激光光源系统和激光投影设备的制作方法

1.本发明涉及激光投影技术领域，具体而言，涉及一种激光光源系统和激光投影设备。


背景技术：

2.激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，激光光源作为一种优良的相干光源，具有单色性好，方向性强，光通量高等优点。在激光投影技术领域，一般使用红、绿、蓝三种颜色的激光光源进行混色，得到白光输出，但是这种方案具有结构复杂、成本昂贵、而且出光效率低等缺点。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种激光光源系统和激光投影设备，以解决激光光源系统和激光投影设备结构复杂、成本昂贵、而且出光效率低的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种激光光源系统，包括：第一激发光源、第二光源、第一匀光元件、第二匀光元件、波长转换装置和分光合光装置；
5.所述第一激发光源发出第一蓝色光，所述第二光源发出第二蓝色光；
6.所述第一匀光元件设置在所述第一激发光源和所述分光合光装置之间，所述第二匀光元件设置在所述第二光源和所述分光合光装置之间；
7.所述波长转换装置包括荧光层和具有反射面的基板，所述荧光层设置在所述基板的反射面，或者，所述波长转换装置包括荧光层、基板和反射层，所述反射层位于所述基板和荧光层之间；
8.所述分光合光装置反射所述第一激发光源发出的第一蓝色光至所述荧光层，所述荧光层接收所述第一激发光源发出的第一蓝色光，并进行波长转换得到黄色受激发光；
9.所述分光合光装置透射所述黄色受激发光并反射所述第二蓝色光，将黄色受激发光和第二蓝色光合光后输出。
10.本发明提供另一种激光光源系统，包括：第一激发光源、第二光源、第一匀光元件、第二匀光元件、波长转换装置和分光合光装置；
11.所述第一激发光源发出第一蓝色光，所述第二光源发出第二蓝色光；
12.所述第一匀光元件设置在所述第一激发光源和所述分光合光装置之间，所述第二匀光元件设置在所述第二光源和所述分光合光装置之间；
13.所述波长转换装置包括荧光层和具有反射面的基板，所述荧光层设置在所述基板的反射面，或者，所述波长转换装置包括荧光层、基板和反射层，所述反射层位于所述基板和荧光层之间；
14.所述分光合光装置透射所述第一激发光源发出的第一蓝色光至所述荧光层，所述荧光层接收所述第一激发光源发出的第一蓝色光，并进行波长转换得到黄色受激发光；
15.所述分光合光装置反射所述黄色受激发光并透射所述第二蓝色光，将黄色受激发
光和第二蓝色光合光后输出。
16.在其中一些实施例中，所述荧光层的厚度小于等于0.3mm。
17.在其中一些实施例中，所述激光光源系统还包括第一散射元件，所述第一散射元件设置在所述第一激发光源和所述第一匀光元件之间，所述第一散射元件用于对所述第一激发光源发出的第一蓝色光进行散射和匀光处理。
18.在其中一些实施例中，所述激光光源系统还包括第二散射元件，所述第二散射元件设置在所述第二光源和所述第二匀光元件之间，所述第二散射元件用于对所述第二光源发出的所述第二蓝色光进行散射和匀光处理。
19.在其中一些实施例中，所述激光光源系统还包括第一反射镜和第一透镜组，所述第一反射镜和所述第一透镜组依序设置在所述第一激发光源和所述分光合光装置之间。
20.在其中一些实施例中，所述激光光源系统还包括第二反射镜和第二透镜组，所述第二反射镜和所述第二透镜组依序设置在所述第二光源和所述分光合光装置之间。
21.在其中一些实施例中，所述第一激发光源包括第一蓝光激光器阵列、第二蓝光激光器阵列和偏振合光元件；所述第一蓝光激光器阵列和第二蓝光激光器阵列所在的平面互相垂直，所述偏振合光元件位于第一蓝光激光器阵列和第二蓝光激光器阵列之间，所述偏振合光元件与所述第一蓝光激光器阵列和第二蓝光激光器阵列所在平面相交设置；所述第一蓝光激发器阵列发出的光和第二蓝光激发光器阵列发出的光的偏振态不同，所述偏振合光元件对第一蓝光激光器阵列发出的光和第二蓝光激光器阵列发出的光进行合光输出，得到所述第一蓝色光。
22.在其中一些实施例中，所述激光光源系统还包括第三透镜组，所述第三透镜组设置在所述分光合光装置和所述波长转换装置之间。
23.在其中一些实施例中，所述波长转换装置设置在封闭的壳体中，所述壳体开设有通光口，所述第三透镜组设置于所述壳体的通光口。
24.在其中一些实施例中，所述波长转换装置设置在所述第一蓝色光的光径上，相对彼此可移动。
25.本发明还提供一种激光投影设备，包括光机、镜头以及如上所述的激光光源系统，所述激光光源系统用于为所述光机提供光源光束，所述光机用于对所述光源光束进行调制并输出至所述镜头，所述镜头用于成像并投射至投影介质以形成投影画面。
26.相较于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：通过第一激发光源发出的第一蓝色光经过波长转换装置后产生黄色受激发光，该黄色受激发光与第二光源发出的第二蓝色光合光，进而形成白光输出，具有整体结构简单、成本较低而且出光效率高的优点；通过第一散射元件对第一蓝色光进行散射和匀光处理，通过第二散射元件对第二蓝色光进行散射和匀光处理，能够有效地减轻输出的白光的散斑现象；通过设置第一反射镜、第一透镜组、第二反射镜、第二透镜组和第三透镜组，有利于节省整个激光光源系统占用的空间，减小分光合光装置的体积大小，减小波长转换装置的体积大小；通过设置第一蓝光激光器阵列、第二蓝光激光器阵列和偏振合光元件，能够减小第一激发光源占用的空间并得到高亮度的第一蓝色光；通过将波长转换装置设置在封闭的壳体中，可以提高波长转换装置的防尘效果，有利于延长波长转换装置的使用寿命，且能够获得高纯度的黄色受激发光；通过将波长转换装置和第一蓝色光相对彼此可移动设置，能够提高波长转换装置的散热效果，进
一步提高波长转换装置的使用寿命；通过在同一周期内设置第一激发光源和第二光源的点亮时间，可以在同一周期同时出射多色光，提高单位时间的出光量，或者得到连续输出的白光。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
28.图1是本发明实施例中一种激光光源系统的结构示意图；
29.图2是本发明实施例中另一种激光光源系统的结构示意图；
30.图3是本发明实施例中波长转换装置的第一种结构示意图；
31.图4是本发明实施例中波长转换装置的第二种结构示意图；
32.图5是本发明实施例中壳体、波长转换装置和第三透镜组的结构示意图；
33.图6是本发明实施例中第一激发光源和第二光源在同一周期内点亮的第一种时序图；
34.图7是本发明实施例中第一激发光源和第二光源在同一周期内点亮的第二种时序图；
35.图8是本发明实施例中第一激发光源和第二光源在同一周期内点亮的第三种时序图。
具体实施方式
36.为了便于理解本发明实施例，下面将参照相关附图对本发明实施例进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
38.在本发明中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触，或者通过中间媒介的表面接触连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.此外，本发明术语“多个”是指大于或等于两个。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例
中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。
40.本发明实施例提供一种激光光源系统，如图1所示，该激光光源系统包括第一激发光源1、第二光源2、第一匀光元件31、第二匀光元件32、波长转换装置4和分光合光装置5。
41.第一激发光源1用于发出第一蓝色光11，第二光源2用于发出第二蓝色光21。其中，第一激发光源1是激光光源，第二光源2可以是激光光源，也可以是led光源等其它光源；第一蓝色光11的波长与第二蓝色光21的波长可以一样，也可以不一样。
42.第一匀光元件31设置在第一激发光源1和分光合光装置5之间，第二匀光元件32设置在第二光源2和分光合光装置5之间。第一匀光元件31用于对第一激发光源1发出的第一蓝色光11进行匀光处理，第二匀光元件32用于对第二光源2发出的第二蓝色光21进行匀光处理；分别经过匀光处理后的第一蓝色光11和第二蓝色光21能够获得较高的光能利用率和更均匀的光照度。在本发明实施例中，第一匀光元件31可以采用匀光棒或者复眼透镜等，第二匀光元件32可以采用匀光棒或者复眼透镜等。
43.如图3所示，在一些可选的实施例中，波长转换装置4包括荧光层41和具有反射面421的基板42，荧光层41设置在基板42的反射面421；即基板42本身具有反射功能，波长转换装置4包括荧光层41和具有反射功能的基板42共两层层结构。如图4所示，在一些可选的实施例中，波长转换装置4包括荧光层41、基板42和反射层43，反射层43位于基板42和荧光层41之间；即基板42本身不具有反射功能，起到承载反射层43和荧光层41的作用，波长转换装置4包括荧光层41、基板42和反射层43共三层层结构。
44.如图1所示，分光合光装置5具有反射蓝光和透射黄光的特性。在本发明实施例中，分光合光装置5可以是二向色片，二向色片具有反射一部分波段的光并透射另一部分波段的光的特性，可以实现反射蓝光、透射黄光的目的。
45.如图1、图3和图4所示，分光合光装置5将第一蓝色光11反射至波长转换装置4的荧光层41，波长转换装置4的荧光层41接收第一蓝色光11，并对第一蓝色光11进行波长转换，得到黄色受激发光44；基板42的反射面421或者波长转换装置4的反射层43反射黄色受激发光44，使黄色受激发光44射向分光合光装置5。分光合光装置5透射黄色受激发光44并反射第二蓝色光21，经过分光合光装置5反射后的第二蓝色光21与经过分光合光装置5透射后的黄色受激发光44合光输出。
46.具体的，分光合光装置5具有相对设置的第一表面和第二表面，在图1中，第一表面即分光合光装置5的左上表面，第二表面即分光合光装置5的右下表面。第一蓝色光11射往分光合光装置5的第一表面，在分光合光装置5的第一表面发生反射并射往波长转换装置4的荧光层41，产生黄色受激发光44并通过基板42的反射面421或者波长转换装置4的反射层43射往分光合光装置5，黄色受激发光44能够透射于分光合光装置5的第一表面和第二表面，黄色受激发光44从分光合光装置5的第二表面射出。第二蓝色光21射往分光合光装置5的第二表面，在分光合光装置5的第二表面发生反射，经过分光合光装置5反射后的第二蓝色光21和经过分光合光装置5透射后的黄色受激发光44进行合光输出得到白光。
47.本发明实施例还提供另一种激光光源系统，如图2所示，该激光光源系统包括第一激发光源1、第二光源2、第一匀光元件31、第二匀光元件32、波长转换装置4和分光合光装置5。
48.第一激发光源1用于发出第一蓝色光11，第二光源2用于发出第二蓝色光21。其中，第一激发光源1是激光光源，第二光源2可以是激光光源，也可以是led光源等其它光源；第一蓝色光11的波长与第二蓝色光21的波长可以一样，也可以不一样。
49.第一匀光元件31设置在第一激发光源1和分光合光装置5之间，第二匀光元件32设置在第二光源2和分光合光装置5之间。第一匀光元件31用于对第一激发光源1发出的第一蓝色光11进行匀光处理，第二匀光元件32用于对第二光源2发出的第二蓝色光21进行匀光处理；分别经过匀光处理后的第一蓝色光11和第二蓝色光21能够获得较高的光能利用率和更均匀的光照度。在本发明实施例中，第一匀光元件31可以采用匀光棒或者复眼透镜等，第二匀光元件32可以采用匀光棒或者复眼透镜等。
50.如图3所示，在一些可选的实施例中，波长转换装置4包括荧光层41和具有反射面421的基板42，荧光层41设置在基板42的反射面421；即基板42本身具有反射功能，波长转换装置4包括荧光层41和具有反射功能的基板42共两层层结构。如图4所示，在一些可选的实施例中，波长转换装置4包括荧光层41、基板42和反射层43，反射层43位于基板42和荧光层41之间；即基板42本身不具有反射功能，起到承载反射层43和荧光层41的作用，波长转换装置4包括荧光层41、基板42和反射层43共三层层结构。
51.如图2所示，分光合光装置5具有透射蓝光和反射黄光的特性。在本发明实施例中，分光合光装置5可以是二向色片，二向色片具有反射一部分波段的光并透射另一部分波段的光的特性，可以实现透射蓝光、反射黄光的目的。
52.如图2、图3和图4所示，分光合光装置5将第一蓝色光11透射至波长转换装置4的荧光层41，波长转换装置4的荧光层41接收第一蓝色光11，并对第一蓝色光11进行波长转换，得到黄色受激发光44；基板42的反射面421或者波长转换装置4的反射层43反射黄色受激发光44，使黄色受激发光44射向分光合光装置5。分光合光装置5反射黄色受激发光44并透射第二蓝色光21，经过分光合光装置5透射后的第二蓝色光21与经过分光合光装置5反射后的黄色受激发光44合光输出。
53.具体的，分光合光装置5具有相对设置的第一表面和第二表面，在图2中，第一表面即分光合光装置5的左上表面，第二表面即分光合光装置5的右下表面。第一蓝色光11射往分光合光装置5的第二表面，并透射于分光合光装置5的第二表面和第一表面之后射往波长转换装置4的荧光层41，产生黄色受激发光44并通过基板42的反射面421或者波长转换装置4的反射层43射往分光合光装置5，黄色受激发光44在分光合光装置5的第一表面发生反射并射出。第二蓝色光21射往分光合光装置5的第二表面，并透射于分光合光装置5的第二表面和第一表面之后，和经过分光合光装置5反射后的黄色受激发光44进行合光输出得到白光。
54.如图3和图4所示，在一些可选的实施例中，荧光层41的厚度小于等于0.4mm，或者小于等于0.3mm，或者小于等于0.15mm；在更优选的实施例中，荧光层41的厚度小于等于0.3mm。荧光层41的厚度小于等于0.3mm的情况下，既能够保障荧光层41中的荧光粉被充分激发出黄色受激发44光并反射回出射光路，同时还能够减少热量在荧光层41中的富积，提高荧光层41的激发效率和保障荧光层41的使用寿命。
55.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，激光光源系统还包括第一散射元件61，第一散射元件61设置在第一激发光源1和第一匀光元件31之间，第一散射元件61用于对第
一激发光源1发出的第一蓝色光11进行散射和匀光处理。经过散射和匀光处理的第一蓝色光11再通过第一匀光元件31进行进一步的匀光处理。经过散射和匀光处理后的第一蓝色光11不易产生干涉现象，从而减轻输出的白光的散斑现象。在本发明实施例中，第一散射元件61可以是散射片。
56.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，激光光源系统还包括第二散射元件62，第二散射元件62设置在第二光源2和第二匀光元件32之间，第二散射元件62用于对第二光源2发出的第二蓝色光21进行散射和匀光处理。经过散射和匀光处理的第二蓝色光21再通过第二匀光元件32进行进一步的匀光处理。经过散射和匀光处理后的第二蓝色光21不易产生干涉现象，从而减轻输出的白光的散斑现象。在本发明实施例中，第二散射元件62可以是散射片。
57.在一些可选的实施例中，如图1所示，激光光源系统还包括第一反射镜71和第一透镜组72，第一反射镜71和第一透镜组72依序设置在第一激发光源1和分光合光装置5之间。第一蓝色光11通过第一反射镜71可以改变光路方向，有利于节省整个激光光源系统占用的空间；第一蓝色光11通过第一透镜组72可以实现光线的汇聚收拢，有利于减小分光合光装置5的体积大小。
58.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，激光光源系统还包括第二反射镜73和第二透镜组74，第二反射镜73和第二透镜组74依序设置在第二光源2和分光合光装置5之间。第二蓝色光21通过第二反射镜73可以改变光路方向，有利于节省整个激光光源系统占用的空间；第二蓝色光21通过第二透镜组74可以实现光线的汇聚收拢，有利于减小分光合光装置6的体积大小。
59.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，第一激发光源1包括第一蓝光激光器阵列12、第二蓝光激光器阵列13和偏振合光元件14。第一蓝光激光器阵列12和第二蓝光激光器阵列13所在的平面互相垂直，偏振合光元件14位于第一蓝光激光器阵列12和第二蓝光激光器阵列13之间，偏振合光元件14与第一蓝光激光器阵列12和第二蓝光激光器阵列13所在平面相交设置。第一蓝光激发器阵列12发出的光和第二蓝光激发光器阵列13发出的光的偏振态不同，偏振合光元件14对第一蓝光激光器阵列12发出的光和第二蓝光激光器13阵列发出的光进行合光输出，得到第一蓝色光11。
60.具体的，第一蓝光激光器阵列12设置有呈矩形阵列布置的16个蓝光激光器，第二蓝光激光器13设置有呈矩形阵列布置的16个蓝光激光器；相比于直接在同一平面上矩形阵列布置32个蓝光激光器，相互垂直布置的第一蓝光激光器阵列12和第二蓝光激光器阵列13显然能够更加合理地利用空间，减小第一激发光源1占用的空间。具体的，第一蓝光激光器阵列12可以发出p偏振蓝光121，第二蓝光激光器阵列13可以发出s偏振蓝光131；偏振合光元件14能够透射p偏振蓝光121和反射s偏振蓝光131，p偏振蓝光121和s偏振蓝光131经过偏振合光元件14进行偏振合光后输出第一蓝色光11；通过偏振合光元件14对第一蓝光激光器阵列12发出光和第二蓝光激光器阵列13发出的光进行合光，可以得到高亮度的第一蓝色光11。
61.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，激光光源系统还包括第三透镜组75，第三透镜组75设置在分光合光装置5和波长转换装置4之间。经过分光合光装置5反射的第一蓝色光11通过第三透镜组75可以实现光线的汇聚收拢，有利于减小波长转换装置4的体积
大小，或者减少波长转换装置4的荧光层41的材料。
62.在一些可选的实施例中，如图1、图2和图4所示，波长转换装置4设置在封闭的壳体8中，壳体8开设有通光口81，第三透镜组75设置于壳体8的通光口81。通过将波长转换装置4设置在封闭的壳体中，可以提高波长转换装置4的防尘效果，有利于延长波长转换装置4的使用寿命；而且还可以减少外界光线对波长转换装置4的干扰和影响，以获得高纯度的黄色受激发光44。
63.在一些可选的实施例中，如图1和图2所示，波长转换装置4设置在第一蓝色光11的光径上，而且相对彼此可移动，有利于提高波长转换装置4的散热效果，进一步提高波长转换装置4的使用寿命。具体的，波长转换装置4和第一蓝色光11的相对彼此可移动可以是圆周转动或者往复直线运动等。
64.在一些可选的实施例中，在同一周期内，第一激发光源1和第二光源2的点亮时间段有重合。例如，如图5所示，在同一周期t1内，第一激发光源1的在0至的时间段内熄灭，在至的时间段内点亮，在至t1的时间段内熄灭；第二光源2的在0至的时间段内熄灭，在至t1的时间段内点亮；那么，第一激发光源1和第二光源2在至的时间段均点亮，即第一激发光源1和第二光源2的点亮时间段在至重合；此时，激光光源系统在0至的时间段内熄灭，在至的时间段内输出蓝光，在至的时间段内输出白光，在至t1的时间段内输出黄光。通过设置第一激发光源1和第二光源2在同一周期内的点亮时间段有重合，能够在同一周期同时出射多色光，提高单位时间的出光量。
65.在一些可选的实施例中，在同一周期内，第一激发光源点亮整个周期，第二光源点亮部分周期或整个周期。例如，如图6所示，在同一周期t2内，第一激发光源1在0至t2的时间段内点亮；第二光源2在0至的时间段内熄灭，在至t1的时间段内点亮；此时，激光光源系统在0至的时间段内输出黄光，在至t1的时间段内输出白光。通过设置第一激发光源1在同一周期内点亮整个周期，第二光源2在同一周期内的点亮部分周期，能够在同一周期同时出射多色光，提高单位时间的出光量。又例如，如图7所示，在同一周期t3内，第一激发光源1在0至t3的时间段内点亮；第二光源2在0至t3的时间段内点亮；此时，激光光源系统在0至t3的时间段内输出白光。通过设置第一激发光源1和第二光源2在同一周期内分别点亮整个周期，能够在同一周期得到连续输出的白光。本发明实施例还提供一种激光投影设备，该激光投影设备包括光机、镜头以及如前所述的激光光源系统。激光光源系统用于为光机提供光源光束，光机用于对光源光束进行调制并输出至镜头，镜头用于成像并投射至投影介质以形成投影画面。
66.综上所述，本发明实施例提供的激光光源系统和激光投影设备，通过第一激发光源1发出的第一蓝色光11经过波长转换装置5后产生黄色受激发光51，该黄色受激发光51与第二光源2发出的第二蓝色光21合光，进而形成白光输出。相比于使用红、绿、蓝三种颜色的
激光光源进行混色得到白光输出的方案，本发明实施例只采用两组蓝色激发光源就能获得白光输出，而且由于蓝色激发光源相比于红色、绿色激发光源的成本更低、电光转化效率更高，因此具有整体结构简单、成本较低而且出光效率高的优点。
67.以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式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：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。