CN111679544A - 光源装置及光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光源装置及光学系统，涉及光学技术领域。该光源装置包括至少两个光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；所述至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经过所述激发光光路组件内的不同路径，到达所述波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，所述至少两个不重合的激发光斑激发所述波长转换组件生成至少两束受激发光；所述至少两束受激发光分别经过所述受激发光光路组件内的不同路径，组合形成输出光。该光源装置缓解了现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

Description

光源装置及光学系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种光源装置及光学系统。

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，而为了保证能够提高足够的亮度，通常会在光源装置内部配置两个蓝色激光光源。在该光源装置中，两个蓝色激光光源发出的激发光，首先通过合光元件合成一个光束，然后经过光整形元件、分光片等元件入射到荧光粉上，产生各种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系统，从而为光机系统提供光源。

可以看出，现有技术中两个蓝色激光光源发出的激发光经合光元件进行合光，再经过光整形元件、分光片等元件会聚到荧光粉上。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、分光片等元件后会聚入射到光机系统的光入口。由成像原理可知，会聚到光机系统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，光机系统的光入口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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源装置及光学系统，以缓解现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种光源装置，包括至少两个光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；

所述至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经过所述激发光光路组件内的不同路径，到达所述波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，所述至少两个不重合的激发光斑激发所述波长转换组件生成至少两束受激发光；

所述至少两束受激发光分别经过所述受激发光光路组件内的不同路径，组合形成输出光。

在一种可能的实施方式中，所述至少两个不重合的激发光斑至少各有50％的面积不重合。

在一种可能的实施方式中，所述至少两个不重合的激发光斑的中心连线方向为第一方向，所述第一方向与所述波长转换组件的运动方向垂直。

在一种可能的实施方式中，当所述波长转换组件直线运动时，所述第一方向与直线运动方向垂直，当所述波长转换组件旋转运动时，所述第一方向与旋转方向垂直或与径向重合。

在一种可能的实施方式中，所述激发光光路组件包括第一光整形元件、第二光整形元件、分光片和至少两个反射镜片；

所述至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经所述至少两个反射镜片反射后，依次经过所述第一光整形元件、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至少两束受激发光。

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；

所述至少两束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，组合形成输出光。

在一种可能的实施方式中，所述光源组件的数量为两个，且两个所述光源组件发出的两束激发光关于所述第一光整形元件的光轴对称。

在一种可能的实施方式中，所述光源组件的数量为两个，且两个所述光源组件发出的两束激发光在进入所述第一光整形元件时分居所述第一光整形元件的光轴的上下两侧。

在一种可能的实施方式中，两个所述光源组件的散热面在同一平面上或共用一组散热器。

在一种可能的实施方式中，每个所述反射镜片均为角度可调节的反射镜片。

在一种可能的实施方式中，所述光源组件为阵列光源。

在一种可能的实施方式中，所述波长转换组件包括荧光轮或荧光筒。

第二方面，本发明实施例还提供一种光学系统，包括光机系统和上述的光源装置；

所述光源装置发出的输出光入射至所述光机系统的光入口。

在一种可能的实施方式中，所述光机系统的光入口为矩形，投射在所述光入口的所述输出光由两个受激发光斑组成，所述两个受激发光斑不重合；

所述两个受激发光斑的中心连线方向，在所述矩形对角线夹角的锐角内。

本发明实施例提供的光源装置，包括至少两个光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件。至少两个光源组件各自发出一束激发光，这些激发光分别经过激发光光路组件内的不同路径，到达波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，每个激发光斑激发波长转换组件各自生成一束受激发光，这些受激发光又分别经过受激发光光路组件内的不同路径，最后才组合形成输出光。也就是说，本发明实施例提供的光源装置中，多束激发光分别在波长转换组件上的不同位置形成激发光斑，不完全重合，通过改变激发光斑整体面积的方法让最终的受激发光光尽可能多的进入其后的光学系统(例如光机系统)，与光机系统光入口的形状更加匹配，避免了光源亮度的损失，提升可激发效率，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发明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发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的光源装置的示意图；

图3为本发明实施例中光源输出的示意图；

图4为本发明实施例中光源输出的另一示意图；

图5为本发明实施例中不良光源输出的示意图；

图6为本发明实施例中不良光源输出的另一示意图；

图7为本发明实施例提供的光学系统的光入口的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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，而为了保证能够提高足够的亮度，通常会在光源装置内部配置两个蓝色激光光源。在该光源装置中，两个蓝色激光光源发出的激发光，首先通过合光元件合成一个光束，然后经过光整形元件、分光片等元件入射到荧光粉上，产生各种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系统，从而为光机系统提供光源。

可以看出，现有技术中两个蓝色激光光源发出的激发光经合光元件进行合光，再经过光整形元件、分光片等元件会聚到荧光粉上。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、分光片等元件后会聚入射到光机系统的光入口。由成像原理可知，会聚到光机系统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，光机系统的光入口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，造成部分光源亮度损失的技术问题。

针对以上问题，本发明实施例提供一种光源装置包括至少两个光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件。至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经过激发光光路组件内的不同路径，到达波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，至少两个不重合的激发光斑激发波长转换组件生成至少两束受激发光。至少两束受激发光分别经过受激发光光路组件内的不同路径，组合形成输出光。

在一种可能的实施方式中，至少两个不重合的激发光斑至少各有50％的面积不重合。

进一步的，至少两个不重合的激发光斑的中心连线方向为第一方向，第一方向与波长转换组件的运动方向大致垂直。例如，当波长转换组件直线运动时，第一方向与直线运动方向大致垂直，当波长转换组件旋转运动时，第一方向与旋转方向大致垂直或与径向大致重合。

本实施例以两个光源组件为例进行说明，如图2所示，光源组件1A、1B可以放置于同侧，也可以不在同一侧，但是都在激发光光路中实现相同方向的传播。

在一种可能的实施方式中，两个光源组件的散热面在同一平面上，以便于安装一个散热器，同时为两个光源组件散热。或者，两个光源组件的散热面也可以不在同一平面上，并通过导热管等方式使两个光源组件共用一组散热器。

在一种可能的实施方式中，激发光光路组件包括第一光整形元件11、第二光整形元件13、分光片12和两个反射镜片10A、10B。两个光源组件1A、1B分别发出两束激发光(图中实线)，分别经两个反射镜片10A、10B反射后，依次经过第一光整形元件11、分光片12和第二光整形元件13，到达波长转换组件14生成至少两束受激发光(图中虚线)。可以看出，光源组件1A、1B分别位于第一光整形元件11的光轴的两侧，且光源组件1A、1B发出的两束激发光关于该光轴对称。例如图2中所示，两个光源组件发出的两束激发光在进入第一光整形元件时，分居第一光整形元件的光轴的上下两侧。两束激发光经过光整形元件11整形后，被分光片12反射至第二光整形元件13，实现激发光的会聚，在波长转换组件14上形成激发光斑A。

在一种可能的实施方式中，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。两束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，组合形成输出光。可以看出，激发光斑A形成的受激发光，首先通过第二光整形元件13，再透过分光片12，最后通过第三光整形元件15会聚成输出光，以受激发光斑B的形式进入光学系统(例如光机系统)的光入口。

本发明实施例提供的光源装置中，至少两个光源组件各自发出一束激发光，这些激发光分别经过激发光光路组件内的不同路径，到达波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，每个激发光斑激发波长转换组件各自生成一束受激发光，这些受激发光又分别经过受激发光光路组件内的不同路径，最后才组合形成输出光。也就是说，本发明实施例提供的光源装置中，多束激发光分别在波长转换组件上的不同位置形成激发光斑，不完全重合，通过改变激发光斑整体面积的方法让最终的受激发光光尽可能多的进入其后的光学系统(例如光机系统)，与光机系统光入口的形状更加匹配，避免了光源亮度的损失，提升可激发效率，从而缓解了现有技术存在光源亮度损失的技术问题。

本实施例中的分光片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，每个反射镜片10A、10B均为角度可调节的反射镜片，使每个反射镜片10A、10B都具有些许的角度调整空间。通过调整反射镜片10A、10B的方向，使得原本在波长转换组件14上形成的激发光斑A(由两个小光斑错位组合而成)的形状得以调整，间接的在预设的第一方向上拉长光斑A，同时在预设的第二方向上缩小光斑A，如图3所示，进而使最后形成的受激发光斑B与光机系统的光入口100的形状相匹配，达到更大的光源利用率。因为光机系统的光入口100的形状为矩形，通常其长宽比为1.3:1至1.8:1，所以可以看出，上述预设的第一方向即为光机系统的光入口100的长度方向，上述预设的第二方向即为光机系统的光入口100的宽度方向。

应当说明的是，在其他实施方式中，也可以设置更多的光源组件和反射镜片，当然反射镜片和光源组件的数量应当是相等的，也就是每个光源组件分别对应设置一个反射镜片，以调整激发光的发射角度。例如共设置三组光源组件时，可以使中间的一组光源组件发出的激发光位于在第一光整形元件的光轴处，另外两组光源组件发出的激发光关于光轴对称分布；又如共设置四组光源组件时，可以先以两两一组的方式重叠组合在一起，再将组合后的两大组光源组件以关于光轴对称的方式设置；又如共设置五组光源组件时，可以将中间的一组光源组件发出的激发光位于在第一光整形元件的光轴处，另外四组光源组件再分成两大组对称设置，或是将中间的三组光源组件发出的激发光位于在第一光整形元件的光轴处，另外两组光源组件对称与光轴设置。

在一些实施方式中，光源组件1A、1B所放置的位置其实不是很重要，重要的是经过反射镜片10A、10B反射后的激发光和受激发光的位置和角度。光源组件1A、1B发出的激发光可以通过不同方向的反射镜片10A、10B，从不同的位置反射进入激发光光路组件和受激发光光路组件，所以本发明实施例中更重要的是经过反射镜片10A、10B后的激发光和受激发光的光路。

除此之外，组成输出光的两束受激发光的分布方向也不是一定要与光入口的长度方向完全一致。在某些情况下，也允许存在一定范围内的偏差，只要方向大致相同即可。如图4所示，两束受激发光B的分布方向与光入口100的长度方向虽然存在一些偏差，但也能提升光源的使用效率，已达到了相应的技术效果。

另外，受激发光斑也有一些不良的情况是不允许出现的，需要通过调整反射镜片来使受激发光斑处于相对理想的位置。如图5所示，受激发光斑B组合后的形状与光入口100的形状较为匹配，但整体的位置偏离严重，使的一部分光源未能进入光入口100；或者如图6所示，受激发光斑B过于分散，也导致一部分光源未能进入光入口100。

在一种可能的实施方式中，光源组件1A、1B为阵列光源，即每个光源组件1A、1B是一个阵列光源，并不是两个单体光源。也就是说，每个光源组件1A、1B都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1A、1B还可以是各自由多个阵列光源的组合而成的。

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。在其他实施方式中，荧光轮也可以替换为荧光筒。

本发明实施例还提供一种光学系统，可以是激光投影机等，该光学系统包括光机系统和上述实施例提供的光源装置。其中，光源装置发出的输出光入射至光机系统的光入口。

如图7所示，在一种可能的实施方式中，光机系统的光入口为矩形，投射在光入口100的输出光由两个受激发光斑组成，且两个受激发光斑不重合。两个受激发光斑的中心连线(图中箭头线)方向，在矩形的对角线(图中虚线)夹角的锐角内。

可以将受激发光斑的中心连线方向定义为第二方向，同时矩形的对角线相交形成了两个钝角和两个锐角。第二方向落在锐角之内，也就是第二方向与矩形的长边方向大致相同，其偏差不应超过对角线的角度。实际上第二方向与之前所述的第一方向(激发光斑的中心连线方向)是呈镜面对称的，即第一方向经过受激发光光路组件后，沿图7中的水平方向发生了翻转，而形成了第二方向。

本发明实施例提供的光学系统，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。

在本发明的描述中，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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，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发明中的具体含义。

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，上述描述的系统的具体工作过程，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，在本发明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发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种光源装置，其特征在于，包括至少两个光源组件、激发光光路组件、受激发光光路组件和波长转换组件；

所述至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经过所述激发光光路组件内的不同路径，到达所述波长转换组件形成至少两个不重合的激发光斑，所述至少两个不重合的激发光斑激发所述波长转换组件生成至少两束受激发光；

所述至少两束受激发光分别经过所述受激发光光路组件内的不同路径，组合形成输出光。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述至少两个不重合的激发光斑至少各有50％的面积不重合。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述至少两个不重合的激发光斑的中心连线方向为第一方向，所述第一方向与所述波长转换组件的运动方向垂直。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，当所述波长转换组件直线运动时，所述第一方向与直线运动方向垂直，当所述波长转换组件旋转运动时，所述第一方向与旋转方向垂直或与径向重合。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述激发光光路组件包括第一光整形元件、第二光整形元件、分光片和至少两个反射镜片；

所述至少两个光源组件发出的至少两束激发光分别经所述至少两个反射镜片反射后，依次经过所述第一光整形元件、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至少两束受激发光。

6.根据权利要求5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；

所述至少两束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，组合形成输出光。

7.根据权利要求5或6所述的光源装置，其特征在于，所述光源组件的数量为两个，且两个所述光源组件发出的两束激发光关于所述第一光整形元件的光轴对称。

8.根据权利要求5或6所述的光源装置，其特征在于，所述光源组件的数量为两个，且两个所述光源组件发出的两束激发光在进入所述第一光整形元件时分居所述第一光整形元件的光轴的上下两侧。

9.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，两个所述光源组件的散热面在同一平面上或共用一组散热器。

10.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，每个所述反射镜片均为角度可调节的反射镜片。

11.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源组件为阵列光源。

12.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换组件包括荧光轮或荧光筒。

13.一种光学系统，其特征在于，包括光机系统和如权利要求1至12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系统的光入口。

14.根据权利要求13所述的光学系统，其特征在于，所述光机系统的光入口为矩形，投射在所述光入口的所述输出光由两个受激发光斑组成，所述两个受激发光斑不重合；

所述两个受激发光斑的中心连线方向，在所述矩形对角线夹角的锐角内。

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