光源结构和投影机的制作方法

1.本发明涉及光源应用的技术领域，尤其是涉及一种光源结构和投影机。


背景技术：

2.当前应用于激光投影机的光源装置，大部分采用激光加荧光粉的技术，来获得其它颜色的光进而得到彩色光源。一般投影设计采用扩散片对激光进行均匀化后，通过聚光系统会聚到荧光粉上，激发产生的荧光，再经聚光系统进入光导管，为投影机提供光能。
3.但由于扩散片的均匀化效果较差，照射到荧光粉区域的能量仍不均匀，中心能量密度高，使得荧光粉上的温度会相当高，荧光粉转换效率降低，进而光源装置能够输出的为投影机所利用的受激发光线较少，光源装置的利用率低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供光源结构和投影机，使入射到荧光轮上的激光得到有效均匀化，提高光转换效率，进而保证输出光源的利用率。
5.第一方面，本发明实施例提供一种光源结构，包括激发光源、扩散管、第一透镜组、荧光轮和第二透镜组；
6.所述激发光源发出激发光线；
7.所述扩散管将所述激发光线进行多次反射和多次扩散的操作，得到均匀光线，其中，所述激发光线从所述扩散管的入口进入，所述均匀光线从所述扩散管的出口输出；
8.所述第一透镜组将所述均匀光线会聚到所述荧光轮上，并得到受激发荧光；
9.所述第二透镜组对所述受激发荧光和所述激发光线进行会聚，并输出光斑。
10.在可选的实施方式中，所述扩散管的内部设置有多个反射镜和多个扩散片，所述反射镜平行于所述扩散管的内壁方向进行设置，所述扩散片垂直于所述内壁方向进行设置。
11.在可选的实施方式中，所述扩散管的入口形状、出口形状与投影机的光导管的入口形状一致。
12.在可选的实施方式中，所述扩散管的入口形状、出口形状均为矩形。
13.在可选的实施方式中，第一透镜组对所述均匀光线进行水平折射和垂直折射后，会聚到所述荧光轮上。
14.在可选的实施方式中，第一透镜组包括第一柱面透镜和第二柱面透镜，其中，所述第一柱面透镜的截面竖直向上，所述第二柱面透镜的底面竖直向上。
15.在可选的实施方式中，所述第一柱面透镜、所述第二柱面透镜的设置位置基于光斑的尺寸与光导管的入口尺寸的匹配情况进行确定。
16.在可选的实施方式中，所述第一柱面透镜的设置位置决定所述均匀光线在水平方向的折射位置、折射角度以及所述光斑在水平方向的尺寸。
17.在可选的实施方式中，所述第二柱面透镜的设置位置决定所述均匀光线在垂直方
向的折射位置、折射角度以及所述光斑在垂直方向的尺寸。
18.第二方面，本发明实施例提供一种投影机，包括如前述实施方式中任意一项所述的光源结构和投影机主体，所述光源结构与所述投影机主体相连接。
19.本发明实施例提供了一种光源结构和投影机，激发光源发出的激发光线从入口进入扩散管，经扩散管多次对激发光线进行反射和扩散的操作，得到均匀扩散处理的均匀光线，并从扩散管的出口输出，再经过第一透镜组的会聚，与荧光轮的荧光粉作用，得到受激发荧光，再经第二透镜组将激发光线和受激发荧光进行会聚，输出光斑，通过使入射到荧光轮上的激光得到有效均匀化，提高光转换效率，进而保证光源结构输出的光斑具有更高的投影的利用率。
20.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为一种传统光源结构的光路图；
24.图2为本发明实施例提供的一种光源结构的光路结构图；
25.图3为本发明实施例提供的一种扩散管的结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种扩散管的光路结构图；
27.图5为本发明实施例提供的一种柱面透镜的等轴侧图；
28.图6为本发明实施例提供的一种扩散管、第一柱面透镜组的上视图；
29.图7为本发明实施例提供的一种扩散管、第一柱面透镜组的前视图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.目前光源装置的光路如图1所示，蓝色激光经扩散片，扩散片使激光能量均匀化后经透镜1、透镜2会聚到荧光轮上的荧光粉，激发出荧光，跟蓝色激光一起再经透镜3会聚到光导管中，进入后续系统。其中，为投影机提供亮度的主要是受激发荧光。这里，以图1中为例，蓝色激光激发出黄色荧光，蓝色激光经扩散片使能量均匀化后，经透镜1、透镜2会聚到荧光轮的黄色荧光粉上，激发出黄光，黄光经透镜3会聚到光导管入口。
32.上述方案具有以下缺陷：
33.一方面，扩散片的均匀化效果较差，照射到荧光粉区域的能量仍不均匀，中心能量密度高，使得荧光粉上的温度会相当高，荧光粉转换效率降低，导致投影应用的光源利用率较低；另一方面，由于荧光轮的形状限制，荧光粉上激发区域为圆形，与光导管入口矩形形状不匹配，会导致光源输出的光能损失，即光源输出的光线有一部分没有被投影应用。
34.基于此，本发明实施例提供的一种光源结构和投影机，通过提高转换率，进而提高光源装置输出光线的利用率。
35.下面通过实施例进行详细描述。
36.图2为本发明实施例提供的一种光源结构的光路结构图。
37.参照图2，本发明实施例提供一种光源结构，包括激发光源、扩散管、第一透镜组、荧光轮和第二透镜组；
38.所述激发光源发出激发光线；
39.所述扩散管将所述激发光线进行多次反射和多次扩散的操作，得到均匀光线，其中，所述激发光线从所述扩散管的入口进入，所述均匀光线从所述扩散管的出口输出；
40.所述第一透镜组将所述均匀光线会聚到所述荧光轮上，并得到受激发荧光；
41.所述第二透镜组对所述受激发荧光和所述激发光线进行会聚，并输出光斑。
42.在实际应用的优选实施例中，激发光源发出的激发光线从入口进入扩散管，经扩散管多次对激发光线进行反射和扩散的操作，得到均匀扩散处理的均匀光线，并从扩散管的出口输出，再经过第一透镜组的会聚，与荧光轮的荧光粉作用，得到受激发荧光，再经第二透镜组将激发光线和受激发荧光进行会聚，输出光斑，通过使入射到荧光轮上的激光得到有效均匀化，提高光转换效率，进而保证光源结构输出的光斑具有更高的投影的利用率。
43.作为一种可选的实施例，激发光源可发出蓝光激光，荧光轮上具有黄色荧光粉，蓝色激光受激发得到受激发黄色荧光。
44.在可选的实施方式中，所述扩散管的内部设置有多个反射镜和多个扩散片，所述反射镜平行于所述扩散管的内壁方向进行设置，所述扩散片垂直于所述内壁方向进行设置。
45.图3为一种可选的示范性实施例，本例中，扩散管可包括由四片反射镜，两片扩散片；如图4所示，蓝色激光由扩散管入口入射，经扩散片，光线发散，经反射镜反射，再经扩散片，如此往复循环，光线经多次扩散，反射后，已完全均匀化，再由扩散管的出口出射。
46.需要说明的是，包括四片反射镜、两片扩散片的扩散管，只是本发明的一个例子，但不限于本例，可根据实际设计调整扩散管中反射镜和扩散片的数目；
47.在可选的实施方式中，所述扩散管的入口形状、出口形状与投影机的光导管的入口形状一致，使得光源结构输出的光能，能够尽可能多的输入光导管，减少损失，增强输出光源利用率。
48.在实际应用的场景中，光导管的入口形状一般为矩形。
49.在可选的实施方式中，所述扩散管的入口形状、出口形状均为矩形。
50.其中，扩散管出口为矩形，由出口出射的光斑为矩形，则荧光轮上的光斑(激发区域)形状也为矩形，进而经过第二透镜组输出的光斑也为矩形，与导光管的入口形状一致。
51.在输出与导光管入口形状一致的矩形光斑的基础上，还通过对光斑的尺寸大小进行任意调节，以匹配任意尺寸的光导管矩形入口。
52.在可选的实施方式中，第一透镜组对所述均匀光线进行水平折射和垂直折射后，调整激发区域的尺寸，会聚到所述荧光轮上，再经第二透镜组会聚输出对应尺寸的光斑。
53.在可选的实施方式中，第一透镜组包括第一柱面透镜和第二柱面透镜，该柱面透镜的柱面、截面和底面，如图5所示。
54.其中，为了能够通过柱面透镜的组合实现对光斑水平、垂直两个方向的尺寸调整，如图6、图7所示，将第一柱面透镜按照截面竖直向上，所述第二柱面透镜按照底面竖直向上的方式进行设置。
55.本例中，如图6、图7分别是扩散管和柱面透镜组的上视图和前视图，此处用两幅图说明同一事物，仅为描述清楚。由扩散管出口出射的矩形激发区域，经第一柱面透镜组成像到荧光轮的黄色荧光粉上，也为矩形；
56.在可选的实施方式中，所述第一柱面透镜、所述第二柱面透镜的设置位置基于光斑的尺寸与光导管的入口尺寸的匹配情况进行确定。其中，所述第一柱面透镜的设置位置决定所述均匀光线在水平方向的折射位置、折射角度以及所述光斑在水平方向的尺寸。所述第二柱面透镜的设置位置决定所述均匀光线在垂直方向的折射位置、折射角度以及所述光斑在垂直方向的尺寸。
57.作为一种可选的实施例，由于第一柱面透镜在移动过程中，会改变均匀光线的水平方向的折射位置和折射角度，因此，可通过移动第一柱面透镜的位置来实现激发区域水平方向尺寸的调整。由于第二柱面透镜在移动过程中，会改变均匀光线的垂直方向的折射位置和折射角度，因此，可通过移动第二柱面透镜的位置来实现激发区域垂直方向尺寸的调整。
58.作为另一种可选的实施例，可通过第一柱面透镜和第二柱面透镜互相配合进行位置移动，可同时改变成像到荧光轮上的矩形激发区域的水平方向和垂直方向尺寸；
59.在优选的实施例中，当移动第一柱面透镜和第二柱面透镜的位置时，可以找到最佳位置，即成像到光导管入口处的光斑尺寸刚好跟光导管入口尺寸匹配，此时进入光导管的能量最多，能量损失最少。根据此第一柱面透镜和第二柱面透镜的最优位置，进行光源输出。
60.需要说明的是，本发明实施例中通过移动柱面透镜的方式确定柱面透镜的最佳设置位置只是一个例子，还可以是旋转柱面透镜、倾斜柱面透镜等方式，只要是能使均匀光线偏折并能改变激发区域光斑形状尺寸的方法即可。
61.需要说明的是，本发明中包括第一柱面透镜和第二柱面透镜的柱面透镜组，只是一个例子，并不限制镜片的数量、种类、形状等，只要是能实现激发区域光斑形状尺寸改变的功能即可，具体透镜数目根据实际情况而定。
62.本发明实施例的光源结构采用了一种扩散管和柱面透镜组，通过扩散管将入射到荧光粉上的激光充分均匀化，大大提高荧光粉的转换效率；并且通过调节柱面镜对光线的偏折，使荧光粉上激发区域、光源装置输出的光斑的矩形尺寸能匹配任意形状、任意尺寸的光导管入口，从而进入到光导管中的光能最多，光能利用率最大。
63.在可选的实施例中，本发明实施例提供一种投影机，包括如前述实施方式中任意一项所述的光源结构和投影机主体，所述光源结构与上述投影机主体相连接。
64.在实际应用的过程中，可将前述的光源结构应用于投影机中，光源结构内部通过
激发光线的充分均匀化，获得较高光转换率，得到较多可应用于投影作用的受激发光；此外，投影机的导光管入口由于与光源结构输出的光斑的形状、尺寸均一致，进而能够获取较多的光能，存在较少的光能浪费，能够进行投影应用的光能利用率较高。
65.本发明实施例提供的投影机，与上述实施例提供的光源结构具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
66.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
67.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
68.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
69.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
70.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
71.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。