本發(fā)明涉及激光投影顯示領域，特別涉及熒光色輪裝置、光源系統(tǒng)及激光投影設備。

背景技術：

目前，投影設備廣泛用于家庭、商業(yè)、教育以及廣告等各種應用場景。隨著使用需求的提高，鹵素燈和LED作為投影顯示光源在壽命或者亮度方面有很大的不足，已經(jīng)很難滿足越來越高的使用需求。

激光二極管(Laser Diode)具有高效率、高亮度、功耗低、壽命長等特點，目前逐步廣泛應用于投影顯示中。根據(jù)色度學原理，在投影領域中一般使用紅綠藍三種色光作為三基色。但是對于激光二極管LD，紅、綠LD因為效率和系統(tǒng)散斑方面的原因，目前激光投影大多使用藍色單色激光光束照射波長熒光粉色輪使熒光粉產(chǎn)生紅/黃和綠色受激光，通過時序調(diào)色實現(xiàn)投影顯示。

熒光色輪工作方式可分為反射式和透射式兩種，反射式熒光色輪轉(zhuǎn)換效率相比透射式更高，在實際應用中更加常見。

目前廣泛使用的反射式熒光色輪如圖8所示，其主體結構為一鋁制鏡面圓形薄基板103，在圓面邊緣均勻涂覆一定寬度和厚度，受激光照射可發(fā)射出多種顏色的多種熒光粉體A1。這種熒光色輪在安裝時均采用基板垂直安裝，熒光色輪基板的直徑直接影響著光機的厚度，在光機輕薄化的需求下，必須減小色輪的直徑才能減小光機的厚度。但是減小色輪直徑會減小色輪的散熱面積，從而導致色輪溫度過高，影響熒光粉發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率。

因此，需要一種新的熒光色輪裝置結構和投影光源系統(tǒng)，解決以上問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種熒光色輪裝置、光源系統(tǒng)及激光投影設備，解決光機厚度與熒光色輪的直徑和散熱的矛盾。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案是：熒光色輪裝置，為反射式熒光輪，且在使用的時候水平設置；包括驅(qū)動裝置以及設置在驅(qū)動裝置上的色輪；所述色輪呈一個無蓋圓柱筒形，所述色輪包括基底和位于基底圓周的側(cè)壁；所述側(cè)壁上有對稱對向的開口，所述開口將側(cè)壁分為兩側(cè)，每一側(cè)的側(cè)壁的外側(cè)涂覆有多種熒光粉體，且在兩側(cè)的側(cè)壁的同種熒光粉體寬度總是相等且對稱對向；所述色輪驅(qū)動裝置的驅(qū)動軸與色輪的軸心重合，驅(qū)動裝置以其驅(qū)動軸為旋轉(zhuǎn)中心，驅(qū)動所述基底作旋轉(zhuǎn)運動。

進一步的，所述基底為含鋁金屬基底。

進一步的，在所述基底上除側(cè)壁以外其他區(qū)域設有用于為所述色輪散熱的金屬基片。

進一步的，在所述基底的內(nèi)圓周上設有多層金屬基片。

光源系統(tǒng)，包括激光器、后置透鏡組、前置透鏡組、二向色鏡、光束會聚組件激光傳遞和處理系統(tǒng)，以及上述的熒光色輪裝置，所述熒光色輪裝置設置在后置透鏡組與前置透鏡組之間；所述光束會聚組件設置在熒光色輪裝置與前置透鏡組之間；其中，所述激光傳遞和處理系統(tǒng)，用于將激光束行進方向偏轉(zhuǎn)并擴束。

進一步的，所述光束會聚組件為反光碗，所述反光碗包括外殼和以及于外殼中間的拋物反光曲面，拋物反光曲面的頂部有一開口；反光碗的碗口端面與前置透鏡組貼合，且前置透鏡組中靠近熒光色輪端的第一顆透鏡的中心位于拋物反光曲面的焦點上。

進一步的，所述激光傳遞和處理系統(tǒng)用于將小面積高能量密度的單光束藍色激光束點變成大面積低能量密度的激光區(qū)域照明面，包括平面反射鏡、擴散片和透鏡。

進一步的，所述平面反射鏡為表面涂覆有針對激光器發(fā)光波長的高反介質(zhì)膜的石英平板玻璃；所述擴散片為一個表面有微小凸起單元的石英平板玻璃；所述透鏡為球面透鏡

激光投影設備，包括光機、鏡頭和上述的激光光源系統(tǒng)；

所述激光光源系統(tǒng)，將單色激光按時序轉(zhuǎn)換為三基色光，并輸入所述光機；

所述光機調(diào)制所述時序三基色光并輸出至所述鏡頭；

所述鏡頭將從光機輸入的調(diào)制光匯聚成像并投影。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中的熒光色輪可以采用水平安裝的方式，能夠不減小熒光色輪尺寸的同時降低光機的厚度。即使減小熒光色輪尺寸也比現(xiàn)有熒光色輪擁有更大的散熱面積，保證色輪的散熱效率和熒光粉轉(zhuǎn)換效率。由于采用水平安裝方式，色輪驅(qū)動裝置受力更加均勻，能有效減小色輪的振動提高馬達的壽命。由于存在對稱對向開口，在一個周期內(nèi)有兩次完整的光源波長轉(zhuǎn)換，故也可以降低色輪的旋轉(zhuǎn)速度，進一步減少光機振動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光源系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為本發(fā)明熒光色輪側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明熒光色輪立體結構示意圖；

圖4為本發(fā)明熒光色輪增加散熱結構示意圖；

圖5為本發(fā)明中反光碗立體示意圖；

圖6為本發(fā)明中反光碗的俯視圖；

圖7為圖6的A-A剖面圖；

圖8為現(xiàn)有熒光色輪結構示意圖。

圖中編號：10為熒光色輪裝置，20為反光碗，30為前置透鏡組，40為后置透鏡組，50為激光器，701、702、703為不同位置的藍光反射鏡，80為擴散片，90為透鏡，101為金屬基底，102為側(cè)壁的開口，103為側(cè)壁，104為紅/黃色熒光粉，105為紅/黃色熒光粉，105為綠色熒光粉，106為金屬基片，107為色輪驅(qū)動裝置，201為外殼，202為反光曲面，203為反光碗的開口。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行說明。

為使得本領域技術人員更易于理解本發(fā)明的技術方案，首先對本發(fā)明的一個實施例光源裝置的結構進行說明。

如圖2、3所示，本發(fā)明的熒光色輪裝置10主要包括驅(qū)動裝置107以及設置在驅(qū)動裝置107上的色輪；色輪為一個無蓋圓柱筒形，包括含鋁金屬基底101以及圓柱側(cè)壁103，圓柱側(cè)壁103位于基底101的外圓周上，圓柱側(cè)壁103上有對稱對向開口102，開口102將圓柱側(cè)壁103分為兩側(cè)，在每一側(cè)的圓柱側(cè)壁103均按比例均勻涂覆紅/黃色熒光粉104和綠色熒光粉105；色輪驅(qū)動裝置107的驅(qū)動軸與色輪的軸心重合，驅(qū)動裝置107以驅(qū)動軸為旋轉(zhuǎn)中心，驅(qū)動基底101作旋轉(zhuǎn)運動。

熒光色輪裝置10為反射式熒光輪，圓柱側(cè)壁103的一個切平面上的一點始終接受激光光源光斑的照射。開口102為熒光輪透射區(qū)，圓柱側(cè)壁103為反射區(qū)。熒光色輪裝置10安裝方式為水平安裝，即圓柱底面與水平面保持平行。

進一步的，為提高在熒光色輪裝置10的散熱能力，可以在基底101上除圓柱側(cè)壁103以外其他區(qū)域設置金屬基片106，作為色輪輔助散熱。優(yōu)選的，可以如圖4所示，在基底101的內(nèi)圓周上設置多層金屬基片106，從而實現(xiàn)設置更多的多層金屬基片106，進一步提高輔助散熱能力。

熒光粉發(fā)光可以看作朗伯體，發(fā)散角度較大；色輪反射區(qū)為圓柱側(cè)面，使得光斑照射在一個微曲面上；同時存在加工誤差，圓柱側(cè)面不可能完全垂直于底面。三種因素同時存在，如果在本發(fā)明光源系統(tǒng)中應用現(xiàn)有的反射光收集方案，反射光收集效率會非常低，無法滿足投影系統(tǒng)亮度需求。由此，需要引入一個光束匯聚部件，大發(fā)散角度的反射光通過反光碗二次曲面反射后以一定角度匯入前置透鏡組，提高光收集效率，提高系統(tǒng)光通量。

如圖5-7所示，光束匯聚組件為一個反光碗20，該反光碗20包括一個外殼201和一個拋物反光曲面202，在拋物反光曲面202頂部有一開口203。在安裝實用時，光束會聚組件設置在熒光色輪裝置與前置透鏡組之間，反光碗端面與前置透鏡組貼合，且透鏡組中靠近熒光色輪端的第一顆透鏡的中心位于拋物反光曲面的焦點上；反光碗的拋物反光曲面202軸線垂直于色輪驅(qū)動裝置107驅(qū)動軸，熒光色輪金屬基底101從反光碗開口203略微伸入反光碗，反光拋物面軸線穿過熒光粉帶，與熒光粉帶交點附近即為藍色激光光斑照射區(qū)域。

圖1是本發(fā)明光源系統(tǒng)，其中包括激光器50，后置透鏡組40，前置透鏡組30，反光碗20，熒光色輪裝置10，二向色鏡60，藍光反射鏡701、702、703，擴散片80和透鏡90；其中，熒光色輪裝置設置在后置透鏡組與前置透鏡組之間；所述光束會聚組件設置在熒光色輪裝置與前置透鏡組之間。部分光學器件在本光源系統(tǒng)示意圖中省略。

以下對圖1所示的系統(tǒng)的工作原理進行詳細說明。

激光器50發(fā)射單色藍光激光光束，熒光色輪由驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)至反射區(qū)，激光光束透過二向色鏡60，被前置透鏡組30會聚形成較小光斑，照射到熒光色輪裝置10上的熒光粉104、105，熒光粉受激發(fā)產(chǎn)生相應紅/黃和綠色受激光，紅/黃、綠色受激光一部分經(jīng)熒光色輪側(cè)壁103反射進入前置透鏡組30，發(fā)散角度較大的受激光在反光碗上經(jīng)拋物反光曲面202反射以一定角度匯入前置透鏡組30，被前置透鏡組30準直變成近似平行光出射，二向色鏡60反射所述紅/黃、綠色平行受激光進入光機系統(tǒng)。

激光器50發(fā)射單色藍光激光光束，熒光色輪由驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)至透射區(qū)，激光光束透過二向色鏡60，經(jīng)過前置透鏡組30會聚，于反光碗頂部開口203以及熒光色輪開口102透射，進入后置透鏡組40，經(jīng)過后置透鏡組40準直形成近似的平行光，通過藍光反射鏡701和702反射，通過擴散片80擴束和透鏡90整形形成平行光束，最后被藍光反射鏡703反射和二向色鏡60透射進入光機系統(tǒng)。

色輪每旋轉(zhuǎn)一個周期，將有兩次完整的光源波長轉(zhuǎn)換，即每一個周期有紅/黃、綠、藍、紅/黃、綠、藍時序色光進入光機系統(tǒng)。

與現(xiàn)有光機系統(tǒng)一致，光機對三種時序色光進行調(diào)制，通過鏡頭輸出所需要的投影影像。

本發(fā)明通過改變了現(xiàn)有激光投影設備的熒光色輪結構，使之能夠由現(xiàn)有的垂直安裝變成水平安裝，使光機的厚度不受熒光輪直徑約束，通過反光碗的引入解決本發(fā)明中所述熒光輪反射光收集問題。

以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要的特征，說明書的描述只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。