TW201802568A - 光源及投影儀 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種光源及應用該光源的投影儀，包括：發光裝置、分光裝置、波長轉換裝置、中繼裝置、合光裝置，所述發光裝置發出的單色光，入射到分光裝置後在時序地或同時地分成沿第一光通道出射的第一光和沿第二光通道出射的第二光，第一光進入第一光通道照射在波長轉換裝置上激發產生了第三光；第二光入射到中繼裝置上，第二光和第三光最終通過合光裝置導入出射光接收裝置，分配給具有SLM的投影儀產生投影圖像。本發明的光源將單色光轉化為三基色光，提供了投影儀所需的光源，減少了傳統方案中將白光分割形成三基色光時光能的損失，簡化了光源的結構，提高了光效。

Description

光源及投影儀

本發明涉及一種光源及應用該光源的投影儀。

目前，相關的投影系統中，將R（紅光）、G（綠光）、B（藍光）三基色光交替進入影像處理系統而被其調製，調製得到的單色光圖像在螢幕上快速交替切換，進而利用人眼的視覺殘留效應將各時序的單色光圖像混合在一起而形成彩色圖像。這些投影系統中最常用的光源，其結構是採用由直流電源驅動的發光裝置產生單色光，入射螢光片上，激發其上的螢光粉產生白光，然後用旋轉的修色片（R、G、B三種修色片）對白光進行分離，得到對應修色片的三基色時序光。但是這種光源從白光中僅分離出RGB三種單色光，其它顏色的光均被修色片過濾掉了，對光源的利用率不高，光效低。

本發明的主要目的是提供一種應用於具有SLM（Spatial Light Modulator空間光調製器）的投影儀光源，主要在簡化光源的結構，提高光效，為實現上述目的，本發明提出的一種光源，包括：發光裝置，用於產生單色光入射到分光裝置；所述分光裝置，用於將所述發光裝置產生的單色光分成時序地或同時地沿第一光通道出射的第一光和沿第二光通道出射的第二光，所述第一光和第二光均為第一範圍波長光；波長轉換裝置，設置於第一光通道上，用於吸收所述分光裝置出射的第一光，並受激發出射第三光，所述第三光為第二範圍波長光；中繼裝置，設置於第二光通道上，用於改變所述分光裝置出射的第二光的傳播方向，將其導入合光裝置；所述合光裝置，包括第一合光裝置和第二合光裝置，所述第一合光裝置用於反射所述第一光到所述波長轉換裝置上，並透射經所述波長轉換裝置出射的所述第三光到所述第二合光裝置；所述第二合光裝置用於反射經所述中繼裝置傳輸的第二光，且時序地或同時地透射經所述第一合光裝置透射出的第三光。

優選地，所述分光裝置包括分光轉盤以及驅動所述分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤包括透射單色光的第一區域和反射該單色光的第二區域，所述發光裝置產生的所述單色光交替射入所述第一區域與第二區域，所述單色光經所述第一區域透射後形成第一光後進入第一光通道，入射到所述第一合光裝置上；所述單色光經所述第二區域反射後形成第二光進入第二光通道，入射到中繼裝置上。

優選地，所述分光轉盤的第一區域與第二區域均為扇形區域，所述扇形區域均以所述分光轉盤的旋轉中心為頂點，且圓心角之和為360度。

優選地，所述光源還包括設置於所述發光裝置和所述分光裝置之間的勻光棒，以及消相干裝置，所述消相干裝置設置於所述勻光棒和所述分光裝置之間。

優選地，所述光源還包括消相干裝置，所述消相干裝置設置於所述分光裝置和所述中繼裝置之間。

優選地，所述分光裝置包括分光轉盤以及驅動分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤同時反射和透射所述單色光。

優選地，所述分光轉盤包括區域鍍反射的AR膜片，所述AR膜片同時反射和透射所述單色光。

優選地，所述分光裝置包括分光轉盤以及驅動分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤包括環形的第三區域和第四區域，所述第三區域透射單色光，所述第四區域反射單色光，所述第三區域為內環，所述第四區域為外環；或者所述第三區域為外環，所述第四區域為內環。

優選地，所述發光裝置為雷射器陣列，用於發射藍色鐳射，所述波長轉換裝置上設有波長轉換材料層，所述波長轉換材料為黃色螢光粉，用於吸收所述分光裝置出射的第一光，並受激發出射第三光。

本發明還提出一種投影儀，包括如上述所述的光源。

本發明技術方案中，光源通過發光裝置發出的單色光，入射到分光裝置後分成時序地或同時地的兩束光，一束透射後形成第一光進入第一光通道照射在波長轉換裝置上激發產生了第三光；另一束反射後形成第二光進入第二光通道，入射到中繼裝置上，第二光和第三光最終通過合光裝置導入出射光接收裝置，分配給具有SLM的投影儀產生投影圖像。該光源相比傳統方案減少了將白光分割形成三基色光時光能的損失，簡化了光源的結構，提高了光效。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

需要說明，本發明實施例中所有方向性指示（諸如上、下、左、右、前、後……）僅用於解釋在某一特定姿態（如附圖所示）下各部件之間的相對位置關係、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，在本發明中如涉及“第一”、“第二”等的描述僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“連接”、“固定”等應做廣義理解，例如：“固定”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

另外，本發明各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護範圍之內。

請參照圖1與圖2，其中，圖1為本發明光源結構實施例一的結構示意圖，圖2為圖1之A部分的局部放大圖。如圖所示，在本發明的實施例一提出的一種應用於具有SLM的投影儀的光源，包括：發光裝置10，用於產生單色光入射到分光裝置20；所述分光裝置20，用於將所述發光裝置10產生的單色光分成時序地或同時地沿第一光通道出射的第一光和沿第二光通道出射的第二光，所述第一光和第二光均為第一範圍波長光；波長轉換裝置30，設置於第一光通道上，用於吸收所述分光裝置20出射的第一光，並受激發出射第三光，所述第三光為第二範圍波長光；中繼裝置40，設置於第二光通道上，用於改變所述分光裝置20出射的第二光的傳播方向，將其導入合光裝置50；所述合光裝置50，包括第一合光裝置51和第二合光裝置52，所述第一合光裝置51用於反射所述第一光到波長轉換裝置30上，並透射經所述波長轉換裝置30出射的所述第三光到所述第二合光裝置52；所述第二合光裝置52用於反射經所述中繼裝置40傳輸的第二光，且時序地或同時地透射經所述第一合光裝置51透射出的第三光。

需要說明的是，發光裝置10產生的單色光為RGB三基色光中的一種，經過波長轉換裝置30吸收後受激發產生另外兩種基色光的複合光。即發光裝置10發出藍光，那麼波長轉換裝置30吸收藍光後出射的第一光即為紅光和綠光的複合光—黃光；同理，若發光裝置10發射的是紅光，那麼第一光即為藍光和綠光的複合光—青光，若發光裝置10發射的是綠光，那麼第一光即為紅光和藍光的複合光—紫光。為了便於敘述，本發明內的單色光均採用藍光進行描述，因而波長轉換裝置30受藍光激發產生的第三光即為黃光，那麼相應的合光裝置50中包括反藍透黃膜片。

中繼裝置40可以是反射鏡或者其它光反射裝置。

光源通過發光裝置10發出的單色光，入射到分光裝置20後，在一段時間內單色光透射形成第一光進入第一光通道照射在波長轉換裝置30上激發產生了第三光；在另一段時間內單色光反射形成第二光進入第二光通道，入射到中繼裝置40上，第二光和第三光最終通過合光裝置50導入出射光接收裝置（圖未示），分配給SLM處理系統產生投影圖像。該光源將單色光轉化為三基色光，提供了投影儀所需的光源，減少了傳統方案中將白光分割形成三基色光時光能的損失，簡化了光源的結構，提高了光效。此外，發光裝置10採用直流電源驅動，也提高了光源的光效。

請參照圖4，圖4為本發明光源實施例一和實施例二的分光轉盤的結構示意圖，優選地，所述分光裝置20包括分光轉盤21以及驅動所述分光轉盤21旋轉的馬達22，所述分光轉盤21包括透射單色光的第一區域211和反射該單色光的第二區域212，所述發光裝置10產生的所述單色光交替射入所述第一區域211與第二區域212，所述單色光經所述第一區域211透射後形成第一光後進入第一光通道，入射到所述第一合光裝置51上；所述單色光經所述第二區域212反射後形成第二光進入第二光通道，入射到中繼裝置40上。

本實施例一中，分光轉盤21可由馬達22驅動旋轉，因而藍光保持入射角度不變即可依次照射在第一區域211和第二區域212，第一區域211為藍光透射區，鑲嵌AR玻璃（也叫減反射玻璃，能夠有效消減玻璃的反射率低於4%，增加玻璃的平均透過率超過95%）或者為鏤空結構，第二區域212為反射區，表面為可反射藍光的膜層，藍光照射在第一區域211透射後進入第一光通道，入射在第一合光裝置51上，被該裝置上的反藍透黃膜片反射後照射在波長轉換裝置30上激發產生黃光，黃光依次從第一合光裝置51和第二合光裝置52透射而出，進入出射光接收裝置；藍光照射在第二區域212反射後進入第二光通道，經過中繼裝置40反射後入射到第二合光裝置52再次反射後進入出射光接收裝置。

優選地，所述分光轉盤21的第一區域211與第二區域212均為扇形區域，所述扇形區域均以所述分光轉盤21的旋轉中心為頂點，且圓心角之和為360度。

第一區域211與第二區域212自身可以是連續的，也可以是不連續的，但是在分光轉盤21上的位置滿足在其旋轉方向上交替佈置。本實施例中，第一區域211與第二區域212呈連續分佈的扇形區域，且扇形區域的頂點均為分光轉盤21的旋轉中心，半徑均是分光轉盤21的半徑，圓心角半徑之和為360度。該結構更緊湊，更能滿足分光後光的均勻性。

繼續參見圖1、圖2，優選地，所述光源還包括設置於所述發光裝置10和所述分光裝置20之間的勻光方棒60，以及消相干裝置70，所述消相干裝置70設置於所述勻光方棒60和所述分光裝置20之間。

勻光方棒60用於將雷射器陣列發射的高斯分佈的鐳射重新配光，以產生均勻分佈的光斑，實現投影圖像亮度和色彩的均勻化。同時，採用消相干裝置70可以使光的均勻性更好，讓投影儀投射的圖像明暗能夠滿足成像的需要，本實施例中的消相干裝置70為散光片，結構簡單，成本低廉。

請同時參閱圖3與圖4，其中，圖3為本發明光源的實施例二的結構示意圖，本發明的實施例二，所述光源還包括消相干裝置70，所述消相干裝置70設置於所述分光裝置20和所述中繼裝置40之間。

由於實施例一的消相干裝置70也即散光片設置在勻光方棒60和分光裝置20之間，會使得藍光入射到波長轉換裝置30上的光斑變大，影響受激產生的黃光進入出射光接收裝置的耦合效率，因此實施例二相比第一實施例做出一些改進，將散光片單獨設置在分光裝置20和中繼裝置40之間的第二光通道上，不會對第一光通道上的黃光產生影響。

請參閱圖5，圖5為本發明光源實施例三的分光轉盤的結構示意圖。如圖5所示，本發明的實施例三，所述分光裝置20包括分光轉盤21以及驅動分光轉盤21旋轉的馬達22，所述分光轉盤21同時反射和透射所述單色光。

作為分光轉盤21同時反射和透射單色光的一種具體實施方式，本實施例的分光轉盤21採用了區域鍍反射的AR膜片的結構，該膜片為部分反射和部分透射膜片（也就是既透光也反光），發光裝置10產生的藍光照射在分光轉盤21上，同時透射形成第一光，以及反射形成第二光，第一光經過第一合光裝置51反射後照射在波長轉換裝置30上激發產生第三光—黃光，黃光在依次從第一合光裝置51和第二合光裝置52透射而出；第二光—藍光依次經過中繼裝置40和第二合光裝置52反射後，與黃光匯聚形成白光進入出射光接收裝置，本實施例適用於三片式DMD投影儀（屬於具有SLM的投影儀的一種）。

優選地，所述分光轉盤21包括區域鍍反射的AR膜片，所述AR膜片同時反射和透射所述單色光。

請參閱圖6，圖6為本發明光源實施例四的分光轉盤的結構示意圖。如圖6所示，本發明的實施例四，所述分光裝置20包括分光轉盤21以及驅動分光轉盤21旋轉的馬達22，所述分光轉盤21包括環形的第三區域213和第四區域214，所述第三區域213透射單色光，所述第四區域214反射單色光，所述第三區域213為內環，所述第四區域214為外環；或者所述第三區域213為外環，所述第四區域214為內環。

發光裝置10產生的藍光照射在分光轉盤21上第一區域211和第二區域212的交界處，同時透射形成第一光，以及反射形成第二光，第一光經過第一合光裝置51反射後照射在波長轉換裝置30上激發產生第三光—黃光，黃光再依次從第一合光裝置51和第二合光裝置52透射而出；第二光—藍光依次經過中繼裝置40和第二合光裝置52反射後，與黃光匯聚形成白光進入出射光接收裝置，本實施例同樣適用於三片式DMD投影儀。

優選地，所述發光裝置10為雷射器陣列，用於發射藍色鐳射，所述波長轉換裝置30上設有波長轉換材料層（圖未示），所述波長轉換材料為黃色螢光粉，用於吸收所述分光裝置20出射的第一光，並受激發出射第三光。

鐳射具有方向性好、顏色純度高、亮度極高等特點，因此採用鐳射作為投影設備中光源的初始光能產生極佳的顯示效果。由於藍光在三基色中頻率最高、波長最短，在光的傳播過程中能量的損失也就最小，因此能保證較高的傳輸效率；而黃色螢光材料是目前效率最高、性能最為穩定的螢光材料（波長轉換材料），因此本發明的波長轉換材料採用黃色螢光粉用於產生黃光，能夠提高入射藍色鐳射的利用率，同時保證該部件的工作可靠性。

本發明還提出一種投影儀，包括如上述所述的光源。該光源的具體結構參照上述實施例，由於本投影儀採用了上述所有實施例的全部技術方案，因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。

必須加以強調的是，以上對本發明所提供的一種光源結構進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用以幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。

＜本發明＞
10‧‧‧發光裝置
20‧‧‧分光裝置
21‧‧‧分光轉盤
211‧‧‧第一區域
212‧‧‧第二區域
213‧‧‧第三區域
214‧‧‧第四區域
22‧‧‧馬達
30‧‧‧波長轉換裝置
40‧‧‧中繼裝置
50‧‧‧合光裝置
51‧‧‧第一合光裝置
52‧‧‧第二合光裝置
60‧‧‧勻光方棒
70‧‧‧消相干裝置

圖1為本發明光源的實施例一的結構示意圖； 圖2為圖1之A部分的局部放大圖； 圖3為本發明光源的實施例二的結構示意圖； 圖4為本發明光源實施例一和實施例二的分光轉盤的結構示意圖； 圖5為本發明光源實施例三的分光轉盤的結構示意圖；以及 圖6為本發明光源實施例四的分光轉盤的結構示意圖。

10‧‧‧發光裝置

20‧‧‧分光裝置

21‧‧‧分光轉盤

22‧‧‧馬達

30‧‧‧波長轉換裝置

40‧‧‧中繼裝置

50‧‧‧合光裝置

51‧‧‧第一合光裝置

52‧‧‧第二合光裝置

60‧‧‧勻光方棒

70‧‧‧消相干裝置

Claims (10)

1. 一種光源，係包括： 一發光裝置，用於產生單色光入射到分光裝置； 其中，該分光裝置，用於將所述發光裝置產生的單色光分成時序地或同時地沿第一光通道出射的第一光和沿第二光通道出射的第二光，所述第一光和第二光均為第一範圍波長光； 一波長轉換裝置，設置於第一光通道上，用於吸收所述分光裝置出射的第一光，並受激發出射第三光，所述第三光為第二範圍波長光； 一中繼裝置，設置於第二光通道上，用於改變所述分光裝置出射的第二光的傳播方向，將其導入合光裝置； 其中，該合光裝置，包括第一合光裝置和第二合光裝置，所述第一合光裝置用於反射所述第一光到所述波長轉換裝置上，並透射經所述波長轉換裝置出射的所述第三光到所述第二合光裝置；所述第二合光裝置用於反射經所述中繼裝置傳輸的第二光，且時序地或同時地透射經所述第一合光裝置透射出的第三光。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光源，其中，該分光裝置包括分光轉盤以及驅動所述分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤包括透射單色光的第一區域和反射單色光的第二區域，所述發光裝置產生的所述單色光交替射入所述第一區域與第二區域，所述單色光經所述第一區域透射後形成第一光後進入第一光通道，入射到所述第一合光裝置上；所述單色光經所述第二區域反射後形成第二光進入第二光通道，入射到中繼裝置上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光源，其中，該分光轉盤的第一區域與第二區域均為扇形區域，所述扇形區域均以所述分光轉盤的旋轉中心為頂點，且圓心角之和為360度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光源，其中，該光源還包括設置於所述發光裝置和所述分光裝置之間的勻光方棒，以及消相干裝置，所述消相干裝置設置於所述勻光方棒和所述分光裝置之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光源，其中，該光源還包括消相干裝置，所述消相干裝置設置於所述分光裝置和所述中繼裝置之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光源，其中，該分光裝置包括分光轉盤以及驅動分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤同時反射和透射所述單色光。
7. 如申請專利範圍第6項所述的光源，其中，該分光轉盤包括區域鍍反射的AR膜片，所述AR膜片同時反射和透射所述單色光。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光源，其中，該分光裝置包括分光轉盤以及驅動分光轉盤旋轉的馬達，所述分光轉盤包括環形 的第三區域和第四區域，所述第三區域透射單色光，所述第四區域反射單色光，所述第三區域為內環，所述第四區域為外環；或者所述第三區域為外環，所述第四區域為內環。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光源，其中，該發光裝置為雷射器陣列，用於發射藍色鐳射，所述波長轉換裝置上設有波長轉換材料層，所述波長轉換材料為黃色螢光粉，用於吸收所述分光裝置出射的第一光，並受激發出射第三光。
10. 一種投影儀，係包括如申請專利範圍第1至9項中的任一項所述的光源。