CN109188709A - 一种偏振光转换装置及光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种偏振光转换装置及光源系统。所述装置包括：旋转式的基体，所述基体包括两个以上的分区，至少一个所述分区为偏振转换分区，在所述基体旋转过程中将入射到所述偏振转换分区上的入射光的偏振方向进行转换，从而获得具有不同偏振方向的出射光，实现入射光偏振状态的时序调制。本发明所述偏振转换装置通过设置旋转式的基体，通过偏振转换分区，将具有单一方向的光转换为具有不同偏振方向的光，其中不同偏振方向的光中部分被分光元件反射后重复利用，通过所述设置可以避免激发光需要绕一圈后才能与受激发光合光导致光源的体积比较大的弊端，应用于光源系统时可以减小光源系统的体积，提高光源系统总体光利用效率。

Description

一种偏振光转换装置及光源系统

技术领域

本发明涉及激光投影装置，具体而言涉及一种偏振光转换装置及光源系统。

背景技术

激光光源作为投影显示光源使用具有高亮度、高效率、长寿命和高色域等优点，正在被越来越多的应用到投影显示产品中。

目前的激光投影显示产品中，激光光源系统大部分采用激光激发荧光体发光方式实现投影系统的照明，具体实现方式为：光源系统主要是通过盘式荧光轮及其光路结构获得时序的光输出，得到白光，利用荧光轮上的缺口获得蓝光，与盘体上激发的其他黄绿光组合成白光给投影系统使用。

上述激光光源系统存在以下问题：光源的体积因为合光的方式造成比较大；该方案由于需要在蓝光光路上使用扩散片消散斑，加上蓝光部分光路比较长，导致该部分光路的能量损失比较大，蓝光效率低，同时消散斑的效果一般；该光路不方便在光源处增加双色激光，比如红色激光，如果强制加入，需要在其它位置合光进去，造成体积的膨胀。因此需要设计一种新的分光装置及光路来改善目前存在的问题。

发明内容

本发明一方面提供一种偏振光转换装置，所述装置包括：旋转式的基体，所述基体包括两个以上的分区，至少一个所述分区为偏振转换分区，在所述基体旋转过程中将入射到所述偏振转换分区上的入射光的偏振方向进行转换，从而获得具有不同偏振方向的出射光，实现入射光偏振状态的时序调制。

可选地，所述基体为圆形轮式结构或桶式结构。

可选地，在所述偏振转换分区中，所述基体的材质为偏振转换材料或在所述基体的表面上设置有偏振转换材料。

可选地，所述偏振转换材料包括波片(例如1/4波片、半波片)或具有旋光特性的材料，以在所述基体旋转时使所述偏振光转换装置的出射光在允许的偏振角度范围内。

可选地，所述偏振转换分区由半波片覆盖，并且所述偏振转换分区包括若干子偏振转换分区，在任一所述子偏振转换分区中对应的所述半波片的晶体轴与入射光偏振方向的夹角在(45°±θ/2)度以内，其中θ为偏振转换分区转换前后线偏振方向的夹角与90°的差值。

可选地，所述基体中偏振转换分区之外的至少一个分区透过所述入射光。

可选地，所述基体中偏振转换分区之外的至少一个分区设置为透明材料或缺口。

可选地，所述装置还包括：驱动元件，所述驱动元件带动所述基体旋转。

可选地，其特征在于，所述入射光具有线偏振或近似线偏振的光。

本发明的再一方面提供了一种光源系统，所述光源系统包括：

光源，所述光源产生出射光，该出射光作为偏振光转换装置的入射光；

上述的偏振光转换装置，所述光源发出的出射光经所述偏振光转换装置转换为具有不同偏振方向的偏振光；

分光元件，所述偏振光转换装置出射的具有不同偏振方向的偏振光分别透过所述分光元件和经所述分光元件反射；

波长转换元件和光引导组件，透过所述分光元件的偏振光经所述波长转换元件改变波长后通过所述分光元件反射以进行合光，同时所述分光元件反射的偏振光经所述光引导组件后通过所述分光元件透射以进行合光；或经所述分光元件反射的偏振光经所述波长转换元件改变波长后通过所述分光元件透射以进行合光，同时透过所述分光元件的偏振光经所述光引导组件后通过所述分光元件反射以进行合光。

可选地，在所述光源和所述偏振光转换装置之间还设置有光路整形元件，以对所述光源的出射光进行准直整形，其中，所述光路整形元件包括沿光路设置的凸透镜和/或凹透镜。

可选地，在所述偏振光转换装置和所述分光元件之间和/或光引导组件中还设置有扩散片，以破坏偏振光的相干性。

可选地，所述分光元件包括偏振分光镜。

可选地，所述偏振分光镜与入射至所述偏振分光镜的偏振光之间的夹角为45°。可选地，所述波长转换元件包括轮式波长转换元件和桶式波长转换元件中的一种。

可选地，所述波长转换元件的表面包含若干分区，在若干分区上设置有不同颜色的波长转换材料。

可选地，所述光源系统还包括：

整形透镜，设置于所述波长转换元件和所述分光元件之间，以对所述分光元件的出射光聚焦同时对所述波长转换元件的受激光进行准直。

可选地，所述波长转换元件设置于所述整形透镜的焦点或焦点前后。

可选地，所述光引导组件包括：

线偏振光/圆偏振光转换元件，用于将入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件的线偏振光转换为圆偏振光；

反射元件，对所述圆偏振光进行反射，并入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件中将所述圆偏振光转换为线偏振光再经所述分光元件后进行合光。

可选地，所述反射元件包括轮式反射元件和桶式反射元件中的一种。

可选地，所述反射元件包括具有散色作用的反射片。

可选地，所述光引导组件还包括：

另一扩散片或整形透镜，设置于所述线偏振光/圆偏振光转换元件和所述反射元件之间。

本发明所述偏振转换装置通过设置旋转式的基体，通过偏振转换分区，将具有单一方向的光转换为具有不同偏振方向的光，其中不同偏振方向的光中部分被分光元件反射，部分在经反射元件和宽波段四分之一波片组成的重复利用结构后重复利用，通过所述设置可以避免激发光需要绕一圈后才能与受激发光合光导致光源的体积比较大的弊端，应用于光源系统时可以减小光源系统的体积，提高光源系统总体光利用效率，该光路可以灵活搭配各种消散斑的方式，提升消散斑的水平，同时还可以方便的实现双色激光的方案。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了目前光源系统的结构示意图；

图2示出了本发明一具体实施方式中的偏振光转换装置的结构示意图；

图3A示出了本发明一具体实施方式中的偏振光转换装置包含的基体的示意图；

图3B示出了本发明一具体实施方式中的偏振光转换装置的侧视图；

图4A-4C示出了本发明另外具体实施方式中的偏振光转换装置包含的基体的示意图；

图5示出了本发明一具体实施方式中的光源系统的结构示意图；

图6示出了本发明另一具体实施方式中的光源系统的结构示意图；

图7示出了本发明再一具体实施方式中的光源系统的结构示意图；

图8示出了本发明再一具体实施方式中的光源系统的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

目前激光投影机常用的光源结构如图1所示，所述激光投影机包括激光光源11，以及在激光光源的光路上依次设置的光路整形元件(例如凸透镜12、凹透镜13)，扩散片14、二向色镜15和荧光轮，其中，所述荧光轮包括荧光轮盘17和设置于所述荧光轮盘表面的荧光材料18，荧光材料18用于产生不同颜色的光，其中在所述光源结构中还包括多个反射组件，用于引导激光光源11发出的光经过荧光轮后再次投射往二向色镜15以形成部分出射光。

其中，下面结合附图以激光光源发射蓝光为例进行详尽的说明，在附图1中实线表示的是蓝色激光的光路走向。光源11发出的蓝色激光经过光路整形元件中的凸透镜12、凹透镜13，二向色镜15后，穿过荧光轮的缺口直接出射，蓝色激光经所述多个反射组件绕一圈后又通过二向色镜出射，形成部分出射光23。荧光部分的光路走向见图中的虚线箭头所示，蓝色激光照射荧光轮上的荧光材料产生受激光，受激光反射后形成光线24并通过二向色镜15反射形成出射光，受激光的出射光25与蓝光出射光23合色，以得到输出白光。

现有技术方案中由于蓝光需要绕一圈后形成出射光与受激发光的出射光合光，导致光源的体积比较大，而且由于需要在蓝光光路上使用扩散片消散斑，导致该部分光路的能量损失比较大，同时消散斑的效果一般导致激光光源系统总体光利用效率低。此外，光路不方便增加双色激光，比如红色激光，如果强制加入，造成体积的膨胀。

实施例一

本发明提供了一种偏振光转换装置，所述装置包括：旋转式的基体，所述基体包括至少两个以上的分区，至少一个所述分区为偏振转换分区，以在所述基体旋转时将入射光转换为具有不同偏振方向的光，从而实现对激光偏振状态的时序调整，达到分光的目的，进而实现白光的输出。

示例性地，如图2所示，其中1为光源发出的光，光源为具有线偏振或近似线偏振的光，比如蓝色激光，2为偏振转换装置，该偏振转换装置上有两个或两个以上的分区，如图3A所示，其中一个或一个以上的分区有偏振转换的材料，通过合理设计分区的大小，在旋转的过程中实现对光源光偏振方向的调制，得到偏振方向具有两个或两个以上的偏振方向，由于偏振转换装置的旋转，光源发出的光在不同的时间段会通过不同的分区，而不同分区对于光源发出的光的偏振状态的转换是不同的，因此，光源发出的光的偏振状态在时序上被转换，光源发出的光的偏振状态得到调制。其中，分区的数目并不局限于某一数值范围。需要指出的是，对于光源的偏振态并不作出特别限定，即使光源发出的光不具有线偏振或近似线偏振的光，如图2和图3中所示的偏振转换装置，仍然能对光源发出的光进行偏振调制。

示例性地，偏振转换装置设置于所述光源的出射光路上，用于对具有线偏振或近似线偏振的光进行偏振方向的调制，得到具有第一偏振方向的第一偏振光和具有第二偏振方向的第二偏振光。例如，具有线偏振或近似线偏振的光进入所述偏振转换分区后，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光。其中，入射光在改变偏正方向后进入分光元件，分光元件使入射的第一偏振光沿着所述第一方向反射，使第二偏振光沿着与所述第一方向垂直的第二方向透过。第一偏振光被分光元件反射后，再经反射元件和宽波段四分之一波片组成的重复利用结构后重复利用，示例性地，该重新利用是第一偏振光返回分光元件并输出。并且，所述重复利用结构并不限于反射元件和宽波段四分之一波片组成，所述重复利用结构包括任何可以将第一偏振光再次形成输出光的元件，重复利用结构并不局限于前述示例。

示例性地，所述基体设置为可以旋转的轮式结构，其中，所述轮式装置包括圆形板状结构。此外，除了圆形板状结构，桶式结构可以应用本申请，其他能够实现上述偏振转换功能的形状也可以应用于本申请，并不局限于该示例。

示例性地，所述基体设置为可旋转的结构，以实现对偏振光源的时序的转换。示例性地，可以通过控制所述基体的旋转速度来控制所述偏振光源的时序。

示例性地，所述基体的旋转速度可以根据实际需要进行设置，并不局限于某一数值范围，例如在本发明的一示例中所述基体的旋转速度为3600-10800转/分。

示例性地，所述基体中偏振转换分区之外的分区设置为透过所述光源的光，即透光分区。由此在基体旋转过程中，当所述光源的激发光入射到透光分区时，激发光直接透过所述偏振转换装置，当所述光源的激发光入射到偏振转换分区时，所述偏振转换分区对所述激发光进行偏振转换，得到具有第一偏振方向的第一偏振光和具有第二偏振方向的第二偏振光。

示例性地，所述基体选用透光材料或该分区设置为缺口，所述透光材料并不局限于某一种，可以选用本领域常用的材料，在此不再赘述。

其中，所述偏振转换分区可以在所述基体的表面上贴敷偏振转换材料，或者在所述基体中所述偏振转换分区直接由偏振转换材料组成，即在所述基体中透光分区由透光材料组成，所述偏振转换分区由偏振转换材料组成，在偏振转换分区不再设置透光材料。需要说明的是，上述实施方式为示例性的，只要透光分区能够实现对激发光透过，偏振转换分区对激发光进行偏振转换即可。

示例性地，偏振转换材料可以使用半波片，或具有旋光特性的材料，或具有偏振分离层、反射层以及相位差层的复合材料。

示例性地，如图4A所示，所述基体划分为四个分区，其中分区一至分区三中的至少一个为透光材料，其中分区一至分区三中的至少一个也可以作为偏振转换补充分区，其中所述偏振转换分区包括半波片，用于对激发光进行偏振转换。此外，如图4A所示，由于半波片的轴只能一个方向，导致装置旋转的过程中会造成在不同位置，光源的偏振方向与晶体轴的夹角不一样，造成出光的偏振方向为一系列一个角度范围内的分布。作为优选，所述偏振转换分区被进一步划分为若干子偏振转换分区，在任一所述子偏振转换分区中对应的所述半波片的晶体轴与入射光偏振方向的夹角在(45°±θ/2)度以内，其中θ为偏振转换分区转换前后线偏振方向的夹角与90°的差值，以保证出射光的偏振方向大致具有单一性。其中，偏振转换分区和偏振转换补充分区均可以选择为半波片。

可选地，对所述偏振转换分区进行微分，所述偏振转换分区划分为子偏振转换分区的数目并不局限于某一数值范围，其中将所述偏振转换分区划分为子偏振转换分区的数目越多，越可以进一步缩小偏振方向的角度范围，进而使得入射光通过该分区后可以得到几乎具有单一性的偏振方向，如图4B所示。偏振补充分区的划分方式可以参考偏振转换分区的划分方式。

在本发明的一实施方式中，设定允许的偏振方向的角度范围，并根据设定的角度范围对所述偏振转换分区划分，以使划分的子偏振转换分区的出射光在允许的偏振范围内。

其中，允许的偏振方向的角度范围根据实际需要进行设定，在此不对该角度范围作限定。

示例性地，偏振转换的材料选择具有旋光特性的材料构成，如图4C所示，由于具有旋光特性材料的晶体轴垂直于盘面，所以旋转的过程中出射的光的偏振方向具有单一性。其中，旋光材料的旋光的角度可以根据实际要求制作，主要与材料的种类及厚度有关，在此不再赘述。偏振补充分区可以选择与偏振转换分区相同的材料和构成，也可以选择其他构成方式。

示例性地，所述偏振转换材料可以为复合层结构，例如包括偏振分离层、反射层以及相位差层的复合材料层，其中在该复合材料层中可以包括若干层偏振分离层、若干层反射层以及若干层相位差层，其中若干层上述的所述偏振分离层、反射层以及相位差层的设置方式也并不局限于某一种，例如可以依次设置偏振分离层、反射层以及相位差层，并重复该设置。偏振补充分区可以选择与偏振转换分区相同的材料和构成，也可以选择其他构成方式。

可选地，所述装置还包括驱动元件，所述驱动元件带动所述基体进行匀速的旋转。

其中，所述驱动元件包括马达，如图3B所示，其中所述基体紧贴所述马达设置，由所述马达带动所述基体转动。例如所述基体为大致圆盘状，中心部由马达的旋转轴固定且能旋转。作为一种实施方式，在所述基体的中心设置有轴孔，在轴孔处设置固定环，旋转马达以转轴穿入该轴孔与固定环紧固，使该旋转马达能以转轴带动基体，当激发光源的出射光打在基体的不同分区时进行相应的处理。可选择的，驱动元件带动所述基体进行非匀速的旋转，如此设置可以更加灵活的控制光经过所述基体后的偏振状态时序。

本发明所述偏振转换装置通过设置旋转式的基体，通过偏振转换分区，将具有单一方向的光转换为具有不同偏振方向的光，其中不同偏振方向的光中部分被分光元件反射，部分在经反射元件和宽波段四分之一波片组成的重复利用结构后重复利用，通过所述设置可以避免激发光需要绕一圈后才能与受激发光合光导致光源的体积比较大的弊端，应用于光源系统时可以减小光源系统的体积，同时提高光源系统总体光利用效率。

实施例二

本发明还提供了一种光源系统，所述光源系统包括：

光源，所述光源产生具有单一方向的出射光；

实施例一所述的偏振光转换装置，具有单一方向的出射光经所述偏振光转换装置转换为具有不同偏振方向的偏振光；

分光元件，具有不同偏振方向的偏振光分别透过所述分光元件和经所述分光元件反射；

波长转换元件，透过所述分光元件或经所述分光元件反射的偏振光经所述波长转换元件改变波长后通过所述分光元件反射以进行合光；

光引导组件，经所述分光元件反射或透过所述分光元件的偏振光经所述光引导组件后通过所述分光元件透射以进行合光。

下面结合附图对本发明的所述光源系统做详细的说明。参照附图5，本发明的光源系统包括光源101，用于发射具有单一偏振方向的出射光，也即所述光源发射具有线偏振或近似线偏振的出射光，例如蓝色激光。需要指出的是，对于光源的偏振态并不作出特别限定，即使光源发出的光不具有线偏振或近似线偏振的光，如图5中所示的光源系统，仍然能对光源发出的光进行偏振调制。

所述出射光可以为蓝色光、红色光、紫色光或者紫外光等，但并不以上述为限，出射光可以为任意颜色。所述光源为激光光源，由特定的激光光源装置发射具有单一偏振特性的激光，目前使用较多的是日本日亚公司的445nm/30W的激光光源，当然也可以使用其他激光光源。为了保证光源的出光效果，根据使用的激光光源数量及偏振特性不同，可适当调整合光的光路。

其中，光路整形元件使与从光源入射的照明光的中心轴垂直的面内的照度均匀化。可选地，当光源101发射的光满足特定需求时，光路整形元件可以不包括在光源系统中。

示例性地，所述光路整形元件至少包括透镜阵列，所述透镜阵列包括多个透镜，其中透镜的数目、种类以及设置方式，可以根据实际需要进行设置。在本发明的一实施例中，所述整形元件包括在出射光的光路上依次设置的凸透镜102和凹透镜103，以对光源的出射光202进行调整。

可选地，所述光路整形元件还可以包括调光元件，配置于透镜阵列之间，或者透镜阵列的一侧，例如后侧，用于对将出射光光束的一部分遮挡。在本发明中，其中前侧和后侧是以沿出射光前进的方向为参照，后侧为出射光前进的方向。

示例性地，所述偏振光转换装置选用实施例一所述的偏振光转换装置，当然实施例一中偏振光转换装置的变形、替换的方式也可以应用于该光源系统，在此不再赘述。

示例性地，如图5所示，所述分光元件106用于对偏振光转换装置转化后的具有不同偏振方向的偏振光分别进行透射和反射。

例如，具有线偏振或近似线偏振的光进入所述偏振转换分区后，分解成相互正交的第一偏振光和第二偏振光，所述分光元件可以实现第一偏振光的反射，第二偏振光的透射，或者所述分光元件可以实现第二偏振光的反射，第一偏振光的透射。

在本发明的一实施方式中，如图5所示，所述分光元件对第一偏振光206反射，对第二偏振光205透射。

其中，所述分光元件106选用偏振分光镜或其他可以实现所述目的光学元件，在此不再赘述。

示例性地，可选用偏振分光镜PBS(Polarized Beam Splitter)，该偏振分光镜可以是棱镜，也可以是平面镜。

所述偏振分光镜与入射至所述偏振分光镜的偏振光之间的夹角为45°，例如所述偏振分光镜相对于水平面倾斜45度设置，以使经所述波长转换元件改变波长后的出射光经所述分光元件反射前后相互垂直，同时使偏振光转换装置出射的偏振光经所述分光元件反射前后相互垂直。

可选地，在所述偏振光转换装置和所述分光元件之间还设置有扩散片105，以破坏偏振光的相干性。

示例性地，所述波长转换元件108用于对分光元件的透射光改变波长，以产生不同颜色的光；或者所述波长转换元件108用于对分光元件的反射光改变波长，以产生不同颜色的光。

可选地，所述波长转换元件的表面包含若干分区，在若干分区上设置有不同颜色的波长转换材料。

可选地，所述波长转换元件包括轮式波长转换元件和桶式波长转换元件中的一种。例如，所述波长转换元件108选用轮式或桶式荧光装置，如图7所示。

在本发明的一实施例中所述波长转换元件选用荧光轮装置，其具备在周向上相邻地排列设置的若干不同颜色的荧光体，以产生不同颜色的受激光，例如选用在周向上相邻地排列设置有第一光源荧光体、第二光源荧光体和第三光源荧光体的荧光轮，其中，所述第一光源荧光体经分光元件的透射光或反射光照射后产生具有第一波长的受激光，所述第二光源荧光体经分光元件的透射光或反射光照射后产生具有第二波长的受激光，所述第三光源荧光体经分光元件的透射光或反射光照射后产生具有第三波长的受激光。更具体地，例如所述激发光为蓝光，透射后产生的受激光分别为红、黄和绿光等，其中所述受激光的颜色可以根据实际需要进行选择，并不局限于某一种。

可选地，荧光轮配置为与来自透射激发的出射光的光轴正交。马达驱动荧光轮旋转。其中，荧光轮形成为大致圆盘状，中心部固定到马达的轴部。荧光轮的基材是由铜、铝等形成的金属基材，通过银蒸镀等对该基材的激发光照射装置侧的表面进行镜面加工。在荧光轮的外周缘附近，在周向上排列设置有荧光部。荧光部形成在进行了镜面加工的荧光轮的表面。例如，荧光部包含在周向上排列设置的作为第一光源的黄色荧光体、作为第二光源的绿色荧光体和作为第三光源的红色荧光体。

可选地，所述荧光轮装置还可以进一步包括散热器，用于将荧光体产生的热及时散发以对所述荧光轮装置降温。

示例性地，所述光源系统还包括整形透镜107，设置于所述波长转换元件和所述分光元件之间，以对所述分光元件的出射光聚焦同时对所述波长转换元件的受激光212进行准直。该整形透镜能够大大减小光源系统的尺寸。

其中，所述波长转换元件设置于所述整形透镜的焦点前后，例如所述波长转换元件设置于所述整形透镜的焦点上或者前后适当的距离范围之内，具体地距离范围可以根据实际需要进行设置，并不局限于某一数值范围。

例如，如图5-图8所示，所述整形透镜选用若干凸透镜，用于对分光元件的透射光进行会聚，同时收集荧光轮装置发出的受激光，从而提高光收集效率。

所述光引导组件包括：

线偏振光/圆偏振光转换元件，用于将所述分光元件反射的偏振光转换为圆偏振光；

反射元件，对所述圆偏振光进行反射，并入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件中将所述圆偏振光转换为第三线偏振光再透射出所述分光元件进行合色。

或者线偏振光/圆偏振光转换元件，用于将所述分光元件透射的偏振光转换为圆偏振光；

反射元件，对所述圆偏振光进行反射，并入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件中将所述圆偏振光转换为第三线偏振光再反射出所述分光元件进行合色。

示例性地，如图5所示，所述光引导组件包括：

线偏振光/圆偏振光转换元件109，用于将所述分光元件反射的第一偏振光206转换为圆偏振光207；

反射元件111，对所述圆偏振光207进行反射，并入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件中将所述圆偏振光207转换为第三线偏振光209再透射出所述分光元件106进行合色。在本发明的一实施方式中，如图7所示，所述线偏振光/圆偏振光转换元件为1/4波片，使入射的第一偏振光206由线偏振变成圆偏振光207，其中，111为反射元件(例如反射镜)，经过反射镜后偏振光208仍然为圆偏振光，只是方向相反，经过1/4波片后，变成第三线偏振光209，第三线偏振光209与第一偏振光206的偏振方向相互垂直，第三线偏振光209经过偏振分光镜后得到透射出光210，与受激光合光。

其中，所述反射元件包括轮式反射元件和桶式反射元件中的一种。如图5所示，所述反射元件选用反射镜；或者如图6所示，所述反射元件选用具有散射作用的反射片，提升消散斑的效果，其中所述反射镜和所述具有散射作用的反射片可以为附图7所示的轮式或桶式结构。其中轮式结构可以与荧光轮装置具有类似的结构，在此不再赘述。

进一步，所述光引导组件还包括：另一扩散片112(如图5所示)或整形透镜110(如图6所示)，设置于所述线偏振光/圆偏振光转换元件和所述反射元件之间。

进一步，所述光源系统还进一步包括光合成元件，用于将受激光和偏振分光镜的透射出光进行合光。

进一步，所述光源可以为单色光源，还可以为双色光源或是多色光源。

其中，当光源选择双色光源或是多色光源时，双色光源或是多色光源的光源波长不同，采用合色镜合色进入光路。如图8所示，其中101光源可以由第一光源(101A光源)与第二光源(101B光源)组成，第一光源与第二光源波长不同，采用合色镜合色进入光路，比如101A为蓝色的激发光源，101B为红色的激光光源。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (23)

1.一种偏振光转换装置，其特征在于，所述装置包括：旋转式的基体，所述基体包括两个以上的分区，至少一个所述分区为偏振转换分区，在所述基体旋转过程中将入射到所述偏振转换分区上的入射光的偏振方向进行转换，从而获得具有不同偏振方向的出射光，实现入射光偏振状态的时序调制。

2.根据权利要求1所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述基体为圆形轮式结构或桶式结构。

3.根据权利要求2所述的偏振光转换装置，其特征在于，在所述偏振转换分区中，所述基体的材质为偏振转换材料或在所述基体的表面上设置有偏振转换材料。

4.根据权利要求3所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述偏振转换材料包括波片或具有旋光特性的材料，以在所述基体旋转时使所述偏振光转换装置的出射光在允许的偏振角度范围内。

5.根据权利要求3所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述偏振转换分区由半波片覆盖，并且所述偏振转换分区包括若干子偏振转换分区，在任一所述子偏振转换分区中对应的所述半波片的晶体轴与入射光偏振方向的夹角在(45°±θ/2)度以内，其中θ为偏振转换分区转换前后线偏振方向的夹角与90°的差值。

6.根据权利要求1所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述基体中偏振转换分区之外的至少一个分区透过所述入射光。

7.根据权利要求6所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述基体中偏振转换分区之外的至少一个分区设置为透明材料或缺口。

8.根据权利要求1所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述装置还包括：驱动元件，所述驱动元件带动所述基体旋转。

9.根据权利要求1-8任一项所述的偏振光转换装置，其特征在于，所述入射光具有线偏振或近似线偏振的光。

10.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：

光源，所述光源产生出射光，该出射光作为偏振光转换装置的入射光；

权利要求1至9之一所述的偏振光转换装置，所述光源发出的出射光经所述偏振光转换装置转换为具有不同偏振方向的偏振光；

分光元件，所述偏振光转换装置出射的具有不同偏振方向的偏振光分别透过所述分光元件和经所述分光元件反射；

波长转换元件和光引导组件，透过所述分光元件的偏振光经所述波长转换元件改变波长后通过所述分光元件反射以进行合光，同时所述分光元件反射的偏振光经所述光引导组件后通过所述分光元件透射以进行合光；或经所述分光元件反射的偏振光经所述波长转换元件改变波长后通过所述分光元件透射以进行合光，同时透过所述分光元件的偏振光经所述光引导组件后通过所述分光元件反射以进行合光。

11.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，在所述光源和所述偏振光转换装置之间还设置有光路整形元件，以对所述光源的出射光进行准直整形，其中，所述光路整形元件包括沿光路设置的凸透镜和/或凹透镜。

12.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，在所述偏振光转换装置和所述分光元件之间和/或光引导组件中还设置有扩散片，以破坏偏振光的相干性。

13.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述分光元件包括偏振分光镜。

14.根据权利要求13所述的光源系统，其特征在于，所述偏振分光镜与入射至所述偏振分光镜的偏振光之间的夹角为45°。

15.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换元件包括轮式波长转换元件和桶式波长转换元件中的一种。

16.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换元件的表面包含若干分区，在若干分区上设置有不同颜色的波长转换材料。

17.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括：

整形透镜，设置于所述波长转换元件和所述分光元件之间，以对所述分光元件的出射光聚焦同时对所述波长转换元件的受激光进行准直。

18.根据权利要求17所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换元件设置于所述整形透镜的焦点或焦点前后。

19.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述光引导组件包括：

线偏振光/圆偏振光转换元件，用于将入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件的线偏振光转换为圆偏振光；

反射元件，对所述圆偏振光进行反射，并入射到所述线偏振光/圆偏振光转换元件中将所述圆偏振光转换为线偏振光再经所述分光元件后进行合光。

20.根据权利要求19所述的光源系统，其特征在于，所述反射元件包括轮式反射元件和桶式反射元件中的一种。

21.根据权利要求19所述的光源系统，其特征在于，所述反射元件包括具有散色作用的反射片。

22.根据权利要求19所述的光源系统，其特征在于，所述光引导组件还包括：

另一扩散片或整形透镜，设置于所述线偏振光/圆偏振光转换元件和所述反射元件之间。

23.根据权利要求10所述的光源系统，其特征在于，所述光源为选自单色光源、双色光源和多色光源中至少一种。