一种激光照明系统和激光投影装置的制作方法

本实用新型涉及电子设备领域，具体而言涉及一种激光照明系统和激光投影装置。

背景技术：

激发光投影系统中目前成熟的技术主要是通过使用440～460nm蓝色激发光作为主光源进行照明，通过合成产生的荧光及自身的蓝光，得到白光。因为投影出的光中有部分是激发光自身的蓝光，而采用的激发光都为阵列激光光源，具有空间强度分布不均匀，角度分布不均匀，且发散角小的特点，导致对其的匀光与对荧光的匀光有区别。

一种对蓝光进行匀光的方法是采用扩散片与光导管组合的方式实现蓝光的匀光。扩散片用于破坏激发光的方向性，使得进入光导管前，激发光的空间角度分布尽可能的大。光导管又称积分管，主要是对光点空间角度的光在出口处的积分来达到匀光的效果。出于设计上所搭配的芯片及照明系统体积的因素，光导管的口径及长度都受到限制，口径一般为长方形，长度要求越短越好。同样长度的光导管，口径越小，入射的角度越大，匀光的效果越好。然而，光导管口径小容易导致蓝光光束进入光导管的效率低、入射角大，从而造成后续照明系统无法对匀光后的蓝光进行有效利用，最终使得投影机效率降低。

本实用新型提供了一种激光照明系统和激光投影装置，在不影响受激发光效率的前提下，用以解决现有技术中蓝光匀光比荧光匀光激发光匀光均匀性困难的问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种激光投影机，包括：激光光源、波长转换装置、以及光导管；

所述激光光源用以产生激发光，所述激发光包括第一部分和第二部分；

所述波长转换装置用以接收所述激发光并将所述第一部分转换为受激发光；

所述光导管用以对所述第二部分和所述受激发光的合光进行匀光；其中，

所述光导管的横截面设置为矩形，所述激光照明系统还包括光扩散装置用以在所述第二部分在进入所述光导管之前对所述第二部分在扩散方向上进行扩散，所述扩散方向包括与所述光导管的横截面的长边平行的第一扩散方向和与所述光导管的横截面的短边平行的第二扩散方向，所述光扩散装置对所述激发光在所述第一扩散方向的扩散程度大于在所述第二扩散方向的扩散程度。

示例性地，所述光扩散装置包括单向扩散片和各向均匀扩散片。

示例性地，所述单向扩散片具有多个并列排布的弧形表面或棱形表面

示例性地，所述弧形表面包括圆弧、抛物线型弧形、椭圆型弧形、自由曲线型弧形，所述棱形表面包括至少一条棱。

示例性地，所述单向扩散片和所述各向均匀扩散片设置为两个单独排列的扩散片或连接成一体的扩散片。

示例性地，所述波长转换装置包括转轮与驱动装置，所述转轮上设置有波长转换材料和透光窗口，所述第一部分激发所述波长转换材料产生所述受激发光，所述第二部分穿过所述透光窗口与所述受激发光合光，所述驱动装置驱动所述转轮旋转。

示例性地，还包括设置在所述波长转换装置与所述光导管之间的分光片与会聚装置，所述分光片透过所述激发光反射所述受激发光或是反射所述受激发光透射所述受激发光，所述会聚装置用于会聚所述激发光与受激发光到光导管。

示例性地，还包括设置在所述分光片前端的光路整形装置，用以在所述激发光穿透所述分光片之前对所述激发光进行整形以形成具有特定直径的光束。

示例性地，所述光扩散装置位于所述会聚装置之前、所述波长转换装置之后。

本实用新型还提供了一种激发光投影装置，包括如上面任意一项所述的激光照明系统。

根据本实用新型的激光照明系统和激光投影装置，在激光光源激发的激发光激发波长转换装置形成受激发光后，使激发光通过光扩散装置，对所述激发光在扩散方向上进行扩散，使所述激发光在入射到所述横截面上的入射角度增加，且在长边方向上入射角度的增加量大于短边方向上入射角度的增加量，从而在不增加光导管长度或是增加扩散角度牺牲光导管效率的情况下，达到匀光的目的。即不增加系统体积及不牺牲光源效率的条件下，达到匀光的目的。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为一种光导管的工作原理示意图；

图2为根据本实用新型的一个实施例的一种激光照明系统的结构示意图；

图3A-图3D为激发光的光束经过不同光扩散装置扩散后进入光导管截面的示意图；

图4为根据本实用新型的一个实施例的激发光束经过扩散装置扩散后形成的光束进入光导管的示意图；

图5A和5B分别为根据本实用新型的一个实施例的单向扩散片的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本实用新型的一种激光照明系统和激光投影装置。显然，本实用新型的施行并不限于电子设备领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

参看图1，示出了一种光导管的工作原理示意图。如图1所示，10为光导管，20为光导管通过其中一面反射镜的镜像，30为入射到光导管的光束。光导管10的工作原理即为通过合适的尺寸设计，将入射的光束30分成多段角度，分别在光导管入口处进行叠加积分，最终使得出口处获得均匀的光斑。考虑到对称性，角度分段0为未经过光导管的光束部分，分段1为经过光导管一次反射的部分，分段2为经过光导管二次反射的部分，分段3为经过光导管三次反射的部分。根据其原理，同样的入射光束，经过反射次数越多，积分的区段越多，出口也就越均匀。但是反射的次数越多，就要求光导管的长度越长，或是光导管的口径越小。光导管的长度长导致体积的增加，口径小会导致光源效率的变差。

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种激光投影机，包括激光光源、波长转换装置、以及光导管；

所述激光光源用以产生激发光，所述激发光包括第一部分和第二部分；

所述波长转换装置用以接收所述激发光并将所述第一部分转换为受激发光；

所述光导管用以对所述第二部分和所述受激发光的合光进行匀光；其中，

所述光导管的横截面设置为矩形，所述激光照明系统还包括光扩散装置用以在所述第二部分在进入所述光导管之前对所述第二部分在扩散方向上进行扩散，所述扩散方向包括与所述光导管的横截面的长边平行的第一扩散方向和与所述光导管的横截面的短边平行的第二扩散方向，所述光扩散装置对所述激发光在所述第一扩散方向的扩散程度大于在所述第二扩散方向的扩散程度。

下面参看图2，图3A-图3D，图4，图5A和5B对根据本实用新型的一个实施例的激发光照明系统的原理进行说明。图2为根据本实用新型的一个实施例的一种激光照明系统的结构示意图；图3A-图3D为激发光的光束经过不同光扩散装置扩散后进入光导管截面的示意图；图4为根据本实用新型的一个实施例的激发光束经过扩散装置扩散后形成的光束进入光导管的示意图；图5A和5B分别为根据本实用新型的一个实施例的单向扩散片的结构示意图。

如图2所示，示出了根据本实用新型的一个实施例的一种激光投影机的光路系统的结构示意图。根据本实用新型的一个实施例的一种激光投影机的光路系统包括激光光源101，激光光源101用以受激发产生激发光，激光光源101产生的激发光的光路如图中虚线箭头201所示(后续将以激发光光束201示出)。示例性的，所述激光光源101产生的激发光为蓝光。蓝光作为三基色中的一色，可以直接利用。。

继续参看图2，在激发光的光路上设置有光路整形装置、分光片、波长转换装置、反射镜组以及光导管。其中，光路整形装置包括光束聚焦透镜102、准直透镜103，用以形成直径适当的光束。

所述激发光包括第一部分和第二部分。所述第一部分用以激发所述波长转换装置产生受激发光。

所述分光片透过所述激发光，并将由所述波长转换装置受激发产生受激发光反射到所述光导管。示例性的，如图2所示，所述分光片设置为二向色镜105。二向色镜105对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。在本实施例中，二向色镜105对蓝光几乎完全透过，而对绿光、红光或者黄光几乎完全反射。

所述波长转换装置用以接收所述激发光产生受激发光，示例性的，所述受激发光包括的第二色光和第三色光，所述第二色光、所述第三色光与所述激发光构成投影用三基色光。所述分光片将所述第二色光和所述第三色光反射到所述光导管。示例性的所述第二色光为绿光，所述第三色光为红光或者黄光。示例性的，参看图2，所述波长转换装置包括色轮108，色轮108上设置有荧光材料和透光窗口，所述激发光中的第一部分激发所述荧光材料产生所述第二色光和所述第三色光，所述激发光中的第二部分穿过所述透光窗口与所述第二色光和所述第三色光合成合光。穿透二向色镜105的激发光光束201，射向色轮108，色轮108上设置有荧光材料和透光窗口，色轮108在转轴107的带动下旋转，激发光光束201的第一部分激发色轮108上的荧光材料产生荧光作为第二色光和第三色光，荧光材料经过激发光的激发可以激发出不同颜色的荧光。示例性的，所述荧光包括绿光、黄光或者红光。荧光与激发光构成三基色光。示例性的，在本实施例中，激发光为蓝光，蓝光激发色轮上的荧光材料形成绿光和红光作为底色光和第三色光，从而形成三基色光。

如图2所示，经过整形装置整形后的激发光光束201，透过二向色镜105射向色轮108。

示例性的，激发光光束201在穿透二向色镜105之前还通过各向均匀扩散片104，以提升激发光光束的均匀性。

如图2所示，实线箭头202和虚线箭头203分别示出了色轮108上受激发产生的红光和绿光的光路走向示意图(后续将以红光光束202和绿光光束203表示)。色轮108上的荧光材料受激发产生的红光和绿光，先穿透聚焦透镜106进行光束整形形成直径适当的光束，再被二向色镜105反射以进入光导管114。

示例性的，色轮108上还设置有用以穿透激发光的透光窗口。激发光光束201中的第二部分穿过色轮108上的透光窗口，穿过透光窗口的激发光光束201首先通过整形透镜109将由聚焦透镜106聚焦后的激发光变为直径合适的光束。示例性的，所述激发光在穿过色轮108后经过反射镜组将所述激发光的第二部分反射到所述光导管。

激发光光束201经过反射镜组反射形成反射光，反射光进入在导光管所在的光路以与荧光光束(红光光束202和绿光光束203)合成合光光束而进入光导管114。光导管114通常设置为截面为矩形的导光通道，其内设置反射镜面，光束进入光导管之后经过多次反射在光导管的出口处达到匀光的目的。参看图2，反射镜组包括反射镜110、反射镜111和反射镜112。

参看图2，激发光光束201的第二部分经过反射镜组之后形成的反射光在进入光导管114之前，经过光扩散装置，光扩散装置用以在所述第二部分在进入所述光导管之前对所述第二部分在扩散方向上进行扩散，所述扩散方向包括与所述光导管的横截面的长边平行的第一扩散方向和与所述光导管的横截面的短边平行的第二扩散方向，所述光扩散装置对所述激发光在所述第一扩散方向的扩散程度大于在所述第二扩散方向的扩散程度。

参看图3A-图3D对经过根据本实用新型的光扩散装置扩散后进入光导管的光束的扩散角的变化原理进行说明。

首先，参看图3A，未经过光扩散装置扩散后的激发光进入光导管形成的截面示意图。光束201在光导管114的截面以内，光束201的角度小于后端设计的角度，无法经过光导管114完全匀光。

继续，参看图3B，示出了增加均匀扩散片对激发光灌输进行扩散后进入光导管的截面示意图。激发光光束201经过均匀扩散片扩散后直径变大，其进入光导管114时与光导管114的截面相切，其在光导管114的横截面上的横向上的入射角和短边上的入射角的增量相同。在这种情况下，激发光光束201在光导管114的横截面的横向上仍无法有效反射，形成的均匀度仍然不满足要求，需要继续扩大激发光光束201射向光导管114的横截面的入射角。图3C示出了，继续扩大激发光光束的入射角后光束射向光导管的截面示意图。在这种情况下，由于激发光光束201的直径已经超出光导管114的横截面的宽度，激发光光束201照射光导管114的横截面形成的入射角已经比后端系统的设计大，需要加大光导管的长度或是牺牲光效。

为此，根据本实用新型，参看图2，在均匀扩散片115前端设置单向扩散片116，使得在光导管114的横截面的横向上的光束角度与后端系统设计的角度相等。

继续，参看图3D，示出了根据本实用新型的一个实施例的，经过单向扩散片116和均匀扩散片115扩散后得到的激发光光束201进入光导管114的截面示意图。其中，激发光光束201照射向光导管114的横截面时在横向上的入射角的增量大于短边上的入射角的增量(激发光光束在横向上的延伸距离较在短边上的延伸距离表示横向上的入射角的增量大于短边上的入射角的增量)。

参看图4，示出了经过单向+各向均匀扩散片扩散后的激发光光束进入光导管的示意图。其中激发光光束201经过单向扩散片116扩散后进入光导管114时与光导管114的截面四周相切。采用激发光光束201在光导管114横截面上延伸的距离表达激发光光束201射向光导管114的横截面时的入射角，从图中可以看出在横截面横向上的延伸距离X大于在短边上的延伸距离Y，从而在横截面横向上的入射角大于在短边上的入射角。这种情况下，使合成光束在所述光导管横截面的长边方向上的入射角的增量大于在短边方向上的入射角的增量，从而在不增加光导管长度或是增加扩散角度牺牲光导管效率的情况下，达到匀光的目的。即不增加系统体积及不牺牲光源效率的条件下，达到匀光的目的。

示例性的，如图5A所示，所述单向扩散片116设置为具有多个并列排布的圆弧形表面。

示例性的，如图5B所示，所述单向扩散片116设置为具有多个并列排布的棱形表面。

需要理解的是，单向扩散片设置为并列排布的圆弧形表面后棱形表面仅仅是示例性的，任何可以使激发光束的入射角增大的单向扩散片的设置形式均适用于本实用新型。

需要理解的是，上述实施例的描述中将均匀扩散片115和单向扩散片116示出为单独的两个扩散片仅仅是示例性的，均匀扩散片115和单向扩散片116还可以设置为一体。如图5A和5B所示，在扩散片的一面设置为具有多个并列排布的弧形表面或棱形表面作为单向扩散片，在另一面设置为如毛玻璃等作为均匀扩散片。将均匀扩散片和单向扩散片设置为一体，减少激发光束在传播过程中的光效损耗。

继续参看图2，根据本实用新型的一个实施例，激发光光束201在经过单向扩散片116和均匀扩散片115调整扩散角度后，再次穿透二向色镜105以与荧光光束(红光光束202和绿光光束203)合成合光。合光光束经过聚焦透镜113再次调整尺寸后进入光导管114。

至此以完成根据本实用新型的一个实施例的一种激光照明系统的原理的示例性介绍。根据本实用新型的激光照明系统，在激光光源激发的激发光激发波长转换装置形成受激发光后，使激发光通过光扩散装置，对所述激发光在扩散方向上进行扩散，使所述激发光在入射到所述横截面上的入射角度增加，且在长边方向上入射角度的增加量大于短边方向上入射角度的增加量，从而在不增加光导管长度或是增加扩散角度牺牲光导管效率的情况下，达到匀光的目的。即不增加系统体积及不牺牲光源效率的条件下，达到匀光的目的。

本实用新型还提供了一种激光投影装置，其包括如上所述的激光照明系统，由于根据本实用新型的激光照明系统，在激光光源激发的激发光激发波长转换装置形成受激发光后，使激发光通过光扩散装置，对所述激发光在扩散方向上进行扩散，使所述激发光在入射到所述横截面上的入射角度增加，且在长边方向上入射角度的增加量大于短边方向上入射角度的增加量，从而在不增加光导管长度或是增加扩散角度牺牲光导管效率的情况下，达到匀光的目的，根据本实用新型的激光照明装置，也可以实现不增加系统体积及不牺牲光源效率的条件下，达到匀光的目的

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。