一種雙色雷射光源投影機的製作方法
2023-05-05 16:14:26 1
本實用新型屬於螢光式投影機領域，具體涉及一種雙色雷射光源投影機。
背景技術：
投影機按照光源不同主要分為燈泡、LED和雷射三種類型，其中雷射投影機是目前最先進的投影技術，而螢光輪方式的雷射投影機是性價比最高的機型。對於傳統的螢光光路，用部分藍色雷射照射到螢光粉上，產生黃色和綠色波長的光，再經過濾波產生紅光和綠光，與另一部分透射光路產生的藍色雷射組成三基色的光，經過對三基色的配比產生需要的顏色，生成需要的畫面，投射到幕布上。
傳統的藍色雷射激發螢光粉的方案，由於螢光粉材料本身的局限性，螢光光譜的波長大部分集中在500600nm之間，只有很少的光波長在600nm以上，經過濾光片後篩選出的紅光的佔比就非常少，投影出的畫面的紅色表現並不好。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種雙色雷射光源投影機及其控制方法，解決了現有技術中造成投影畫面紅色表現不好的問題。
本實用新型為解決上述技術問題採用以下技術方案：
一種雙色雷射光源投影機，包括紅光雷射器、藍光雷射器和螢光輪，藍光雷射器發出藍色雷射照射在螢光輪上的螢光粉區，螢光輪勻速旋轉，依次激發出黃色螢光、綠色螢光，與全部透過螢光輪的藍色雷射在出光口進行合束，紅光雷射器發出紅色雷射經過處理後，到達出光口與螢光輪產生的合束光線混合成白色光。
藍光雷射器與螢光輪之間設置分光片、一個聚焦透鏡、一個準直透鏡，藍光雷射器發出的藍色雷射直接通過分光片、聚焦透鏡、準直透鏡後到達螢光輪，藍色雷射打在螢光輪上激發出的黃色、綠色螢光反向通過準直透鏡、聚焦透鏡到達分光片，經分光片背面全反射至出光口，全部透過螢光輪的藍色雷射通過二次聚焦、準直後，經多級全反射鏡反射至出光口，與黃色、綠色螢光進行合束；紅色雷射器發出的紅色雷射經過聚焦、準直後，再經多級全反射鏡反射至出光口，與螢光輪產生的合束光線混合成白色光。
透過螢光輪的藍色雷射經二次準直聚焦後依次經過三個全反射鏡到達分光片，三個全反射鏡之間設置中繼準直透鏡，紅色雷射器發出的紅色雷射經過五個全反射透鏡進行全反射，其中，相鄰兩個全反射鏡之間還設置柱面鏡和準直透鏡。
所述螢光輪包括圓形散熱基板及設置於散熱基板邊緣的圓環形螢光區，所述螢光區包括 藍光透射區、紅色螢光粉區和綠色螢光粉區。
所述藍光透射區與紅色螢光粉區交界處，以及綠色螢光粉區與紅色螢光粉區交界處均設置信號發射裝置，當雷射光點經過信號發射裝置時，發出紅色雷射器的控制信號。
分光片與入射光方向呈45度角，且鍍有全反射膜。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
1、本實用新型針對於雙色雷射螢光輪方案藍光利用率低，紅光的用量較多這一缺陷，在藍光雷射器激發螢光粉光路的基礎上加入紅光雷射器。而螢光輪按照角度配比分為三個區，分別為藍光透射區以及綠光和紅色螢光粉區。藍光雷射器連續出光，螢光輪不斷旋轉，在一個旋轉周期內，雷射經過聚焦透鏡組整形後以一定大小的光斑，按照時間順序依次打在螢光輪的藍光透過區、綠色螢光粉區和紅色螢光粉區。藍光透過區透過的藍光，經過準直透鏡準直為平行光，打到綠光和紅色螢光粉區的藍光螢光產生綠光和紅光，產生的綠光和紅光被螢光輪反射，反射的紅綠光反向射向聚焦透鏡組後被準直為平行光，紅綠藍三組平行光在分光片的作用下實現合束。
2、當藍色雷射打到紅色螢光粉區時，此時紅色雷射器開始出光，當藍色雷射通過紅色螢光粉區後紅色雷射器停止出光，在螢光輪螢光產生紅光的同時，紅色雷射器也出射紅色雷射對整個光路的紅光進行補充。紅色雷射出射後經過整形透鏡組後，也變為平行光，經過分光片後，與螢光輪產生的三基色合束，使圖像的紅色的對比度和色彩飽和度更高。藍色雷射器能一致發光，利用效率為100％，同時紅色雷射器可以相應減少，光源的整體利用效率能大大提升。
附圖說明
圖1為本實用新型投影機的光路走向示意圖。
圖2為本實用新型螢光輪的結構示意圖。
圖3為本實用新型雷射投影機的結構示意圖。
其中，圖中的標識為：1-藍光雷射器；2-第一分光片；3-第一聚焦透鏡；4-第一準直透鏡；5-螢光輪；6-電機；7-第二準直透鏡；8-第二聚焦透鏡；9-第一全反射鏡；10-第二全反射鏡；11-第三準直透鏡；12-第三全反射鏡；13-紅色螢光粉區；14-藍光透射區；15-綠色螢光粉區；16-第四全反射鏡；18-紅光雷射器；21-第三聚焦透鏡；22-第四準直透鏡；23-第二分光片；24-第五全反射鏡；25-柱面鏡；26-第五準直透鏡；27-第六全反射鏡；28-第三分光片。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的結構及工作過程作進一步說明。
一種雙色雷射光源投影機，包括紅光雷射器、藍光雷射器和螢光輪，藍光雷射器發出藍色雷射照射在螢光輪上的螢光粉區，螢光輪勻速旋轉，依次激發出黃色螢光、綠色螢光，與全部透過螢光輪的藍色雷射在出光口進行合束，紅光雷射器發出紅色雷射經過處理後，到達出光口與螢光輪產生的合束光線混合成白色光。
該雙色雷射光源投影機的控制方法為，在螢光輪的一個旋轉周期內，包括如下步驟：
首先，啟動藍光雷射器，使其發出的雷射光點打在螢光輪的螢光區域；
其次，控制螢光輪勻速旋轉，並實時獲取雷射光點經過的螢光區域信息；
然後，等待雷射光點經過信號發射裝置，觸發該裝置發出發射信號；
最後，接收到發射信號後，根據雷射光點經過發射裝置前一時刻和後一時刻的順序，發出紅光雷射器的控制信號。
具體實施例一
如圖1、圖2、圖3所示，
一種雙色雷射光源投影機，包括紅光雷射器18、藍光雷射器1和螢光輪5，藍光雷射器1與螢光輪之間設置第一分光片2、第一聚焦透鏡3、第一準直透鏡4，藍光雷射器1發出的藍色雷射直接通過第一分光片2、第一聚焦透鏡3、第一準直透鏡4後到達螢光輪5，藍色雷射打在螢光輪5上激發出的黃色、綠色螢光反向通過第一準直透鏡4、第一聚焦透鏡3到達第一分光片2，經第一分光片2背面全反射至出光口，全部透過螢光輪5的藍色雷射通過第二準直透鏡7、第二聚焦透鏡8後，經多第一全反射鏡9、第二全反射鏡10、第三準直透鏡11、第三全反射鏡12反射至出光口，與黃色、綠色螢光進行合束；
紅色雷射器18發出的紅色雷射經過第三聚焦透鏡21、第四準直透鏡22後，再經第四全反射鏡16、第二分光片23、第五全反射鏡24、柱面鏡25、第五準直透鏡26、第六全反射鏡27、第三分光片3反射至出光口，與螢光輪產生的合束光線穿過第二分光片23、第三分光片3後混合成白色光。
藍光雷射器1發出藍色雷射照射在螢光輪5上的螢光粉區，螢光輪勻速旋轉，依次激發出黃色螢光、綠色螢光，與全部透過螢光輪的藍色雷射在出光口進行合束，紅光雷射器發出紅色雷射經過處理後，到達出光口與螢光輪產生的合束光線混合成白色光。
透過螢光輪的藍色雷射經二次準直聚焦後依次經過三個全反射鏡到達分光片，三個全反射鏡之間設置中繼準直透鏡，紅色雷射器發出的紅色雷射經過五個全反射透鏡進行全反射，其中，相鄰兩個全反射鏡之間還設置柱面鏡和準直透鏡。
所述螢光輪包括圓形散熱基板及設置於散熱基板邊緣的圓環形螢光區，所述螢光區包括 藍光透射區14、紅色螢光粉區13和綠色螢光粉區15。
所述藍光透射區與紅色螢光粉區交界處，以及綠色螢光粉區與紅色螢光粉區交界處均設置信號發射裝置，當雷射光點經過信號發射裝置時，發出紅色雷射器的控制信號。
分光片與入射光方向呈45度角，且鍍有全反射膜。
具體實施例二
一種雙色雷射光源投影機的控制方法，在螢光輪的一個旋轉周期內，包括如下步驟：
步驟1、啟動藍光雷射器，使其發出的雷射光點打在螢光輪的螢光區域；
步驟2、控制螢光輪勻速旋轉，並實時獲取雷射光點經過的螢光區域信息；
步驟3、等待雷射光點經過信號發射裝置，觸發該裝置發出發射信號；
步驟4、接收到發射信號後，判斷雷射光點經過發射裝置前一時刻和後一時刻的順序，如果前一時刻經過藍光透射區或綠色螢光粉區，後一時刻為紅色螢光粉區，則發出紅色雷射器開啟的信號；
如果前一時刻經過紅色螢光粉區，後一時刻為藍光透射區或綠色螢光粉區，則發出紅色雷射器停止的信號；
步驟5、循環上述過程直至投影機工作完成。
本實用新型的工作原理如下：
本實用新型公布了一種在藍光雷射器激發螢光粉光路的基礎上加入紅光雷射器的方案。藍光雷射器發射藍光光源整形後射向螢光輪，螢光輪分為藍光透射區以及綠光和紅色螢光粉區，透射的藍光以及螢光產生的綠光和紅光經過整形後實現合束。同時當藍光射向螢光輪的紅色螢光粉區時，紅色雷射器發射紅色雷射經過透鏡組整形後併入螢光輪產生的三色光光路中，補充紅色螢光區產生的的紅光。提高藍色雷射的利用效率，同時提高紅色的色彩飽和度。
而螢光輪按照角度配比分為三個區，分別為藍光透射區以及紅光和綠色螢光粉區。藍光雷射器連續出光，螢光輪不斷旋轉，在一個旋轉周期內，經過聚焦透鏡組整形後以一定大小的光斑，按照時間順序依次打在螢光輪的藍光透過區、綠色螢光粉區和紅色螢光粉區。藍光透過區透過的藍光，經過準直透鏡準直為平行光。打到綠光和紅色螢光粉區的藍光螢光產生綠光和紅光，產生的綠光和紅光被螢光輪反射，反射後射向聚焦透鏡組後被準直為平行光，紅綠藍三組平行光在分光片的作用下實現合束。當藍色雷射打到紅色螢光粉區時，此時紅色雷射器開始出光，當藍色雷射通過紅色螢光粉區後紅色雷射器停止出光，在螢光輪螢光產生紅光的同時，紅色雷射器也出射紅色雷射對整個光路的紅光進行補充。紅色雷射出射後經過整形透鏡組後，也變為平行光，經過分光片後，與螢光輪產生的三基色合束，使圖像的紅色的對比度和色彩飽和度更高。
如圖1所示為原理圖：藍光雷射器發出藍色雷射，透過分光片，經過準直系統後，變為平行光，平行光透過聚焦透鏡後，藍色雷射束被聚焦為一個光斑，打在螢光輪上，而螢光輪按照角度配比分為三個區，分別為藍光透射區和綠光及紅色螢光粉區。螢光輪在電機的驅動下旋轉，在一個旋轉周期內，分別打到螢光輪的藍光透過區時藍光透過，入射到綠色螢光粉區時螢光出綠光，入射到紅色螢光粉區時螢光出紅光，而螢光的寬光譜綠光和紅光被螢光輪反射出去，反方向透過聚焦透鏡組，反方向通過聚焦透鏡的寬光譜寬發散角綠光被整形為一定光斑大小的平行光，經過分光片後被偏轉90度向上出射。而透射過螢光輪的藍光同樣被整形後與綠光和紅光合束，在藍光透過螢光輪的同時紅光雷射器出射紅色雷射，經過反射鏡後偏轉90度向上出射與螢光輪產生的三基色混合。
如圖2所示為螢光輪原理圖藍光透過區，入射的藍色雷射全部透射過去；綠色螢光粉區入射的藍色雷射螢光出寬光譜綠色光；紅色螢光粉區，入射的藍色雷射在此區域內螢光出寬光譜紅光。
如圖3所示：藍光雷射器發出藍色雷射，透過2分光片，經過準直系統後，整形為平行光，平行光透過聚焦透鏡後，藍色雷射束被聚焦為一個光斑，打在螢光輪上，而螢光輪按照角度配比分為三個區，分別為藍光透射區和綠光及紅色螢光粉區。螢光輪在電機的驅動下旋轉，在一個旋轉周期內，分別打到螢光輪的藍光透過區時藍光透過，入射到綠色螢光粉區時螢光出綠光，入射到紅色螢光粉區時螢光出紅光，而螢光的寬光譜綠光和紅光被螢光輪反射出去，反方向經過聚焦透鏡，被第一次準直，以一定發散角度向前傳播，反向射向準直透鏡後被第二次準直，綠光和紅光經過兩次準直後變成平行光。綠色和紅色平行光以45度角射向分光片，被全反射沿著Y方向出射。
透過的藍光和紅光經過準直透明組後，被準直為平行光，平行光以45度角分別射向全反射鏡，出射方向變為X負方向傳播，經過中繼準直透鏡對並行度做修正後，射向全反射鏡，出射方向偏轉90度，沿著Y正方向傳播，以45度角全透過分光片後，與綠光匯合，生成混合白光。
在藍光透過螢光輪的同時紅光雷射器出射紅色雷射，經過聚焦透鏡後紅光匯聚為一定大小和匯聚角度的光斑，透過準直透鏡後光斑大小不變，被整形為平行光，平行光射向反射鏡後，偏轉90度向Y正方向出射，45度角射向分光片後偏轉90度向X正方向出射，45度角射向反射鏡後，偏正90度沿著Y正方向出射到柱面鏡，柱面鏡將紅光在X方向匯聚，匯聚後紅光經過準直透鏡後被準備為平行光，平行光45度射向反射鏡後偏轉90度沿著X負方向出射，以45度角入射到反射鏡上後片狀90度沿著Y正向出射與螢光輪產生的三基色光源混合，對紅光進行補充。使圖像的紅色的對比度和色彩飽和度更高，同時提高藍光的利用效率。
本實用新型各部件的規格、功能及作用如下：
藍光雷射器：波長455nm。
紅光雷射器：波長638nm。
第一分光片：45度入射的藍色雷射可以全透過，黃色和綠色雷射被全反射。
第二、第三分光片：45度入射的藍綠色雷射可以全透過，紅色雷射被全反射。
準直透鏡：將反向入射的平行光整形為一定大小的光斑，將正向入射的發散光整形為平行光。
聚焦透鏡：將正向入射的平行光整形為一定大小的光斑，將反射入射的發散光整形為平行光。
螢光輪：藍光全部透過，入射的藍色雷射部分螢光出綠光，部分螢光出紅光。
電機：使螢光輪旋轉。
全反射鏡：420700nm波段鍍45度角全反射膜，將45度入射的光偏轉90度出射。
藍光透過區：鍍增透膜(600～700nm)。
綠色螢光粉區：入射455nm的雷射螢光產生綠色光。
紅色螢光粉區：入射455nm的雷射螢光產生紅色光。