激光光源和投影裝置制造方法

激光光源和投影裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出一種激光光源和投影裝置，包括激光二極管陣列，用于向第一方向發射激光；波長轉換轉盤，該波長轉換轉盤的盤面所在的平面平行于第一方向；波長轉換轉盤包括垂直于盤面的環形側壁，該環形側壁上包括波長轉換層。還包括反射裝置，用于將沿第一方向發射的激光反射并匯聚于所述波長轉換轉盤環形側壁上的波長轉換層；還包括驅動裝置，用于驅動波長轉換轉盤轉動。在該激光光源中，將波長轉換層置于波長轉換轉盤的環形側壁上，這使得波長轉換轉盤的盤面可以平行于激光的發射方向而不是像【背景技術】中的垂直于激光的發射方向；同時激光二極管陣列和波長轉換轉盤是位于反射裝置的同側。這樣的好處在于激光光源的光學結構更為緊湊，體積也更小。
【專利說明】激光光源和投影裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及光源領域，特別是涉及使用激光技術的光源和使用該激光光源的投影
>J-U ρ?α裝直。
[0002]

【背景技術】
[0003]當前，光源技術已經被應用于諸多領域，應用最多的光源是鹵素燈和熒光燈。這些光源的最大的問題是亮度不足。近年來，LED光源發展迅速，利用藍色的LED激發涂敷于LED表面的黃色熒光粉來產生白光，這種光源已經開始在市場上普及。但問題在于單顆LED光源的功率較低，依然存在亮度不足的問題。
[0004]而高亮度光源領域，常用的是高壓汞燈和氙燈光源，這樣的光源依靠超短的燈弧而具有很高的亮度(能量密度)，但問題在于其壽命只有1000小時左右，使用成本很高。
[0005]目前出現了一種半導體光源，其結構如圖1所示。激發光源(圖中未畫出)發出的激發光121經過分光濾光片111的透射入射于透鏡103并經過透鏡103的折射而聚焦于波長轉換轉盤102。波長轉換轉盤102上包括沿圓周方向分布的波長轉換層101，且該波長轉換轉盤102被馬達104驅動而勻速轉動，使得波長轉換層101的不同位置周期性的位于激發光121的激發之下而持續發光。從波長轉換層101出射的受激光122被透鏡103收集后準直，經過分光濾光片111的反射而最終出射。在該光源中，分光濾光片111透射激發光同時反射受激光，其作用在于將激發光和受激光的光路相分離。若沒有該分光濾光片，則受激光將全部向激發光源方向出射從而造成嚴重的光損失。
[0006]然而，由于有了分光濾光片的存在，整個光源結構變得復雜而龐大，這不利于當前光源小型化的發展趨勢。另外，分光濾光片會將出射光中的剩余的激發光過濾掉，這也是一部分光損失。
[0007]


【發明內容】

[0008]為了解決上述問題，本發明提出一種激光光源，包括激光二極管陣列，用于向第一方向發射激光；波長轉換轉盤，該波長轉換轉盤的盤面所在的平面平行于第一方向；波長轉換轉盤包括垂直于盤面的環形側壁，該環形側壁上包括波長轉換層。還包括反射裝置，用于將沿第一方向發射的激光反射并匯聚于所述波長轉換轉盤環形側壁上的波長轉換層；還包括驅動裝置，用于驅動波長轉換轉盤轉動。
[0009]本發明還提出一種投影裝置，包括上述的激光光源用于該投影裝置的照明光源，還包括光閥對激光光源發出的光進行調制以產生圖像。
[0010]在本發明的激光光源中，將波長轉換層置于波長轉換轉盤的環形側壁上，這使得波長轉換轉盤的盤面可以平行于激光的發射方向而不是像【背景技術】中的垂直于激光的發射方向；同時激光二極管陣列和波長轉換轉盤是位于反射裝置的同側。這樣的好處在于激光光源的光學結構更為緊湊，體積也更小。
[0011]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1表示了現有技術中光源的結構示意圖；
圖2A、2B、2C分別表示本發明第一實施例在三個方向上的示意圖；
圖3A表示了本發明的另一個實施例的結構示意圖；
圖3B表不圖3A所不實施例中的第一光收集透鏡的正視圖；
圖4表示了本發明另一個實施例的結構示意圖；
圖5表示了本發明另一個實施例的結構示意圖；
圖6A和6B分別表不了本發明另一個實施例在兩個方向上的結構不意圖。
[0013]

【具體實施方式】
[0014]本發明提出一種激光光源，其結構示意圖如圖2A、2B和2C所示。圖2A、2B和2C的左側分別標有直角坐標系的示意圖:圖2A中向上為X方向，向右為z方向，垂直紙面向外為y方向；圖28中向上為y方向，向右為z方向，垂直紙面向里為X方向；圖2(:中向上為y方向，向右為X方向，垂直紙面向外為Z方向。圖2A、2B和2C均使用同一個坐標系,這表不出了三幅示意圖的觀察方位。值得注意的是，本發明中所有實施例的圖例都是用相同的坐標系，在后面圖中所標識出的坐標系均表示了所對應實施例的觀察方位，這在后面的敘述中不再重復說明。
[0015]如圖2A所示，在本實施例中，激光光源包括激光二極管陣列201，用于向第一方向(z方向)發射激光221。激光光源還包括波長轉換轉盤202，該波長轉換轉盤202的盤面202a所在的平面平行于第一方向(z方向);該波長轉換轉盤202包括垂直于盤面202a的環形側壁202b，該環形側壁202b上包括波長轉換層202c。激光光源還包括反射裝置(204為反射裝置中的一個反射鏡的舉例)，用于將沿第一方向發射的激光221反射并匯聚于波長轉換轉盤202環形側壁202b上的波長轉換層202c ;還包括驅動裝置203，用于驅動波長轉換轉盤202轉動。
[0016]在本實施例中，反射裝置包括多個與激光二極管--對應的反射鏡(以反射鏡203
表示其中的一個)，每個反射鏡的方位都被調整到將入射到其上的激光光束反射到波長轉換層202c上的同一點，這樣所有激光都可以匯聚于波長轉換層202c上并對其進行激發而產生受激光。受激光是各向同性發射的，優選的，環形側壁202b的表面為反射表面(例如環形側壁202b本身為反射鋁板或其表面附有反射膜)，則向心方向發射的受激光會被環形側壁的反射表面反射而轉為離心方向出射，這有助于提高受激光的收集效率。
[0017]在本實施例中，驅動裝置203驅動波長轉換轉盤202轉動，這使得波長轉換層202c上的不同位置周期性的被激發光激發，這可以有效的避免波長轉換層的某一個點被連續的激發而過熱失效。
[0018]在本實施例中，將波長轉換層202c置于波長轉換轉盤的環形側壁202b上，這使得波長轉換轉盤的盤面可以平行于激光的發射方向而不是像【背景技術】中的垂直于激光的發射方向；同時激光二極管陣列和波長轉換轉盤是位于反射裝置的同側。這樣的好處在于激光光源的光學結構更為緊湊，體積也更小。
[0019]本實施例中，優選的，激光221被反射裝置204反射后，被反射的激光221入射于波長轉換層202c的入射角大于第一角度，這樣的好處在于受激光中的大部分可以從小于第一角度的孔徑內出射而不會與激光221的光路重合而造成損失，例如圖2A中受激光222就是從小于第一角度的孔徑內出射的。
[0020]本實施例的激光光源沒有采用圖1中的大片濾光片111分光的光學結構來區分激發光(激光)和受激光的光路，而是通過設置反射裝置的方位使得經反射裝置反射的激光入射于波長轉換層202a的角度大于第一角度，這樣就讓開了第一角度以內的孔徑使得受激光可以輸出，使得受激光與激光的光路得以區分。與圖1中的【背景技術】相比，本實施例中的激光光源結構更為緊湊，體積更小。
[0021]圖2B和圖2C是為了更清楚的表示本實施例的結構所畫。可以看出，在沿第一方向的投影上，激光二極管陣列中的多個激光二極管201排列在波長轉換轉盤202的周圍，這樣能夠進一步的提升系統的緊湊性。
[0022]在本實施例中，優選的，波長轉換轉盤的環形側壁上，波長轉換層202a沿圓周方向分布有多個段，其中至少一段包括波長轉換材料。這樣的好處在于，這多個段可以具有不同的波長轉換屬性，這樣當波長轉換轉盤202被驅動裝置203所驅動轉動時，這多個段可以周期性的依次被激光221入射而產生不同顏色的受激光。這些周期性變化的不同顏色的受激光可以作為投影裝置的光源光。
[0023]進一步的，激光為藍光激光，波長轉換層的多個段中至少包括散射段，散射段上包括散射材料。當該散射段轉動到藍光激光的匯聚點時，藍光激光被散射材料所散射并出射形成藍色出射光，其中散射材料的作用在于消除激光的相干性。優選的，散射段上還可能包括青色波長轉換材料、綠色波長轉換材料、青綠色波長轉換材料、黃綠色波長轉換材料、黃色波長轉換材料中的至少一種，這樣當藍色激光入射于散射段時，部分藍色激光直接被散射出射，而部分藍色激光被上述波長轉換材料吸收而產生相應顏色的受激光，這部分受激光會與被直接散射出射的藍色激光混合在一起出射。這部分受激光對于藍色激光的顏色有一定的矯正作用，使得出射的混合光的顏色更接近于標準的藍光顏色。
[0024]當然，波長轉換層也可能只包括一個段，例如只包括一個含有綠色波長轉換材料的綠色段，這樣該激光光源將出射綠光。再例如只包括一個含有黃色波長轉換材料的段，這樣該激光光源將出射黃光；此時若激光為藍光則該激光光源還可能出射黃光和沒有被吸收的剩余的藍光從而出射白色的混合光。
[0025]值得說明的是，本實施例中的反射鏡204是針對激光的反射鏡，它可能反射受激光也可能透射受激光。若其透射受激光，則受激光的出射范圍就不僅限于第一角度以內，第一角度以外的受激光也可能穿過反射鏡204而出射。此時，雖然反射鏡204具有了濾光片的對光波長的選擇屬性，但是與圖1所示的結構相比本實施例仍然具有結構緊湊體積小的優點。
[0026]在實際應用中，第一角度的選取有一定的規則。若選取過大，則激光的入射光路設計和組裝都很困難；而若選取過小則波長轉換層上的出射光出射孔徑將受到影響。優選的，第一角度一般取值于45度至70度之間。
[0027]本發明的另一個實施例的結構示意圖如圖3A所示。與圖2A所示的實施例不同的是，在本實施例中，還包括第一光收集透鏡305。第一光收集透鏡305的正視圖如圖3B所示，其有效孔徑內包括內部305b、外部305a兩個區域。如圖3A所示，經反射裝置304反射的激光321入射于第一光收集透鏡305的有效孔徑的外部區域305a并被其折射而匯聚于波長轉換轉盤的環形側壁上，從環形側壁上的波長轉換層302c出射的大部分光322 (包括受激光或受激光和被散射的激發光的混合光，在圖3A中以帶箭頭的虛線表示)入射于第一光收集透鏡305的有效孔徑的內部區域305b并被其收集并出射。
[0028]根據幾何光學的知識可以理解，入射于第一光收集透鏡的外部區域305a的光經過折射后會以較大的角度入射于波長轉換層，控制外部區域305a的范圍就可以控制入射激光的角度范圍，使其滿足大于第一角度的要求。也就是說，在本實施例中，通過控制第一光收集透鏡305的有效孔徑內的內部區域和外部區域的范圍，可以實現控制激光321的入射角度范圍，使其滿足入射角大于第一角度的要求。同時，從波長轉換層出射的光322 (包括受激光或受激光和被散射的激發光的混合光)中大部分入射于第一光收集透鏡305的有效孔徑的內部區域305b并被其收集并出射，這樣就成功的區分了激光和受激光的光路。
[0029]當然在本實施例中，反射鏡304也可以是反射激光透射受激光的濾光片，這樣受激光中的大于第一角度出射的部分也可以透過反射鏡304而出射并被后面的光路所收集。
[0030]本實施例與圖2A所示的實施例相比，使用了第一光收集透鏡來實現激光的匯聚和受激光的收集，光效更高，系統設計更為簡單和緊湊。
[0031]在本施例中，優選的，還包括位于激光二極管陣列到第一光收集透鏡之間的光路上的光整形裝置或光散射裝置。光整形裝置可能是微透鏡陣列或光學衍射原件(D0E)，用于將入射于波長轉換層的激光光斑整形成預定的形狀，例如正方形或長方形，而光散射裝置可以將入射于波長轉換層的激光光斑散射成大致呈高斯分布的圓形或橢圓形。總之，無論光整形裝置還是光散射裝置都可以將入射于波長轉換層的激光光斑擴散以降低激光功率密度，這對于波長轉換層的轉換效率的提升有幫助。
[0032]本發明的另一個實施例的結構示意圖如圖4所示。本實施例是圖3A所示的實施例的改進型。與圖3A所示的實施例相比，本實施例的激光光源還包括位于第一光收集透鏡405光路后端的第二光收集透鏡406，第二光收集透鏡406的有效孔徑內包括內部、外部兩個區域；反射裝置404為位于第二光收集透鏡406的外部區域的反射鍍膜，且第二光收集透鏡的有效孔徑的內部區域用于收集從第一光收集透鏡405出射的光。這樣，第二光收集透鏡406就與反射裝置404合為一體，激光421經第二光收集透鏡406的外部區域上的反射裝置404反射而入射于第一光收集透鏡405的外部區域并最終入射于波長轉換層402c，同時從第一光收集透鏡405的內部區域出射的光422經過第二光收集透鏡的內部區域進一步的準直或聚焦出射。顯然，這樣形成的激光光源結構更為緊湊。
[0033]在前述實施例中，在沿第一方向的投影上，激光二極管陣列中的多個激光二極管都是以平行于波長轉換轉盤盤面的方向排列在波長轉換裝盤的周圍，這樣整個光源在第一方向(z方向)看過去具有近似長方形的外形(例如圖2C中所示的近似圓形的光源外殼241)。在實際應用中，近似圓形的外形也是經常應用的，如圖5所示的實施例中，在沿第一方向的投影上，激光二極管陣列中的多個激光二極管501是以近似圓形排列在波長轉換轉盤周圍的，這顯然并不影響上述實施例中所描述過的光源的工作方式。顯然激光二極管的排列方式可以根據實際應用中對外形的需求來改變。
[0034]本發明的另一個實施例如圖6A和圖6B所示，圖6B為從圖6A左側看過去的圖。該實施例在圖2A所示的實施例的基礎上增加了散熱器631，激光二極管陣列601安裝于該散熱器631表面。該散熱器631表面包括一個凹槽或一個槽型通孔631a，用于容納波長轉換裝盤602的部分環形側壁，以使得散熱器631與波長轉換轉盤602不接觸。這樣的好處在于既可以為激光二極管散熱，也避開了轉動的波長轉換轉盤并實現了結構的緊湊。
[0035]本發明還提出一種投影裝置，包括上述的激光光源用于該投影裝置的照明光源，還包括光閥對激光光源發出的光進行調制以產生圖像。
[0036]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種激光光源,其特征在于,包括: 激光二極管陣列，用于向第一方向發射激光； 波長轉換轉盤，該波長轉換轉盤的盤面所在的平面平行于第一方向；波長轉換轉盤包括垂直于盤面的環形側壁，該環形側壁上包括波長轉換層； 還包括反射裝置，用于將沿第一方向發射的激光反射并匯聚于所述波長轉換轉盤環形側壁上的波長轉換層； 還包括驅動裝置，用于驅動波長轉換轉盤轉動。
2.根據權利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述波長轉換轉盤的環形側壁上，波長轉換層沿圓周方向分布有多個段，其中至少一段包括波長轉換材料。
3.根據權利要求2所述的激光光源，其特征在于，所述激光為藍光激光，所述波長轉換層的多個段中至少包括散射段，散射段上包括散射材料。
4.根據權利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述散射段上還包括青色波長轉換材料、綠色波長轉換材料、青綠色波長轉換材料、黃綠色波長轉換材料、黃色波長轉換材料中的至少一種。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的激光光源，其特征在于，在沿第一方向的投影上，所述激光二極管陣列排列在所述波長轉換轉盤的周圍。
6.根據權利要求1至4中的任一項所述的激光光源，其特征在于，激光被反射裝置反射后，被反射的激光入射于波長轉換層的入射角大于第一角度。
7.根據權利要求6所述的激光光源，其特征在于，還包括第一光收集透鏡，該第一光收集透鏡的有效孔徑內包括內部和外部兩個區域，經反射裝置反射的激光入射于第一光收集透鏡有效孔徑的外部區域并匯聚于波長轉換轉盤的環形側壁上，從波長轉換轉盤的環形側壁出射的光中的大部分入射于第一光收集透鏡有效孔徑的內部區域并被其收集并出射。
8.根據權利要求7所述的激光光源，其特征在于，還包括位于第一光收集透鏡光路后端的第二光收集透鏡，第二光收集透鏡的有效孔徑內包括內部、外部兩個區域；所述反射裝置為位于第二光收集透鏡的外部區域的反射鍍膜，且第二光收集透鏡的有效孔徑的內部區域用于收集從第一光收集透鏡出射的光。
9.根據權利要求1至4中任一項所述的激光光源，其特征在于，還包括散熱器，激光二極管陣列安裝于該散熱器表面；該散熱器表面包括一個凹槽或一個槽型通孔，用于容納波長轉換裝盤的部分環形側壁，以使得散熱器與波長轉換轉盤不接觸。
10.一種投影裝置，其特征在于，包括根據權利要求1至9中任一項所述的激光光源用于該投影裝置的照明光源，還包括光閥對激光光源發出的光進行調制以產生圖像。
【文檔編號】G03B21/20GK104330947SQ201410535857
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月12日 優先權日:2014年10月12日
【發明者】楊毅 申請人:楊毅