本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影显示用的光源。
背景技术：
激光光源作为一种固态光源，具有高亮，高效，寿命常，色域佳，环保等一系列优点成为新兴的投影光源的选择。
目前行业内使用的激光光源中，会使用第一色轮产生除激光颜色以外的荧光，并与激光共同形成三基色，并通过第二色轮的滤色提高荧光的纯度，最终时序性输出纯度较高的三基色，以此作为光源投射出的画面明亮度提高，色域佳。现有技术中，一种第一色轮的结构如图1示例，包括荧光区11和透射区12，其中荧光区11涂覆有至少一种荧光粉，比如为绿色荧光粉和黄色荧光粉，能够依次受激光照射激发产生对应颜色的荧光。透射区12通常为透明玻璃，用于透射蓝色激光。上述荧光和激光合光后进入第二色轮部件。现有技术中，一种第二色轮部件如图2所示，由多片滤光片组成，包括滤色区21、22和透射区23。滤色区21可以为绿色滤光片，滤色区22可以为红光滤光片，从而能够分别对绿色荧光和黄色荧光过滤得到纯度较高的绿光和红光，透射区23通常为透明玻璃，用于透射蓝色激光。第一色轮01和第二色轮02保持同步旋转，时序性的输出三基色光，最终形成色彩明亮的投影画面。
技术实现要素：
本发明公开了一种光源，包括激光器，第一色轮和第二色轮，通过在第一或第二色轮的激光透射区的入光面和出光面均设置有微结构，能够对透射该区域的激光起到扩散消散斑的作用，使得第一或第二色轮的功能多样化。
本发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种光源，包括激光器，发出至少一种颜色的激光；第一色轮，包括荧光区和第一透射区，荧光区用于接收激光照射并产生至少一种颜色的荧光，第一透射区用于透射激光；第二色轮，包括滤色区和第二透射区，滤色区用于接收至少一种颜色的荧光并滤色输出，第二透射区用于透射至少一种颜色的激光，其中，第一透射区或第二透射区的入光面和出光面均设置有微结构；
进一步地，第一透射区的入光面和/或出光面的微结构沿第一色轮的圆周方向呈由疏到密到疏排列；和/或，
第二透射区的入光面和/或出光面的微结构沿第二色轮的圆周方向呈由疏到密到疏排列。
进一步地，第一透射区或第二透射区为扩散片或毛玻璃材质。
进一步地，微结构颗粒度小于等于10μm。
进一步地，微结构通过光刻工艺形成。
进一步地，微结构为散射颗粒涂层形成。
进一步地，激光器发出蓝色激光，第一透射区包括蓝光透射区，且第二透射区为蓝光透射区。
或者，进一步地，激光器发出蓝色激光和红色激光，第一透射区包括第一蓝光透射区和第一红光透射区，且第二透射区包括第二蓝光透射区和第二红光透射区。
进一步地，第一透射区的入光面和出光面的微结构分别沿第一色轮的径向方向和圆周方向排列；和/或，
第二透射区的入光面和出光面的微结构分别沿第二色轮的径向方向和圆周方向排列。
进一步地，扩散片或毛玻璃厚度小于等于0.7mm
以及，本发明还提出了一种激光投影装置，包括光源，光机，镜头以及屏幕，其中，光源采用上述任一技术方案的光源。
本发明实施例技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
本发明实施例技术方案提供的光源，包括激光器，第一色轮和第二色轮，其中，第一色轮或者第二色轮上的激光透射区的入光面和出光面均设置有微结构，随着第一或第二色轮周期性旋转，激光在入射对应色轮透射区入光面时能够被该表面的微结构进行扩散，对激光光束产生一定数量的空间上的随机相位，随机相位的产生能够破坏干涉条件，可以减弱激光的相干特性，以及从对应色轮透射区的出光面射出时，能够再次被设置在出光面的微结构进行扩散，再次造成随机相位的产生，进一步减弱激光的相干特性，最终使光源投射形成的画面中形成多个独立的散斑图样，利用人眼的积分作用，画面的散斑效应会大大减弱。从而，激光在经过第一色轮或第二色轮透射输出的同时还能够进行消散斑，使得第一色轮除了具有波长转换作用外，还能够对激光进行消散斑，或者第二色轮除了具有滤色作用外，还能够对激光进行消散斑，使得第一色轮或第二色轮多功能化。
同时，由于上述方案的第一色轮或者第二色轮能够对激光进行消散斑，在光源架构中可以省去或者减少单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化和光源体积的压缩。
本发明实施例技术方案提出的激光投影装置，应用上述技术方案的光源，能够时序性输出三基色，同时还对激光进行较佳的消散斑，提高投影图像质量，以及，能够省去或减少光源架构中单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化，光源体积的压缩，并利于投影装置的小型化。
附图说明
图1为现有技术中一种第一色轮的平面结构示意图；
图2为现有技术中一种第二色轮的平面结构示意图；
图3为本发明实施例一中的光源架构示意图；
图4a为本发明实施例一中第二色轮的平面分区示意图；
图4b为本发明实施例一中第二色轮的又一平面分区结构示意图；
图5a，5b分别为本发明实施例一中微结构的截面形状示意图；
图6为本发明实施例二中第一色轮的平面分区示意图；
图7本发明实施例三中的光源架构示意图；
图8为本发明实施例三中第一色轮的平面分区示意图；
图9为本发明实施例四中第二色轮的平面分区示意图；
图10为本发明实施例五中的光源架构示意图；
图11a，11b分别为本发明实施例五中微结构的排列方向示意图；
图12为激光的高斯型分布示意图；
图13为本发明实施例五中第二色轮的横向剖面结构示意图；
图14为本发明实施例六中激光投影装置架构示意图；
图15为本发明实施例六中激光投影装置的一具体实施结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合附图，对本发明实施例提供的技术方案进行详细说明。
实施例一
本发明旨在提供一种光源，如图3所示，包括激光器10，激光器10发出的激光入射第一色轮20，随着第一色轮的周期性旋转，第一色轮20接收部分激光照射并产生荧光以及透射部分激光，荧光和透射的激光经合光部件40合光后入射第二色轮30，经过第二色轮30滤色及透射后，时序性的输出三基色光，并最终进入光棒50进行匀化，为光机部分提供照明。
具体地，激光器10可以为一组，也可以为多组，比如可以为垂直排列的两组，并通过合束镜片合成一束出射，在本实施例中，激光器10发出蓝色激光。
由于激光器发出的光束面积较大，需要经过光束整形变成符合荧光激发要求的光斑，如图3所示，激光光束还经过望远镜系统11进行缩束，使得激光的光斑面积变小。
在本实施例中，第一色轮20包括荧光区和第一透射区，其中荧光区包括绿色荧光粉和黄色荧光粉，荧光区和第一透射区均沿着第一色轮20的外圆周分布，蓝色激光光斑依次照射该外圆周区域，能够依次激发对应的荧光粉区域产生绿色荧光和黄色荧光，以及从第一透射区透射出去。在一具体实施中，第一色轮20为反射式荧光轮，受激产生的荧光被第一色轮的铝基板镜面反射，沿与激光入射方向相反的方向射出，并到达合光部件40，蓝色激光透射后经过多个镜片组成的中继回路再次返回至第一色轮20的正面，也会聚至合光部件40，具体地，合光部件40可以为二向色片，通过镀膜，允许蓝色激光反射，并允许绿色荧光和黄色荧光透射。
以及，经合光后的三色光达到第二色轮30，如前所述，第二色轮包括滤光片，能够对荧光进行滤色，提高荧光的纯度，同时在本发明实施例中，第二色轮的第二透射区的入光面和出光面均设置有微结构，能够在对蓝色激光透射的同时进行扩散消散斑。
具体地，如图4a所示，第二色轮30包括绿光滤光片31用于过滤绿色荧光，红色滤光片32用于过滤黄色荧光得到红色荧光，以及第二透射区33，第二透射区33可以为扩散片材质，也可以为毛玻璃，扩散片或者毛玻璃的厚度小于等于0.7mm，即采用现有工艺条件下的扩散片或毛玻璃可加工形成。
扩散片为散射型扩散片或衍射性扩散片，散射型扩散片的透过率由于衍射型扩散片，但消散斑效果稍逊于衍射型扩散片。
在扩散片或毛玻璃的入光面和出光面均设置有微结构，其中，微结构颗粒度小于等于10um，小于普通扩散片的40～50um左右的颗粒度。微结构可以通过光刻工艺形成，也可以为涂覆在透射区区域表面的散射颗粒层，其目的是在透射区的两侧表面形成非抛光面，能够对激光形成扩散作用。
如图5a，图5b所示的第二色轮第二透射区剖面结构放大示意图，微结构可以为多个锯齿形凸起，或者圆形凸起，或者其他非规则图形，在此并不做具体限定，上述微结构的作用是能够对入射的激光产生散射，由于反射面为非平面，从而使反射后的激光光束扩散的角度和方向具有多样性，利于形成多个随机的空间相位，以减弱激光光束的相干性。
第二透射区的入光面和出光面的微结构形状可以相同，也可以不同。
上述微结构可以在第二透射区区域表明呈均匀分布，也可以是非均匀分布。考虑到激光的高斯型分布特点，如图10所示，位于光轴附近的光强度较大，相干性也最强，因此本发明实施例中，将第二透射区的入光面的微结构或者出光面的微结构或者双面的微结构的排布设置如下：沿第二色轮的圆周方向或者沿着第二色轮旋转的方向呈由疏到密到疏排列，如图4b所示。从而当激光光斑照射至第二透射区微结构表面时，相对密集的微结构区域能够对激光光斑的光轴附近的能量比例较大的光束部分进行较强程度的扩散，提高消相干的效率，相对稀疏的微结构区域能够对激光光斑的具有一定发散角度且能量占比较小的光束部分也进行一定程度的扩散，从而对整个激光光束达到扩散效果相对匀化的效果，减弱激光光束的相干性。
在本发明实施例中，由于第二透射区的入光面和出光面均设置了微结构，从而激光在透射该区域时进行了两次扩散，其中假定经过入光面的扩散后，发散程度为a，经过出光面的扩散后，发散程度为b，那么当穿过整个透射区微结构后，激光光束的发散程度为c，三者近似满足：a2+b2＝c2。
第二透射区的入光面和出光面的微结构排布疏密程度可以相同，也可以不同。
在本发明实施例中，通过将第二色轮的第二透射区的入光面和出光面均设置微结构，从而该透射区区域相当于一片运动的扩散片，激光在入射第二透射区入光面时能够被该表面的微结构进行扩散，对激光光束产生一定数量的空间上的随机相位，随机相位的产生能够破坏干涉条件，可以减弱激光的相干特性，以及从透射区的出光面射出时，能够再次被设置在出光面的微结构进行扩散，再次造成随机相位的产生，进一步减弱激光的相干特性，从而经过一个部件，能够进行两次扩散，相比于现有技术中单独的扩散片结构，对光束的扩散程度和消相干效果均得到了优化和提高。
以及，通过针对激光高斯型分布特点，将第二透射区至少一个面的微结构设置为沿第二色轮的圆周方向或者沿着第二色轮旋转的方向呈由疏到密到疏排列，能够对激光光轴附近、相干性较强且能量比例较大的光束部分进行较强程度的扩散，提高消相干的效率。
经过上述技术方案，最终使光源投射形成的画面中形成多个独立的散斑图样，利用人眼的积分作用，画面的散斑效应会大大减弱。从而，激光在经过第二色轮透射输出的同时还能够进行消散斑，使第二色轮部件的功能多样化。
同时，由于第二色轮能够对激光进行消散斑，在光源架构中可以省去或者减少单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化和光源体积的压缩。
实施例二
本发明实施例二与实施例一中不同的是，在本发明实施例中，如图6所示，第一色轮20的第一透射区22的的入光面和出光面均设置有微结构，能够在对蓝色激光透射的同时进行扩散消散斑。
其中，第一色轮的第一透射区和第二色轮的第二透射区均是用于透射激光，两个透射区随两色轮的旋转保持同步，即相对位置不变，区域大小也相同，只是在第一色轮中，第一透射区通常设置在色轮的外圆周区域，第二色轮中第二透射区通常设置为扇形区域，两透射区在结构设置上较为相似，故对于第一色轮中第一透射区22的微结构的设置方式，可参见实施例一中具体内容，在此不再赘述。从而，第一色轮在能够进行波长转换的同时，还能够对透射的激光进行消散斑，从而使得第一色轮多功能化，并且利于省略或减少系统中消散斑部件的使用，利于光源架构体积的减小。
实施例三
本发明实施例三提出了一种光源，如图7所示，在本实施例中，激光器发出两种颜色的激光，分别是蓝色激光器11发出蓝色激光，红色激光器12发出红色激光，两种激光经过聚焦缩束后进入合光部件40进行合束，合光部件40可以为二向色片，能够透射蓝色激光并反射红色激光。
合束后的蓝色激光和红色激光均入射至第一色轮20，对应地，如图8所示，第一色轮20包括荧光区21和第一蓝光透射区22、第一红光透射区23(由子透射区231，232，233组成)，其中荧光区21包括绿色荧光粉，由于蓝色激光的波长较短，使用蓝色激光作为激光激励光，激发绿色荧光粉发出绿色荧光。根据蓝色激光器和红色激光器的点亮时序，以及第一色轮20旋转的位置，蓝色激光和红色激光分别入射至第一色轮20表面的不同区域。具体地，当蓝色激光器点亮时，蓝色激光一部分照射至绿色荧光粉区域，激发产生绿色荧光，在本实施例中，第一色轮20为透射式第一色轮，在绿色荧光粉区域外表面还设置有反射膜，能够反射入射该表面的荧光，使荧光返回至第一色轮背面，沿与激光入射方向一致的方向射出。以及，根据第一色轮旋转位置的改变，一部分蓝色激光穿过第一色轮20的蓝色激光透射区，从第一色轮20背面射出。当红色激光器点亮时，第一色轮20旋转至红色激光透射区位置，红色激光穿过该透射区区域并从第一色轮背面射出。从而，红色激光、蓝色激光和绿色荧光依次从第一色轮20背面射出。从第一色轮20背面出射的三色光再依次进入第二色轮30，经过第二色轮30的滤色和透射，时序性输出三基色。
在本发明实施例三中，第一蓝光透射区22、第一红光透射区23的入光面和出光面均设置有微结构，具体每个激光透射区的微结构的形状，排布规律可参见本发明实施例一中微结构设置说明。
以及，第一蓝色透射区22的双面微结构可以是均匀分布，也可以是一面均匀分布，另一面非均匀分布，比如按照实施例一中所述的疏密排列方式。
对于第一红光透射区23，考虑到人眼对红色激光的散斑敏感程度较高，因此，在红色激光透射区的微结构排列设置为发散角度大于蓝色激光透射区，以便均衡两种颜色激光的散斑程度。
具体地，在本发明实施例中，第一红光透射区23可以包括多个子透射区，多个子透射区可以为扇形，也可以是激光光斑经过的多个圆弧段。参见图8所示，可以包括子透射区231，232，233，其中多个子透射区的微结构排布可以沿第一色轮圆周方向呈由疏到密到疏的排列方式，多个子透射区中位于中间区域的子透射区232对红色激光的发散角度大于位于两侧区域的子透射区231，233对红色激光的发散角度，以及多个子透射区中位于中间区域的子透射区232的面积大于位于两侧区域的子透射区231，233的面积，能够针对红色激光高斯型分布特点对光轴附近的光束进行较大程度的发散，提高消相干的程度和效率。
以及，第一蓝光透射区22的两个面的微结构也可以参照第一红光透射区23的设置规律进行设置，在此并不限定。
本发明实施例三中提供的光源为双色激光光源，对应地，第一色轮和第二色轮均设置有双色激光透射区，具体地，第一色轮上分别设置蓝光透射区和红光透射区，并将红光透射区对红色激光的发散角度大于蓝光透射区对蓝色激光的发散角度，能够提高对红色激光的消相干效果；以及，根据激光高斯分布特点，对第一红光透射区分为多个子透射区，各子透射区的微结构疏密排列按照由疏到密到疏进行排列，针对性提高红色激光相干性较强的光束部件的消相干作用，以上措施能够减轻红色激光的散斑效应，根据人眼对红色激光散斑和蓝色激光散斑敏感度的不同，达到两种颜色的激光散斑程度相一致的效果，从而本发明实施例方案在能够提高激光消散斑效果的同时，还能够兼顾两种颜色激光散斑程度的一致性，使图像画面质量稳定，提高用户观看感受值。
本发明实施例三基于实施例一，与实施例一中相同的部分在此不再赘述。
实施例四
本发明实施例四与实施例三中不同的是，如图9所示，第二色轮30可具体包括绿色滤光区31，第二蓝光透射区32和第二红光透射区33，其中，第二蓝光透射区32和第二红色透射区33的入光面和出光面均设置有微结构，其中第二蓝光透射区32中微结构的设置方式，第二红光透射区33的微结构的设置方式可参见实施例三中第一蓝光透射区22，第一红光透射区23的设置方式，其过程和作用效果与实施例三中类似，在此不再赘述。
实施例五
本发明实施例五提出了一种光源，如图10所示，与实施二中不同的是，本发明实施例五提供的光源，红色激光器12发出的红色激光不再射向第一色轮20，而是与蓝色激光器11发出的蓝色激光光路平行设置，对应地，本发明实施例五中，第一色轮20只需设置第一蓝光透射区，从其背面依次出射蓝色激光和绿色荧光，并达到合光部件40，其中第一蓝光透射区的入光面和出光面均设置微结构，具体地，微结构的设置方式可参见实施例一或实施例三中所述。
红色激光经过聚焦后也入射合光部件40，三色光经过合光后入射第二色轮30，在本发明实施例五中，第二色轮30的设置可参见实施例四中第二色轮的分区，也包括第二蓝光透射区和第二红光透射区，其中与实施例四中不同的是，第二蓝光透射区或第二红光透射区或者两个透射区的入光面和出光面的微结构设置方向均呈一定角度。
具体地，以第二蓝光透射区为例，比如第二蓝光透射区的入光面的微结构和出光面的微结构均如图4a所示，横截面为三角形或者v形，可以将入光面的微结构沿第二色轮的圆周方向或者旋转方向排列，如图11b所示的方向2，如将第二色轮进行纵向剖面，则得到如图4a所示形状。以及，将出光面的微结构沿第二色轮的旋转中心为圆心，按其径向方向进行排列，如图11a所示的方向1，如沿第二色轮进行垂直于第二色轮径向方向进行剖面，则得到图如13所示的形状。
由上述方案可知，由于入光面和出光面的微结构的设置方向呈一定角度，比如垂直或者近似垂直，那么微结构的激光照射面或反射面也相应地的呈一定角度，比如垂直或者近似垂直，这样，两个面的微结构对激光的扩散方向和发散角度易呈现多样性，对于激光光束来说，两次被扩散形成的空间相位相同的概率就降低，从而随机相位图样的数量就会增多，利于激光的消相干，由此光源形成的画面散斑会在人眼积分响应时间内匀化减弱，达到消散斑的效果。
同理，第二红光透射区的微结构也可以参照设置。
以及，上述示例中透射区入光面和出光面的微结构形状相同，在另一具体实施中，也可以不同。
对于上述激光透射区入光面和出光面微结构的设置方向呈一定角度的方案也同样适用于第一色轮的第一蓝光透射区。
本发明实施例五中提供的光源，也为一种双色激光光源，由于将蓝色激光透射区或红色激光透射区或者这两个透射区的入光面和出光面的微结构设置为排列方向不同，从而能够增加激光扩散方向和角度的多样性，产生多个随机相位图样，进一步利于激光的消相干，使得光源的消散斑效果提升。
本发明上述一个或多个实施例中，通过在第一色轮或者第二色轮的激光透射区中，将激光透射区的入光面和出光面均设置微结构，从而该激光透射区区域相当于一片运动的扩散片，激光在入射透射区入光面和出光面时能够被设置在表面的微结构进行扩散，从而经过一个部件，能够进行两次扩散，相比于现有技术中单独的扩散片结构，对光束的扩散程度和消相干效果均得到了优化和提高。
以及，通过针对激光高斯型分布特点，将激光透射区至少一个面的微结构设置为沿第一或第二色轮的圆周方向或者旋转的方向呈由疏到密到疏排列，能够对激光光轴附近、相干性较强且能量比例较大的光束部分进行较强程度的扩散，提高消相干的效率。
以及，通过在双色激光光源的第一或第二色轮结构中分布设置蓝色激光透射区和红色激光透射区，且设置红色激光透射区对红色激光的发散角度大于蓝色激光透射区对蓝色激光的发散角度，能够提高对红色激光的消相干效果，达到两种颜色的激光散斑程度相一致的效果。
以及，通过对激光透射区入光面和出光面的微结构的排列方向设置不同，比如呈近似直角的角度，能够增加激光的扩散方向和角度的多样性，产生多个随机相位图样，进一步利于激光的消相干，使得光源的消散斑效果提升。
从而经过上述技术方案，最终使光源投射形成的画面中形成多个独立的散斑图样，利用人眼的积分作用，画面的散斑效应会大大减弱。从而，激光在经过第一色轮或第二色轮透射输出的同时还能够进行消散斑，使第二色轮部件的功能多样化。
同时，由于第一色轮或第二色轮能够对激光进行消散斑，在光源架构中可以省去或者减少单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化和光源体积的压缩。
实施例六
本发明实施例六提供了一种激光投影装置，如图12所示，包括光源1，光机2，镜头3以及屏幕4，具体，光源1可以上述实施一或实施例二或实施例三或实施例四或实施例五中的光源，光源1为光机2提供照明，光机2的核心部件为dmd，dmd对光线进行调制后入射镜头3，在本发明实施例中，激光投影装置为超短焦激光投影电视，则镜头3为超短焦镜头，镜头3经过成像后将图像投射到屏幕4上，形成投影画面，供用户观看。
在一种具体实施中，如图13所示，应用实施例五中的光源，三基色光经第二色轮30输出后进入光棒50，光棒50作为匀光部件将光束进行匀化后送入光机2的照明系统(图中未示出)，照明系统将光束投射到dmd芯片60上，经过驱动，dmd60将调制后的光束输出给超短焦镜头70进行成像，最终投射到投影屏幕(图中未示出)或者其他介质上形成可观赏的画面。
本发明提供的激光投影装置，其中的第二色轮部件既能够时序性输出三基色，同时还通过在透射区的入光面和出光面均设置微结构，对激光进行较佳的消散斑，提高了投影图像质量，以及，由于第二色轮的多功能化，能够省去或减少光源架构中单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化，光源体积的压缩，并利于激光投影装置的小型化。
同理，本发明提供的激光投影装置也可以应用如实施例二或实施例四中的光源，从而第一色轮部件在进行波长转换的同时，也能对透射的激光进行消散斑，使得第一色轮多功能化，也能够省去或者减少光源架构中单独的消散斑部件的使用，利于光源架构的简化，光源体积的压缩，并利于激光投影装置的小型化。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。