CN113671778A - 一种基于分光色轮的新型光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，包括蓝色单波长激光器、缩束透镜组、分光色轮、扩散片Ⅰ、二向色镜、反射镜、扩散片Ⅱ、聚光透镜组、波长转换装置和光棒，另外，还包括聚光镜。本发明利用分光色轮，在时序上分光，使激光光源时序上分为两个光路，一路用于波长转换装置激发生成受激发光，一路用于直接利用，在保证不牺牲体积，甚至缩小体积的条件下，通过分光色轮完成该投影方式的设计，有效高了红绿蓝光的效率。

Description

一种基于分光色轮的新型光源系统

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体来说涉及一种基于分光色轮的新型光源系统。

背景技术

激光具有色域范围广、光束质量好等优点，使得可见光激光光源成为替代传统的汞灯、氙灯、卤素灯逐渐成为投影设备、照明设备的主流光源。

由于传统的单波长激光模块设计的投影思路，使用镜片多，占用体积大，效率差强人意，因此有必要构建、创新新的投影思路。

发明内容

为了解决上述传统单波长激光模块的投影设计，使用镜片多，占用体积大，效率较低的技术问题，本申请提供一种基于分光色轮的新型光源系统，在不牺牲体积的情况下，可以有效地提升投影在光源模组的使用效率，减少镜片的使用量。

本发明解决上述问题所采取的技术方案是：

一种基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，包括蓝色单波长激光器、缩束透镜组、分光色轮、扩散片Ⅰ、二向色镜、反射镜、扩散片Ⅱ、聚光透镜组、波长转换装置和光棒，所述蓝色单波长激光器的激光光源面向缩束透镜组，所述分光色轮与激光光源45度角设置，激光光源通过缩束透镜组以45度入射角照射在分光色轮的一端，通过所述分光色轮对激光光源时序分光，产生分别位于分光色轮两侧的两路光路，所述二向色镜和反射镜分别以45度角设置于两路光路方向；其中，所述反射镜位于分光色轮一侧，通过分光色轮时序分光后的一路光路通过所述反射镜反射穿过扩散片Ⅱ后，照射于分光色轮的另一端，再进入光棒；所示二向色镜位于分光色轮另一侧，通过分光色轮时序分光后的另一路光路穿过扩散片Ⅰ后进入二向色镜，所述聚光透镜组与二向色镜45度角设置，由二向色镜选择透过的激光通过聚光透镜组照射于波长转换装置上，通过波长转换装置进行波段转换后反射回二向色镜，并通过分光色轮的另一端进入光棒。

进一步的技术方案：所述二向色镜位于分光色轮的直射光路一侧，所述光棒与反射镜位于分光色轮同侧。

进一步的技术方案：所述二向色镜位于分光色轮的反光光路一侧，所述光棒与二向色镜位于分光色轮同侧。

进一步的技术方案：所述新型光源系统还包括聚光镜。

进一步的技术方案：所述聚光镜为一个，设置于分光色轮与光棒之间。

进一步的技术方案：所述聚光镜为两个，分别设置于二向色镜与分光色轮之间，扩散片与分光色轮之间。

进一步的技术方案：所述分光色轮为装载有若干个光学镜片区域的圆形平板，分光色轮中的每个所述光学镜片区域均为偶数个，且中心对称，并由马达连接控制所述分光色轮转动。

进一步的技术方案：所述波长转换装置与分光色轮对应设置有若干个转换区，以对通过分光色轮的每个光学镜片区域的光源进行转换。

进一步的技术方案：若干个所述光学镜片区域由反射镜、不同规格的二向色镜以及高透的平板玻璃或镂空区域构成。

本发明的有益效果是：

本发明利用分光色轮的排布，产生时序上分光，引导蓝光与受激发光分别在两条光路中进行处理，且在保证不牺牲体积，甚至缩小体积的条件下，通过分光色轮完成该投影方式的设计，红光、绿光效率均有提升，蓝光效率有明显提升。

附图说明

图1为本发明实施例1的新型光源系统结构示意图；

图2为本发明分光色轮的分区示意图；

图3为本发明分波长转换装置的分区示意图；

图4为本发明实施例2的新型光源系统结构示意图；

图5为本发明实施例3的新型光源系统结构示意图。

附图标记：1.蓝色单波长激光器；2.缩束透镜组；3.分光色轮；4.二向色镜；5.聚光透镜组；6.波长转换装置；7.第一聚光镜；8.扩散片Ⅰ；9.扩散片Ⅱ；10.第二聚光镜；11.光棒；12.反射镜。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解的，本发明不受这里描述的实施例的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种基于分光色轮的新型光源系统,包括蓝色单波长激光器1、缩束透镜组2、分光色轮3、二向色镜4(透射蓝光，反射红绿光)、聚光透镜组5、波长转换装置6、第一聚光镜7、扩散片Ⅰ8、扩散片Ⅱ9、第二聚光镜10和光棒11,使用分光色轮，根据激光照射在分光色轮上区域的不同，产生时序上的分光，引导出两条光路，一条为蓝光经过反射镜后，再次照射在分光色轮上相同区域，直接利用；一条为蓝光照射在波长转换装置上，产生受激发光，并经过二向色镜引导，再次照射在分光色轮上，经过分光色轮上相同区域的滤光片对颜色进行处理。因蓝光口径较小，且准直度较好，处理方案上会很简单，使用镜片数会减少，在处理效果上会远优于传统方案，因此，本实施例采用蓝色单波长激光器发射蓝光。

如图2所示，分光色轮3为装载有若干个光学镜片区域的圆形平板，并由马达连接控制分光色轮转动，进一步地，分光色轮中的每个光学镜片区域均为偶数个，且中心对称；本实施例的分光色轮3分为三个区，分别为A区、B区和 C区，且两个相同的区域关于中心对称，该排布仅做示意，分光色轮的装载的光学镜片区域，可使用不同波长范围的滤光片，以限制各色光的波段，使颜色更加纯正、色域更大，根据实际使用会更改各区域的角度大小及滤光片使用情况。例如，滤光片区域，可使用全透的平板玻璃或镂空，以在对色彩需求不严格的情况下，提升色彩光的输出。如图3所示，波长转换装置6对应分光色轮同样设置有若干个区域，且各区域均为偶数个，且中心对称；本实施例的波长转换装置6同样分为三个区，分别为D区、E区和F区，且两个相同的区域关于中心对称，该排布仅做示意，根据实际使用会更改各区域的角度大小及滤光片使用情况。波长转换装置与分光色轮对应设置有若干个转换区，以对通过分光色轮的每个光学镜片区域的光源进行转换。具体地，实施例1中对应A区为镜面，B 区为滤光片(透射蓝光及绿光部分波段)，C区为滤光片(透射蓝光及红光部分波段)，D区为未利用部分，实际不会有光线进入，可以做镂空或平板玻璃片， E区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以绿色波段为主的荧光， F区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以红色波段为主的荧光。

本实施例的新型光源系统运行时，如图1所示，蓝色单波长激光器1发射的蓝色激光经过缩束透镜组2，光束口径减小，有利于减小后续光学件口径，降低成本。此时蓝色激光以45度入射角照射在分光色轮3的一端上，此时根据照射在分光色轮上的区域不同，有以下三钟情况讨论：

情况一：照射在分光色轮的A区上，对应A区为镜面，蓝色激光在该镜面上发生反射，向右边光路行进，以45度角经过反射镜12，照射在扩散片Ⅱ9上，该扩散片Ⅱ入光面为光滑面，出光面为雾面，以此对光束进行匀化，并且有利于激光散斑的减弱。光线继续行进，经过第二聚光镜10，由于前期经过缩束透镜组，导致蓝光在该处口径较小，且波长单一，此处第一聚光镜使用球面镜即可较好的完成聚光作用，可选地，也可以使用非球面透镜进行聚光，效果更好，且焦距的调节范围可以更大。后续，光线再一次照射在分光色轮的另一端上，此时由于分光色轮关于中心对称的是两个相同的区域，此时也会照射在镜面上，由此光线进入光棒，完成光源部分光路。

情况二：照射在分光色轮的B区上，对应B区为滤光片(透射蓝光及绿光部分波段)，蓝色激光在该界面上发生透射，进入下边光路。首先，经过扩散片Ⅰ8，该处扩散片Ⅰ作用为扩大照射在波长转换装置6上的光斑大小，降低能量密度，以防损坏波长转换装置。光线继续行进，经过二向色镜4(透射蓝光，反射红绿光)，蓝色激光会直接透过该二向色镜，进入后续聚光透镜组5，会聚为一个小光斑，照射在波长转换装置6上，此时波长转换装置6处于E区，蓝色激光会转换为以绿色波段为主的荧光，并以近朗伯辐射的形式，向上传播，再次经过聚光透镜组5，由于光路可逆，此时光束会成为近似的平行光束，照射在二向色镜4上。由于波长已发生转换，已由蓝色激光转换为绿色荧光，光束在二向色镜上会发生反射，向右边光路行进。此时经历第一聚光镜7，对光线进行会聚，由于该位置聚光镜会针对连续的光谱(E区激发的荧光、F区激发的荧光)进行会聚，且光束口径较大，此时适用非球面透镜才能较好的完成聚光的作用，但并不排除可以使用球面镜或球面镜组进行聚光。会聚后的光束会再次照射在分光色轮上，与情况一一致，此时照射的区域也为B区，根据需求，可以设置滤光片滤掉部分波段，并保留绿光进入光棒，完成光源部分光路。

情况三：照射在分光色轮的C区上，对应C区为滤光片(透射蓝光及红光部分波段)，蓝色激光在该界面上发生透射，进入下边光路。前期光路与情况二相同，在波长转换装置处，由于该处对应为F区，蓝色激光转换为以红色波段为主的荧光，后续与情况二相同，于二向色镜处反射，经过第一聚光镜7与分光色轮的C区，进入光棒，完成光源部分光路。

进一步地，马达连接控制所述分光色轮转动，由于马达的位置与蓝色光路较近，根据所选马达的大小尺寸，可以修改扩散片Ⅱ9和第二聚光镜10的位置及规格以匹配不同规格的马达。

具体地，根据反射镜12的位置，可以决定蓝色光路与红色、绿色光路是否同轴，并根据实际需求进行安排。

实施例2

如图4所示，本实施例的一种基于分光色轮的新型光源系统,包括蓝色单波长激光器1、缩束透镜组2、分光色轮3、二向色镜4(透射蓝光，反射红绿光)、聚光透镜组5、波长转换装置6、第一聚光镜7、扩散片Ⅰ8、扩散片Ⅱ9和光棒 11，本实施例与实施例1的区别在于，仅设置有一个聚光镜，该聚光镜为第一聚光镜7，设置于分光色轮与光棒之间。

本实施例采用如实施例1一致的分光色轮与波长转换装置，且对应关系相同，即为分光色轮对应A区为镜面，B区为滤光片(透射蓝光及绿光部分波段)， C区为滤光片(透射蓝光及红光部分波段)；波长转换装置的D区为未利用部分，实际不会有光线进入，可以做镂空或平板玻璃片，E区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以绿色波段为主的荧光，F区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以红色波段为主的荧光。

该实施例中，分光色轮作用与实施例1相同。该实施例中，蓝色激光经右边光路，以及蓝色激光经过下方光路转化为红色荧光、绿色荧光，最终以位于分光色轮与光棒之间的同一第一聚光镜7进行会聚收光，进入光棒。

实施例3

如图5所示，本实施例的一种基于分光色轮的新型光源系统,包括蓝色单波长激光器1、缩束透镜组2、分光色轮3、二向色镜4(透射蓝光，反射红绿光)、聚光透镜组5、波长转换装置6、第一聚光镜7、扩散片Ⅰ8、扩散片Ⅱ9、第二聚光镜10和光棒11。

图2为分光色轮13，图3为波长转换装置14，两者均存在数个区域，两个相同的区域关于中心对称，该排布仅做示意，两者的各个区域相互对应；根据实际使用会更改各区域的角度大小及滤光片使用情况，实施例3中分光色轮对应A区为平板玻璃(全透)，B区为滤光片(反射蓝光及绿光波段)，C区为滤光片(反射蓝光及红光波段)，波长转换装置14的D区为未利用部分，实际不会有光线进入，可以做镂空或平板玻璃片，E区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以绿色波段为主的荧光，F区表面涂覆有波长转换物质，蓝色激光可由此转换为以红色波段为主的荧光。

具体地，如图5所示，蓝色激光经过缩束透镜组2，此时蓝色激光以45度入射角照射在分光色轮上，此时根据照射在分光色轮上的区域不同，有以下三种情况讨论：

情况一：照射在分光色轮的A区上，对应A区为平板玻璃(全透)，蓝色激光在该界面上发生透射，向下方光路行进，经过反射镜与扩散片Ⅱ，再由第二聚光镜会聚后，再次照射在A区平板玻璃(全透)上，进入光棒。

情况二：照射在分光色轮的B区上，对应B区为滤光片(反射蓝光及绿光波段)，蓝色激光在该界面上发生反射，进入右边光路。蓝色激光透射过二向色镜，经E区波长装换装置转换为绿色荧光，经二向色镜反射，非球面的第一聚光镜会聚后再次照射在B区发生反射，进入光棒。

情况三：照射在分光色轮的C区上，对应C区为滤光片(反射蓝光及红光波段)，蓝色激光在该界面上发生反射，进入右边光路。蓝色激光透射过二向色镜，经E区波长装换装置转换为红色荧光，经二向色镜反射，非球面的第二聚光镜会聚后再次照射在C区发生反射，进入光棒。

本发明在保证不牺牲体积，甚至缩小体积的条件下，通过分光色轮完成该投影方式的设计，红光、绿光效率均有提升，蓝光效率有明显提升。有效解决了传统投影方案效率低，镜片数量多，体积较大的问题。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (9)

1.一种基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，包括蓝色单波长激光器、缩束透镜组、分光色轮、扩散片Ⅰ、二向色镜、反射镜、扩散片Ⅱ、聚光透镜组、波长转换装置和光棒，所述蓝色单波长激光器的激光光源面向缩束透镜组，所述分光色轮与激光光源45度角设置，激光光源通过缩束透镜组以45度入射角照射在分光色轮的一端，通过所述分光色轮对激光光源时序分光，产生分别位于分光色轮两侧的两路光路，所述二向色镜和反射镜分别以45度角设置于两路光路方向；其中，所述反射镜位于分光色轮一侧，通过分光色轮时序分光后的一路光路通过所述反射镜反射穿过扩散片Ⅱ后，照射于分光色轮的另一端，再进入光棒；所示二向色镜位于分光色轮另一侧，通过分光色轮时序分光后的另一路光路穿过扩散片Ⅰ后进入二向色镜，所述聚光透镜组与二向色镜45度角设置，由二向色镜选择透过的激光通过聚光透镜组照射于波长转换装置上，通过波长转换装置进行波段转换后反射回二向色镜，并通过分光色轮的另一端进入光棒。

2.根据权利要求1所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述二向色镜位于分光色轮的直射光路一侧，所述光棒与反射镜位于分光色轮同侧。

3.根据权利要求1所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述二向色镜位于分光色轮的反光光路一侧，所述光棒与二向色镜位于分光色轮同侧。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述新型光源系统还包括聚光镜。

5.根据权利要求4所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述聚光镜为一个，设置于分光色轮与光棒之间。

6.根据权利要求4所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述聚光镜为两个，分别设置于二向色镜与分光色轮之间，扩散片与分光色轮之间。

7.根据权利要求1-3任一项所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述分光色轮为装载有若干个光学镜片区域的圆形平板，分光色轮中的每个所述光学镜片区域均为偶数个，且中心对称，并由马达连接控制所述分光色轮转动。

8.根据权利要求7所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，所述波长转换装置与分光色轮对应设置有若干个转换区，以对通过分光色轮的每个光学镜片区域的光源进行转换。

9.根据权利要求7所述的基于分光色轮的新型光源系统，其特征在于，若干个所述光学镜片区域由反射镜、不同规格的二向色镜以及高透的平板玻璃或镂空区域构成。

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