CN114624947A - 一种波长转换装置、光源装置及投影系统 - Google Patents

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CN114624947A CN202210096897.7A CN202210096897A CN114624947A CN 114624947 A CN114624947 A CN 114624947A CN 202210096897 A CN202210096897 A CN 202210096897A CN 114624947 A CN114624947 A CN 114624947A
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Abstract

本发明提供一种波长转换装置、光源装置及投影系统，所述波长转换装置包括基板，以及驱动所述基板转动的驱动机构；其中，所述基板上设置有波长转换区与激发光透射区；所述激发光透射区包括第一透射区与第二透射区；所述第一透射区与所述波长转换区均为圆弧状结构，所述第一透射区与所述波长转换区围合构成一圆环状结构；所述第二透射区位于所述圆环状结构的内侧。本发明提供的波长转换装置，通过在基板上设置两个透射区，使得用于合光的一部分激发光能够直接穿过基板后与受激发光合光，有助于减小光学元件之间的距离，使得光源装置的结构更加紧凑，从而减小光源装置的体积。

Description

一种波长转换装置、光源装置及投影系统
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，具体而言，涉及一种波长转换装置、光源装置及投影系统。
背景技术
随着经济和技术的发展，消费者对产品的要求逐渐提高；对于显示技术而言，消费者在追求高品质画质的基础上，对于显示设备体积的小型化要求日益提高。
现有的光源装置中，通常需要将光源发射的激发光入射至波长转换装置，波长转换装置上设置有波长转换区和透射区，入射至波长转换区的激发光被转换为受激发光后，将受激发光引导至光机系统；入射至透射区的激发光穿过波长转换装置后，经过三个反射镜，将该部分激发光引导至光机系统，与受激发光合光；这种结构的光源装置，为保证激发光与受激发光能够顺利合光，需要使得经反射镜反射后的激发光能够避开波长转换装置，从而就要求沿激发光入射方向上分布的前两个反射镜之间的距离，大于波长转换装置的外径，即，第二个反射镜位于波长转换装置的外侧，从而导致光源装置的体积较大。
发明内容
本发明解决的问题是现有的光源装置体积较大。
为解决上述问题，本发明提供一种波长转换装置，包括基板，以及驱动所述基板转动的驱动机构；其中，
所述基板上设置有波长转换区与激发光透射区；
所述激发光透射区包括第一透射区与第二透射区；
所述第一透射区与所述波长转换区均为圆弧状结构，所述第一透射区与所述波长转换区围合构成一圆环状结构；
所述第二透射区位于所述圆环状结构的内侧。
可选地，所述第二透射区为圆环状结构。
可选地，所述第二透射区为圆弧状结构，所述第二透射区的圆心角与所述第一透射区的圆心角相同，且所述第二透射区与所述第一透射区的圆心重合。
可选地，所述基板上还设置有第二基色光处理区，所述第二基色光处理区为圆弧状结构，所述第二基色光处理区与所述第二透射区的圆心重合。
可选地，所述第一透射区与所述第二透射区中的至少一个设置有光处理微结构。
本发明的另一目的在于提高一种光源装置，包括设置于光路中的第一光源、第一分光合光元件、如上所述的波长转换装置、光学元件组以及光机系统；其中，
所述第一光源发射的激发光入射至所述第一分光合光元件；
所述激发光被所述第一分光合光元件引导至所述波长转换装置；
一部分所述激发光入射至所述波长转换装置上的波长转换区，产生受激发光；
所述受激发光被所述第一分光合光元件引导至所述光机系统；
一部分所述激发光入射至所述波长转换装置上的第一透射区，并在所述光学元件组的引导下，通过所述波长转换装置上的第二透射区后，被引导至所述光机系统，与所述受激发光合光。
可选地，所述光学元件组包括依次设置于光路中的第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜。
可选地，还包括第二光源；所述第二光源用于发射与所述受激发光以及所述激发光进行合光的第二基色光。
可选地，所述光学元件组包括依次设置于光路中的第一反射镜、第二反射镜以及第二分光合光元件；所述第二光源设置于所述第二分光合光元件的背光侧；所述第二分光合光元件用于对所述激发光进行反射，并对所述第二基色光进行透射；所述第一分光合光元件对所述第二基色光进行反射。
可选地，所述第二光源为窄带激光光源；所述第二分光合光元件与所述光机系统之间的光路上设置有动态的光扩散装置。
可选地，所述光学元件组包括依次设置于光路中的第一反射镜、第三分光合光元件以及第三反射镜；所述第二光源设置于所述第三分光合光元件的背光侧；所述第三分光合光元件用于对所述激发光进行反射，并对所述第二基色光进行透射；所述第二基色光经所述波长转换装置上的第二基色光处理区后，入射至所述第三反射镜。
本发明的再一目的在于提供一种投影系统，包括如上所述的光源装置。
与现有技术相比，本发明提供的波长转换装置具有如下优势：
本发明提供的波长转换装置，通过在基板上设置两个透射区，使得用于合光的一部分激发光能够直接穿过基板后与受激发光合光；与传统的经反射镜等光学元件将激发光引导至基板外侧区域，使得激发光绕开波长转换装置后，再被引导至光机系统处与受激发光进行合光相比，有助于减小光学元件之间的距离，使得光源装置的结构更加紧凑，从而减小光源装置的体积。
附图说明
图1为本发明中波长转换装置的结构简图一；
图2为本发明中波长转换装置的结构简图二；
图3为本发明中光源装置的光路简图一；
图4为本发明中光源装置的光路简图二；
图5为本发明中光源装置的光路简图三。
附图标记说明：
1-波长转换装置；11-基板；111-波长转换区；112-激发光透射区；1121-第一透射区；1122-第二透射区；113-第二基色光处理区；12-驱动机构；2-第一光源；3-第一分光合光元件；4-光学元件组；41-第一反射镜；42-第二反射镜；43-第三反射镜；44-第二分光合光元件；45-第三分光合光元件；5-光机系统；6-第二光源；7-光扩散装置；101-激发光；102-受激发光；103-第二基色光。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
为解决现有的光源装置体积较大的问题，本发明提供一种波长转换装置1，参见图1所示，该波长转换装置1包括基板11，以及驱动基板11进行周期性转动的驱动机构12；其中，基板11上设置有波长转换区111与激发光透射区112；波长转换区111上设置有波长转换材料，用于对激发光101进行波长转换；该波长转换区111可以包括绿光转换区与红光转换区等，本申请不对该波长转换区111的具体设置方式进行限定；激发光透射区112用于对激发光101进行透射；本申请中的激发光透射区112包括第一透射区1121与第二透射区1122；第一透射区1121与波长转换区111均为圆弧状结构，且第一透射区1121与波长转换区111围合构成一圆环状结构；第二透射区1122位于圆环状结构的内侧，即第二透射区1122较第一透射区1121以及波长转换区111更加靠近基板11的中心位置。
使用该波长转换装置1时，激发光101被引导入射至波长转换装置1的基板11上，且入射点位于波长转换区111与第一透射区1121构成的圆环状结构上；由于基板11进行周期性转动，激发光101周期性的入射至波长转换区111或第一透射区1121；当激发光101入射至波长转换区111处时，波长转换区111处的波长转换材料被激发，产生受激发光102，产生的受激发光102被反射，进一步经分光合光元件等被引导至相应的光机系统；当激发光101入射至第一透射区1121处时，经透射作用穿过第一透射区1121后，再经相应的反射镜等光学组件引导、换向，入射至基板11上的第二透射区1122处，经透射作用穿过基板11，再经相应的光学元件引导，与受激发光102合光。
本发明提供的波长转换装置1，通过在基板11上设置两个透射区，使得用于合光的一部分激发光101能够直接穿过基板11后与受激发光102合光；与传统的经反射镜等光学元件将激发光101引导至基板11外侧区域，使得激发光101绕开波长转换装置1后，再被引导至光机系统处与受激发光102进行合光相比，有助于减小光学元件之间的距离，使得光源装置的结构更加紧凑，从而减小光源装置的体积。
参见图1所示，第二透射区1122的一种结构形式为圆环状结构；本申请优选该圆环状结构的圆心和波长转换区111与第一透射区1121构成的圆环状结构的圆心相重合；且该圆环状结构的内径小于波长转换区111与第一透射区1121构成的圆环状结构的内径。
参见图2所示，为提高波长转换装置1的散热效果，本申请优选第二透射区1122为圆弧状结构，第二透射区1122的圆心角与第一透射区1121的圆心角相同，且第二透射区1122与第一透射区1121的圆心重合，以使第二透射区1122与第一透射区1121能够同轴转动，从而在在光速时间为静止状态的概念下，当激发光101入射第一透射区1121时，激发光101可同时入射至第二透射区1122；激发光101离开第一透射区1121时，激发光101可同时离开第二透射区1122，进而在进一步被引导后，实现与受激发光102的合光；本申请进一步优选第二透射区1122与第一透射区1121沿圆心对称分布，即第二透射区1122沿圆心旋转180度后，与第一透射区1121的分布角度相同。此外，参见图2所示，为使得该波长转换装置1能够适用于有两个光源的光路，本申请优选基板11上还设置有第二基色光处理区113，以便于使得补充光源或第二基色光源发射的第二基色光103能够通过该第二基色光处理区113后，参与合光；本申请优选第二基色光处理区113为圆弧状结构，第二基色光处理区113与第二透射区1122的圆心重合，以使第二基色光处理区113能够与第二透射区1122同轴转动；本申请进一步优选第二基色光处理区113与第二透射区1122的半径相同。
为进一步提高光学效果，本申请优选第一透射区1121与第二透射区1122中的至少一个设置有光处理微结构，该光处理微结构用于对激发光101进行光角度调整和变大；该光处理微结构可以是微透镜结构，也可以是尺寸大于可见光波长的颗粒结构。
本发明的另一目的在于提供一种光源装置，参见图3所示，该光源装置包括设置于光路中的第一光源2、第一分光合光元件3、如上所述的波长转换装置1、光学元件组4以及光机系统5；其中，第一光源2发射的激发光101入射至第一分光合光元件3；激发光101被第一分光合光元件3引导至波长转换装置1；具体的，本申请优选该第一分光合光元件3为二向色镜；该二向色镜可以用于对激发光101进行透射，同时对受激发光102进行反射；也可以用于对激发光101进行反射，同时对受激发光102进行透射；为便于对技术方案进行理解，本申请以该第一分光合光元件3对激发光101进行反射，并对受激发光102进行透射为例进行说明；激发光101入射至第一分光合光元件3上后，被反射至波长转换装置1；一部分激发光101入射至波长转换装置1上的波长转换区111，对该区域内的波长转换材料进行激发，产生受激发光102，并对受激发光102进行反射；反射后的受激发光102入射至第一分光合光元件3，经透射作用穿过第一分光合光元件3，被第一分光合光元件3引导至光机系统5；一部分激发光101入射至波长转换装置1上的第一透射区1121，经透射作用穿过第一透射区1121，入射至光学元件组4，并在光学元件组4的引导下，入射至第二透射区1122，经透射作用通过波长转换装置1上的第二透射区1122后，被引导至光机系统5，与受激发光102合光。
本发明提供的光源装置，通过在波长转换装置1的基板11上设置两个透射区，使得用于合光的激发光101能够直接穿过基板11后与受激发光102合光；与传统的经反射镜等光学元件将激发光101引导至基板11外侧区域，使得激发光101绕开波长转换装置1后，再被引导至光机系统5处与受激发光102进行合光相比，有助于减小光学元件之间的距离，使得光源装置的结构更加紧凑，从而减小光源装置的体积。
其中光学元件4可以为反射镜组，也可以为分光合光元件，或者反射镜与分光合光元件的组合；为降低光源装置的成本，本申请优选光学元件组4包括依次设置于光路中的第一反射镜41、第二反射镜42以及第三反射镜43；其中第一反射镜41以及第二反射镜42位于波长转换装置1远离光机系统5的一侧，第三反射镜43位于波长转换装置1靠近光机系统5的一侧；穿过第一透射区1121的激发光101，首先入射至第一反射镜41，经第一反射镜41反射至第二反射镜42后，再次被反射至波长转换装置1上的第二透射区1122，穿过第二透射区1122后，入射至第三反射镜43，并被第三反射镜43反射至第一分光合光元件3，再在第一分光合光元件3处被反射，与穿过第一分光合光元件3的受激发光102进行合光。
为提高光学效果，参见图4、图5所示，本申请提供的光源装置还包括第二光源6；该第二光源6用于发射与受激发光102以及激发光101进行合光的第二基色光103；该第二基色光103的种类根据光源装置的具体需求而定，通常为红色光。
该第二光源6的设置位置可根据光源装置中光学元件的布局等情况而定；一种设置方式为，参见图4所示，第二光源6设置于波长转换装置1靠近光机系统5的一侧；具体的，该布置方式中，光学元件组4包括依次设置于光路中的第一反射镜41、第二反射镜42以及第二分光合光元件44；第二光源6设置于第二分光合光元件44的背光侧；本申请中以第二分光合光元件44上激发光101入射的一侧为入光侧，与该入光侧相反的一侧为背光侧；该第二分光合光元件44用于对激发光101进行反射，并对第二基色光103进行透射；同时，第一分光合光元件3用于对该第二基色光103进行反射。
该光源装置工作过程中，第二光源6发射的第二基色光103穿过第二分光合光元件44后，入射至第一分光合光元件3，被第一分光合光元件3反射，进而实现与激发光101以及受激发光102的合光。
第二光源6可以为激发光光源，也可以为非激发光光源；当第二光源6为窄带激光光源时，第二分光合光元件44与光机系统5之间的光路上设置有动态的光扩散装置7；具体的，该光扩散装置7设置于第二分光合光元件44与第一分光合光元件3之间的光路上。
第二光源6的另一种设置方式为，参见图5所示，第二光源6设置于波长转换装置1远离光机系统5的一侧；具体的，该布置方式中，光学元件组4包括依次设置于光路中的第一反射镜41、第三分光合光元件45以及第三反射镜43；第二光源6设置于第三分光合光元件45的背光侧；本申请中以第三分光合光元件45上激发光101入射的一侧为入光侧，与该入光侧相反的一侧为背光侧；第三分光合光元件45用于对激发光101进行反射，并对第二基色光103进行透射；同时，第一分光合光元件3用于对该第二基色光103进行反射。
该光源装置工作过程中，第二光源6发射的第二基色光103穿过第三分光合光元件3后，入射至波长转换装置1上的第二基色光处理区113，经波长转换装置1上的第二基色光处理区113后，入射至第三反射镜43，被第三反射镜43反射至第一分光合光元件3，再次被第一分光合光元件3反射后，参与合光。
本发明的再一目的在于提供一种投影系统，该投影系统包括如上所述的光源装置。
本发明提供的投影系统，通过在波长转换装置1的基板11上设置两个透射区，使得用于合光的一部分激发光101能够直接穿过基板11后与受激发光102合光；与传统的经反射镜等光学元件将激发光101引导至基板11外侧区域，使得激发光101绕开波长转换装置1后，再被引导至光机系统处与受激发光102进行合光相比，有助于减小光学元件之间的距离，使得光源装置的结构更加紧凑，从而减小光源装置的体积，进而减小投影系统的体积。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括基板(11)，以及驱动所述基板(11)转动的驱动机构(12)；其中，
所述基板(11)上设置有波长转换区(111)与激发光透射区(112)；
所述激发光透射区(112)包括第一透射区(1121)与第二透射区(1122)；
所述第一透射区(1121)与所述波长转换区(111)均为圆弧状结构，所述第一透射区(1121)与所述波长转换区(111)围合构成一圆环状结构；
所述第二透射区(1122)位于所述圆环状结构的内侧。
2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二透射区(1122)为圆环状结构。
3.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二透射区(1122)为圆弧状结构，所述第二透射区(1122)的圆心角与所述第一透射区(1121)的圆心角相同，且所述第二透射区(1122)与所述第一透射区(1121)的圆心重合。
4.如权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板(11)上还设置有第二基色光处理区(113)，所述第二基色光处理区(113)为圆弧状结构，所述第二基色光处理区(113)与所述第二透射区(1122)的圆心重合。
5.如权利要求1～4任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一透射区(1121)与所述第二透射区(1122)中的至少一个设置有光处理微结构。
6.一种光源装置，其特征在于，包括设置于光路中的第一光源(2)、第一分光合光元件(3)、如权利要求1～5任一项所述的波长转换装置(1)、光学元件组(4)以及光机系统(5)；其中，
所述第一光源(2)发射的激发光(101)入射至所述第一分光合光元件(3)；
所述激发光(101)被所述第一分光合光元件(3)引导至所述波长转换装置(1)；
一部分所述激发光(101)入射至所述波长转换装置(1)上的波长转换区(111)，产生受激发光(102)；
所述受激发光(102)被所述第一分光合光元件(3)引导至所述光机系统(5)；
一部分所述激发光(101)入射至所述波长转换装置(1)上的第一透射区(1121)，并在所述光学元件组(4)的引导下，通过所述波长转换装置(1)上的第二透射区(1122)后，被引导至所述光机系统(5)，与所述受激发光(102)合光。
7.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述光学元件组(4)包括依次设置于光路中的第一反射镜(41)、第二反射镜(42)以及第三反射镜(43)。
8.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于，还包括第二光源(6)；所述第二光源(6)用于发射与所述受激发光(102)以及所述激发光(101)进行合光的第二基色光(103)。
9.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光学元件组(4)包括依次设置于光路中的第一反射镜(41)、第二反射镜(42)以及第二分光合光元件(44)；所述第二光源(6)设置于所述第二分光合光元件(44)的背光侧；所述第二分光合光元件(44)用于对所述激发光(101)进行反射，并对所述第二基色光(103)进行透射；所述第一分光合光元件(3)对所述第二基色光(103)进行反射。
10.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于，所述第二光源(6)为窄带激光光源；所述第二分光合光元件(44)与所述光机系统(5)之间的光路上设置有动态的光扩散装置(7)。
11.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光学元件组(4)包括依次设置于光路中的第一反射镜(41)、第三分光合光元件(45)以及第三反射镜(43)；所述第二光源(6)设置于所述第三分光合光元件(45)的背光侧；所述第三分光合光元件(45)用于对所述激发光(101)进行反射，并对所述第二基色光(103)进行透射；所述第二基色光(103)经所述波长转换装置(1)上的第二基色光处理区(113)后，入射至所述第三反射镜(43)。
12.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求6～11任一项所述的光源装置。
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