CN212112111U - 光源装置及光学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光源装置及光学设备，涉及光学的技术领域。该光源装置包括光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；所述激发光光路组件包括非旋转对称调光装置；所述光源组件发出的激发光经过所述非旋转对称调光装置改变分布状态，改变分布状态的所述激发光到达所述波长转换组件形成激发光斑，所述激发光斑激发波长转换组件生成受激发光；所述受激发光经过所述受激发光光路组件形成输出光，缓解了现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

Description

光源装置及光学设备

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其是涉及一种光源装置及光学设备。

背景技术

随着光学投影技术的发展，激光投影技术已经得到了越来越广泛的应用。激光投影机中大部分采用蓝色激光，再利用蓝色激光激发其他颜色的荧光粉来获得其它颜色的受激发光，以得到彩色光源。

激光荧光光源是指采用蓝色激光激发荧光粉产生荧光的光源装置，光源装置中发出的激发光，首先通过光整形元件整形成准直或是近似准直的光，然后经过分光片等元件入射到波长转换装置上，产生各种不同波长(不同颜色)的受激发光并反射，再经过光整形元件、分光片等元件后入射到光机***，从而为光机***提供光源。

一般来说，会聚到荧光粉上的光斑为一个圆形或是近似圆形，荧光粉发出的受激发光再经过光整形元件、分光片等元件后入射到光机***的光入口。由成像原理可知，会聚到光机***的光入口处的入射光斑也呈圆形或是近似圆形。实际的情况如图1所示，光机***的光入口1通常是一个矩形的孔，但入射光斑2为圆形或是近似圆形，因此入射光斑2与光入口1的形状、大小不匹配，一部分光会照射到光入口1的外面，造成部分光源亮度损失的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光源装置及光学设备，以缓解现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种光源装置，包括光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；

所述激发光光路组件包括非旋转对称调光装置；

所述光源组件发出的激发光经过所述非旋转对称调光装置改变分布状态，改变分布状态的所述激发光到达所述波长转换组件形成激发光斑，所述激发光斑激发波长转换组件生成受激发光；

所述受激发光经过所述受激发光光路组件形成输出光。

在一种可能的实施方式中，所述分布状态包括所述光源组件发出激发光的空间角度分布状态。

在一种可能的实施方式中，所述分布状态包括所述激发光在相互垂直的两个方向上的角度分布状态，其中一个方向上的角度分布范围大于另一个方向上的角度分布范围。

在一种可能的实施方式中，所述非旋转对称调光装置可围绕光轴旋转调整。

在一种可能的实施方式中，所述激发光斑非圆形分布。

在一种可能的实施方式中，所述激发光光路组件还包括第一光整形元件、第二光整形元件和分光片；

所述光源组件发出的激发光，依次经过所述第一光整形元件和所述非旋转对称调光装置转变为改变分布状态的激发光，再依次经过所述分光片和所述第二光整形元件到达所述波长转换组件，生成受激发光。

在一种可能的实施方式中，所述受激发光光路组件包括所述第二光整形元件、所述分光片和第三光整形元件；

所述受激发光依次经过所述第二光整形元件、所述分光片和所述第三光整形元件形成输出光。

在一种可能的实施方式中，所述第一光整形元件包括聚光透镜和散光透镜，且所述聚光透镜与所述散光透镜之间的间距可调节。

在一种可能的实施方式中，所述聚光透镜和所述散光透镜均为柱面镜，所述聚光透镜和所述散光透镜的屈光力子午线方向相同。

在一种可能的实施方式中，所述非旋转对称调光装置包括柱面镜、棱镜、各向异性的扩散片或透镜阵列。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种光学设备，包括光机***和上述的光源装置；

所述光源装置发出的输出光入射至所述光机***的光入口。

在一种可能的实施方式中，所述光机***的光入口为矩形；

所述光源装置发出的输出光在所述光入口形成椭圆形的光斑，所述光斑的长轴与所述光入口的长边方向一致，所述光斑的短轴与所述光入口的短边方向一致。

本实用新型实施例提供的光源装置，包括光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件。其中，激发光光路组件包括非旋转对称调光装置，光源组件发出的激发光经过非旋转对称调光装置后，转变为改变分布状态的激发光到达波长转换组件形成激发光斑，激发光斑激发波长转换组件生成受激发光，之后受激发光经过受激发光光路组件形成输出光。也就是说，本实用新型实施例提供的光源装置中，利用非旋转对称调光装置改变了激发光的分布状态，那么而后所生产的受激发光以及输出光也是改变分布状态的，从而实现了对输出光的形状的调整，使得输出光所形成的光斑的形状与其后的光学设备(例如光机***)的光入口的形状更加匹配，避免了光源的损失，从而缓解了现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为现有的光源输出的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光源装置的示意图；

图3a和图3b为本实用新型实施例1中柱面镜的原理示意图；

图4为本实用新型实施例1提供的光源装置的示意图；

图5为本实用新型实施例1中光源输出的示意图；

图6为本实用新型实施例2提供的光源装置的示意图；

图7为本实用新型实施例2中光源输出的示意图；

图8为本实用新型实施例3提供的光源装置的示意图；

图9a和图9b为本实用新型实施例3中各向异性的扩散片的原理示意图；

图10为本实用新型实施例3中光源输出的示意图；

图11为本实用新型实施例4提供的光源装置的示意图；

图12为本实用新型实施例4中透镜阵列的示意图；

图13为本实用新型实施例4中光源输出的示意图；

图14为本实用新型实施例5提供的光源装置的示意图；

图15为本实用新型实施例5中望远***的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

随着光学投影技术的发展，激光投影技术已经得到了越来越广泛的应用。激光投影机中大部分采用蓝色激光，再利用蓝色激光激发其他颜色的荧光粉来获得其它颜色的受激发光，以得到彩色光源。

激光荧光光源是指采用蓝色激光激发荧光粉产生荧光的光源装置，光源装置中发出的激发光，首先通过光整形元件整形成准直或是近似准直的光，然后经过分光片等元件入射到波长转换装置上，产生各种不同波长(不同颜色)的受激发光并反射，再经过光整形元件、分光片等元件后入射到光机***，从而为光机***提供光源。

一般来说，会聚到荧光粉上的光斑为一个圆形或是近似圆形，荧光粉发出的受激发光再经过光整形元件、分光片等元件后入射到光机***的光入口。由成像原理可知，会聚到光机***的光入口处的入射光斑也呈圆形或是近似圆形。实际的情况如图1所示，光机***的光入口100通常是一个矩形的孔，但入射光斑200为圆形或是近似圆形，因此入射光斑200与光入口100的形状、大小不匹配，一部分光会照射到光入口100的外面，造成部分光源损失的技术问题。

针对以上问题，本实用新型实施例提供一种光源装置，包括光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件。其中，激发光光路组件包括非旋转对称调光装置，光源组件发出的激发光经过非旋转对称调光装置改变分布状态，改变分布状态的激发光到达波长转换组件形成激发光斑，激发光斑激发波长转换组件生成受激发光，受激发光经过受激发光光路组件形成输出光。作为一个优选方案，激发光斑非圆形分布，例如椭圆形等形状。

需要说明的是，旋转对称意为无方向性，即旋转任意角度都一样，也称为旋转体。基于此，本实施例中的非旋转对称调光装置，意为会随旋转角度发生变化的调光装置，例如轴对称、镜面对称等形态。

其中，分布状态可以包含光源组件发出激发光的空间角度分布状态；或者，分布状态包含激发光在相互垂直的两个方向上的角度分布状态，其中一个方向上的角度分布范围大于另一个方向上的角度分布范围。

如图2所示，在一种可能的实施方式中，非旋转对称调光装置可围绕光轴旋转调整。激发光光路组件中除非旋转对称调光装置20以外，还包括第一光整形元件11、第二光整形元件13和分光片12，受激发光光路组件包括第二光整形元件13、分光片12和第三光整形元件15。

光源组件10发出的激发光，依次经过第一光整形元件11和非旋转对称调光装置20转变为改变分布状态的激发光，再依次经过分光片12和第二光整形元件13，以激发光斑A的形式到达波长转换组件14，生成受激发光。受激发光依次经过第二光整形元件13、分光片12和第三光整形元件15形成输出光。

本实用新型实施例提供的光源装置中，利用非旋转对称调光装置改变了激发光的分布状态，那么而后所生产的受激发光以及输出光也是改变分布状态的，从而实现了对输出光的形状的调整，使得输出光所形成的受激发光斑B的形状与其后的光学设备(例如光机***)的光入口的形状更加匹配，避免了光源的损失，从而缓解了现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

在一种可能的实施方式中，分光片12能够反射激发光，且能够透射受激发光。例如，分光片12可以采用二向色片，二向色片能够对一定波长的光完全透过，而对另一些波长的光完全反射。例如，本实施例中的分光片12能够反射波长较短的激发光，并且能够透射波长较长的受激发光。

在一种可能的实施方式中，波长转换组件14包括荧光轮，以及转轴、驱动器等使荧光轮发生旋转的部件(图中未示出)。在荧光轮的轮盘上，在同一个同心圆环上以周向方向划分有多个区域，这些区域中分别设置有不同颜色的荧光粉，使得经激发光照射之后发出不同颜色的受激发光，当然其中还包括一个无荧光粉的区域，而仅仅对蓝色的激发光进行反射，作为输出光中的蓝色光。

在一种可能的实施方式中，光源组件10为阵列光源，即光源组件10是一个阵列光源，并不是一个单体光源。也就是说，光源组件10是由许多同样的单体光源以阵列的形式组成的。另外，光源组件10还可以是由多个阵列光源的组合而成的。

本实用新型实施例提供的光源装置中，非旋转对称调光装置包括柱面镜、棱镜、各向异性的扩散片或透镜阵列等多种形式的元件，以下描述几种典型应用实施例：

实施例1

非旋转对称调光装置可以采用柱面镜，可以为负柱面镜，也可以为正柱面镜。如图3a所示，比如正柱面镜来说，光线通过柱面镜201的轴向子午线(图中竖直方向)不会出现聚散度的改变；如图3b所示，光线通过柱面镜201的屈光力子午线(图中水平方向)会出现聚散度的改变。

如图4所示，柱面镜201在光源装置中，屈光力子午方向对应于光机***的入光口的长边方向。实际使用中可以将柱面镜201设置为可旋转的调整结构，可以最大程度的实现受激发光斑B形状的匹配。在实际应用中，第一光整形元件11需要将光源组件10发出的激发光整形成准直或是近似准直的光，以实现柱面镜201改变光斑的目的。

图5是柱面镜201屈光力子午方向与光机***的入光口的孔径长边方向对应后的叠加匹示意图，从图中可以看出，受激发光斑B呈椭圆状分布，相比圆形的光斑，能够更加的匹配孔径，光利用效率更高。

实施例2

如图6所示，非旋转对称调光装置也可以采用棱镜202，棱镜202的顶点处在光轴或是光轴附近，与光轴平行。其原理是造成上下两侧(棱镜202的斜面方向)的光折射的方向不一致，前后(棱镜202的三角面延伸的方向)光不发生改变。在实际应用中同样要求第一光整形元件11需要将光源组件10发出的光整形成准直或是近似准直的光，以实现棱镜202改变光斑的目的。

如图7所示，使用中要求棱镜202的斜面方向与光机***的入光口的孔径长边方向对应，从图中可以看出，受激发光斑B呈椭圆状分布，相比圆形的光斑，能够更加的匹配孔径，光利用效率更高。同样实际使用中可以将棱镜202设置为可旋转的调整结构，可以最大程度的实现光斑形状的匹配。

实施例3

如图8所示，非旋转对称调光装置也可以采用各向异性的扩散片203，扩散片203呈平板形状，且各向异性的扩散片203两个方向上散射角度不一样。

如图9a所示，在X方向上，光的散射角度就比较大，因此X方向为大角度扩散方向；如图9b所示，在与X方向垂直的Y方向上，光的散射角度就比较小，因此Y方向为小角度扩散方向。

如图10所示，实际使用中要求扩散片203的大角度扩散方向(图9a中的X方向)要与光机***的入光口的孔径长边方向对应，从图中可以看出，受激发光斑B呈椭圆状分布，相比圆形的光斑，能够更加的匹配孔径，光利用效率更高。同样实际使用中可以将扩散片203设置为可旋转的调整结构，可以最大程度的实现光斑形状的匹配。

实施例4

如图11所示，非旋转对称调光装置也可以采用透镜阵列204。如图12所示，透镜阵列204由许多的小透镜组成，每个小透镜呈矩形。

如图13所示，透镜阵列204中小透镜的长边方向与光机***的入光口的孔径长边方向对应，可以看出，受激发光斑B呈椭圆状分布，相比圆形的光斑，能够更加的匹配孔径，光利用效率更高。同样实际使用中可以将透镜阵列204设置为可旋转的调整结构，可以最大程度的实现光斑形状的匹配。

实施例5

在一种可能的实施方式中，第一光整形元件包括聚光透镜和散光透镜，且聚光透镜与散光透镜之间的间距可调节。

在一种可能的实施方式中，聚光透镜和散光透镜均为柱面镜，进一步的，聚光透镜和散光透镜的屈光力子午线方向相同。具体如图14所示，第一光整形元件11可以设置为望远***的形式，其中包含凸透镜111和凹透镜112。

如图15所示，通过改变凸透镜111与凹透镜112之间的距离能够实现光斑A的形状和大小的调整。第一光整形元件11的调节方式就是改变入射到非旋转对称调光装置20的激发光的角度实现的，即第一光整形元件11的作用是改变激发光的出射方向，这个方向一般通过调整中第一光整形元件11某个镜片的位置实现。

当然，第一光整形元件11中的两个元件也不限于凸透镜与凹透镜，同样也可以是一组柱面镜形成的望远***，即一个正柱面镜与一个负柱面镜，两者的屈光力方向一致。

与现有技术相比，本实用新型实施例通过采用非旋转对称调光装置20，达到了改变激发光斑形状的目的，再配合第一光整形元件11中两个透镜位置的变化，与非旋转对称调光装置20的旋转调节相互配合，实现了激发光斑的形状和大小的调节。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种光学设备，包括光机***和上述任一实施例提供的光源装置，光源装置发出的输出光入射至光机***的光入口。

在一种可能的实施方式中，光机***的光入口为矩形，光源装置发出的输出光在光入口形成椭圆形的光斑，光斑的长轴与光入口的长边方向一致，光斑的短轴与光入口的短边方向一致。

本实用新型实施例提供的光学设备，与上述实施例提供的光源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。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

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，在本实用新型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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种光源装置，其特征在于，包括光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；

所述激发光光路组件包括非旋转对称调光装置；

所述光源组件发出的激发光经过所述非旋转对称调光装置改变分布状态，改变分布状态的所述激发光到达所述波长转换组件形成激发光斑，所述激发光斑激发波长转换组件生成受激发光；

所述受激发光经过所述受激发光光路组件形成输出光。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述分布状态包括所述光源组件发出激发光的空间角度分布状态。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述分布状态包括所述激发光在相互垂直的两个方向上的角度分布状态，其中一个方向上的角度分布范围大于另一个方向上的角度分布范围。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述非旋转对称调光装置可围绕光轴旋转调整。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述激发光斑非圆形分布。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述激发光光路组件还包括第一光整形元件、第二光整形元件和分光片；

所述光源组件发出的激发光，依次经过所述第一光整形元件和所述非旋转对称调光装置转变为改变分布状态的激发光，再依次经过所述分光片和所述第二光整形元件到达所述波长转换组件，生成受激发光。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述受激发光光路组件包括所述第二光整形元件、所述分光片和第三光整形元件；

所述受激发光依次经过所述第二光整形元件、所述分光片和所述第三光整形元件形成输出光。

8.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述第一光整形元件包括聚光透镜和散光透镜，且所述聚光透镜与所述散光透镜之间的间距可调节。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述聚光透镜和所述散光透镜均为柱面镜，所述聚光透镜和所述散光透镜的屈光力子午线方向相同。

10.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述非旋转对称调光装置包括柱面镜、棱镜、各向异性的扩散片或透镜阵列。

11.一种光学设备，其特征在于，包括光机***和如权利要求1至10任一项所述的光源装置；

所述光源装置发出的输出光入射至所述光机***的光入口。

12.根据权利要求11所述的光学设备，其特征在于，所述光机***的光入口为矩形；

所述光源装置发出的输出光在所述光入口形成椭圆形的光斑，所述光斑的长轴与所述光入口的长边方向一致，所述光斑的短轴与所述光入口的短边方向一致。

Images