CN112099296B - 双色激光光源和激光投影机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双色激光光源和激光投影机，属于投影显示领域。激光光源包括第一蓝色激光器、第二蓝色激光器、红色激光器，分别发出第一蓝色激光、第二蓝色激光和红色激光；第一蓝色激光与第二蓝色激光的出光方向垂直，且与红色激光的出光方向平行；荧光轮设置有绿色荧光区和透射区，当荧光轮转动至绿色荧光区时，接收第一蓝色激光的照射产生绿色荧光，并将绿色荧光反射向二向色片；当荧光轮转动至透射区时，透射红色激光至二向色片；二向色片透射第二蓝色激光、反射红色激光、反射绿色荧光至光收集部件。本发明解决了相关技术中双色激光光源的光路系统较为复杂，双色激光光源的体积较大的问题。本发明用于双色激光光源的设计。

Description

双色激光光源和激光投影机

本申请是基于中国发明申请201710712834.9（2017-8-18），发明名称：双色激光光源和激光投影机的分案申请。

技术领域

本发明涉及投影显示领域，特别涉及一种双色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。与传统的单色激光光源相比，双色激光光源可以提高光源的色彩纯度、色彩亮度以及色域，更好地满足激光投影的色彩需求。

相关技术中，如图1所示，双色激光光源一般包括蓝色激光器101、红色激光器102、荧光轮103、光束整形装置104、合光部件105和光收集部件106。该双色激光光源的出光原理包括：蓝色激光器101发出的蓝色激光经过光束整形装置104后，由合光部件105反射至荧光轮103，从荧光轮103透射并经过中继回路光路后再次到达合光部件105，被合光部件105反射输出；蓝色激光照射至荧光轮103上，可以激发荧光轮103发出绿色荧光，该绿色荧光由合光部件105透射输出；红色激光器102发出的红色激光经过光束整形装置104后，由合光部件105反射输出；三种颜色的光进入光收集部件后，实现激光光源的照明功能。

但是，相关技术中，为了激发荧光轮发出绿色荧光，蓝色激光的光路传输路径较为复杂，从而双色激光光源的光路系统较为复杂，双色激光光源的体积较大。

发明内容

为了解决相关技术中双色激光光源的光路系统较为复杂，双色激光光源的体积较大的问题，本发明实施例提供了一种双色激光光源和激光投影机。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种双色激光光源，所述激光光源包括第一蓝色激光器、第二蓝色激光器、红色激光器、荧光轮和合光部件，所述荧光轮设置有绿色荧光区和透射区；

所述合光部件用于将所述第一蓝色激光器发出的第一蓝色激光传输至所述荧光轮，并在接收到所述第一蓝色激光照射所述绿色荧光区所产生的绿色荧光后，将所述绿色荧光传输至光收集部件；

所述合光部件还用于接收所述第二蓝色激光器发出的第二蓝色激光，并将所述第二蓝色激光传输至所述光收集部件；

所述合光部件还用于接收由所述红色激光器发出并经由所述透射区透射的红色激光，并将所述红色激光传输至所述光收集部件。

另一方面，本发明提供了一种激光投影机，所述激光投影机包括上一方面任一所述的双色激光光源。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的双色激光光源和激光投影机，通过使第一蓝色激光器发出的蓝色激光能够激发荧光轮发出绿色荧光，再由合光部件将该绿色荧光、第二蓝色激光器发出的蓝色激光以及红色激光器发出的红色激光采集后传输至光收集部件，与相关技术相比，蓝色激光器发出的蓝色激光无需在中继回路光路中传输，因此无需在双色激光光源中设置中继回路光路，简化了双色激光光源的光路系统，同时减小了双色激光光源的体积。

附图说明

图1是相关技术中的一种双色激光光源的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种双色激光光源的结构示意图；

图3-1是本发明实施例提供的一种荧光轮的示意图；

图3-2是本发明实施例提供的另一种荧光轮的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种双色激光光源的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种滤色轮的示意图。

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。

与单色激光光源相比，双色激光光源可以提高光源的色彩纯度、色彩亮度以及色域，更好地满足激光投影的色彩需求。

本发明实施例提供了一种双色激光光源，如图2所示，该激光光源包括第一蓝色激光器21a、第二蓝色激光器21b、红色激光器22、荧光轮23和合光部件24，荧光轮23设置有绿色荧光区和透射区。

合光部件24用于将第一蓝色激光器21a发出的第一蓝色激光传输至荧光轮23，并在接收到第一蓝色激光照射绿色荧光区所产生的绿色荧光后，将绿色荧光传输至光收集部件25。

合光部件24还用于接收第二蓝色激光器21b发出的第二蓝色激光，并将第二蓝色激光传输至光收集部件25。

合光部件24还用于接收由红色激光器22发出并经由透射区透射的红色激光，并将红色激光传输至光收集部件25。

如图2所示，第一蓝色激光器21a、第二蓝色激光器21b、合光部件24和光收集部件25设置在荧光轮23的第一侧，红色激光器22设置在荧光轮23的第二侧，合光部件24设置在第一蓝色激光器21a和荧光轮23之间，且合光部件24设置在第二蓝色激光器21b和光收集部件25之间。

需要说明的是，本发明实施例提供的激光器可以为激光器阵列。

可选的，如图2所示，双色激光光源还可以包括多个光束整形装置和反射装置E，该多个光束整形装置包括第一光束整形装置A、第二光束整形装置B、第三光束整形装置C和第四光束整形装置D。

其中，第一光束整形装置A、第三光束整形装置C和第四光束整形装置D可以为望远镜系统（实际应用中，该望远镜系统可以包括一个凸透镜和一个凹透镜），用于将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，可以提高平行激光在后端光学器件中的透过率。

第二光束整形装置B可以由两个透镜组成，第一蓝色激光由该两个透镜聚焦后照射至荧光轮上，荧光轮发出的绿色荧光和红色激光器发出的红色激光可以由该两个透镜进行准直处理后进入合光部件，提高出光的均匀性。

第二光束整形装置B还可以由一个、三个或四个透镜组成，本发明实施例对组成第二光束整形装置B的透镜数量不做限定。

本发明实施例提供的双色激光光源的光路传输过程包括：第一蓝色激光经过第一光束整形装置A后，从合光部件24透射，再经过第二光束整形装置B照射在荧光轮23上，激发绿色荧光粉发出绿色荧光，该绿色荧光经过第二光束整形装置B后由合光部件24反射输出；第二蓝色激光经过第三光束整形装置C后，从合光部件24透射输出；红色激光器22发出的红色激光经过第四光束整形装置D后，由反射装置E将该红色激光反射至荧光轮23，该红色激光从荧光轮23透射后，经过第二光束整形装置B并由合光部件24反射输出。三种颜色的光进入光收集部件25后可以混合形成白光，实现双色激光光源的照明功能。

其中，反射装置E可以为反射片，该反射片可以与红色激光器呈45°夹角放置，以使得水平放置的红色激光器发出的红色激光由该反射片反射后，可以垂直射入荧光轮，使红色激光能够按照预设的光路进行传输，从而保证了激光传输的稳定性。

可选的，光收集部件可以为光棒。

综上所述，本发明实施例提供的双色激光光源，通过使第一蓝色激光能够激发荧光轮发出绿色荧光，再由合光部件将该绿色荧光、第二蓝色激光以及红色激光器发出的红色激光采集后传输至光收集部件，与相关技术相比，蓝色激光器发出的蓝色激光无需在中继回路光路中传输，因此无需在双色激光光源中设置中继回路光路，简化了双色激光光源的光路系统，同时减小了双色激光光源的体积。

在本发明实施例中，第一蓝色激光器、第二蓝色激光器和红色激光器均为时序点亮。可选的，第一蓝色激光器、第二蓝色激光器和红色激光器的点亮时刻不同。

可选的，如图3-1所示，荧光轮可以包括绿色荧光区Y和透射区K，绿色荧光区Y的表面设置有绿色荧光粉，透射区Y的表面设置有第一漫射体，绿色荧光区和透射区均呈扇形排布，该荧光轮在转动时，能够时序性地发出绿色荧光和透射红色激光。

其中，第一漫射体可以为微米级的粒子。

实际应用中，荧光轮可以按照预设的转动速度进行转动，当荧光轮的绿色荧光区对准第二光束整形装置（绿色荧光区为激光的照射区域）时，点亮第一蓝色激光器，且第二蓝色激光器和红色激光器均不点亮；当荧光轮的透射区对准第二光束整形装置（透射区为激光的照射区域）时，点亮红色激光器，且第一蓝色激光器和第二蓝色激光器均不点亮。

由于荧光轮的中心区域无法对准第二光束整形装置，也即是荧光轮的中心区域任意时刻均无法成为激光的照射区域，因此如图3-2所示，荧光轮还可以包括空白区Q，该空白区Q位于荧光轮的中心区域，绿色荧光区Y位于空白区Q的外围，该绿色荧光区Y呈扇形环状排布，透射区K呈扇形排布。

如图4所示，合光部件可以包括：二向色片241，二向色片241设置在光收集部件25的入光侧，二向色片241用于透射第一蓝色激光和第二蓝色激光，反射绿色荧光以及反射红色激光器22发出的红色激光。

可选的，如图4所示，合光部件还可以包括固定扩散片242，该固定扩散片用于匀化第一蓝色激光，由于第一蓝色激光为荧光轮的激励光，如果光束未进行匀化，激光的光斑强度分布不均，能量集中，直接入射到荧光轮表面时，能量集中的激光光斑可能会使荧光轮表面发生灼烧，损坏荧光轮，导致激光无法正常激发荧光轮发出荧光。

进一步的，如图4所示，激光光源还可以包括：滤色轮26，该滤色轮26设置在二向色片241（合光部件）和光收集部件25的入光侧之间，如图5所示，该滤色轮可以包括红光扩散区R、蓝色滤光区Z和绿色滤光区G。滤色轮在转动时，能够时序性地透射蓝色激光、红色激光和绿色荧光。

具体的，滤色轮在转动时，当滤色轮的照射区域为蓝色滤光区时，点亮第二蓝色激光器，同时第一蓝色激光器和红色激光器均不点亮；当滤色轮的照射区域为红光扩散区时，点亮红色激光器，同时第一蓝色激光器和第二蓝色激光器均不点亮；当滤色轮的照射区域为绿色滤光区时，点亮第一蓝色激光器，同时第二蓝色激光器和红色激光器均不点亮，从而实现了时序性地透射蓝色激光、红色激光和绿色荧光。

进一步的，如图4所示，合光部件还可以包括聚焦透镜243，该聚焦透镜243设置在二向色片241和滤色轮26之间。由于二向色片透射或反射的光的光束扩散角大于光收集部件收集角度时，会导致光的收集效率低，影响投影光源亮度，聚焦透镜可以用于将从二向色片透射的第二蓝色激光、反射的绿色荧光以及反射的红色激光分别进行聚焦，提高光收集部件对光的收集效率，以提高投影光源的亮度。

可选的，在本发明实施例提供的滤色轮中，红光扩散区的表面设置有第二漫射体，蓝色滤光区的表面设置有第三漫射体。该第二漫射体和第三漫射体可以为微米级的粒子，第三漫射体的粒子直径可以与第二漫射体的粒子直径相同。其中，第二漫射体的粒子直径与荧光轮的透射区的表面设置的第一漫射体的粒子直径不同。

由于激光的高相干性，不可避免地产生散斑效应。所谓散斑是指相干光源在照射粗糙的物体时，散射后的光由于波长相同，相位恒定，就会在空间中产生干涉，空间中有部分发生干涉相长，有部分发生干涉相消，最终的结果是在屏幕上出现颗粒状的明暗相间的斑点，也就是一些未聚焦的斑点闪烁，长时间观看易产生眩晕感，这无疑会造成投影图像质量的下降，降低用户的观看体验。相较于蓝色激光，红色激光的相干长度更长，具有更高的相干性，因此散斑现象更为严重。

在本发明实施例中，红色激光器发出的红色激光在经过荧光轮时，先由荧光轮的透射区上的第一漫射体将该红色激光进行第一次扩散，进入合光部件后，由合光部件中的滤色轮的红光扩散区上的第二漫射体对该红色激光进行第二次扩散，由于第一漫射体的粒子直径与第二漫射体的粒子直径不同，因此对红色激光的扩散角度不同，可以使红色激光产生较多的独立随机相位图样；进一步的，由于荧光轮和滤色轮都是转动的，运动的漫射体可以进一步增加随机相位，能够更好的破坏红色激光的相干性，从而用于投影的激光光源在投影图像上能够形成更多的独立随机相位图样，而独立随机相位图样的数目越多，利用人眼的积分作用，明暗斑点的现象就越弱，从而能够有效减弱红色激光的散斑效应，提高了双色激光光源的光学品质。

示例的，第一漫射体的粒子直径可以大于第二漫射体的粒子直径，例如，第一漫射体的粒子直径为100微米，第二漫射体和第三漫射体的粒子直径为30微米。第一漫射体可以将红色激光先打散，再由第二漫射体对红色激光的相位进行精确重排。

需要说明的是，第一漫射体的粒子直径也可以小于第二漫射体的粒子直径，例如第一漫射体的粒子直径为30微米，第二漫射体和第三漫射体的粒子直径为100微米。

另外，滤色轮的蓝色滤光区上的第三漫射体用于匀化第二蓝色激光，对蓝色激光起到消散斑的作用；滤色轮上的绿色滤光区用于过滤绿色荧光，使进入光收集部件的绿光更纯。

综上所述，本发明实施例提供的双色激光光源，通过使第一蓝色激光能够激发荧光轮发出绿色荧光，再由合光部件将该绿色荧光、第二蓝色激光以及红色激光器发出的红色激光采集后传输至光收集部件，与相关技术相比，蓝色激光器发出的蓝色激光无需在中继回路光路中传输，因此无需在双色激光光源中设置中继回路光路，简化了双色激光光源的光路系统，同时减小了双色激光光源的体积，另外，通过在荧光轮的透射区的表面设置第一漫射体，在滤色轮的红光扩散区的表面设置第二漫射体，实现了对相干性较高的红色激光的两次扩散，对红色激光起到了较好的消散斑效果，从而提高了双色激光光源的光学品质。

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图2或图4所示的双色激光光源。

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 (10)

1.一种双色激光光源，其特征在于，所述激光光源包括第一蓝色激光器、第二蓝色激光器、红色激光器，分别发出第一蓝色激光、第二蓝色激光和红色激光；所述第一蓝色激光与所述第二蓝色激光的出光方向垂直，且与所述红色激光的出光方向平行；

二向色片，设置于所述第一蓝色激光、第二蓝色激光和红色激光的交汇处；

荧光轮，设置有绿色荧光区和透射区，所述荧光轮位于所述二向色片和所述红色激光器之间；

所述第一蓝色激光用于通过第一光束整形装置后，透射通过所述二向色片后射向所述荧光轮，所述第一光束整形装置用于减小光束的面积；

所述荧光轮还用于，当所述荧光轮转动至所述绿色荧光区时，接收所述第一蓝色激光的照射产生绿色荧光，并将所述绿色荧光反射向所述二向色片；以及，当所述荧光轮转动至所述透射区时，透射所述红色激光至所述二向色片；

所述二向色片还用于透射所述第二蓝色激光、反射所述红色激光、反射所述绿色荧光至光收集部件。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述第一蓝色激光透射通过所述二向色片后还经过第二光束整形装置后照射至所述荧光轮上，所述第二光束整形装置用于对所述第一蓝色激光聚焦。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述第一蓝色激光在入射所述荧光轮之前还经过固定扩散片，所述固定扩散片用于匀化所述第一蓝色激光。

4.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述第一蓝色激光和所述红色激光的出光方向相对。

5.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述荧光轮的透射区的表面设置有第一漫射体，用于对所述红色激光进行第一次扩散。

6.根据权利要求1至5任一所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括转动的滤色轮，所述滤色轮设置在所述二向色片和所述光收集部件的入光侧之间，所述滤色轮包括红光扩散区、蓝色滤光区和绿色滤光区。

7.根据权利要求6所述的激光光源，其特征在于，所述红光扩散区的表面设置有第二漫射体，用于对所述红色激光进行第二次扩散。

8.根据权利要求7所述的激光光源，其特征在于，所述第二漫射体的粒子直径与所述荧光轮的透射区的表面设置的第一漫射体的粒子直径不同，或，

所述第一漫射体的粒子直径大于所述第二漫射体的粒子直径。

9.根据权利要求6所述的激光光源，其特征在于，所述蓝色滤光区的表面设置有第三漫射体，用于匀化所述第二蓝色激光。

10.一种激光投影机，其特征在于，所述激光投影机包括权利要求1至9任一所述的双色激光光源。

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