CN204593250U - 一种光引导部件及光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光引导部件及光源装置。光引导部件包括具有通光孔的反射板和透反膜片，反射板用于反射光线，通光孔用于通过光线；透反膜片与反射板连接并覆盖通光孔，用于透射激发光并反射与激发光颜色不同的光线。光源装置包括：激发光源，用于产生激发光；上述光引导部件，其通光孔及透反膜片用于透射激发光源产生的激发光；颜色光产生装置，用于接收透过透反膜片的激发光并利用该激发光产生受激光；光收集部件，用于收集颜色光产生装置产生的受激光。本实用新型的光引导部件能够减少受激光的浪费。

Description

一种光引导部件及光源装置

技术领域

本实用新型涉及光源领域，具体涉及一种光引导部件及光源装置。

背景技术

现有的激光光源普遍使用光学扩展量进行分光和合光，这样就会采用一种区域镀膜的膜片，通常一个膜面分有多个区域镀有多种不同膜系。受限于膜片的制作工艺，在同一面上分区域镀不同类型的膜系难以实现。因为膜片中间的通光区域不需要镀膜，然而现有的镀膜工艺又会使膜系覆盖膜片中间的区域，导致该区域膜系的浪费以及除去过程的麻烦。

现有技术中镀膜的膜片作为光源装置中的光引导部件，还存在浪费受激光的问题。如图1所示，现有技术膜片100在光源装置中倾斜放置，中间的通光孔用于通过激发光源产生的激发光201，以蓝色激发光为例，激发光201经过光收集部件140后被汇聚到波长转换装置的波长转换材料153处。图1中，光收集部件140由三块曲面透镜共同构成。如图2所示，波长转换材料153利用激发光产生白色受激光或者具有混合颜色的受激光，以白光为例，由于膜片的反射作用，大部分的白光204被膜片100反射进而由光源装置发射出去，而未被波长转换材料153利用的蓝光202以及白光中除蓝光以外的光203则从膜片100的通光孔中出射，从而被浪费掉。

发明内容

根据本实用新型的第一方面，提供一种光引导部件，包括：具有通光孔的反射板，反射板用于反射光线，通光孔用于通过光线；透反膜片，透反膜片可透射第一波段的光并反射波段不同于第一波段的光，透反膜片与反射板结合并至少部分遮挡通光孔，即透反膜片与反射板连接并至少部分遮挡通光孔。

透反膜片与反射板贴合并遮盖通光孔，或透反膜片镶嵌进通光孔。

反射板包括至少两块具有反射光线功能的拼接板，拼接板边缘开有贯通两相对表面的槽，至少两块拼接板开槽的一侧拼接形成通光孔。或者，反射板包括至少两块具有反射光线功能的拼接板，至少两块拼接板围合形成通光孔。

通光孔的光学扩展量小或等于反射板的光学扩展量的1/4。

根据本实用新型的第二方面，提供一种光源装置，包括：激发光源，用于产生激发光(即上述第一波段的光)；上述光引导部件，光引导部件位于激发光的光路上；颜色光产生装置，其位于通过透反膜片的激发光的光路上，用于接收激发光并利用该激发光产生射向光引导部件的反射板的受激光。

光引导部件的放置使得其平面与激发光的光路所在的垂直于地面的平面所成的角度大于零且小于90度。。

颜色光产生装置还用于将未被利用的激发光反射到光引导部件。

通光孔的光学扩展量小或等于颜色光产生装置的光学扩展量的1/4。

反射板呈半椭球状或半球状，其朝内的面用于反射光线；颜色光产生装置包括用于将激发光转换成受激光的光波长转换材料、用于收集激发光的光收集部件。

当反射板呈半椭球状时，光收集部件的入光口设置为大致以反射板的一个焦点为中心；颜色光产生装置的放置使得光波长转换材料的受光点大致处于反射板的另一个焦点处。

当反射板呈半球状时，光收集部件的入光口设置在临近反射板的球心的位置；颜色光产生装置的放置使得光波长转换材料的受光点大致处于反射板的球心处并与光收集部件的入光口隔着光波长转换材料相对，或者使得光波长转换材料的受光点临近反射板的球心处与光收集部件的入光口大致关于该球心对称。

利用本实用新型的光引导部件，一方面，本实用新型的光引导部件可以减少受激光的浪费，如图3所示的光引导部件，包括反射板131和透反膜片132，反射板131中部的通光孔被透反膜片132覆盖。在使用过程中，如图4所示，反射板131和透反膜片132构成光引导部件，其在光源装置中倾斜放置，中间的通光孔通过激发光源产生的激发光201，以蓝色激发光为例，透反膜片132能透射蓝光并反射与蓝光颜色不同的光，蓝色激发光201经过光收集部件140后被汇聚到波长转换装置的波长转换材料153处；如图5所示，波长转换材料153利用激发光产生白色受激光或者具有混合色光的受激光，以白光为例，由于反射板131的反射作用，大部分的白光204被反射板131反射进而由光源装置发射出去，与蓝色光颜色不同的受激光203则被透反膜片132反射从而得到利用，只有未被波长转换材料153利用的蓝光202被浪费掉，与现有技术相比，与蓝色光颜色不同的受激光203得到了节省。蓝色激发光201中极少部分光线在进入光收集部件140后，由于光收集部件140的反射及折射作用，导致这部分激发光没有被波长转换材料153利用，从而又从光收集部件140中出射，这部分光即图5中的蓝光202(即蓝光202是通过光收集部件140被反射回透反膜片132的激发光，而不是由波长转换材料153产生的)。本领域技术人员应当理解，波长转换材料153利用蓝色激发光201后，也可能产生少量的蓝色光，这样的光到达透反膜片132时，也会和蓝光202一样从透反膜132中透射。

另一方面，如图6所示，如果对现有技术的膜片100进行镀膜，由于反射膜面101用于发射受激光，透射膜面102用于透射受激光，因此反射膜面101和透射膜面102需要镀不同的膜系，从而导致反射膜面101和透射膜面102相接触的边缘103处容易形成缝隙、容易引起不同膜系的相互覆盖、容易变得不平直，这些缺陷会产生反光或透光效率上的损失以及可靠性的问题。如图7所示为本实用新型的光引导部件的一个例子，反射板由第一拼接板001、第二拼接板002、第三拼接板003和第四拼接板004拼接而成，它们具有相同的膜系，透反膜片132采用另一种膜系，以结构拼接的方式和反射板连接在一起，从而使得反射板与透反膜片132相接触的边缘005能够平直，不会产生缝隙以及不同膜系相互覆盖的现象。

即，本实用新型的有益效果是：节省了现有技术的膜片所浪费掉的那部分与激发光颜色不同的光，光引导部件上不同膜系的接触部分能够平直，不会产生缝隙以及不同膜系相互覆盖的现象。

附图说明

图1为现有技术的膜片通过激发光的原理示意图；

图2为现有技术的膜片反射受激光的原理示意图；

图3为本实用新型实施例一的光引导部件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的光引导部件通过激发光的原理示意图；

图5为本实用新型实施例一的光引导部件反射受激光的原理示意图；

图6为为现有技术的膜片镀两种膜系后的结构示意图；

图7为本实用新型一种实施方式的光引导部件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例二的光引导部件的结构示意图；

图9为本实用新型实施例三的光引导部件的拼接原理示意图；

图10为本实用新型实施例四的光源装置结构示意图；

图11为本实用新型实施例五的光源装置结构示意图；

图12为本实用新型实施例六的光引导部件的结构示意图；

图13为现有技术的光引导部件产生光斑的原理示意图；

图14为本实用新型实施例六的光引导部件产生光斑的原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例的光引导部件如图3所示，包括反射板131和透反膜片132，反射板131中部的通光孔被透反膜片132覆盖，反射板131的材料为金属，由于金属板可以加工成任意形状，故本实施例中，在反射板131的中部加工出通光孔在工艺上比较容易实现。在使用过程中，如图4所示，在光源装置中，光引导部件的平面与激发光的光路成45度角，中间的通光孔通过激发光源产生的蓝色激发光201(即蓝色激光)，透反膜片132能透射蓝光并反射与蓝光颜色不同的光，蓝色激发光201经过光收集部件140后被汇聚到波长转换装置的波长转换材料153处；如图5所示，波长转换材料153利用蓝色激发光产生白色受激光或者具有混合色光的受激光(例如红绿蓝色光序列)，以白光为例，由于反射板131的反射作用，大部分的白光204被反射板131反射进而由光源装置发射出去，与蓝色光颜色不同的受激光203也被透反膜片132反射从而得到利用，只有少部分的蓝光202透过透反膜片132而没被利用。

在其他的实施例中，受激光可以是单色光，例如黄光，则透反膜片为透蓝反黄膜片；激发光也可以是混合光，例如激发光为红光和蓝光，受激光为绿光，则透反膜片为透红蓝反绿膜片。

实施例二：

如图8所示为本实施例的光引导部件，反射板由第一拼接板001、第二拼接板002、第三拼接板003和第四拼接板004拼接而成，它们具有相同的膜系，透反膜片132采用另一种膜系，设置在反射板的另一面，且反射板的通光孔被透反膜片132遮盖。之所以采用四块拼接板来组成反射板，是考虑到对于某些材料的反射板，直接在反射板中部加工通光孔在工艺上不好实现，故可以用多块板以拼接的方式制造反射板。本实施例的光引导部件在光源装置中的使用方式与实施例一相同，故不再赘述。本领域的技术人员可以用两块、三块或者其他数量的拼接板来组成反射板，也属于本发明简单派生的实施例。

实施例三：

如图9所示为本实施例的光引导部件，反射板由第五拼接板1311和第六拼接板1312拼接而成，两块板相接触的部分以叠放的方式相连接，透反膜片132被夹持在两块板相连接的部分之间，这样透反膜片132则覆盖了两块拼接板之间的通光孔。与实施例一和实施例二相比，本实施例所用到透反膜片132面积更小，但能达到同样的使用效果。本实施例的光引导部件在光源装置中的使用方式与实施例一相同，故不再赘述。

实施例四：

本实施例提供如图10所示的光源装置，包括激发光源110、复眼透镜阵列120、光引导部件、透镜组140、波长转换装置、滤光片180，其中，光引导部件由反射板131和透反膜片132构成，波长转换装置由衬底151、散热装置152和波长转换材料153构成，透镜组140相当于实施例一种的光收集部件。波长转换装置和透镜组140共同组成颜色光产生装置。

透反膜片132的面积可以小于等于反射板131的面积，或者可以大于等于反射板131中部的通光孔133的面积，为了区分受激光和激发光的光路，通光孔133的光学扩展量应小或等于反射板131的光学扩展量的1/4。

在光学中，光学扩展量(Etendue)被用来描述光在空间中的分布面积和角度。光波长转换材料153能够将光学扩展量扩大。

来自激发光源110的蓝色激发光201经通光孔133直射到光波长转换材料153上后，从该光波长转换材料153发出的白色受激光204呈近似朗伯分布，光学扩展量变大很多。向透镜组140出射的白色受激光204和未被光波长转换材料153所吸收利用的蓝色激发光经准直透镜组140的收集以近平行光的形式射往反射板131，进而大部分受激光204被带孔的反射板131反射后输出得到有效利用，小部分蓝色受激光从通光孔133中漏出被损耗掉，照到透反膜片132上的除蓝色受激光以外的光也被反射从而得到利用。由于激发光源110发出的激发光201的光学扩展量较小，可以控制通光孔133的大小占整个反射板131的很小比例；而经准直透镜组140收集的受激光204的光学扩展量较大，故可以控制光从通光孔133漏损的比例在一可接受范围内。

波长转换装置包括具有反光面的衬底151(例如热沉)，光波长转换材料153设置在该反光面上，紧贴在衬底151上的散热装置152有助于光波长转换材料153的散热进而使光转换效率得以保持。

复眼透镜阵列120为介于激发光源110和光引导部件之间对激发光进行匀光和整形的匀光装置，例如可以是长宽比为4∶3的矩形的复眼透镜阵列。根据投影仪、舞台灯、电视或探照灯的不同使用需求，匀光装置还可以采用其它的透镜阵列，或采用空心或实心的导光棒，甚至采用散光片。

放在出光口处的滤光片180可以用来调整光源装置出射光的光谱：当选择该滤光片180具有反射激发光及透射受激光的特性时，光源则可以提供纯色的受激光输出，同时未被吸收利用的激发光经反射板131反射回波长转换材料153进行二次或多次循环利用，有利于提高光的色纯度。设置在滤光片180上的膜170可以是增亮膜或衍射光学膜；或者还可以直接使用亮度增强片或偏振反射片来替换膜170和滤光片180，从而提高光源出射光的亮度或产生偏振出射光。这些膜/片也可以放置在波长转换装置尤其是波长转换材料的表面。

图10中光引导部件的放置角度可以使得入射光和出射光成90度，放射角度还可以是使入射光和发射光的角度不成90度相交的其他角度。

图10中光引导部件的放置使得其平面与激发光的光路所成的角度大于零且小于90度。当光引导部件上存在缝隙时(例如图7中透反膜片与反射板相接触处的缝隙、反射板的各个拼接板之间相接触处的缝隙)，如果光引导部件的设置使得其与激发光的光路垂直，那么激发光透过缝隙后就会形成与缝隙形状相同的一道光斑，这道光斑没被有效利用，是不希望存在的。光引导部件的放置使得其平面与激发光的光路所成的角度大于零且小于90度时，由于缝隙被倾斜了，因此激发光透过缝隙后就会形成的光斑就会变得更加狭窄，从而其影响可以被忽略。

例如，可以设置光引导部件的平面与激发光的光路成45度角，由于反射板上的拼接缝隙在垂直于光轴的面上的投影是一条直线，这种摆放方式可以减小缝隙对光线影响，也就是说缝隙的走向在水平面上的投影与光线平行。

反射板131的形状可以是圆形、椭圆形或矩形，甚至是不规则形状。此外，反射板131还可以被曲面反射光镜或带有反光面的无定形形体替换，曲面的形状可以是球面、椭球面、抛物面或自由曲面等。

实施例五：

本实施例的光源装置如图11所示，与实施例四类似，也包括激发光源110、复眼透镜阵列120、光引导部件、透镜组140、波长转换装置、滤光片180、滤光片180的膜170，其中，光引导部件由反射板131和透反膜片132构成，波长转换装置由衬底151、散热装置152和波长转换材料153构成。这些组成单元的功能与实施例四相同，故不再赘述。聚光透镜134用来将激发光会聚进光引导部件的通光孔。

与实施例不同的是，反射板131为半椭球状，锥形方棒160的入光口设置为大致以反射板131的一个焦点为中心；波长转换装置的放置使得波长转换材料153的受光点大致处于反射板131的另一个焦点所在处。这样，波长转换材料153吸收激发光后产生的受激光照射到反射板131的内壁面上后，将被反射并汇聚到锥形方棒160的入光口(即图中滤光片180的位置)。

在本实用新型其他的实施例中，反射板131可以为半球状，方棒的入光口设置成临近反射板的球心；光波长转换装置的放置使得光波长转换材料的受光点大致处于球心处与入光口隔着光波长转换材料相对。当然，本领域技术人员还可以设计其他形状的反射板，并对光路的格局做必要的调整，但都不超出本实用新型的保护范围。

实施例六：

本实施例的光源装置采用的光引导部件是由多块拼接板拼接而成的，具体为如图12所示的光引导部件，与图8所示的光引导部件类似，反射板由四块拼接板拼接而成，它们具有相同的膜系，透反膜片132采用另一种膜系，设置在反射板的另一面，且反射板的通光孔被透反膜片132遮盖。本领域的技术人员还可以采用以其他方式将拼接板组合成光引导装置的设计方案，例如采用图7的拼接方式制造光引导部件。光引导部件为片状，故定义光引导部件所在的平面为ABCD。

光引导部件上两块拼接板相接触的地方有一条缝隙300。虽然实践中技术人员并不希望出现缝隙，但细小的缝隙可能在所难免，本实施例是针对光引导部件的反射板上有缝隙的光源装置来论述的。

本实施例不同于实施例四的特点在于，光引导部件的放置使得其所在平面与激发光的光路所在的垂直于地面的平面所成的角度大于零且小于90度。以下分析阐述了本发明这一技术特征的创新性。

如图13所示，假如光引导部件的放置使得光引导部件所在的平面ABCD与激发光的光路所在的垂直于地面的平面abcd所成的角度等于90，激发虽然从人眼的角度可以将激发光理解为一条直线，但激发光本身是存在一定宽度的，因此可能存在部分激发光2012照射到反射板上，而直接通过通光孔的激发光2011会被正常利用，故不作讨论。由于反射板存在缝隙300，故照射到反射板的缝隙300上的激发光2012会在透镜组的面A’B’C’D’上形成光斑，光斑的宽为d1，高为h1。图13只是为说明之方便，透镜组所在的面A’B’C’D’可以为球面、弧面，且面A’B’C’D’与平面abcd并不处于同一平面上。

图13所作之假设只是为了与本实施例的光引导部件的放置方式做对比。本实施的光引导部件的放置使得光引导部件所在的平面ABCD与激发光的光路所在的垂直于地面的平面abcd所成的角度大于零度且小于90度，如图14所示，直接通过通光孔的激发光2011不作讨论，而照射到反射板的缝隙300上的激发光2012在透镜组的面A’B’C’D’上形成的光斑宽度为d2、高度为h2，且d2小于d1，h2小于h1。穿过缝隙的激发光(即光斑)在透镜组上会产生用户不希望造成的影响，例如使得透镜组或波长转换材料所处理的激发光在整体上不均匀以及后续被反射板接收的受激光不均匀等问题。光斑越大(或者说穿过缝隙的激发光越多)，不良影响就越显著。因此，通过本发明的设置，将光引导部件所在的平面ABCD与激发光在垂直于地面的平面abcd所成的角度控制在大于零度且小于90度的某一合适角度值，能够使得光斑更加狭窄、细小甚至被消除，减弱穿过缝隙的激发光所造成的影响。本实施例的其它技术特征与实施例四相同，故不再赘述。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种光引导部件，其特征在于，包括：

具有通光孔的反射板，反射板用于反射光线，通光孔用于通过光线；

透反膜片，透反膜片可透射第一波段的光并反射波段不同于第一波段的光，透反膜片与所述反射板结合并至少部分遮挡所述通光孔。

2.如权利要求1所述的部件，其特征在于，透反膜片与所述反射板贴合并遮盖所述通光孔，或透反膜片镶嵌进所述通光孔。

3.如权利要求1所述的部件，其特征在于，所述反射板包括至少两块具有反射光线功能的拼接板，拼接板边缘开有贯通两相对表面的槽，所述至少两块拼接板开槽的一侧拼接形成通光孔。

4.如权利要求1所述的部件，其特征在于，所述反射板包括至少两块具有反射光线功能的拼接板，所述至少两块拼接板围合形成通光孔。

5.如权利要求1-4任一项所述的部件，其特征在于，所述通光孔的光学扩展量小或等于所述反射板的光学扩展量的1/4。

6.一种光源装置，其特征在于，包括：

激发光源，用于产生激发光；

如权利要求1-5任一项所述的光引导部件，所述光引导部件位于激发光的光路上；

颜色光产生装置，其位于通过所述透反膜片的激发光的光路上，用于接收激发光并利用该激发光产生射向光引导部件的反射板的受激光。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光引导部件的放置使得其平面与激发光的光路所在的垂直于地面的平面所成的角度大于零且小于90度。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述颜色光产生装置还用于将未被利用的激发光反射到所述光引导部件。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一波段的光为激发光。

10.如权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述反射板呈半椭球状或半球状，其内表面用于反射光线；

所述颜色光产生装置包括用于将激发光转换成受激光的光波长转换材料、用于收集激发光的光收集部件；

当所述反射板呈半椭球状时，光收集部件的入光口设置为大致以所述反射板的一个焦点为中心；颜色光产生装置的放置使得光波长转换材料的受光点大致处于所述反射板的另一个焦点处；

当所述反射板呈半球状时，光收集部件的入光口设置在临近所述反射板的球心的位置；颜色光产生装置的放置使得光波长转换材料的受光点大致处于所述反射板的球心处并与所述光收集部件的入光口隔着光波长转换材料相对，或者使得光波长转换材料的受光点临近所述反射板的球心处与所述光收集部件的入光口大致关于该球心对称。