專利名稱：投影光源及應(yīng)用該投影光源的投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用熒光粉色輪的投影光源及應(yīng)用該投影光源的投影裝置。
背景技術(shù)：
隨著電腦外圍設(shè)備逐漸走向移動化，投影機設(shè)備也朝輕量化發(fā)展，順勢催生了微型投影機。微型投影機主要是與移動裝置整合，內(nèi)嵌于手機、數(shù)碼相機、平板電腦等裝置上，并通過移動裝置的電池提供電源，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的隨身攜帶。而目前普通投影機常用的UHP (Ultra High Power,超高功率)光源，由于體積、功耗、散熱等方面的原因，無法應(yīng)用在微型投影機上，因此需要開發(fā)微型投影光源與之配合。與傳統(tǒng)的UHP光源相比，微型投影光源在體積、使用壽命、功耗以及發(fā)熱、色彩等方面具有更高的要求。其中一種投影光源是利用LD(LaSer Diode，激光二極管)或LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)作為激發(fā)光源,通過將激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光聚焦于熒光粉色輪上激發(fā)熒光粉發(fā)光，并隨著熒光粉色輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生周期性時序的色光序列來作為投影光源使用。目前的熒光粉色輪主要包括反射式熒光粉色輪和透射式熒光粉色輪兩種形式。例如中國第201010567422. 9號專利申請，就公開了這兩種熒光粉色輪的結(jié)構(gòu)和使用方式。請參見圖1，是現(xiàn)有技術(shù)中一種采用透射式熒光粉色輪的投影光源的結(jié)構(gòu)示意圖。投影光源40包括熒光粉色輪41、轉(zhuǎn)軸42、聚光透鏡44以及激發(fā)光源45。熒光粉色輪41 一般是將激發(fā)不同波長光的熒光粉分區(qū)域涂布在透光玻璃上而制作形成。激光光源45發(fā)出的激發(fā)光通過聚光透鏡44會聚在熒光粉色輪41上，形成光斑43，隨著轉(zhuǎn)軸42帶動熒光粉色輪41繞轉(zhuǎn)軸42轉(zhuǎn)動，光斑43也對熒光粉色輪41進行掃描照射，被光斑43照射區(qū)域的熒光粉吸收激發(fā)光，將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的發(fā)射光并透射出熒光粉色輪41形成投影光束。由于投影光源40發(fā)出的光是由熒光粉色輪所轉(zhuǎn)換的發(fā)射光，因此，對于采用熒光粉色輪的投影光源40來說，熒光粉的發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率成為影響投影光源的關(guān)鍵因素。研究表明，隨著溫度上升，熒光粉的量子效率會降低，造成熒光粉出射光減少，輻射波長也會發(fā)生變化，從而引起色溫、色度的變化；另一方面，較高的溫度還會加速熒光粉的老化。而現(xiàn)有技術(shù)中，激光光源45發(fā)出的激發(fā)光通常是以點光斑的形式會聚在熒光粉色輪41上，這會在光斑43所在的色輪區(qū)域上形成很強的光輻射，產(chǎn)生較高溫度，會降低熒光粉的發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率，進而使得投影光源40的輸出光效率下降，輸出光束的色溫、色度發(fā)生變化，造成投影機的圖像顯示效果不佳。因此，需要提供一種投影光源及應(yīng)用此投影光源的投影裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用熒光粉色輪的投影光源所存在的上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種投影光源及應(yīng)用此投影光源的投影裝置，以提高投影光源的輸出光效率，并保持輸出光束的色溫、色度的穩(wěn)定性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是提供一種投影光源，包括激發(fā)光源以及可周期運動的色輪。激發(fā)光源用于產(chǎn)生激發(fā)光。色輪設(shè)置在激發(fā)光的傳播路徑上，色輪包括至少一個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域面向激發(fā)光源以接收激發(fā)光進而轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的受激發(fā)光。其中，色輪周期運動時，激發(fā)光源產(chǎn)生的激發(fā)光在色輪上形成光斑，光斑在色輪運動方向上的投影尺寸小于光斑投影在色輪上的至少一個其他方向上的投影尺寸。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是提供一種投影裝置，投影裝置包括數(shù)字光學(xué)處理單元、投影鏡頭以及投影光源，投影光源產(chǎn)生周期性時序的色光序列，并將色光序列投射到數(shù)字光學(xué)處理單元，數(shù)字光學(xué)處理單元接收由外部輸入投影裝置的圖像信號，將圖像信號處理為與色光序列相對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)的開關(guān)控制信號，數(shù)字光學(xué)處理單元進一步包括反射微鏡陣列，開關(guān)控制信號控制反射微鏡陣列對投影光源投射的色光序列進行反射，以形成包含圖像信息的投影光線，投影鏡頭將投影光線投影到屏幕上形成顯示圖像。所述投影光源包括用于產(chǎn)生激發(fā)光的激發(fā)光源和可周期運動的色輪；所述色輪包括至少一個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域，所述光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域設(shè)置在激發(fā)光的傳播路徑上以接收所述激發(fā)光進而轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的受激發(fā)光；其中所述色輪周期運動時，所述激發(fā)光源產(chǎn)生的激發(fā)光在所述色輪上形成光斑，所述光斑在色輪運動方向上的投影尺寸小于所述光斑在與色輪的運動方向相垂直的方向上的投影尺寸本發(fā)明的有益效果是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的投影光源通過調(diào)整激發(fā)光投射在色輪上的光斑位置和方向，能夠降低熒光粉受激的占空比，從而提高色輪的熒光效率，并降低色輪上光斑區(qū)域的溫度，提高投影光源的輸出光效率，保持輸出光束的色溫、色度的穩(wěn)定性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種采用透射式熒光粉色輪的投影光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明投影裝置的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的光斑在色輪上的投影位置效果圖；圖4是本發(fā)明色輪上光斑位置的受激時間與掃描時間的關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明色輪上沿轉(zhuǎn)軸水平方向的光斑位置示意圖；圖6是本發(fā)明色輪上沿轉(zhuǎn)軸豎直方向的光斑位置示意圖；圖7是本發(fā)明的色輪上光斑的各種投影形狀的示意圖；圖8是本發(fā)明投影裝置中投影光源的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明投影裝置中投影光源的又一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。為使得本領(lǐng)域技術(shù)人員更易于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，首先對本發(fā)明的投影裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理進行說明。圖2是本發(fā)明投影裝置的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的投影裝置10主要包括投影光源110、數(shù)字光學(xué)處理單元120以及投影鏡頭130。投影光源110用于產(chǎn)生周期性時序的色光序列，并將該色光序列投射到數(shù)字光學(xué)處理單元120。數(shù)字光學(xué)處理單元120接收數(shù)字或模擬的圖像信號，將圖像信號處理為與色光序列相對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)的開關(guān)控制信號，通過該開關(guān)控制信號控制數(shù)字光學(xué)處理單元120中的反射微鏡陣列對投影光源110投射的色光序列進行反射，以形成包含圖像信息的投影光線。投影鏡頭130將包含圖像信息的投影光線投影到屏幕20上形成顯示圖像。投影光源110進一步包括激發(fā)光源111、聚光透鏡112、色輪113、整形透鏡114以及馬達(圖未示)。在本發(fā)明的其他實施方式中，激發(fā)光源可以與聚光透鏡集成在一起，即在激發(fā)光源的出光面上設(shè)置聚光透鏡，從而在激發(fā)光源上實現(xiàn)會聚出射光線的功能。色輪和整形透鏡可以集成在一起，即在色輪的出光面上設(shè)置整形透鏡從而實現(xiàn)調(diào)整包括受激發(fā)光的色光序列的出射角度的功能。因此，投影光源包括激發(fā)光源和色輪就可以實現(xiàn)產(chǎn)生周期性時序的色光序列的功能。激發(fā)光源111發(fā)出能夠激發(fā)熒光粉發(fā)光的短波長激發(fā)光，激發(fā)光源111例如可以采用藍光LED、紫外LED或其陣列，或藍光LD、紫外LD或其陣列。激發(fā)光源111發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)聚光透鏡112會聚到色輪113上。通過設(shè)置激發(fā)光源111、整形透鏡112和色輪113這三者之間的位置關(guān)系，以及對整形透鏡112進行參數(shù)調(diào)整，可以控制激發(fā)光在色輪113上的光斑位置和方向，以使得色輪113具有更佳的發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率。具體細(xì)節(jié)本發(fā)明將在下文進行更加詳細(xì)的描述，此處不再展開。色輪113包括環(huán)形、圓形及矩形等形狀，本實施例為圓形為例，包括至少部分區(qū)域均勻分布/涂布光波長轉(zhuǎn)換材料的至少一個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域，其固定在轉(zhuǎn)軸1134上，并由馬達帶動繞轉(zhuǎn)軸1134旋轉(zhuǎn)，色輪113設(shè)置在朝向激發(fā)光傳播的路徑上，根據(jù)光波長轉(zhuǎn)換材料的不同，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域包括熒光粉、量子點或熒光染料，或其混合。圖1中僅示例性的列舉了色輪113包括紅光波長轉(zhuǎn)換區(qū)1131、綠光波長轉(zhuǎn)換區(qū)1132、藍光波長轉(zhuǎn)換區(qū)1133，在本發(fā)明的其他實施方式中，色輪113還可以包括白光轉(zhuǎn)換區(qū)、黃光波長轉(zhuǎn)換區(qū)等。激發(fā)光源111發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)聚光透鏡112會聚在色輪113上形成光斑，光斑所在區(qū)域的光波長轉(zhuǎn)換材料將激發(fā)光轉(zhuǎn)換為與光波長轉(zhuǎn)換材料相對應(yīng)的受激發(fā)光，由于光斑位置與轉(zhuǎn)軸1134相對固定，當(dāng)轉(zhuǎn)軸1134帶動色輪113旋轉(zhuǎn)時，多個繞轉(zhuǎn)軸1134呈等角度均勻分布的光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域依次通過光斑照射位置，各個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域的光波長轉(zhuǎn)換材料將激發(fā)光轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的受激發(fā)光，受激發(fā)光透射出色輪113被整形透鏡114所接收。整形透鏡114接收由色輪113出射的包括受激發(fā)光的色光序列，對其進行光束整形，將整形后的色光序列投射到數(shù)字光學(xué)處理單元120上。馬達(圖未示)連接轉(zhuǎn)軸1134，用于驅(qū)動色輪113繞轉(zhuǎn)軸(圖未示)轉(zhuǎn)動。數(shù)字光學(xué)處理單元120包括數(shù)字微鏡芯片(Digital Micromirror Device,DMD) 124、處理器122、存儲器123以及承載上述元件的電路板121。數(shù)字微鏡芯片124是數(shù)字光學(xué)處理(Digital Light Processing, DLP)投影技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)字微鏡芯片124可被簡單描述成為一個半導(dǎo)體光開關(guān)。成千上萬個微小的方形鏡片被建造在靜態(tài)隨機存取內(nèi)存(SRAM)上方的鉸鏈結(jié)構(gòu)上而組成數(shù)字微鏡芯片124。每一個鏡片可以通斷一個像素的光。鉸鏈結(jié)構(gòu)允許鏡片在兩個狀態(tài)之間傾斜，+10度為“開”。-10度為“關(guān)”，當(dāng)鏡片不工作時，它們處于O度“停泊”狀態(tài)。
根據(jù)應(yīng)用的需要，數(shù)字光學(xué)處理單元120可以接收數(shù)字或模擬的視頻或圖形信號。處理器122將數(shù)字或模擬的視頻或圖形信號處理為紅、綠、藍(RGB)數(shù)據(jù)，然后將RGB數(shù)據(jù)格式化為二進制平面數(shù)據(jù)并寫入存儲器123。數(shù)字微鏡芯片124讀取存儲器123中的二進制平面數(shù)據(jù)，圖像信息的每一個像素按照1:1的比例被直接映射在數(shù)字微鏡芯片124的鏡片上，從而可以對數(shù)字微鏡芯片124提供精確的數(shù)字控制。通過對數(shù)字微鏡芯片124的每一個鏡片下的存儲單元以二進制平面信號進行尋址，數(shù)字微鏡芯片124上的每個鏡片以靜電方式傾斜為“開”或“關(guān)”狀態(tài)，處理器122通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)可以控制每個鏡片傾斜在哪個方向上并保持多長時間，由此數(shù)字微鏡芯片124成為一個受控的光學(xué)反射陣列。來自整形透鏡114的色光序列光束被直接照射在數(shù)字微鏡芯片表面。當(dāng)色輪113旋轉(zhuǎn)時，紅、綠、藍光的色光序列光束順序地射在數(shù)字微鏡芯片124上，當(dāng)紅光射到數(shù)字微鏡芯片124上時，鏡片按照紅色信息應(yīng)該顯示的位置和強度傾斜到“開”，綠色和藍色光及圖像信號亦是如此工作，被數(shù)字微鏡芯片124反射的光束通過投影鏡頭130投影到屏幕20上，人體視覺系統(tǒng)集中屏幕20上的紅、綠、藍信息并看到一個全彩色圖像。以上描述了本發(fā)明的投影裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，下面將對激發(fā)光在色輪上的光斑形狀以及對色輪的發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率所造成的影響進行詳細(xì)描述。在投影光學(xué)系統(tǒng)中，對于照射到數(shù)字微鏡芯片表面的光斑的形狀和大小都是有要求的。數(shù)字微鏡芯片表面的光斑的大小可以由投影光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)來控制，而數(shù)字微鏡芯片表面的光斑的形狀則與色輪上的光斑形狀相同。色輪上的光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域并不能改變光斑形狀，因此最終照射到數(shù)字微鏡芯片上的光斑形狀與激發(fā)光源入射到色輪上的光斑形狀幾乎相同(考慮到投影光學(xué)系統(tǒng)的相差可能會稍有變化)。為提高投影光學(xué)系統(tǒng)的光能量的利用效率，需要激發(fā)光源產(chǎn)生的光斑形狀與數(shù)字微鏡芯片的形狀相匹配，即要求激發(fā)光源產(chǎn)生盡量接近于數(shù)字微鏡芯片形狀的光斑。由于投影顯示的屏幕有一定的比例規(guī)格，例如4 3或16 9，因此數(shù)字微鏡芯片也是長寬比為4 3或16 9長方形，這就造成激發(fā)光斑的形狀在長和寬兩個方向上尺寸是不同的。由于色輪的發(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率受激發(fā)光的強度和光斑分布影響很大，不同的光斑位置和投影方向?qū)ι喌陌l(fā)光效率和轉(zhuǎn)換效率會造成不同的效果。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更易于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明現(xiàn)在以一種簡單情況進行描述，即以同一種投影光束在色輪的環(huán)形投影軌跡上的兩個不同位置投影所形成的光斑進行說明，此種情況下，默認(rèn)兩個光斑的形狀、尺寸、光強分布均相同，以簡化需要比較的參數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述限制只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非用于限制本發(fā)明的實施方式。圖3是本發(fā)明的光斑在色輪上的投影位置效果圖。如圖3所示，色輪210上設(shè)置有環(huán)繞轉(zhuǎn)軸220呈等角度均勻分布的熒光轉(zhuǎn)換區(qū)211、212、213，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)211、212、213上設(shè)置有不同的波長轉(zhuǎn)換材料，例如熒光材料或納米波長轉(zhuǎn)換材料(前后表述矛盾，建議前邊的熒光轉(zhuǎn)換區(qū)改為光波長轉(zhuǎn)換區(qū))，可以分別將激發(fā)光轉(zhuǎn)換成與激發(fā)光不同波長的受激光。具體來說，以熒光材料為例，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)211為設(shè)置有紅光熒光材料的紅光分區(qū)，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)212為設(shè)置有綠光熒光材料的綠光分區(qū)，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)213為設(shè)置有藍光熒光材料的藍光分區(qū)，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)211可將激發(fā)光轉(zhuǎn)換為紅光，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)212可將激發(fā)光轉(zhuǎn)換成綠光，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)213則將激發(fā)光轉(zhuǎn)換成藍光。因此，當(dāng)色輪210的光波長轉(zhuǎn)換區(qū)211、212、213在馬達(未圖示)或其他驅(qū)動機構(gòu)的作用下輪流設(shè)置于激發(fā)光的傳播路徑上時，色輪210會出射輪流由紅光、綠光、藍光組成的周期性的彩色光序列。光源(圖未示)發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)聚光透鏡會聚在色輪210上形成光斑230或240，當(dāng)轉(zhuǎn)軸220帶動色輪210旋轉(zhuǎn)時，光斑230或240的中心在色輪210上形成沿圓周方向的環(huán)形投影軌跡214。光斑230和光斑240表示同一種投影光束在色輪的環(huán)形投影軌跡214上的兩個不同位置投影所形成的光斑，并且光斑230和240的形狀、尺寸、光強分布均相同，在本實施例中，光斑230和240為矩形光斑，矩形光斑的長度為dl，寬度為d2。其中光斑230位于色輪的軸心沿水平方向的徑線上，光斑240位于色輪的軸心沿豎直方向的徑線上。通過改變光源與色輪210的相對位置關(guān)系，可以調(diào)整光斑在色輪210上的投影位置，而不同投影位置的光斑在環(huán)形投影軌跡214上的尺寸也不同。如圖3所示，光源發(fā)出的激發(fā)光所形成的投影光束在色輪210上所成的光斑230和240在轉(zhuǎn)軸220的徑向方向和圓周方向的投影尺寸或者說，投影光束在色輪210沿圓周方向的環(huán)形投影軌跡214上的投影尺寸等。其中光斑230在轉(zhuǎn)軸的徑向方向上的投影尺寸光斑230在轉(zhuǎn)軸的圓周方向上的投影尺寸，而光斑240在轉(zhuǎn)軸的徑向方向上的投影尺寸則小于光斑230在轉(zhuǎn)軸的圓周方向上的投影尺寸。對于色輪210上某一個局部的熒光粉來說，其轉(zhuǎn)動一周才會被光斑激發(fā)一次，每一次激發(fā)的時間，即為該局部熒光粉掃過光斑的時間。光斑在沿圓周方向的環(huán)形投影軌跡214上尺寸越長，該局部熒光粉被激發(fā)光照射的時間就越長，在熒光粉內(nèi)部所產(chǎn)生的熱的累積就越多，熒光粉的效率就越低?？梢?，光斑在沿圓周方向的環(huán)形投影軌跡214上的尺寸應(yīng)
盡量小。圖4是本發(fā)明色輪上光斑位置的受激時間與掃描時間的關(guān)系圖。光源發(fā)出的激發(fā)光入射到色輪210上，光斑位置上的波長轉(zhuǎn)換材料受入射光激發(fā)產(chǎn)生激發(fā)光。由于入射光為持續(xù)光，如色輪210不轉(zhuǎn)動，則受激發(fā)的熒光轉(zhuǎn)換區(qū)所入射的光為持續(xù)光，當(dāng)色輪210在馬達或其他驅(qū)動機構(gòu)的作用下正常工作，以固定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動起來時，則光斑位置上所入射的光為脈沖。如圖4所示，由于色輪210的轉(zhuǎn)速恒定，那么光斑位置上的波長轉(zhuǎn)換材料的受激時間t與掃描時間T相比的占空比越小，則熒光粉的受熱時間越短，熒光粉內(nèi)部所產(chǎn)生的熱的累積就越少，色輪210的熒光效率越高。結(jié)合圖3所示，光斑位置的波長轉(zhuǎn)換材料受到激發(fā)光照射的占空比為:d/2 πι.。其中，d為光斑在環(huán)形投影軌跡214上的弧長，由于光斑所對應(yīng)的弧度很小，因此該弧長可以近似等于光斑在轉(zhuǎn)軸的圓周方向上尺寸。r為光斑到色輪轉(zhuǎn)動軸的距離。其中，矩形的長度dl與寬度d2為一定值，光斑到色輪210的轉(zhuǎn)軸220的距離r也為一定值?，F(xiàn)在以圖5和圖6為例對不同光斑的熒光效率進行說明。圖5是本發(fā)明色輪上沿轉(zhuǎn)軸水平方向的光斑位置示意圖。圖6是本發(fā)明色輪上沿轉(zhuǎn)軸豎直方向的光斑位置示意圖。光斑位置330和光斑位置430的尺寸大小為1.4毫米xl.8毫米，當(dāng)設(shè)置入射激發(fā)光的光源350與色輪310的相對位置使得光斑330位于色輪310的軸心320沿水平方向的徑線上時，dl =1.4毫米，當(dāng)設(shè)置入射激發(fā)光的光源450與色輪410的相對位置使得光斑430位于色輪410的軸心420沿豎直方向的徑線上時，d2 =1.8毫米，由于半徑r為一定值，則光斑位置330和光斑位置430的占空比為dl/d2 =1. 4/1. 8 = 0. 78，則光斑位置330的熒光效率為光斑位置430的1. 29倍。由此可以得出結(jié)論，光斑的熒光效率在光斑在轉(zhuǎn)軸的徑向方向上的投影尺寸大于光斑在所述轉(zhuǎn)軸的圓周方向上的投影尺寸的情況下更高，或者說光斑的熒光效率在光斑在轉(zhuǎn)軸的徑向方向上的投影尺寸大于光斑在與轉(zhuǎn)軸的徑向方向相垂直的方向上的投影尺寸的情況下更高。在設(shè)計投影光源時，通過調(diào)整光源和色輪的相對位置，使得入射光的投影光斑較短的一邊落在色輪轉(zhuǎn)軸的圓周方向上，可以提高投影光源的熒光效率。上述僅為本發(fā)明投影光源的一個優(yōu)選實施方式，實際應(yīng)用中，會根據(jù)具體情況做出調(diào)整，仍以做圓周運動的色輪為例，當(dāng)投影在色輪圓周方向上的光斑尺寸越大，則熒光效率越低；當(dāng)投影在色輪圓周方向上的光斑尺寸大于色輪上其他任何方向的光斑投影尺寸時，光斑效率最低；所以，為了提高熒光效率，至少要做到投影在色輪上的圓周方向上的光斑尺寸要小于投影在色輪上的至少一個其他方向上的尺寸。圖7是本發(fā)明的色輪上光斑的各種投影形狀的示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，受光源和聚光透鏡以及與色輪的相對位置關(guān)系的影響，光斑在色輪上的投影可以包括多種形狀，本發(fā)明對此并不進行限制。如圖7所示，光斑的形狀是由弧形邊界和/或直線邊界相互首尾連接構(gòu)成的閉合圖形。由弧形邊界組成的圖形包括橢圓形、圓角多邊形、卵形、圓角矩形、長圓形等；由直線邊界組成的圖形包括凸多邊形、凹多邊形，凸多邊形如矩形、梯形、菱形、平行四邊形、不平行四邊形、五邊形和六邊形等，凹多邊形如十字形等。以激發(fā)光在色輪上的光斑以橢圓形的為例，當(dāng)橢圓形的光斑投影在圓盤形或圓形色輪上，當(dāng)光斑的橢圓形的長軸投影在色輪的徑向方向上，則橢圓形的短軸投影在色輪上與徑向方向相垂直的運動方向上時，光斑位置上的波長轉(zhuǎn)換材料的受激時間與掃描時間相比的占空比最小，熒光粉的受熱時間短，熒光粉內(nèi)部所產(chǎn)生的熱的累積就少，色輪的熒光效率高。圖8是本發(fā)明投影裝置中投影光源的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施方式中，投影光源500包括光源550、色輪510以及馬達(圖未示)。在本實施方式中，通過在光源550的出光面上設(shè)置聚光透鏡，出射光直接會聚在色輪510上形成光斑530,從而在光源550上實現(xiàn)會聚出射光線的功能。圖9是本發(fā)明投影裝置中投影光源的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施方式中，投影光源600包括色輪610、轉(zhuǎn)軸620、整形透鏡630、反紅透綠濾光片641、反藍透綠濾光片642、激發(fā)光光源651、紅光光源652以及藍光光源653。在本實施方式中，色輪610上設(shè)置了一種波長轉(zhuǎn)換材料，例如是綠光熒光粉，激發(fā)光光源651發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)色輪610上的綠光熒光粉吸收轉(zhuǎn)換為綠光，并經(jīng)由整形透鏡630準(zhǔn)直為綠光平行光束，反紅透綠濾光片641和反藍透綠濾光片642傾斜的設(shè)置在綠光平行光束的傳輸路徑上，紅光光源652的出光方向相對綠光平行光束的傳輸路徑垂直設(shè)置，并且紅光光源652所出射的紅光經(jīng)反紅透綠濾光片641反射后沿平行于綠光平行光束的方向傳輸,類似的,藍光光源653的出光方向相對綠光平行光束的傳輸路徑垂直設(shè)置，并且藍光光源653所出射的藍光經(jīng)反藍透綠濾光片642反射后沿平行于綠光平行光束的方向傳輸。本實施方式提供了激發(fā)光光源應(yīng)用在包括單一波長轉(zhuǎn)換材料的色輪上的技術(shù)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，本發(fā)明對投影光源中色輪上設(shè)置的波長轉(zhuǎn)換材料的種類和數(shù)量未進行限制；例如，色輪上設(shè)紅光波長轉(zhuǎn)換材料、綠光波長轉(zhuǎn)換材料、藍光波長轉(zhuǎn)換材料，通過激發(fā)光投射在色輪上依次被激發(fā)出紅光、綠光和藍光，上述三色光混光后發(fā)出白光。激發(fā)光投射在單一色輪上的光斑形狀，只要符合光斑投影在色輪的圓周方向上的光斑尺寸要小于投影在色輪上的至少一個其他方向上的尺寸，就可以提聞色輪的突光效率。前述實施方式中的色輪均為圓形或環(huán)形，在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下繞中心圓周運動。不同與前述實施方式，色輪還可以做成在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下線性運動的矩形。在這種情況下，假設(shè)色輪的行程為L，光斑在運動方向上的投影尺寸為d，光斑位置的波長轉(zhuǎn)換材料受到激發(fā)光照射的占空比為d/L;占空比越小，則熒光粉的受熱時間越短，熒光粉內(nèi)部所產(chǎn)生的熱的累積就越少，熒光粉的效率就越高。即投射在色輪運動方向上的光斑尺寸越小，色輪的熒光效率越高；所以，在光斑所在的平面上，投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在至少一個其他方向的尺寸就可以提高色輪的熒光效率，比如投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在與運動方向垂直的方向上的尺寸；當(dāng)投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在色輪上其他任何不同于運動方向上的光斑的投影尺寸，色輪的熒光效率最高。對色輪為圓形或圓盤形的實施方式來說，色輪在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下圓周運動，色輪垂直徑向的圓周方向即其運動方向；所以也可以總結(jié)為，在光斑所在的平面上，投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在至少一個其他方向上的尺寸就可以提高色輪的熒光效率，如投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在與運動方向垂直的方向上的尺寸；當(dāng)投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在色輪上其他任何不同于運動方向上的光斑的投影尺寸，色輪的熒光效率最高。綜合色輪圓周運動和線性運動來講，在光斑所在的平面上，投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在至少一個其他方向上的尺寸就可以提高色輪的熒光效率；當(dāng)投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在色輪上其他任何不同于運動方向上的光斑的投影尺寸，色輪的熒光效率最高。在上述實施例中，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的投影光源通過調(diào)整激發(fā)光投射在色輪上的光斑位置和方向，使投影在色輪上的光斑在運動方向上的尺寸小于投影在至少一個其他方向上的尺寸；使光斑在運動方向的投影尺寸變小，該局部突光粉被激發(fā)光照射的時間變短，能夠降低熒光粉受激的占空比，從而提高色輪的熒光效率，并降低了色輪上光斑區(qū)域的溫度，提高投影光源的輸出光效率，保持輸出光束的色溫、色度的穩(wěn)定性。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的保護范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種投影光源，包括: 激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；以及 可周期運動的色輪，包括至少一個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域，所述光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域設(shè)置在所述激發(fā)光的傳播路徑上以接收所述激發(fā)光進而轉(zhuǎn)換為與該光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)?yīng)的受激發(fā)光; 其特征在于，所述色輪周期運動時，所述激發(fā)光源產(chǎn)生的激發(fā)光在所述色輪上形成光斑，所述光斑在色輪運動方向上的投影尺寸小于光斑投影在色輪上的至少一個其他方向上的投影尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述光斑在色輪運動方向上的投影尺寸小于與光斑投影在色輪上的與色輪運動方向相垂直的方向上的投影尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述光斑在色輪運動方向上的投影尺寸小于所述光斑投影在色輪上的其他任意方向上的投影尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域包含熒光粉、量子點或熒光染料，或其混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述光斑的形狀是由弧形邊界和/或直線邊界相互首尾連接構(gòu)成的閉合圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影光源，其特征在于，所述光斑的形狀包括凸多邊形、凹多邊形、橢圓形、圓角多邊形、卵形之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的投影光源，其特征在于，所述凸多邊形包括矩形、梯形、菱形、平行四邊形、不平行四邊形、五邊形和六邊形之
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影光源，其特征在于，所述色輪為可圓周運動的圓形或圓環(huán)形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影光源，其特征在于，所述光斑的形狀為橢圓形，橢圓形的長軸投影在色輪徑向方向上，橢圓形的短軸投影在垂直色輪徑向方向的運動方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影光源，其特征在于，所述光斑的形狀為長方形，長方形的長邊投影在色輪徑向方向上，長方形的寬邊投影在垂直色輪徑向方向的運動方向上。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影光源，其特征在于，所述投影光源還包括: 馬達，連接所述轉(zhuǎn)軸，用于驅(qū)動所述色輪繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
12.一種投影裝置，其特征在于，所述投影裝置包括數(shù)字光學(xué)處理單元、投影鏡頭以及根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的投影光源，所述投影光源產(chǎn)生周期性時序的色光序列，并將所述色光序列投射到所述數(shù)字光學(xué)處理單元，所述數(shù)字光學(xué)處理單元接收由外部輸入所述投影機的圖像信號，將所述圖像信號處理為與所述色光序列相對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)的開關(guān)控制信號，所述數(shù)字光學(xué)處理單元進一步包括反射微鏡陣列，所述開關(guān)控制信號控制所述反射微鏡陣列對所述投影光源投射的所述色光序列進行反射，以形成包含圖像信息的投影光線，所述投影鏡頭將所述投影光線投影到屏幕上形成顯示圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影光源及投影裝置。該投影光源包括光源以及色輪。光源用于產(chǎn)生激發(fā)光。色輪面向光源設(shè)置并繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，色輪包括多個光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域，光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域設(shè)置在激發(fā)光源的傳播路徑上以接收激發(fā)光，并將激發(fā)光轉(zhuǎn)換為與光波長轉(zhuǎn)換區(qū)域相對應(yīng)的熒光，熒光隨著色輪的轉(zhuǎn)動生成周期性時序的色光序列。其中，光源產(chǎn)生的激發(fā)光在色輪上形成光斑，光斑在色輪運動方向上的投影尺寸大于光斑投影在色輪上的至少一個其他方向上的投影尺寸。本發(fā)明的投影光源通過調(diào)整激發(fā)光投射在色輪上的光斑位置和方向，能夠提高色輪的熒光效率，并降低色輪上光斑區(qū)域的溫度，提高投影光源的輸出光效率，保持輸出光束的色溫、色度的穩(wěn)定性。
文檔編號G03B21/20GK103076712SQ201110329788
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者楊毅 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司