光源系统、投影设备及色轮发明专利

光源系统、投影设备及色轮

本发明涉及一种光源系统、投影设备及色轮。所述光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区套设于所述波长转换区的外侧或环设于所述波长转换区的内侧；所述激发光源用于发光至所述散射区及所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域。

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201810356488.X

专利申请（专利权）人：深圳光峰科技股份有限公司
权利人地址：广东省深圳市南山区粤海街道学府路63号高新区联合总部大厦20-22楼

专利发明（设计）人：徐梦梦,胡飞,郭祖强,李屹

主权利要求:光源系统、投影设备及色轮
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光源系统、投影设备及色轮。
背景技术
[0002] 目前，投影设备常用的光源有白光UHP灯泡，LED，激光荧光粉光源和RGB激光光源。UHP灯泡存在寿命较短、单色性差和光利用率较低的问题。LED光源虽然寿命长、单色性较好，但是LED普遍存在电流饱和现象，即发光效率随着驱动电流的增大而下降显著；同时LED发光的光学扩展量较大，使得空间光调制器的尺寸固定后，能够容纳的LED的数量有限。这两条因素导致LED光源的投影设备输出亮度偏低。

[0003] 现有一种半导体激光器激发色轮上波长转换材料以形成不同基色光的方法，该方法具有光效高，光学扩展量小的优势，因此发展迅速，成为投影仪光源的理想选择。该方案的光源系统可采用时序合光和空间合光两种方案。时序合光方案中，一般选用蓝光激光激发分段色轮产生时序的红、绿、蓝光，从而构成投影设备所需要的三基色光，蓝光由散射粉消除激光部分相干性后得到，绿光由蓝光激发绿色荧光粉得到，红光由蓝光激发偏橙色荧光粉或者激发黄色荧光粉后配合对应的滤光片滤除短波长部分得到。空间合光方案中，一般采用蓝光激光激发黄色荧光粉色轮，色轮将蓝光激光中一部分光转换为黄光和另一部分未被转换的蓝光混合后得到白光，经滤光片分光后分为RGB三基色光，入射至三个空间光调制器。这两种方案中由于蓝激光激发荧光粉得到的荧光光谱较宽，因而导致采用激光荧光作为光源的投影设备的色域比较窄，一般利用此技术的投影设备能够覆盖完全的sRGB色域，通过一些增强处理，如加入窄带的光滤波器去除绿光和红光中的黄光光谱，能够增强其色域达到DCI‑P3色域。但是窄带滤波会损失相当大的光亮度，从而使得系统的效率大大降低。纯RGB激光的投影设备，因为RGB激光具有很好的单色性，因而具有非常宽广的色域范围，利用RGB激光的投影设备能够轻易的达到REC2020的色域标准。但RGB激光的投影设备最显著色温缺点是会存在严重的散斑问题，虽然有很多发明尝试解决激光散斑的问题，但是要么效果不理想，要么需要额外的设备抖动投影屏幕；同时，RGB激光投影设备的成本较高。
[0004] 进一步地，上述激光荧光作为光源的色轮的结构有两种，如图1所示。图1的(a)图为用于时序合光的RGB三段式色轮，其中R段为可吸收蓝色激光并转换为红光的波长转换材料，G段为可吸收蓝色激光并转换为红光的波长转换材料，B段为散射粒子，可散射蓝色激光。为增强色域，在R段和G段的光路上可以加入窄带滤光片。图1中的(b)图为用于空间合光的单色色轮，该色轮的波长转换材料可吸收部分蓝光转换为黄光，黄光与未被转换的蓝光混合得到白光。
[0005] 更进一步地，在一种目前已有的激光和荧光混合光源作为投影光源的方案中，添加荧光后并没有针对荧光系统设计色轮结构，而是直接将多束不同颜色的激光合光后入射至荧光轮，利用荧光粉的散射作用对激光光源进行转换。具体地，将蓝光激光与红光激光合光后，在橙色荧光粉色段打开，此时蓝光激发橙色荧光粉产生橙色荧光，红激光入射到橙色荧光粉上，不激发荧光粉而是发生散射，最终橙色荧光与红激光在光学扩展量上进行合光，从色轮出射，到收集透镜进行收集。该方案中红蓝激光同时入射在荧光轮的同一位置，加重了荧光轮的热负荷。
[0006] 在另一种目前已有的激光和荧光混合光源作为投影光源的方案中，通过增加色轮段数实现激光和荧光的混合光源，具体地，该方案中蓝激光、红激光和绿激光对应的色轮部分为加了散射片的反射镜或透射镜，其结构如图2所示。该方案可避免前一种方案中出现的多数激光入射到荧光轮同一位置加重荧光轮热负荷的问题，但该方案由于增加了色轮段数，使得波长转换材料所占区域变小，激光入射到波长转换材料上后，波长转换材料的占空比更大，热负荷增加，有必要改善。
发明内容
[0007] 有鉴于此，有必要提供一种可改善色轮热效应的光源系统、采用上述光源系统的投影设备及色轮。
[0008] 一种光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区环设于所述波长转换区的内侧或外侧；所述激发光源用于发光至所述散射区和/或所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域。
[0009] 一种投影设备，其包括光源系统及光调制装置，所述光调制装置用于依据图像数据调制所述光源系统发出的光产生图像光，所述光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区环设于所述波长转换区的内侧或外侧；所述激发光源用于发光至所述散射区和/或所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域。
[0010] 一种投影设备，其包括光源系统及光调制装置，所述光调制装置用于依据图像数据调制所述光源系统发出的光产生图像光，所述光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区环设于所述波长转换区的内侧或外侧；所述激发光源用于发光至所述散射区和/或所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域，所述散射区接收到的所述激发光源的光为第一颜色光，所述波长转换区的数量为至少两个，所述至少两个波长转换区包括第一转换区与第二转换区，所述散射区的数量为至少一个，所述至少一个散射区位于所述第一转换区与所述第二转换区之间，所述受激光包括第二颜色光及第三颜色光，所述第一转换区设置有第一波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第二颜色光，所述第二转换区设置有第二波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第三颜色光，所述补充光包括第二颜色补充光和/或第三颜色补充光，所述激发光源发出的光在所述散射区形成第一光斑，所述补充光包括第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述第二颜色补充光在所述散射区上形成第二光斑，所述第三颜色补充光在所述散射区上形成第三光斑，所述第二光斑相较于所述第三光斑邻近所述第一转换区，所述第三光斑相较于所述第二光斑邻近所述第二转换区，所述第一光斑位于所述第二光斑与所述第三光斑之间，所述光源系统还包括第一匀光元件、第二匀光元件及第三匀光元件，所述第一匀光元件用于接收所述色轮发出的第一颜色光，所述第二匀光元件用于接收所述色轮发出的所述第二颜色光及所述第二颜色补充光，所述第三匀光元件用于接收所述色轮发出的所述第三颜色光及所述第三颜色补充光，所述光调制装置包括第一空间光调制器、第二空间光调制器及第三空间光调制器，所述第一空间光调制器用于调制所述第一匀光元件发出的光产生第一图像光，所述第二空间光调制器用于调制所述第二匀光元件发出的光产生第二图像光，所述第三空间光调制器用于调制所述第三匀光元件发出的光产生第三图像光。
[0011] 一种投影设备，其包括光源系统及光调制装置，所述光调制装置用于依据图像数据调制所述光源系统发出的光产生图像光，所述光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区环设于所述波长转换区的内侧或外侧；所述激发光源用于发光至所述散射区和/或所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域，所述散射区接收到的所述激发光源的光为第一颜色光，所述波长转换区的数量为至少两个，所述至少两个波长转换区包括第一转换区与第二转换区，所述散射区的数量为至少两个，所述至少两个散射区包括第一散射区与第二散射区，所述第一散射区、所述第一转换区、所述第二散射区及所述第二转换区依次设置，所述受激光包括第二颜色光及第三颜色光，所述第一转换区设置有第一波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第二颜色光，所述第二转换区设置有第二波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第三颜色光，所述补充光包括第二颜色补充光和/或第三颜色补充光，所述激发光源发出的光在所述第一散射区形成第一光斑，所述补充光包括第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述第二颜色补充光在所述第一散射区上形成第二光斑，所述第三颜色补充光在所述第二散射区上形成第三光斑，所述第二光斑相较于所述第一光斑邻近所述第一转换区，所述光源系统还包括第一匀光元件、第二匀光元件及第三匀光元件，所述第一匀光元件用于接收所述色轮发出的第一颜色光，所述第二匀光元件用于接收所述色轮发出的所述第二颜色光及所述第二颜色补充光，所述第三匀光元件用于接收所述色轮发出的所述第三颜色光及所述第三颜色补充光，所述光调制装置包括第一空间光调制器、第二空间光调制器及第三空间光调制器，所述第一空间光调制器用于调制所述第一匀光元件发出的光产生第一图像光，所述第二空间光调制器用于调制所述第二匀光元件发出的光产生第二图像光，所述第三空间光调制器用于调制所述第三匀光元件发出的光产生第三图像光。
[0012] 一种投影设备，其包括光源系统及光调制装置，所述光调制装置用于依据图像数据调制所述光源系统发出的光产生图像光，所述光源系统包括色轮、激发光源及补充光源，所述色轮包括散射区及波长转换区，所述散射区与所述波长转换区均为环形，且所述散射区环设于所述波长转换区的内侧或外侧；所述激发光源用于发光至所述散射区和/或所述波长转换区，所述散射区用于对接收到的所述激发光源的光进行散射后发出，所述波长转换区用于将接收到的所述激发光源的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域，所述散射区接收到的所述激发光源的光为第一颜色光，所述波长转换区的数量为至少两个，所述至少两个波长转换区包括第一转换区与第二转换区，所述散射区的数量为至少一个，所述至少一个散射区位于所述第一转换区与所述第二转换区之间，所述受激光包括第二颜色光及第三颜色光，所述第一转换区设置有第一波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第二颜色光，所述第二转换区设置有第二波长转换材料用于将接收到的所述激发光源的光转换为第三颜色光，所述补充光包括第二颜色补充光和/或第三颜色补充光，所述激发光源发出的光在所述散射区形成第一光斑，所述补充光包括第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述第二颜色补充光在所述散射区上形成第二光斑，所述第三颜色补充光在所述散射区上形成第三光斑，所述第二光斑相较于所述第三光斑邻近所述第一转换区，所述第三光斑相较于所述第二光斑邻近所述第二转换区，所述第一光斑与所述第二光斑重合，所述光源系统还包括第一匀光元件及第二匀光元件，所述第一匀光元件用于接收所述色轮发出的第一颜色光、所述第二颜色光、所述第二颜色补充光，所述第二匀光元件用于接收所述色轮发出的所述第三颜色光及所述第三颜色补充光，所述光调制装置包括第一空间光调制器及第二空间光调制器，所述第一空间光调制器用于调制所述第一匀光元件发出的光产生第一图像光，所述第二空间光调制器用于调制所述第二匀光元件发出的光产生第二图像光。
[0013] 一种色轮包括第一区域及第二区域，所述第一区域与所述第二区域均为环形，所述第二区域的数量为至少两个，所述第一区域的数量为至少一个，所述至少一个第一区域的环形位于所述至少两个第二区域的环形之间，所述第一区域为散射区及波长转换区中的一个，所述第二区域为散射区及波长转换区中的另外一个，所述散射区用于对接收到的光进行散射后发出，所述波长转换区用于接收激发光并对所述激发光进行波长转换从而发出受激光。
[0014] 与现有技术相比较，本发明提出一种可以用于激光加荧光的光源系统的色轮、包含该色轮的光源系统及投影设备，由于所述色轮采用环形且套设的散射区及波长转换区，在不增加色轮尺寸的前提下，可以使得波长转换区被激发产生受激光的占空比减小，进而色轮热负荷减小。此外，所述波长转换区可进行波长转换产生受激光，散射区可以将所述激发光源发出的光进行散射，以减轻散斑，因此，本发明色轮、光源系统及投影设备，可在增强投影色域的同时，尽量降低热负荷及减轻散斑问题。
附图说明
[0015] 图1是两种激光荧光混合的光源系统的色轮的结构示意图。
[0016] 图2是另一种激光荧光混合的光源系统的投影设备中多段式色轮的结构示意图。
[0017] 图3是本发明色轮第一种实施例的结构示意图。
[0018] 图4是具有图3所示的色轮的光源系统及其投影设备的结构示意图。
[0019] 图5是图4所示的色轮处于工作状态时的平面结构示意图。
[0020] 图6是本发明光源系统及其投影设备的第二实施例的结构示意图。
[0021] 图7是图6所示的色轮处于工作状态时的平面结构示意图。
[0022] 图8是本发明第三实施例的色轮处于工作状态时的平面结构示意图。
[0023] 主要元件符号说明
[0024] 光源系统 20、50
[0025] 色轮 10、40、70
[0026] 投影设备 30、60
[0027] 第一区域/散射区 101、401、701
[0028] 第二区域/波长转换区 102
[0029] 结构件 103
[0030] 第一转换区 102a、702a
[0031] 第二转换区 102b、702b
[0032] 激发光源 11
[0033] 补充光源19
[0034] 合光装置13
[0035] 第一中继系统14
[0036] 匀光装置15、45
[0037] 第二中继系统16
[0038] 光调制装置17、47
[0039] 镜头18
[0040] 第一合光元件13a、43a
[0041] 第二合光元件13b
[0042] 第一光源11c、41c
[0043] 第二光源11e
[0044] 第三光源11d
[0045] 匀光整形元件12a、12b、12c、12e、12d
[0046] 第一补充光源19a、49a
[0047] 第二补充光源19b、49b
[0048] 第一匀光元件15a、45a
[0049] 第二匀光元件15b、45b
[0050] 第三匀光元件15c
[0051] 第一空间光调制器17a、47a
[0052] 第二空间光调制器17b、47b
[0053] 第三空间光调制器17c
[0054] 第一光斑21、51、81
[0055] 第二光斑22、52、82
[0056] 第三光斑23、53、83
[0057] 第一散射区701a
[0058] 第二散射区701b
[0059] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0060] 请参阅图3，图3是本发明色轮10第一种实施例的结构示意图。所述色轮10包括第一区域101、第二区域102、及结构件103，所述第一区域101及所述第二区域102均为环形且套设在一起，具体地，所述第一区域101环设于所述第二区域102的内侧或外侧，所述结构件103位于所述第一区域101与所述第二区域102与的环形之中。

[0061] 所述结构件103可以为圆形板状结构，其圆心位置可以设置转轴件，从而在马达等驱动器件的驱动下，所述色轮10可以绕其圆心所在的中心轴转动，使得所述第一区域101、所述第二区域102的各个区段依序位于激发光源发出的光所在的光路上。所述结构件103的材料可以采用高导热率的材料，具体地，金属或非金属材料均可。
[0062] 可以理解，所述第一区域101及所述第二区域102均为圆环形，每个区域的宽度在各个区段都是一致的，在一种实施例中，所述第一区域101的宽度可以宽于所述第二区域102的宽度。所述第一区域101与所述第二区域102为同心圆环，具体地，所述第一区域101、所述第二区域102及所述结构件103可以均为同心。

[0063] 所述第一区域101与所述第二区域102的数量为至少一个，所述第一区域101与所述第二区域102一一交替设置。具体地，在一种实施例中，所述第二区域102的数量为至少两个，所述第一区域101的数量为至少一个，所述至少一个第一区域101的环形位于所述至少两个第二区域102的环形之间，本实施例主要以所述第二区域102的数量为两个且所述第一区域101的数量为一个进行说明，即本实施例中，所述第一区域101位于所述两个第二区域102之间，从而将所述两个第二区域102间隔。

[0064] 进一步地，所述色轮中，所述第一区域101为散射区及波长转换区中的一个，所述第二区域102为散射区及波长转换区中的另外一个，其中所述散射区用于对接收到的光进行散射后发出，所述波长转换区用于接收激发光并对所述激发光进行波长转换从而发出受激光。其中，所述第一区域101及所述第二区域102均为环形，在不增加色轮尺寸的前提下，可以使得波长转换区被激发产生受激光的占空比减小，使得所述色轮10的热负荷进一步减小。
[0065] 更进一步地，本实施例中主要以所述第一区域101为散射区且所述第二区域102为波长转换区来进行说明，可以理解，所述散射区将所述两个波长转换区间隔，由于所述散射区与所述波长转换区交替间隔设置，当所述色轮与激光器的激发光源配合时，有助消除激光的散斑现象，并且两个波长转换区间隔设置也有助对波长转换时产生的热量的进行散热，所述色轮10具有较好的散热性能，所述色轮热负荷较小。但是，在变更实施方式中，所述第一区域101也可以为波长转换区且所述第二区域102为散射区，此时，所述波长转换区将两个散射区间隔，当所述色轮10与激光器的激发光源配合时，有助消除激光的散斑现象，并且也有助于所述波长转换区的热量从所述两个散射区所在的两侧释放，使得所述色轮10具有较好的散热性能，进而色轮10热负荷较小。
[0066] 由上述可知，本实施例中，所述第一区域101为散射区，所述第二区域102为波长转换区，如包括第一转换区102a及第二转换区102b。所述散射区101上可以设置有散射材料，如表面散射材料或体散射材料，用于对接收到的光进行散射。所述第一转换区102a设置有第一波长转换材料(如绿色波长转换材料与红色波长转换材料中的一种)用于产生第一受激光，所述第二转换区102b设置有第二波长转换材料(如绿色波长转换材料与红色波长转换材料中的另外一种)用于产生第二受激光。具体地，所述第一受激光可以为绿色荧光，所述第二受激光可以为红色荧光，对应地，所述第一波长转换材料可以为绿色波长转换材料，如硅胶封装的绿光荧光粉或玻璃封装的绿光荧光粉或绿光荧光陶瓷材料等。所述第二波长转换材料可以为红色波长转换材料，如硅胶封装的红光荧光粉或玻璃封装的红光荧光粉或红光荧光陶瓷材料等。
[0067] 可以理解，所述色轮10的第一区域101及第二区域102可以具有同一个基体，当所述色轮10为透射式色轮时，所述基体可以是透明材料，所述散射材料及所述第一、第二波长转换材料设置于所述基体的一表面上；当所述色轮10为反射式色轮时，所述基体可以为反射材料，或者所述基体为透射材料，但所述散射材料及所述第一、第二波长转换材料设置于所述基体的一表面上，反射材料设置于所述基体的相背的另一表面上；所述色轮10也可以为半透射板反射式色轮，如所述第一区域101与所述第二区域102的其中一个为透射式区域，另一个为反射式区域。
[0068] 请参阅图4，图4是具有图3所示的色轮10的光源系统20及其投影设备30的结构示意图。所述光源系统20包括所述色轮10、激发光源11、补充光源19、合光装置13、第一中继系统14、匀光装置15及第二中继系统16，所述投影设备30包括所述光源系统20、光调制装置17及镜头18。所述光调制装置17用于依据图像数据调制所述光源系统20发出的光产生图像光。所述镜头18用于对所述图像光进行投影以显示投影图像。
[0069] 所述激发光源11用于发光至所述散射区101及所述波长转换区102a、102b，所述散射区101用于对接收到的所述激发光源11的光进行散射后发出，所述波长转换区102a、102b用于将接收到的所述激发光源11的光进行波长转换从而发出受激光，所述补充光源19用于发出补充光以扩展所述光源系统的色域(或者说提高所述光源系统20及使用所述光源系统20的投影设备30的色域)，其中所述补充光可以包括激光。

[0070] 本实施例中，所述激发光源11的散射区101还用于接收所述补充光并对所述补充光进行散射。所述合光装置13位于所述激发光源11与所述色轮10之间以及所述补充光源19与所述色轮10之间的光路上，所述合光装置13用于将所述激发光源11发出的光与所述补充光进行合光再提供至所述色轮10的散射区101。但是，可以理解，在变更实施方式中，所述合光装置13也可以位于所述色轮10发出的散射光及受激光所在的光路上，从而将所述散射光、受激光及所述补充光进行合光。
[0071] 其中，所述散射区101接收到的所述激发光源11的光为第一颜色光，所述受激光包括第二颜色光及第三颜色光，所述第一转换区102a设置有第一波长转换材料用于将接收到的所述激发光源11的光转换为第二颜色光作为所述第一受激光，所述第二转换区102b设置有第二波长转换材料用于将接收到的所述激发光源11的光转换为第三颜色光。
[0072] 具体地，所述激发光源11包括第一光源11c、第二光源11e、第三光源11d、及若干匀光整形元件12c、12e、12d。所述第一光源11c用于发出第一光经由匀光整形元件12c至所述散射区101使得所述散射区101对所述第一光进行散射。所述第二光源11e用于发出第二光经由匀光整形元件12e至所述第一转换区102a使得所述第一转换区102a将所述第二光转换为所述第二颜色光。所述第三光源11d用于发出第三光经由匀光整形元件12d至所述第二转换区102b使得所述第二转换区102b将所述第三光转换为所述第三颜色光。本实施方式中，所述第一光、第二光及第三光均为第一颜色光，如蓝色光，所述第二颜色光为绿色荧光，所述第三颜色光为红色荧光，变更实施例中，所述第二颜色光为红色荧光，所述第三颜色光为绿色荧光。
[0073] 所述补充光可以包括第二颜色补充光及第三颜色补充光，本实施例中，所述第二颜色补充光可以为绿色补充光，所述第三颜色补充光可以为红色补充光，变更实施例中，所述第二颜色补充光可以为红色补充光，所述第三颜色补充光可以为绿色补充光。所述补充光源19包括第一补充光源19a、第二补充光源19b及若干匀光整形元件12a、12b，所述第一补充光源19a用于发出所述第二颜色补充光经由匀光整形元件12a至所述合光装置13，所述第二补充光源19b用于发出所述第三颜色补充光经由匀光整形元件12b至所述合光装置13。具体地，所述合光装置13可以包括第一合光元件13a及第二合光元件13b，所述第一合光元件13a用于接收所述第二颜色补充光及所述第一光源11c发出的所述第一光并将所述第二颜色补充光与所述第一光合光，所述第二合光元件13b用于接收所述第三颜色补充光及所述第一光源11c发出的所述第一光并将所述第三颜色补充光与所述第一光合光。本实施例中，所述第一合光元件13a与所述第二合光元件13b可以均为波长合光元件，如二向色片，在其他实施例中，所述第一合光元件13a与所述第二合光元件13b也可以为偏振合光元件，并不以上述为限。

[0074] 进一步地，所述第一光源11c、第二光源11e、第三光源11d、第一补充光源19a、第二补充光源19b均包括激光器，所述第一光、第二光、第三光、第二颜色补充光及第三颜色补充光均包括激光，所述第二颜色光及第三颜色光均为荧光。由上可知，本实施例中，所述第一颜色可以为蓝色，所述第二颜色可以为绿色，所述第三颜色可以为红色，所述第一颜色光为蓝色激光，所述第二颜色光为绿色荧光，所述第三颜色光为红色荧光，所述第二颜色补充光为绿色激光，所述第三颜色补充光为红色激光；变更实施例中，所述第一颜色可以为蓝色，所述第二颜色可以为红色，所述第三颜色可以为绿色，所述第一颜色光为蓝色激光，所述第二颜色光为红色荧光，所述第三颜色光为绿色荧光，所述第二颜色补充光为红色激光，所述第三颜色补充光为绿色激光。
[0075] 请参阅图5，图5是图4所示的色轮10处于工作状态时的平面结构示意图。所述色轮10工作时，所述第一光源11c、第二光源11e、第三光源11d发出蓝色激光作为所述第一颜色光分别至所述散射区101、第一转换区102a及第二转换区102b，所述色轮10沿着其圆心旋转，使得所述散射区101的各个区段依次位于所述第一光源11c发出的光的光路上从而所述散射区101发出散射后的所述第一颜色光，所述第一转换区102a的各个区段依次位于所述第二光源11e发出的光的光路上从而所述第一转换区102a产生第二颜色光，所述第二转换区102b的各个区段依次位于所述第三光源11d发出的光的光路上从而所述第二转换区102b产生第三颜色光。

[0076] 可以理解，所述激发光源11发出的光在所述散射区101形成第一光斑21，所述第二颜色补充光在所述散射区101上形成第二光斑22，所述第三颜色补充光在所述散射区101上形成第三光斑23，所述第二光斑22相较于所述第三光斑23邻近所述第一转换区102a，所述第三光斑23相较于所述第二光斑22邻近所述第二转换区102b，所述第一光斑21位于所述第二光斑22与所述第三光斑23之间。可以理解，上述光斑21、22、23的位置并不局限，即所述光斑21、22、23的位置均可能根据实际需要做调整。
[0077] 所述匀光装置15还包括第一匀光元件15a、第二匀光元件15b及第三匀光元件15c。详细来说，所述色轮10发出所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述光源系统还包括第一中继系统14，所述第一中继系统14接收所述色轮10发出的第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光并发出(如透射)所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光。其中，所述第一匀光元件15a位于所述第一中继系统14发出的第一颜色光的光路上从而接收所述第一中继系统14发出的所述第一颜色光。所述第二匀光元件15b位于所述第一中继系统14发出的第二颜色光及第二颜色补充光的光路上从而接收所述第一中继系统14发出的所述第二颜色光及第二颜色补充光。所述第三匀光元件15c位于所述第一中继系统14发出的第三颜色光及第三颜色补充光的光路上从而接收所述第一中继系统14发出的所述第三颜色光及第三颜色补充光。所述第一匀光元件15a、所述第二匀光元件15b及所述第三匀光元件15c可以为匀光方棒；所述第一中继系统14包括若干中继透镜等光学中继元件，用于对接收到光进行汇集等处理，以提高光源系统20的光利用率。可以理解，在一种变更实施例中，所述第一中继系统14可以被省略。

[0078] 可以理解，在一些实施例中，所述匀光装置15中包括的第一匀光元件15a、第二匀光元件15b及第三匀光元件15c；所述第一匀光元件15a、第二匀光元件15b及第三匀光元件15c一一对应于色轮光斑在经过所述第一中继系统14后入射于所述匀光装置15的光斑的位置，这样能直接将不同种的颜色光的光路分开。

[0079] 可以理解，在另一些实施例中，第一中继系统14可以被省略的情况下或者具备第一中继系统14，不同颜色的光可以一同不予以区别开的方式被匀光装置匀光，然后通过后续的第二中继系统16将不同颜色光分成不同光路，分光光路可以采用波长(颜色)分光等常用的方式，这里不再赘述。所述匀光装置15可以为至少一个匀光方棒或复眼透镜。总之，本发明可以具有多种不同于上述的匀光装置及中继系统结构，此处就不进行一一赘述。
[0080] 所述光调制装置17包括第一空间光调制器17a、第二空间光调制器17b及第三空间光调制器17c。详细来说，所述匀光装置15发出所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述光源系统还包括第二中继系统16，所述第二中继系统16接收所述匀光装置15发出的第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光并发出所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光。其中，所述第一空间光调制器17a位于所述第二中继系统16发出的第一颜色光的光路上从而接收所述第二中继系统16发出的所述第一颜色光。所述第二空间光调制器17b位于所述第二中继系统16发出的第二颜色光及第二颜色补充光的光路上从而接收所述第二中继系统16发出的所述第二颜色光及第二颜色补充光。所述第三空间光调制器17c位于所述第二中继系统16发出的第三颜色光及第三颜色补充光的光路上从而接收所述第二中继系统16发出的所述第三颜色光及第三颜色补充光。具体地，所述第一空间光调制器17a用于经由所述第二中继系统16接收所述第一匀光元件15a发出的光并调制所述第一匀光元件15a发出的光产生第一图像光(如蓝色图像光)。所述第二空间光调制器17b用于经由所述第二中继系统16接收所述第二匀光元件15b发出的光并调制所述第二匀光元件15b发出的光产生第二图像光。所述第三空间光调制器17c用于经由所述第二中继系统16接收所述第三匀光元件15c发出的光并调制所述第三匀光元件15c发出的光产生第三图像光。所述第二中继系统16包括若干中继透镜等光学中继元件，可以理解，在一种变更实施例中，所述第二中继系统16可以被省略。

[0081] 进一步地，在图4所示的光源系统的一种变更实施例中，所述补充光源19可以仅包括一个补充光源，如第一补充光源19a，从而仅通过第二颜色补充光来拓宽所述光源系统20的色域，此时，所述色轮10的散射区101发出第一颜色光及第二颜色补充光，所述色轮10的第一转换区102a发出第二颜色光，所述色轮10的第二转换区102b发出第三颜色光；所述补充光源19也可以仅包括第二补充光源19b，从而仅通过第三颜色补充光来拓宽所述光源系统20的色域，此时，所述色轮10的散射区101发出第一颜色光及第三颜色补充光，所述色轮10的第一转换区102a发出第二颜色光，所述色轮10的第二转换区102b发出第三颜色光。

[0082] 更进一步地，在图4所示的光源系统20的另一种变更实施例中，所述色轮10可以仅包括一个转换区，如包括所述第一转换区102a且不包括第二转换区102b，所述光源系统20可以不包括对应所述第二转换区102b的光源11d，此时，所述色轮10的散射区101发出第一颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述色轮10的第一转换区102a发出第二颜色光，由此所述光源系统20发出的光包括第一颜色光、第二颜色补充光、第三颜色补充光及第二颜色光；所述色轮10可以仅包括第二转换区102b且不包括第一转换区102a以及所述光源系统20可以不包括对应所述第一转换区102a的光源11e，此时，所述色轮10的散射区101发出第一颜色光、第二颜色补充光及第三颜色补充光，所述色轮10的第二转换区102b发出第三颜色光，由此所述光源系统20发出的光包括第一颜色光、第二颜色补充光、第三颜色补充光及第三颜色光。
[0083] 与现有技术相比较，本发明色轮10、包含该色轮10的光源系统20及投影设备30中，由于所述色轮10采用环形且套设的散射区101及波长转换区102，在不增加色轮尺寸的前提下，可以使得波长转换区被激发产生受激光的占空比减小，进而色轮10热负荷减小。此外，所述波长转换区102可进行波长转换产生受激光，散射区101可以将所述激发光源11发出的光进行散射，以减轻散斑，因此，本发明色轮10、光源系统20及投影设备30，可在增强投影色域的同时，尽量降低热负荷及减轻散斑问题。并且，由于同一颜色的图像光可以由受激发产生的荧光和补充光组成，示例性的如红色成像光由红色荧光和红色激光组成、绿色成像光由绿色荧光和绿色荧光组成；同一颜色的激光和荧光经过匀光元件后均匀的混合在一起，使得激光在图像光中的比例降低，进而让散斑效应进一步减弱。
[0084] 进一步地，由于该色轮10热效应较少，可采用透射式结构，因此对于包含该色轮10的投影设备30，该系统结构简单，可实现广色域显示并且增强原有投影产品的色域，实现广色域的显示，具有较广阔的应用前景。
[0085] 请参阅图6及图7，图6是本发明光源系统50及其投影设备60的第二实施例的结构示意图，图7是图6所示的色轮40处于工作状态时的平面结构示意图。所述第二实施例的色轮40、光源系统50及其投影设备60与第一实施例的色轮10、光源系统20及其投影设备30的结构基本相同，也就是说，上述对第一实施例的色轮10、光源系统20及其投影设备30的描述基本上也可以适用于所述第二实施例的色轮40、光源系统50及其投影设备60，二者的主要差别在于：第二实施例中的色轮40的散射区401的宽度较第一实施例中的散射区101宽度小，并且第一补充光源49a对应的第一合光元件43a的位置相较于第一实施例中稍有变化，使得所述第一补充光源49a在所述散射区401上形成的第二光斑52与第一光源41c在所述散射区401上形成的第一光斑51重合；对应的所述光源系统50的匀光装置45的匀光元件的数量以及光调制装置47的空间光调制器的数量也有所不同。
[0086] 具体来说，如图7所示，所述激发光源50的第一光源41c发出的光在所述散射区401形成所述第一光斑51，所述第一补充光源49a发出的第二颜色补充光在所述散射区401上形成所述第二光斑52，第二补充光源49b发出的第三颜色补充光在所述散射区401上形成第三光斑53，所述第二光斑52相较于所述第三光斑53邻近所述第一转换区102a，所述第三光斑53相较于所述第二光斑52邻近所述第二转换区102b，所述第一光斑51与所述第二光斑52的位置重合。可以理解，在一种实施方式中，所述光源系统中，采用不同颜色的光会在不同时间发出，即采用时序的方式进行不同颜色光的照射，以用于对应于光调制装置的时序调制，此时，所述第一光斑51与所述第二光斑52可以在不同时间段中出现，但是二者的位置可以是重合的)。

[0087] 所述匀光装置45包括第一匀光元件45a及第二匀光元件45b，所述第一匀光元件45a用于接收所述色轮40发出的第一颜色光、所述第二颜色光、所述第二颜色补充光，所述第二匀光元件45b用于接收所述色轮40发出的所述第三颜色光及所述第三颜色补充光。所述光调制装置47包括第一空间光调制器47a及第二空间光调制器47b，所述第一空间光调制器47a用于调制所述第一匀光元件45a发出的光产生第一图像光，所述第二空间光调制器
47b用于调制所述第二匀光元件45b发出的光产生第二图像光。

[0088] 所述第二实施例中，由于所述散射区401的宽度缩小，从而可以不增加整个色轮直径的前提下，使得色轮40中的第一转换区402a的半径增加，进一步降低绿光波长转换部分被蓝激光激发的占空比，降低热效应，提高绿光的转换效率。进一步地，所述匀光装置45的匀光元件的数量、所述光调制装置47的空间光调制器的数量可以相对应减少，从而可以简化系统结构及体积，实现光源系统50及投影设备60的小型化及低成本。
[0089] 请参阅图8，图8是本发明第三实施例的色轮70处于工作状态时的平面结构示意图。所述第三实施例的色轮70与第一实施例的色轮10的结构基本相同，也就是说，上述对第一实施例的色轮10的描述基本上也可以适用于所述第三实施例的色轮70，二者的主要差别在于：所述第三实施例中，散射区701的数量为至少两个，即所述散射区701包括第一散射区701a与第二散射区701b，所述第一散射区701a、第一转换区702a、所述第二散射区701b及第二转换区702b由内至外依次设置；激发光源发出的第一颜色光在所述第一散射区701a形成第一光斑81，第二颜色补充光在所述第一散射区701a上形成第二光斑82，第三颜色补充光在所述第二散射区701b上形成第三光斑83，所述第二光斑82相较于所述第一光斑81邻近所述第一转换区702a。可以理解，所述第三实施例的色轮70也可以应用于所述光源系统20及其投影设备30，具体地，除了将所述色轮10替换外，匀光元件的数量与空间光调制器的数量、结构可以均与第一实施例中相同，此处就不再赘述。

[0090] 所述第三实施例中，与第一实施例中的色轮10相比，此处第二散射区701b只散射一种颜色的激光，可设置为较窄的宽度，从而在保证色轮整体尺寸不变的情况下增加了绿色波长转换部分(即第一转换区702a)的直径，进一步减小热负荷，提高绿色波长转换部分的转换效率。此外，根据三颜色光(如红绿蓝三基色光)的比例、不同波长转换材料的转换效率不同，红荧光和红激光的光斑大小相对于绿荧光和绿激光的光斑大小可以不一样，由此可将红色波长转换区域(即第二转换区702b)，红激光的散射区域(即第二散射区701b)，绿色波长转区域(即第一转换区702a)和绿激光散射区域(即第一散射区701b)的设置为不同宽度，以此最大程度的降低热负荷，提升光效。
[0091] 另外，可以理解，本发明色轮10、70、80、光源系统20、50及其变更实施方式的光源系统还可以用于其他显示设备(如液晶显示设备)、舞台灯设备、车载照明设备及手术照明设备等，并不限于上述的投影设备30、60。

专利地区：广东

专利申请日期：2018-04-19

专利公开日期：2021-10-12

专利公告号：CN110389489B