一種激光混合光源投影機(jī)及其光源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光混合光源投影機(jī)及其光源裝置，該光源裝置包括藍(lán)光LED光源、紅光LED光源、綠光LED光源及位于各光源前端的透鏡組，藍(lán)色半導(dǎo)體激光管及其前端的透鏡組，分光鏡A，和分光鏡B；所述綠光LED光源表面有綠色熒光粉；所述綠光LED光源與半導(dǎo)體激光管相對，分光鏡B位于二者之間，所述藍(lán)光LED光源設(shè)置在分光鏡B一側(cè)，分光鏡A設(shè)置在紅光LED光源前面。本發(fā)明不再使用色輪的涉激光投影機(jī)光源系統(tǒng)，杜絕了色輪對畫質(zhì)影響的先天不足；用藍(lán)色半導(dǎo)體激光器照射綠色LED上的熒光粉，在沒有增加LED發(fā)光面積數(shù)值孔徑的前提下，顯著提升原綠色LED的亮度，最終提升投影機(jī)的輸出亮度。
【專利說明】[0001] 一種激光混合光源投影機(jī)及其光源裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于投影顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種激光混合光源投影機(jī)及其光源裝 置。

【背景技術(shù)】
[0003] 激光混合光源指投影機(jī)的光源由LED和LD (Laser Diode,半導(dǎo)體激光器）共同 組成。目前，激光混合/純激光光源（R+B)投影機(jī)，原理方案見圖1:通過紅色LED (或紅色 LD)、藍(lán)色LD激勵色輪上的綠色熒光粉產(chǎn)生綠光，藍(lán)色LD直接出光，在時間上交替照射DMD (Digital Micro mirror Device),利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，通過投影鏡頭在屏幕上呈現(xiàn) 出彩色圖像。
[0004] 在色輪上，約1/5?1/4的圓周區(qū)域，是一片透明玻璃，而剩下約3/4?4/5的區(qū) 域，是一片和玻璃一樣厚的金屬板，金屬板和玻璃在保證極高的平面度和旋轉(zhuǎn)動平衡性能 上，粘接成一個圓盤(色輪)，再組裝于馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上。在金屬板上面，涂了一圈環(huán)帶狀的綠 色熒光粉，色輪按DMD的場序同步旋轉(zhuǎn)，在圖像的綠色場時，LD點(diǎn)亮，照在熒光粉上，熒光粉 發(fā)綠光，由反射鏡L合入光路系統(tǒng)，當(dāng)?shù)搅怂{(lán)色場時，色輪的玻璃轉(zhuǎn)到光路上，LD發(fā)出的藍(lán) 色光線，透過色輪，經(jīng)反射鏡N、Η合入主光路，而當(dāng)紅色的場時，藍(lán)色LD熄滅，紅色的LED/ LD點(diǎn)亮，紅色的場完畢后，紅色LED/LD熄滅。
[0005] 采用色輪不足之處主要體現(xiàn)在：由于使用了旋轉(zhuǎn)的機(jī)械色輪，這讓整個光源系統(tǒng) 的響應(yīng)速度，大幅降低，沒有發(fā)揮出固體光源納秒級高速響應(yīng)的先天優(yōu)勢；色輪的轉(zhuǎn)速有極 輕微偏差，會出現(xiàn)顏色失真和圖像像質(zhì)惡化；涂有熒光粉的色輪，轉(zhuǎn)盤全部裸露在空氣中， 運(yùn)行一段時間后，色輪會臟污，投影機(jī)性能下降，需要清洗和維護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對前述的不足，本發(fā)明的目的是提供一種不采用色輪的激光混合光源投影機(jī)及 其光源裝置，使投影機(jī)性能得到提升。
[0007] 本發(fā)明提供的激光混合光源投影機(jī)的光源裝置，該裝置包括藍(lán)光LED光源、紅光 LED光源、綠光LED光源及位于各光源前端的透鏡組，藍(lán)色半導(dǎo)體激光管及其前端的透鏡 組，分光鏡A，分光鏡B ;所述綠光LED光源表面有綠色熒光粉；所述綠光LED光源與半導(dǎo)體 激光管相對，分光鏡B位于二者之間，所述藍(lán)光LED光源設(shè)置在分光鏡B -側(cè)，分光鏡A設(shè) 置在紅光LED光源前面；所述藍(lán)光LED光源發(fā)射的藍(lán)光透過分光鏡B和分光鏡A ;所述紅光 LED光源發(fā)射的紅光經(jīng)分光鏡A反射；所述綠光LED光源發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)半 導(dǎo)體激光管發(fā)射的藍(lán)色激光照射熒光粉激發(fā)的綠光疊加，經(jīng)分光鏡B反射，透過分光鏡A ; 然后上述三色光通過中繼透鏡匯合進(jìn)入積分系統(tǒng)。
[0008] 所述綠光LED光源為藍(lán)色LED晶片，表面涂有綠色熒光粉。
[0009] 所述分光鏡B反射綠光、透射藍(lán)光，分光鏡A反射紅光、透射綠光和藍(lán)光。
[0010] 優(yōu)選所述藍(lán)色半導(dǎo)體激光管有9顆，呈3*3矩陣排列。相對應(yīng)，藍(lán)色半導(dǎo)體激光管 前端的透鏡組共9組，呈3*3矩陣排列，每組由1片非球面鏡片和1片柱面鏡組成。優(yōu)選在 3*3透鏡陣列的出口，設(shè)置有光柵散射片。
[0011] 本發(fā)明還提供一種激光混合光源投影機(jī)，包括上述的光源裝置，在分光鏡A后依 次排列有中繼透鏡、全反射鏡A、梯形實(shí)心光棒、兩片轉(zhuǎn)折透鏡和成像系統(tǒng)。
[0012] 優(yōu)選在兩片轉(zhuǎn)折透鏡之間設(shè)置一片非對稱光闌。
[0013] 因?yàn)椴徊捎蒙啠队皺C(jī)的光學(xué)引擎響應(yīng)速度由速度較快的DMD決定，不再有高 速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械色輪這個物理瓶頸，橫向?qū)Ρ蕊@著改善了畫質(zhì)；同時，杜絕了色輪的光圈效應(yīng) 影響，圖像更加穩(wěn)定，比現(xiàn)有的激光混合光源DLP投影機(jī)，有本質(zhì)的改善；而且整個光學(xué)系 統(tǒng)全密封，充入氮?dú)?，永遠(yuǎn)消除了灰塵、濕度變化起霧和集灰等天敵。
[0014] 本發(fā)明用獨(dú)立的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器，和綠色LED同步點(diǎn)亮，照射綠色LED上的熒光 粉，在沒有增加 LED發(fā)光面積(數(shù)值孔徑）的前提下，顯著提升原綠色LED的亮度，最終提升 投影機(jī)的輸出亮度。
[0015] 具體來說，本發(fā)明有如下有益效果： (1) 不再使用色輪的涉激光投影機(jī)光源系統(tǒng)，杜絕了色輪對畫質(zhì)影響的先天不足，真正 體現(xiàn)固體光源的優(yōu)越性； (2) 用發(fā)綠光的熒光粉型LED，利用其自身發(fā)光，代替市場上現(xiàn)有系統(tǒng)的部分LD發(fā)光， 利用LED自帶的熒光粉，代替現(xiàn)有系統(tǒng)色輪的熒光粉，在實(shí)現(xiàn)輸出亮度滿足市場需求時，實(shí) 現(xiàn)成本的大幅降低，性能的本質(zhì)提升； (3) 引入激光系統(tǒng)，在不增加光源發(fā)光面積的情況下，成倍增加投影機(jī)的亮度輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 附圖1為現(xiàn)有激光/激光混合光源DLP投影機(jī)光學(xué)引擎基本結(jié)構(gòu)。
[0017] 附圖2為本發(fā)明的投影儀光學(xué)系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖2所示，本發(fā)明的激光混合光源投影機(jī)的光源裝置，包括藍(lán)光LED光源、紅光 LED光源、綠光LED光源(藍(lán)色LED晶片，表面涂有綠色熒光粉)及位于各光源前端的透鏡組 (即LED收集鏡頭系統(tǒng))，藍(lán)色半導(dǎo)體激光管（即LD系統(tǒng))及其前端的透鏡組，分光鏡A (反射 紅光、透射綠光和藍(lán)光)，和分光鏡B (反射綠光、透射藍(lán)光)。綠光LED光源與半導(dǎo)體激光管 相對，分光鏡B位于二者之間，藍(lán)光LED光源設(shè)置在分光鏡B -側(cè)，分光鏡A設(shè)置在紅光LED 光源前面。
[0019] 藍(lán)光LED光源發(fā)射的藍(lán)光透過分光鏡B和分光鏡A ;紅光LED光源發(fā)射的紅光經(jīng) 分光鏡A反射；綠光LED光源發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)半導(dǎo)體激光管發(fā)射的藍(lán)色激光 照射熒光粉激發(fā)的綠光疊加，經(jīng)分光鏡B反射，透過分光鏡A ;然后上述三色光通過中繼透 鏡匯合進(jìn)入積分系統(tǒng)。
[0020] 藍(lán)光LED光源、紅光LED光源和綠光LED光源前端的透鏡組均為3片鏡片構(gòu)成(適 當(dāng)犧牲效率也可以用兩片)，靠近LED的兩片為玻璃，余下一片為注塑，RGB三個通道的該模 組一模一樣，可以互換。光源發(fā)射的光線，以較高的收集效率，轉(zhuǎn)變其發(fā)散角度至準(zhǔn)平行光 輸出。
[0021] LD系統(tǒng)有9顆藍(lán)色半導(dǎo)體激光管，呈3*3矩陣排列。與之對應(yīng)的是3*3的透鏡系 統(tǒng)，呈3*3矩陣排列，每組由1片非球面鏡片和1片柱面鏡組成，分別安裝于對應(yīng)的LD光軸 上，對LD光斑整形后，穿過分光鏡B，通過綠色LED前端的透鏡組，將LD匯聚在綠色LED的 熒光粉上，均勻照明熒光粉，激發(fā)出綠光。設(shè)置有精密限位裝置和LD金屬封裝上的缺口對 應(yīng)，以定好LD的安裝方向。在3*3透鏡陣列的出口，裝有20X 20mm的光柵散射片。
[0022] LD匯聚在綠色LED的熒光粉上，總光斑尺寸約1. 6*2. 6mm，是現(xiàn)有方案1mm圓斑面 積的5倍，即相當(dāng)于單位面積的熒光粉，在約相同的光功率（22?23W)照射下，被藍(lán)光轟擊 的瞬間能量密度低了 5倍，經(jīng)過測試，熒光粉已經(jīng)脫離了被燒毀的危險區(qū)域，且未進(jìn)入飽和 區(qū)域，更耐久。
[0023] 本發(fā)明的激光混合光源投影機(jī)，包括上述的光源裝置，在分光鏡A后依次排列有 中繼透鏡、全反射鏡A、梯形實(shí)心光棒、兩片轉(zhuǎn)折透鏡和成像系統(tǒng)（由TIR棱鏡、DMD和鏡頭組 成)。合成的光線經(jīng)過中繼透鏡后，經(jīng)全反射鏡A，使光源像成像在梯形實(shí)心光棒的入口上 (小端)，光源像略大于光棒入口。在兩片轉(zhuǎn)折透鏡之間，可以設(shè)置非對稱光闌一片，以使投 影機(jī)可以輸出更好的對比度。
[0024] 經(jīng)過實(shí)測，投影機(jī)采用：LED為德國歐司朗LE*P1W套裝(含RGB三顆，代表R/ CG/B，三顆分別對應(yīng)的型號為LERP1W、LECGP1W和LEBP1W)，DMD為TI (德州儀器）0. 45寸 1280*800 的芯片（型號 DLP4500 :.45 WXGA-800 DDR SERIES 310)，激光系統(tǒng)為 9 顆歐司朗 2014款PL TB450B藍(lán)色半導(dǎo)體激光管。實(shí)測系統(tǒng)Normal模式輸出光通量可達(dá)到1050流明 (綠色LED選擇亮度為7T級)，性價比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前述色輪方案。
[0025] 綠色LED的熒光粉熱量經(jīng)過熱阻極低的藍(lán)色LED晶片進(jìn)入熱管散熱器系統(tǒng)，熒光 粉隨LED為固定安裝方式，沒有凹凸不平的旋轉(zhuǎn)移動，所以光線穩(wěn)定，無光圈閃爍現(xiàn)象。熒 光粉吸收藍(lán)光產(chǎn)生熱量，到熱量散到大氣過程的熱阻，本系統(tǒng)優(yōu)于色輪上熒光粉的散熱能 力，且沒有局部尖峰的能量分布，熒光粉壽命進(jìn)一步得到保證，經(jīng)過了約半年4300h的老化 測試，熒光粉完好，吸收藍(lán)光轉(zhuǎn)化綠光的效率維持度高。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光混合光源投影機(jī)的光源裝置，其特征在于： 該裝置包括藍(lán)光LED光源、紅光LED光源、綠光LED光源及位于各光源前端的透鏡組， 藍(lán)色半導(dǎo)體激光管及其前端的透鏡組，分光鏡A，分光鏡B ;所述綠光LED光源表面有綠色熒 光粉； 所述綠光LED光源與半導(dǎo)體激光管相對，分光鏡B位于二者之間，所述藍(lán)光LED光源設(shè) 置在分光鏡B -側(cè)，分光鏡A設(shè)置在紅光LED光源前面； 所述藍(lán)光LED光源發(fā)射的藍(lán)光透過分光鏡B和分光鏡A ;所述紅光LED光源發(fā)射的紅 光經(jīng)分光鏡A反射；所述綠光LED光源發(fā)射的綠光，與綠光LED光源經(jīng)半導(dǎo)體激光管發(fā)射的 藍(lán)色激光照射熒光粉激發(fā)的綠光疊加，經(jīng)分光鏡B反射，透過分光鏡A ;然后上述三色光通 過中繼透鏡匯合進(jìn)入積分系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于：所述綠光LED光源為藍(lán)色LED晶片， 表面涂有綠色熒光粉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于：分光鏡B反射綠光、透射藍(lán)光，分光 鏡A反射紅光、透射綠光和藍(lán)光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的光源裝置，其特征在于：所述藍(lán)色半導(dǎo)體激光管有9 顆，呈3*3矩陣排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源裝置，其特征在于：藍(lán)色半導(dǎo)體激光管前端的透鏡組共9 組，呈3*3矩陣排列，每組由1片非球面鏡片和1片柱面鏡組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源裝置，其特征在于：在3*3透鏡陣列的出口，設(shè)置有光柵 散射片。
7. -種激光混合光源投影機(jī)，其特征在于包括權(quán)利要求1-6之一所述的光源裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光混合光源投影機(jī)，其特征在于：在分光鏡A后依次排列 有中繼透鏡、全反射鏡A、梯形實(shí)心光棒、兩片轉(zhuǎn)折透鏡和成像系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光混合光源投影機(jī)，其特征在于：在兩片轉(zhuǎn)折透鏡之間設(shè) 置一片非對稱光闌。
【文檔編號】G03B21/20GK104122742SQ201410373929
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】聶瑾祿, 陳靈 申請人:杭州瑾麗光電科技有限公司, 長沙創(chuàng)榮電子科技有限公司