CN203217230U

CN203217230U - 发光装置及投影***

Info

Publication number: CN203217230U
Application number: CN 201320097997
Authority: CN
Inventors: 胡飞
Original assignee: Shenzhen Yili Ruiguang Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Appotronics Corp Ltd; Shenzhen Appotronics Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: WO2014135039A1; TWM482090U

Abstract

本实用新型实施例公开了一种发光装置及投影***，包括：第一激光光源；第二激光光源；光路调节装置接收同方向入射的第一激光和第二激光并沿不同光路出射；第一透镜接收光路调节装置出射的第一激光聚焦至波长转换装置；与第一透镜相同的第二透镜，接收光路调节装置出射的第二激光聚焦至散射装置；波长转换装置将第一激光转换为受激光出射至第一透镜；散射装置对该第二激光进行散射后出射至第一透镜；波长转换装置到第一透镜的光程与散射装置到第二透镜的光程相等，且第一透镜、第二透镜到光路调节装置的光程相等，第一透镜出射的受激光与第二透镜出射的第二激光经光路调节装置后光路重合。本实用新型提供一种混合较均匀并且结构紧凑的发光装置及投影***。

Description

发光装置及投影***

技术领域

本实用新型涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及投影***。

背景技术

激光荧光粉技术是一种新型的高亮度光源解决方案，这种技术可以广泛应用于投影显示等领域。激光荧光粉技术是利用激光激发荧光粉产生受激光以作为光源。由于激光的光功率密度很高，其激发荧光粉产生的受激光的光功率密度也很高，从而光源可以产生高亮度的受激光或者受激光与激发光的混合光。

图1为现有技术中一种发光装置的结构示意图，如图1所示，波长转换装置包括第一激光光源110、第二激光光源120、反射式色轮130、散射装置140、第一滤光片150、第二滤光片160、透镜170、匀光棒180。第一激光光源110出射445nm蓝色激光，445nm的蓝色激光颜色偏紫，尽管不适合直接用于直接投影显示，但其激发荧光粉的效率较高，该445nm的蓝光激光经第一滤光片150的反射后入射到反射式色轮130以产生黄色受激光。色轮130出射的黄色受激光会透射第一滤光片150至第二滤光片160。第二激光光源120出射462nm蓝色激光，462nm的激光颜色适合直接用于投影显示中蓝光的显示。462nm的蓝色激光会透射散射装置140后，入射到第二滤光片160。第二滤光片160将入射的462nm的蓝光激光和黄色受激光合并成同一光路依次出射至透镜170和匀光棒180，得到白光混合光。

但是，图1所示的发光装置的问题在于，发光装置出射的白光混合光中的黄光成分和蓝光成分混合并不均匀，可能出现偏色现象。另外，整个发光装置的结构比较复杂，不够紧凑。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种混合较均匀并且结构紧凑的发光装置及投影***。

本实用新型实施例提供了一种发光装置，包括：

第一激光光源，用于出射第一激光；

第二激光光源，用于出射第二激光；

光路调节装置，用于接收同一方向入射的第一激光和第二激光，并使得第一激光和第二激光沿不同光路出射；

第一透镜，用于接收光路调节装置出射的第一激光并将该第一激光聚焦至波长转换装置，且将波长转换装置出射的受激光准直后出射至光路调节装置；

与第一透镜相同的第二透镜，用于接收光路调节装置出射的第二激光并将该第二激光聚焦至散射装置，且将散射装置出射的散射光准直后出射至光路调节装置；

波长转换装置，包括第一表面，该第一表面用于接收第一透镜出射的第一激光，波长转换装置将第一激光转换为受激光并将该受激光从第一表面出射至第一透镜；

散射装置，包括第二表面，第二表面用于接收第二透镜出射的第二激光，散射装置对该第二激光进行散射，并将散射后的第二激光从第二表面出射至第一透镜；

所波长转换装置到第一透镜的光程与散射装置到第二透镜的光程相等，且第一透镜、第二透镜到光路调节装置的光程相等，波长转换装置经第一透镜出射准直后的受激光与散射装置经第二透镜准直后出射的第二激光经光路调节装置后合并为同一光路出射，且使得合光后的受激光与第二激光的光路重合。

优选地，第一激光光源和第二激光光源设置于同一个光源模组，且第一激光与第二激光同一方向出射。

优选地，光路调节装置为滤光片，该滤光片具有透射第一偏振态的第二激光和受激光且反射第一激光且垂直于第一偏振态的第二激光的光学特性，或者，该滤光片具有反射第一偏振态的第二激光和受激光且透射第一激光和垂直于第一偏振态的第二激光的光学特性，且第一激光光源出射的第一激光以第一偏振态入射到滤光片。

优选地，发光装置还包括一四分之一波片，该四分之一波片位于光路调节装置与散射装置之间。

优选地，发光装置还包括复眼透镜或者复眼透镜对，复眼透镜或者复眼透镜对用于接收第一激光和第二激光，并将该第一激光和第二激光进行匀光后出射至光路调节装置。

优选地，复眼透镜或者复眼透镜对匀光后出射到散射装置和波长转换装置的光斑为4：3或者16：9的长方形。

优选地，发光装置还包括散射透镜，该散射透镜位于复眼透镜或者复眼透镜对与第二透镜之间的第二激光的光路上，用于将该第二激光进行发散。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有如下有益效果：

本实用新型实施例中，由于波长转换装置到第一透镜的光程与散射装置到第二透镜的光程相等，第一透镜、第二透镜到光路调节装置的光程相等，且第一透镜和第二透镜的相同，准直入射的第一激光被第一透镜聚焦在波长转换装置表面的光斑与准直入射的第二激光被第二透镜聚焦在散射装置表面的光斑大小相等。另外，反射式散射装置可以将入射光散射成朗伯分布，而波长转换装置的出射的受激光也是朗伯分布，因此波长转换装置出射的受激光和散射装置出射的第二激光分别经过第一透镜和第二透镜准直后，形成形状相同，光强分布相同，截面面积相同的光束。而且经光路调节装置后光束重合，因此二者光斑重合，二者合并光路后，光路调节装置的出射光分布更加均匀。同时，仅利用一个光路调节装置实现了对第一激光和散射前的第二激光的分光以及受激光和散射后的第二激光的合光，提高了发光装置的结构紧凑性。

附图说明

图1为现有技术中一种发光装置的结构示意图；

图2为本实用新型发光装置的一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示发光装置的滤光片的光透过率曲线；

图4为图2所示发光装置中波长转换装置和散射装置的位置对换时

滤光片的光透过率曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式来对本实用新型的实施例进行详细分析。

实施例一：

图2为本实用新型发光装置的一个实施例的结构示意图，如图2所示，发光装置包括第一激光光源210、第二激光光源220、波长转换装置230、散射装置240、光路调节装置250、第一透镜260、第二透镜270。

第一激光光源210可以出射第一激光L1，第二激光光源220可以出射第二激光L2。具体地，第一激光L1为445nm的蓝光激光，可以用于激发波长转换材料以得到受激光；第二激光L2为462nm的蓝光激光，可以作为投影显示的蓝光成分。为了组装方便，第一激光光源210和第二激光光源220位于同一个光源模组内，并且位于光源模组的同一平面上，以使得第一激光L1和第二激光L2向同一个方向出射。

波长转换装置230包括波长转换层231和反射层232，波长转换层231包括黄光波长转换材料，可以接收激发光并将其转化为黄色受激光出射，并且直接从波长转换装置230的出射的光为朗伯分布。本实施例中的波长转换材料为荧光粉，例如YAG荧光粉，它可以吸收蓝光并受激发射黄色受激光。波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。

波长转换层231的第一表面231a接收入射的激发光，而反射层232被设置于波长转换层231的与第一表面231a相对的表面，可以反射入射到其表面的激发光或者受激光，因此波长转换层231产生的受激光同样从第一表面231a出射。这里的反射层232具体为高反铝片，高反铝片同时还可以起到基板的作用来对波长转换层231起到支撑的作用。但在波长转换层231本身刚性足够的情况下（例如波长转换层是通过将荧光粉掺杂在透明玻璃中形成的），波长转换层231不需要基板来进行支撑的，此时反射层232可以镀在波长转换层231的表面，同样具有反射效果。而在波长转换层231中的波长转换材料厚度足够的情况下，也可以不设置反射层232。

由于波长转换装置230的出射光为朗伯分布，为了使得散射装置240的出射光的分布与波长转换装置230的出射光一致以获得较均匀的混合光，散射装置240也必须可以将入射的第二激光L2散射成为朗伯分布。经过大量实验和测试我们发现，只有反射式的散射装置才可能将第二激光L2散射成接近朗伯分布。这是因为一般所使用的透射式散射装置（如图1中的散射装置140）由于出射光沿着入射光的方向传播，而散射装置中总是存在散射很小的局部区域甚至存在针孔(pin hole)使得入射的激光可以经过很少的散射甚至没有散射（直接穿过针孔）而形成出射光，这部分光仍然具有很强的方向性，不服从朗伯分布。而如果增大散射装置的厚度或密度来完全杜绝针孔的出现，则会大幅度的降低入射光的透射率从而降低散射装置的效率。与之相对应，反射式的散射装置的出射光与入射光方向相反，入射光必须要经过散射反射后改变方向才能够形成出射光，而且增大反射装置的密度或厚度并不降低效率，因此反射式的散射装置是高效的、朗伯散射的必须选择。在本实施例中，反射式散射装置240包括散射层241，散射层241设置有散射材料，第二激光L2从散射装置240的第二表面241a入射，可以被散射成朗伯分布同样从第二表面241a出射。散射装置240同时还可以消除第二激光L2的相干性。散射材料可以设置在一个反射衬底上，这样可以使得透射散射材料的光被该反射衬底反射而重新入射于散射材料并被散射。

为了实现发光装置的结构紧凑，光源模组与散射装置240位于光路调节装置250的两侧，第二激光L2透射光路调节装置入射于散射装置240；而光源模组与波长转换装置230位于光路调节装置250的同侧，第一激光L1经过光路调节装置250的反射入射于波长转换装置230。这样，光源模组、散射装置240和波长转换装置230这三者就围绕在光路调节装置250的三面，而另一面用于光的出射，因此这种结构最为紧凑。然而为了实现该结构正常工作，光路调节装置250要同时实现对第一激光L1和第二激光L2、第一激光L1和受激光L3、散射前的第二激光L1和散射后的第二激光L2三组光线的分光。由于波长的差异，第一激光L1和第二激光L2、第一激光L1和受激光L3可以利用滤光片来区分光路，而散射前的第二激光L2和散射后的第二激光L2的波长相同，是不能利用波长的差异而用滤光片进行区分光路的。

本实施例中，光路调节装置250是利用散射前的第二激光L2和散射后的第二激光L2的偏振态的差异对其进行区分的。根据相关光学知识可知，当包含偏振方向垂直的p偏振光和s偏振光的光垂直入射到滤光片时，该滤光片对p偏振光和s偏振光的阻带是相同的，其中p偏振光为偏振方向在入射方向和反射方向所构成的平面内的偏振光，s偏振光为偏振方向垂直于入射方向和反射方向所构成的平面的偏振光。但是当包含p偏振光和s偏振光的光入射于滤光片的入射角增大时，由于滤光片的膜层的作用，滤光片对光的阻带会向短波方向漂移，并且s偏振光的阻带会变得比p偏振光的阻带宽，使得p偏振光与s偏振光对应的透过率曲线通带边缘错开一定距离。随着入射于滤光片的入射角度越大，s偏振光的阻带与p偏振光的阻带宽度相差变大，p偏振光与s偏振光对应的透过率曲线通带边缘的距离越大。s偏振光与p偏振光所对应的透过率曲线通带边缘错开的位置所对应的波长，是可以由膜层设计来改变的。因此光路调节装置250可以利用滤光片对不同偏振态的入射光的不同反射率来实现对散射前的第二激光L2和散射后的第二激光L2区分光路。

具体地，光路调节装置250为与第一激光L1入射方向成45度放置的滤光片，该滤光片的光透过率曲线如图3所示，滤光片可以透射462nm的第一偏振态的第二激光，而反射445nm的第一激光和462nm偏振态垂直于第一偏振态的第二激光。这里的第一偏振态为p偏振态，垂直于第一偏振态的偏振态为s偏振态。

为保证第二激光L2完全透射滤光片250，第二激光L2被设置为以p偏振态出射。从第二激光光源220出射的第二激光L2透射滤光片250至散射装置240，并被散射后再次出射至滤光片250。由于散射后的第二激光L2为非偏振态，该无偏振态的第二激光L2中s偏振态的光将被反射而偏转90度出射。考虑到第二激光L2散射后偏振态并不一定完全被打乱，其中p偏振光可能占据超过一半的比例，因此为了增大s偏振光的比率，可以在滤光片250与波长转换装置230之间的光路上设置四分之一波片280，用于将占超过一半比例的p偏振光转化为s偏振光。此时从第二透镜270入射到滤光片250的第二激光L2中的s偏振态的光将大于50%，并被反射。另外，四分之一波片280还可以设置在散射装置240的散射材料和反射衬底之间，同样可以起到对入射光的偏振态进行转换的作用。

入射到滤光片250的第一激光L1将被反射而偏转90度至波长转换装置230，并激发波长转换材料而产生黄色受激光L3。黄色受激光L3将入射至滤光片250而透射并与散射后的s偏振态的第二激光L2同一光路出射。

值得说明的是，滤光片实际的透过率曲线的下降沿往往是具有一定的斜率，而445nm和462nm的蓝光的光谱距离很近，因此很可能滤光片250对第一激光L1和第二激光L2的反射率或者透射率不是100%，但是实际上这种情况也不会对第一激光L1和第二激光L2的利用率造成较大影响。例如，当滤光片不理想，445nm蓝光将部分透射进入散射装置。假定第一激光L1经由滤光片250反射进入波长转换装置230，反射率只有80%，则其余20%则被透射入射于散射装置240，经散射装置240散射反射后再次入射于滤光片250，若不考虑p偏振态的光透射滤光片250损失的部分，其余20%中的80%——也就是总能量的16%会反射并入射到后续的光学***中，只有4%的光被滤光片250透射而形成多余的损失，因此，实际上只需大部分的第一激光L1被反射至波长转换装置230，不会造成较大损失，这里的大部分指60%以上。对于第二激光L2的情况与第一激光L1类似，只需大部分被透射至散射装置240，就可以利用其改善出射光中的蓝光成分，并且由于被散射的比例减小了，损失的p偏振态的光占第二激光光源220出射的第二激光的比例反而减小了。

由于朗伯分布的光学扩展量很大，波长转换装置230和散射装置240的出射光经传播后的光束截面积会变的很大，因此需要设置第一透镜260和第二透镜270。第一透镜260可以接收光路调节装置250出射的第一激光L1并将该第一激光L1聚焦至波长转换装置230，且将波长转换装置230出射的受激光L3准直后出射至光路调节装置230。第二透镜270可以接收光路调节装置250出射的第二激光L2并将该第二激光L2聚焦至散射装置240，且将散射装置240出射的散射光准直后出射至光路调节装置250。

另一方面，为了保证入射到波长转换装置230和散射装置240的表面的光斑的大小一致，第一透镜260和第二透镜270相同，并且第一透镜260到波长转换装置230和第二透镜270到散射装置240的光程相等。此时，由于第一激光光源210和第二激光光源220出射的激光都为准直光，因此第一激光L1经第一透镜260在波长转换装置230的表面形成的光斑和第二激光L2经第二透镜270在散射装置240的表面形成的光斑大小相同，该两个光斑区域出射的受激光或者散射光经第一透镜260或者第二透镜270收集后出射的准直光的光分布也将相同。

但是，无论是第一激光光源210和第二激光光源220出射的准直光，还是经第一透镜260和第二透镜270调整后的准直光，都不可能做到是发散角为零的平行光。这里，当入射光经第一透镜260或者第二透镜270后，光束的截面积缩小，并可以全部入射到光路调节装置250的表面，就可以认为光束是准直的，优选地，光束的发散角小于等于10度，此时光束的扩散程度很小。因此这里，第一透镜260、第二透镜270与光调节装置250的光程相同，以保证第一透镜260和第二透镜270出射的准直光在光调节装置250的表面上的光斑大小相同。

进一步地，为了使得在滤光片250表面上光斑重合，波长转换装置230经第一透镜260出射准直后的受激光与散射装置240经第二透镜270准直后出射的第二激光经滤光片250后合并为同一光路出射，且使得合光后的黄色受激光L3与第二激光L2的光路重合。例如，可以设置第一透镜260和第二透镜270的光轴在滤光片250表面相交于同一点。

因此，通过上述发光装置，发光装置实现了出射完全重合的黄光和蓝光的混合光束，并且二者的光强分布相同，实现较好的均匀混合。另一方面，光源模组、波长转换装置230、散射装置240环绕在光路调节装置250的周围，实现了发光装置的紧凑结构。

另外，本实施例中的第一激光光源210和第二激光光源220的排列结构并不影响波长转换装置230和散射装置240表面的光斑的大小与位置，只要第一激光L1和第二激光L2能够被第一透镜260或第二透镜270收集即可。另一方面，第一激光光源210和第二激光光源220也可以不在同一光源模组内，只要保证二者同一方向入射到光调节装置250即可，例如，第一激光L1和第二激光L2先经一偏振片合光再入射光路调节装置250也是可以的。

本实施例中，波长转换装置230还包括驱动装置233，驱动装置233用于驱动波长转换层231运动，以使激发光在该波长转换层231上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换层231，以避免激发光长时间作用于波长转换层231的同一位置导致的该波长转换层231温度升高的问题。具体地，本实施例中，驱动装置233用于驱动波长转换层231转动，以使第一激光L2在该波长转换层231上形成的光斑沿预定的圆形路径作用于该波长转换层231。优选地，波长转换装置230呈圆盘状，波长转换层231呈与该圆盘同心的环状，驱动装置233为呈圆柱形的马达，并且驱动装置233与波长转换层231同轴固定。在本实用新型其它实施方式中，驱动装置233也可以驱动波长转换层231以其它方式运动，例如水平往复运动等。在波长转换层231的波长转换材料可以耐受较高温度的情况下，波长转换装置230也可以不设置驱动装置。

类似地，散射装置240也可以包括驱动装置242，驱动装置242用于驱动散射层241运动，以使第二激光L2在该散射装置240上形成的光斑沿预定路径作用于该散射装置240，避免热量集中在同一区域。另外，本实施例中，由于驱动装置242的存在，散射层241发生转动，因此激光入射到散射层241的光斑的位置是随时间变化的，因此发光装置所投影的区域的亮点的位置是不断变化，这个变化速度足够快的时候，人眼就不能察觉亮点的存在，从而相对于静止的散射装置具有更好的消除散斑的效果。

本实施例中，波长转换装置230和散射装置240的位置可以对换的，此时滤光片250的光透过率曲线如图4所示，滤光片250可以透射445nm的第一激光和462nm的p偏振态的第二激光，反射445nm的s偏振态的第二激光，设置第二激光光源的出射光以s偏振态入射到滤光片，此时滤光片250同样可以出射黄色受激光和p偏振态的第二激光的混合光。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型实施例还提供一种投影***，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影***可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

第一激光光源，用于出射第一激光；

第二激光光源，用于出射第二激光；

光路调节装置，用于接收同一方向入射的所述第一激光和第二激光，并使得所述第一激光和第二激光沿不同光路出射；

第一透镜，用于接收所述光路调节装置出射的第一激光并将该第一激光聚焦至所述波长转换装置，且将所述波长转换装置出射的受激光准直后出射至所述光路调节装置；

与所述第一透镜相同的第二透镜，用于接收所述光路调节装置出射的第二激光并将该第二激光聚焦至所述散射装置，且将所述散射装置出射的散射光准直后出射至所述光路调节装置；

波长转换装置，包括第一表面，该第一表面用于接收所述第一透镜出射的第一激光，所述波长转换装置将所述第一激光转换为受激光并将该受激光从所述第一表面出射至所述第一透镜；

散射装置，包括第二表面，所述第二表面用于接收所述第二透镜出射的第二激光，所述散射装置对该第二激光进行散射，并将散射后的第二激光从所述第二表面出射至所述第一透镜；

所述波长转换装置到所述第一透镜的光程与所述散射装置到所述第二透镜的光程相等，且所述第一透镜、第二透镜到所述光路调节装置的光程相等，所述波长转换装置经所述第一透镜出射准直后的受激光与所述散射装置经所述第二透镜准直后出射的第二激光经所述光路调节装置后合并为同一光路出射，且使得合光后的所述受激光与第二激光的光路重合。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述第一激光光源和第二激光光源设置于同一个光源模组，且所述第一激光与第二激光同一方向出射。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述光路调节装置为滤光片，该滤光片具有透射第一偏振态的所述第二激光和受激光且反射所述第一激光且垂直于第一偏振态的所述第二激光的光学特性，或者，该滤光片具有反射第一偏振态的所述第二激光和受激光且透射所述第一激光且垂直于第一偏振态的所述第二激光的光学特性；

且所述第一激光光源出射的第一激光以第一偏振态入射到所述滤光片。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括一四分之一波片，该四分之一波片位于所述光路调节装置与所述散射装置之间。

5.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括复眼透镜或者复眼透镜对，所述复眼透镜或者复眼透镜对用于接收所述第一激光和第二激光，并将该第一激光和第二激光进行匀光后出射至所述光路调节装置。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：所述复眼透镜或者复眼透镜对匀光后出射到所述散射装置和波长转换装置的光斑为4：3或者16：9的长方形。

7.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括散射透镜，该散射透镜位于所述复眼透镜或者复眼透镜对与所述第二透镜之间的第二激光的光路上，用于将该第二激光进行发散。

8.一种投影***，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的发光装置。