓷。具体的，陶瓷材料可以选择为氧化铝、氮氧化铝、镁铝尖晶石中的至少一种。在本实施方式中，所述色轮30与所述第一分光装置20还可设置一光收集装置130，所述光收集装置130用于收集所述色轮30出射的第一荧光以及第二荧光并出射至所述第一分光装置20。

在其它实施方式中，所述第三区段313可以省略，即，可以不通过所述第二荧光粉层3131产生绿色荧光。此时，所述第一荧光粉层3121包括黄色荧光粉，即，所述第一荧光为黄色荧光。

所述第一准直装置40、所述第一反射装置50以及所述第一会聚装置60依次设置于所述第二光通道上。所述第一准直装置40用于将所述色轮30反射的第一激发光以及所述第二激发光进行准直后出射至所述第一反射装置50。所述第一反射装置50用于将所述第一准直装置40出射的所述第一激发光以及所述第二激发光反射至所述第一会聚装置60。所述第一会聚装置60用于将所述第一反射装置50出射的所述第一激发光以及所述第二激发光进行会聚后出射至所述第二分光装置70。

所述第一分光装置20、所述第二会聚装置80以及所述第二反射装置90依次位于所述第一光通道上。所述第一分光装置20还用于引导所述色轮30出射的所述第一荧光以及所述第二荧光至所述第二会聚装置80。在本实施方式中，所述第一分光装置20透射所述第一荧光以及所述第二荧光至所述第二会聚装置80。所述第一分光装置20为反蓝透黄镜片，即，所述第一分光装置20能够反射蓝色光，并且能够透射黄色光。其中，在激发荧光粉的过程中，剩余的未被转换的部分第一激发光将被所述色轮30反射至所述第一分光装置20，而所述第一分光装置20对所述第一激发光进行反射，从而在一定程度上消除荧光中混合的第一激发光以避免所述第一激发光对荧光色坐标产生影响。

所述第二会聚装置80用于将所述第一分光装置20出射的所述第一荧光以及所述第二荧光进行会聚后出射至所述第二反射装置90。所述第二反射装置90用于将所述第二会聚装置80出射的所述第一荧光以及所述第二荧光反射至所述第二分光装置70。

所述第二分光装置70设置于所述第一光通道以及所述第二光通道的交汇处。所述第二分光装置70用于将沿所述第一光通道进行传播的所述第一荧光与所述第二荧光以及沿所述第二光通道进行传播的所述第一激发光与所述第二激发光合并至同一出光光路。具体地，所述第二分光装置70用于将所述第一会聚装置60出射的第一激发光以及第二激发光引导至所述第一匀光装置100，还用于引导所述第二反射装置90反射的所述第一荧光以及所述第二荧光至所述第一匀光装置100。在本实施方式中，所述第二分光装置70将所述第一激发光以及所述第二激发光反射至所述第一匀光装置100，透射所述第一荧光以及所述第二荧光至所述第一匀光装置100。请参阅图6，所述第二分光装置70为区域分光片，所述第二分光装置70包括位于中心的一第一区域71以及围绕所述第一区域71设置的一第二区域72。所述第一区域71为反蓝反红透绿镜片，即，所述第一区域71用于反射蓝色光以及红色光并透射绿色光。所述第二区域72为反蓝透黄镜片，即，所述第二区域72用于反射蓝色光并透射黄色光。由于所述第二分光装置70能够再次消除荧光中残余的第一激发光，从而进一步避免所述第一激发光对荧光色坐标产生影响。

所述第一匀光装置100设置于所述第二分光装置70出射的第一激发光、第一荧光以及第二荧光的出光光路上。所述第一匀光装置100用于将所述第二分光装置70出射的所述第一激发光、所述第二激发光、所述第一荧光以及所述第二荧光均匀化后出射至一空间调制器(图未示)。在本实施方式中，在所述第二分光装置70与所述第一匀光装置100之间还包括一第二准直装置101。所述第二准直装置101用于将所述第二分光装置70出射的所述第一激发光、所述第二激发光、所述第一荧光以及所述第二荧光进行准直后出射至所述第一匀光装置100。其中，经所述第二准直装置101准直后的光入射至所述第一匀光装置100时，角度较小。

在其它实施方式中，所述第一激发光源10还可位于所述第一分光装置20的上方，相应地，所述第一分光装置20为反黄透蓝镜片。即，所述第一分光装置20用于将所述第一激发光源10发射的所述第一激发光透射至所述色轮30。当所述第一激发光被所述色轮30激发而产生所述第一荧光以及所述第二荧光时，所述第一分光装置20还用于反射所述第一荧光以及所述第二荧光，同时透射并去除所述第一荧光以及所述第二荧光中混合的第一激发光。此时，所述第二会聚装置80以及所述第二反射装置90的位置可相应变更，从而将所述第一荧光以及所述第二荧光引导至所述第二分光装置70，此不赘述。

本实施例的所述色轮30上未设有滤光结构，而是利用第一分光装置反射并消除荧光中混合的第一激发光以避免所述第一激发光对荧光色坐标产生影响，而省略滤光结构有利于减小所述色轮30的尺寸，从而减小整个投影系统的体积。再者，通过增加第二激发光源10b以出射第二激发光，所述第二激发光与第一荧光通过所述第二分光装置70进行合光，使得第二激发光利用率高并改善红光显示效果，从而改善由于荧光粉受激产生的第一荧光的颜色通常不纯，且所述色轮30不存在对所述第一荧光进行修色的滤光区域导致红色显示效果不好的问题。

实施例二

请参阅图7，是本发明第二实施例的光源系统2的结构示意图。与所述光源系统1不同的是：所述光源系统2还进一步包括一第三激发光源10c以及一第三分光装置140。

所述第三激发光源10c用于发射第三激发光，所述第三激发光为绿色激光，但并不以此为限。所述第三激发光源10c与所述第二激发光源10b位于色轮30’的同一侧，所述第三激发光的发射方向大致垂直于来自所述第二激发光源10b的所述第二激发光的出射方向。所述第三激发光源10c可以为半导体二极管或者半导体二极管阵列，如激光二极管(LD)或者发光二极管(LED)等。

所述第三分光装置140设置于所述第三激发光源10c发射的第三激发光的传播路径与所述第二激发光源10b发射的第二激发光的传播路径的交汇处。所述第三分光装置140用于将所述第二激发光源10b发射的第二激发光引导至所述色轮30，并将所述第三激发光源10c发射的第三激发光引导至所述色轮30。在本实施方式中，所述第三分光装置140将所述第二激发光透射至所述色轮30，并将所述第三激发光反射至所述色轮30。所述第三分光装置140为反绿透红镜片，即，所述第三分光装置140能够反射绿色光，并且能够透射红色光。

对应地，请一并参照图8和图9，所述光源系统2的色轮30’与前述色轮30不同的是：所述第三区段313还包括朝向所述第三激发光源10c设置且相较于所述第二表面3102呈45度倾斜设置的第三斜面3132。所述第三斜面3132用于将所述第三激发光源10c出射的所述第三激发光反射至所述第二光通道进行传播。此时，所述光源系统2的第二分光装置70’用于将沿所述第一光通道进行传播的所述第一荧光与所述第二荧光以及沿所述第二光通道进行传播的所述第一激发光、所述第二激发光以及所述第三激发光合并至同一出光光路。其中，所述第三激发光源10c在所述第三区段313位于所述第一激发光的传播路径上时，发射所述第三激发光。

对应地，所述光源系统2的第二分光装置70’与前述第二分光装置70不同的是：所述第二分光装置70’的第一区域71为一高反射的反蓝反红反绿镜片，所述第一区域71用于反射所述第一会聚装置60出射的所述第一激发光、所述第二激发光以及所述第三激发光。

此外，所述光源系统2其它部分的结构以及光路走向与实施例一中的光源系统1的对应部分的结构和光路走向相同，在此不再进行赘述。

本实施例增加第三激发光源10c以出射第三激发光，所述第三激发光与第二荧光在所述第二分光装置70’利用光学扩展量合光，使得第三激发光利用效率高，从而改善第二荧光粉受激产生的第二荧光作为绿色显示光时色坐标不能满足色域要求的问题。

此外，本发明还提供一种采用上述光源系统1、2的投影系统(图未示)。所述投影系统还包括空间调制器以及投影镜头。经所述第一匀光装置100出射后的光经所述空间调制器后由所述投影镜头投射投影画面，从而完成投影产品色域的提升。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光源系统，包括：第一激发光源、第二激发光源、第一分光装置、色轮以及第二分光装置，其中：

所述第一激发光源用于发射第一激发光；

所述第二激发光源用于发射第二激发光；

所述第一分光装置用于将所述第一激发光源发出的第一激发光引导至所述色轮；

所述色轮至少包括第一区段以及第二区段，所述第一区段以及所述第二区段时序地设置于被所述第一分光装置引导的所述第一激发光的传播路径上，所述第二区段用于将所述第一激发光转换为第一荧光，所述第一荧光沿第一光通道进行传播，所述第二区段还用于将所述第二激发光引导至第二光通道进行传播，所述第一区段用于将所述第一激发光引导至第二光通道进行传播，所述第一分光装置设置于所述第一光通道上，还用于引导所述第一荧光至所述第二分光装置并去除所述第一荧光中混合的第一激发光；

所述第二分光装置设置于所述第一光通道以及所述第二光通道的交汇处，用于将沿所述第一光通道进行传播的所述第一荧光以及沿所述第二光通道进行传播的所述第一激发光与所述第二激发光合并至同一出光光路。

2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述色轮还包括第三区段，所述第一区段、所述第二区段以及所述第三区段时序地设置于被所述第一分光装置引导的所述第一激发光的传播路径上，所述第三区段用于将所述第一激发光转换为第二荧光，所述第二荧光沿所述第一光通道进行传播，所述第一分光装置还用于引导所述第二荧光至所述第二分光装置并去除所述第二荧光中混合的第一激发光。

3.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，还包括第一匀光装置，所述第二分光装置用于引导沿所述第二光通道进行传播的所述第一激发光以及所述第二激发光至所述第一匀光装置，还用于引导沿所述第一光通道进行传播的所述第一荧光以及所述第二荧光至所述第一匀光装置，并去除所述第一荧光中以及所述第二荧光中混合的第一激发光，从而向所述第一匀光装置提供形成时序的三基色光。

4.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述色轮包括一色轮基板，所述第一区段、所述第二区段以及所述第三区段位于所述色轮基板的边缘，所述色轮基板包括朝向所述第一分光装置的第一表面以及朝向所述第二激发光源的第二表面，所述第一表面与所述第二表面相对设置，所述第一区段为朝向所述第一分光装置且相较于所述第一表面倾斜设置的一第一斜面，所述第一斜面用于将所述第一激发光反射至所述第二光通道，所述第二区段包括形成于所述第一表面上的第一荧光粉层以及朝向所述第二激发光源设置且相较于所述第二表面倾斜设置的第二斜面，所述第一荧光粉层用于将所述第一激发光转换为所述第一荧光，所述第二斜面用于将所述第二激发光反射至所述第二光通道，所述第三区段包括形成于所述第一表面上的第二荧光粉层，所述第二荧光粉层用于将所述第一激发光转换为所述第二荧光。

5.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，还包括一第三激发光源以及第三分光装置，所述第三激发光源用于发射第三激发光，所述第三分光装置用于将所述第二激发光源发射的第二激发光引导至所述色轮，并将所述第三激发光源发射的第三激发光引导至所述色轮，所述第三区段还包括朝向所述第三激发光源设置且相较于所述第二表面呈倾斜设置的第三斜面，所述第三斜面用于将所述第三激发光反射至所述第二光通道进行传播，所述第二分光装置还用于将沿所述第二光通道进行传播的所述第三激发光合并至所述出光光路，其中，所述第二分光装置引导所述第三激发光至所述第一匀光装置。

6.如权利要求3所述的光源系统，其特征在于，还包括设置于所述第二光通道上的第一准直装置、第一反射装置以及第一会聚装置，所述第一准直装置用于将所述色轮反射的第一激发光以及所述第二激发光进行准直后出射至所述第一反射装置，所述第一反射装置用于将所述第一准直装置出射的所述第一激发光以及所述第二激发光反射至所述第一会聚装置，所述第一会聚装置用于将所述第一反射装置出射的所述第一激发光以及所述第二激发光进行会聚后出射至所述第二分光装置。

7.如权利要求6所述的光源系统，其特征在于，还包括设置于所述第一光通道上的第二会聚装置以及第二反射装置，所述第二会聚装置用于将所述第一分光装置出射的所述第一荧光以及所述第二荧光进行会聚后出射至所述第二反射装置，所述第二反射装置用于将所述第二会聚装置出射的所述第一荧光以及所述第二荧光反射至所述第二分光装置。

8.如权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述第一激发光源与所述第一分光装置之间还设有第二匀光装置以及第三会聚装置，所述第二匀光装置用于将所述第一激发光源发出的第一激发光均匀化后出射至所述第三会聚装置，所述第三会聚装置用于将所述第二匀光装置出射的第一激发光进行会聚后出射至所述第一分光装置。

9.如权利要求7所述的光源系统，其特征在于，还包括设置于所述第二分光装置与所述第一匀光装置之间的第二准直装置，所述第二准直装置用于将所述第二分光装置出射的所述第一激发光、所述第二激发光、所述第一荧光以及所述第二荧光进行准直后出射至所述第一匀光装置。

10.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的光源系统。

Images