CN106597786B - 一种荧光轮及双色激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种荧光轮，包括荧光区和透射区；透射区用于分别透射第一激光和第二激光，通过在荧光轮表面设置有扩散层，扩散层至少与透射区对应设置，用于分别对第一激光和第二激光到达透射区之前进行扩散，从而能够在对激光透射的同时还起到消散斑的作用，省去了单独的消散斑部件。本发明还提供了一种应用上述荧光轮的双色激光光源，能够对双色激光进行消散斑，减少了光学部件的使用，降低了双色激光光源的光学架构复杂度，进而利于激光投影设备的小型化。

Description

一种荧光轮及双色激光光源

技术领域

本发明涉及激光照明显示领域，尤其涉及一种荧光轮及双色激光光源。

背景技术

激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，由于激光的诸多优点，近年来被逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。但纯激光光源的散斑问题严重且成本高，目前以荧光和激光混合的激光光源应用较为广泛。

其中，荧光是通过波长转换装置上涂覆荧光粉，以激光激发荧光粉的方式来产生的。比如，用蓝色激光激发绿色和红色荧光粉来产生三基色光，其中绿色荧光粉和红色荧光轮是涂覆在旋转的波长转换装置上，通常为荧光轮结构，通过旋转按照时序依次输出三基色光。或者红蓝双色激光光源，激发荧光轮上的绿色荧光粉产生绿色荧光形成三基色光。

目前荧光轮可以分为透射型和反射型两种。

在透射型荧光轮中，涂覆荧光粉部位的基板为透明材质，激发产生的荧光可以360度全方位发散，其中向外发散的部分光束可以通过镀在外层的反射膜反射回来，并穿过荧光轮透明基板形成透射，与激光激励光入射方向一致的方向射出，如图1所示的荧光粉轮外圆周剖面示意图，3b为荧光粉层，通常使用胶体混合荧光粉形成，通过前后两侧的两层玻璃3a夹持固定，前侧玻璃与荧光粉层相接触的内表面镀膜3c，用于透射激光并反射荧光，后侧玻璃用于透射经反射回来的荧光以及直接入射至玻璃表面的荧光。

在反射型荧光轮中，如图2所示，荧光粉通常设置在铝基板的外圆周，激光激发荧光后，一部分荧光被铝基板镜面反射以及一部分荧光可以直接以与激光入射方向相反的方向反射射出，透射后的激光由于与荧光方向相反，需要经过光轴转换的回路设计，最终与荧光进行合光。

在上述两种荧光轮类型中，均设置有激光透射区，根据荧光轮的旋转时序依次输出激光和荧光，经过透射输出后的激光还需要经过消散斑光路进行消散斑才能作为光源使用。

以及伴随着红蓝双色激光的应用，红色激光器代替了红色荧光，提高了激光光源的整体亮度，但激光器种类的增加，进一步加重了散斑现象，需要在光学设计中增加专门的消散斑部件，比如光纤，随机相位板和辅助部件进行消散斑光路设计，以满足投影照明光源的质量，但这也增加了光学架构的体积和复杂性，进而不利于激光投影设备的小型化。

发明内容

本发明提供了一种荧光轮和双色激光光源，通过在荧光轮表面设置至少与透射区对应的扩散层，能够使得荧光轮依次输出激光和荧光的同时，还能够对激光进行扩散起到消散斑的作用，省略了单独的消散斑部件，提高了荧光轮的光处理效率，同时也解决了双色激光光源光学架构设计复杂、光源体积大，不利于激光投影设备小型化的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种荧光轮，包括荧光区和透射区；荧光区用于受激光激励光激发发出荧光；荧光区表面还设置有镀膜，镀膜用于透射激光激励光，反射荧光；其中，

透射区用于分别透射第一激光和第二激光；荧光轮表面还设置有扩散层，所述扩散层至少与透射区对应设置，用于分别对第一激光和第二激光到达透射区之前进行扩散。

所述透射区包括第一激光透射区和第二激光透射区，对应地，所述扩散层包括第一激光扩散区和第二激光扩散区。

进一步地，第一激光扩散区的对光的发散角度大于第二激光扩散区对光的发散角度，其中，第二激光为激光激励光。

进一步地，扩散层与所述透射区形状相适应，并通过硅胶黏合固定在透射区表面。

进一步地，扩散层为扇形，该扇形圆心角与透射区对应的圆心角度相同，该扩散层通过在扇形圆心角区域与荧光轮铆接和/或点胶固定。

进一步地，扩散层还与荧光区对应设置，其中，扩散层与荧光区对应设置的区域对光的发散角度小于扩散层与透射区对应设置的区域对光的发散角度。

进一步地，扩散层呈圆盘状，所述扩散层在中央区域与所述荧光轮铆接固定和\或点胶固定。

进一步地，扩散层为毛玻璃或扩散片材质。

进一步地，荧光区由荧光粉和无机材料混合固化形成，荧光区呈透明状。

进一步地，无机材料包括陶瓷、石英或者玻璃。

进一步地，透射区为透明玻璃材质。

进一步地，扩散层通过半导体光刻工艺制成。

进一步地，扩散层外表面还设有增透膜。

以及，一种双色激光光源，包括蓝色激光器和红色激光器，分别发出蓝色激光和红色激光，其中还包括上述任一方案的荧光轮，以及第一激光为红色激光，第二激光为蓝色激光，荧光轮的荧光区包括绿色荧光粉，激光激励光为蓝色激光，激发绿色荧光粉发出绿色荧光。

本发明技术方案，至少具有如下有益技术效果或者优点：

本发明技术方案提供的荧光轮，能够依次透射荧光和激光，通过在荧光轮表面设置扩散层，该扩散层至少与透射区相对应，扩散层作为荧光轮的一部分，利用荧光轮本身旋转的工作特点，该扩散层就相当于一片运动的扩散片，从而激光在经荧光轮透射之前还经过扩散层的扩散起到消散斑的作用，省去了单独的消散斑部件。本发明技术方案提供的荧光轮将第一激光、第二激光和荧光沿同一方向的合路输出，与对第一激光、第二激光的消散斑均由一个荧光轮部件完成，也提高了荧光轮的光处理效率。

以及，本发明技术方案提供的双色激光光源，不仅能够利用一个荧光轮部件实现红色激光，蓝色激光和绿色荧光沿同一方向的合路输出，而且通过在荧光轮表面设置扩散层，该扩散层至少与透射区相对应，利用荧光轮本身旋转的工作特点，该扩散层就相当于一片运动的扩散片，从而激光在经荧光轮透射之前还经过扩散层的扩散，起到消散斑的作用，省去了单独的消散斑部件，简化了光源系统消散斑光路的设计，并能够为光机提供高质量的照明。由于荧光轮部件的消散斑和合路的双重作用，减少了光源架构中光学部件的使用，降低了双色激光光源的光学架构复杂度，进而利于激光投影设备的小型化。

附图说明

图1为现有技术中荧光轮透射荧光光路示意图；

图2为现有技术中荧光轮反射荧光光路示意图；

图3为本发明实施例1提供的荧光轮平面分布示意图；

图4A为本发明实施例1提供的荧光轮剖面结构示意图；

图4B为本发明实施例1提供的又一荧光轮剖面结构示意图；

图5A为本发明实施例1提供的扩散层平面分布示意图；

图5B为本发明实施例1提供的又一扩散层平面分布示意图；

图6为本发明实施例1提供的一荧光轮剖面结构示意图；

图7为图6的局部放大示意图；

图8为本发明实施例2提供的扩散层平面分布示意图；

图9为本发明实施例3中荧光平面分布示意图；

图10为本发明实施例3中图9对应的剖面结构示意图；

图11为本发明实施例4中荧光平面分布示意图；

图12为本发明实施例4中图11对应的剖面结构示意图；

图13为本发明实施例5中双色激光光源架构示意图；

图14为本发明实施例5中双色激光光源具体结构示意图；

图15为本发明实施例5中双色激光光源工作时序图；

图16为激光光束高斯型分布示意图。

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。

实施例1

本发明实施例1提供了一种荧光轮，通过马达驱动旋转，如图3所示，该荧光轮3呈圆盘状，包括荧光区31，和透射区32，由于荧光激发仅需要较小的光斑，荧光仅在荧光轮圆盘上位区域分布，通常将荧光区和透射区设置在荧光轮的外圆周区域。荧光区31设置有荧光粉，用于受激光激励光激发发出荧光。其中，如图6所示的荧光轮剖面示意图，荧光区31包括荧光区311，以及位于荧光区311表面的镀膜层312。透射区32不设置荧光粉，通常为透明玻璃材质构成，用于为激光的传输提供独立的通道，使得在激光光源在荧光轮旋转时序中的非荧光激发时间段通过该位置进行透射，该激光包括激光激励光源，也可以包括激光非激励光源。在本发明实施例中，透射区32用于分别透射第一激光和第二激光，其中第二激光为激光激励光。透射区32一般由透明玻璃材质，可透过先开槽再嵌入或卡接玻璃片的方式制作。镀膜层312位于荧光区311的外表面即激光入射侧，具体地，为一二向色膜，用于以较高的透射率透射激光激励光，并反射由激光激发的朝向该膜层入射的部分荧光，具体可参见图7所示的激光激发荧光，并反射荧光的光路示意图，本图7仅示例说明一部分荧光的激发及反射透射情况。在实际应用中，荧光的发散方向是多方向的。

其中，在荧光轮3的表面还设置有扩散层33，扩散层33至少与透射区32对应设置，用于分别对第一激光和第二激光到达透射区32之前进行扩散。由于透射区32可以是荧光轮圆盘外圆周上的一段圆弧状，也可以是位于圆面上的一段扇形区域，对应地，扩散层33可以与透射区32的形状相适应。

具体地，一种实现方式是，扩散层33与透射区均为一段圆弧状，并通过硅胶黏合固定在透射区32表面，从而两者固定在一起。如图4A或图4B所示。其中，图4A中透射区在整个荧光轮圆盘上关于圆心对称分布有两处，故在图4A剖面图中示意为上下两处，对应地，扩散层33也对应透射区32设置有两处。同时与这两处透射区位于同一圆周位置的还有荧光区，在图中未示出。在图4B中，透射区在整个圆板状基板上为一处，故在图4B剖面图中示意为一处32透射区，从而对应地也设置有一处扩散层33，31为荧光区。上述图4A,图4B仅示意性地说明扩散层与透射区对应设置的位置关系以及在荧光轮上的分布示例，并不做具体限定。

另一种实现方式是，扩散层33为一片扇形，该扇形圆心角与透射区所在圆弧对应的圆心角度相同，扩散层33通过在扇形圆心角的角部区域与荧光轮的中央圆心区域通过铆接固定，或者通过点胶固定，或者采用前述两种方式共同进行固定。在该实现方式中，扇形扩散层33上至少与透射区32对应的部分起到扩散入射光的作用。

扩散层3可以由扩散板材质制成，既能够透射也能够扩散穿过该扩散板结构的激光。

扩散层3也可以是一层毛玻璃，比如可以是熔融石英或者K9材质。

扩散层3可以是散射扩散，也可以是衍射扩散，在此并不限定具体的扩散方式。

其中，扩散层3的上表面为粗糙表面，以便实现对光的漫反射，改变入射角的发散角度和方向，下表面为光滑表面，便于与透射区的光滑玻璃表面进行粘接固定。

荧光轮3的透射区32用于至少透过一种颜色的激光，在本发明实施例中，随着荧光轮的旋转，分别用于透射第一激光和第二激光两种颜色的激光，其中，第一激光为非激光激励光源，第二激光为激光激励光源。根据透射激光的位置区域，将透射区32包括第一激光透射区和第二激光透射区，对应地，扩散层33也对应包括第一激光扩散区和第二激光扩散区。第一激光扩散区的对光的发散角度与第二激光扩散区对光的发散角度可以相同，也可以不同，在本发明实施例中，第一激光扩散区的对光的发散角度大于第二激光扩散区对光的发散角度，是基于不同颜色的激光造成的不同的散斑效应而进行平衡设置的，如果第一激光是激光激励光，第二激光是非激励光，那么对应扩散区的发散角度关系则相反设置。

第一激光扩散区和第二激光扩散区在扩散层33上的平面分布示意如图5A所示，第一激光扩散区331，第二激光扩散区332，与荧光轮3上透射区32的分区相同，也包括第一激光透射区和第二激光透射区（图中未示出）。图5A中，扩散层33为两段阴影圆弧形状之和，以及，也可以是如图5B所示的扇形区域331和扇形区域332之和，当扩散层33为扇形形状时，透射区32可以仍是一段圆弧状或是一片扇形区域。在此仅举例说明扩散层的形状、分区以及与透射区的对应关系，并不做具体限定。扩散层33与透射区32的具体固定方式也如前述，可以通过硅胶黏合，也可以通过在角部区域进行铆接或者点胶或两者相结合进行固定。

在本发明实施例中，通过在荧光轮表面设置扩散层，该扩散层至少与透射区对应设置，扩散层作为荧光轮的一部分随着荧光轮的旋转而运动，从而相当于一片运动的扩散片，运动的扩散片能够对光束产生较多的空间随机相位，从而破坏产生干涉的相位差恒定的条件，使得激光在入射透射区之前先进行了扩散，起到消散斑的作用。

对应透射区包括第一激光透射区和第二激光透射区，扩散层也包括第一激光扩散区和第二激光扩散区，通过对两个扩散区设置不同的发散的角度，能够均衡不同颜色的激光导致的散斑效应程度，达到相当的消散斑效果。

实施例2

本发明实施例2是在实施例1的基础上的一种具体实现，相同部分不再赘述，不同的是上述第一激光具体可以是红色激光，第二激光具体可以是蓝色激光。蓝色激光波长短，通常作为激光激励光，激发荧光粉产生波长更长的荧光。

由于人眼对不同颜色激光形成的散斑图像敏感程度不同，比如人眼对红色激光散斑的敏感程度要大于对于蓝色激光的，因此要到达两者相当的显示效果，通常需要加大对红色激光的消散斑程度。

为了达到该目的，本发明实施例中，第一激光扩散区即红色激光扩散区对光的发散角度大于第二激光扩散区即蓝色激光扩散区对光的发散角度。

在应用时，虽具有不同的发散角度区域，但扩散层通常作为一个完整部件来加工，在本发明实施例中，扩散层结构可以通过半导体光刻工艺制成，通过使用模板和光刻步骤，对同一块毛玻璃或扩散板材质进行不同发散角度的形成，不同发散角度的形成与扩散层外表面的颗粒度，形状，排列方式均有关。能够在一片扩散层结构上制成两块不同发散角度的区域，例如一块区域的发散角度为1~2度，另一块区域的发散角度为3~5度，从而可以对通过该区域的激光进行相应程度的扩散。

同样可参考图5A和图5B所示，扩散层33设置有蓝色激光扩散区332和红色激光扩散区331，以下简称蓝光扩散区和红光扩散区，分别用于透射及扩散蓝色激光和红色激光，具体地，蓝光扩散区332，和红光扩散区331上经过前述的半导体光刻工艺形成不同发散角度的外表面，目的是对方向性较强的激光光束进行漫反射，增大激光光束的发散角，破坏光束空间相位差的稳定性，从而破坏产生干涉的条件。其中，红光扩散区对激光光束的发散角度大于蓝光扩散区的，目的是增大对红色激光的发散程度，使人眼观察到红光和蓝光的投影效果相当。

以及，进一步地，考虑到激光的能量分布为高斯型，如图16所示，处于0度光轴附近的光能量较为集中，入射角度相同，相位或者相位差稳定，就容易产生干涉，这也是造成激光相干性强的主要原因，从而造成光源形成投影图像时散斑现象严重。因此，为了提高对红色激光的消散斑效果，对于红光扩散区331，可以设置多个子扩散区，多个子扩散区对红色激光的发散角度设置为不同，其中，多个子扩散区中位于中间区域的子扩散区对红色激光的发散角度大于位于两侧区域的子扩散区对红色激光的发散角度；且所占的面积也大于两侧区域的子扩散区的面积，这样设置可以将激光光束中间能量较为集中的区域，以较大的发散角且较大面积的该类型的扩散区进行扩散，提高对红色激光光束的消散斑程度。

如图8所示，红光扩散区划分为3个红色激光子扩散区，331a，331b，331c，三者所占的角度比例中，331b所占的角度大于等于331a和331c之和，331a和331c的角度比例相当。以红色扩散区占圆心角为108度为例，331b占54度，331a和331c分别为27度，在此仅举例定性说明三个子扩散区不同的扩散角度分配，并不限定具体数值。以及，331b部分对光的发散角度也大于331a和331c部分对光的发散角度。例如，331b部分的发散角可以设置为5度~5.5度，331a处的发散角可以设置为2度~2.5度，331c的发散角可以设置为2.5度~3度，如此，红色激光扩散区各子扩散区渐进式的排列可以针对激光高斯型光束的特点有效的进行消相干，将处于0度光轴附近的大部分光束进行打散，增加多发散角度的光束，降低红色激光的相干程度。

本发明实施例中，荧光轮上红色激光和蓝色激光透射区对应位置设置有扩散层，扩散层包括红色激光扩散区和蓝色激光扩散区，扩散层作为荧光轮的一部分随着荧光轮的旋转而运动，从而相当于一片运动的扩散片，运动的扩散片能够对光束产生较多的空间随机相位，从而破坏产生干涉的相位差恒定的条件，使得红色激光和蓝色激光分别在入射透射区之前先进行了扩散，起到消散斑的作用。

实施例3

本发明实施例3是在实施例1或实施例2基础上的改型，与实施例1或实施例2相同的部分的内容不再赘述。

与实施例1和实施例2的不同之处在于，扩散层33除了与透射区32对应，还与荧光区31相对应设置，其中，扩散层33与荧光区31对应设置的区域对光的发散角度小于扩散层33与透射区32对应设置的区域对光的发散角度。此处，对应荧光区的扩散层的区域对激光激励光的发散程度相对较弱，主要起到匀化激光激励光束的作用。

由于荧光区和透射区通常位于荧光轮外圆周上，组成一个闭合圆环。如图9所示的荧光轮正面分布图图示，扩散层33与荧光区和透射区所在的区域形状相适应，也位于整个荧光轮外圆周位置，为一个完整的圆环结构。图10为图9的剖面结构示意图，如图10所示，在荧光轮3圆盘面上依次设置有荧光区31、与荧光区31位于同一圆环的透射区32，以及荧光区31、透射区外侧的扩散层33。这里，扩散层33与荧光区31和透射区32的固定方式可以参见实施例1所述，在此不再赘述。考虑尽量减小对荧光区荧光粉的化学稳定性影响，在本发明实施例中，扩散层优选地，不通过硅胶黏合方式与荧光区进行固定，而是通过与透射区所在圆弧相对应角度的、扇形的圆心角区域与荧光轮中央区域进行铆接压接在一起，辅以在对应位置点胶的方式进行固定。

在本发明实施例中，扩散层33与荧光区31也对应设置，位于荧光区31的外表面，此时，二向色膜镀膜312可以位于荧光区31的表面，也可以位于扩散层33的与荧光区311相接触的内表面，即当扩散层33为一扩散板或者一片毛玻璃时，镀膜可以设置到扩散板结构或者毛玻璃的与荧光区相接触的内表面上。以及为了增加透射入扩散板的光量，在具体实施时，还可以在扩散板的外表面加镀一层增透膜，可以增加激光透射通过扩散板的光量。

在本发明实施例中，荧光轮3为透射型荧光轮，在现有技术中，透射型荧光轮通常如图1所示，由两层玻璃板中间夹持固定荧光区实现，并在前侧玻璃的内侧镀二向色膜，但是由于玻璃的热传导系数低，散热慢，伴随着荧光激发产生的大量热量容易聚积使荧光粉层温度急剧升高，整个荧光轮温度也随之升高，造成荧光转换效率的降低，同时由于胶体为有机材料，高温时化学稳定性低，容易产生析出物，造成荧光的转换效率降低，同时胶体具有一定的穿透率，并对光能具有一定程度的吸收，所以无论是入射的激光还是经反射的荧光经过该胶体层（即上述荧光粉层）时都会产生一部分光能的损失，从而降低荧光的激发效率。

而本发明实施例中，荧光区31可以由荧光粉和无机材料混合并固化形成，比如通过烧结工艺，将荧光粉固化到陶瓷、石英或者玻璃中，而不是通过胶体粘合固化。无机材料可以选用陶瓷，石英或者玻璃。烧结成型后荧光区形成一层荧光层，呈透明状，能够使受激发的荧光穿透。如图7所示，311为荧光区，为无机材料和荧光粉的混合层，312为位于荧光区外表面的二向色膜镀膜层，激光激励光，通常是蓝色激光，先经过二向色膜透射入射至荧光区，然后激发转换为荧光，一部分荧光经过二向色膜312的反射，和一部分荧光直接穿过311荧光区（透明层）从荧光轮3背面射出，实现对荧光的透射。

在本发明实施例中，由于对应荧光区也设置有扩散层，且扩散层与荧光区对应设置的区域对光的发散角度小于该扩散层与所述透射区对应设置的区域对光的发散角度，从而可以对入射荧光区激发荧光的激光激励光也起到扩散的作用，但此处扩散的目的主要是对激光激励光进行匀化而非大角度的发散。当蓝色激光为激励光时，蓝色激光首先达到扩散层，经过扩散层的扩散匀化再入射荧光区，对荧光实施激发。这样做的好处是，由于激光器发出的激光光束密度存在不均衡的情况，尤其是当大的激光光斑被缩小为小面积的光斑时，光密度变大，这种不均匀现象会造成局部的光能量过于集中，从而用这样的激光光斑对荧光轮进行激发时可能对荧光粉层产生灼烧损坏，降低荧光的激发效率，所以当激光激励光束经过上述的扩散层时，可以将光束能量进行匀化，光能量密度分布也相对均匀，从而避免对荧光粉层的损伤。

以及，上述的扩散层为一完整的圆环形状，可以避免仅与透射区相对设置时给整个荧光轮带来的配重的问题。这是因为，如果荧光轮局部较重，比如仅对透射区设置扩散层，透射区仅为荧光轮外圆周的一部分或者仅为一片扇形，可能使得整个荧光轮结构重心偏移，当重心与旋转中心不一致时，可以造成不能匀速旋转，影响荧光轮工作的稳定性，需要额外通过配重，比如通过在荧光轮金属支撑板区域开槽或者对金属压片进行减重来达到配重目的。以及，当扩散层为一段圆弧状时，也就是一个圆环部件的一部分时，加工和胶黏合的加工及装配精度要求也都相对较高，而整个圆环部件的加工和安装难度均大大降低。

以及，上述圆环形状也可以是仅在圆心附近位置区域为中空的形状，当采用此形状时，圆环形状仍可以通过铆钉与荧光轮、荧光轮的驱动马达转轴铆接在一起，或再辅以在铆接位置进行点胶进行固定。

以及，根据对不同激光和工作目的的区分，同理，也可以在上述圆环状扩散层上分别设置不同的激光扩散区，设置方式同实施例1中介绍，在此不再赘述。

综上，本发明实施例3通过将扩散层与透射区、荧光区均对应设置，并且与荧光区对应设置区域对光的发散角度小于与透射区对应设置区域对光的发散角度，从而既能够对入射到透射区的激光进行消散斑，同时，还可以对入射荧光区的激光激励光进行匀化，提高荧光轮的工作安全性和荧光激发效率。

以及，本发明实施例技术方案提供的透射型荧光轮，能够依次透射荧光和激光，通过在荧光轮表面设置扩散层，该扩散层至少与透射区相对应，从而激光在经荧光轮透射之前还经过扩散层的扩散起到消散斑的作用，省去了单独的消散斑部件。本发明实施例技术方案提供的荧光轮将第一激光、第二激光和荧光沿同一方向的合路输出，与对第一激光、第二激光的消散斑均由一个荧光轮部件完成，也提高了荧光轮的光处理效率。

实施例4

本发明实施例4提供了一种荧光轮，与实施例3不同的是，设置该荧光轮上的扩散层为圆盘状，且与整个荧光轮面积相当，同时覆盖荧光轮的荧光区、透射区以及中央马达的转轴连接区域，如图11所示。

图12为图11的剖面结构示意图，由两图示可知，扩散层33与整个荧光轮基板面积相同，同时覆盖了荧光区31和透射区32。

扩散层33，优选地，采用一片毛玻璃或扩散板制成，毛玻璃材质可以选用熔融石英或者K9，可以通过模型光刻成型，外表面为粗糙表面，内表面为光滑表面。

与实施例3中的圆环状扩散层相比，本发明实施例4中的圆形扩散层的加工难度进一步降低，同时在固定方面，可以不必再将透射区，荧光区与扩散层采用胶粘方式，由于作为一整个部件，可以仅将通过在扩散层中央区域打孔与荧光轮的中央马达转轴区域通过铆接方式固定连接，或再辅以在铆接位置进行点胶固定，既保证了扩散层与荧光轮荧光区和透射区的紧密贴合，也可以对扩散层进行加强固定，使与荧光轮保持相对静止，作为荧光轮的一部分同步旋转。由于扩散层部件为与荧光轮面积相当的整片部件，其在整个荧光轮表面的重量分布均匀，当荧光轮旋转时，扩散层不会因为荧光轮的旋转及离心力而发生局部偏移，从而影响扩散效果和影响荧光轮工作稳定性。

以及，在本发明实施例中，也可以根据对不同激光和工作目的的区分，对扩散层对应透射区的区域设置不同的激光扩散分区，具体方式可参见实施例1，在此不再赘述。本发明实施例中由于也覆盖了荧光区，对入射荧光区的激光也同时具有扩散匀化作用，可以参照实施例2中对不同扩散区光发散角度的设置方式，对扩散层对应荧光区和透射区的不同区域进行不同的对光的发散角度的设置。

在本发明实施例中，扩散层为一整块部件，除了具有实施例1、2中所述对激光的扩散消散斑效果外，该结构可以降低部件的加工难度，同时固定方式也更加简单有效，仅通过铆接就可以完成固定安装，同时可以避免因为在荧光轮表面局部设置时带来的配重问题，提高了荧光轮的工作稳定性。

综上，以上一个或多个实施例中，通过在荧光轮的外表面设置扩散层，扩散层与透射区对应设置，扩散层跟随荧光轮做周期旋转运动，能够对激光入射透射区之前进行消散斑；以及，根据人眼对激光散斑现象的不同敏感程度，对扩散层进行分区，并在不同分区配置不同的对光的发散角度，从而可以均衡人眼看到的不同激光的图像散斑效果；以及，通过将扩散层与荧光区也对应设置，并将对应荧光区的光的发散角度设置为小于对应透射区的光的发散角度，能够对入射荧光区的激光激励光进行较小程度扩散匀化，提高荧光的激发效率和荧光轮工作安全性；以及通过对扩散层不同形状的设置，通过使用圆环或圆盘等对称性图形，可以避免因为在荧光轮上局部设置带来的荧光轮配重和运动导致的偏移问题，同时，扩散层设置为圆盘状时，可以通过将扩散层中央区域与荧光轮的铆接方式完成扩散层与荧光轮的固定，方式简单可靠；上述荧光轮能够实现激光和荧光的透射，同时还能够实现激光的消散斑作用，荧光轮的光处理效率得到了提高。

实施例5

本发明实施例5提供了一种双色激光光源，如图13所示，包括激光光源部1，进一步包括蓝色激光器和红色激光器，分别发出蓝色激光和红色激光；第一聚焦光路系统2，用于将蓝色激光器和红色激光器发出的较大的激光光斑进行聚焦，缩小至设定尺寸的小光斑入射至荧光轮3。

其中，荧光轮3可以为实施例1或实施例2或实施例3或实施例4中所述的荧光轮，优选地，荧光轮采用实施例3或实施例4中的荧光轮结构，即荧光轮表面设置扩散层，该扩散层与透射区和荧光区均相对应，且透射区包括红色激光透射区和蓝色激光透射区，扩散层也对应包括红色激光扩散区和蓝色激光扩散区，具体分区及结构可参见实施例3或实施例4所述，在此不再赘述。

蓝色激光和红色激光根据激光器的点亮时序以及荧光轮的旋转时序，依次透过荧光轮的扩散层和透射区出射。

荧光轮3包括绿色荧光粉区，由绿色荧光粉和无机材料混合固化形成。绿色荧光粉区呈透明状。蓝色激光为激光激励光，激发绿色荧光粉发出绿色荧光。

绿色荧光区表面镀二向色膜，或者在扩散层的内表面镀二向色膜膜，为一高透蓝反绿涂层，用于透射蓝色激光和反射受激产生的绿色荧光；以及，经镀膜反射后的绿色荧光还经透明荧光区透射并沿与蓝色激光的入射方向一致的方向射出。

红色激光、蓝色激光和绿色荧光经荧光轮3依次输出后，还经过准直聚焦光路系统4进入光棒（图中未标记），为光机提供激光照明。

由于荧光相比激光的方向性要差，具有较大的发散角度，并且激光经过聚焦达到荧光轮，根据光沿直线传播的原理，经出射后，激光会呈发散的状态射出，因此需要对发散的光束进行准直。

以及，由于光棒具有一定的入射角要求，大于光棒入射角度的光束将无法进入光棒，从而造成光损，所以为了提高光源入射光棒的效率，在合光光束进入光棒之前会经过聚焦，缩小光束的角度，以使得尽可能多的光能进入光棒导光装置，为后面的光机部件提高高亮度的照明。下面将结合图14示例，详细说明该双色激光光源的结构和工作过程。

如图14所示，激光光源部1包括蓝色激光器11，红色激光器12。其中，蓝色激光器11和红色激光器12垂直排列。目前由激光器发出的激光光斑直径约在60mm左右，由于荧光的激发需要光束面积较小、高能量的激光光斑，以及如果光斑能量密度太大或分布不均则容易造成荧光粉灼伤，所以需要对激光器发出的激光光束进行整形，包括缩束，匀化等处理之后才能达到荧光激发的技术要求。在本发明实施例中，用于荧光激发的激光光斑直径控制在0.8mm左右，因此，蓝色激光器11和红色激光器12发出的蓝色激光和红色激光需要经过光斑缩小的整形处理。

一种具体实施中，可利用望远镜系统，即一片大的凸透镜和一片凹透镜（其中凸透镜和凹透镜的焦点重合）进行缩束整形，再在入射荧光轮之前设置一片凸透镜或者两片凸透镜组合，对缩束后的光束进行再次聚焦，形成较小的光斑入射至荧光轮表面，满足荧光轮表面接收的光斑尺寸要求。

以及，一种具体实施中，如本发明实施例图14所示，利用第一聚焦光路系统2的聚焦处理将大的激光光斑变成高能量的小的光斑。其中，第一聚焦光路系统2包括第一聚焦透镜组21和第二聚焦透镜23，其中第一聚焦透镜组为两片第一凸透镜，分别设置于蓝色激光器11和所述红色激光器12的出射光路上，由于要对激光器出射的较大的光束或光斑进行第一次聚焦处理，第一聚焦透镜的面型较大，从而能够接收大面积的光束或者光斑。经过第一聚焦透镜21聚焦后，蓝色激光或红色激光光束已经进行了一定程度的会聚，如果要达到荧光激发的要求，则需要将荧光轮设置在第一聚焦透镜的一倍焦距位置，而这无法满足系统体积设计的要求，因此，还设置有第二聚焦透镜，可以为一片第二凸透镜，靠近荧光轮3正面设置，用于二次聚焦蓝色激光和红色激光光束并入射至所述荧光轮正面，起到加快激光光束聚焦进程的作用。

以及，由于在本发明实施例中红色激光器12和蓝色激光器11成垂直排列，需要将光轴垂直的两个光路进行合光，以便沿同一个方向入射至荧光轮，所以第一聚焦光路系统2还包括第一合光部件22，比如可以是二向色镜，设置于蓝色激光和红色激光聚焦过程的光路中，具有透蓝反红的波长选择效果，用于将两个相互垂直方向的红色激光和蓝色激光进行合束，输出方向一致的激光光束。

当蓝色激光和红色激光进行聚焦形成小的入射光斑后，会根据点亮时序依次入射荧光轮。本发明实施例中，双色激光光源还包括控制单元（图中未示出），用于根据时序控制点亮蓝色激光器11入射荧光轮3上扩散层与绿色荧光粉区31对应的荧光扩散区、与透射区对应的蓝光扩散区，以及控制点亮红色激光器12入射红光扩散区，最终依次入射至荧光轮的荧光区和透射区。

在具体实施中，考虑到显示系统白平衡和光源亮度要求，在一个周期内，红光，蓝光和绿光分别具有一定的点亮周期时间。以显示频率为120HZ为例，一个周期为T=8.3ms，这是荧光轮旋转一周所需的时间，也是整组激光光源顺序点亮的一个时间周期。在T=8.3ms时间段内，控制单元控制蓝色激光器的点亮时间约占整个周期70%的时间，在蓝色激光器点亮的这段时间内，其中50%T的时间用于激发绿色荧光，剩余20%T的时间用于透射出去，以及控制单元控制红色激光器的点亮时间约占整个周期30%的时间，对应地，荧光轮上红色扩散区331，蓝色扩散区332，绿色荧光区31所占的圆心角度比例约为30%，20%，50%，圆心角度值分别为108度，72度，180度。其中，绿色荧光的比例大，有助于提高整体光源亮度。

如图15所示，当蓝色激光器处于点亮状态时，此时间段内红色激光器处于关闭状态，当荧光轮旋转至绿色荧光区，扩散层与荧光轮相对静止，处于与荧光区相对应的匀化扩散区区域，蓝色激光首先穿过扩散层的匀化扩散区，并到达荧光区激发荧光粉产生荧光，于是在50%T的时间段内荧光轮输出绿色荧光；当荧光轮旋转蓝光透射区时，此时扩散层位于蓝光扩散区，蓝色激光先透过扩散层的蓝光扩散区进行扩散再进入荧光轮的蓝光透射区，于是在这20%T时间段内荧光轮输出蓝色激光；当关闭蓝色激光器，点亮红色激光器时，此时荧光轮旋转红光透射区，扩散层此时处于红光扩散区，同理，红色激光先透过扩散层的红光扩散区再进入荧光轮的红光透射区进行透射，在30%T时间段内荧光轮输出红色激光，从而通过一个荧光轮部件，实现三种颜色的光沿一致方向的输出，不需要再在外围进行光路转换和合路的光学设计。

如前所述，经荧光轮输出的蓝色激光、红色激光和绿色荧光，需要经过准直和聚焦才能入射进光棒，为与光源连接的光机部件提供照明。

具体地，如图14所示，依次射出的蓝色激光、红色激光和绿色荧光先经过设置于荧光轮3背面的第一准直透镜组41，对这些具有发散角度的光束进行准直。其中，第一反射镜42，为平面反射镜，用于转换所述蓝色激光、红色激光和绿色荧光的光路方向，使最终三基色光输出方向能够朝向光棒导光装置，当不需要光路方向转换时，不必要设置，以及经第一反射镜41反射后的三色光束到达第三聚焦透镜43，用于在进入光棒之前最后一次聚焦蓝色激光、红色激光和绿色荧光，其中第一准直透镜组41，第一反射镜42（可选），第三聚焦透镜43组成图13所示的准直聚焦光路系统4。光棒是常用的导光装置或者光收集装置，用于接收经第三聚焦透镜聚焦后的蓝色激光、红色激光和绿色荧光的光束，并导出用于照明。在本发明实施例中，大于偏离光轴25度发散角度的光束无法进入光棒，在25度范围内发散角度的光束可以全部进入光棒，进入光棒的光量决定了照明光源的亮度，因此为了让光束尽可能多的进入光棒，需要将从荧光轮输出的各种颜色的光束再次进行聚焦以缩小并满足光棒的入射角度角度，提供高亮度的照明光源。

综上，本发明实施例提供的双色激光光源，包括蓝色激光器和红色激光器分别发出蓝色激光和红色激光，还包括荧光轮，通过在荧光轮表面设置扩散层，当至少与透射区相对应时，能够作为荧光轮的一部分，利用荧光轮本身旋转的工作特点，跟随荧光轮的旋转做旋转运动，从而扩散层就相当于一片运动的扩散片，从而激光在经荧光轮透射之前还经过扩散层的扩散，利用一个荧光轮部件能够在对激光透射的同时对其进行扩散起到消散斑的作用，省去了单独的消散斑部件，简化了光源系统消散斑光路的设计，并能够为光机提供高质量的照明。以及，当扩散层也与荧光区对应设置时，在能够对透射激光进行扩散消散斑的同时，可以同时对入射荧光区的激光激励光进行扩散匀化，提高荧光的激发效率，还可以在光学架构中省去专门的对激光激励光进行匀化的部件。

以及本发明实施例中，通过荧光轮透射区依次透射两种激光，简化了双色激光的合路设计，同时通过在扩散层设置不同发散角度的激光扩散区，能够针对红色激光和蓝色激光不同的散斑效应有针对性的消散斑，达到均衡的消散斑效果。本发明实施例中的荧光轮为透射型荧光轮，且荧光区由荧光粉和无机材料混合固化形成，能够缓解现有技术荧光粉和胶混合造成的荧光转换效率低，散热效率低的问题，透射型荧光轮能够透射荧光，在本发明实施例的双色激光光源中，红色激光、蓝色激光和绿色荧光按照荧光轮旋转时序依次输出，从而利用一个荧光轮部件就完成了三基色的合路输出，有利于降低双色激光光源的光学架构复杂度，进而利于投影设备的小型化。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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。

Claims (14)

1.一种荧光轮，包括荧光区和透射区；所述荧光区用于受激光激励光激发发出荧光；其特征在于，所述荧光区在激光激励光入光侧还设置有镀膜，所述镀膜用于透射激光激励光，反射所述荧光，其中，所述荧光区发出的部分荧光经所述镀膜反射后经所述荧光区透射，并沿与激光激励光入射方向一致的方向从所述荧光轮背面出射；

所述透射区用于分别透射第一激光和第二激光；

所述荧光轮表面还设置有扩散层，所述扩散层至少与所述透射区对应设置，用于分别对所述第一激光和第二激光到达所述透射区之前进行扩散，并从所述荧光轮背面出射。

2.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述透射区包括第一激光透射区和第二激光透射区，对应地，所述扩散层包括第一激光扩散区和第二激光扩散区。

3.根据权利要求2所述的荧光轮，其特征在于，所述第一激光扩散区的对光的发散角度大于所述第二激光扩散区对光的发散角度，其中，第二激光为激光激励光。

4.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层与所述透射区形状相适应，并通过硅胶黏合固定在所述透射区表面。

5.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层为扇形，所述扇形圆心角与所述透射区对应的圆心角度相同，所述扩散层通过在扇形圆心角区域与所述荧光轮铆接和/或点胶固定。

6.根据权利要求1或2所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层还与所述荧光区对应设置，其中，所述扩散层与所述荧光区对应设置的区域对光的发散角度小于所述扩散层与所述透射区对应设置的区域对光的发散角度。

7.根据权利要求6所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层呈圆盘状，所述扩散层在中央区域与所述荧光轮铆接固定和\或点胶固定。

8.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层为毛玻璃或扩散片材质。

9.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述荧光区由荧光粉和无机材料混合固化形成，所述荧光区呈透明状。

10.根据权利要求9所述的荧光轮，其特征在于，所述无机材料包括陶瓷、石英或者玻璃。

11.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述透射区为透明玻璃材质。

12.根据权利要求2所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层通过半导体光刻工艺制成。

13.根据权利要求1所述的荧光轮，其特征在于，所述扩散层外表面还设有增透膜。

14.一种双色激光光源，包括蓝色激光器和红色激光器，分别发出蓝色激光和红色激光，以及荧光轮，其特征在于，所述荧光轮为如权利要求1-13任一所述的荧光轮，其中，所述第一激光为红色激光，所述第二激光为蓝色激光，所述荧光轮的荧光区包括绿色荧光粉，所述激光激励光为蓝色激光，激发所述绿色荧光粉发出绿色荧光。