CN112283610B - 一种光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光源装置，其特征在于，包括光源、反射元件、偏振分光器、波长转换装置以及散射光学系统，反射元件的透射区允许由光源出射的第一波段的光通过或透过后入射至偏振分光器，其反射区可以反射来自偏振分光器的第一波段的光，使这些光射回偏振分光器，这样就能对这些光进行再次利用，从而提高光源装置的发光效率。本发明的光源装置具有亮度高、光学扩展量小、显色指数高、工作寿命长等特点，可适用于需要高光照强度和小光学扩展量的系统中，比如娱乐照明系统、投影系统、汽车照明系统、医疗照明系统、探照照明系统、野外作业照明系统、航海照明系统、便携式照明系统等。

Description

一种光源装置
技术领域
本发明属于照明领域，尤其属于固态光源照明领域。本发明提供的一种光源装置可适用于需要高光照强度和小光学扩展量的系统中，比如娱乐照明系统、投影系统、汽车照明系统、医疗照明系统、探照照明系统、野外作业照明系统、航海照明系统、便携式照明系统等。
背景技术
激光作为理想的点光源，具有光学扩展量小、寿命长且不含汞等优点。由它作为光源，激发荧光体可以产生彩光或者白光，同时配合使用光学元件，可以得到理想的具有较小光学扩展量的发光装置。
图1是现有的偏振分光式光源装置的结构示意图。如图1所示，现有的光源装置包括光源10、偏振分光器20、第一透镜组30(包括第一透镜30a和第二透镜30b)、波长转换装置40(包括反射层40a和波长转换层40b)、四分之一波片50、第二透镜组60(包括第三透镜60a和第四透镜60b)、反射式散射板70以及聚焦透镜80。偏振分光器20的特性为可以反射入射的S偏振光的蓝光且使入射的P偏振光的蓝光透过，同时偏振分光器20还可以使入射的黄光透过。光源10出射的蓝光入射至偏振分光器20，偏振分光器20将其分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，并且反射其中的S偏振光的蓝光且使其中的P偏振光的蓝光透过，其中，经偏振分光器20反射的S偏振光的蓝光射向第一透镜组30，透过偏振分光器20的P偏振光的蓝光射向四分之一波片50。第一透镜组30将S偏振光的蓝光朝向波长转换装置40会聚，波长转换装置40是反射式的，包括反射层40a和设置在反射层40a上的波长转换层40b(比如：黄色荧光粉层)，波长转换装置40将入射的S偏振光的蓝光转换成黄光并使其射向第一透镜组30，黄光经第一透镜组30收集后射向偏振分光器20，偏振分光器20可以使入射的黄光透过。P偏振光的蓝光透过四分之一波片50后变为圆偏振光的蓝光，第二透镜组60将圆偏振光的蓝光朝向反射式散射板70会聚，圆偏振光的蓝光经反射式散射板70反射后射向第二透镜组60，然后经第二透镜组60收集后射向四分之一波片50，圆偏振光的蓝光透过四分之一波片50后变为S偏振光的蓝光，这些S偏振光的蓝光射向偏振分光器20，偏振分光器20可以反射S偏振光的蓝光。透过偏振分光器20的黄光和经偏振分光器20反射的S偏振光的蓝光合为一路混合光，而黄光和蓝光的混合光即为白光，最后聚焦透镜80将这些白光聚焦并从光源装置中出射。
图1所示的方案是基于圆偏振光的蓝光经反射式散射板70反射后其偏振状态保持不变(即仍为圆偏振光)的假设而设计的。但根据光学常识我们知道，偏振光经过漫反射后，其反射光很难完全保有原入射光的偏振状态，通常情况下，反射光可能部分保有原入射光的偏振状态或完全变为非偏振光。而在图1所示的方案中，反射式散射板70对圆偏振光的蓝光的反射即为漫反射，因为只有这样才能得到均匀的白光的输出，但这样就会有相当一部分的经反射式散射板70反射后的蓝光无法保持圆偏振光的偏振状态，甚至可能所有经反射式散射板70反射的蓝光都会变为非偏振光，这就会导致至少有部分蓝光无法在透过四分之一波片50后变为S偏振光的蓝光，从而无法全部从光源装置中出射，这就会导致整个光源装置的发光效率偏低。
发明内容
本发明的目的是：提高光源装置的发光效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种光源装置，其特征在于，包括光源、反射元件、偏振分光器、波长转换装置以及散射光学系统，其中：
所述光源用于出射第一波段的光；
所述反射元件位于所述光源和所述偏振分光器之间的光路上，所述反射元件具有透射区和反射区，所述透射区允许所述第一波段的光通过或透过，所述反射区用于反射来自所述偏振分光器的所述第一波段的光，并使其中的至少部分光射回所述偏振分光器；
所述偏振分光器接收由所述光源出射且通过或透过所述反射元件的所述透射区的所述第一波段的光，将其中的部分所述第一波段的光反射并使其从第一光路出射，使其余的至少部分所述第一波段的光透过并使其从第二光路出射；
所述波长转换装置接收从所述第一光路或所述第二光路中的一个光路出射的所述第一波段的光，将其中的至少部分所述第一波段的光转换成与所述第一波段不同的第二波段的光，并使其中的至少部分所述第二波段的光射向所述偏振分光器；
所述散射光学系统接收从所述第一光路或所述第二光路中的另一个光路出射的所述第一波段的光，将其反射并形成散射的所述第一波段的光，形成散射的所述第一波段的光中的至少部分光射向所述偏振分光器；
所述偏振分光器关于所述第一波段和所述第二波段的入射光具有以下特性：
把入射的所述第一波段的非S偏振光且非P偏振光的光分离成所述第一波段的S偏振光和所述第一波段的P偏振光，并且反射其中的所述第一波段的S偏振光且使其中的所述第一波段的P偏振光透过；
反射入射的所述第一波段的S偏振光；
使入射的所述第一波段的P偏振光透过；
使入射的所述第二波段的光透过，或反射入射的所述第二波段的光。
在上述技术方案中，偏振分光器为立方体式偏振分光器或平板式偏振分光器。
波长转换装置可以是静态的，也可以是动态的：
静态的波长转换装置包括波长转换层和反射层，其中，波长转换层将至少部分入射的第一波段的光转换成第二波段的光。
动态的波长转换装置为可旋转的荧光轮，荧光轮包括至少一个荧光区，荧光区将至少部分入射的第一波段的光转换为第二波段的光。
应当注意的是：当荧光轮有两个或两个以上的荧光区时，各个荧光区受入射的第一波段的光的激发后可能会出射不同波段的受激光，也就是说各个荧光区可能会把入射的第一波段的光转换成不同波段的光，此时，应将这些不同波段的受激光的合光看做第二波段的光。
优选地，所述光源内包含N个激光器以及与N个激光器一一对应的N个准直元件，N≥1，其中：
所述激光器用于出射所述第一波段的线偏振光；
所述准直元件集成于所述激光器内或设于所述激光器外，用于准直所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光；
所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的初始振动方向相同，以所述激光器的出光方向为轴，轴向旋转所述光源内部分所述激光器，改变这部分所述激光器出射的线偏振光的振动方向，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光，又有P偏振光；
或者，所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的振动方向相同，以所述激光器的出光方向为轴，轴向旋转所述光源，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振分量，又有P偏振分量；
或者，所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的振动方向相同，在所述光源内设置偏振转换元件(比如：半波片或四分之一波片)，通过所述偏振转换元件改变所述光源内部分或全部所述激光器出射的线偏振光的偏振状态，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光或S偏振分量，又有P偏振光或P偏振分量；
或者，还包括偏振选择元件(比如：偏振滤光片)，所述偏振选择元件的特性为反射S偏振光且使P偏振光透过，所述光源内的至少一个所述激光器用于出射所述第一波段的S偏振光，形成入射光一，所述光源内剩余的所述激光器用于出射所述第一波段的P偏振光，形成入射光二，由所述偏振选择元件将所述入射光一和所述入射光二合并为一路光后出射，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光，又有P偏振光。
在上述技术方案中，准直元件可以集成于激光器内部，当所采用的激光器内部未集成所述准直元件时，也可以在激光器外增设准直元件(比如：准直透镜)，用于准直激光器出射的光。
除上述技术方案指出的激光器和准直元件外，光源内部也可以包含其它光学元件(比如：反射镜)，这些光学元件可以用来收集从激光器出射的光，最终形成由光源出射的第一波段的光。
优选地，所述反射元件是平面的或非平面的。
优选地，所述反射元件的所述透射区为一个通光孔或由透光材料构成的透光结构。
优选地，所述反射元件为部分区域上镀有反射膜的透射式扩散板，其中，所述透射式扩散板上未镀有所述反射膜的区域为所述透射区，所述透射式扩散板上镀有所述反射膜的区域为所述反射区。
优选地，所述散射光学系统由反射式散射板构成，或由透射式散射板和反射镜构成。
在上述技术方案中，反射式散射板可以是静态的，也可以是动态的可旋转的反射式散射板。
优选地，还包括导光光学系统，所述导光光学系统位于从所述光源到所述偏振分光器的光路上，用于引导至少部分由所述光源出射的所述第一波段的光通过或透过所述反射元件的所述透射区后入射至所述偏振分光器。
优选地，所述导光光学系统部分或全部位于所述反射元件的所述透射区处。
优选地，所述导光光学系统由N1个透镜、N2个复合抛物面聚光器和/或N3个导光柱中的至少一个光学元件构成，N1≥1，N2≥1，N3≥1。
在上述技术方案中，导光光学系统可以由透镜、复合抛物面聚光器或导光柱单独构成，也可以由上述提到的光学元件之间的任意组合构成。并且透镜、复合抛物面聚光器、导光柱的数量根据需要确定，可以是1个，也可以是2个或2个以上。
优选地，所述导光柱的端面为平面或非平面。
在上述技术方案中，导光柱可以是实心的，也可以是空心的。
优选地，还包括匀光光学系统，所述匀光光学系统位于从所述光源到所述偏振分光器的光路上，用于均匀由所述光源出射的所述第一波段的光。
优选地，所述匀光光学系统部分或全部位于所述反射元件的所述透射区处。
优选地，所述匀光光学系统由扩散片、光学积分棒或至少一个复眼透镜阵列构成。
在上述技术方案中，光学积分棒可以是实心的，也可以是空心的。
优选地，还包括第一收集光学系统，所述第一收集光学系统位于所述偏振分光器和所述波长转换装置之间的光路上，用于将来自所述偏振分光器的所述第一波段的光朝向所述波长转换装置会聚，同时用于收集来自所述波长转换装置的光并使其射向所述偏振分光器。
在上述技术方案中，第一收集光学系统可以由透镜、透镜组、复合抛物面聚光器或锥形导光柱单独构成，也可以由上述提到的光学元件之间的任意组合构成。
优选地，还包括第一匀光棒，所述第一匀光棒位于所述第一收集光学系统和所述波长转换装置之间的光路上，用于均匀自所述偏振分光器射向所述波长转换装置的所述第一波段的光。
在上述技术方案中，第一匀光棒可以是实心的，也可以是空心的。
优选地，还包括第二收集光学系统，所述第二收集光学系统位于所述偏振分光器和所述散射光学系统之间的光路上，用于将来自所述偏振分光器的所述第一波段的光朝向所述散射光学系统会聚，同时用于收集来自所述散射光学系统的所述第一波段的光并使其射向所述偏振分光器。
在上述技术方案中，第二收集光学系统可以由透镜、透镜组、复合抛物面聚光器或锥形导光柱单独构成，也可以由上述提到的光学元件之间的任意组合构成。
优选地，还包括第二匀光棒，所述第二匀光棒位于所述第二收集光学系统和所述散射光学系统之间的光路上，用于均匀自所述偏振分光器射向所述散射光学系统的所述第一波段的光。
在上述技术方案中，第二匀光棒可以是实心的，也可以是空心的。
优选地，还包括聚光光学系统，用于将自所述偏振分光器出射的光会聚于所述聚光光学系统的焦平面上。
在上述技术方案中，聚光光学系统可以由一个或多个透镜构成。
优选地，还包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述偏振分光器和所述散射光学系统之间的光路上。
本领域技术人员还可以根据需要设置用于所述光源和/或所述波长转换装置散热的散热器。
在本发明中，反射元件的透射区允许由光源出射的第一波段的光通过或透过后入射至偏振分光器，其反射区可以反射来自偏振分光器的第一波段的光，使这些光射回偏振分光器，这样就能对这些光进行再次利用，从而提高光源装置的发光效率。特别地，当第一波段的光经散射光学系统反射后仍可以部分保有其入射时的偏振状态时，可以在偏振分光器和散射光学系统之间的光路上设置一个四分之一波片，这样可以进一步提高光源装置的发光效率。
本发明的光源装置具有亮度高、光学扩展量小、显色指数高、工作寿命长等特点，可适用于需要高光照强度和小光学扩展量的系统中，比如娱乐照明系统、投影系统、汽车照明系统、医疗照明系统、探照照明系统、野外作业照明系统、航海照明系统、便携式照明系统等，尤其适合应用在娱乐照明系统及投影照明系统中。
附图说明
图1为现有的偏振分光式光源装置的结构示意图；
图2至图8示意出了不同结构形式的光源；
图9为静态的波长转换装置的结构示意图；
图10及图11示意出了两种不同结构形式的动态的波长转换装置；
图12为实施例1公开的一种光源装置的结构示意图；
图13为实施例2公开的一种光源装置的结构示意图；
图14为实施例3公开的一种光源装置的结构示意图；
图15为实施例4公开的一种光源装置的结构示意图；
图16为实施例5公开的一种光源装置的结构示意图；
图17为实施例6公开的一种光源装置的结构示意图；
图18为实施例7公开的一种光源装置的结构示意图；
图19为实施例8公开的一种光源装置的结构示意图；
图20为实施例9公开的一种光源装置的结构示意图；
图21为实施例10公开的一种光源装置的结构示意图；
图22为实施例11公开的一种光源装置的结构示意图；
图23为实施例12公开的一种光源装置的结构示意图；
图24为实施例13公开的一种光源装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下所有实施例中公开的任意一种光源装置均可以采用如图2、3、4、5、6、7或8所示的光源。
图2为第一种方案的光源的结构示意图。如图2所示，光源201内包含N个激光器2011以及与N个激光器2011一一对应的N个准直元件2012，N≥2。所有激光器2011均出射线偏振光且所有激光器2011出射的线偏振光的振动方向相同，所有激光器2011的出光方向也相同。在M个激光器2011前设置一个或多个半波片2013，1≤M<N，用于改变M个激光器所出射的线偏振光的振动方向。采用图2所示结构就可以使光源201出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振光，又有P偏振光。
图3为第二种方案的光源的结构示意图。如图3所示，光源301内包含N个激光器3011以及与N个激光器3011一一对应的N个准直元件3012，N≥1。所有激光器3011均出射线偏振光且所有激光器3011出射的线偏振光的振动方向相同，所有激光器3011的出光方向也相同。在所有激光器3011前设置一个四分之一波片3013。采用图3所示结构就可以使光源301出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振分量，又有P偏振分量。
图4为第三种方案的光源的结构示意图。如图4所示，光源401内包含N个激光器4011以及与N个激光器4011一一对应的N个准直元件4012，N≥2。所有激光器4011均出射线偏振光且所有激光器4011出射的线偏振光的初始振动方向相同，所有激光器4011的出光方向也相同。以激光器4011的出光方向为轴，轴向旋转N个激光器4011中M个激光器4011，1≤M<N，用于改变M个激光器4011出射的线偏振光的振动方向(比如由S偏振光变为P偏振光，或者由P偏振光变为S偏振光)。采用图4所示结构就可以使光源401出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振光，又有P偏振光。
图5及图6为第四种方案的光源的结构示意图，其中，图5为正视图，图6为侧视图。如图5所示，光源501内包含N个激光器5011以及与N个激光器5011一一对应的N个准直元件5012，N≥1。所有激光器5011均出射线偏振光且所有激光器5011出射的线偏振光的振动方向相同，所有激光器5011的出光方向也相同。以激光器5011的出光方向为轴，轴向旋转光源501一定角度α。采用图5和图6所示结构就可以使光源501出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振分量，又有P偏振分量。
图7为第五种方案的光源的结构示意图。如图7所示，光源701内包含J个出射P偏振光的激光器7011P和与J个激光器7011P一一对应的J个准直元件7012P、K个出射S偏振光的激光器7011S和与K个激光器7011S一一对应的K个准直元件7012S以及偏振滤光片7013，J≥1，K≥1。J个激光器7011P出射的P偏振光入射至偏振滤光片7013的一侧，K个激光器7011S出射的S偏振光入射至偏振滤光片7013的另一侧。偏振滤光片7013的特性为可以反射入射的S偏振光并使入射的P偏振光透过，最终J个激光器7011P出射的P偏振光和K个激光器7011S出射的S偏振光由偏振滤光片7013合为一路光。采用图7所示结构就可以使光源701出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振光，又有P偏振光。
图8为第六种方案的光源的结构示意图。如图8所示，光源801内包含J个出射P偏振光的激光器8011P和与J个激光器8011P一一对应的J个准直元件8012P、K个出射S偏振光的激光器8011S和与K个激光器8011S一一对应的K个准直元件8012S、偏振滤光片8013以及反射镜8014，J≥1，K≥1。J个激光器8011P出射的P偏振光经反射镜8014反射后入射至偏振滤光片8013的一侧，K个激光器8011S出射的S偏振光入射至偏振滤光片8013的另一侧。偏振滤光片8013的特性为可以反射入射的S偏振光并使入射的P偏振光透过，最终J个激光器8011P出射的P偏振光和K个激光器8011S出射的S偏振光由偏振滤光片8013合为一路光。采用图8所示结构就可以使光源801出射的光入射至以下所有实施例中任一光源装置的偏振分光器时，入射光中既有S偏振光，又有P偏振光。
以下实施例中所使用到的静态的波长转换装置的结构可以如图9所示。以下实施例中所使用到的动态的波长转换装置可以是如图10所示的动态的波长转换装置，也可以是如图11所示的动态的波长转换装置。
如图9所示的一种静态的波长转换装置901，包括反射层901a和设置在反射层901a上的波长转换层901b，其中波长转换层901b由黄色荧光粉构成，反射层901a为反射衬底。
如图10所示的一种动态的波长转换装置，为可旋转的荧光轮1001且该荧光轮1001上仅有一个荧光区Y。荧光区Y包括反射衬底和设置于反射衬底上的波长转换材料(黄色荧光粉)，荧光区Y将入射的蓝光转换为黄光。
如图11所示的另一种动态的波长转换装置，为可旋转的荧光轮1101且该荧光轮1101上有两个荧光区，两个荧光区分别为荧光区G和荧光区R。荧光区G包括反射衬底和设置于反射衬底上的波长转换材料(绿色荧光粉)，荧光区G将入射的蓝光转换为绿光，荧光区R包括反射衬底和设置于反射衬底上的波长转换材料(红色荧光粉)，荧光区R将入射的蓝光转换为红光。
实施例1
如图12所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1201、导光光学系统1202、反射元件1203、偏振分光器1204、第一收集光学系统、波长转换装置1206、第二收集光学系统、散射光学系统以及聚光光学系统。偏振分光器1204是立方体式偏振分光器。反射元件1203的透射区为一个通光孔1203a。导光光学系统1202由正透镜1202a和正透镜1202b构成，且正透镜1202b位于反射元件1203的通光孔1203a处。第一收集光学系统由包含透镜1205a和透镜1205b的透镜组1205构成。波长转换装置1206包括反射层1206a和设置于反射层1206a上的波长转换层1206b。第二收集光学系统由包含透镜1207a和透镜1207b的透镜组1207构成。散射光学系统由一个反射式散射板1208构成。收集光学系统由一个聚焦透镜1209构成。
本实施例中的偏振分光器1204的特性为可以反射入射的S偏振光的蓝光且使入射的P偏振光的蓝光透过，同时偏振分光器1204还可以使入射的黄光透过。光源1201出射的蓝光由正透镜1202a和正透镜1202b引导至偏振分光器1204，偏振分光器1204将其分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，并且反射其中的S偏振光的蓝光且使其中的P偏振光的蓝光透过。经偏振分光器1204反射的S偏振光的蓝光射向透镜组1205，透过偏振分光器1204的P偏振光的蓝光射向透镜组1207。透镜组1205将S偏振光的蓝光朝向波长转换装置1206会聚，波长转换装置1206将入射的S偏振光的蓝光转换成黄光并使其射向透镜组1205，黄光经透镜组1205收集后射向偏振分光器1204，偏振分光器1204可以使入射的黄光透过。透镜组1207将P偏振光的蓝光朝向反射式散射板1208会聚，反射式散射板1208将入射的P偏振光的蓝光反射，由于反射式散射板1208对蓝光的反射为漫反射，因此反射后的蓝光中至少有部分为非偏振光的蓝光。经反射式散射板1208反射的蓝光由透镜组1207收集后射向偏振分光器1204，偏振分光器1204将入射的蓝光分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，其中的S偏振光的蓝光被偏振分光器1204反射，其中的P偏振光的蓝光可以透过偏振分光器1204并射向反射元件1203，反射元件1203将大部分来自偏振分光器1204的P偏振光的蓝光反射后使其射回偏振分光器1204，P偏振光的蓝光透过偏振分光器1204后再次射向透镜组1207。最终，黄光和S偏振光的蓝光的混合光得以从偏振分光器1204出射并射向聚焦透镜1209，然后由聚焦透镜1209会聚于其焦平面上，而黄光和蓝光的混合光即为白光。
实施例2
如图13所示，本实施例公开的光源装置包括光源1301、导光光学系统1302(由正透镜1302a和正透镜1302b构成)、反射元件1303(透射区为一个通光孔1303a)、偏振分光器1304、第一收集光学系统(由包含透镜1305a和透镜1305b的透镜组1305构成)、波长转换装置1306(包括反射层1306a和设置于反射层1306a上的波长转换层1306b)、第二收集光学系统(由包含透镜1307a和透镜1307b的透镜组1307构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板1308构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1309构成)以及四分之一波片1310。
本实施例与实施例1的区别在于：在偏振分光器1304和透镜组1305之间设有四分之一波片1310。光源1301出射的蓝光由正透镜1302a和正透镜1302b引导至偏振分光器1304，偏振分光器1304将其分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，并且反射其中的S偏振光的蓝光且使其中的P偏振光的蓝光透过。经偏振分光器1304反射的S偏振光的蓝光射向透镜组1305，透过偏振分光器1304的P偏振光的蓝光射向四分之一波片1310。透镜组1305将S偏振光的蓝光朝向波长转换装置1306会聚，波长转换装置1306将入射的S偏振光的蓝光转换成黄光并使其射向透镜组1305，黄光经透镜组1305收集后射向偏振分光器1304，偏振分光器1304可以使入射的黄光透过。P偏振光的蓝光透过四分之一波片1310后变为圆偏振光的蓝光，透镜组1307将圆偏振光的蓝光朝向反射式散射板1308会聚。反射式散射板1308将入射的圆偏振光的蓝光反射，由于反射式散射板1308对蓝光的反射为漫反射，因此反射后的蓝光无法完全保有其入射时的偏振状态，其中的部分蓝光经反射式散射板1308反射后仍然为圆偏振光的蓝光，而其余的蓝光经反射式散射板1308反射后则变为非偏振光的蓝光。经反射式散射板1308反射的蓝光由透镜组1307收集后射向四分之一波片1310，然后透过四分之一波片1310并入射至偏振分光器1304。由于圆偏振光的蓝光透过四分之一波片1310后变为了S偏振光的蓝光，因此这些S偏振光的蓝光会被偏振分光器1304反射，而非偏振光的蓝光则被偏振分光器1304分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，其中的S偏振光的蓝光被偏振分光器1304反射，其中的P偏振光的蓝光可以透过偏振分光器1304并射向反射元件1303。反射元件1303将大部分来自偏振分光器1304的P偏振光的蓝光反射后使其射回偏振分光器1304，然后透过偏振分光器1304后再次射向四分之一波片1310。最终，黄光和S偏振光的蓝光的混合光得以从偏振分光器1304出射并射向聚焦透镜1309，然后由聚焦透镜1309会聚于其焦平面上，而黄光和蓝光的混合光即为白光。在本实施例中，圆偏振光的蓝光经散射光学系统反射后仍可以部分保有圆偏振光的偏振状态，使用了四分之一波片1310可以减少蓝光损失，这样可以进一步提高光源装置的发光效率。
实施例3
如图14所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1401、导光光学系统1402(由正透镜1402a和正透镜1402b构成)、反射元件1403、偏振分光器1404、第一收集光学系统(由包含透镜1405a和透镜1405b的透镜组1405构成)、波长转换装置1406(包括反射层1406a和设置于反射层1406a上的波长转换层1406b)、第二收集光学系统(由包含透镜1407a和透镜1407b的透镜组1407构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板1408构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1409构成)、四分之一波片1410以及匀光光学系统。
本实施例与实施例2的区别在于增加了匀光光学系统，其中，匀光光学系统由一个扩散片1411构成且该扩散片1411位于反射元件1403的通光孔1403a处，用于均匀由光源1401出射的蓝光，从而降低波长转换装置1406被损坏的风险。
实施例4
如图15所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1501、导光光学系统1502(由正透镜1502a和正透镜1502b构成)、反射元件1503(透射区为一个通光孔1503a)、偏振分光器1504、第一收集光学系统(由包含透镜1505a和透镜1505b的透镜组1505构成)、波长转换装置1506(包括反射层1506a和设置于反射层1506a上的波长转换层1506b)、第二收集光学系统(由包含透镜1507a和透镜1507b的透镜组1507构成)、散射光学系统1508、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1509构成)、四分之一波片1510以及匀光光学系统(由一个扩散片1511构成)。
本实施例与实施例3的第一个区别在于：本实施例中的偏振分光器1504为平板式偏振分光器而非立方体式偏振分光器，它比立方体式偏振分光器更轻，这样就可以使整个光源装置更轻。
本实施例与实施例3的第二个区别在于：本实施例中的散射光学系统1508由一个透射式散射板1508a和一个反射镜1508b构成。
实施例5
如图16所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1601、导光光学系统1602(由正透镜1602a和正透镜1602b构成)、反射元件1603(透射区为一个通光孔1603a)、偏振分光器1604、第一收集光学系统(由包含透镜1605a和透镜1605b的透镜组1605构成)、波长转换装置、第二收集光学系统(由包含透镜1607a和透镜1607b的透镜组1607构成)、散射光学系统、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1609构成)、四分之一波片1610以及匀光光学系统(由一个扩散片1611构成)。
本实施例与实施例3的第一个区别在于：本实施例中的波长转换装置为可旋转的荧光轮1606。
本实施例与实施例3的第二个区别在于：本实施例中的散射光学系统为可旋转的反射式散射板1608。
实施例6
如图17所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1701、导光光学系统1702(由正透镜1702a和正透镜1702b构成)、反射元件、偏振分光器1704、第一收集光学系统(由包含透镜1705a和透镜1705b的透镜组1705构成)、波长转换装置1706(包括反射层1706a和设置于反射层1706a上的波长转换层1706b)、第二收集光学系统(由包含透镜1707a和透镜1707b的透镜组1707构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板1708构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1709构成)、四分之一波片1710以及匀光光学系统(由一个扩散片1711构成)。
本实施例与实施例3的区别在于：本实施例中的反射元件是曲面的而不是平面的，具体来说，本实施例中的反射元件为中心处有一个通光孔1703a的凹面镜1703，其中，该通光孔1703a即为反射元件的透射区。一般情况下，自第二收集光学系统射向偏振分光器1704的光束会有一个小的扩散角，相比较于实施例3，本实例中的凹面镜1703可以更高效地将来自偏振分光器1704的蓝光反射回偏振分光器1704。
实施例7
如图18所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1801、导光光学系统1802、反射元件1803(透射区为一个通光孔1803a)、偏振分光器1804、第一收集光学系统(由包含透镜1805a和透镜1805b的透镜组1805构成)、波长转换装置1806(包括反射层1806a和设置于反射层1806a上的波长转换层1806b)、第二收集光学系统(由包含透镜1807a和透镜1807b的透镜组1807构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板1808构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1809构成)、四分之一波片1810以及匀光光学系统(由一个扩散片1811构成)。
本实施例与实施例3的区别在于：本实施例中的导光光学系统1802由正透镜1802a和负透镜1802b构成。
实施例8
如图19所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源1901、导光光学系统1902、反射元件1903(透射区为一个通光孔1903a)、偏振分光器1904、第一收集光学系统(由包含透镜1905a和透镜1905b的透镜组1905构成)、波长转换装置1906(包括反射层1906a和设置于反射层1906a上的波长转换层1906b)、第二收集光学系统(由包含透镜1907a和透镜1907b的透镜组1907构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板1908构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜1909构成)、四分之一波片1910以及匀光光学系统(由一个扩散片1911构成)。
本实施例与实施例3的区别在于：本实施例中的导光光学系统1902由正透镜1902a、正透镜1902b以及正透镜1902c构成。
实施例9
如图20所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源2001、导光光学系统2002、反射元件2003(透射区为一个通光孔2003a)、偏振分光器2004、第一收集光学系统(由包含透镜2005a和透镜2005b的透镜组2005构成)、波长转换装置2006(包括反射层2006a和设置于反射层2006a上的波长转换层2006b)、第二收集光学系统(由包含透镜2007a和透镜2007b的透镜组2007构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板2008构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜2009构成)以及四分之一波片2010。
本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中的导光光学系统2002由正透镜2002a和导光柱2002b构成，且导光柱2002b穿过反射元件2003的通光孔2003a。导光柱2002b的两个端面均为非平面，其中，面向正透镜2002a的端面为凹面，面向偏振分光器2004的端面为凸面。
实施例10
如图21所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源2101、导光光学系统2102、反射元件2103(透射区为一个通光孔2103a)、偏振分光器2104、第一收集光学系统(由包含透镜2105a和透镜2105b的透镜组2105构成)、波长转换装置2106(包括反射层2106a和设置于反射层2106a上的波长转换层2106b)、第二收集光学系统(由包含透镜2107a和透镜2107b的透镜组2107构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板2108构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜2109构成)以及四分之一波片2110。
本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中的导光光学系统2102由正透镜2102a和复合抛物面聚光器2102b构成。
实施例11
如图22所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源2201、导光光学系统2202(由正透镜2202a和正透镜2202b构成)、反射元件、偏振分光器2204、第一收集光学系统(由包含透镜2205a和透镜2205b的透镜组2205构成)、波长转换装置2206(包括反射层2206a和设置于反射层2206a上的波长转换层2206b)、第二收集光学系统(由包含透镜2207a和透镜2207b的透镜组2207构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板2208构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜2209构成)以及四分之一波片2210。
本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中的反射元件为部分区域上镀有反射膜的透射式扩散板2203，其中，透射式扩散板2203上未镀有反射膜的区域2203a即为透射区。
实施例12
如图23所示，本实施例公开的一种光源装置包括光源2301、导光光学系统2302(由正透镜2302a和正透镜2302b构成)、反射元件2303(透射区为一个通光孔2303a)、偏振分光器2304、第一收集光学系统(由包含透镜2305a和透镜2305b的透镜组2305构成)、波长转换装置2306(包括反射层2306a和设置于反射层2306a上的波长转换层2306b)、第二收集光学系统(由包含透镜2307a和透镜2307b的透镜组2307构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板2308构成)、聚光光学系统2309(由一个聚焦透镜2309构成)、四分之一波片2310以及第一匀光棒2312。
本实施例与实施例2的区别在于增加了第一匀光棒2312，第一匀光棒2312位于第一收集光学系统和波长转换装置2306之间的光路上，用于均匀自偏振分光器2304射向波长转换装置2306的蓝光，从而降低波长转换装置2306被损坏的风险。
实施例13
如图24所示，本实施例公开的光源装置包括光源2401、导光光学系统2402(由正透镜2402a和正透镜2402b构成)、反射元件2403(透射区为一个通光孔2403a)、偏振分光器2404、第一收集光学系统(由包含透镜2405a和透镜2405b的透镜组2405构成)、波长转换装置2406(包括反射层2406a和设置于反射层2406a上的波长转换层2406b)、第二收集光学系统(由包含透镜2407a和透镜2407b的透镜组2407构成)、散射光学系统(由一个反射式散射板2408构成)、聚光光学系统(由一个聚焦透镜2409构成)以及四分之一波片2410。
本实施例与实施例2的区别在于选用的偏振分光器2404不同，本实施例中的偏振分光器2404为平板式偏振分光器，它的特性为可以反射入射的S偏振光的蓝光且使入射的P偏振光的蓝光透过，同时它还可以反射入射的黄光。光源2401出射的蓝光由正透镜2402a和正透镜2402b引导至偏振分光器2404，偏振分光器2404将其分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，并且反射其中的S偏振光的蓝光且使其中的P偏振光的蓝光透过。透过偏振分光器2404的P偏振光的蓝光射向透镜组2405，经偏振分光器2404反射的S偏振光的蓝光射向四分之一波片2410。透镜组2405将P偏振光的蓝光朝向波长转换装置2406会聚，波长转换装置2406将入射的P偏振光的蓝光转换成黄光并使其射向透镜组2405，黄光经透镜组2405收集后射向偏振分光器2404，偏振分光器2404反射入射的黄光。S偏振光的蓝光透过四分之一波片2410后变为圆偏振光的蓝光，透镜组2407将圆偏振光的蓝光朝向反射式散射板2408会聚。反射式散射板2408将入射的圆偏振光的蓝光反射，由于反射式散射板2408对蓝光的反射为漫反射，因此反射后的蓝光无法完全保有其入射时的偏振状态，其中的部分蓝光经反射式散射板2408反射后仍然为圆偏振光的蓝光，而其余的蓝光经反射式散射板2408反射后则变为非偏振光的蓝光。经反射式散射板2408反射的蓝光由透镜组2407收集后射向四分之一波片2410，然后透过四分之一波片2410并入射至偏振分光器2404。由于圆偏振光的蓝光透过四分之一波片2410后变为了P偏振光的蓝光，因此这些P偏振光的蓝光可以透过偏振分光器2404，而非偏振光的蓝光则被偏振分光器2404分离成S偏振光的蓝光和P偏振光的蓝光，其中的P偏振光的蓝光可以透过偏振分光器2404，其中的S偏振光的蓝光经偏振分光器2404反射后射向反射元件2403。反射元件2403将大部分来自偏振分光器2404的S偏振光的蓝光反射后使其射回偏振分光器2404，然后经偏振分光器2404反射后再次射向四分之一波片2410。最终，黄光和P偏振光的蓝光的混合光得以从偏振分光器2404出射并射向聚焦透镜2409，然后由聚焦透镜2409会聚于其焦平面上，而黄光和蓝光的混合光即为白光。

Claims (18)

1.一种光源装置，其特征在于，包括光源、反射元件、导光光学系统、偏振分光器、波长转换装置以及散射光学系统，其中：
所述光源用于出射第一波段的光；
所述反射元件位于所述光源和所述偏振分光器之间的光路上，所述反射元件具有透射区和反射区，所述透射区允许所述第一波段的光通过或透过，所述反射区用于反射来自所述偏振分光器的所述第一波段的光，并使其中的至少部分光射回所述偏振分光器；
所述导光光学系统位于从所述光源到所述偏振分光器的光路上，用于引导至少部分由所述光源出射的所述第一波段的光通过或透过所述反射元件的所述透射区后入射至所述偏振分光器；
所述偏振分光器接收由所述光源出射且通过或透过所述反射元件的所述透射区的所述第一波段的光，将其中的部分所述第一波段的光反射并使其从第一光路出射，使其余的至少部分所述第一波段的光透过并使其从第二光路出射；
所述波长转换装置接收从所述第一光路或所述第二光路中的一个光路出射的所述第一波段的光，将其中的至少部分所述第一波段的光转换成与所述第一波段不同的第二波段的光，并使其中的至少部分所述第二波段的光射向所述偏振分光器；
所述散射光学系统接收从所述第一光路或所述第二光路中的另一个光路出射的所述第一波段的光，将其反射并形成散射的所述第一波段的光，形成散射的所述第一波段的光中的至少部分光射向所述偏振分光器；
所述偏振分光器关于所述第一波段和所述第二波段的入射光具有以下特性：
把入射的所述第一波段的非S偏振光且非P偏振光的光分离成所述第一波段的S偏振光和所述第一波段的P偏振光，并且反射其中的所述第一波段的S偏振光且使其中的所述第一波段的P偏振光透过；
反射入射的所述第一波段的S偏振光；
使入射的所述第一波段的P偏振光透过；
使入射的所述第二波段的光透过，或反射入射的所述第二波段的光。
2.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述光源内包含N个激光器以及与N个激光器一一对应的N个准直元件，N≥1，其中：
所述激光器用于出射所述第一波段的线偏振光；
所述准直元件集成于所述激光器内或设于所述激光器外，用于准直所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光；
所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的初始振动方向相同，以所述激光器的出光方向为轴，轴向旋转所述光源内部分所述激光器，改变这部分所述激光器出射的线偏振光的振动方向，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光，又有P偏振光；
或者，所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的振动方向相同，以所述激光器的出光方向为轴，轴向旋转所述光源，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振分量，又有P偏振分量；
或者，所有所述激光器的出光方向相同，并且所有所述激光器出射的所述第一波段的线偏振光的振动方向相同，在所述光源内设置偏振转换元件，通过所述偏振转换元件改变所述光源内部分或全部所述激光器出射的线偏振光的偏振状态，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光或S偏振分量，又有P偏振光或P偏振分量；
或者，还包括偏振选择元件，所述偏振选择元件的特性为反射S偏振光且使P偏振光透过，所述光源内的至少一个所述激光器用于出射所述第一波段的S偏振光，形成入射光一，所述光源内剩余的所述激光器用于出射所述第一波段的P偏振光，形成入射光二，由所述偏振选择元件将所述入射光一和所述入射光二合并为一路光后出射，使所述光源出射的所述第一波段的光入射至所述偏振分光器时，入射的所述第一波段的光中既有S偏振光，又有P偏振光。
3.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述反射元件是平面的或非平面的。
4.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述反射元件的所述透射区为一个通光孔或由透光材料构成的透光结构。
5.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述反射元件为部分区域上镀有反射膜的透射式扩散板，其中，所述透射式扩散板上未镀有所述反射膜的区域为所述透射区，所述透射式扩散板上镀有所述反射膜的区域为所述反射区。
6.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述散射光学系统由反射式散射板构成，或由透射式散射板和反射镜构成。
7.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述导光光学系统部分或全部位于所述反射元件的所述透射区处。
8.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，所述导光光学系统由N1个透镜、N2个复合抛物面聚光器和/或N3个导光柱中的至少一个光学元件构成，N1≥1，N2≥1，N3≥1。
9.根据权利要求8所述的一种光源装置，其特征在于，所述导光柱的端面为平面或非平面。
10.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括匀光光学系统，所述匀光光学系统位于从所述光源到所述偏振分光器的光路上，用于均匀由所述光源出射的所述第一波段的光。
11.根据权利要求10所述的一种光源装置，其特征在于，所述匀光光学系统部分或全部位于所述反射元件的所述透射区处。
12.根据权利要求10所述的一种光源装置，其特征在于，所述匀光光学系统由扩散片、光学积分棒或至少一个复眼透镜阵列构成。
13.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括第一收集光学系统，所述第一收集光学系统位于所述偏振分光器和所述波长转换装置之间的光路上，用于将来自所述偏振分光器的所述第一波段的光朝向所述波长转换装置会聚，同时用于收集来自所述波长转换装置的光并使其射向所述偏振分光器。
14.根据权利要求13所述的一种光源装置，其特征在于，还包括第一匀光棒，所述第一匀光棒位于所述第一收集光学系统和所述波长转换装置之间的光路上，用于均匀自所述偏振分光器射向所述波长转换装置的所述第一波段的光。
15.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括第二收集光学系统，所述第二收集光学系统位于所述偏振分光器和所述散射光学系统之间的光路上，用于将来自所述偏振分光器的所述第一波段的光朝向所述散射光学系统会聚，同时用于收集来自所述散射光学系统的所述第一波段的光并使其射向所述偏振分光器。
16.根据权利要求15所述的一种光源装置，其特征在于，还包括第二匀光棒，所述第二匀光棒位于所述第二收集光学系统和所述散射光学系统之间的光路上，用于均匀自所述偏振分光器射向所述散射光学系统的所述第一波段的光。
17.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括聚光光学系统，用于将自所述偏振分光器出射的光会聚于所述聚光光学系统的焦平面上。
18.根据权利要求1所述的一种光源装置，其特征在于，还包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述偏振分光器和所述散射光学系统之间的光路上。
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