一种投影光源结构及其控制方法与流程

本发明涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种投影光源结构及其控制方法。

背景技术

随着科技的发展，投影显示技术百花齐放，按照显示芯片分类，有3LCD技术、DLP技术、Lcos技术等；按照光源分类，有灯泡投影、LED投影、激光荧光投影、激光投影等。

其中LED投影光源，具有色彩好、成本低的优势，但是显示亮度受LED显示芯片自身亮度限制，无法做到高亮度投影显示。

技术实现要素：

本发明解决的问题是目前的LED投影光源亮度较低。

为解决上述问题，本发明提供一种投影光源结构，包括：

蓝绿LED光源组件，用于发射蓝光光束与绿光光束；

红光LED光源，用于发射红光光束；

波长转换装置，用于对所述蓝光光束与所述绿光光束进行波长转换，得到受激发光光束；所述波长转换装置位于所述蓝绿LED光源组件与所述红光LED光源之间；

第一分光元件，与所述红光LED光源相邻设置；所述第一分光元件用于对所述受激发光光束与所述红光光束进行合光，得到合光光束；

光机系统，与所述第一分光元件相邻设置；所述光机系统用于接收所述合光光束；

控制模块，与所述蓝绿LED光源组件、所述红光LED光源以及所述波长转换装置均信号连接。

可选地，还包括第二滤色元件，所述第二滤色元件设置于所述波长转换装置与所述光机系统的光学调制器之间。

可选地，所述第二滤色元件与所述波长转换装置为一体式结构。

可选地，所述蓝绿LED光源组件包括第一蓝光LED光源、绿光LED光源组件以及第二分光元件；其中，

所述第一蓝光LED光源位于所述第二分光元件靠近所述波长转换装置的一侧；所述第一蓝光LED光源用于发射第一蓝光光束，且所述第一蓝光光束经所述第二分光元件反射后入射至所述波长转换装置；

所述绿光LED光源组件位于所述第二分光元件远离所述波长转换装置的一侧；所述绿光LED光源组件用于发射绿光光束，且所述绿光光束经所述第二分光元件透射后入射至所述波长转换装置。

可选地，所述绿光LED光源组件包括第二蓝光LED光源、第三蓝光LED光源、绿光波长转换装置以及第三分光元件；其中，

所述第二蓝光LED光源用于发射第二蓝光光束，所述第二蓝光光束与所述第一蓝光光束平行，且方向相反；

所述第三蓝光LED光源用于发射第三蓝光光束，所述第三蓝光光束的方向与所述第二蓝光光束相垂直；

所述绿光波长转换装置以及所述第三分光元件均位于所述第三蓝光LED光源与所述第二分光元件之间，且所述绿光波长转换装置位于靠近所述第二分光元件的一侧；

所述绿光波长转换装置用于将所述第二蓝光光束与所述第三蓝光光束转换为所述绿光光束；

所述第三分光元件用于对所述第三蓝光光束进行透射，并对所述绿光光束进行反射。

可选地，所述第三分光元件为第一分光膜，所述第一分光膜设置于所述第三蓝光LED光源的出光侧。

可选地，所述绿光波长转换装置包括绿光波长转换膜，所述绿光波长转换膜设置于所述第一分光膜的出光侧。

可选地，所述绿光波长转换装置还包括第一滤色元件。

可选地，所述蓝绿LED光源组件还包括蓝光波长转换装置，所述蓝光波长转换装置位于所述第一蓝光LED光源与所述第二分光元件之间。

可选地，所述蓝绿LED光源组件还包括第四分光元件，所述第四分光元件位于所述第一蓝光LED光源与所述蓝光波长转换装置之间。

本发明的另一目的在于提供一种如上所述的投影光源结构的控制方法，包括如下步骤：

获取光源中红光、蓝光与绿光的显示时序；

根据所述显示时序，控制蓝绿LED光源组件、红光LED光源以及波长转换装置的运行；

显示红光时，所述红光LED光源发射红光光束；

所述蓝绿LED光源组件发射蓝光光束与绿光光束中的至少一种光束；

所述蓝光光束与所述绿光光束中的至少一种光束激发所述波长转换装置，产生红色受激光光束；

所述红色受激光光束以及所述红光光束经第一分光元件进行合光，得到红光合光光束；

所述红光合光光束入射至光机系统的光学调制器中；

显示蓝光或绿光时，所述红光LED光源处于脉冲电流的零点；

所述蓝绿LED光源组件发射蓝光光束或绿光光束；

所述蓝光光束或所述绿光光束经所述波长转换装置后，产生蓝光合光光束或绿光合光光束；

所述蓝光合光光束或所述绿光合光光束入射至所述光机系统。

可选地，所述蓝光光束与所述绿光光束中的至少一束光束激发所述波长转换装置，产生红色受激光光束包括：所述蓝光光束与所述绿光光束中的至少一束光束激发所述波长转换装置，产生受激光光束；所述受激光光束经第二滤色元件进行滤色，产生所述红色受激光光束。

可选地，显示所述绿光时，绿光LED光源组件发射绿光光束；

所述第一蓝光LED光源发射第一蓝光光束；

所述绿光光束与所述第一蓝光光束经第二分光元件合光后，得到蓝绿合光光束；

所述蓝绿合光光束入射至所述波长转换装置，所述蓝绿合光光束对所述波长转换装置进行激发，并经所述第二滤色元件滤色后，得到绿光合光光束；

所述绿光合光光束穿过所述第一分光元件后入射至所述光机系统。

与现有技术相比，本发明提供的投影光源结构具有如下优势：

本发明提供的投影光源结构，通过设置波长转换装置，在需要出射红光时，蓝绿LED光源组件继续运行，并通过蓝绿LED光源组件产生的蓝光光束与绿光光束对波长转换中装置上的红色波长转换材料进行激发，产生与红光光束波长不同的红色激发光光束，通过该红色激发光光束与红光光束合光，来提高显示的红光的亮度，使得投影光源结构的显示亮度突破LED芯片显示亮度的限制，实现LED投影光源高亮度显示。

附图说明

图1为现有技术中LED投影光源结构的结构简图；

图2为本发明中投影光源结构的结构简图一；

图3为本发明中投影光源结构的结构简图二。

附图标记说明：

1-蓝绿LED光源组件；11-第一蓝光LED光源；12-绿光LED光源组件；121-第二蓝光LED光源；122-第三蓝光LED光源；123-绿光波长转换装置；124-第三分光元件；13-第二分光元件；14-蓝光波长转换装置；15-第四分光元件；2-红光LED光源；3-波长转换装置；31-基板；311-波长转换材料；32-电机；4-第一分光元件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“周向”、“径向”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”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

现有的LED投影光源结构，参见图1所示，通常包括发射红光光束的红光LED光源2、发射蓝光光束的第一蓝光LED光源11、第二蓝光LED光源121、第三蓝光LED光源122、第一分光元件4、第二分光元件13、第三分光元件124以及绿光波长转换壮汉子14；上述LED投影光源结构，第二蓝光LED光源121、第三蓝光LED光源122、第三分光元件124以及滤光波长转换装置123协同作用发射绿光光束，作为投影光源结构中的绿光光源；该LED投影光源结构工作过程中，出射某一基色光时，其余两个光源处于脉冲电流的零点，即不出射光束，使得光源结构的亮度取决于单个LED光源芯片的亮度，譬如，出射红光时，红光LED光源2发射红光光束，第一蓝光LED光源11、第二蓝光LED光源121以及第三蓝光LED光源122均处于脉冲电流零点状态，因而出射的红光的亮度仅取决于红光LED芯片，从而使得LED投影光源结构的亮度受限，导致LED投影光源结构的亮度较低。

为解决目前的LED投影光源亮度较低的问题，本发明提供一种投影光源结构，参见图2所示，该投影光源结构包括：蓝绿LED光源组件1，用于发射蓝光光束与绿光光束；红光LED光源2，用于发射红光光束；波长转换装置3，用于对蓝光光束与绿光光束进行波长转换，得到受激发光光束；波长转换装置3位于蓝绿LED光源组件1与红光LED光源2之间；第一分光元件4，与红光LED光源2相邻设置；第一分光元件4用于对受激发光光束与红光光束进行合光，得到合光光束；具体的，本申请中第一分光元件4的光谱设置为，对红光光束进行反射，并对受激发光光束进行透射，从而实现对受激发光光束与红光光束的合光；光机系统(图中未示出)，与第一分光元件4相邻设置；光机系统用于接收合光光束；控制模块，与蓝绿LED光源组件1、红光LED光源2以及波长转换装置3均信号连接，以便于通过该控制模块控制蓝绿LED光源组件1、红光LED光源2以及波长转换装置3的运行。

该投影光源结构工作过程中，控制模块根据红光、蓝光以及绿光的显示时序来控制蓝绿LED光源组件1、红光LED光源2以及波长转换装置3的运行；具体的，控制模块可通过控制蓝绿LED光源组件1、红光LED光源2的脉冲电流，以及波长转换装置3的转速来控制光源结构的运行；譬如，当显示红光时，红光LED光源2运行，发射红光光束；红光光束经第一透镜组件调整后入射至第一分光元件4，被第一分光元件4反射，反射的红光光束经第二透镜组件调整后入射至光机系统；同时，蓝绿LED光源组件运行，发射蓝光光束与绿光光束；蓝光光束与绿光光束经相应的透镜组件调整后，入射至高速运转的波长转换装置3上，对波长转换装置3上的红色波长转换材料进行激发，产生红色受激发光；本申请优选红色受激发光的波长不同于红光光束的波长，并优选第一分光元件4对红光光束进行反射，并对红色受激发光进行透射；红色受激发光经第三透镜组件调整后，入射至第一分光元件4，并穿过第一分光元件4，与反射后的红光光束合光，产生合光光束，并入射至光机系统。

为实现上述投影过程，本申请中的波长转换装置3包括基板31，以及与基板31相连，且用于驱动基板31高速旋转的电机32；其中基板31为透明材质，或能够对蓝光光束与绿光光束进行透射的材质；并且，在基板31上靠近红光LED光源2的一侧设置有相应的呈圆环状的波长转换材料311；从而在投影过程中，蓝光光束与绿光光束均能够透过基板31，入射至波长转换材料311上，对波长转换材料进行激发，产生相应的受激发光；具体的，对于本申请而言，该波长转换材料311包括红光波长转换材料，并且在显示红光时，蓝光光束与绿光光束入射至红光波长转换材料处，产生红色受激发光。

为提高投影效果，本申请提供的投影光源结构还可包括滤色元件，以便于通过该滤色元件来对产生的受激发光进行滤色；本申请将该滤色元件记为第二滤色元件；该第二滤色元件设置于波长转换装置3与光机系统的光学调制器之间，以便于通过该第二滤色元件对经波长转换装置3进行波长转换后得到的受激发光进行滤色后，使得滤色后的受激发光进行合光，提高色彩的真实度。

具体的，该第二滤色元件可以与波长转换装置3为一体式结构，也可以是分体式结构，即第二滤色元件为单独设置的元件；为简化投影光源结构，本申请优选该第二滤色元件与波长转换装置3为一体式结构。

本发明提供的投影光源结构，通过设置波长转换装置3，在需要出射红光时，蓝绿LED光源组件1继续运行，并通过蓝绿LED光源组件1产生的蓝光光束与绿光光束对波长转换中装置3上的红色波长转换材料进行激发，产生与红光光束波长不同的红色激发光光束，通过该红色激发光光束与红光光束合光，来提高显示的红光的亮度，使得投影光源结构的显示亮度突破LED芯片显示亮度的限制，实现LED投影光源高亮度显示，同时，提高了各光源的利用率。

本申请中的蓝绿LED光源组件11可以为现有技术中任意能够出射蓝光光束与绿光光束的光路结构；本申请优选该蓝绿LED光源组件1包括第一蓝光LED光源11、绿光LED光源组件12以及第二分光元件13；其中，第一蓝光LED光源11位于第二分光元件13靠近波长转换装置3的一侧，即第一蓝光LED光源11位于第二分光元件13与波长转换装置3之间；该第一蓝光LED光源11用于发射第一蓝光光束，且第一蓝光光束经第二分光元件13反射后入射至波长转换装置3，即第二分光元件13的光谱设置为能够对第一蓝光光束进行反射；绿光LED光源组件12位于第二分光元件13远离波长转换装置3的一侧，即绿光LED光源组件12与第一蓝光LED光源11分别位于第二分光元件13的两侧；绿光LED光源组件12用于发射绿光光束，即第二分光元件13的光谱设置为能够对绿光光束进行透射；且绿光光束经第二分光元件13透射后入射至波长转换装置3。

本申请中的绿光LED光源组件12可以为单独设置的LED光源；为提高投影效果，本申请优选绿光LED光源组件12包括第二蓝光LED光源121、第三蓝光LED光源122、绿光波长转换装置123以及第三分光元件124；其中，第二蓝光LED光源121用于发射第二蓝光光束，第二蓝光光束与第一蓝光光束平行，且方向相反；第三蓝光LED光源122用于发射第三蓝光光束，第三蓝光光束的方向与第二蓝光光束相垂直；绿光波长转换装置123以及第三分光元件124均位于第三蓝光LED光源122与第二分光元件13之间，且绿光波长转换装置123位于靠近第二分光元件13的一侧；绿光波长转换装置123用于将第二蓝光光束与第三蓝光光束转换为绿光光束，或青绿光光束，具体根据投影需求而定；第三分光元件124用于对第三蓝光光束进行透射，并对绿光光束进行反射。

显示绿光时，红光LED光源2处于脉冲电流的零点，第二蓝光LED光源121发射第二蓝光光束，第二蓝光光束经第七透镜组件调整后，入射至第二分光元件13处，并于第二分光元件13处发生反射；反射后的第二蓝光光束入射至绿光波长转换装置123，对绿光波长转换装置123上的绿光波长转换材料或青绿光波长转换材料进行激发，产生绿色受激发光光束；产生的绿色受激发光光束入射至第三分光元件124处，被第三分光元件124进行反射后，再依次穿过绿光波长转换装置123、第六透镜组件后，入射至第二分光元件13；同时，第三蓝光LED光源122发射第三蓝光光束，第三蓝光光束穿过第三分光元件124后，入射至滤光波长转换装置123，对绿光波长转换装置123上的绿光波长转换材料进行激发，产生绿色受激发光光束；该绿色受激发光光束与第二蓝光光束转化而来的绿色受激发光光束合光入射至第二分光元件13，穿过第二分光元件13后，入射至波长转换装置3上的绿光波长转换区。

为提高光源的亮度，此时，第一蓝光LED光源11运行，产生第一蓝光光束；产生的第一蓝光光束入射至第二分光元件13，被第二分光元件13反射后，与绿色受激发光光束合光，入射至波长转换装置3上的绿光波长转换区；此时第一蓝光光束对绿光波长转换材料进行激发，产生新的绿色受激发光，与原有的绿色受激发光光束合光后，依次穿过第三透镜组件、第一分光元件4以及第二透镜组件，入射至光机系统。

由上述分析可知，该投影光源结构显示绿光时，作为蓝光光源的第一蓝光LED光源11同时工作，使得第一蓝光LED光源11产生的蓝光光束对波长转换装置3上的绿光波长转换材料进行激发，产生绿光受激发光用于显示，从而提高绿光的显示亮度。

需要出射蓝光时，红光LED光源2处于脉冲电流的零点，即不发射红光光束；第一蓝光LED光源11运行，发射蓝光光束，即第一蓝光光束；蓝光光束经第四透镜组件调整后，入射至第二分光元件13处，并进行反射，反射后的蓝光光束经第五透镜组件后入射至波长转换装置3上；同时，绿光LED光源组件12运行，发射绿光光束；具体发射绿光光束时第二蓝光LED光源121、第三蓝光LED光源122、绿光波长转换装置123的工作过程参见上文所述，本文不再赘述；绿光光束穿过经第六透镜组件后入射至第二分光元件13，穿过第二分光元件13后，与经第二分光元件13反射的蓝光光束合光，并经第五透镜组件调整后入射至波长转换装置3；在该波长转换装置3处，合光后的蓝光光束与绿光光束入射至波长转换装置3上的空白区，即不对波长转换材料进行激发，仅通过波长转换装置3处的滤色元件进行滤色，将绿光光束中部分长波的蓝光滤出，用于与蓝光显示，从而在提高蓝光亮度的同时，还能够提高护眼功能。

本发明提供的投影光源结构，与现有的LED投影光源结构相比，更充分的利用了各LED光源的效率，避免或减少了单色显示过程中其他LED光源处于脉冲电流零点的情况，提高了各光源的利用率，从而使得光源的光效更高；同时，使得光源的显示亮度突破了LED芯片自身亮度的限制，解决了4LED光源亮度上限的问题。

本申请中的第三分光元件124可以为单独的分光镜等分光组件，为简化投影光源结构，减小体积，本申请优选第三分光元件124为分光膜，记为第一分光膜，该第一分光膜设置于第三蓝光LED光源122的出光侧，从而使得投影光源结构更加紧凑。

同样，本申请优选绿光波长转换装置123包括绿光波长转换膜，该绿光波长转换膜设置于第一分光膜的出光侧，即设置于第一分光膜上远离第三蓝光LED光源122的一侧。

进一步的，为提高投影效果，本申请优选绿光波长转换装置123还包括第一滤色元件，通过该第一滤色元件来滤出单色的绿色光。

进一步的，为改善第一蓝光LED光源11发射的蓝光波长偏短且偏紫的问题，参见图3所示，本申请优选蓝绿LED光源组件1还包括蓝光波长转换装置14，该蓝光波长转换装置14位于第一蓝光LED光源11与第二分光元件13之间，以便于通过第一蓝光LED光源11发射的第一蓝光光束对蓝光波长转换装置14上的蓝光波长转换材料进行激发，产生较长波长的蓝光光束。

为减小投影光源结构的体积，本申请优选该蓝光波长转换装置14包括蓝光波长转换膜，该蓝光波长转换膜设置于第一蓝光LED光源11的出光侧。

进一步的，本申请优选蓝绿LED光源组件1还包括第四分光元件15，该第四分光元件15位于第一蓝光LED光源11与蓝光波长转换装置14之间；该第四分光元件15的光谱设置为能够透射第一蓝光光束，同时反射蓝色受激发光光束。

本发明的另一目的在于提供一种如上所述的投影光源结构的控制方法，该控制方法包括如下步骤：

获取光源中红光、蓝光与绿光的显示时序；

根据显示时序，控制蓝绿LED光源组件1、红光LED光源2以及波长转换装置3的运行；

显示红光时，红光LED光源2发射红光光束；

蓝绿LED光源组件1发射蓝光光束与绿光光束中的至少一种光束；

蓝光光束与绿光光束中的至少一种光束激发波长转换装置3，产生红色受激光光束；

红色受激光光束以及红光光束经第一分光元件4进行合光，得到红光合光光束；

红光合光光束入射至光机系统的光学调制器中；

显示蓝光或绿光时，红光LED光源2处于脉冲电流的零点；

蓝绿LED光源组件1发射蓝光光束或绿光光束；

蓝光光束或绿光光束经波长转换装置3后，产生蓝光合光光束或绿光合光光束；

蓝光合光光束或绿光合光光束入射至所述光机系统。

本发明提供的投影光源结构的控制方法，在需要出射红光时，蓝绿LED光源组件1继续运行，并通过蓝绿LED光源组件1产生的蓝光光束与绿光光束中的至少一束光束对波长转换中装置3上的红色波长转换材料进行激发，即，可以通过单独的蓝光光束对波长转换装置3上的红色波长转换材料进行激发，也可以通过单独的绿光光束对波长转换装置3上的红色波长转换材料进行激发，还可以同时通过蓝光光束与绿光光束来对波长转换装置3上的红色波长转换材料进行激发，产生与红光光束波长不同的红色激发光光束，通过该红色激发光光束与红光光束合光，来提高显示的红光的亮度，使得投影光源结构的显示亮度突破LED芯片显示亮度的限制，实现LED投影光源高亮度显示。

其中，为提高显示色彩的真实性，蓝光光束与绿光光束中的至少一束光束激发波长转换装置3，产生红色受激光光束包括：蓝光光束与绿光光束中的至少一束光束激发波长转换装置3，产生受激光光束；该受激光光束经第二滤色元件进行滤色，产生红色受激光光束。

进一步的，显示绿光时，绿光LED光源组件12发射绿光光束；

第一蓝光LED光源11发射第一蓝光光束；

绿光光束与第一蓝光光束经第二分光元件13合光后，得到蓝绿合光光束；

蓝绿合光光束入射至波长转换装置3，蓝绿合光光束对波长转换装置3进行激发，并经第二滤色元件滤色后，得到绿光合光光束；

绿光合光光束穿过第一分光元件4后入射至光机系统。

该投影光源结构显示绿光时，作为蓝光光源的第一蓝光LED光源11同时工作，使得第一蓝光LED光源11产生的蓝光光束对波长转换装置3上的绿光波长转换材料进行激发，产生绿光受激发光用于显示，从而提高绿光的显示亮度。

投影光源结构显示蓝光时的控制过程，以及控制过程中各元件的具体工作过程均可详见上文的描述，本文不再赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。