CN115793369A - 一种混合光源装置及投影显示*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合光源装置及投影显示***，所述混合光源装置包括激光光源，散射与荧光转换装置，三色激光光路，蓝色激光回路，荧光光路和合光组件。所述散射与荧光转换装置包括散射部件和荧光转换部件。所述激光光源持续发出蓝色激光，分时发出绿色及红色激光。所述激光光源只发出蓝色激光时，蓝光经激光光路传输到散射部件并透射。所述激光光源同时发出蓝、绿或同时发出蓝、红激光时，绿、红激光透过散射部件；而蓝色激光束被散射部件反射，并经过蓝光回路照射到荧光转换部件，蓝色激光激发荧光粉发出红、绿荧光。荧光光路接收激发出的荧光并传输到合光组件。合光组件可反射红、绿荧光并透过红、绿、蓝激光，实现激光与荧光的合光。

Description

一种混合光源装置及投影显示***

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，具体的说，是一种包含三色激光和激光激发荧光粉发光的混合光源装置，适用于投影显示***。

背景技术

随着半导体激光器技术的提升，应用于三色纯激光投影产品的激光器阵列越来越小型化，使用的激光器芯片数量也越来越少。这样虽然能降低成本并利于减小投影产品的体积，但是对消散斑带来较大难度。

另外，单片式DLP投影显示***，采用分时合光方式输出投影画面，红、绿、蓝激光器分时发光的方式也限制了投影产品的亮度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合光源装置，应用于投影显示领域，用于解决现有技术中三色纯激光显示技术的散斑效果差和光通量低或光效低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合光源装置，包括激光光源、第一合光组件、偏振分光组件、四分之一波片、透镜组件、散射与荧光转换装置、反射镜组件、第二合光组件。

所述激光光源包括第一子光源、第二子光源和第三子光源，三者并排排列。其中，第一子光源直流驱动，持续发出第一激光束；第二子光源和第三子光源依次分时发光，分别发出第二激光束和第三激光束；三个激光束的光轴平行，且三个激光束的主波长各不相同；三个激光束的偏振态相同，都为第一偏振光。

所述第一合光组件由若干片反射镜和二向色镜组合而成，用于将第一激光束、第二激光束和第三激光束合成一束光轴重合的光束。

所述偏振分光组件可透过第一偏振光，并反射振动方向与之垂直的第二偏振光。

所述散射与荧光转换装置，包括散射部件、荧光转换部件、散热部件和马达；散射部件、荧光转换部件和散热部件均为圆环形，且三者同心设置并固定于马达转动轴上。

进一步的，所述散射部件包括第一散射区、第二散射区和第三散射区，其中第二散射区和第三散射区的入光面镀有滤光膜，可透过第二激光束和第三激光束，反射第一激光束；第一散射区可透过第一激光束。

进一步的，所述荧光转换部件包括辅助区、第一荧光转换区、第二荧光转换区；所述辅助区作用在于导热及辅助配重。

进一步的，所述第一荧光转换区和第二荧光转换区均包括透明基板、荧光粉层和滤光层。

所述透镜组件包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组；第一透镜组和第二透镜组分别位于扩散部件的入光侧和出光侧，分别用于会聚和准直激光光束；第三透镜组和第四透镜组位于荧光转换部件的入光侧和出光侧，分别用于会聚激光束和接收并准直荧光光束。

所述反射镜组件包括第一反射镜和第二反射镜，用于反射光束及光路折叠。

所述第二合光组件为二向色镜，用于反射荧光，并透射激光，使二者合成一束同轴光束。

进一步的，所述第一透镜组、四分之一波片、偏振分光组件、第一反射镜、和第三透镜组依次组成第一激光回路；所述四分之一波片垂直于光轴设置，位于第一透镜组和偏振分光组件中间；所述偏振分光组件与光轴成45°放置。

进一步的，当第一子光源发出第一激光束，第二子光源和第三子光源不发光时，第一激光束依次透过偏振转换组件、四分之一波片和第一透镜组后，聚焦到散射部件；此时散射与荧光转换装置高速同步旋转，使第一激光束能照射到第一散射区并透射，再经过第二透镜组准直成平行光束，然后透过第二合光组件。

进一步的，当第一子光源和第二子光源同时发光时，二者发出的第一激光束和第二激光束经第一合光组件合成一束同轴光束，然后依次透过偏振分光组件、四分之一波片和第一透镜组件，聚焦于散射部件的第二散射区；此时第二激光束透过第二散射区，并被第二透镜组接收，并准直成平行光束，然后透过第二合光组件；而第一激光束则被第二散射区的入光面滤光膜反射，反射光进入第一激光回路，在第一激光回路中第一激光束第二次透过四分之一波片后转变成第二偏振光，此时再次入射到偏振分光组件表面时被反射，最后第一激光束聚焦于第一荧光区，激发第一荧光区发出第一荧光光束，第一荧光光束被第四透镜组接收并准直成平行光束，再经过第二反射镜和第二合光组件的反射，与第二激光束合成一束同轴光束。

进一步的，当第一子光源和第三子光源同时发光时，二者发出的第一激光束和第三激光束经第一合光组件合成一束同轴光束，然后依次透过偏振分光组件、四分之一波片和第一透镜组件，聚焦于散射部件的第三散射区；此时第三激光束透过第三散射区，并被第二透镜组接收，并准直成平行光束，然后透过第二合光组件；而第一激光束则被第三散射区的入光面滤光膜反射，反射光进入第一激光回路，在第一激光回路中第一激光束第二次透过四分之一波片后转变成第二偏振光，此时再次入射到偏振分光组件表面时被反射，最后第一激光束聚焦于第二荧光区，激发第二荧光区发出第二荧光光束，第二荧光光束被第四透镜组接收并准直成平行光束，再经过第二反射镜和第二合光组件的反射，与第二激光束合成一束同轴光束。

经过以上过程后，第一激光束、第二激光束、第三激光束、第一荧光光束和第二荧光光束合成一束同轴光束。

一种混合光源装置，包括：

激光光源，所述激光光源用于发出三种主波长各不相同、偏振态相同且都为第一偏振光的第一激光束、第二激光束和第三激光束；第一激光束与第二激光束和第三激光束的光路垂直；

偏振分光组件，所述偏振分光组件透过第一偏振光，并反射振动方向与之垂直的第二偏振光；

第三合光组件，所述第三合光组件设置在激光光源与荧光转换装置之间，且与第二激光束和第三激光束的光路平行、与第一激光束的光路垂直；

散射与荧光转换装置，所述散射与荧光转换装置包括呈圆环布置的散射部件和荧光转换部件，所述散射部件分为外环设置的第一散射区、第二散射区和第三散射区，所述荧光转换部件分为内环设置的第一荧光转换区、第二荧光转换区；

所述第一散射区用于将第一激光束透射，所述第二散射区用于将第二激光束透射，并将第一激光束反射；第三散射区用于将第三激光束透射，并将第一激光束反射；

四分之一波片，设置在偏振分光组件和第三合光组件之间，用于将经过散射与荧光转换装置反射的第一激光束转变成第二偏振光，通过偏振分光组件反射到第一光路改变单元；

偏振分光组件用于将第二偏振光入射到第一荧光转换区或第二荧光转换区；相应激发第一荧光区发出第一荧光光束或激发第二荧光区发出第二荧光光束；

第二光路改变单元，用于将第一荧光光束与通过散射部件的第二激光束合光或将第二荧光光束与通过散射部件的第三激光束反射到第二合光组件进行合光。

本发明还提供一种投影显示***，包括如上所述的混合光源装置。

本申请所提供的一种混合光源装置及投影显示***具有的有益效果包括但不限于：

本发明提供一种混合光源装置及投影显示***，在三色纯激光投影***基础上，增加使用散射与荧光转换装置，可在红色激光、绿色激光发光时，补充相应的绿色和红色荧光，既有利于降低纯激光投影产品的散斑对比度，又能提升光通量。本发明采用透射式荧光转换方案，***结构简单，更利于降低投影***体积。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种混合光源装置的光路示意图；

图2为本发明实施例二的一种混合光源装置的光路示意图；

图3为本发明散射与荧光转换装置的结构示意图；

图4为本发明激光光源时序控制示意图；

附图中标记：10-激光光源；101-第一子光源；102-第二子光源；103-第三子光源；20-第一合光组件；30-偏振分光组件；40-四分之一波片；501-第一透镜组；502-第二透镜组；503-第三透镜组；504-第四透镜组；60-散射与荧光转换装置；601-散射部件；602-荧光转换部件；603-散热部件；604-马达；6011-第一散射区；6012-第二散射区；6013-第三散射区；6021-辅助区；6022-第一荧光转换区；6023-第二荧光转换区；701-第一反射镜；702-第二反射镜；801-第二合光组件；802-第三合光组件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

以下将结合图1对本申请实施例所涉及的一种混合光源装置及投影显示***进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种混合光源装置，包括激光光源10、第一合光组件20、偏振分光组件30、四分之一波片40、第一透镜组件501、第二透镜组件502、第三透镜组件503、第四透镜组件504、散射与荧光转换装置60、第一反射镜701、第二反射镜702、第二合光组件801。

所述激光光源10包括第一子光源101、第二子光源102和第三子光源103，三者并排排列。其中，第一子光源101直流驱动，持续发出主波长465nm的蓝色激光束；第二子光源102和第三子光源103依次分时发光，分别发出主波长525nm的绿色激光和主波长639nm、643nm、647nm的红色激光束；上述红、绿、蓝激光束的光轴平行，并且都为P偏振光。

所述第一合光组件20正对激光光源10设置，由1片反射镜和两片二向色镜组合而成，用于将红、绿、蓝激光束合成一束光轴重合的激光束。

所述偏振分光组件30为平面偏振分光片，可透过P偏振光，反射S偏振光。

所述第二合光组件为二向色镜，镀膜规格为：透过445nm-535nm波长范围和635nm-680nm波长范围的光，反射536nm-634nm波长范围的光。

如图3所示，所述散射与荧光转换装置60包括散射部件601、荧光转换部件602、散热部件603和马达604；所述扩散部件601包括第一散射区6011、第二散射区6012和第三散射区6013；所述荧光转换部件602包括辅助区6021、第一荧光转换区6022和第二荧光转换区6023。

所述散射部件601、荧光转换部件602和散热部件603均为圆环形，且三者同心设置并固定于马达604的转动轴上，马达604带动散射与荧光转换装置60高速旋转，且在时序上与激光光源10的分时发光匹配控制。

所述第一散射区6011为散射片，入光面为镜面镀增透膜，出光面为散射面。

所述第二散射区6012和第三散射区6013也为散射片，入光面镀分光膜，镀膜规格为：透过440nm-470nm波长范围的光，反射500nm-680nm范围的光；出光面为散射面。

所述辅助区6021为金属材料，其作用为辅助导热及配重。

所述第一荧光转换区6022和第二荧光转换区6023均包括透明基板、荧光粉层和滤光层；其中第一荧光转换区6022的荧光粉层是绿色荧光粉，第二荧光转换区6023的荧光粉层是黄色或橙色荧光粉。

本实施例还设置蓝光回路，按照光的传播方向依次设置第一透镜组501、四分之一波片40、偏振分光组件30、第一反射镜701、和第三透镜组503；其中，四分之一波片40垂直于光轴设置，位于第一透镜组501和偏振分光组件30中间，偏振分光组件30与光轴成45°放置；蓝光回路入光端光轴正对散射部件601，出光端光轴正对荧光转换部件。

如图4所示，光源时序控制示意图，在t0-t1时间段内，第一子光源101发出蓝色激光束，第二子光源102和第三子光源103不发光，蓝光激光束依次通过第一合光组件20、偏振转换组件30、四分之一波片40和第一透镜组501后，聚焦到扩散部件601；此时散射与荧光转换装置60高速旋转，使蓝光激光束能透过第一扩散区6011；然后再经过第二透镜组502准直成平行光束，并透过第二合光组件801。

在t1-t2时间段内，第一子光源101和第二子光源102同时发光，二者分别发出的蓝色激光束和绿色激光束，经第一合光组件20合成一束同轴光束，然后依次透过偏振分光组件30、四分之一波片40和第一透镜组件501，聚焦于扩散部件601；此时散射与荧光转换装置60高速旋转，使蓝、绿光激光束照射在第二扩散区6012；其中，绿色激光束透过第二扩散区6012并被第二透镜组502接收，并准直成平行光束，然后透过第二合光组件801；而蓝色激光束则被第二扩散区6012的入光面反射，反射光进入蓝光回路。在蓝光回路中蓝光激光束第二次透过四分之一波片后变成S偏振光，此时再次入射到偏振分光组件30表面时被反射，最后蓝色激光束通过蓝光回路并聚焦于第一荧光区6022，激发第一荧光区的绿色荧光粉发出绿色荧光，绿色荧光被第四透镜组504接收并准直成平行光束，再经过第二反射镜702和第二合光组件801的反射，与绿色激光束合成一束同轴光束。

在t2-t3时间段内，第一子光源101和第三子光源103同时发光，二者分别发出的蓝色激光束和红色激光束，经第一合光组件20合成一束同轴光束，然后依次透过偏振分光组件30、四分之一波片40和第一透镜组件501，聚焦于扩散部件601；此时散射与荧光转换装置60高速旋转，使蓝、红光激光束照射在第三扩散区6013；其中，红色激光束透过第二扩散区6013并被第二透镜组502接收，并准直成平行光束，然后透过第二合光组件801；而蓝色激光束则被第二扩散区6013的入光面反射，反射光进入蓝光回路。在蓝光回路中蓝光激光束第二次透过四分之一波片后变成S偏振光，此时再次入射到偏振分光组件30表面时被反射，最后蓝色激光束经蓝光回路后，聚焦于第二荧光区6023，激发第二荧光区的黄色荧光粉发出黄色荧光，黄色荧光经滤光层后变成红色荧光，红色荧光被第四透镜组504接收并准直成平行光束，再经过第二反射镜702和第二合光组件801的反射，与红色色激光束合成一束同轴光束。

经过以上过程后，t0-t3时间段内，红、绿、蓝激光光束和红、绿荧光光束合成一束同轴光束。

本实施例可应用于一种投影显示***，除上述混合光源装置外，还包括光积分器、中继光路、DMD芯片、投影镜头等。

实施例二

本实施例在原理上与实施例一类似，不同之处在于激光光源的子光源位置设置有差异，因此蓝光回路也相应做匹配性更改，具体实施方式如下：

如图2所示，本实施例提供一种混合光源装置，包括激光光源10、第一合光组件20、偏振分光组件30、四分之一波片40、第一透镜组件501、第二透镜组件502、第三透镜组件503、第四透镜组件504、散射与荧光转换装置60、第二反射镜702、第二合光组件801、第三合光组件802。

所述激光光源10包括第一子光源101、第二子光源102和第三子光源103，其中，第二子光源102和第三子光源103并排放置，而第一子光源101与二者分开设置，且发出的蓝色激光束与第二子光源102和第三子光源103发出绿、红激光束垂直。

所述第三合光组件802为二向色镜，其镀膜规格为：透过500nm-680nm波长范围内的光束，反射440nm-500nm范围内的光束。

本实施例中的蓝光回路技术方案如下：

所述蓝光回路按照蓝光传播方向依次设置第一透镜组501，第三合光组件802，四分之一波片40，偏振分光组件30，第三透镜组503；其中四分之一波片40垂直于光轴放置，位置设置在第三合光组件802合偏振分光组件30中间；蓝光回路入光端光轴正对散射部件601，出光端光轴正对荧光转换部件。

所述第二子光源102发出的绿色激光束与第三子光源103发出的红色激光束经第一合光组件20合成光轴重合的一束光，然后透过第三合光组件802。

所述第一子光源101发出的蓝色激光束透过偏振分光组件30、四分之一波片40后入射到第三合光组件802表面，然后被反射。

被反射的蓝色激光束与上述透过的红、绿激光束合成光轴重合的一束光，经第一透镜组501聚焦于散射部件601表面。

当上述合成一束的激光束照射到第二散射区6012和第三散射区6013时，蓝光被反射回蓝光回路，并经过蓝光回路照射到第一荧光区6022和第二荧光区6023。

以上所述为本实施例与实施例一的差异点，其它未描述的光路设置方式及光路工作原理，与实施例一相同，本领域技术人员很容易理解，这里不再重复描述。

本实施例可应用于一种投影显示***，除上述混合光源装置外，还包括光积分器、中继光路、DMD芯片、投影镜头等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合光源装置，其特征在于，包括：

激光光源，所述激光光源用于发出三种主波长各不相同、偏振态相同且都为第一偏振光的第一激光束、第二激光束和第三激光束；

偏振分光组件，所述偏振分光组件透过第一偏振光，并反射振动方向与之垂直的第二偏振光；

散射与荧光转换装置，所述散射与荧光转换装置包括呈圆环布置的散射部件和荧光转换部件，所述散射部件分为外环设置的第一散射区、第二散射区和第三散射区，所述荧光转换部件分为内环设置的第一荧光转换区、第二荧光转换区；

所述第一散射区用于将第一激光束透射，所述第二散射区用于将第二激光束透射，并将第一激光束反射；第三散射区用于将第三激光束透射，并将第一激光束反射；

四分之一波片，设置在偏振分光组件和散射与荧光转换装置之间，用于将经过散射与荧光转换装置反射的第一激光束转变成第二偏振光，通过偏振分光组件反射到第一光路改变单元；

第一光路改变单元，所述第一光路改变单元用于将第二偏振光入射到第一荧光转换区或第二荧光转换区；相应激发第一荧光区发出第一荧光光束或激发第二荧光区发出第二荧光光束；

第二光路改变单元，所述第二光路改变单元用于将第一荧光光束与通过散射部件的第二激光束合光或将第二荧光光束与通过散射部件的第三激光束反射到第二合光组件进行合光。

2.根据权利要求1所述的一种混合光源装置，其特征在于，所述第一光路改变单元为包括第一反射镜，用于反射光束及光路折叠。

3.根据权利要求1所述的一种混合光源装置，其特征在于，所述第二光路改变单元为第二反射镜，用于反射光束及光路折叠。

4.根据权利要求1所述的一种混合光源装置，其特征在于，还包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，所述第一透镜组和第二透镜组分别设置在散射与荧光转换装置一侧的入射端和出射端，所述第三透镜组和第四透镜组分别设置在散射与荧光转换装置另一侧的入射端和出射端。

5.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述第一子光源采用直流驱动发光，第二子光源和第三子光源依次分时发光。

6.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述散射部件、荧光转换部件均为圆环形，且两者同心设置并固定于马达转动轴上。

7.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述第一荧光转换区和第二荧光转换区均包括透明基板、荧光粉层和滤光层。

8.根据权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述荧光转换部件还包括辅助区，所述辅助区用于导热及辅助配重；

在激光光源和偏振分光组件之间还设有第一合光组件。

9.一种混合光源装置，其特征在于，包括：

激光光源，所述激光光源用于发出三种主波长各不相同、偏振态相同且都为第一偏振光的第一激光束、第二激光束和第三激光束；第一激光束与第二激光束和第三激光束的光路垂直；

偏振分光组件，所述偏振分光组件透过第一偏振光，并反射振动方向与之垂直的第二偏振光；

第三合光组件，所述第三合光组件设置在激光光源与荧光转换装置之间，且与第二激光束和第三激光束的光路平行、与第一激光束的光路垂直；

散射与荧光转换装置，所述散射与荧光转换装置包括呈圆环布置的散射部件和荧光转换部件，所述散射部件分为外环设置的第一散射区、第二散射区和第三散射区，所述荧光转换部件分为内环设置的第一荧光转换区、第二荧光转换区；

所述第一散射区用于将第一激光束透射，所述第二散射区用于将第二激光束透射，并将第一激光束反射；第三散射区用于将第三激光束透射，并将第一激光束反射；

四分之一波片，设置在偏振分光组件和第三合光组件之间，用于将经过散射与荧光转换装置反射的第一激光束转变成第二偏振光，通过偏振分光组件反射到第一光路改变单元；

偏振分光组件用于将第二偏振光入射到第一荧光转换区或第二荧光转换区；相应激发第一荧光区发出第一荧光光束或激发第二荧光区发出第二荧光光束；

第二光路改变单元，用于将第一荧光光束与通过散射部件的第二激光束合光或将第二荧光光束与通过散射部件的第三激光束反射到第二合光组件进行合光。

10.一种投影显示***，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的混合光源装置。

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