基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機的制作方法
【專利摘要】基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，包括機芯區(qū)，設置于機芯區(qū)的電源、光學核心以及連接纜線，藍色激光光源通過第一準直透鏡入射激光熒光色輪，從激光熒光色輪射出的光線透過第二準直透鏡射入第一二向色鏡，第一二向色鏡反射黃色光線進入第二二向色鏡，第一二向色鏡透射藍色光線進入第二反射鏡，第二反射鏡反射藍色光線進入角柱體，第二二向色鏡反射綠色光線進入角柱體，第二二向色鏡投射紅色光線進入第一反射鏡，第一反射鏡反射紅色光線進入第三反射鏡，第三反射鏡反射紅色光線進入角柱體，角柱體將入射的紅、黃、藍三色混合入射射出鏡片，射出鏡片入射屏幕。有效防塵，降低了熒光體工作強度、提升了熒光色輪壽命。
【專利說明】
基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機
技術領域
[0001]本實用新型涉及投影技術領域，具體地，涉及一種高亮度的熒光粉激光投影系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前的激光顯示所用激光光源，由于相干性的存在，激光散斑一直是純激光光源無法避免的缺陷所在。
[0003]激光顯示為何要使用熒光色輪:首先，在白光畫面中，RGB三原色的能量并不是平均化的。其中，綠色部分的能力非常高，即綠色光要比紅光、藍光亮50%以上，這就使得，如果采用三基色RGB激光光源，綠色激光器的研發(fā)難度要高很多，而半導體栗浦固體激光器和半導體激光器兩種常用的固體激光源，綠色產(chǎn)品的成本都較高，歷史研發(fā)投入也比較少。第二，采用RGB三原色激光源的產(chǎn)品，必須對三原色分別進行點陣光源一一線光源一一畫光源的光學轉變。這必然增加整個光源產(chǎn)品的體積、光學組織的復雜性和成本。
[0004]第三，和LED半導體光源類似，可見光波段固體激光器產(chǎn)品中，高性能藍光光源也是最容易實現(xiàn)的。參照很多白色LED光源實際也是藍光LED與紅綠色熒光粉轉換部件組合的技術路線，激光白色光源亦可以采用低成本高性能藍色激光與紅綠色熒光粉組合的方式實現(xiàn)。其中。藍光轉化紅綠色熒光粉產(chǎn)業(yè)鏈，有LED光源產(chǎn)品的完整產(chǎn)業(yè)支撐，技術、制備、成本都有保障。而藍色激光器也有藍光BD存儲等眾多前置產(chǎn)業(yè)應用中成熟技術、制備和成本的支撐。
[0005]所以，對比純RGB激光方案對激光光源優(yōu)勢的最大發(fā)揮，藍光+熒光粉方案的激光光源則具有充分利用其它產(chǎn)業(yè)成熟技術、最大程度降低技術難度，利用其他應用中更大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模支撐，最低成本實現(xiàn)投影固態(tài)光源的優(yōu)勢。
[0006]市場三代熒光色輪的不同與發(fā)展:
[0007]激光熒光色輪技術既然是激光光源投影產(chǎn)品的最主流技術路線，也就能吸引眾多廠商開發(fā)出不同特色的產(chǎn)品。到目前為止，這些差異產(chǎn)品大致可以分為三大類:
[0008]第一代產(chǎn)品:激光藍光+紅綠熒光粉、直接投射藍光色輪。這種產(chǎn)品是用紅綠熒光粉實現(xiàn)紅色和綠色兩種原色；但是藍色部分直接采用藍色激光光源。產(chǎn)品的好處在于成本最低，且能夠保持藍色激光部分的“激光原味”。不過，其缺點也很顯著，在早期藍色激光都采用半導體栗浦固體激光器。這種激光器出光光譜寬度為3納米左右，光譜范圍窄能量集中，且波長多為455納米段，比較一般的藍色光源更為偏向紫外波段。這些特性使得第一代激光熒光技術，在采用半導體栗浦固體激光器條件下，產(chǎn)品畫面會有藍色偏紫的現(xiàn)象和比較強的激光散斑。
[0009]第二代激光熒光技術，改進了藍光部分效果。采用激光藍光熒光粉，而不是直接使用藍色激光。即第二代熒光輪是全熒光粉色輪，不再有藍色透明部分。這可以顯著改善第一代產(chǎn)品最終顯示畫面偏紫和激光散斑的問題。同時，這一時期，廠商還在色輪上額外加入黃色或者白色熒光粉區(qū)間，進而由此提高整個光源的輸出亮度水平。
[0010]以上兩種熒光色輪技術，有一個共同的缺陷:激光光源的出光是很小的一個光斑，接近線光源。很小的出光橫截面積導致了熒光色輪上只有很窄的一部分扇形區(qū)域參與光色彩轉化。這部分區(qū)域長期高強度接受激光照射，色度、亮度衰減更為劇烈。如何解決色輪上窄扇區(qū)的超強度工作和老化問題，是激光熒光顯示技術進步的一大難題。
[0011 ]這個難題的解決有三個方案:第一個是研發(fā)壽命更長、能量損傷低的熒光粉產(chǎn)品。但是，這一方案無疑意味著很多嶄新的工作，全新材料的開發(fā)也未必能夠成功。技術、產(chǎn)業(yè)風險巨大。第二個方案是在色輪和激光器之間增加光學系統(tǒng)，擴大激光光斑的截面積。這個方案沒有技術風險，不過會增加整個系統(tǒng)的光學復雜度和成本，同時也并沒有根本上解決激光光斑集中照射色輪有限扇區(qū)的問題。
[0012]再者，傳統(tǒng)的光機將所有的光、機、電組件包在大鐵殼里，不管內部的線路布局?；覊m會從微小的縫隙進入光機，而附著在光學組件上。會導致亮度對比度降低，灰塵效應通常會在半年之后顯現(xiàn)，煤礦區(qū)更嚴重?；覊m也容易會導致色輪損壞，因為灰塵會附著在色輪上，造成動平衡不穩(wěn)定而損壞馬達的軸心?；覊m的清理很難在現(xiàn)場排除，必須回原廠清理，等同于重新組裝測試一臺新機器;非常的浪費成本、時間；又必須停機停止工作，所以大屏監(jiān)控用途的機芯必須具備氣密防塵的能力?；覊m顆粒僅有15微米，大約為頭發(fā)的五分之一，外包鐵殼的縫隙大約為1-3厘米，是灰塵的10倍大，一般的公司多采用鐵殼包覆光機或者沒有氣密的硅膠墊片，鐵質的外殼沒有防塵的效果。

【發(fā)明內容】

[0013]本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種有效防塵，讓激光光斑在色輪上的照射區(qū)間能夠改變，進而大幅度提升色輪熒光粉涂覆部分的有效工作面積，同時，不同工作面積還可以“輪流休息”，兩項作用結合在一起，起到徹底改善熒光體工作工況過強、過集中的問題，降低了熒光體工作強度、提升了熒光色輪壽命的基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機。
[0014]為實現(xiàn)本實用新型目的，提供了以下技術方案:基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，包括機芯區(qū)，設置于機芯區(qū)的電源、光學核心以及連接纜線，其特征在于光學核心包括藍色激光光源、激光熒光色輪、第一二向色鏡、與第一二向色鏡縱向平行排布的第二二向色鏡、與第一二向色鏡縱向平行排布的第一反射鏡、與第一二向色鏡橫向平行排布的第二反射鏡、與第二反射鏡縱向平行排布的角柱體、與角柱體縱向平行排布的第三反射鏡以及與角柱體橫向平行排布的射出鏡片，第二二向色鏡與角柱體橫向平行排布，藍色激光光源通過第一準直透鏡入射激光熒光色輪，從激光熒光色輪射出的光線透過第二準直透鏡射入第一二向色鏡，第一二向色鏡反射黃色光線進入第二二向色鏡，第一二向色鏡透射藍色光線進入第二反射鏡，第二反射鏡反射藍色光線進入角柱體，第二二向色鏡反射綠色光線進入角柱體，第二二向色鏡投射紅色光線進入第一反射鏡，第一反射鏡反射紅色光線進入第三反射鏡，第三反射鏡反射紅色光線進入角柱體，角柱體將入射的紅、黃、藍三色混合入射射出鏡片，射出鏡片入射屏幕。
[0015]作為優(yōu)選，電源、光學核心均為獨立的模塊，每個模塊均單獨設置有氣密式鋁合金殼體，殼體的上下蓋均設置精密硅膠墊片密封。從燈泡的光線射入點到鏡頭的光線傳輸點完全氣密，是第二代突破性獨步全球的設計，保證滴塵不沾，有完全的防塵效果。
[0016]作為優(yōu)選，激光熒光色輪為可垂直軸向旋轉和平行軸向移動的滾筒狀。色輪被制作成一個滾筒狀，可以垂直軸向旋轉，亦通知平行軸向移動一一后者使得激光光斑可以遍歷整個色輪的每一份面積。在熒光色輪上，激沿軸向入射后，在色輪中心軸前方由反射鏡90度折射，轉向滾筒面一一即與傳統(tǒng)色輪技術比較，滾筒色輪的出入光線成90度角，而不是一般色輪的出入方向一致。
[0017]作為優(yōu)選，藍色激光光源采用熱導管水冷。激光光機性能及壽命與其工作溫度有很大的關系，工作溫度越低，壽命越長，OSRAM要求溫度控制在50°C，此類光機產(chǎn)品采用熱導管水冷設計，光源產(chǎn)生的熱量通過導管內的水轉移到外部散熱片，再用風扇散熱片上的熱帶走。此類光機產(chǎn)品可以將溫度控制在47 °C以下。
[0018]作為優(yōu)選，機芯區(qū)設置有亮度感知器、色彩感知器。大屏使用時最重要的功能之一是均勻度，每片屏的色彩與亮度一致性必須要非常好。然而因為每個機芯都是獨立的光機，都有不同的亮度和色彩表現(xiàn)，其表現(xiàn)也因為使用的時間而變化，因此整個大屏必須頂起重新調整，確保整平的均勻度。亮度感知器，色彩感知器，用計算機來讀取感知器的輸出訊號；然后根據(jù)所得到的資料進行色彩或亮度的自動調整。在新裝機時、更換新的燈泡時，及定期維護時;使用智能調整可以節(jié)省大量約70 %的調整時間。另外，同時使用定時自動換燈加上智能亮度調整，可以定時切換燈泡，增加燈泡。
[0019]本實用新型有益效果:本實用新型去除金屬鐵殼包覆，因為沒有外罩機殼，機芯散熱效果很好，機器運作的穩(wěn)定性也相對提高50%，另外，無殼設計外觀精致高壓，模塊間全部用纜線連接，沒有一堆凌亂的電線；因為纜線連接安排簡潔，不會讓外界碰觸，且可以抗干擾，因此產(chǎn)品的可靠度大幅增加，使用壽命變長，大大節(jié)約了使用成本。激光熒光色輪采用與一般色輪一樣的垂直軸向旋轉控制系統(tǒng)、軟件算法和硬件芯片;其平行軸向移動，不需要復雜數(shù)字控制系統(tǒng)，僅以預設慢速周期運動即可。這一設計幾乎不增加額外控制系統(tǒng)開發(fā)成本，同時，能夠兼容以黃色、白色熒光粉段增加整體出光亮度的傳統(tǒng)合計，能夠融入任何既有的色輪投影系統(tǒng)設備之中。
[0020]激光熒光色輪技術的最大優(yōu)勢是使得熒光色輪的工作區(qū)熒光粉壽命與色輪機械相當，并大幅超過一半投影機內部工作溫度下激光光源的壽命水平，這一變化導致兩個產(chǎn)品設計結果:1、在理想散熱系統(tǒng)中，激光熒光色輪光源體系的壽命可以做到非常高，入10萬小時。2、在一般應用場景中，2萬小時壽命下，低成本的熒光色輪方案可以實現(xiàn)10000-50000流明以上的高亮度一一高亮設計下，熒光輪不再是壽命瓶頸。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實用新型的光學核心的系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，包括機芯區(qū)，設置于機芯區(qū)的電源、光學核心以及連接纜線，光學核心包括藍色激光光源1、激光熒光色輪2、第一二向色鏡3、與第一二向色鏡3縱向平行排布的第二二向色鏡4、與第一二向色鏡3縱向平行排布的第一反射鏡5、與第一二向色鏡3橫向平行排布的第二反射鏡6、與第二反射鏡6縱向平行排布的角柱體7、與角柱體7縱向平行排布的第三反射鏡8以及與角柱體7橫向平行排布的射出鏡片9，第二二向色鏡4與角柱體7橫向平行排布，藍色激光光源I通過第一準直透鏡10入射激光熒光色輪2，從激光熒光色輪2射出的光線透過第二準直透鏡11射入第一二向色鏡3，第一二向色鏡3反射黃色光線進入第二二向色鏡4，第一二向色鏡3透射藍色光線進入第二反射鏡6，第二反射鏡6反射藍色光線進入角柱體7，第二二向色鏡4反射綠色光線進入角柱體7，第二二向色鏡4投射紅色光線進入第一反射鏡5，第一反射鏡5反射紅色光線進入第三反射鏡8，第三反射鏡8反射紅色光線進入角柱體7，角柱體7將入射的紅、黃、藍三色混合入射射出鏡片9，射出鏡片9入射屏幕。電源、光學核心均為獨立的模塊，每個模塊均單獨設置有氣密式鋁合金殼體，殼體的上下蓋均設置精密硅膠墊片密封。激光熒光色輪為可垂直軸向旋轉和平行軸向移動的滾筒狀。藍色激光光源采用熱導管水冷。機芯區(qū)設置有亮度感知器、色彩感知器。
[0023]比之于UHP光源而言，使用激光光源的機芯具有比較寬色域表現(xiàn)。自然界的色彩很寬廣，用科學的表示方式在下圖中是:綠色圈住的那一最大的區(qū)域表示自然界的所有色域，UHP可以表現(xiàn)的色彩空間用藍色表示，激光光源可以表現(xiàn)的色彩空間則用紅色表示，可以看到的是激光光源比UHP光源可以表達更多的色彩，約可以增加50 %左右，這表示有些色彩在UHP會失真，在激光光源時會獲得改善。另外光源的光源壽命很長，約兩萬小時，比傳統(tǒng)的UHP光源的6000小時的壽命高了三倍以上，可以省掉換燈的麻煩，開機時可以瞬間點亮，UHP則需要20秒來達到最高亮度。同時，激光光源在亮度上也比傳統(tǒng)的UHP光源有更大的優(yōu)勢。
[0024]傳統(tǒng)的光機僅有一個電源，同時供應光機本體和控制的光機米用雙獨立電源的設計，也就是說光機本體和控制單元各有自己的電源。因為光機本體點亮UHP燈泡時，會產(chǎn)生高達2萬伏特的瞬間高壓電，高壓電產(chǎn)生的干擾信號會造成控制單元的不穩(wěn)定當機問題。清投視訊的設計讓控制單元的電源獨立，所以不再受高電壓影響。另外，光機本體需要380V的高壓電，380V是相當高的電壓，其導線長度能短則短，高壓線長線裸露在外容易造成安全性的問題。若僅有單一電源，則380V的導線自然拉長，本公司光機本體備有自己的電源，導線長度僅有傳統(tǒng)的I /3長。
[0025]機芯采用雙CPU，一個CPU專門負責圖像處理，另一個CPU專用于負責控制功能，負責和控制單元溝通、溫度監(jiān)控、風扇轉速等等。雙CPU的好處是因為平行分散處理，大大提高了系統(tǒng)的處理速度。另外，色彩和亮度智能自動調整功能也需要用到CPU的強大計算能力，單一 CPU無法應付如此的重大負荷。一般的傳統(tǒng)的設計則僅使用單一 CPU，雖然成本低但是功能比較有限，在系統(tǒng)忙碌時也比較容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情形。
【主權項】
1.基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，包括機芯區(qū)，設置于機芯區(qū)的電源、光學核心以及連接纜線，其特征在于光學核心包括藍色激光光源、激光熒光色輪、第一二向色鏡、與第一二向色鏡縱向平行排布的第二二向色鏡、與第一二向色鏡縱向平行排布的第一反射鏡、與第一二向色鏡橫向平行排布的第二反射鏡、與第二反射鏡縱向平行排布的角柱體、與角柱體縱向平行排布的第三反射鏡以及與角柱體橫向平行排布的射出鏡片，第二二向色鏡與角柱體橫向平行排布，藍色激光光源通過第一準直透鏡入射激光熒光色輪，從激光熒光色輪射出的光線透過第二準直透鏡射入第一二向色鏡，第一二向色鏡反射黃色光線進入第二二向色鏡，第一二向色鏡透射藍色光線進入第二反射鏡，第二反射鏡反射藍色光線進入角柱體，第二二向色鏡反射綠色光線進入角柱體，第二二向色鏡投射紅色光線進入第一反射鏡，第一反射鏡反射紅色光線進入第三反射鏡，第三反射鏡反射紅色光線進入角柱體，角柱體將入射的紅、黃、藍三色混合入射射出鏡片，射出鏡片入射屏幕。2.根據(jù)權利要求1所述的基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，其特征在于電源、光學核心均為獨立的模塊，每個模塊均單獨設置有氣密式鋁合金殼體，殼體的上下蓋均設置精密硅膠墊片密封。3.根據(jù)權利要求1所述的基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，其特征在于激光熒光色輪為可垂直軸向旋轉和平行軸向移動的滾筒狀。4.根據(jù)權利要求1所述的基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，其特征在于藍色激光光源采用熱導管水冷。5.根據(jù)權利要求1所述的基于單色激光單色輪熒光粉技術的投影機，其特征在于機芯區(qū)設置有亮度感知器、色彩感知器。
【文檔編號】G03B21/16GK205539895SQ201620386794
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】王展, 高玉斌
【申請人】清投視訊(北京)科技股份有限公司