CN109491187A - 波长转换装置、光源***及投影设备 - Google Patents

波长转换装置、光源***及投影设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及波长转换装置、光源***及投影设备，所述波长转换装置的其中一表面设置有光转换区及光路转换区，所述光路转换区包括第一区段与第二区段，所述第一区段及所述第二区段用于交替接收激发光，并将所述激发光分别引导至不同的预设光路上，所述光转换区设置有波长转换材料以接收其中一个区段出射的激发光，并将接收到的激发光转换为与所述激发光波长不同的至少一种波长范围的受激光后出射。所述光源***采用所述波长转换装置，从而减小了所述激发光的损失，提高了出光的均匀性。另外，所述光源***结构紧凑，有利于所述投影设备的小型化设计。

Description

波长转换装置、光源***及投影设备
技术领域
本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种波长转换装置、光源***及投影设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
投影技术领域，通常使用激光激发荧光粉来得到受激光。光源用于产生激发光，在波长转换装置上用散射粉对激发光进行散射，使其转换为朗伯形式的光，利用散射后的激发光与入射的激发光的扩展量不同进行分光，分光的实现需要区域镀膜，而区域镀膜会损失激发光并且影响激发光的均匀性。
然而，在不使用区域镀膜的情况下则需要对波长转换装置出射的激发光及受激光光路进行区分。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可以有效区分激发光与受激光光路的波长转换装置，本发光还提供一种光源***及投影设备。
一种波长转换装置，所述波长转换装置的其中一表面设置有光转换区及光路转换区，所述光路转换区包括第一区段与第二区段，所述第一区段及所述第二区段用于交替接收激发光，并将所述激发光分别引导至不同的预设光路上，所述光转换区设置有波长转换材料以接收其中一个区段出射的激发光，并将接收到的激发光转换为与所述激发光波长不同的至少一种波长范围的受激光后出射。
一种光源***，所述光源***包括激发光源、第一光引导装置、第二光引导装置、第一分光合光元件及上述的波长转换装置，其中，
所述激发光源用于产生所述激发光，所述激发光入射至所述波长转换装置的光路转换区；
所述光路转换区用于接收所述激发光，并交替出射沿第一预设光路及第二预设光路传输的激发光，其中，所述第一预设光路与所述第二预设光路分离；
所述第一光引导装置用于将沿第一预设光路出射的激发光引导至所述波长转换装置的光转换区，并将所述光转换区产生的受激光引导至所述第一分光合光元件；
所述第二光引导装置用于引导沿第二预设光路出射的激发光照射至所述第一分光合光元件；
所述第一分光合光元件用于引导所述第一光引导装置和第二光引导装置出射的光线沿同一光路出射。
一种投影设备，应用如上所述的光源***。
本发明提供的波长转换装置、光源***及投影设备，避免了使用区域镀膜来实现波长转换装置出射的激发光与受激光的合光，减小了所述激发光的损失，提高了出光的均匀性。另外，本发明提供的光源***结构紧凑，减小了所述光源***所占据的空间体积，有利于应用所述光源***的投影设备的小型化设计。
附图说明
图1为本发明第一实施例中提供的光源***的结构示意图。
图2为如图1所示的波长转换装置的俯视结构示意图。
图3为如图2所示的所述波长转换装置的沿III-III线剖视图。
图4为如图2所示的所述波长转换装置的沿IV-IV线剖视图。
图5为本发明第二实施例中提供的光源***的结构示意图。
图6为本发明第三实施例中提供的光源***的结构示意图。
图7为如图6所示的波长转换装置的俯视结构示意图。
图8为如图6所示的第一分光合光元件的透光率曲线及入射至第一分光合光元件光线的波长曲线。
主要元件符号说明
光源*** 100、200、300
激发光源 110、210
会聚透镜 212、232
补充光源 320
第一光引导装置 130、230
第一反射元件 131、231
第二分光合光元件 133、233、333
收集透镜组 135、335
第二光引导装置 150
第二反射元件 151
匀光器件 153
波长转换装置 170、270、370
基板 171
光路转换区 172
第一区段 172a
第二区段 172b、372b
光转换区 173、373
红光段 173a
绿光段 173b
透射区 374
驱动单元 176
第一分光合光元件 180、380
第一预设光路 L1、M1、N1
第二预设光路 L2、M2、N2
轴线 h、h'
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
请一并参阅图1-图2，图1为本发明第一实施例中提供的光源***100的结构示意图，图2为如图1所示的波长转换装置170的俯视结构示意图。应用于投影设备的光源***100包括激发光源110、第一光引导装置130、第二光引导装置150、波长转换装置170及第一分光合光元件180。其中，所述激发光源110用于产生激发光，所述激发光入射至所述波长转换装置170，所述波长转换装置170高速旋转并交替出射沿第一预设光路L1及第二预设光路L2传输的激发光，其中，所述第一预设光路L1与所述第二预设光路L2分离。所述第一光引导装置130用于将沿第一预设光路L1出射的激发光引导至所述波长转换装置170的光转换区173，并将所述光转换区173产生的受激光引导至所述第一分光合光元件180。所述第二光引导装置150用于引导沿第二预设光路L2出射的激发光照射至所述第一分光合光元件180。所述第一分光合光元件180用于引导所述第一光引导装置130和第二光引导装置150出射的光线沿同一光路出射。
具体地，所述激发光源110可以为蓝光光源，发出蓝光激发光。可以理解的是，所述激发光源110不限于蓝光光源，所述激发光源110也可以是紫光光源、红光光源或绿光光源等。所述激发光源110包括用于产生所述激发光的发光体。本实施方式中，所述发光体为蓝光激光器，用于发出蓝光激光作为所述激发光，可以理解，激发光源110可以包括一个、两个或多个蓝光激光器，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。
所述波长转换装置170包括基板171及设置于所述基板171底部的驱动单元176。所述基板171在所述驱动单元176的带动下绕所述驱动单元176高速旋转。本实施例中，所述驱动单元176为电机。
如图2所示，所述基板171的顶面设置有光路转换区172及光转换区173。所述波长转换装置170顶面为圆形平面，所述光路转换区172与光转换区173为同心且具有不同半径的两个环形区域。本实施例中，所述光转换区173呈扇环形，所述光转换区173相较于所述光路转换区172邻近所述基板171的边缘，即所述光转换区173的半径大于所述光路转换区172的半径。可以理解的是，在其他实施例中，光路转换区172相较于光转换区173可以邻近所述基板171的边缘，即所述光路转换区172的半径可以大于所述光转换区173的半径。
具体地，所述光路转换区172包括第一区段172a与第二区段172b，所述第一区段172a及所述第二区段172b均为扇环形区域，本实施例中，所述第一区段172a与所述第二区段172b连接。可以理解的是，在其他实施例中，所述第一区段172a与所述第二区段172b可以间隔设置。
进一步地，所述光转换区173与所述第一区段172a形状相同且分别沿同一轴线h对称，所述第二区段172b相对于所述第一区段172a远离所述光转换区173所在扇环形的缺口设置。
所述第一区段172a设置有第一反射部，所述第二区段172b设置有第二反射部，所述第一反射部与所述第二反射部均设置有用于反射所述激发光的第一反射面与第二反射面。所述第一反射面与所述第二反射面均由镜面反射材料制成，比如高反铝、银等高反射率金属材料。在其他实施例中，第二反射面为散射面，比如高斯散射面。当激发光照射至所述第二反射面时，散射后的激发光相干性减小，散斑现象得到缓解。所述波长转换装置170高速旋转的过程中，所述激发光照射不同的散射区域会形成不同的散斑图案，所述第二反射面转动过程中，不同的散斑图案将经过人眼积分，进而形成均匀的蓝光激发光。
在其它实施方式中，光路转换区172还可以包括三个或三个以上区段，以对应将激发光引导至沿不同的光路。比如，光路转换区172包括三个区段，分别为第一区段、第二区段和第三区段，第一、第二、第三区段交替接收光源发出的激发光，并将激发光分别引导至三个不同的预设光路上，即第一区段将激发光引导至第一预设光路，第二区段将激发光引导至第二预设光路，第三区段将激发光引导至第三预设光路。或者，也可以是其中两个区段将激发光引导至相同的预设光路，另一区段将激发光引导至另一预设光路。比如，第一、第二区段将激发光引导至第一预设光路，第三区段将激发光引导至第二预设光路。当光路转换区172包括四个、五个或更多的区段时，其原理与上述的类似。
请结合图1进一步参阅图3-图4，图3为如图2所示的所述波长转换装置170的沿III-III线剖视图，图4为如图2所示的所述波长转换装置170的沿IV-IV线剖视图。如图3所示，所述第一区段172a中的第一反射面与所述基板171表面平行，所述第一反射面与所述第二反射面不在同一平面上。如图4所示，所述第二区段172b中的第二反射部的截面呈直角梯形，其中直角梯形的斜边为反射面，所述第二反射部包括一个第二反射面及多个与所述第二反射面相连接的侧壁，所述多个侧壁均垂直于所述基板171的表面，所述第二反射面远离所述基板171设置，并与至少一所述侧壁不垂直。所述第一区段172a及所述第二区段172b用于接收所述激发光，所述波长转换装置170高速旋转的过程中，所述第一区段172a与所述第二区段172b交替位于激发光所在的光路上，并交替将所述激发光分别反射至不同的预设光路。具体地，当所述第一区段172a位于所述激发光所在的光路上时，所述第一区段172a将所述激发光反射至第一预设光路L1并入射至所述第一光引导装置130；当所述第二区段172b位于所述激发光所在的光路上时，所述第二区段172b将所述激发光反射至第二预设光路L2并入射至所述第二光引导装置150。
如图2所示，所述光转换区173设置有波长转换材料以接收所述第一区段172a及所述第二区段172b中的其中一个区段出射的激发光，并将接收到的激发光转换为与所述激发光波长不同的至少一种颜色的受激光后出射。本实施例中，所述光转换区173设置有红光段173a与绿光段173b。所述红光段173a设置有红色荧光粉以在所述激发光的激发下产生红光受激光，所述绿光段173b设置有绿色荧光粉以在所述激发光的激发下产生绿光受激光，本实施例中，所述红光段173a与所述绿光段173b形状与大小相同。可以理解的是，在其他实施例中，可以根据需要改变所述红光段173a与所述绿光段173b对应圆心角的大小以改变产生红光受激光与绿光受激光的比例。另外，在其他实施例中，光转换区173还可以设置其他颜色的荧光粉以产生其他颜色的受激光，比如，在光转换区173分别设置绿色荧光粉和黄色荧光粉；或者，在光转换区173仅设置黄色荧光粉以产生黄光受激光。
请结合图2进一步参阅图1，所述第一光引导装置130包括第一反射元件131、第二分光合光元件133及收集透镜组135。
具体地，所述第一反射元件131用于对沿所述第一预设光路L1传输的激发光进行反射，并将其引导至所述第二分光合光元件133。所述第二分光合光元件133用于反射所述激发光，还用于透射所述受激光，本实施例中，所述第二分光合光元件133设置有反蓝透黄膜。所述收集透镜组135邻近所述波长转换装置170设置，所述收集透镜组135将所述第二分光合光元件133出射的沿所述第一预设光路L1传输的激发光会聚至所述光转换区173，并将所述光转换区173产生的受激光准直后沿所述第一预设光路L1穿过所述第二分光合光元件133入射至所述第一分光合光元件180。当然，在其它的一些实施例中，第一光引导装置130也可以不包括收集透镜组135，从第二分光合光元件133出射的光直接进入至波长转换装置170，从波长转换装置170出射的光经第二分光合光元件133引导出射。在其他实施例中，第一光引导装置130可以包括第一模块与第二模块，所述第一模块用于将沿第一预设光路L1出射的激发光引导至波长转换装置170的光转换区173；所述第二模块将所述光转换区173产生的受激光引导至第一分光合光元件180。在该种情况下，仅采用第一光引导装置即可将不同预设光路的光引导至所对应的光学器件上。
所述第二光引导装置150包括第二反射元件151与匀光器件153。所述第二反射元件151用于对沿所述第二预设光路L2传输的激发光进行反射，并将其引导至所述匀光器件153。所述匀光器件153对入射的激发光进行匀光并引导所述激发光入射至所述第一分光合光元件180，及调整所述激发光直径，使得入射至所述第一分光合光元件180的激发光与受激光具有相同的光束直径，从而提高所述第一分光合光元件180的出光均匀性。
所述第一分光合光元件180用于反射所述激发光，并透射所述受激光。本实施例中，所述第一分光合光元件180与所述第二分光合光元件133的结构与功能相同。
本发明第一实施例中提供的光源***100包括所述波长转换装置170，所述波长转换装置170的光路转换区172将所述激发光源110发出的激发光分时引导至所述第一预设光路L1与所述第二预设光路L2。沿所述第一预设光路L1出射的激发光经过所述第一光引导装置130后照射至所述波长转换装置170上的光转换区173从而产生所述受激光；沿所述第二预设光路L2出射的激发光经过所述第二光引导装置150后出射，沿所述第一预设光路L1出射的受激光与沿所述第二预设光路L2出射的激发光光路分离，避免了使用区域镀膜来实现所述激发光与所述受激光的合光，减小了所述激发光的损失，提高了出光的均匀性。另外，本发明实施例提供的光源***100完全在所述波长转换装置170的平台上，其结构紧凑，减小了所述光源***100所占据的空间体积，有利于应用所述光源***100的投影设备的小型化设计。
请参阅图5，为本发明第二实施例中提供的光源***200的结构示意图。本实施例中的光源***200与所述光源***100的区别在于，所述光源***200中的激发光源210与第一光引导装置230中分别设置有用于对光线进行会聚的会聚透镜212与会聚透镜232。本实施例中其他的部分与第一实施例中的相同，不做赘述。
具体地，所述激发光源210中的会聚透镜212用于对激发光进行会聚。所述会聚透镜212的焦距较长，所述激发光依次经过所述会聚透镜212及波长转换装置270的第一区段(图未示)反射后仍处于会聚的状态，并沿所述第一预设光路M1聚焦于第一反射元件231附近。
所述第一光引导装置230中的会聚透镜232设置于所述第一反射元件231与第二分光合光元件233之间，以对沿所述第一预设光路M1传输的激发光进行会聚。
经所述会聚透镜212会聚后的激发光光束宽度较小，并且相应地所述第一反射元件231的尺寸可以设置的很小，使得所述第一预设光路M1与第二预设光路M2有足够的分离空间，大大降低了相互干涉的可能，有利于所述光源***200及应用所述光源***200的投影设备的小型化设计。
与第一实施例相同的是，本发明第二实施例中提供的光源***200避免了使用区域镀膜来实现激发光与受激光的合光，减小了激发光的损失，提高了出光的均匀性。另外，本发明实施例提供的光源***200结构紧凑，减小了所述光源***200所占据的空间体积，有利于应用所述光源***200的投影设备的小型化设计。
请参阅图6，为本发明第三实施例中提供的光源***300的结构示意图。本实施例中的光源***300与第一实施例的光源***100的区别在于，光源***300中包括补充光源320以发出补充光，另外本实施例中的波长转换装置370与第一实施例中的波长转换装置170结构不同。本实施例中的其他部分与第一实施例中的相同，不做赘述。当然，本实施例也可以在第二实施例的基础上增加补充光源320以及与补充光源相对应的其它结构。
请参阅图7，为如图6所示的波长转换装置370的俯视结构示意图。所述波长转换装置370在所述波长转换装置170结构的基础上还包括能够透光的透射区374。所述透射区374填充有高折射率的减反射玻璃。所述透射区374为与光转换区373同心且具有相同的半径的环形区域，所述透射区374与第二区段372b的形状相同且分别沿同一轴线h'对称。
如图7所示，所述补充光源320设置于所述波长转换装置370的一侧并用于产生所述补充光。所述补充光源320相对于所述波长转换装置370上的荧光光斑远离收集透镜组335，所述透射区374出射的补充光沿第一预设光路N1经收集透镜组335与第二分光合光元件333出射至第一分光合光元件380。所述补充光经过高折射率的透射区374从而减小所述补充光通过所述透射区374的光程，提高所述收集透镜组335收集所述补充光的效率。
所述补充光源320包括LED光源，所述补充光与所述激发光为波长不同的同一颜色光。请参阅图8，为如图6所示的第一分光合光元件380的透光率曲线及入射至第一分光合光元件380光线的波长曲线。本实施例中，激发光源为蓝光激光器，发出波长为445nm的蓝光激发光；补充光源320为蓝光LED，发出波长为463nm-475nm的蓝光补充光。所述第一分光合光元件380及所述第二分光合光元件333结构与功能相同，均用于反射所述激发光，并透射所述补充光及所述受激光。
所述补充光与沿第二预设光路N2传输的激发光在所述第一分光合光元件380处进行合光，从而进一步消除光源***300出射激发光的散斑现象。
与第一实施例相同的是，本发明第三实施例中提供的光源***300避免了使用区域镀膜来实现激发光与受激光的合光，减小了所述激发光的损失，提高了出光的均匀性。另外，本发明实施例提供的光源***300结构紧凑，减小了所述光源***300所占据的空间体积，有利于应用所述光源***300的投影设备的小型化设计。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置的其中一表面设置有光转换区及光路转换区，所述光路转换区包括第一区段与第二区段，所述第一区段及所述第二区段用于交替接收激发光，并将所述激发光分别引导至不同的预设光路上，所述光转换区设置有波长转换材料以接收其中一个区段出射的激发光，并将接收到的激发光转换为与所述激发光波长不同的至少一种波长范围的受激光后出射。
2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一区段设置有第一反射部，所述第二区段设置有第二反射部，所述第一反射部与所述第二反射部分别设置有用于反射所述激发光的第一反射面与第二反射面，其中，所述第一反射面与所述第二反射面不在同一平面上。
3.如权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一反射面与所述波长转换装置的其中一表面平行，所述第二反射面与所述第一反射面所在的平面呈预设倾斜角度。
4.如权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二反射面为散射面。
5.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置表面呈圆形，所述光转换区与所述光路转换区为同心且具有不同半径的两个环形区域。
6.如权利要求5所述的波长转换装置，其特征在于，所述光转换区、所述第一区段及所述第二区段均为扇环形，其中，所述光转换区与所述第一区段形状相同且分别沿同一轴线对称，所述第二区段相对于所述第一区段远离所述光转换区所在扇环形的缺口设置。
7.如权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括能够透光的透射区。
8.如权利要求7所述的波长转换装置，其特征在于，所述透射区为与所述光转换区同心且具有相同的半径的环形区域，所述透射区与所述第二区段的形状相同且分别沿所述同一轴线对称。
9.一种光源***，其特征在于，所述光源***包括激发光源、第一光引导装置、第二光引导装置、第一分光合光元件及如权利要求1-6任意一项所述的波长转换装置，其中，
所述激发光源用于产生所述激发光，所述激发光入射至所述波长转换装置的光路转换区；
所述光路转换区用于接收所述激发光，并至少交替出射沿第一预设光路及第二预设光路传输的激发光，其中，所述第一预设光路与所述第二预设光路分离；
所述第一光引导装置用于将沿第一预设光路出射的激发光引导至所述波长转换装置的光转换区，并将所述光转换区产生的受激光引导至所述第一分光合光元件；
所述第二光引导装置用于引导沿第二预设光路出射的激发光照射至所述第一分光合光元件；
所述第一分光合光元件用于引导所述第一光引导装置和第二光引导装置出射的光线沿同一光路出射。
10.如权利要求9所述的光源***，其特征在于，所述第一光引导装置包括第一反射元件、第二分光合光元件及邻近所述波长转换装置设置的收集透镜组，所述第二分光合光元件用于反射所述激发光透射所述受激光，所述激发光沿所述第一预设光路依次经过所述第一反射元件及第二分光合光元件反射、所述收集透镜组会聚后照射至所述光转换区，所述光转换区产生的受激光依次经所述收集透镜组准直、第二分光合光元件透射后入射至所述第一分光合光元件。
11.如权利要求10所述的光源***，其特征在于，所述激发光源包括第一会聚透镜，部分所述激发光经所述第一会聚透镜会聚后聚焦于所述第一反射元件附近。
12.如权利要求9所述的光源***，其特征在于，所述第二光引导装置包括第二反射元件与匀光器件，沿所述第二预设光路出射的激发光依次经过所述第二反射元件反射、所述匀光器件匀光后入射至所述第一分光合光元件，所述匀光器件还调整入射激发光直径，使得入射至所述第一分光合光元件的激发光与受激光具有相同的光束直径。
13.如权利要求9所述的光源***，其特征在于，所述波长转换装置还包括能够透光的透射区，所述光源***包括第二光源，所述第二光源设置于所述波长转换装置的一侧并用于产生第二光，所述第二光经过所述透射区出射至所述第一分光合光元件并与所述激发光合光。
14.如权利要求13所述的光源***，其特征在于，所述第二光源包括LED光源，所述第二光与所述激发光为波长不同的同一颜色光。
15.如权利要求13所述的光源***，其特征在于，所述第一分光合光元件用于反射所述激发光，并透射所述第二光及所述受激光。
16.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备应用如权利要求9-15任意一项所述的光源***。
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