CN105511213B - 一种波长转换装置及光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波长转换装置及光源，涉及光源技术领域，可解决现有技术中的波长转换装置散热效率低的问题。本发明波长转换装置，包括驱动装置以及周向分布在驱动装置上的多个扇叶状的波长转换基板；多个所述波长转换基板均与所述驱动装置固定，所述驱动装置可驱动多个所述波长转换基板绕其驱动轴旋转；激光照射区域，所述激光照射区域分布在多个所述波长转换基板上，所述激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料；沿所述驱动轴的轴向，所述激光照射区域在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形。本发明可用于波长转换装置。

Description

一种波长转换装置及光源

技术领域

本发明涉及光源技术领域，尤其涉及一种波长转换装置及光源。

背景技术

目前，激光投影设备中的激光光源，通常采用单色或者双色激光来激发波长转换材料以产生除激光颜色以外的荧光，从而形成RGB三基色，为后端的光机部分提供照明光源。因此，具有波长转换材料的波长转换装置是激光光源中的重要部件。

图1为现有技术中的波长转换装置，包括基板01和用于驱动基板01旋转的驱动装置02，基板01包括荧光区(图中未示出)和透射区(图中未示出)，所述荧光区涂覆有荧光材料03，荧光材料03即为上述的波长转换材料，荧光材料03可以为一种或多种，所述透射区通常为透明区域，所述荧光区和所述透射区可以沿基板01的外圆周依次排列组成环状，也可以扇形拼接排列。随着基板01的旋转，当激光光斑照射到基板01上的荧光材料03上时，荧光材料03被激光所激发产生对应颜色的荧光，当荧光材料03为一种时，受激产生一种颜色的荧光，当荧光材料03为两种时，则依次受激产生两种颜色的荧光，当激光光斑照射到透射区时，激光直接从波长转换装置透射出去，依次透射的激光和激发产生的荧光即可形成三基色，从而产生周期性时序的色光序列。

根据荧光激发的工作原理，波长转换材料需要吸收激光光斑大量的能量来进行转化，因此，波长转换装置表面的温度通常非常高，一般可达到180度至200度左右，高温环境一方面会对荧光转换的效率产生负面影响，另一方面会对波长转换装置周围部件的工作可靠性带来隐患。

因此，对于波长转换装置的散热是亟待解决的问题。现有技术中，为了使波长转换装置能够散热，通常采用以下两种散热方式：方式一为如图1所示的开放式的结构，这种结构在敞开的环境中工作，没有任何遮挡体的遮盖，因此，其工作中产生的热量能够散出，但是散热效率仍然较低。

方式二为封闭式的波长转换装置，封闭式的波长转换装置是指波长转换装置被密封罩或密封壳体包裹，以达到防尘的效果。此种波长转换装置通过风扇和散热器来进行散热，具体的，波长转换装置在工作过程中产生的热量通过空气辐射到密封罩或密封壳体的内壁，然后再传导至密封罩或密封壳体外壁，外壁再把热量导到散热器上，然后再通过风扇吹散热器进行降温。这种散热方式虽然能够在一定程度上缓解封闭环境内温度过高的状况，但是由于热传递路径长，用到的器件较多，且热量很难通过空气快速及时的传导至密封壳体的内壁上，因此散热效率同样较低，无法及时有效的平衡波长转换装置的高热环境。

发明内容

本发明的实施例提供一种波长转换装置及光源，可解决现有技术中的波长转换装置散热效率低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种波长转换装置，包括：

驱动装置，以及周向分布在所述驱动装置上的多个扇叶状的波长转换基板；多个所述波长转换基板均与所述驱动装置固定，所述驱动装置可驱动多个所述波长转换基板绕其驱动轴旋转；

激光照射区域，所述激光照射区域分布在多个所述波长转换基板上，所述激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料；

沿所述驱动轴的轴向，所述激光照射区域在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形。

本发明实施例提供的波长转换装置，随着驱动装置驱动多个所述波长转换基板绕其驱动轴的旋转，激光光斑可依次照射到多个所述波长转换基板上的激光照射区域，由于激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料，因此，当激光光斑照射到荧光材料上时，荧光材料能够受激产生荧光，由于沿所述驱动轴的轴向，所述激光照射区域在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形，因此，当激光光斑照射到该旋转的波长转换装置上时，该波长转换装置能够产生周期性连续的色光输出。

同时，由于多个扇叶状的波长转换基板沿周向分布于所述驱动装置上，且均与所述驱动装置固定，因此，该波长转换装置类似一个风扇，当该风扇状的波长转换装置工作于敞开的环境中时，可利用自身扇叶结构直接形成气流对波长转换基板表面散热，从而使波长转换装置快速及时的散热，进而提高了散热效率，同时，不需要额外添加散热风扇及其驱动部件，减少了部件的使用。

当该风扇状的波长转换装置工作于密封的环境中时，随着驱动装置的高速旋转，多个扇叶状的波长转换基板同样可带动周围空气流动，流动的空气即可将该波长转换装置上产生的热量带走至密封壳体处，从而方便了热量的传导，进而提高了波长转换装置的散热效率，同时也能够减少散热风扇和驱动部件的使用。

本发明实施例提供的波长转换装置具有多功能性。

本发明的实施例还提供了一种光源，包括激发光源，以及上述的波长转换装置。

本发明实施例提供的光源，随着波长转换装置的驱动装置驱动多个所述波长转换基板绕其驱动轴的旋转，激光光斑可依次照射到多个所述波长转换基板上的激光照射区域，由于激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料，因此，当激光光斑照射到荧光材料上时，荧光材料能够受激产生荧光，由于沿所述驱动轴的轴向，所述激光照射区域在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形，因此，当激光光斑照射到该旋转的波长转换装置上时，该波长转换装置能够产生周期性连续的色光输出。

同时，由于多个扇叶状的波长转换基板沿周向分布于所述驱动装置上，且均与所述驱动装置固定，因此，该波长转换装置类似一个风扇，当该风扇状的波长转换装置工作于敞开的环境中时，可利用自身扇叶结构直接形成气流对波长转换基板表面散热，从而使波长转换装置以及光源快速及时的散热，进而提高了散热效率，同时，不需要额外添加散热风扇及其驱动部件，减少了部件的使用。

当该风扇状的波长转换装置工作于密封的环境中时，随着驱动装置的高速旋转，多个扇叶状的波长转换基板同样可带动周围空气流动，流动的空气即可将该波长转换装置上产生的热量带走至密封壳体处，从而方便了热量的传导，进而提高了波长转换装置的散热效率，同时也能够减少散热风扇和驱动部件的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中波长转换装置的侧视图；

图2为本发明实施例波长转换装置的主视图；

图3为当驱动装置正转时空气流动方向的示意图；

图4为当驱动装置反转时空气流动方向的示意图；

图5为本发明实施例光源的光学架构示意图；

图6为图5中光学架构设置于密封壳体内的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图2为本发明实施例中波长转换装置的一个具体实施例，本实施例中的波长转换装置，包括：驱动装置1，以及周向分布在驱动装置1上的多个扇叶状的波长转换基板2；多个波长转换基板2均与驱动装置1固定，驱动装置1可驱动多个波长转换基板2绕其驱动轴旋转；激光照射区域3，激光照射区域3分布在多个波长转换基板2上，激光照射区域3中的至少一部分涂覆有荧光材料；沿驱动轴的轴向，激光照射区域3在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形。具体的，可以使多个波长转换基板2在所述轴向的垂直面上的投影互相重叠，或者使多个波长转换基板2相邻的两个边缘在所述轴向的垂直面上的投影正好重合。

本发明实施例提供的波长转换装置，随着驱动装置1驱动多个波长转换基板2绕其驱动轴的旋转，激光光斑可依次照射到多个波长转换基板2上的激光照射区域3，由于激光照射区域3中的至少一部分涂覆有荧光材料，因此，当激光光斑照射到荧光材料上时，荧光材料能够受激产生荧光，由于沿驱动轴的轴向，激光照射区域3在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形，因此，当激光光斑照射到该旋转的波长转换装置上时，激光光斑能够始终连续的照射在波长转换基板2上的激光照射区域3内，不会通过相邻的两个波长转换基板2之间的间隙损失；另外，为了形成周期性连续的色光输出，在一个周期内，例如，第一个时间段输出红光，下一个时间段输出绿光，再下一个时间段输出蓝光，三个时间段分别输出的光需要衔接，且中间不能掺杂其他的颜色，因此，需要激光照射区域3在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形，这样即可保证波长转换装置能够产生周期性连续的色光输出。

由于多个扇叶状的波长转换基板2沿周向分布于驱动装置1上，且均与驱动装置1固定，因此，该波长转换装置类似一个风扇。当该风扇状的波长转换装置工作于敞开的环境中时，可利用自身扇叶结构直接形成气流对波长转换基板2表面散热，从而使波长转换装置快速及时的散热，进而提高了散热效率，同时，不需要额外添加散热风扇及其驱动部件，减少了部件的使用；

当该风扇状的波长转换装置工作于密封的环境中时，随着驱动装置1的高速旋转，多个扇叶状的波长转换基板2同样可带动周围空气流动，流动的空气即可将该波长转换装置上产生的热量带走至密封壳体处，从而方便了热量的传导，进而提高了波长转换装置的散热效率，同时也能够减少散热风扇和驱动部件的使用。

本发明实施例提供的波长转换装置具有多功能性。由于波长转换装置需要按照时序依次输出三基色光，根据***白平衡的要求，各颜色的占比是固定的，因此，激光照射区域3中涂覆有不同颜色荧光材料的区域和未涂覆荧光材料的区域对应的圆心角也是固定的。在涂覆荧光材料时，则需要按照各颜色需要涂覆的圆心角大小依次连续的进行涂覆，以满足***白平衡的要求。

本实施例中可以通过改变驱动装置1的转向来改变空气的流动方向，具体的，图3中箭头所示为当驱动装置1正转时空气的流动方向；图4中箭头所示为当驱动装置1反转时空气的流动方向。

参照图3和图4，为了防止同一波长转换基板2上的激光照射区域3产生的时序光的亮度发生变化，本实施例中激光照射区域3的表面为垂直于驱动轴的轴向的平面，由此，使得激光射入同一波长转换基板2上的激光照射区域3的入射角始终不变，从而使激光的光斑大小始终一致，激光的能量密度也就始终一致，进而防止了同一波长转换基板2上的激光照射区域3产生的时序光的亮度发生变化。

在上述实施例的基础上，当分布在多个波长转换基板2上的激光照射区域3位于不同平面时，不同波长转换基板2上的激光照射区域3与激光光源之间的距离不一致，这会导致不同波长转换基板2上的激光光斑的大小不一致，激光的能量密度也就不一致，因此，波长转换装置产生的时序光的亮度就会发生变化，导致三基色光亮度的均匀性较低。为了避免上述问题，本实施例中分布在多个波长转换基板2上的激光照射区域3位于同一平面，由此，使得不同波长转换基板2上的激光照射区域3与激光光源之间的距离一致，从而使激光的光斑大小始终一致，激光的能量密度也就始终一致，进而避免了波长转换装置产生的时序光的亮度发生变化，也就保证了三基色光亮度的均匀性。

由于激光照射区域3需要涂覆荧光材料，当激光照射区域3为波长转换基板2的整个侧面时，需要在波长转换基板2的整个侧面均涂覆荧光材料，而激光通常只照射于波长转换基板2的边缘位置，这就造成了荧光材料的浪费，同时还会使制作工序变复杂，因此，参照图2，本实施例中激光照射区域3位于波长转换基板2的边缘，从而减小了荧光材料的浪费，同时简化了工序。

另外，本实施例中的激光照射区域3位于波长转换基板2的边缘，这种结构仅通过对扇叶状的波长转换基板2的边缘部分进行利用来实现波长转换，由于通过单层扇叶状的波长转换基板即可同时实现波长转换和散热，使得波长转换装置沿其驱动轴的轴向厚度较小，因此，该波长转换装置不仅质量较轻，而且占用的空间较小，从而降低了对驱动装置1驱动性能的要求，同时对周围光学镜片位置的影响较小。

进一步的，激光照射区域3还包括激光透射区，激光照射区域3可反射或透射光线，所述激光透射区可透射激光，为了形成三基色光，示例的，可采用蓝色激光来激发荧光材料，此时，激光照射区域3中的荧光材料可以为红色和绿色，当蓝色激光照射到红色或绿色的荧光材料上时，荧光材料可受激产生红色或绿色的荧光，当蓝色激光照射到激光透射区时，蓝色激光可直接从该区域透射，从而形成RGB三基色，为后端的光机部分提供照明光源。

波长转换基板2的数量过多会导致波长转换装置的重量过大，装配时操作也较为麻烦，因此，本实施例中的波长转换基板2的数量优选为2～6个，从而可防止波长转换装置的重量过大，同时方便装配。

波长转换基板2的数量可以为奇数，也可以为偶数，当波长转换基板2的数量为偶数，并对称排列时，会使波长转换装置自身的平衡性难以调整，而且容易使波长转换装置在高速运转时产生共振，导致波长转换基板2发生断裂；当波长转换基板2的数量为奇数时，可防止波长转换装置在高速运转时产生共振，从而避免了波长转换基板2发生断裂，因此，本实施例中波长转换基板2的数量优选为奇数。

波长转换基板2的倾斜角度会影响风压的大小，倾斜角度越大，产生的风压也就越大，但是倾斜角度过大会导致噪声越大，因此，本实施例中波长转换基板2的倾斜角度优选为3°～15°，不仅可以提高风压，还可以降低噪声。

多个波长转换基板2的倾斜角度可以相同，也可以不同，当多个波长转换基板2的倾斜角度不同时，会导致波长转换装置的转动不平稳，同时也会导致噪声增大，而当多个波长转换基板2的倾斜角度相同时，会使波长转换装置的转动更平稳，噪音也会相应减小，因此，本实施例中优选所有波长转换基板2的倾斜角度相同。

波长转换基板2的根部两端到驱动装置1同一端面的距离之差越大，产生的噪声会越大，因此，本实施例中波长转换基板2的根部两端到驱动装置1同一端面的距离之差小于或者等于1毫米，从而可以有效地降低噪声。

驱动装置马达封盖处的温度可表征波长转换装置的散热效果。现以光源功率为200w进行测试，测试结果如下：

现有技术中的波长转换装置，其马达封盖处的温度约为83℃；

本发明的波长转换装置，当波长转换基板为3个、倾斜角度为3°、波长转换基板的根部两端到驱动装置同一端面的距离之差为1mm时，其马达封盖处的温度约为81℃；

当波长转换基板为3个，倾斜角度为10°，波长转换基板的根部两端到驱动装置同一端面的距离之差为0.8mm时，其马达封盖处的温度约为80℃；

当波长转换基板为5个，倾斜角度为12°，波长转换基板的根部两端到驱动装置同一端面的距离之差为1mm时，其马达封盖处的温度约为75℃；

当波长转换基板为5个，倾斜角度为15°，波长转换基板的根部两端到驱动装置同一端面的距离之差为1mm时，其马达封盖处的温度约为73℃。

测试结果表明，本发明的波长转换装置，驱动装置马达封盖处的温度更低，散热效果更好，从而避免了波长转换装置的温度过高，进而解决了波长转换装置使用寿命缩短的问题。

本发明的实施例还提供了一种光源，图5所示即为该光源的一种光学架构示意图，所述光源包括激发光源4，以及上述任一实施例所述的波长转换装置51，波长转换装置51的具体结构如图2至图4所示。

参照图5，本发明实施例提供的光源还可以包括光束整形模组6，光束整形模组6用于将激发光源4产生的光汇聚于波长转换基板2的激光照射区域3上，上述的激发光源4包括由多个激光器41组成的激光阵列，上面提到的波长转换装置51为波长转换模组5中的一个部件，波长转换模组5还包括用于合光的二向色镜52，光束整形模组6包括反光镜61、凸透镜62以及凹透镜63，反光镜61可起到合光的作用，凸透镜62和凹透镜63可对光束进行整形；本发明实施例提供的光源还可以包括滤色输出模组7，滤色输出模组7包括滤色轮71，滤色轮71用于将三基色光输出至光棒(图中未示出)，所述光棒可对三基色光进行匀光，而后为后端的光机部分提供照明光源。

上述的激发光源4、光束整形模组6、波长转换模组5以及滤色输出模组7可设置于敞开的环境中，也可共同密封于密封壳体8内，当共同密封于密封壳体8内时可防止灰尘积压，避免灰尘对各个部件的正常工作造成影响，因此，本实施例中优选激发光源4、光束整形模组6、波长转换模组5以及滤色输出模组7共同密封于密封壳体8内，参照图6，密封壳体8包括第一壳体81、第二壳体82以及第三壳体83，第一壳体81内设置有激发光源4，第二壳体82内设置有光束整形模组6，第三壳体83内设置有波长转换模组5和滤色输出模组7。上述的第一壳体81，第二壳体82，第三壳体83内部可以是一个相通的容置空间，也可以是具有透明隔板的各自独立的子容置空间。

本发明实施例提供的光源，随着波长转换装置5的驱动装置1驱动多个波长转换基板2绕其驱动轴的旋转，激光光斑可依次照射到多个波长转换基板2上的激光照射区域3，由于激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料，因此，当激光光斑照射到荧光材料上时，荧光材料能够受激产生荧光，由于沿驱动轴的轴向，激光照射区域3在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形，因此，当激光光斑照射到该旋转的波长转换装置上时，该波长转换装置能够产生周期性连续的色光输出。

同时，由于多个扇叶状的波长转换基板2沿周向分布于驱动装置1上，且均与驱动装置1固定，因此，该波长转换装置类似一个风扇，当该风扇状的波长转换装置工作于敞开的环境中时，可利用自身扇叶结构直接形成气流对波长转换基板2表面散热，从而使波长转换装置以及光源快速及时的散热，进而提高了散热效率，同时，不需要额外添加散热风扇及其驱动部件，减少了部件的使用。

当该风扇状的波长转换装置工作于密封的环境中时，随着驱动装置1的高速旋转，多个扇叶状的波长转换基板2同样可带动周围空气流动，流动的空气即可将该波长转换装置上产生的热量带走至密封壳体处，从而方便了热量的传导，进而提高了波长转换装置的散热效率，同时也能够减少散热风扇和驱动部件的使用。

关于本发明实施例的光源的其他构成等已为本领域的技术人员所熟知，在此不再详细说明。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括：

驱动装置，以及周向分布在所述驱动装置上的多个独立可装配的扇叶状的波长转换基板，所述多个独立可装配的扇叶状的波长转换基板可拆卸；多个所述波长转换基板均与所述驱动装置固定，所述驱动装置可驱动多个所述波长转换基板绕其驱动轴旋转；

激光照射区域，所述激光照射区域分布在多个所述波长转换基板上，所述激光照射区域中的至少一部分涂覆有荧光材料；

沿所述驱动轴的轴向，所述激光照射区域在所述轴向的垂直面上的投影为封闭图形。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述激光照射区域的表面为垂直于所述驱动轴的轴向的平面。

3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，分布在多个所述波长转换基板上的所述激光照射区域位于同一平面。

4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的波长转换装置，其特征在于，所述激光照射区域位于所述波长转换基板的边缘。

5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述激光照射区域还包括激光透射区，所述激光照射区域可反射或透射光线。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换基板的数量为2～6个。

7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换基板的数量为奇数。

8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换基板的倾斜角度为3°～15°。

9.根据权利要求8所述的波长转换装置，其特征在于，所有波长转换基板的倾斜角度相同。

10.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换基板的根部两端到所述驱动装置同一端面的距离之差小于或者等于1毫米。

11.一种光源，其特征在于，包括激发光源，以及权利要求1～10中任一项所述的波长转换装置。