專利名稱：熒光輪系統、投影機及光線準直會聚的方法
技術領域：
本發明涉及投影機領域，尤其涉及一種熒光輪系統、使用該熒光輪系統的投影機以及光線準直會聚的方法。
背景技術：
隨著技術的發展，目前市場上的投影顯示產品朝著體積越來越小、亮度越來越高的方向發展。由于新型固態光源投影機大多采用熒光體發光的光源，即將熒光粉涂覆在圓形金屬基板的環形區，當投影機工作時，LD (Laser Diode,半導體激光器)發出的光束照射在旋轉的熒光輪的熒光粉上，熒光粉受激發射對應顏色的光。由于熒光粉是近空間360度的出射，因此光能的收集有較大的困難，光能的利用率低最終導致投影機的光源的亮度不足。為了提高光源的亮度，可以增大激發光的輸出，但需要使用功耗量更大的激發光源或者增加激發光源的數量，顯然以上兩種方法很難應用于近年來變小型化的電氣設備中。如何在不增大投影機的體積的前提下提高光源的亮度成為急需解決的一個難題。目前采用的技術方案是整形光束的透鏡組與熒光輪分別獨立裝配，但是透鏡組的鏡片與熒光輪之間的距離很難精確控制并且距離通常要在Imm以上。因此在光學設計中， 經過會聚的激發光斑比較大，增大了受激發射光的光學擴展量，為后繼的光學設計帶來了很大難度，同時由于熒光粉是空間各個方向出光，所以Imm以上的間距導致只有部分光能可以接收，而且無法精確控制的距離導致接收效率也不穩定。

發明內容
本發明的實施例所要解決的技術問題在于提供一種熒光輪系統、投影機及光線準直會聚的方法，能夠明顯提高光源的亮度和利用率，減小投影機的體積。為解決上述技術問題，本發明的實施例采用如下技術方案一種熒光輪系統，其特征在于，包括熒光輪以及裝配于所述熒光輪前方的光學鏡片和至少一個光學準直部件，所述熒光輪包括基板和環形涂敷于所述基板上的熒光粉層， 所述光學鏡片用于會聚所述熒光粉層受激后產生的光線，所述光學準直部件用于準直會聚透過所述光學鏡片的光線。所述光學鏡片為凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者非球面鏡，或者由微型凸透鏡或者微型月牙鏡組成的微透鏡列陣結構。所述光學準直部件具體為凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者非球面鏡。所述基板上設有凹形槽，用以會聚透過熒光粉層的光線，所述熒光粉層位于所述凹形槽內。 所述凹形槽的深度低于或者等于所述熒光粉層的厚度，所述光學鏡片將所述熒光粉層完全密封在所述凹形槽中。所述凹形槽中等間距鋪設有若干個拋物面狀的子光學鏡片，所述子光學鏡片為微透鏡列陣結構。 所述基板為反射型基板。所述光學準直部件與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦距小于I毫米，所述光學鏡片與所述光學準直部件之間的距離小于I. 5毫米。一種投影機，包括上述任意一項所述的熒光輪系統。一種光線準直會聚的方法，包括光學準直部件與光學鏡片依次會聚平行入射的激發光，形成入射光源，所述光學鏡片裝配于所述熒光輪的前方，且位于所述光學準直部件與所述熒光粉層之間，所述光學準直部件與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦點位于熒光粉層上；光學鏡片會聚經所述入射光源激發所述熒光粉層后產生的光線；光學準直部件接收透過所述光學鏡片的光線，并將所述透過所述光學鏡片的光線轉換為平行出射光線。本發明實施例的熒光輪系統、投影機及光線準直會聚的方法，通過在熒光輪前方裝配光學鏡片和設置至少一個光學準直部件，以會聚、準直經所述熒光粉層激發后產生的光線，有效提高了光源的亮度，降低了制作難度，減小了投影機的體積。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例中滅光輪系統與光束整形系統的側視圖；圖2為本發明實施例中熒光輪的立體示意圖；圖3為本發明實施例中光學鏡片為微透鏡列陣的熒光輪的示意圖；圖4為本發明實施例中具有凹形槽的熒光輪的示意圖；圖5為本發明實施例中具有子光學鏡片的熒光輪的示意圖；圖6為本發明實施例中光學鏡片為月牙鏡結構以及非球面結構的示意圖；圖7為本發明實施例中光學鏡片設計為鏡片組的示意圖；圖8為本發明實施例中基板為透射型基板的突光輪系統不意圖；圖9為本發明實施例中光線準直會聚的方法的流程示意圖。
具體實施例方式本發明實施例提供一種熒光輪系統、投影機及光線準直會聚的方法，有效提高了光源的亮度。下面結合附圖對本發明實施例做詳細描述。本實施例提供一種熒光輪系統，如圖I和圖2所示，包括熒光輪I、光學鏡片2和至少一個光學準直部件3，光學鏡片2裝配在熒光輪的前方，所述熒光輪I包括基板11和環形涂敷于基板11上的熒光粉層12，光學鏡片2用于會聚熒光粉層12受激后產生的光線，光學準直部件3用于準直會聚透過光學鏡片2的光線。
本實施例通過在熒光輪前方裝配光學鏡片2以及設置光學準直部件3來減少光學系統的光學擴展量并增大亮度輸出。系統工作后，熒光輪I沿軸心快速轉動，同時激發光源開啟。本實施例中，光學準直部件3與熒光輪I之間的距離可以設計為超短工作距離，比如為0.05mm。由于對于具有相同焦距的光學準直部件3，鏡片的直徑越小，鏡片的厚度也越薄，因此本發明的熒光輪系統在提高光源的亮度的同時，還能夠減小投影機的體積。此外， 由于光學鏡片2與熒光輪I之間的距離可以通過在光學鏡片2與熒光輪I之間設置墊片來精確控制，因此可大大降低裝配難度。
如圖I中虛線部分所示的光線，平行入射的激發光首先經光學準直部件3的會聚， 再經過光學鏡片2的會聚，光學準直部件3與光學鏡片2組成的鏡片組能夠將平行光會聚成一個非常小的光斑點，即將平行入射的激發光會聚在光學準直部件3與光學鏡片2組成的鏡片組的焦點位置，形成入射光源，其中，焦點恰位于熒光粉層上，這樣平行入射的激發光經過兩次會聚，最終在熒光粉層12上會聚成一個小光斑。投影機開始工作后，隨著熒光輪I的轉動，相對靜止的入射光源激發熒光粉層12的位置在不斷變化。在入射光源光斑點內的熒光粉層12受激發后產生的光線向各個方向出射。作為本發明的一種實施方式，基板 11為反射型基板，因此，與激發光同向的出射光由于基板11的反射作用改變方向，使突光粉的整體發光角度為空間180度。顯然，對于相同直徑的光學鏡片2，距離熒光輪I越近，會聚的光能就越多，由于本發明將光學鏡片2直接裝配在了熒光輪I上，所以絕大多數的出射光得到了收集，提高了收集效率。如圖I中實線部分所示的光線，光學準直部件3再接收透過光學鏡片的光線，并將透過光學鏡片2的光線轉換為平行出射光線，實現了光線的準直。光學玻璃是用高純度硅、硼、鈉、鉀、鋅、鉛、鎂、鈣、鋇等的氧化物按特定配方混合， 在白金坩堝中高溫融化，用超聲波攪拌均勻，去氣泡，然后經長時間緩慢地降溫形成的，避免了玻璃塊中產生內應力。冷卻后的玻璃塊，還要經光學儀器測量，并檢驗純度、透明度、均勻度、折射率和色散率是否合規格，光學玻璃具有加工性好、壽命長等優點，還可以配合鍍膜使用。因此，使用光學玻璃制作出的光學鏡片2具有性質穩定、不易被氧化的特點。優選的，本實施例的光學準直部件3與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦距小于I 毫米，光學鏡片2與光學準直部件3之間的距離小于I. 5毫米。具體的，光學準直部件3可以是凸透鏡結構，也可以是月牙鏡結構或者凹透鏡結構或者非球面鏡結構，優選凸透鏡結構。本實施例中的光學鏡片2可具體為凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者凹透鏡結構或者非球面鏡結構，圖6是光學鏡片為月牙鏡結構以及非球面結構的示意圖。進一步的，為更好的會聚光線，光學準直部件3可以設置兩片或者兩片以上，如圖7所示，光學準直部件 3設置了兩片，優選包含至少一個非球面鏡，便于優化出射光束的發散角度和發光面積。作為本發明的一種實施方式，光學鏡片2可進一步為平凸透鏡，且平面部分與熒光粉層12相接觸，進一步的隔絕了熒光粉與空氣的接觸，防止熒光粉層12被污染和氧化， 延長突光輪的使用壽命。由于突光粉在受到激發光束作用的同時，本身也產生了大量的熱量，相比于原有技術主要靠基板11導熱，本發明中鏡片也起到了傳導熒光粉熱量的作用， 降低了熒光粉的工作溫度，大幅度提高了熒光輪I的壽命，進而延長了投影機的壽命。另夕卜，光學鏡片2也可與熒光輪I之間保留一定的間隙。本實施例中的光學鏡片2還可以是由凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者凹透鏡結構或者非球面鏡結構組成的微透鏡列陣結構，如圖3所示。相比于傳統的透鏡結構，微透鏡陣列可以設計更小的象差，相同等效焦距下更薄的厚度，因此微透鏡陣列對于壓縮光束發散角度，減少鏡片體積和成本都有很大幫助。進一步的，本實施例的基板11上設有凹形槽，熒光粉層12位于凹形槽內，因此，穿過熒光粉層12的激發光在到達基板11時受到凹形槽的曲面的作用而發生會聚。本實施例中的基板11可選擇反射型基板，例如金屬基板，以更好的會聚光線。此外，凹形槽可以是兩環或者兩環以上同心凹形槽。優選的，如圖4所示，凹形槽的深度與熒光粉層12的厚度相同或者低于熒光粉層 12的厚度，這樣，光學鏡片2就可以將熒光粉層12完全密封在凹形槽中，避免熒光粉層12 因與空氣接觸而發生氧化以及受到污染。凹形槽與透鏡共同起到會聚光線的作用。
進一步的，如圖5所示，為更好的會聚穿過熒光粉層12的光線，本實施例在凹形槽中等間距鋪設有若干個拋物面狀的子光學鏡片13。優選的，子光學鏡片13為微透鏡列陣結構。進一步的，為達到更好的聚光效果，熒光粉層12位于凹形槽的曲面的焦點處。進一步的，本實施例中的基板11可以是透射型基板，如圖8所示。第一個光學準直部件和第一個光學鏡片首先將平行入射的激發光會聚成一個小的光斑點照射到熒光粉層12上。光學鏡片2再會聚熒光粉層12受激發后產生的光線，然后再由第二個光學準直部件3將透過光學鏡片2的光線轉換為平行出射光線。準直會聚的原理同上述反射型基板， 在此不再贅述。此外，光學鏡片2和至少一個光學準直部件3，也可以設計成可獨立安裝的鏡片組的結構。進一步的，為更好的聚光和透光，光學鏡片2和基板11均可鍍一層高反射膜和增透膜。本實施例還提供一種投影機，包括以上所述的熒光輪系統。上述熒光輪系統可以應用在各種不同架構的投影機中，屬于本領域技術人員公知技術，在此不再贅述。本實施例還提供一種光線準直會聚的方法，需要說明的是，本實施例的方法采用上述熒光輪系統，且以基板11為反射型基板為例進行說明的，如圖I和圖9所示。步驟101、光學準直部件與光學鏡片依次會聚平行入射的激發光，形成入射光源， 所述光學鏡片裝配于所述熒光輪的前方，且位于所述光學準直部件與所述熒光粉層之間， 所述光學準直部件與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦點位于熒光粉層上；步驟102、光學鏡片會聚經所述入射光源激發所述熒光粉層后產生的光線；步驟103、光學準直部件接收透過所述光學鏡片的光線，并將所述透過所述光學鏡片的光線轉換為平行出射光線。如圖I中虛線部分所示的光線，平行入射的激發光首先經光學準直部件3的會聚， 再經過光學鏡片2的會聚，光學準直部件3與光學鏡片2組成的鏡片組能夠將平行光會聚成一個非常小的光斑點，即將平行入射的激發光會聚在光學準直部件3與光學鏡片2組成的鏡片組的焦點位置，形成入射光源，其中，焦點恰位于熒光粉層上，這樣平行入射的激發光經過兩次會聚，最終在熒光粉層12上會聚成一個小光斑。投影機開始工作后，隨著熒光輪的轉動，相對靜止的入射光源激發熒光粉層的位置在不斷變化。在激發光光斑點內的熒光粉層受激發后產生的光線向各個方向出射。作為本發明的一種實施方式，基板為反射型基板，因此，與激發光同向的出射光由于基板的反射作用改變方向，使熒光粉的整體發光角度為空間180度。顯然，對于相同直徑的光學鏡片，距離熒光輪越近，會聚的光能就越多，由于本發明將光學鏡片直接裝配在了熒光輪上，所以絕大多數的出射光得到了收集，提高了收集效率。如圖I中實線部分所示的光線，光學準直部件再接收透過光學鏡片的光線，并將透過光學鏡片的光線轉換為平行出射光線，實現了光線的準直。進一步的，光學準直部件與光學鏡片組成的鏡片組的焦距小于I毫米，所述光學鏡片與所述光學準直部件之間的距離小于I. 5毫米。本實施例中光學鏡片和光學準直部件的工作原理同上述熒光輪系統，在此不再贅述。此外，對于基板為透射型基板的情況，本實施例的方法也同樣適用。 以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種熒光輪系統，其特征在于，包括熒光輪、光學鏡片和至少一個光學準直部件，所述光學鏡片裝配于所述熒光輪的前方，所述熒光輪包括基板和環形涂敷于所述基板上的熒光粉層，所述光學鏡片用于會聚所述熒光粉層受激后產生的光線，所述光學準直部件用于準直會聚透過所述光學鏡片的光線。
2.根據權利要求I所述的熒光輪系統，其特征在于，所述光學鏡片為凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者非球面鏡，或者由微型凸透鏡或者微型月牙鏡組成的微透鏡列陣結構。
3.根據權利要求I所述的熒光輪系統，其特征在于，所述光學準直部件具體為凸透鏡結構或者月牙鏡結構或者非球面鏡。
4.根據權利要求I所述的熒光輪系統，其特征在于，所述基板上設有凹形槽，用以會聚透過熒光粉層的光線，所述熒光粉層位于所述凹形槽內。
5.根據權利要求4所述的熒光輪系統，其特征在于，所述凹形槽的深度低于或者等于所述熒光粉層的厚度，所述光學鏡片將所述熒光粉層完全密封在所述凹形槽中。
6.根據權利要求4所述的熒光輪系統，其特征在于，所述凹形槽中等間距鋪設有若干個拋物面狀的子光學鏡片，所述子 光學鏡片為微透鏡列陣結構。
7.根據權利要求I所述的熒光輪系統，其特征在于，所述基板為反射型基板。
8.根據權利I所述的熒光輪系統，其特征在于，所述光學準直部件與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦距小于I毫米，所述光學鏡片與所述光學準直部件之間的距離小于I. 5毫米。
9.一種投影機，其特征在于，包括權利要求1-7任意一項所述的突光輪系統。
10.一種光線準直會聚的方法，其特征在于，包括光學準直部件與光學鏡片依次會聚平行入射的激發光，形成入射光源，所述光學鏡片裝配于所述熒光輪的前方，且位于所述光學準直部件與所述熒光粉層之間，所述光學準直部件與所述光學鏡片組成的鏡片組的焦點位于熒光粉層上；光學鏡片會聚經所述入射光源激發所述熒光粉層后產生的光線；光學準直部件接收透過所述光學鏡片的光線，并將所述透過所述光學鏡片的光線轉換為平行出射光線。
全文摘要
本發明實施例公開了一種熒光輪系統、投影機及光線準直會聚的方法，涉及投影機領域，能夠有效提高光源的亮度。本發明實施例的熒光輪系統，包括熒光輪、光學鏡片和至少一個光學準直部件，所述光學鏡片裝配于所述熒光輪的前方，所述熒光輪包括基板和環形涂敷于所述基板上的熒光粉層，所述光學鏡片用于會聚所述熒光粉層受激后產生的光線，所述光學準直部件用于準直會聚透過所述光學鏡片的光線。
文檔編號G03B21/00GK102620244SQ20121006225
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者劉洪巖, 閆國楓 申請人:海信集團有限公司