CN108020927A - 一种光源***及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光源***，包括激光光源、半透半反光学元件、第一透镜组、散射面、第二透镜组、受激光产生体、中继透镜、光阑和镜头。激光光源产生第一波长范围光，照射到半透半反光学元件，半透半反光学元件反射部分第一波长范围光形成第一路光，并透射部分第一波长范围光形成第二路光，第一路光经散射面后形成的散射光光强度分布均匀，与由第二路光激发受激光产生体产生的第二波长范围光汇合成一束出射光，使出射光亮度均匀。因此本发明光源***形成出射光亮度均匀，在远场屏幕上形成光斑亮度均匀。本发明还公开一种光源***调节方法，通过调节使所述光源***在远场屏幕上形成光斑达到最小，并实现两路光完整重合，形成光斑亮度均匀。

Description

一种光源***及其调节方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光源***。本发明还涉及一种光源调节方法。
背景技术
对于传统的舞台灯光源，如图1所示，主要包括椭球灯泡1和准直透镜2，椭球灯泡1发出的光汇聚于一个焦点上，同时该焦点也是准直透镜2的焦点，光经过准直透镜2后转换为平行光，照射到远场的屏幕3上。现有这种光源***虽然结构简单，但存在在远场屏幕上形成光斑的亮度不均匀的缺陷。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种光源***及其调节方法，与现有技术相比，形成出射光亮度均匀，使在远场屏幕上形成光斑亮度均匀。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光源***，包括激光光源、半透半反光学元件、第一透镜组、散射面、第二透镜组、受激光产生体、中继透镜、光阑和镜头；
所述激光光源用于发出第一波长范围光；
所述半透半反光学元件位于所述第一波长范围光光路上，所述半透半反光学元件反射部分所述第一波长范围光形成第一路光，并透射部分所述第一波长范围光形成第二路光；
所述第一透镜组和所述散射面设置在所述第一路光的光路上，所述第一路光经所述第一透镜组引导至所述散射面并形成散射光，所述散射光出射至所述第一透镜组并经所述第一透镜组引导后返回到所述半透半反光学元件；
所述第二透镜组和所述受激光产生体设置在所述第二路光的光路上，所述第二路光经所述第二透镜组引导至所述受激光产生体并被激发产生第二波长范围光，所述第二波长范围光出射至所述第二透镜组并经所述第二透镜组引导后返回到所述半透半反光学元件；
经所述半透半反光学元件透射的散射光和经所述半透半反光学元件反射的第二波长范围光合为一束出射光，所述出射光依次经过所述中继透镜的光整形、光阑的光束调节、镜头的出射至远场屏幕上以形成所需的光斑。
可选地，所述第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动，或/和所述第二透镜组在与第二路光的光路方向垂直的平面内可移动。
可选地，沿所述第一路光的光路方向，所述散射面与所述第一透镜组间的距离可调节。
可选地，沿所述第二路光的光路方向，所述受激光产生体与所述第二透镜组间的距离可调节。
可选地，所述半透半反光学元件以中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动。
可选地，还包括依次设置在所述激光光源与所述半透半反光学元件之间光路上的、用于对所述激光光源发出的第一波长范围光进行收光的正透镜和负透镜。
可选地，还包括设置在所述正透镜和所述负透镜之间的、用于改变光路方向的反射镜；
所述激光光源产生的第一波长范围光以45度入射角入射到所述反射镜，形成的反射光以45度入射角照射到所述半透半反光学元件。
可选地，所述光阑到所述镜头的距离可调节。
一种光源调节方法，应用于以上所述的光源***，包括：
步骤S100：沿第二路光的光路方向，调节受激光产生体与第二透镜组之间的距离，使在远场屏幕上形成的第二波长范围光的光斑半径最小；
步骤S101：调节半透半反光学元件的中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，或者调节第一波长范围光入射到半透半反光学元件的位置，使第二波长范围光的光斑中心与光阑中心重合；
步骤S102：调节第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，使在远场屏幕上形成的第一波长范围光的光斑中心与第二波长范围光的光斑中心重合；
步骤S103：沿第一路光的光路方向，调节散射面与所述第一透镜组之间的距离，使第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑完全重合。
可选地，所述步骤S102具体包括：
调节所述第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，直至在远场屏幕上形成的第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑的重合具有对称分布，所述对称分布是指第一波长范围光的光斑边缘有对称分布的第二波长范围光的环状光斑，或者第二波长范围光的光斑边缘有对称分布的第一波长范围光的环状光斑。
由上述技术方案可知，本发明所提供的光源***，包括激光光源、半透半反光学元件、第一透镜组、散射面、第二透镜组、受激光产生体、中继透镜、光阑和镜头。激光光源产生第一波长范围光，照射到半透半反光学元件，半透半反光学元件反射部分第一波长范围光形成第一路光，并透射部分第一波长范围光形成第二路光，第一路光经第一透镜组引导至散射面形成散射光，散射光出射至第一透镜组并经第一透镜组引导后返回到半透半反光学元件；第二路光经第二透镜组引导至受激光产生体激发产生第二波长范围光，第二波长范围光出射至第二透镜组并经第二透镜组引导后返回到半透半反光学元件；经半透半反光学元件透射的散射光和经半透半反光学元件反射的第二波长范围光汇合成为一束出射光，依次经中继透镜的光整形、光阑的光束调节、镜头的出射至远场屏幕上形成所需的光斑。第一路光经散射面后形成的散射光光强度分布均匀，与第二波长范围光汇合形成出射光，并经中继透镜和光阑的配合调节使出射光亮度均匀，在远场屏幕上形成光斑亮度均匀。因此本发明光源***形成出射光亮度均匀，在远场屏幕上形成光斑亮度均匀。
通过本发明光源调节方法，使所述光源***在远场屏幕上形成光斑达到最小，并实现两路光完整重合，形成光斑亮度均匀，颜色纯正。
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为现有技术中光源***的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光源***的示意图；
图3为本发明又一实施例提供的一种光源***的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种光源调节方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图2，为发明本实施例提供的一种光源***的示意图，所述光源***包括激光光源10、半透半反光学元件11、第一透镜组12、散射面13、第二透镜组14、受激光产生体15、中继透镜16、光阑17和镜头18；
所述激光光源10用于发出第一波长范围光；
所述半透半反光学元件11位于所述第一波长范围光光路上，所述半透半反光学元件11反射部分所述第一波长范围光形成第一路光，并透射部分所述第一波长范围光形成第二路光；
所述第一透镜组12和所述散射面13设置在所述第一路光的光路上，所述第一路光经所述第一透镜组12引导至所述散射面13并形成散射光，所述散射光出射至所述第一透镜组12并经所述第一透镜组12引导后返回到所述半透半反光学元件11；
所述第二透镜组14和所述受激光产生体15设置在所述第二路光的光路上，所述第二路光经所述第二透镜组14引导至所述受激光产生体15并被激发产生第二波长范围光，所述第二波长范围光出射至所述第二透镜组14并经所述第二透镜组14引导后返回到所述半透半反光学元件11；
经所述半透半反光学元件11透射的散射光和经所述半透半反光学元件11反射的第二波长范围光合为一束出射光，所述出射光依次经过所述中继透镜16的光整形、光阑17的光束调节、镜头18的出射至远场屏幕上以形成所需的光斑。
其中，激光光源10产生第一波长范围的激光，产生激光的能量集中，照射到半透半反光学元件11。
所述半透半反光学元件11是指光照射在该半透半反光学元件上，一部分光反射，一部分光透射。对于形成反射光和出射光的比例，对不同波长范围光相应不同，在本实施例中，该半透半反光学元件11对第一波长范围光实现半透半反，对第二波长范围光则大部分反射。
第一透镜组12、第二透镜组14具有光收集的作用，可以是准直透镜组。
散射面13指光照射到其表面可发生散射，散射面13形成散射光强度均匀。优选的，所述散射面13可形成朗伯散射。
所述受激光产生体15在第一波长范围光的激发下产生第二波长范围光，第二波长范围光的中心波长小于第一波长范围光的中心波长。所述光源***的出射光由第一波长范围光和第二波长范围光混合形成，出射光的颜色由第一波长范围光和第二波长范围光的波长范围决定。
本实施例光源***用于产生白光，因此要求第一波长范围光和第二波长范围光混合后形成白光，可选择第一波长范围光为蓝光，第二波长范围光为黄光。所述半透半反光学元件11，对蓝光大约有80％可以透过，20％会产生反射，对于第二波长范围光黄光则为99％以上是反射。可以理解，在其他实施例中，还可以通过其他波长范围光合成为白光。
中继透镜指布置在光路上的透镜或者透镜组，这些透镜对光束进行汇聚、扩散或者整形等处理，使通过光束按照预定光斑大小和形状投射至指定投射面。本实施例中中继透镜16位于半透半反光学元件11与光阑17之间光路上，对汇合的出射光进行整形处理。
光阑17为用于控制光束通过多少的光学元件，通过光阑可调节通过光束的强弱。
本实施例光源***，激光光源10产生第一波长范围光，照射到半透半反光学元件11，半透半反光学元件11反射部分第一波长范围光形成第一路光，并透射部分第一波长范围光形成第二路光，第一路光经散射面13后形成的散射光光强度分布均匀，与由第二路光激发受激光产生体产生的第二波长范围光汇合成出射光，并经中继透镜16和光阑17的配合调节使出射光亮度均匀。因此本实施例光源***形成出射光亮度均匀，在远场屏幕上形成光斑亮度均匀。
在所述光源***的又一种实施例中，在上述实施例内容的基础上，所述第一透镜组12在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动。通过调节第一透镜组12在与第一路光光路方向垂直的平面内的位置，可调整散射光形成光斑的中心位置，可通过调节使其与第二波长范围光的光斑中心位置重合。
在另一种实施例中，所述第二透镜组14在与第二路光的光路方向垂直的平面内可移动。通过调节第二透镜组14在与第二路光光路方向垂直的平面内的位置，可调整第二波长范围光形成光斑的中心位置，通过调节使其与散射光形成光斑的中心位置重合。
在另一种实施例中，所述第一透镜组12在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动，并且所述第二透镜组14在与第二路光的光路方向垂直的平面内可移动。通过分别调节第一透镜组12、第二透镜组14的位置，调节使散射光形成的光斑与第二波长范围光形成光斑的中心位置重合，使汇合成出射光的光斑均匀，避免出现光斑存在偏差、色散等问题。
在上述各实施例中，由第一透镜组12可调节散射光形成光斑的大小，第一路光经第一透镜组12汇聚到散射面13，沿第一路光的光路方向，散射面13与第一透镜组12间的距离可调节。通过调节散射面13与第一透镜组12间的距离对散射光形成光斑的大小进行调节。理论上，散射面13位于第一透镜组12的焦点处，光斑会达到最小，但在实际应用中由于***各组件误差会有偏差，可能散射面13位于第一透镜组12的焦点位置附近才达到光斑最小。因此在实际应用中可以通过观察远场屏幕上形成的光斑，并调节散射面13与第一透镜组12间的距离，调节达到形成光斑最小。
在上述各实施例中，由第二透镜组14调节激发产生的第二波长范围光形成光斑的大小，第二路光经第二透镜组14汇聚到受激光产生体15，沿第二路光的光路方向，受激光产生体15与第二透镜组14间的距离可调节。通过调节受激光产生体15与第二透镜组14间的距离对第二波长范围光形成光斑的大小进行调节。理论上受激光产生体15位于第二透镜组14的焦点处，第二波长范围光形成光斑能达到最小。但在实际应用中会有偏差，可能受激光产生体15位于第二透镜组14的焦点附近光斑最小，因此在实际应用中，可以观察远场屏幕上形成的光斑，同时调节受激光产生体与第二透镜组间的距离，使形成光斑最小。
在所述光源***的又一种实施例中，在上述各实施例内容的基础上，所述半透半反光学元件11以中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动。通过调节半透半反光学元件11中心在该平面内的位置，可以调节汇合光的光斑中心位置，使其与光阑17中心重合。
在上述各实施例中，汇合后的出射光经过中继透镜16，该中继透镜16对光具有汇聚、光整形的作用。镜头18用于对出射光进行准直，使出射光照射到远场屏幕上。
本光源***中，光阑17到所述镜头18的距离可调节，出射光经中继透镜16汇聚、光整形，经过光阑17进行光束调节后并由镜头18准直出射至远场屏幕。通过调节光阑17到镜头18的距离，调节光阑17距离汇聚点的位置，可以调节出射光的光斑大小。
在上述各实施例中，请参考图3，所述光源***在图2所示的光源***的基础上还可包括依次设置在所述激光光源10与所述半透半反光学元件11之间光路上的、用于对所述激光光源发出的第一波长范围光进行收光的正透镜19和负透镜20。通过正透镜19和负透镜20对激光光源10产生的激光进行收光并调整，使其发散角收敛。
在实际应用中，有时为了使整体结构更紧凑需要改变光路，为了满足光路设计需求，所述光源***还包括设置在所述正透镜19和所述负透镜20之间的、用于改变光路方向的反射镜21，所述激光光源产生的第一波长范围光以45度入射角入射到所述反射镜21，形成的反射光以45度入射角照射到所述半透半反光学元件11。
在以上各实施例中，受激光产生体15包括荧光色轮装置，透射的第一波长范围光照射到荧光色轮装置的受光面，激发产生第二波长范围光。
本实施例中所述光源***用于产生白光，选择第一波长范围光为蓝光波段光，所述荧光色轮装置具有黄色荧光面，激光光源10产生的蓝光波段光激发荧光色轮，产生黄色波段光，黄色波段光与蓝色波段光汇合，形成白光出射光。
请参考图4，本发明实施例还提供一种光源调节方法，应用于以上所述的光源***，包括：
步骤S100：沿第二路光的光路方向，调节受激光产生体与第二透镜组之间的距离，使在远场屏幕上形成的第二波长范围光的光斑半径最小。
理论上，受激光产生体15在第二透镜组14的焦点位置上光斑能达到最小，但在实际应用中，受激光产生体15发出的光斑会比较大一点，即会发散一些，因此需要调节受激光产生体15与第二透镜组14之间的距离，在调节的同时观察在远场屏幕(屏幕距离光源***3-5米)上形成的第二波长范围光光斑的大小，达到光斑半径最小。在调整到最佳位置后，固定受激光产生体15的位置。
步骤S101：调节半透半反光学元件的中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，或者调节第一波长范围光入射到半透半反光学元件的位置，使第二波长范围光的光斑中心与光阑中心重合。
对于图2所示的光源***，可通过调节半透半反光学元件11的中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，使第二波长范围光的光斑中心与光阑中心重合。对于图3所示的光源***，可通过调节反射镜21的位置，以调节第一波长范围光入射到半透半反光学元件11的位置，使第二波长范围光的光斑中心与光阑中心重合。使得出射光光斑中心与光阑中心重合，避免造成光斑有偏差、色散等不良问题。
步骤S102：调节第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，使在远场屏幕上形成的第一波长范围光的光斑中心与第二波长范围光的光斑中心重合。
在半透半反光学元件11的位置固定后，理论上，出射的第一波长范围光的光斑中心也会与光阑中心重合，但在实际应用中，由于公差和组装等原因，会导致远场屏幕上两路光的光斑不重合或偏移。在这种情况下，通过调节第一透镜组12在与第一路光的光路方向垂直平面内的位置，使第一波长范围光的光斑中心与第二波长范围光的光斑中心重合。
具体的调节过程包括：调节所述第一透镜组12在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，直至观察到在远场屏幕上第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑的重合具有对称分布，所述对称分布是指第一波长范围光的光斑边缘有对称分布的第二波长范围光的环状光斑，或者第二波长范围光的光斑边缘有对称分布的第一波长范围光的环状光斑。
步骤S103：沿第一路光的光路方向，调节散射面与所述第一透镜组之间的距离，使第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑完全重合。
在调节使第一波长范围光的光斑中心与第二波长范围光的光斑中心重合后，通过沿第一路光的光路方向调节散射面13与第一透镜组12之间的距离，以调整第一波长范围光的光斑大小，使其与第二波长范围光的光斑完全重合。
本实施例光源***采用所述调节方法，通过调节使光源***在远场处光束集中，达到光斑最小，并实现两路光完整重合，形成的出射光亮度均匀，形成光斑亮度均匀，颜色纯正，避免光斑存在偏差、色散等问题。
以上对本发明所提供的一种光源***及其调节方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源***，其特征在于，包括激光光源、半透半反光学元件、第一透镜组、散射面、第二透镜组、受激光产生体、中继透镜、光阑和镜头；
所述激光光源用于发出第一波长范围光；
所述半透半反光学元件位于所述第一波长范围光光路上，所述半透半反光学元件反射部分所述第一波长范围光形成第一路光，并透射部分所述第一波长范围光形成第二路光；
所述第一透镜组和所述散射面设置在所述第一路光的光路上，所述第一路光经所述第一透镜组引导至所述散射面并形成散射光，所述散射光出射至所述第一透镜组并经所述第一透镜组引导后返回到所述半透半反光学元件；
所述第二透镜组和所述受激光产生体设置在所述第二路光的光路上，所述第二路光经所述第二透镜组引导至所述受激光产生体并被激发产生第二波长范围光，所述第二波长范围光出射至所述第二透镜组并经所述第二透镜组引导后返回到所述半透半反光学元件；
经所述半透半反光学元件透射的散射光和经所述半透半反光学元件反射的第二波长范围光合为一束出射光，所述出射光依次经过所述中继透镜的光整形、光阑的光束调节、镜头的出射至远场屏幕上以形成所需的光斑。
2.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述第一透镜组在与所述第一路光的光路方向垂直的平面内可移动，或/和所述第二透镜组在与所述第二路光的光路方向垂直的平面内可移动。
3.根据权利要求1或2所述的光源***，其特征在于，沿所述第一路光的光路方向，所述散射面与所述第一透镜组间的距离可调节。
4.根据权利要求1或2所述的光源***，其特征在于，沿所述第二路光的光路方向，所述受激光产生体与所述第二透镜组间的距离可调节。
5.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述半透半反光学元件以中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内可移动。
6.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，还包括依次设置在所述激光光源与所述半透半反光学元件之间光路上的、用于对所述激光光源发出的第一波长范围光进行收光的正透镜和负透镜。
7.根据权利要求6所述的光源***，其特征在于，还包括设置在所述正透镜和所述负透镜之间的、用于改变光路方向的反射镜；
所述激光光源产生的第一波长范围光以45度入射角入射到所述反射镜，形成的反射光以45度入射角照射到所述半透半反光学元件。
8.根据权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述光阑到所述镜头的距离可调节。
9.一种光源调节方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的光源***，包括：
步骤S100：沿第二路光的光路方向，调节受激光产生体与第二透镜组之间的距离，使在远场屏幕上形成的第二波长范围光的光斑半径最小；
步骤S101：调节半透半反光学元件的中心在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，或者调节第一波长范围光入射到半透半反光学元件的位置，使第二波长范围光的光斑中心与光阑中心重合；
步骤S102：调节第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，使在远场屏幕上形成的第一波长范围光的光斑中心与第二波长范围光的光斑中心重合；
步骤S103：沿第一路光的光路方向，调节散射面与所述第一透镜组之间的距离，使第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑完全重合。
10.根据权利要求9所述的光源调节方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：
调节所述第一透镜组在与第一路光的光路方向垂直的平面内的位置，直至在远场屏幕上形成的第一波长范围光的光斑与第二波长范围光的光斑的重合具有对称分布，所述对称分布是指第一波长范围光的光斑边缘有对称分布的第二波长范围光的环状光斑，或者第二波长范围光的光斑边缘有对称分布的第一波长范围光的环状光斑。
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