CN108563088A - 一种激光光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种激光光源装置。该激光光源装置包括激光器阵列、荧光轮和集光装置；其中：所述荧光轮，接收所述激光器阵列发射的激光入射光，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；所述集光装置，用于接收所述荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出。本方案中，实现了激光光源装置的小型化。

Description

一种激光光源装置

本申请是2016年02月26日提出的发明名称为“ 一种激光光源装置”的中国发明专利申请201610108241.7的分案申请。

技术领域

本发明涉及激光光源技术领域，尤其涉及一种激光光源装置。

背景技术

目前，激光光源的应用越来越广泛，例如投影仪，在这种应用中，需要的是不同颜色的激光合成的光源。但是某些颜色的激光光源的成本较高，为了降低成本，在激光光源中使用了荧光粉，利用激光激发荧光粉发出荧光。

下面介绍一种现有的激光光源装置。

图1示出了一种现有技术的激光光源装置，该激光光源装置包括：激光器11，位于激光器11出光方向上的会聚透镜组12，位于会聚透镜组12出光方向且与出光方向成45度角的合光单元13（如二向色镜），位于合光单元13出光方向的荧光轮14，分别位于荧光轮14正面和背面的第一准直透镜组15、第二准直透镜组16，位于合光单元13一侧、且垂直于激光器11的出光方向上的滤色轮17，位于滤色轮17与合光单元13之间的会聚透镜18，位于荧光轮14周围的中继回路19。

其中，图1示出的中继回路19由扩散片、多个反射镜和凸透镜组成。

其中，激光器11用于发射激光。

其中，荧光轮14为反射式荧光轮，具有镜面铝基板，能够对荧光粉在激光的激发下产生的荧光进行反射，使得荧光从荧光轮正面出射，并经过第一准直透镜组15的准直变成近似平行的光束后入射到合光单元13。荧光轮14还包括激光透射区，激光器11发出的激光从荧光轮14的背面出射，并经过中继回路19，最终入射到合光单元13处，与荧光进行合光输出，光束经过会聚透镜18，最终入射至滤色轮17进行滤色。

上述现有技术中的激光光源装置中分别设置有针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件（如上述中继回路）等等，结构复杂，尺寸较大。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种激光光源装置，用于解决现有的激光光源结构复杂，尺寸较大的问题。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种激光光源装置，包括激光器阵列、荧光轮和集光装置；其中：

所述荧光轮，接收所述激光器阵列发射的激光入射光，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；

所述集光装置，用于接收所述荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出。

较佳地，所述集光装置包括集光部件和匀光部件；其中：

所述集光部件，用于收集所述荧光轮射出的激光和荧光；

所述匀光部件，用于将所述集光部件收集的激光和荧光混合均匀后射出。

较佳地，所述集光部件为具有透光孔的反射曲面；其中，所述反射曲面的透光孔，用于透过入射至荧光轮的激光。

较佳地，所述反射曲面为椭球反射面；

所述匀光部件和所述荧光轮分别位于所述椭球反射面的两个焦点上。

较佳地，所述匀光部件为光锥或者光棒。

较佳地，所述激光散射区设置有对激光散射的颗粒涂层。

较佳地，还包括滤色轮；

所述滤色轮，包括荧光滤光区和激光透射区；其中，所述荧光滤光区用于对所述集光装置射出的荧光进行滤光；所述激光透射区用于透过所述集光装置射出的激光。

较佳地，所述荧光轮和所述滤色轮同轴设置。

较佳地，激光的颜色为蓝色；

所述荧光粉区包括绿色荧光粉区，桔色荧光粉区和黄色荧光粉区；或者，所述荧光粉区包括绿色荧光粉区和桔色荧光粉区。

较佳地，激光的颜色包括蓝色和红色；

所述荧光粉区包括绿色荧光粉区，和黄色荧光粉区；或者，所述荧光粉区包括绿色荧光粉区。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例提供的激光光源装置中，包括了激光器阵列、荧光轮和集光装置，其中，激光器阵列发射的激光入射至荧光轮，由于荧光轮接收的入射激光以及荧光轮中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮的正面射出，这样利用同一集光装置就可以直接将从荧光轮反射射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了激光光源结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现激光光源装置的小型化。另外，通过在荧光轮上设置激光散射区，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布（光能量相对集中）变成朗伯体分布（光能量相对均匀），降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

附图说明

图1为现有技术中的一种激光光源结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之一；

图4为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之二；

图5为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之三；

图6a为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之二；

图6b为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之三；

图7a为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之四；

图7b为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之五；

图8为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之四；

图9为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之五；

图10为本发明实施例提供的一种滤色轮的平面结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种激光光源装置的结构示意图之六；

图12为本发明实施例提供的一种荧光轮和滤色轮同轴设置时的平面结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种荧光轮和滤色轮同轴设置时的平面结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有的激光光源结构复杂，尺寸较大的问题，实现激光光源装置的小型化，本发明实施例提供了一种激光光源装置，包括激光器阵列、荧光轮和集光装置；其中：荧光轮，接收激光器阵列发射的激光入射光，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；集光装置，用于接收荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出。

下面结合附图和实施例对本发明实施例提供的一种激光光源装置进行更详细地说明。

实施例一

本发明实施例提供的激光光源装置，如图2所示，包括激光器阵列21、荧光轮22和集光装置23；其中：

荧光轮22，接收激光器阵列21发射的激光入射光，如图3所示，包括位于反射基板220上的荧光粉区221和激光散射区222；其中：荧光粉区221，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区222，用于对入射激光进行散射并反射出去；

集光装置23，用于接收荧光轮22反射出来的荧光和激光后混合射出。

其中，反射基板是指具有反射面的基板。

其中，荧光粉区221产生的荧光是向各个方向发散的，相对反射基板220的表面发散的荧光被反射出去，则所有的荧光沿180度左右的出射角度范围从荧光轮的正面射出。

图2中所示的激光装置23射出的光束中，虚线示意射出的荧光，实线示意射出的激光。

实施例中，随着荧光轮22的转动，入射激光在一段时间内照射到荧光粉区221，激发荧光粉产生荧光并反射出去，又一段时间内照射到激光散射区222，被激光散射区222散射并反射出去。

本发明实施例中，激光光源装置包括了激光器阵列21、荧光轮22和集光装置23，其中，激光器阵列21发射的激光入射至荧光轮22，由于荧光轮22接收的入射激光以及荧光轮22中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮22的正面射出，这样再利用同一集光装置23就可以直接将从荧光轮22射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了激光光源结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现激光光源装置的小型化。另外，通过在荧光轮22上设置激光散射区222，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布（光能量相对集中）变成朗伯体分布（光能量相对均匀），降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

较佳地，激光器阵列21包括N（N为正整数）组激光器。

为了减小激光器阵列21发射的激光的光斑，较佳地，如图4所示，激光光源装置中还包括合光单元24和凸透镜25；合光单元24，用于将激光器阵列21发射的激光进行合光；凸透镜25，用于将经合光单元24合光后的激光会聚后入射至荧光轮22。

较佳地，合光单元24包括至少一个合光镜；一个合光镜至少对应一组激光器。

例如，图4所示的激光光源装置中，激光器阵列21包括出光方向一致的两组激光器，合光单元24包括两个合光镜，其中，一个合光镜对应一组激光器。

再例如，图5所示的激光光源装置中，激光器阵列21包括出光方向相互垂直的两组激光器211，合光单元24包括一个合光镜，其中，一个合光镜对应两组激光器。

其中，合光镜可以但不限于包括偏振片和/或二向色镜片。

其中，偏振片可以根据激光极性的不同，将不同的极性沿相同的方向输出。偏振片可以透射一种极性的光，反射另一种极性的光。

其中，每组激光器具有多个发光芯片和准直透镜，各个准直透镜通过点胶固定在支撑架上，准直透镜架和激光芯片架中间具有密封橡胶薄膜，用于贴合压紧时密封，防止外部灰尘进入激光器内部。每组激光器中设置有阶梯镜；一个阶梯镜中包括的反射镜片个数与一组激光器中包括的激光器个数相同，阶梯镜的每个承载面上设置点胶槽，通过胶粘住各个反射镜片。每组激光器中的激光器发射的激光，通过阶梯镜进行合光。

实施例中，激光器阵列21发射的可以是单色（如蓝色）激光，由该单色激光激发多色荧光；激光器阵列21发射的也可以是双色（如红色和蓝色）激光，由该双色激光激发多色荧光。相应的，根据激光器阵列21发射的激光的颜色，需要对荧光轮22的荧光粉区221进行相应的设置，下面通过举例说明：

若激光的颜色为蓝色；如图6a所示，荧光粉区221包括绿色荧光粉区221a，桔色荧光粉区221b和黄色荧光粉区221c；或者，如图6b所示，荧光粉区221包括绿色荧光粉区221a和桔色荧光粉区221b。

若激光的颜色包括蓝色和红色；如图7a所示，荧光粉区221包括绿色荧光粉区221a，和黄色荧光粉区221c；或者，如图7b所示，荧光粉区包括绿色荧光粉区221a。

荧光轮中，较佳地，反射基板220为镜面铝基板，或者镀有铝膜的基板。这样的反射基板对各个波长的光均具有高反作用。

较佳地，激光散射区222设置有对激光散射的颗粒涂层。该颗粒涂层既可以是对特定波长的激光具有散射作用的颗粒涂层，也可以是对全波段具有散射作用的颗粒涂层，还可以是对某一范围波段具有散射作用的颗粒涂层。

实施中，上述颗粒涂层可以但不限于是硫酸钡颗粒涂层。硫酸钡颗粒涂层能够对某一范围波段的激光具有较高的散射作用。

较佳地，如图8所示，集光装置23包括集光部件231和匀光部件232；其中：

集光部件231，用于收集荧光轮22射出的激光和荧光；

匀光部件232，用于将集光部件231收集的激光和荧光混合均匀后射出。

较佳地，如图8所示，集光部件231为具有透光孔231a的反射曲面；其中，反射曲面的透光孔，用于透过入射至荧光轮22的激光。

本实施例的集光装置中，反射曲面可以对各个角度的光起到会聚作用，进而可以提高收集光的效率。并且，入射至荧光轮22的激光能直接通过反射曲面上的透光孔231a入射，无需其它光路转换部件，占用空间体积小，进一步简化了激光光源结构，利于激光光源装置的小型化。

实施中，反射曲面可以但不限于为椭球反射面；匀光部件232和荧光轮22分别位于椭球反射面的两个焦点上。

椭球反射面的特点是：任意一个焦点发出的光或通过该焦点的光，经椭球反射面反射后都会聚至另一个焦点，本实施例中，利用该特点，荧光轮22和匀光部件232分别位于椭球反射面的两个焦点上，使得位于一个焦点的荧光轮22中出射的荧光或者激光，经该椭球反射面反射后会聚至另一个焦点，即匀光部件232处，大大提高了收集光的效率。

考虑到荧光是呈180度发散的，为了更好的收集从荧光轮22表面发出的各个角度的光，较佳地，反射曲面为半椭球反射面。

较佳地，匀光部件232可以但不限于为光锥或者光棒。光锥与光棒可以为实心玻璃，或者玻璃拼接壳体。

实施中，若匀光部件232为光锥，光锥的入光口小于光锥的出光口。

如图8所示，光锥的入光口232a小于光锥的出光口232b，根据光学扩展量不变原理，从光锥的出光口232b射出的光束还能够被压缩发散角度。

实施例二

本实施例提供的激光光源装置，如图9所示，除了激光器阵列21、荧光轮22和集光装置23以外，激光光源装置还包括滤色轮26；

滤色轮26，如图10所示，包括荧光滤光区261和激光透射区262；其中荧光滤光区261用于对集光装置23射出的荧光进行滤光；激光透射区262用于透过集光装置23射出的激光。

本实施例中，经过滤色轮26的荧光和激光，即最终需要的光源。

实施例中，如图9所示，荧光轮22和滤色轮26可以同轴设置。这样，对荧光轮22和滤色轮26可以同时控制，控制方式简单，同时也便于从集光装置23收集的光以尽可能短的光路进入滤色轮26进行滤色。

实施例中，滤色轮26的圆周面积可以大于荧光轮22的圆周面积。这样可以全部接收从集光装置23出射的具有一定发散角度的光束。

实施中，激光器阵列21、荧光轮22和集光装置23的具体实施方式可参见实施例一，此处不再赘述。

当然，本实施例提供的激光光源装置中，也可以包括合光单元24和凸透镜25，具体实施方式可参见实施例一，此处不再赘述。

下面分别以单色激光和双色激光为例，对本发明实施例提供的激光光源装置进行更加详细地说明。

实施例三

在本实施例中，激光的颜色为蓝色（即单色激光），如图11所示的激光光源装置，包括激光器阵列21，位于激光器阵列21出光方向的合光单元24，位于合光单元24出光方向的凸透镜25，位于凸透镜25出光方向的荧光轮22，位于荧光轮22的出光侧的集光装置23，和位于集光装置23的出光侧的滤色轮26。

其中，激光器阵列21包括两组激光器；合光单元24中包括两个偏振片。每组激光器分别对应设置一个偏振片，第一组激光器发射的激光入射至第一偏振片，第二组激光器经过第二偏振片进行方向转折90度后达到第一偏振片进行合光。

其中，集光装置23包括集光部件231和匀光部件232。集光部件231为具有透光孔231a的半椭球反射面，匀光部件232为具有入光口232a和出光口232b的光锥；光锥的入光口232a和荧光轮22分别位于半椭球反射面的两个焦点上；并且，光锥的入光口232a小于光锥的出光口232b。

其中，荧光轮22包括位于镜面铝基板上（即反射基板220）的荧光粉区221和激光散射区222，并且均匀分布在外圆周；激光散射区222设置有对激光散射的颗粒涂层。滤色轮26，包括荧光滤光区261和激光透射区262，并且均匀分布在外圆周。如图12所示的荧光轮22和滤色轮26的平面结构示意图：荧光粉区221包括绿色荧光粉区221a，桔色荧光粉区221b和黄色荧光粉区221c；荧光滤光区261包括绿色滤光片261a，红色滤光片261b和黄色滤光片261c；其中，荧光轮22和滤色轮26同轴设置，相应的：绿色荧光粉区221a与绿色滤光片261a对应设置；桔色荧光粉区221b与红色滤光片261b对应设置；黄色荧光粉区221c与黄色滤光片261c对应设置；激光散射区222与激光透射区262对应设置。

其中，黄色滤光片261c和激光透射区262可以为透明玻璃。

基于以上激光光源装置的结构，荧光轮22与滤色轮26同步旋转，激光器阵列21发射的蓝色激光始终点亮，蓝色激光经过合光单元24合光后，经凸透镜25会聚后入射至荧光轮22，随着荧光轮22的转动，入射激光在一段时间内照射到荧光粉区221，激发荧光粉产生荧光（包括绿色、桔色、黄色荧光）并反射出去，又一段时间内照射到激光散射区222，被激光散射区222散射并反射出去。半椭球反射面接收荧光轮22射出的荧光和激光后反射至光锥的入光口231a，光锥将来自半椭球反射面反射的荧光和激光混合均匀后从光锥的出光口231b射出至滤色轮26。在滤色轮26中，绿色滤光片261a过滤得到绿光，红色滤光片261b从桔色荧光中过滤得到红光，黄色滤光片261c过滤得到黄光，激光透射区透过蓝光。因而，从滤色轮26射出的是绿光、红光、蓝光和黄光四基色，有利于提高色域。

实施例四

在本实施例中，激光的颜色包括蓝色和红色（即双色激光）；在实施例三的基础上，对荧光轮22和滤色轮26进行了改进，如图13所示的荧光轮22和滤色轮26的平面结构示意图：荧光粉区221包括绿色荧光粉区221a，和黄色荧光粉区221c；荧光滤光区261包括绿色滤光片261a和黄色滤光片261c；荧光轮22和滤色轮26同轴设置，相应的：绿色荧光粉区221a与绿色滤光片261a对应设置；黄色荧光粉区221c与黄色滤光片261c对应设置；激光散射区222与激光透射区262对应设置。

本实施例中，可以适当增大激光散射区222的区段，以及激光透射区262的区段。并且，在激光散射区222，可以分别设置针对蓝色激光和红色激光的不同的颗粒涂层，也可以仅设置同一种颗粒涂层。

基于以上激光光源装置的结构，荧光轮22与滤色轮26的同步旋转，当荧光轮22旋转至荧光粉区221段和蓝色的激光散射区222范围内，蓝色激光器点亮，当荧光轮22旋转至红色的激光散射区222时，红色激光器点亮。最终，从滤色轮26射出的也是绿光、红光、蓝光和黄光四基色，有利于提高色域。

需要说明的是，实施例三和实施例四中，也可以不设置黄色荧光粉区221c，仅输出绿色、红色和蓝色三基色。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种激光光源装置，其特征在于，包括激光器阵列、荧光轮和集光装置，所述激光器阵列发出的入射激光为蓝色和红色；

所述荧光轮包括荧光粉区和激光散射区，所述荧光粉区包括绿色荧光粉区；所述荧光粉区用于在所述入射激光的激发下发出荧光并反射出去，所述激光散射区用于对所述入射激光进行散射并反射出去；当所述荧光轮旋转至荧光粉区和蓝色的激光散射区时，蓝色激光器点亮；当所述荧光轮旋转至红色的激光散射区时，红色激光器点亮；

所述集光装置包括集光部件和匀光部件；所述集光部件包括具有透光孔的椭球反射面，用于收集所述荧光轮射出的激光和荧光；所述透光孔用于透过入射至荧光轮的所述入射激光；

所述匀光部件和所述荧光轮分别位于所述椭球反射面的两个焦点上；所述匀光部件，用于将所述集光部件收集的激光和荧光混合均匀后射出。

2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述椭球反射面还用于将所述荧光轮出射的荧光或激光反射后会聚至所述匀光部件。

3.根据权利要求2所述的激光光源装置，其特征在于，所述匀光部件为光锥或者光棒。

4.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光散射区设置有对激光散射的颗粒涂层。

5.根据权利要求1~4任一项所述的激光光源装置，其特征在于，还包括滤色轮；

所述滤色轮包括荧光滤光区和激光透射区；所述荧光滤光区包括绿色滤光片；其中，所述绿色滤光片用于从荧光中过滤得到绿光，所述激光透射区用于透过所述集光装置射出的激光。

6.根据权利要求5所述的激光光源装置，其特征在于，所述荧光轮和所述滤色轮同轴设置，且所述滤色轮的圆周面积大于所述荧光轮的圆周面积。

7.一种激光光源装置，其特征在于，包括激光器阵列、荧光轮和集光装置，所述激光器阵列发出的入射激光为蓝色和红色；

所述荧光轮包括荧光粉区和激光散射区；所述荧光粉区包括黄色荧光粉区、绿色荧光粉区；所述荧光粉区用于在所述入射激光的激发下发出荧光并反射出去，所述激光散射区用于对所述入射激光进行散射并反射出去；当所述荧光轮旋转至荧光粉区和蓝色的激光散射区时，蓝色激光器点亮；当所述荧光轮旋转至红色的激光散射区时，红色激光器点亮；

所述集光装置，包括集光部件和匀光部件；所述集光部件包括具有透光孔的椭球反射面，用于收集所述荧光轮射出的激光和荧光；所述透光孔用于透过入射至荧光轮的所述入射激光；

所述匀光部件和所述荧光轮分别位于所述椭球反射面的两个焦点上；所述荧光轮出射的所述荧光或所述激光经所述椭球反射面反射后会聚至所述匀光部件。

8.根据权利要求7所述的激光光源装置，其特征在于，所述匀光部件用于将所述集光部件收集的荧光及激光混合均匀后射出。

9.根据权利要求8所述的激光光源装置，其特征在于，所述匀光部件为光锥或者光棒。

10.根据权利要求7所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光散射区设置有对激光散射的颗粒涂层。

11.根据权利要求7~10任一项所述的激光光源装置，其特征在于，还包括滤色轮；

所述滤色轮包括荧光滤光区和激光透射区；所述荧光滤光区包括黄色滤光片、绿色滤光片；其中，所述黄色滤光片用于从荧光中过滤得到黄光，所述绿色滤光片用于从荧光中过滤得到绿光；所述激光透射区用于透过所述集光装置射出的激光。

12.根据权利要求11所述的激光光源装置，其特征在于，所述荧光轮和所述滤色轮同轴设置。

13.根据权利要求12所述的激光光源装装置，其特征在于，所述滤色轮的圆周面积大于所述荧光轮的圆周面积。