一种激光光源、光源模式切换方法及激光投影设备与流程

本发明涉及激光投影显示领域，尤其涉及一种激光光源、光源模式切换方法及激光投影设备。

背景技术：

随着科技的不断进步，激光投影装置由于其色域广泛、色彩纯度较高等优点，越来越多的出现在了人们的家庭娱乐和工作中。

目前，激光投影显示装置中，通常采用单色激光加一个荧光轮配合一个滤色轮实现红、绿、蓝三基色的获取。具体的，单色激光通常使用蓝光，荧光轮上至少包括红光转换分区、绿光转换分区和光源透射区，对应的，红光转换分区设有红光转换材料，绿光转换分区设有绿光转换材料，光源透射区不设置光转换材料。蓝光照射在荧光轮上，激发出对应光转换分区相同颜色的荧光，即红色荧光、绿色荧光，光源透射区则透射蓝光，进一步再通过滤色轮进行滤色，其中，荧光轮与滤色轮同步旋转，并对应设置有红光滤色区、绿光滤色区和蓝光透射区。如图1为滤色轮的结构示意图，滤色轮包括红光滤色区11、绿光滤色区12和蓝光透射区13，其中，红光滤色区11设有红色滤光片，镀有红色滤光薄膜，只能透过红色波长的光，并滤掉其他波长颜色的的光；绿光滤色区12设有绿色滤光片，镀有绿色滤光薄膜，只能透过绿色波长的光，并滤掉其他波长颜色的光；蓝光透射区11透射蓝光，不镀有滤光薄膜，为全透明的。荧光轮出射的红色荧光、绿色荧光和蓝光，分别照射到滤色区11、滤色区12和透射区13，得到不同应用功能的三基色，即红光、绿光和蓝光。

不同的应用功能对色彩的要求不同，例如绘图演示，需要显示画面具有较高亮度，但对于色彩要求不高，而应用于家庭影院或背投电视，则更注重显示色彩，但目前绝大多数的投影系统中无法兼具高亮和高色彩等多种模式。

技术实现要素：

本发明提供了一种激光光源，利用单一滤色轮可得到不同光谱宽度的光，达到兼具高亮度和高色彩两种模式的目的。

第一方面，本发明提供一种激光光源，包括激光器，用于产生激光；荧光轮，用于接收激光并发出至少一种颜色的荧光；滤色轮，与荧光轮同步旋转，包括沿滤色轮径向设置的第一滤色板和第二滤色板；光路导向元件，设置在荧光轮与滤色轮之间的光路上，用于将至少一种颜色的荧光引导出射至第一滤色板或第二滤色板上。

其中，第一滤色板用于接收光路导向元件引导出射的至少一种颜色的荧光，并输出第一光谱宽度的光；第二滤色板用于接收光路导向元件出射的至少一种颜色的荧光，并输出第二光谱宽度的光；以及，第一光谱宽度大于第二光谱宽度。

优选地，第一光谱宽度的光为光谱宽度大于第一范围宽度的第一光谱宽度红光，或光谱宽度大于第二范围宽度的第一光谱宽度绿光；第二光谱宽度的光为光谱宽度小于第三范围宽度的第二光谱宽度红光，或光谱宽度小于第四范围宽度的第二光谱宽度绿光。

优选地，第一光谱宽度的光包括光谱宽度大于第一范围宽度的第一光谱宽度红光，以及光谱宽度大于第二范围宽度的第二光谱宽度绿光；第二光谱宽度的光包括光谱宽度小于第三范围宽度的第二光谱宽度红光，以及光谱宽度小于第四范围宽度的第二光谱宽度绿光

进一步地，荧光轮包括沿外圆周分布的荧光区和第一透射区，荧光区用于接收激光并发出至少一种颜色的荧光，第一透射区透射激光。

进一步地，第一滤色板和第二滤色板的圆周上还分别设有第二透射区和第三透射区，第一透射区出射的激光通过光路导向元件引导至第二透射区和第三透射区上。

进一步地，第一滤色板设置在滤色轮外圆周上，第二滤色板设置在第一滤色板的内侧。

进一步地，光路导向元件包括第一反射镜和第二反射镜；其中，第一反射镜可处于第一角度和第二角度；第一反射镜处于第一角度时，第一反射镜接收至少一种颜色的荧光，并反射至第二反射镜，第二反射镜将接收的荧光反射至第二滤色板上；第二反射镜处于第二角度时，至少一种颜色的荧光直接出射至第一滤色板上。

优选地，第一透射区、第二透射区和第三透射区为玻璃基板或扩散片。

进一步地，该激光光源还包括定位装置和第一步进电机，光路导向元件安装在定位装置上，第一步进电机用于控制定位装置，使光路导向元件引导所至少一种颜色的荧光出射至第一滤色板或第二滤色板上。

第二方面，本发明提供一种激光投影设备，包括如上的激光光源，还包括光机，用于接收激光光源，并调制输出；镜头，用于接收光机输出的调制光源进行成像，并投射到投影屏幕形成投影画面。

第三方面，本发明提供一种激光光源模式切换的方法，应用于上述的激光投影设备，包括以下步骤：

接收模式切换指令；

关闭激光器；

第一步进电机控制定位装置，使光路导向元件引导至少一种颜色的荧光出射至第一滤色板或第二滤色板上；

启动激光器。

本发明提供的激光光源、光源模式切换方法及激光投影设备，其中的激光光源，包括用于产生激光的激光器、用于接收激光并发出至少一种颜色荧光的荧光轮，以及用于过滤荧光的滤色轮，滤色轮由沿滤色轮径向设置的第一滤色板和第二滤色板组成，并且第一滤色板和第二滤色板具有不同的光学性能，即可以过滤得到不同光谱宽度的光，同时，借助设置在荧光轮与滤色轮之间的光路导向元件，实现对荧光轮出射光路的引导，使光线根据需要出射到第一滤色板或第二滤色板上。因此，本发明通过滤色轮上径向方向上的第一滤色板和第二滤色板结构设计，配合光路导向元件的光路引导功能，实现了单一滤色轮得到不同光谱宽度光的目的，改善了激光光源的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中滤色轮的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的激光光源的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的滤色轮的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的荧光轮的结构示意图；

图5是本发明实施例一中光路导向元件为第一状态时的结构示意图；

图6是本发明实施例一中光路导向元件为第二状态时的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的激光投影设备的结构示意图；

图8是本发明实施例三提供的激光光源模式切换方法的流程图；

图9是本发明实施例三提供的第二种激光光源模式切换方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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作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。

图2是本发明实施例一提供的激光光源的结构示意图。图3是本发明实施例一提供的激光光源中滤色轮的结构示意图。如图2和图3所示，本实施例提供的一种激光光源，包括：激光器1，用于产生激光；荧光轮4，用于接收激光并激发出至少一种颜色的荧光；滤色轮2，与荧光轮4同步旋转，包括沿滤色轮2径向设置的第一滤色板21和第二滤色板22；光路导向元件3，设置在荧光轮4与滤色轮2之间的光路上，用于将至少一种颜色的荧光引导出射至第一滤色板21或第二滤色板22上;其中，其中，第一滤色板21用于接收光路导向元件3引导出射的至少一种颜色的荧光，并输出第一光谱宽度的光；第二滤色板22用于接收光路导向元件3出射的至少一种颜色的荧光，并输出第二光谱宽度的光；以及，第一光谱宽度大于第二光谱宽度。

本实施例在于提供一种激光光源，通过滤色轮上不同滤光性能的滤色板，得到不同光谱宽度的多色光源，实现了单一色轮可产生多模式激光光源，提高了激光光源的适用性。

具体的，激光器1可以为单个激光器，也可以为多个激光器的组合，多个激光器垂直排列并发出至少一种颜色的激光，本实施例采用单个激光器，该激光器1可以发出蓝色激光。

激光器1发出激光入射到荧光轮4。由于激光器1自身发出的激光光束面积较大，而荧光激发要求较小的光束，因此在激光器1和荧光轮4之间还设有聚焦光学器件5，使得激光光束变小，以符合荧光激发的要求。

进一步地，激光经过聚焦光学器件5缩束后，出射到周期性转动的荧光轮4上，荧光轮4包括沿外圆周分布的荧光区41和第一透射区42，其中，荧光区41用于接收激光并发出至少一种颜色的荧光，第一透射区42用于透射激光。具体地，为了提供激光显示成像所需的三基色光源，荧光区41可包括黄色荧光粉4a和绿色荧光粉4b，第一透射区42不包含荧光粉材料。蓝色激光光束依次照射该外圆周区域，从而依次激发对应荧光区41，产生绿色荧光和黄色荧光，以及从第一透射区42透射出去，如图4所示。当该激光光源用于照明系统时，该激光光源的荧光区41可只包括黄色荧光粉，或者只包括绿色荧光粉，同样，第一透射区42不包含荧光粉材料。

由于荧光轮4出射的绿色荧光和黄色荧光的光谱范围较宽，使相应基色光的纯度较差，从而导致相应颜色的色域较差。滤色轮2用于将荧光轮4出射的宽光谱荧光过滤输出纯度较高、或亮度较高的光，滤色轮2的相关参数决定了其出射的过滤光的光谱特性。需要说明的是，在过滤得到光源色的过程中，一般通过滤色轮2过滤黄色荧光得到红光，而通过滤色轮2过滤绿色荧光得到绿光，并且上述荧光轮的荧光区41设置有黄色荧光粉4a，用于提供产生红光的黄色荧光。

具体地，本实施例中，滤色轮2与荧光轮4同步旋转，包括沿径向设置的第一滤色板21和第二滤色板22；第一滤色板21和第二滤色板22的周向还分别设有第二透射区和第三透射区，第一透射区出射的激光通过光路导向元件3引导至第二透射区和第三透射区上。

第一滤色板21和第二滤色板22分别具备不同的滤色性能，第一滤色板21用于接收至少一种颜色的荧光并输出第一宽光谱的光，第二滤色板22用于接收至少一种颜色的荧光并输出第二宽光谱的光，其中，第一光谱宽度大于第二光谱宽度。本实施例一中，第一滤色板21用于过滤得到较宽光谱的光，第二滤色板22用于过滤得到较窄光谱的光。由光的光谱特性可知，光的光谱宽度越窄，其色纯度越好，相反，光谱宽度越宽，色纯度越差，但是具有较高的亮度。因此，本实施例中的滤色轮2能够提供两种模式的光源，通过在滤色轮不同滤色板上设置相应参数的滤色片，得到相应光谱宽度的过滤光。

其中，上述滤光片采用f-p（fabry-perot）滤光片，其基本原理是利用多光束干涉现象来实现对光束的透过与过滤。f-p滤光片是目前最常用的窄带干涉滤光片，例如对红光和绿光进行过滤时，通过调节f-p滤光片的相关参量，使其透射峰的中心波长为红光或绿光基色中心波长之一，同时，在另外一个绿光或红光基色波长处的反射率足够大，最后将它们叠加在一起，即可获得满足设计要求的产生红光和绿光基色滤光片。通过采用相应参数的滤光片，并定义相应颜色光的光谱阈值，得到光谱宽度小于光谱阈值的色纯度较高的颜色光，或得到光谱宽度大于光谱阈值的亮度较高的颜色光。

因此，在本实施例中，该激光光源用于提供单色照明光源时，荧光轮4的荧光区41只包含黄色荧光粉4a或只包含绿色荧光粉4b，用于产生黄色荧光或绿色荧光，进一步通过光路导向元件3引导上述荧光轮4出射的黄色荧光或滤色荧光出射到不同滤色性能的第一滤色板21或第二滤色板22上，具体地，上述第一滤色板21输出的第一光谱宽度的光为光谱宽度大于第一范围宽度的第一光谱宽度红光，或光谱宽度大于第二范围宽度的第一光谱宽度绿光；上述第二滤色板22输出的第二光谱宽度的光为光谱宽度小于第三范围宽度的第二光谱宽度红光，或光谱宽度小于第四范围宽度的第二光谱宽度绿光。由于第一光谱宽度大于第二光谱宽度，因此第一滤色板21过滤得到的红光或绿光具有较好的亮度，而第二滤色板22得到的红光或绿光具有较好的纯度，实现了该激光光源提供多模式光源的目的。

上述的第一范围和第三范围为以红光中心波长为中心的范围，第一范围越大，则红光的亮度较好，但是纯度较差；第三范围越小，则红光的亮度相对较差，但纯度较好。同理，第二范围和第四范围为以绿光波长为中心的范围，第二范围越大，则绿光的亮度较好，但是纯度较差；第四范围越小，则绿光的亮度较差，但是纯度较好。其中第一范围、第二范围、第三范围以及第四范围的选取与滤光片的物理结构和物理参数有关，本领域技术人员可以根据设计要求选择，在此不再赘述。

该实施例中，当该激光光源需要提供三基色光源时，激光器发出蓝色激光，荧光轮4包含的荧光区41同时设有黄色荧光粉4a和绿色荧光粉4b，用于产生黄色荧光和绿色荧光，以及第一透射区42直接透射蓝色激光，进一步通过光路导向元件3引导上述黄色荧光、绿色荧光和蓝色激光出射到不同滤色性能的第一滤色板21和第二滤色板22上，具体地，上述第一滤色板21输出的第一光谱宽度的光包括光谱宽度大于第一范围宽度的第一光谱宽度红光，以及光谱宽度大于第二范围宽度的第二光谱宽度绿光；上述第二滤色板22输出的第二光谱宽度的光包括光谱宽度小于第三范围宽度的第二光谱宽度红光，以及光谱宽度小于第四范围宽度的第二光谱宽度绿光；以及蓝色激光直接通过第二滤色板透射过去产生蓝色光。由于第一光谱宽度大于第二光谱宽度，因此第一滤色板21过滤得到的红光和绿光具有较好的亮度，而第二滤色板22过滤得到的红光和绿光具有较好的纯度，实现了该激光光源提供多模式光源的目的。

具体的，由于激光光源中激光器发出的激光纯度和亮度较好，上述的第一透射区42和第二透射区的材料为玻璃基板或扩散片，可以直接透过激光，用于照明或成像。

需要说明的是，除上述的第二透射区、红色滤光区和绿色滤光区以外，第一滤色板21和第二滤色板22还可以包括其它滤光区，例如是黄色滤光区等。具体的，滤色轮中的滤光区域的数量以及各个滤光区域对应的滤光片类型均可根据实际需要而进行设置和调整，此处不加以限制。

进一步地，本实施例提供的激光光源中，滤色轮2中的第一滤色板21设置在滤色轮2的外圆周上，第二滤色板22设置在第一滤色板21的内侧。

进一步地，为了实现上述滤色轮2上第一滤色板21和第二滤色板22应用时的切换，荧光轮4与滤色轮2之间还设置有光路导向元件3，光路导向元件3用于将光路导向到第一滤色板21或第二滤色板22上，本实施例提供的光路导向元件3包括第一反射镜31和第二反射镜32；其中，第一反射镜31可处于第一角度和第二角度；第一反射镜31处于第一角度时，第一反射镜31接收至少一种颜色的荧光，并反射至第二反射镜32，第二反射镜32将接收的荧光反射至第二滤色板22上；第二反射镜32处于第二角度时，至少一种颜色的荧光直接出射至第一滤色板21上。

具体地，第一反射镜31和第二反射镜32平行设置，第一角度优选相对于光路呈45°，并使荧光依次经过第一反射镜31和第二反射镜32出射到第二滤色板22上，如图5所示；反射镜的第二角度为：第一反射镜31与荧光的光路平行设置，使荧光不经过光路导向元件直接出射到第一滤色板21上，如图6所示。

进一步地，本实施例一提供的激光光源还包括第一步进电机301和定位装置302，光路导向元件3安装在定位装置302上，第一步进电机301用于控制定位装置302，使光路导向元件3引导至少一种颜色的荧光出射至第一滤色板21或第二滤色板22上。

具体实施时，第一步进电机301控制定位装置302，定位装置302带动光路导向元件3的第一反射镜相连31转动，使第一反射镜31处于不同的角度，本实施例中，优选地，第一反射镜被控制定位在相对于光路45°或0°。具体地，定位装置302可以为带动第一反射镜31旋转的旋转机构，并且该旋转机构可以精确的定位第一反射镜31的角度，使其处于45°角度和0°角度。

图7是本发明实施例二提供的一种激光投影设备的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的投影装置300，包括有前述实施例一的一种激光光源200，还包括光机303和镜头304。具体的，激光光源200可以用于作为激光电视或者其它投影设备的投影光源。激光光源发出光线后，经光机303调制后，再经过镜头等组件而实现成像，并最终将成像画面投射至幕布或者其它投影表面上，从而完成图像画面的显示。

具体地，当需要提供较高亮度的光源时，此时，第一步进电机301不工作，蓝色激光可依次经过荧光轮4、光路导向元件3和滤色轮2上的第一滤色板21出射出用于提供较高亮度的三基色光源。当需要提供纯度较高但对亮度要求不高的光源时，需要改变上述的默认状态，此时，第一步进电机301处于工作状态，其控制与其连接的定位装置302，实现光路导向元件3引导荧光出射至第二滤色板上，从而蓝光依次经过荧光轮4、光路导向元件3和滤色轮2上的第二滤色板22出射出用于提高较高色彩纯度的三基色光源。

其中，光机303用于接收上述的激光光源200，并调制输出。光机303通常包括数字微镜器件（digitalmicromirrordevice，dmd）。数字微镜器件可以对光线进行调制，并使调制后的光线通过镜头304进行画面成像。镜头能够将图像画面以合适的焦距投射至投影屏幕上，从而实现图像画面在投影屏幕上的投影显示。

此外，本实施例二所采用的激光光源200中的具体结构、功能及工作原理均已在前述实施例一中进行了详细说明，此处不再赘述，其中为了实现激光光源中荧光轮4和滤色轮2的同步转动，还包括第二步进电机3011，通过第二步进电机3011的控制，实现荧光轮4和滤色轮2的同步旋转、启动和减速等操作。

图8是本发明实施例三提供的一种激光光源模式切换方法的步骤示意图，其应用于上述实施例二提供的激光投影设备。

上述实施例二提供的激光投影设备中的激光光源具有两种模式，在激光投影设备初始工作时，一般默认工作在一种模式下，因此在模式切换时，是从默认状态切换到另一种状态的过程。具体步骤如图8所示：

s301：接收模式切换指令；

s302：关闭激光器；

s303：第一步进电机控制定位装置，使光路导向元件引导至少一种颜色的荧光出射至第一滤色板或第二滤色板上；

s304：启动激光器。

由于在观看过程中模式切换时，调整光路导向元件3的过程中会出现画面色彩或亮度异常而影响主观体验，因此激光投影设备300需进行关屏操作，即接收到模式切换指令后，首先关闭激光器1，使荧光轮不在发射荧光，进而避免画面色彩异常或亮度异常的情况。但是此时光机303还处于工作状态，造成功耗浪费，但是该切换模式简单易操作，并且切换时间较短，具体切换流程如图8所示。

另一种模式切换方法可以为以下步骤，避免了光源切断后光机还在工作造成的功耗浪费，具体步骤为：

s401：接收模式切换指令；

s402：关闭激光器、关闭光机；

s403：第一步进电机控制定位装置，使光路导向元件引导至少一种颜色的荧光出射至第一滤色板或第二滤色板上；

s404：启动激光器和光机。

即首先要关闭激光器1，关闭光机303，其中光机303包括数字微镜器件（digitalmicromirrordevice，dmd）。因为在目前绝大多数投影系统中，输入信号被转换为rgb数据，数据按顺序写入dmd的静态随机存取存储器（staticrandom-accessmemory，sram），通过色轮的光线成像在dmd的表面。当滤色轮2旋转时，通过滤色轮2的宽光谱的荧光过滤得到第一光谱宽度的光，或通过滤色轮2的宽光谱的荧光过滤得到第二光谱宽度的光，其中，第一光谱宽度大于第二光谱宽度，并顺序投射在dmd上。色轮和视频图像是同步运行的，所以当红光照射到dmd上时，dmd上微小的镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“on”状态，同理，绿光和蓝光也是如此工作。因此，若当前画面要进行模式切换时，则需先关闭激光器1和光机303。然后通过第一步进电机301控制定位装置，使光路导向元件3的反射镜升起或下降动作（偏转角度45°或0°），使得光路在传输过程中通过反射镜反射改变光斑照射在滤色轮2上的位置，调整光路导向元件3的过程耗时不到1秒，在模式切换的整个过程总耗时约在1秒到2秒，可以满足用户的使用体验，具体工作流程框图如图9所示。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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例技术方案的范围。