CN103543590A

CN103543590A - 投影装置的照明模块以及在其中产生蓝色成分的方法

Info

Publication number: CN103543590A
Application number: CN201310295681.4A
Authority: CN
Inventors: 奥利弗·梅赫尔
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: US20140016297A1; DE102012212436A1; DE102012212436B4; US9170423B2; CN103543590B

Abstract

用于投影装置的照明模块（10）包括激光装置（12），设计用于发射蓝色波长区域中的线性偏振辐射，光轮（18），其布置在由激光装置（12）所发射的辐射的光路中，第一光束分离器（14），其在由激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在激光装置（12）和光轮（18）之间，以及聚焦装置（16），其在由激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在第一光束分离器（14）和光轮（18）之间，其中，照明模块（10）还包括至少一个偏振处理装置（32），其设计为使得两次以不同方向通过该偏转处理装置的辐射的偏振旋转90°，第一光束分离器（14）这样布置，使其进一步位于蓝色波长区域中的这样的辐射的光路中，该辐射以不同方向两次通过偏振处理装置（32）。

Description

投影装置的照明模块以及在其中产生蓝色成分的方法

技术领域

本发明涉及一种用于投影装置的照明模块，包括：激光装置，设计用于发射在蓝色波长区域中的线性偏振辐射；光轮，其部置在由激光装置发射的辐射的光路中；第一光束分离器，其在由激光装置发射的辐射的光路中布置在激光装置和光轮之间；以及聚焦装置，其在由激光装置发射的辐射的光路中布置在第一光束分离器和光轮之间。此外，本发明还涉及一种在相应的照明模块中产生蓝色成分的方法。

背景技术

在使用产生光线的发光物质，如LARP（激光激活远程荧光粉）的投影机中通常使用发光物质轮。在LARP概念中，透镜系统用于收集转换了的泵浦光，复杂的光路对于回收蓝色光束部分是必要的。原因在于，这样一种照明模块的总成本主要在于提供蓝色激光。因此人们努力，只使用一个光源用于泵送以及提供蓝色通道。因此，没有遇到荧光体的蓝光再次供给最初的光束。通过只使用一个用于蓝色通道的光源，也可允许生产明显更为紧凑的照明模块。

在这种相互联系中，图1示出了由现有技术水平已知的用于解决这个问题的方法，这个方法被称为“回绕”。照明模块作为一个整体被标记为10。它包括激光装置12，其设计用于发射在蓝色波长区域中的线性偏振的辐射。该辐射穿过第一光束分离器14，该第一分离器允许由在蓝色波长区域λ<465nm内的辐射穿过（HT=高透射），并且反射在蓝色波长区域λ>465nm内的辐射（HR=高反射）。因此，由激光装置12发射的辐射穿过发射镜14并入射到聚焦装置16上，该聚焦装置布置在光束分离器14和光轮18之间。

在照明模块10中，在侧视图中能看到光轮18，而在图1中在俯视图的右下方看到它。光轮18可旋转地安装在轴20上，并具有一个区域22a，该区域涂覆有荧光体，该荧光体将入射在其上的蓝色波长区域中的辐射转换为红色波长区域中的辐射。区域22b包括荧光体，该荧光体使入射在其上的蓝色波长区域中的辐射转换为绿色波长区域中的辐射，当区域22c涂覆有荧光体时，该荧光体将入射到其上的蓝色波长区域中的辐射转换为黄色波长区域中的辐射。区域24具有一个切口，也就是说当这个区域布置在图1的发光模块的上方时，光轮18的激发辐射可以不受阻碍地通过。由区域22a、22b、22c发射的辐射穿过聚焦装置16，并入射到反射镜14上。由于波长发生了改变，因此辐射现在只在反射镜14上反射。

与此相反，通过光轮18的切口了的区域24的辐射入射到校准装置26上，然后连续地入射到当前的三个转向镜28a、28b、28c。最后一个转向镜28c将辐射偏转到光束分离器14上，辐射穿过这个光束分离器，从而使得蓝色光束部分覆盖由发光物质转换的光束部分，并且然后提供给输入孔径投影机30的输入孔径30。

在图1中所示出的照明模块10的问题在于，为此所需的空间要求。特别的是，在便携应用中符合期望的是，所使用的照明模块要求尽可能少的空间。此外，在图1所示出的照明模块的另一个缺点是用于安装各种光学部件的较高的费用，这也反映在不期望的较高的生产成本方面。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种这样进一步改进了的这种类型的照明模块，使它在可比较的光学性能下，占用较少的空间。

该目的通过具有权利要求1所述特征的照明模块和具有权利要求15所述特征的方法来实现。

本发明以这个认识为基础，即该目的应这样来实现，即偏振处理装置设计为使得以不同的方向两次穿过偏振处理装置的辐射的偏转旋转90°，其中，第一光束分离器这样布置，使得第一光束分离器不仅位于由激光装置所发射的辐射的光路中，也位于蓝色波长范围内的辐射的光路中，该光路两次以不同的方向穿过偏振处理装置。通过这种方式提供这一可能性，由激光装置所发射的在蓝色波长区域中的辐射与要回收的、蓝色波长区域中的未转换的辐射相区别，特别是以不同的方向偏转各自的辐射，尽管是在一个狭窄的空间内。到达的和要回收的以及反射回来的辐射的不同的偏振方向实现了取决于偏振的区别，并由此实现了不同传播方向。

通过这种方式可实现具有非常小的几何尺寸的这样一种照明模块，由此也可实现所需空间特别小的相应的投影机。

在一个特别优选的设计方式中，其特征在于，第一光束分离器这样被布置，使得由激光装置所发射的辐射的入射角在30°和60°之间，优选的是45°。通过这种方式，可实现根据本发明的照明模块的特别紧凑的结构。

光轮优选地具有至少一个涂覆有荧光体的扇形面，其中，至少一个荧光体设计为，在通过蓝色波长区域中的辐射激活时，发射另一个波长区域中的辐射。联系到图1，这里要特别考虑这样的荧光体，其将蓝色波长区域中的辐射转换为红色、黄色或是绿色波长区域中的辐射。

特别优选的是设置第一光束分离器设计为允许在预定波长下的以及由激光装置所发射的那样的偏振的辐射穿过，以及在预定波长下以及以不同方向两次穿过偏振处理装置之后所存在的偏振的辐射被反射。通过这种方式，可为此单独使用第一光束分离器，使激光装置的激发辐射在光轮方向穿过，与此相反，要回收的、也就是说未转换的辐射在投影机方向偏转。

由于这种相互关系，当光轮具有至少一个扇形面时是特别有利的，该扇形面设计为反射至少在蓝色波长区域中的辐射，其中，第一光束分离器进一步设计为使得在预定波长区域上的并且如在以不同方向两次穿过偏振处理装置之后所存在的偏振的辐射被反射。通过这种方式，不仅是要回收的辐射由光束分离器偏转，已经各自通过荧光体转换的辐射也发生偏转。这样的照明模块利用最少数量的光学部件实现所希望的光学功能。

可选的是，光轮也可具有至少一个扇形面，该扇形面设计允许至少在蓝色波长区域中的辐射穿过，其中，第一光束分离器进一步设计为使得在预定波长上的并且如在以不同方向两次穿过偏振处理装置之后所存在的那样的偏振的辐射被反射，其中，照明模块还具有一个反射镜，该反射镜设计并布置为，使得穿过至少一个扇形面的辐射被向回反射到该至少一个扇形面上。通过这种方式，较少的高功率密度入射到光轮的基面上，从而延长光轮的使用寿命。此外，可实现对蓝色光束部分的单独校正。在此，反射镜可设计为弯曲的，由此可节省一个附加的校准装置。反射镜也可设计为平面镜，其中照明模块就具有一个校准装置，其布置在光轮和平面镜之间的光路中。

偏振处理装置可在由激光装置发射的辐射的光路中布置在第一光束分离器和聚焦装置之间。由此产生照明模块极为紧凑的结构。

可选的是，偏振处理装置可在由激光发射的辐射的光路中布置在光轮和反射镜之间。这样只有蓝色辐射必须经过偏振处理装置，而不是转换了的光束部分。因此，在隐身涂层上对于偏振处理装置的损失和要求明显降低。

作为上述第一光束分离器的替代，光轮可具有至少一个扇形面，该扇形面设计反射至少在蓝色波长区域中的辐射，其中照明模块还包括第二光束分离器，其布置在偏振处理装置和聚焦装置之间的光路中，第二光束分离器设计使得在预定波长下的辐射穿过，并使在预定波长上的辐射被反射。在这种替代方案中，照明模块还包括一个反射镜，该反射镜布置在由第一光束分离器反射的辐射的光路中，以及第三光束分离器，其一方面布置在由第二光束分离器反射的辐射的光路中，且另一方面布置在由反射镜反射的辐射的光路中，其中第三光束分离器设计为使得在预定波长上的辐射穿过，并使在预定波长下的辐射被反射。通过这种方式，第一光束分离器不需设计为波长敏感的，相反设计为偏振敏感已足够。与此相反，第二光束分离器不需设计为偏振敏感的，而是可单独设计为波长敏感的。这样可以较低成本实现这种根据本发明的照明模块。

预定波长至少为450±15nm，特别是462至465nm。

偏振处理装置特别是一种λ/4延迟板或是法拉第旋光器。特别是λ/4延迟板可实现根据本发明的照明模块极为紧凑的结构。

由激光装置发射的辐射优选地平行于第一光束分离器的入射面偏振和/或垂直于第一光束分离器的入射面偏振。平行的偏振在下面被称为p偏振，垂直的偏振被称为s偏振。

其他优选的设计方式在从属权利要求中给出。涉及根据本发明的照明模块而介绍的优选的设计方式以及它的优点相应地并且可用地适用于根据本发明的方法。

附图说明

在下面将结合附图详细描述本实施例。附图示出：

图1是在现有技术中已知的照明模块的示意图；

图2是根据本发明的照明模块的第一实施例的示意图；

图3是透射系数与图2中所示出的实施例中所使用的光束分离器的波长的相关性；

图4是根据本发明的照明模块的第二实施例的示意图；

图5是根据本发明的照明模块的第三实施例的示意图；

图6是根据本发明的照明模块的第四实施例的示意图；

图7是根据本发明的照明模块的第五实施例的示意图。

具体实施方式

参考到图1所引入的附图标记在下面将继续用于相同的部件或是相同作用的部件。这一点出于简明性不再介绍。

图2示出了根据本发明的照明模块10的第一实施例的示意图。在接下来的实施例中以此为出发点，即由激光装置12所发射的在蓝色波长区域中的辐射被p偏振。然而，其也一样能够良好地被s偏振，或者说包括s偏振和p偏振了的光束部分的混合。

p偏振了的辐射通过双箭头指明，而s偏振了的辐射通过由圆圈环绕的点来指明，参见图2中的相应图示。

与图1中的图示相区别的是，设计有扇形面24，该扇形段反射至少在蓝色波长区域中的辐射。在由激光装置12发射的辐射的光路中，根据本发明，偏振处理装置32布置在第一光束分离器14和聚焦装置16之间，偏振处理装置可设计为λ/4延迟板。偏振处理装置负责将两次以不同方向穿过偏振处理装置的辐射的偏振旋转90°。反射镜14设计使辐射在465nm下的和如被激光装置12所发射的偏振那样的辐射，也就是说p偏振的辐射穿过。与之相反，465nm下的并且由如以不同方向两次穿过λ/4延迟板之后所存在的偏振那样的辐射，也就是说s偏振的辐射被反射。此外，反射镜14设计使得高于465nm的辐射被反射，也就是说，如在光轮18的扇形面22a、22b、22c上的转换之后所存在的辐射那样的辐射。

在图2中示出的根据本发明的照明模块使用最少数量的光学部件。作为辐射源使用的激光装置12的线性偏振的辐射在穿过延迟板32之后圆周形地偏振，然后通过在未涂层的扇段24内的发光材料轮18的金属表面反射。通过反射传播方向发生改变，从而改变了辐射的空间的螺旋特性（Chiralitaet），也就是说，右圆周偏振的辐射转变为左圆周偏振的辐射，并且反之亦然。在再一次穿过相同的延迟板32之后，蓝色辐射以90°旋转了的偏振方向再次线性偏振，也就是说，从p偏振转换为s偏振，并且反之亦然。垂直于纸层偏振的辐射在光束分离器14上，同样如通过转换产生的光束部分，反射并因此在投影机30方向被引导。

图3示出了用百分比表示的透视系数与适宜的光束分离器14的纳米表示的波长的关系。在此，p偏振了的辐射的透射系数用虚线表示，它穿过s偏振了的辐射。可以看出，p偏振了的辐射在大约440至460nm之间非常良好地通过。从大约670nm开始，也就是说在可见区域的长波终端上才再次有p偏振了的辐射通过，而s偏振了的辐射在大约440至460nm之间反射。直到690nm才有s偏振了的辐射部分通过。然而它也是在可见区域的长波终端上，而且对光通量的贡献并不显著。在这里，损失是可接受的。

对于在图2中所示出的实施例，高功率密度入射到光轮18的基面上并且无法实现蓝色光束部分的单独校正。通过在图4和图5中所示出的实施例，这个问题可通过合适的方式来解决：

对于在图4中所示出的实施例，设置高反射的反射镜34，它设计并布置使经过扇形面24的辐射被向回反射到至少一个扇形面24上。扇形面24被设计为一个切口。对于在图5中所示出的实施例，代替弯曲的反射镜34，使用校正透镜36和平面镜38。

在图2、4和5中所示出的实施例中需要偏振敏感的光束分离器14，而在图6中所示出的实施例则不需要。然而它需要附加的光学元件。在图6的实施例中的光束分离器仅是偏振敏感的，不需要设计为波长敏感的。

在图6的实施例中所使用的光束分离器14被设计为对于波长为λ<465nm的p偏振了的辐射是高透射的，以及对于波长同样为λ<465nm的s偏振了的辐射是高反射的。然而，在延迟板32和光轮18之间布置有一个作为光束分离器40的翻转了的光学元件，其对于λ<465nm的辐射，也就是说由激光装置12所发射出的在蓝色波长区域中的辐射是高透射的，并且对于转换了的辐射，也就是说在λ>465nm的波长区域中的辐射是高反射的。为了将蓝色波长区域中的回收了的辐射和转换了的辐射聚焦在一起，需要另外两个光学元件，即反射镜42和光束分离器44，该光束分离器对于λ>465nm的波长区域中的辐射是高透射的，并且对于λ<465nm的辐射是高反射的。由于附加的光学部件，本实施例所需空间要大于根据图2至3、4的实施例所需空间。

根据本发明的照明模块的一个特别有利的实施例在图7中示出。对在图5中示出的实施例有所更改，延迟板32在这里位于反射镜38和光轮18之间。在图4中所示的设计方式中，可以相应地改变。通过这一措施，只有蓝色辐射必须经过延迟板32，而转换了的辐射部分则不必。因此，在隐身涂层上对于偏振处理装置的损失和要求明显降低。

在实践中，在转向镜和光束分离器之间还可设置其他的透镜用于辐射引导，出于简明性在本实施的示意图中未示出。

通过本实施例生产LARP照明模块，它的结构尺寸在面积需求方面可与紧凑的放电灯竞争。

作为在图6中示出的实施例的特殊情况，光束分离器14可设计为二向色性的。在图6中，第二个光束分离器40设计为二向色性的。

Claims

1.一种用于投影装置的照明模块（10），包括：

激光装置（12），所述激光装置设计用于发射蓝色波长区域中的线性偏振辐射；

光轮（18），所述光轮布置在由所述激光装置（12）发射的辐射的光路中；

第一光束分离器（14），所述第一光束分离器在由所述激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在所述激光装置（12）和所述光轮（18）之间；以及

聚焦装置（16），所述聚焦装置在由所述激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在所述第一光束分离器（14）和所述光轮（18）之间；

其特征在于，

照明模块（10）还包括至少一个偏振处理装置（32），所述偏振处理装置设计为使得以不同方向两次穿过所述偏转处理装置的辐射的偏振旋转90°，

其中，所述第一光束分离器（14）这样布置，使得所述第一光束分离器进一步位于在所述蓝色波长区域中的辐射的光路中，所述辐射以不同方向两次穿过所述偏振处理装置（32）。

2.根据权利要求1所述的照明模块（10），其特征在于，

所述第一光束分离器（14）这样布置，使得由所述激光装置（12）所发射的辐射的入射角在30°到60°之间，优选的是45°。

3.根据权利要求1或2所述的照明模块（10），其特征在于，

所述光轮（18）具有至少一个涂覆有荧光体的扇形面（22a；22b；22c），其中，至少一个所述荧光体设计为，在通过所述蓝色波长区域中的辐射激活时，发射另一个波长区域中的辐射。

4.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

所述第一光束分离器（14）设计为允许

在预定波长下的并且如由所述激光装置（12）所发射的那样的偏振的辐射穿过；以及

在所述预定波长下的并且如在以不同方向两次穿过所述偏振处理装置（32）之后所存在的偏振的辐射被反射。

5.根据权利要求4所述的照明模块（10），其特征在于，

所述光轮（18）具有至少一个扇形面（24），所述扇形面设计为反射至少在所述蓝色波长区域中的辐射，其中所述第一光束分离器（14）进一步设计为使得在所述预定波长上的并且如在以不同方向两次穿过所述偏振处理装置（32）之后所存在的偏振的辐射被反射。

6.根据权利要求4所述的照明模块（10），其特征在于，

所述光轮（18）具有至少一个扇形面（24），所述扇形面设计为允许至少在所述蓝色波长区域中的辐射穿过，其中，所述第一光束分离器（14）进一步设计为使得在所述预定波长上的并且如在以不同方向两次穿过所述偏振处理装置（32）之后所存在的偏振的辐射被反射，其中，所述照明模块（10）进一步具有反射镜（34，38），所述反射镜设计并布置为使得穿过至少一个所述扇形面（24）的辐射被向回反射到至少一个所述扇形面（24）上。

7.根据权利要求6所述的照明模块（10），其特征在于，

所述反射镜（34）被设计为弯曲的。

8.根据权利要求6所述的照明模块（10），其特征在于，

所述反射镜（38）被设计为平面镜，其中所述照明模块（10）包括校准装置（36），所述校准装置布置在所述光轮（18）和所述反射镜（38）之间的光路中。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

所述偏振处理装置（32）在由所述激光装置（12）发射的辐射的光路中布置在所述第一光束分离器（14）和所述聚焦装置（16）之间。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

11.根据权利要求1至3中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

所述光轮（18）具有至少一个扇形面（24），所述扇形面设计为反射至少在所述蓝色波长区域中的辐射，其中所述照明模块（10）还包括：

-第二光束分离器（40），所述第二光束分离器布置在所述偏振处理装置（32）和所述聚焦装置（16）之间的光路中，所述第二光束分离器（40）设计使得在预定波长下的辐射穿过，使在预定波长上的辐射被反射，

-反射镜（42），所述反射镜布置在由所述第一光束分离器（14）反射的辐射的光路中，以及

-第三光束分离器（44），所述第三光束分离器一方面布置在由所述第二光束分离器（40）反射的辐射的光路中，且另一方面布置在由所述反射镜（42）反射的辐射的光路中，其中所述第三光束分离器（44）设计为使得在所述预定波长上的辐射穿过，并使在所述预定波长下的辐射被反射。

12.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

所述预定波长至少为448nm，特别是462至465nm。

13.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

所述偏振处理装置（32）是λ/4延迟板或是法拉第旋光器。

14.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块（10），其特征在于，

由所述激光装置（12）发射的辐射平行于所述第一光束分离器（14）的入射面偏振和/或垂直于所述第一光束分离器（14）的入射面偏振。

15.一种用于在投影装置的照明模块（10）中产生蓝色成分的方法，其中，所述照明模块（10）包括：激光装置（12），所述激光装置设计用于发射蓝色波长区域中的线性偏振辐射；光轮（18），所述光轮布置在由所述激光装置（12）所发射的辐射的光路中；第一光束分离器（14），所述第一光束分离器在由所述激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在所述激光装置（12）和所述光轮（18）之间；以及聚焦装置（16），所述聚焦装置在由所述激光装置（12）所发射的辐射的光路中布置在所述第一光束分离器（14）和所述光轮（18）之间，

其特征在于以下步骤：

提供偏振处理装置（32），所述偏振处理装置设计为使得以不同方向两次穿过所述偏振处理装置的辐射的偏振旋转90°；以及

这样布置所述第一光束分离器（14），即所述第一光束分离器进一步位于所述蓝色波长区域中的辐射的光路中，所述辐射是由所述激光装置（12）所发射的、在所述第一光束分离器（14）和所述聚焦装置（16）之间的辐射。