CN111679424A - 波长转换装置及光源设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波长转换装置及光源设备，涉及光学技术领域。该波长转换装置包括基板，以及与所述基板固定设置的波长转换材料和反射槽；所述反射槽和所述波长转换材料呈环形；所述环形的径向截面中，所述反射槽呈椭圆的一部分，所述波长转换材料位于所述椭圆的任一焦点；来自光源的激发光在所述焦点处经过所述波长转换材料，生成受激发光，缓解现有技术存在的出光效率较低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种波长转换装置及光源设备。
背景技术
随着光学工业技术的发展，许多应用场合都需要用到高亮度的彩色光源，如舞台灯光、投影显示器以及红绿蓝(RGB)三基色背光等。其中，波长转换装置在激光光源照明、投影、光学照排以及光存储等领域应用广泛，波长转换装置通常可以将光源发出的激发光通过激发荧光层进行波长转换，产生出高亮度且不同于激发光波长的受激发光，也可以使激发光直接穿透进行成像，且因高效、低成本，而被广泛用于产生白光及单色光的技术领域。
现有的激光荧光粉显示技术利用多色荧光粉波长转换装置的旋转实现在不同时间产生不同颜色的光输出，最终实现白色光的输出。目前的波长转换装置通常采用分光片等元件，使激发光与受激发光分开，二者分别通过各自的光路后，聚合到一起形成白色光的输出。然而，现有技术中为实现激发光和受激发光分别通过两条光路，需要使用很多的分光片、聚光元件、反射元件等光学元件，使得波长转换装置的结构变得复杂，导致了出光效率较低的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长转换装置及光源设备，以缓解现有技术存在的出光效率较低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种波长转换装置，包括基板，以及与所述基板固定设置的波长转换材料和反射槽；
所述反射槽和所述波长转换材料呈环形；
所述环形的径向截面中，所述反射槽呈椭圆的一部分，所述波长转换材料位于所述椭圆的任一焦点；
来自光源的激发光在所述焦点处经过所述波长转换材料，生成受激发光。
在一种可能的实施方式中，所述波长转换材料设置在所述基板的表面。
在一种可能的实施方式中，所述波长转换材料设置与所述基板之间设置有分光膜层；
所述分光膜层透射激发光，且反射受激发光。
在一种可能的实施方式中，所述基板包括导热基板和环形的透光基板；
所述透光基板与所述导热基板固定连接，所述波长转换材料设置在所述透光基板的表面。
在一种可能的实施方式中，所述波长转换材料为荧光板材，所述荧光板材与所述基板固定连接。
在一种可能的实施方式中，所述荧光板材的入光面设置有分光膜层；
所述分光膜层透射激发光，且反射受激发光。
在一种可能的实施方式中，波长转换装置还包括设置于所述基板上的散热结构。
在一种可能的实施方式中，波长转换装置还包括与所述基板连接的驱动器。
第二方面，本发明实施例还提供一种光源设备，包括激发光发生器、激发光光路组件、受激发光光路组件和上述的波长转换装置；
所述激发光发生器发出的激发光，经过所述激发光光路组件入射至所述波长转换装置，由所述波长转换装置生成受激发光，并经过所述受激发光光路组件输出。
在一种可能的实施方式中，所述受激发光光路组件包括光积分棒；
所述激发光经过所述椭圆的第一焦点射入所述反射槽，所述受激发光经过所述椭圆的第二焦点射出所述反射槽；
所述光积分棒的光入口位于所述第二焦点处。
本发明实施例提供的波长转换装置，包括基板以及与基板固定设置的波长转换材料和反射槽，反射槽和波长转换材料呈环形。环形的径向截面中，反射槽呈椭圆的一部分，如半椭圆，波长转换材料位于椭圆的任一焦点。激发光在此焦点处经过波长转换材料，生成受激发光。本发明实施例采用了半椭圆状的反射槽，激发光从反射槽的第一焦点射入，受激发光从反射槽的第二焦点射出，在此过程中激发光在第一焦点或第二焦点处经过波长转换材料，生成受激发光。相比于现有技术，本发明实施例中使得激发光和受激发光实现以相同的光路出光，结构也更简单，出光效率更高，解决了现有技术存在的出光效率较低的技术问题。另外，半椭球是动态的反射收光结构，所以具有更好的散热性能，可以耐受更高的温度和功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的波长转换装置的示意图；
图2为本发明实施例一提供的波长转换装置中的局部示意图；
图3为本发明实施例二提供的波长转换装置的示意图；
图4为本发明实施例二提供的波长转换装置中的局部示意图；
图5为本发明实施例三提供的光源设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
随着光学工业技术的发展，许多应用场合都需要用到高亮度的彩色光源，如舞台灯光、投影显示器以及红绿蓝(RGB)三基色背光等。其中，波长转换装置在激光光源照明、投影、光学照排以及光存储等领域应用广泛，波长转换装置通常可以将光源发出的激发光通过激发荧光层进行波长转换，产生出高亮度且不同于激发光波长的受激发光，也可以使激发光直接穿透进行成像，且因高效、低成本，而被广泛用于产生白光及单色光的技术领域。
现有的激光荧光粉显示技术利用多色荧光粉波长转换装置的旋转实现在不同时间产生不同颜色的光输出，最终实现白色光的输出。目前的波长转换装置通常采用分光片等元件，使激发光与受激发光分开，二者分别通过各自的光路后，聚合到一起形成白色光的输出。然而，现有技术中为实现激发光和受激发光分别通过两条光路，需要使用很多的分光片、聚光元件、反射元件等光学元件，使得波长转换装置的结构变得复杂，导致了出光效率较低的技术问题。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供一种波长转换装置，包括基板以及与基板固定设置的波长转换材料11和反射槽12，反射槽12和波长转换材料11呈环形。环形的径向截面中，反射槽12呈椭圆的一部分，如半椭圆，反射槽12内壁对可见光具有高反射率，波长转换材料11位于椭圆的第一焦点。来自光源的激发光，例如蓝色激发光在焦点处经过波长转换材料11，生成各种颜色的受激发光。
本发明实施例采用了半椭圆状的反射槽12，激发光从反射槽12的第一焦点射入，并且在此处经过波长转换材料11生成受激发光，受激发光经反射槽反射后，从反射槽12的第二焦点射出。因为(半)椭圆的特性是，从其中一个焦点发出的光，经椭圆内表面反射后，都会聚于另一个焦点上，相比于现有技术，本发明实施例中使得激发光和受激发光实现以相同的光路出光，结构也更简单，出光效率更高，解决了现有技术存在的出光效率较低的技术问题。另外，半椭球是动态的反射收光结构，所以具有更好的散热性能，可以耐受更高的温度和功率。
如图1和图2所示，本实施例中，波长转换材料11设置在基板的表面。其中，基板包括导热基板13和环形的透光基板14，导热基板13呈圆形，透光基板14呈圆环状包围在导热基板13***。透光基板14与导热基板13固定连接，波长转换材料11设置在透光基板14的表面。
透光基板14应当具有良好导热性能，优选为透明陶瓷(如氧化铝、氮化铝、碳化硅等)、玻璃(如石英、普通光学玻璃)、涤纶树脂(Polyethylene Terephthalate，简称PET)等。此外，透光基板14与导热基板13之间也需要具有良好导热性能，以便于散发热量。
进一步的，波长转换材料11设置与透光基板14之间设置有分光膜层15，分光膜层15透射激发光，且反射受激发光。当激发光从上方射入时，可以没有阻碍的穿过分光膜层15，并经过波长转换材料11生成受激发光；受激发光被分光膜层15反射，从而被反射槽12内表面反射后，从第二焦点输出。
进一步的，波长转换装置还包括设置于导热基板13上的散热结构16。散热结构16为一带有散热鳍片且具有良好导热率的金属结构，其材料可选用银、铜、铝、钢或者其合金等。
进一步的，波长转换装置还包括与导热基板13连接的驱动器17。驱动器17可以采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方式，带动波长转换装置整体高速旋转。
在其他实施方式中，透光基板与导热基板也可以是一体式结构，即二者是一个整体，本身既透光材料，同时也具有良好的导热性。
实施例二：
如图3和图4所示，本发明实施例提供的波长转换装置与实施例一基本相同，其不同点在于，波长转换材料11设置于椭圆的第二焦点，而波长转换材料11与透光基板14之间也设置有分光膜层15。
本发明实施例中，激发光从反射槽12的第一焦点射入，经反射槽12反射后，从反射槽12的第二焦点射出，并且在此处经过波长转换材料11生成并输出受激发光。因为(半)椭圆的特性是，从其中一个焦点发出的光，经椭圆内表面反射后，都会聚于另一个焦点上，相比于现有技术，本发明实施例中使得激发光和受激发光实现以相同的光路出光，结构也更简单，出光效率更高，解决了现有技术存在的出光效率较低的技术问题。另外，半椭球是动态的反射收光结构，所以具有更好的散热性能，可以耐受更高的温度和功率。
在另一种可能的实施方式中，波长转换材料为荧光板材相当于上述实施例中的波长转换材料与透光基板合为一体。荧光板材与导热基板固定连接，应该板材可以采用荧光陶瓷或荧光玻璃。
进一步的，荧光板材的入光面设置有分光膜层，分光膜层透射激发光，且反射受激发光。分光膜层的作用与上述实施例一、二中所描述相同，此处不再赘述。
实施例三：
如图5所示，本发明实施例提供一种光源设备，包括激发光发生器20、激发光光路组件、受激发光光路组件和上述的波长转换装置10。激发光发生器发出21的激发光，经过激发光光路组件入射至波长转换装置10，由波长转换装置10生成受激发光，并经过受激发光光路组件输出至光学设备30(例如光机***)的光源入口。
其中，激发光光路组件包括第一聚光元件21、反射镜25和第二聚光元件22，受激发光光路组件包括光积分棒24和第三聚光元件23。在一种可能的实施方式中，光积分棒24的光入口位于反射槽的第二焦点处。第一焦点和第二焦点已在前述实施例中说明，即激发光经过椭圆的第一焦点射入反射槽，受激发光经过椭圆的第二焦点射出反射槽。
激发光发生器20发射的激发光经激发光光路组件后到达第一焦点的波长转换材料上，激发光在波长转换材料的激励下转换成受发激光，受激发光被透光基板上的分光膜层反射至反射槽中，被反射槽收集从第二焦点输出，并进入光积分棒24中进行匀光，然后输入至光机***中。
本发明实施例提供的光源设备，与上述实施例提供的波长转换装置，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括基板，以及与所述基板固定设置的波长转换材料和反射槽；
所述反射槽和所述波长转换材料呈环形；
所述环形的径向截面中，所述反射槽呈椭圆的一部分，所述波长转换材料位于所述椭圆的任一焦点；
来自光源的激发光在所述焦点处经过所述波长转换材料，生成受激发光。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换材料设置在所述基板的表面。
3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换材料设置与所述基板之间设置有分光膜层；
所述分光膜层透射激发光，且反射受激发光。
4.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板包括导热基板和环形的透光基板；
所述透光基板与所述导热基板固定连接，所述波长转换材料设置在所述透光基板的表面。
5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换材料为荧光板材，所述荧光板材与所述基板固定连接。
6.根据权利要求5所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光板材的入光面设置有分光膜层；
所述分光膜层透射激发光，且反射受激发光。
7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，还包括设置于所述基板上的散热结构。
8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，还包括与所述基板连接的驱动器。
9.一种光源设备，其特征在于，包括激发光发生器、激发光光路组件、受激发光光路组件和如权利要求1至8任一项所述的波长转换装置；
所述激发光发生器发出的激发光，经过所述激发光光路组件入射至所述波长转换装置，由所述波长转换装置生成受激发光，并经过所述受激发光光路组件输出。
10.根据权利要求9所述的光源设备，其特征在于，所述受激发光光路组件包括光积分棒；
所述激发光经过所述椭圆的第一焦点射入所述反射槽，所述受激发光经过所述椭圆的第二焦点射出所述反射槽；
所述光积分棒的光入口位于所述第二焦点处。
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