CN112051702B - 一种光源组件、发光装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源组件、发光装置及投影系统，包括：空心光通道；所述空心光通道包括拼接面；所述拼接面构成所述空心光通道的侧面，且所述拼接面对所述空心光通道内部的光进行反射；其中，还包括分光区域，所述分光区域位于所述拼接面上。其能够简化光路，提升显示效果，并提升转换效率。

Description

一种光源组件、发光装置及投影系统

技术领域

本发明涉及投影装置技术领域，具体而言涉及一种投影装置的光源领域。

背景技术

传统光源如荧光灯、白炽灯、超高性能灯或氙灯等难以做到高效率、长寿命。随着固态光源的发展，发光二极管(LED)和半导体激光器逐步走入照明和显示市场。

产生白光的方式目前主要是：利用短波段的激光激发荧光粉，产生长波段的荧光，多种不同波段的荧光合成即可得到白色的光。特别的，当激发光为蓝色激光时，利用波长转换材料，可以得到绿色、黄色的光，再将蓝色的激光与黄色或是绿色激光合光，便得到白光输出。

然而，采用上述方法产生的白光往往存在着如下问题：首先，激发光无法与受激发光无法共用光路合光，由此将造成光路的长度增加且光路较为复杂；第二，激发光与受激发光的光分布不同，造成画面均匀度差，进而影响显示效果；第三，入射到波长转换材料上的激发光光分布不均匀，造成荧光粉的饱和，造成能源的浪费并进一步恶化显示效果。

因此，有必要提供一种光源组件，发光装置及投影系统，以解决上述技术问题的至少一个。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光源组件，包括：空心光通道；所述空心光通道包括拼接面；所述拼接面构成所述空心光通道的侧面，且所述拼接面对所述空心光通道内部的光进行反射；其中，还包括分光区域，所述分光区域位于所述拼接面上。

可选择地，所述拼接面包括四个及四个以上的偶数表面。

可选择地，所述空心光通道还包括端面，所述端面位于所述拼接面的端部。

可选择地，所述端面为二向色元件。可选择地，所述分光区域位于所述拼接面的至少一个面上。

可选择地，所述分光区域的面积小于所述拼接面的面积。

可选择地，所述分光区域透射一部分光，并反射另一部分光。

可选择地，所述分光区域为缺口或是二向色元件。

本发明的另一方面提供了一种发光装置，所述发光装置包括：如前述任一项的光源组件；波长转换部件，所述波长转换部分对激发光进行波长转换；反射部件，所述反射部件反射受激发光与激发光。

可选择地，所述反射部件包括平面反射部件。

可选择地，所述反射部件包括椭球面反射部件。

可选择地，所述空心光通道靠近波长转换元件侧的端部开口大小小于远离波长转换元件侧的端部开口大小。

本发明的再一方面提供了一种投影装置，所述投影装置包括：前述第二方面所述的发光装置。

综上所述，本发明提供一种光源组件、发光装置及投影系统，本发明需要解决的问题是：第一，激发光与受激发光实现共用光路出射，简化光路；第二，激发光与受激发光的光分布近似相同，提升显示效果；第三，在激发光入射到波长转换材料之前对其进行匀光，提升荧光粉的转换效率。本发明提供的技术方案至少能解决上述三个技术问题中的一个，在优选的实施例中，可以解决其中的任意两个，在本发明的最优实施例中，可以同时解决上述三个技术问题。

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为现有的白光合成光路示意图；

图2为本发明实施例的光源组件结构示意图；

图3为本发明实施例的光源组件的工作原理示意图；

图4为本发明实施例的发光装置示意图；

图5为本发明另一实施例的发光装置示意图；

图6为本发明再一实施例的发光装置示意图。

附图标记说明：

1 光源

2 波长转换材料

3 二向色元件

4 反射镜

100 光源组件

101 空心光通道

102 分光区域

103 波长转换部件

104 反射部件

105 椭球反射面

L1,L2 光线

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。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出具体的实施方案，以便阐释本发明如何改进目前存在的问题。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

图1示出了现有的白光合成光路示意图，如图1所示，光源1发出的激发光(实线)透过二向色元件3入射到波长转换材料2上，部分产生受激发光(虚线)被反射并再次经过二向色元件3反射形成出射的受激发光，部分激发光透过波长转换材料2，经过反射镜4的依次反射后与出射的受激发光合光，以产生白光。附图1示出了一种产生白光的光路图，其中激发光(实线)的传播路径为环状路径，受激发光(虚线)的传播路径为反射路径，根据二者的相对关系，可以看到激发光(实线)与受激发光(虚线)没有办法共用光路合光，如此，将造成光路的长度较长，且光路较为复杂，不利于小型化；并且，激发光(实线)与受激发光(虚线)两部分光经过不同的光路，且经过不同的光学装置的反射透射等，必然造成二者在光分布上的差异，激发光(实线)与受激发光(虚线)的光分布不同会造成画面均匀度差；并且，入射到波长转换材料上的激发光光分布不均匀，造成部分荧光粉区域的饱和，而部分荧光粉区域没有充分激发，因而降低了荧光的转换效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种光源组件，其具体结构结合附图2至附图6进行说明，具体地，光源组件100结构参见附图2所示，一种空心光通道101，由四个面拼接而成，拼接的面为玻璃，前后两个端面为矩形或近似矩形的四边形，大小可以一样，也可以不一样。四个面的内表面对空心光通道101内部的光起反射作用，其中一个或多个拼接面侧面有一个或多个分光区域102，示例性地，如图2 所示，空心光通道101的上拼接面具有一个分光区域102，其能够透射某一波段的光，反射另一波段的光，起到分光的作用。可选择地，所述分光区域102为缺口，示例性地，蓝光通过该缺口进入空心光通道101，而其他光部分出来。

可选择地，空心光通道101的四个拼接面可以由玻璃之外的其他材料构成。

可选择地，拼接面的内表面可以通过涂覆金属反射层实现其反射作用。

可选择地，拼接面还可以包括四个及四个以上的偶数面，相应的，端面为四边形或是四边形以上的偶数边形，端面的对边平行且相等。如此能够充分地起到匀光的作用。可选择地，空心光通道101还包括两个端面，其位于所述空心光通道101的左侧面和右侧面，其用于对受激发光进行滤色，满足要求的光进行输出，不满足要求的光反射回去。示例性地，所述端面中的至少一个可以选择为二向色性元件。

可选择地，空心光通道101还包括一个端面，其位于所述空心光通道101的左侧面，其用于对受激发光进行滤色，满足要求的光进行输出，不满足要求的光反射回去。其中，所述空心光通道右侧的端面位置为空置，不包含实体端面，由于该端面位置能量密度往往较大，将该端面位置空置以防止端面被烧坏。

关于附图2所示的光源组件的工作原理，以下将参考附图3进行说明，如图3所示，光线L1通过分光区域102入射到光源组件100 内部，在内部经过多次反射后出射，L2光线从L1光线出射的面入射，经过内部的反射后，从另外一个面出射。当L2与L1波长不同时，L2 经过分光区域102时，不会穿透入射到光源组件100的外面。

实施例一

附图4示出了一种发光装置，该发光装置为利用光源组件100的一种发光装置的应用，空心光通道101的两端可以大小可以一样，也可以不一样。示例性地，如图4所示，空心光通道101的左端，也可以称为前端，相对较大，空心光通道101的右端，也可以称为后端，相对较小，波长转换部件103，反射部件104，使得受激发光单方向出射。如图4所示，当激发光L1通过分光区域102入射到光源组件 100的内部时，其被空心光通道101多次反射，并入射到波长转换部件103上，产生受激发光(虚线)，受激发光(虚线)通过反射部件104的反射作用反向出射，从另外一端(左端)出射。

其中，波长转换部件103可以选择为板状，并在其上涂覆波长转换材料。可选择地，波长转换部件为波长转换材料，直接贴附或涂覆于反射部件104上，其中，可以利用波长转换材料自身的黏性进行贴附或者涂覆，也可以借助其它的黏性介质，如胶水等，进行贴附或涂覆，本发明对此不做限定。

分光区域102为分光装置，其能够透射某一波段的光，反射另一波段的光，起到分光的作用。可选择地，所述分光区域102为缺口，示例性地，蓝光通过该缺口进入空心光通道101，而其他光部分出来。

示例性地，激发光L1为蓝色光，分光区域102通过空心光通道 101的玻璃材料上镀有介质膜实现，其可以对蓝光透射，黄绿红光反射。波长转换部件103位于空心光通道101的右端，也可以称为后端或小口径端，波长转换部件103通过在反射部件104上涂覆波长转换材料形成，激发光L1朝向波长转换部件103的端面入射，激发光L1 入射后，经过空心光通道101的多次反射，在波长转化部件103位置形成一个比较均匀的光斑。波长转换部件103部分激发，产生受激发光(虚线)，部分不激发，反射部件104反射受激发光及部分未进行波长转换的激发光，两种光混合后，形成白光出射。由于整个光通道对受激发光反射，在分光区域2以外的位置对激发光也反射，分光区域2的面积相对于整个光通道的内表面来说较小，因此，绝大部分的激发光在光通道内都得到了反射，这样就可以在空心光通道101的出口端(左端)得到白光，实现本发明的目的。

示例性地，分光区域102的面积小于空心光通道101的内表面积。

示例性地，空心光通道101的两侧设有端面，且右侧端面面积小于左侧端面面积。

示例性地，空心光通道101的右侧没有端面，左侧设有端面，其用于对受激发光进行滤色，满足要求的光进行输出，不满足要求的光反射回去。

根据附图4所示的实施例，激发光与受激发光实现共用光路出射，简化光路；并且，激发光与受激发光均经过了光源组件100的多次反射，两者的光分布近似相同，提升了显示效果；在激发光入射到波长转换材料之前已经对其进行了多次反射，实现了对其进行匀光，从而使得入射至荧光粉的激发光的分布较为均匀，因此，荧光粉获得均匀照射，减少了由于激发光分布不均匀造成的部分波长转换区域过饱和的现象，因此，能大大提升荧光粉的转换效率。

实施例二

附图5示出了另一种发光装置的示意图，该发光装置为利用光源组件100的一种发光装置的应用，当激发光的能量高的时候，波长转换部件103可以改为运动式的，如图5所示。

其中，反射部件104为转轮，波长转换部件103为波长转换材料，并位于转轮上，反射部件104高速旋转，带动波长转换部件103高速旋转，波长转换材料圆形分布于反射部件104上，使得波长转换材料随时间暴露于激发光下，因此，即使激发光的能够较高时，波长转换材料会随时间分别接受激发光的能量，避免相同位置的波长转换材料长时间接收激发光，避免造成波长转换材料的饱和，并且，由于反射部件104高速旋转，其能够提高散热的效率，从而进一步提升发光的效率。

可选择地，波长转换部件为波长转换材料，直接贴附或涂覆于反射部件104上，其中，可以利用波长转换材料自身的黏性进行贴附或者涂覆，也可以借助其它的黏性介质，如胶水等，进行贴附或涂覆，本发明对此不做限定。

分光区域102为分光装置，其能够透射某一波段的光，反射另一波段的光，起到分光的作用。可选择地，所述分光区域102为缺口，示例性地，蓝光通过该缺口进入空心光通道101，而其他光部分出来。

示例性地，激发光L1为蓝色光，分光区域102通过空心光通道 101的玻璃材料上镀有介质膜实现，其可以对蓝光透射，黄绿光反射。波长转换部件103位于空心光通道101的右端，也可以成为小口径端，波长转换部件103通过在右端面涂覆波长转换材料形成，激发光L1 朝向波长转换部件103的端面入射，激发光L1入射后，经过空心光通道101的多次反射，在波长转化部件103位置形成一个比较均匀的光斑。波长转换部件103部分激发，产生受激发光(虚线)，部分不激发，反射部件104反射受激发光及部分未进行波长转换的激发光，两种光混合后，形成白光出射。由于整个光通道对受激发光反射，在分光区域2以外的位置对激发光也反射，分光区域2的面积相对于整个光通道的内表面来说较小，因此，绝大部分的激发光在光通道内都得到了反射，这样就可以在空心光通道101的出口端(左端)得到白光，实现本发明的目的。

示例性地，分光区域102的面积小于空心光通道101的内表面积。

示例性地，空心光通道101的两侧设有端面，且右侧端面面积小于左侧端面面积。

示例性地，空心光通道101的右侧没有端面，左侧设有端面，其用于对受激发光进行滤色，满足要求的光进行输出，不满足要求的光反射回去。根据附图5所示的实施例，激发光与受激发光实现共用光路出射，简化光路；并且，激发光与受激发光均经过了光源组件100 的多次反射，两者的光分布近似相同，提升了显示效果；在激发光入射到波长转换材料之前已经对其进行了多次反射，实现了对其进行匀光，从而使得入射至荧光粉的激发光的分布较为均匀，因此，荧光粉获得均匀照射，减少了由于激发光分布不均匀造成的部分波长转换区域过饱和的现象，因此，能能大大提升荧光粉的转换效率。更进一步地，反射部件104为转轮，使得波长转换材料随时间暴露于激发光下，因此，即使激发光的能够较高时，波长转换材料会随时间分别接受激发光的能量，避免相同位置的波长转换材料长时间接收激发光，避免造成波长转换材料的饱和，并且，由于反射部件104高速旋转，其能够提高散热的效率，从而进一步提升发光的效率。

实施例三

实施例二中的波长转换部件103与光源组件100的光通道端面间的距离要保证很小，因为如果距离大的话，会造成被反射部件104反射的光难以被充分收集到光源组件100中，因此，为了同时兼顾激发光的大功率及发光装置的效率问题，本发明进一步提供了优选地实施例三。

附图6出了再一种发光装置的示意图，该发光装置为利用光源组件100的一种发光装置的应用，运动的波长转换部件103，反射部件 104与光通道的端面分别位于椭球反射面105的焦点位置，激发光从光源组件100出射后，经过椭球反射面105的反射，会聚到波长转换部件103和反射部件104上，波长转换部件103发出的受激发光同样会会聚的光源组件100的出口。这样就解决了波长转换材料与光通道端面的间隙问题。

反射镜是一种利用反射定律工作的光学元件。示例性地，在制造反射镜时，可以采取如下技术手段，在玻璃上镀银，其制作标准工艺是:在高度抛光的衬底上真空蒸铝后，再镀上一氧化硅或氟化镁。具体地，金属膜可以镀于光学玻璃的前表面或后表面，比如，在光学玻璃的后表面，通过真空镀膜镀一层金属银(或铝)薄膜，使入射光反射的光学元件。采用高反射比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高，且是第一反射面反射，反射图像不失真，无重影，为前表面反射作用。如采用普通反射镜为第二反射面，不仅反射率低，对波长无选择性，而且易产生重影。而采用镀膜膜面反射镜，得到的图像不仅亮度高，而且精确无偏差，画质更清晰，色彩更逼真。前表面反射镜广泛为光学高保真扫描反射成像之作用，两种反射方式各有利弊，可以在具体应用时进行选择。在特殊应用中，由于金属引起损失可由多层介质膜代替，多层介质膜所起的作用与金属相同，能够实现对入射光的反射。因反射定律与光的频率无关，此种元件工作频带很宽，可达可见光频谱的紫外区和红外区，所以它的应用范围愈来愈广。前述反射镜的制造方法以及选择方法也适用于实施例一和实施例二中的起反射作用的组件。

因此，当激发光的能量高的时候，波长转换部件103可以选择为运动式的，如图6所示。

其中，反射部件104为转轮，波长转换部件103为波长转换材料，并位于转轮上，反射部件104高速旋转，带动波长转换部件103高速旋转，波长转换材料圆形分布于反射部件104上，使得波长转换材料随时间暴露于激发光下，因此，即使激发光的能够较高时，波长转换材料会随时间分别接受激发光的能量，避免相同位置的波长转换材料长时间接收激发光，避免造成波长转换材料的饱和，并且，由于反射部件104高速旋转，其能够提高散热的效率，从而进一步提升发光的效率。

可选择地，波长转换部件为波长转换材料，直接贴附或涂覆于反射部件104上，其中，可以利用波长转换材料自身的黏性进行贴附或者涂覆，也可以借助其它的黏性介质，如胶水等，进行贴附或涂覆，本发明对此不做限定。

分光区域102为分光装置，其能够透射某一波段的光，反射另一波段的光，起到分光的作用。可选择地，所述分光区域102为缺口，示例性地，蓝光通过该缺口进入空心光通道101，而其他光部分出来。

示例性地，激发光L1为蓝色光，分光区域102通过空心光通道 101的玻璃材料上镀有介质膜实现，其可以对蓝光透射，黄绿光反射。波长转换部件103位于空心光通道101的右端，也可以成为小口径端，波长转换部件103通过在右端面涂覆波长转换材料形成，激发光L1 朝向波长转换部件103的端面入射，激发光L1入射后，经过空心光通道101的多次反射，在波长转化部件103位置形成一个比较均匀的光斑。波长转换部件103部分激发，产生受激发光(虚线)，部分不激发，反射部件104反射受激发光及部分未进行波长转换的激发光，两种光混合后，形成白光出射。由于整个光通道对受激发光反射，在分光区域2以外的位置对激发光也反射，分光区域2的面积相对于整个光通道的内表面来说较小，因此，绝大部分的激发光在光通道内都得到了反射，这样就可以在空心光通道101的出口端(左端)得到白光，实现本发明的目的。

示例性地，分光区域102的面积小于空心光通道101的内表面积。

示例性地，空心光通道101的两侧设有端面，且右侧端面面积小于左侧端面面积。

示例性地，空心光通道101的右侧没有端面，左侧设有端面，其用于对受激发光进行滤色，满足要求的光进行输出，不满足要求的光反射回去。

具体到附图6中所示的椭球反射面105，其为非球面反射镜，示例性地，在椭球面反射镜中，其具有两个焦点，把点光源放在第一焦点上时，它的像位于第二焦点上，并且成一个完善的像，椭球面反射镜是一种聚光镜，凡是对于某点出发的光线欲使之会聚于另一个点时，都可以使用椭球面反射镜，因此，在附图6中，光源组件100出射的光，经过椭球反射面105的反射后，其均会聚于椭球反射面105 的另一个焦点，即波长转换部件103和反射部件104所在激发的位置，光源组件100与波长转换部件103和反射部件104的激发点处于椭球反射面105的共轭点上，因此，能够成完善的像，将尽可能多的光会聚到波长转换部件上并进行波长转换，提升激发光转换的效率，并且，经过转换的受激发光和未被转换的单纯被反射部件104反射的激发光，再次经过椭球反射面105的反射后，能够会聚到光源组件100所在位置，并被充分收集后，进入光源组件100并经过光源组件100内部的充分反射后，沿左端面输出，该过程中，光线几乎被全部收集，因此，发光装置的效率得到充分提升。

根据附图6所示的实施例，激发光与受激发光实现共用光路出射，简化光路；并且，激发光与受激发光均经过了光源组件100的多次反射，两者的光分布近似相同，提升了显示效果；在激发光入射到波长转换材料之前已经对其进行了多次反射，实现了对其进行匀光，从而使得入射至荧光粉的激发光的分布较为均匀，因此，荧光粉获得均匀照射，减少了由于激发光分布不均匀造成的部分波长转换区域过饱和的现象，因此，能大大提升荧光粉的转换效率。更进一步地，反射部件104为转轮，使得波长转换材料随时间暴露于激发光下，因此，即使激发光的能够较高时，波长转换材料会随时间分别接受激发光的能量，避免相同位置的波长转换材料长时间接收激发光，避免造成波长转换材料的饱和，并且，由于反射部件104高速旋转，其能够提高散热的效率，从而进一步提升发光的效率。更进一步地，运动的波长转换部件103，反射部件104与光通道的端面分别位于椭球反射面105 的焦点位置，激发光从光源组件100出射后，经过椭球反射面105的反射，会聚到波长转换部件103和反射部件104上，波长转换部件 103发出的受激发光以及未被波长转换的剩余激发光同样会会聚的光源组件100的出口，这样就解决了波长转换材料与光通道端面的间隙问题，可以进一步提升发光装置的效率，因此，本发明提供的实施例三中进一步在保证能够高能量激发光进行波长转换的同时，还保证发光装置的集光效率。

实施例四

本发明提供的第四实施例为一种投影系统，其中包含了实施例一、实施例二或实施例三的发光装置。

综上所述，本发明的各实施例均能解决或部分解决如下技术问题：激发光与受激发光实现共用光路出射；激发光与受激发光的光分布近似相同；在激发光入射到波长转换材料之前对其进行匀光，提升荧光粉的转换效率。

至此完成了对本发明的光源系统的解释和说明，对于完整的光源系统还可以包括其他的元件，在此不做赘述。

本发明的光源系统可以应用于任何需要合成光的应用场景中，包括但不限于应用于激光投影机，例如单片式激光投影机。本发明的光源系统能够实现时序的多色光的输出，得到激光投影机所需要的时序光。

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。本领域技术人员还可以理解的是，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 (13)

1.一种光源组件，其特征在于，包括：空心光通道；

所述空心光通道包括拼接面；

所述拼接面构成所述空心光通道的侧面，且所述拼接面对所述空心光通道内部的光进行反射；

其中，还包括分光区域，所述分光区域位于所述拼接面上；

激发光通过分光区域入射到所述空心光通道内部，在内部经过多次反射后从所述空心光通道的端面出射，受激发光则从所述空心光通道的端面入射到所述空心光通道内部，在所述空心光通道内部经过多次反射后从所述空心光通道的另一端面出射。

2.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，所述拼接面包括四个及四个以上的偶数表面。

3.如权利要求1所述的光源组件，其特征在于，所述端面位于所述拼接面的端部。

4.如权利要求3所述的光源组件，其特征在于，所述端面为二向色元件。

5.如权利要求1-3任一项所述的光源组件，其特征在于，所述分光区域位于所述拼接面的至少一个面上。

6.如权利要求5所述的光源组件，其特征在于，所述分光区域的面积小于所述拼接面的面积。

7.如权利要求6所述的光源组件，其特征在于，所述分光区域透射一部分光，并反射另一部分光。

8.如权利要求6所述的光源组件，其特征在于，所述分光区域为二向色元件。

9.一种发光装置，其特征在于，所述发光装置包括：

如权利要求1-8任一项所述的光源组件；

波长转换部件，所述波长转换部件对激发光进行波长转换；

反射部件，所述反射部件反射受激发光与激发光。

10.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述反射部件包括平面反射部件。

11.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述反射部件包括椭球面反射部件。

12.如权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述空心光通道靠近波长转换元件侧的端部开口大小小于远离波长转换元件侧的端部开口大小。

13.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：

如权利要求9-12任一项所述的发光装置。

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