CN111736415A - 一种混合光源装置以及投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合光源装置，包括光源部、分光片、反射部和波长转换器；分光片的第一表面设置有对光源部的光束部分反射部分透射的第一膜层，第二表面设置有对光源部的光束透射对其他波段的光束反射的第二膜层；光源部设置在分光片的第一表面的入射光路上；反射部和波长转换器分别设置在分光片出射反射光束和透射光束的出射光路上；反射部用于对反射光束反射至分光片；波长转换器用于接收透射光束后向分光片输出受激光束；分光片对反射镜反射的反射光束透射对受激光束反射，以合并输出反射光束和受激光束。本申请中的混合光源装置结构简单，无需进行复杂的光路转换。本申请中还提供了一种投影显示设备，具有上述有益效果。

Description

一种混合光源装置以及投影显示设备

技术领域

本发明涉及光源技术领域，特别是涉及一种混合光源装置以及投影显示设备。

背景技术

荧光激发光源是利用激发光源照射激发荧光材料，使得荧光材料受激发发出荧光光线，该荧光光线的波长颜色和荧光材料相关。荧光激发光源可以交替输出多种不同波段的光线，其中，激发光源输出的光线也也是作为荧光激发光源需要输出的多种光线中的一种，但是要将激发光源的光线转变为输出光线输出，需要借助复杂的光学元件实现其光路转换。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合光源装置以及投影显示设备，解决了包括有荧光激发光源的混合光源装置，光路结构复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种混合光源装置，包括光源部、分光片、反射部和波长转换器；

其中，所述分光片的第一表面设置有对所述光源部的光束部分反射部分透射的第一膜层，第二表面设置有对所述光源部的光束透射对其他波段的光束反射的第二膜层；

所述光源部设置在所述分光片的第一表面的入射光路上，以使所述光源部的光束被所述第一膜层分成反射光束和透射光束；

所述反射部和所述波长转换器分别设置在所述分光片出射所述反射光束和所述透射光束的光路上；所述反射部用于将所述反射光束反射至所述分光片；所述波长转换器用于接收所述透射光束后向所述分光片输出受激光束；

所述分光片用于对所述反射部反射的所述反射光束透射，并通过所述第二膜层对所述受激光束反射，以合并输出所述反射光束和所述受激光束。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述第一膜层为偏振分光膜层，用于对第一偏振方向的光束反射、对第二偏振方向的光束透射的偏振分光膜；

所述光源部用于发出偏振方向和所述第一偏振方向以及所述第二偏振方向的夹角均大于0度小于90度的偏振光线；

所述反射部包括反射镜和设置在所述反射镜和所述分光片之间的第一偏振转换元件，其中，所述第一偏振转换元件用于将偏振方向为所述第一偏振方向的偏振光束两次通过所述第一偏振转换元件后，偏振方向转换为所述第二偏振方向。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述第一偏振转换元件为1/4相位延迟器。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述光源部包括激光光源和设置在所述激光光源的输出光路上的第二偏振转换元件，用于将所述激光光源输出的偏振光调制为预定偏振方向。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述第二偏振转换元件和所述分光片之间还设置有准直透镜。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述第二膜层为二向色膜层。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述波长转换器包括一个或多个不同的荧光区域。

在本申请的一种可选地的实施例中，所述波长转换器包括黄色荧光区域，或者所述波长转换器包括红色荧光区域和绿色荧光区域；

所述光源部包括蓝光光源。

一种投影显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的混合光源装置。

本发明所提供的一种混合光源装置，包括光源部、分光片、反射部和波长转换器；分光片的第一表面设置有对光源部的光束部分反射部分透射的第一膜层，第二表面设置有对光源部的光束透射对其他波段的光束反射的第二膜层；光源部设置在分光片的第一表面的入射光路上，且光源部的光束被第一膜层分成反射光束和透射光束；反射部和波长转换器分别设置在分光片出射反射光束和透射光束的光路上；反射部用于将反射光束反射至分光片；波长转换器用于接收透射光束后向分光片输出受激光束；分光片用于对反射镜反射的反射光束透射，并通过第二膜层对受激光束反射，以合并输出反射光束和受激光束。

本申请中的光源部通过波长转换器输出激发光束时，先通过分光片将该光源部出射的光束分成两部分，一部分反射一部分透射，使得仅仅只有透射部分的光线作为激发光束入射至波长转换板，产生和激发光束波长不同的荧光光线，波长转换板产生的荧光光线入射至分光片，而该分光片对荧光光线完全反射，并对经过反射部再次反射至分光片的光源部输出的光线透射，进而实现光源部输出的光线和荧光光线的合并输出，结构简单，无需进行复杂的光路转换。

本申请中还提供了一种投影显示设备，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本申请实施例提供的混合光源的光路结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于波长转换器输出多种不同波段光束的混合光源装置。

在波长转换器中，一般需要设置荧光区域和反光区域，荧光区域用于受激发光束照射之后，产生形成荧光光线，反光区域用于对入射的激发光束反射输出。当激发光束垂直于波长转换器的表面入射时，显然无论是荧光光线还是经反射区域反射的光线，从波长转换器表面出射的光路和入射至波长转换器表面的激发光束的光路重合度较高，要使得反射光线和荧光光线能够输出，就需要将反射光线和荧光光线从激发光束的光路中分离出来。对于荧光光线因为和激发光束的波长不同，因此可采用能够对激发光束透射对荧光光线反射的元件，即可实现荧光光线的分离，而对于经过反光区域反射的光线和入射的激发光束是同种光线，难以实现对两束相同波段且传播方向大致上相反的光线既透射又反射，进而使得波长转换器中反光区域出射的光线输出困难的问题。

目前现有技术中也存在将反光区域设置成透光区域，使得入射到透光区域的激发光束经过多个反射镜多次反射后改变传输方向最终和荧光光线重合输出，但是这种方式的光路结构复杂，光路元件较多。

为此，本申请中所提供的混合光源装置中，提供了另一种实现激发光束和荧光光线合并输出的技术方案，下面将以具体实施例进行详细说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的混合光源的光路结构示意图，该混合光源装置可以包括：

光源部1、分光片2、反射部3和波长转换器4；

其中，分光片2的第一表面设置有对光源部1的光束部分反射部分透射的第一膜层，第二表面设置有对光源部1的光束透射对其他波段的光束反射的第二膜层；

光源部1设置在分光片2的第一表面的入射光路上，那么光源部1出射的光束即可被第一膜层分成两束光束，一部分是经过分光片2的第一表面反射出射的反射光束，另一部分是经过分光片2的第一表面和第二表面透射出射的透射光束；

反射部3和波长转换器4分别设置在分光片2出射反射光束和透射光束的光路上；反射部3用于对反射光束反射至分光片2；波长转换器4用于接收透射光束后向分光片2输出受激光束；

分光片2用于对反射部3反射的反射光束透射，并通过第二膜层对受激光束反射，以合并输出反射光束和受激光束。

结合图1，光源部1输出激发光束入射分光片2的第一表面，该第一表面的第一膜层对入射的激发光束部分透射部分反射，分别形成从分光片2的第二表面透射出射的透射光线，和从分光片2的第一表面反射出射的反射光线；那么该透射光线也就作为激发光束入射至波长转换器4的表面，使得波长转换器4的表面的荧光区域受激发输出荧光光线，该荧光光线再次入射至分光片2的第二表面，该第二表面的第二膜层可以对荧光光线反射，进而使得荧光光线的光路发生偏转；与此同时，光源部1入射至分光片2的第一表面反射输出的反射光线入射至反射部3后，被再次反射入射至分光片2，并经过分光片2透射后即可和荧光光线混合输出，也即是实现激发光束和荧光光线的混合输出。

相对于常规的包含由波长转换器的光源而言，本实施例中的波长转换器4不具有反光区域或者透光区域，而是在激发光束入射至波长转换器4之前先对激发光束进行分光，分光获得的两束光线其中一束光线继续作为激发光束激发波长转换器4上的荧光区域产生荧光光线，另一束光线则作为需要输出的输出光线，最终和荧光光线合并输出。相对于在激发光束入射至波长转换器4反光区域或者透光区域之后再改变其光路使其输出的方式而言，在激发光束入射至波长转换器4之前即对其分光而使得部分光线输出的技术方案更容易实现，光路原理及光路结构简单。

本申请中在激发光束入射至波长转换器4之前，即对激发光束进行分光，并将其中部分光线直接作为需要输出的光线，无需经过波长转换器4的反光区域或透光区域的光路转换，光路原理和结构更为简单易于执行，在一定程度上降低了混合光源装置的复杂度。

基于上述实施例，对于分光片而言，实现对某一光束部分反射而另一部分透射存在多种实施方式。例如在分光片2的第一表面镀反射膜并设定反射膜的反射率为某一特定反射率(可以是50％)。但是这种方式对激发光束进行分光后，当激发光束经过分光片2分光产生的反射光束，经过反射部3再次反射至分光片2时，尽管可以有部分光线透射，但是同时也会有部分光线反射，进而造成光线的浪费。

为此，在本申请的另一可选地实施例中，该混合光源装置可以包括：

光源部1，其中，该光源部1用于出射偏振光线，

分光片2，该分光片2的第一表面设置有偏振分光膜层，用于对第一偏振方向的光束反射、对第二偏振方向的光束透射的偏振分光膜；并且，该光源部1出射的偏振光线的偏振方向和第一偏振方向以及第二偏振方向之间的夹角均在0到90度之间。

反射部3，该反射部3包括反射镜31和设置在反射镜31和分光片2之间的第一偏振转换元件32，其中，第一偏振转换元件32用于将偏振方向为第一偏振方向的偏振光线两次通过第一偏振转换元件32后，偏振方向转换为第二偏振方向。

以及波长转换器4，用于接收分光片2透射的偏振方向为第二偏振方向的光线，并产生荧光光线。

例如，该偏振分光膜层可以是透射P态偏振光、反射S态偏振光，而光源部1发出的偏振光线的偏振方向和P偏振态以及S偏振态的偏振方向夹角均为45度。

当光源部1发出的偏振光线入射至偏振分光膜层时，该偏振光线被分成P偏振光和S偏振光，其中，P偏振光透射入射至波长转换器4，而S偏振光被分光片2反射至反射镜31，并被反射镜31原路返回的反射；在反射镜31的光路上还设置有第一偏振转换元件32，在S偏振光两次经过该第一偏振转换元件32后，该S偏振光就转化为P偏振光，那么该P偏振光再次入射至分光片时，即可被完全透射，而不存在光线损失，从而在最大程度上提高光线利用率。

本实施例光源部1输出的光线为偏振光线，并利用偏振光线可分光形成不同偏振方向的偏振光，以及偏振光线的偏振方向可改变的特性，在一定程度上提高激发光束的利用率，保证输出光线的亮度。

当然实际应用过程中分光片2上的偏振分光膜层的两个偏振方向可以不相互垂直，仅仅不相互平行即可，另外第一偏振方向和第二偏振方向之间的夹角也不应当过小。

另外，对于偏振光线和第一偏振方向以及第二偏振方向之间偏振夹角可以根据需要直接输出的光线和用作激发产生荧光光线的激发光束之间的比例设定，对此本申请中不做具体限制。

对于本实施例中的第一偏振转换元件32可以是相位延迟片。例如，对于第一偏振方向和第二偏振方向相互垂直的实施例而言，该相位延迟片可以为1/4相位延迟片，使得偏振光线两次经过该1/4相位延迟片之后，相位产生180度的变化，进而使得偏振光线的偏振方向发生90度的变化。

当然，在实际应用过程中，也可以采用平面反射镜，并在平面反射镜和分光片2之间设置聚光透镜，使得经过分光片2反射的光线入射到聚光透镜后由发散光束变为平行光束入射至平面反射镜，也就保证入射至平面反射镜的光线均是垂直入射，也能够避免入射至反射镜表面的光线向四周发散出射，增大了光线的利用率。

可选地，对于可输出偏振光线的光源部1，具体可以包括激光光源11和第二偏振转换元件12，第二偏振转换元件12用于将激光光源11输出的偏振光调制为预定偏振方向。

该激光光源11输出的激光光线为线偏振光，，通过第二偏振转换元件12对该激光光线的偏振方向进行调节，进而使得入射到分光片2的偏振光线透射和入射的比例满足应用需求。该第二偏振转换元件12可以采用波片等光学元件。

对于分光片2的第二表面的第二膜层，具体可以是二向色膜层，该二向色膜层可以对光源部1发出的光束透射，而对其他颜色的光束反射。相应地，经过分光片2透射入射的激发光束入射至荧光区域后，产生的荧光光线入射到二向色膜层即可被反射出射，使得经过反射部反射至分光片2后透射入射的光线混合输出。

可选地，在光源部1和分光片2之间还可以设置准直透镜。

对于本申请中的波长转换器可以包括一个荧光区域，也可以包括多个不同的荧光区域。

以具体地实施例为例说明，该波长转换器4可以仅仅包括黄色荧光区域，也可以同时包括红色荧光区域和绿色荧光区域；此时，光源部1可以采用蓝光光源。

当波长转换器4上仅仅只有黄色荧光区域时，光源部1发出的蓝色光线，最终混合光源装置即可输出黄色光线和蓝色光线的混合光，也即是白色光线。

当波长转换器4上设置有红色荧光区域和绿色荧光区域时，该混合光源装置输出的光线即为红色光线、绿色光线以及蓝色光线的混合光线，也可以获得白色光束。

当然，本申请中最终输出的光线的颜色可以根据实际应用需要设定，需要输出不同颜色的光束，可以通过采用不同荧光区域的波长转换器即可实现，对此本申请中不再赘述。

对于本申请中的混合光源装置，可以应用于多种不同的场合，例如车灯照明、投影显示设备。

在投射显示设备的实施例中，该混合光源装置可以向带有投影图案的芯片输出混合光线，并反射至波导单元，使得带有投影图案信息的投影光束可以入射至人眼，被人眼观察接收。

本申请中混合光源装置，结构简单易于实现，有利于投影显示设备的应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合光源装置，其特征在于，包括光源部、分光片、反射部和波长转换器；

其中，所述分光片的第一表面设置有对所述光源部的光束部分反射部分透射的第一膜层，第二表面设置有对所述光源部的光束透射对其他波段的光束反射的第二膜层；

所述光源部设置在所述分光片的第一表面的入射光路上，以使所述光源部的光束被所述第一膜层分成反射光束和透射光束；

所述反射部和所述波长转换器分别设置在所述分光片出射所述反射光束和所述透射光束的光路上；所述反射部用于将所述反射光束反射至所述分光片；所述波长转换器用于接收所述透射光束后向所述分光片输出受激光束；

所述分光片用于对所述反射部反射的所述反射光束透射，并通过所述第二膜层对所述受激光束反射，以合并输出所述反射光束和所述受激光束。

2.如权利要求1所述的混合光源装置，其特征在于，所述第一膜层为偏振分光膜层，用于对第一偏振方向的光束反射、对第二偏振方向的光束透射的偏振分光膜；

所述光源部用于发出偏振方向和所述第一偏振方向以及所述第二偏振方向的夹角均大于0度小于90度的偏振光线；

所述反射部包括反射镜和设置在所述反射镜和所述分光片之间的第一偏振转换元件，其中，所述第一偏振转换元件用于将偏振方向为所述第一偏振方向的偏振光束两次通过所述第一偏振转换元件后，偏振方向转换为所述第二偏振方向。

3.如权利要求2所述的混合光源装置，其特征在于，所述第一偏振转换元件为1/4相位延迟器。

4.如权利要求2所述的混合光源装置，其特征在于，所述光源部包括激光光源和设置在所述激光光源的输出光路上的第二偏振转换元件，用于将所述激光光源输出的偏振光调制为预定偏振方向。

5.如权利要求4所述的混合光源装置，其特征在于，所述第二偏振转换元件和所述分光片之间还设置有准直透镜。

6.如权利要求2所述的混合光源装置，其特征在于，所述第二膜层为二向色膜层。

7.如权利要求2所述的混合光源装置，其特征在于，所述波长转换器包括一个或多个不同的荧光区域。

8.如权利要求2所述的混合光源装置，其特征在于，所述波长转换器包括黄色荧光区域，或者所述波长转换器包括红色荧光区域和绿色荧光区域；

所述光源部包括蓝光光源。

9.一种投影显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的混合光源装置。

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