CN209281139U - 一种光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光源装置及投影系统，其中所述光源装置包括：光源，所述光源产生激发光；分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光和/或所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。根据本实用新型提供的光源装置，第一激发光和第二激发光入射到同一波长转换元件上，从而降低了光源装置的成本，减小了光源装置的体积。

Description

一种光源装置及投影系统

技术领域

本实用新型涉及激光投影装置，具体涉及一种光源装置及投影系统。

背景技术

激光光源作为投影显示光源使用具有高亮度、高效率、长寿命和高色域等优点，正在被越来越多的应用到投影显示产品中。

目前的激光投影显示产品中，激光光源系统大部分采用激光激发荧光体发光方式实现投影系统的照明，具体实现方式为：光源系统主要是通过波长转换元件及其光路结构获得时序的光输出，得到多色光。

在现有技术中，激光光源的光路结构大多包括两个波长转换元件，具有以下缺点：(1)由于波长转换元件属于核心部件，导致激光器件成本高；(2)两个波长转换元件需要的空间体积大，造成光源的体积无法缩小；(3)两个波长转换元件需要实现同步，需要同步电路控制，造成光路调整甚至光源制程的难度增加。

因此，有必要提出一种新的光源装置及投影系统，以解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型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。本实用新型的实用新型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。

本实用新型提供一种光源装置，包括：

光源，所述光源产生激发光；

分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；

波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光和所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；

所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。

进一步，所述光源装置还包括：

反光元件，配置为反射所述第二激发光以使所述第二激发光入射到所述波长转换元件上。

进一步，所述光源包括单一波长的光源或多波长的光源。

进一步，所述波长转换元件包括旋转式的基体以及带动所述基体旋转的驱动元件，所述基体为圆形轮式结构或桶式结构。

进一步，所述波长转换元件包括若干分区，在若干分区上包括不同颜色的波长转换分区。

进一步，所述第一激发光入射至所述波长转换元件的第一分区，所述第二激发光或散射光入射至所述波长转换元件的第二分区，所述第一分区和第二分区位置不同。

进一步，所述基体包括至少一个环区，所述环区为互不交叠的同心圆环形区域，每个所述环区包括至少一个所述分区。

进一步，在所述分光元件和所述反光元件之间还设置有偏振转换元件。

本实用新型还提供一种光源装置，包括：

光源，所述光源产生激发光；

分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；

波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光或所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；

所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。

进一步，所述第一出射光或所述第二出射光为散射光。

进一步，所述波长转换元件包括若干分区，在若干分区上包括不同颜色的波长转换分区和散射分区。

本实用新型还提供一种投影系统，包括如上所述的光源装置。

根据本实用新型提供的光源装置，分光元件反射部分光源的激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光，然后所述第一激发光入射到波长转换元件产生第一出射光，所述第二激发光入射到同一个波长转换元件产生第二出射光，将所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光，从而降低了光源装置的成本，减小了光源装置的体积。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的装置及原理。在附图中，

图1示出了目前激光投影产品中常用的具有双波长转换元件的光源装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的具有单波长转换元件的光源装置的结构示意图；

图3A示出了根据本实用新型的示例性实施例的波长转换元件的主视图；

图3B示出了根据本实用新型示例性实施例的波长转换元件的右视图。

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实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型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，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本实用新型提出的光源装置及投影系统。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型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。

目前激光投影产品中常用的光源装置大都具有双波长转换元件，其结构如图 1所示，包括：激光光源101，以及在激光光源101的光路上依次设置的光路整形元件(例如凸透镜102、凹透镜103)、散射片104、分光片105、两个波长转换元件107以及设置在分光片105与波长转换元件107之间的光路整形元件(例如凸透镜106)。

下面结合附图1以激光光源101发射的激光为例对光路进行详尽的说明：激光光源101发出的激发光201经过光路整形元件(例如凸透镜102、凹透镜103) 后，透射通过散射片104，经过分光片105后被分成第一激发光202和第二激发光204，其中第一激发光202经分光片105反射后入射第一波长转换元件107产生第一受激光203，透过分光片105的第二激发光204入射第二波长转换元件产生第二受激光205，然后，分光片105透过的第一受激光203与经分光片105反射的第二受激光205合光输出。

由于上述光路结构包括两个波长转换元件，具有以下缺点：(1)波长转换元件属于核心部件，导致激光器件成本高；(2)两个波长转换元件需要的空间体积大，造成光源的体积无法缩小；(3)两个波长转换元件需要实现同步，需要同步电路控制，造成光路调整甚至光源制程的难度增加。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新的光源装置，包括：

光源，所述光源产生激发光；

分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；

波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光和/或所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；

所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。

其中，所述光源装置还包括反光元件，配置为反射所述第二激发光以使所述第二激发光入射到所述波长转换元件上；在所述光源和所述分光元件之间还设置有光路整形元件，以对所述光源的激发光进行准直整形；所述光源和所述分光元件之间还设置有光散射元件，以破坏所述激发光的相干性；在所述分光元件和所述反光元件之间还设置有偏振转换元；在所述分光元件和所述波长转换元件之间还设置有整形透镜，以对所述第一激发光和所述第二激发光进行会聚，同时对所述第一出射光和所述第二出射光进行准直。

下面结合附图2、附图3A和3B对本实用新型的光源装置做详细的说明。

参照附图2，本实用新型的光源装置包括光源101，用于发射激发光201。示例性地，光源101为激光光源，可以为单一波长的光源，也可以为多波长的光源，即多色光源。

作为一个实例，所述光源101为激光光源，由特定的激光光源装置发射具有单一波长的激光，目前使用较多的是日本日亚公司的445nm/30W的激光光源，当然也可以使用其他激光光源。所述激发光201可以为蓝色光、红色光、紫色光或者紫外光等，但并不以上述为限，激发光可以为任意颜色。为了保证光源的出光效果，根据使用的激光光源数量不同，可适当调整合光的光路。

参照附图2，本实用新型的光源装置还包括光路整形元件，以对光源101的激发光201进行准直整形。光路整形元件使与从光源101发射的照明光的中心轴垂直的面内的照度均匀化。可选地，当光源101发射的光满足特定需求时，光路整形元件可以不包括在光源系统中。

示例性地，所述光路整形元件至少包括透镜阵列，所述透镜阵列包括多个透镜，其中透镜的数目、种类以及设置方式，可以根据实际需要进行设置。作为一个实例，光路整形元件包括在激发光201的光路上依次设置的凸透镜102和凹透镜103，以对光源的激发光201进行调整。

参照附图2，本实用新型的光源装置还包括分光元件105，所述分光元件105 配置为反射部分所述激发光201以形成第一激发光202，透过部分所述激发光201 以形成第二激发光204。

其中，所述第一激发光202为主激发光，所述第二激发光204的偏振方向与所述第一激发光202的偏振方向垂直，或者第二激发光204是不同于第一激发光 202的其他颜色的激光。

示例性地，所述分光元件105选用偏振分光片或其他可以实现所述目的光学元件，在此不再赘述。进一步，所述分光元件105可以实现对激发光201的透过，也可以实现对后续步骤中生成的出射光的透过。

作为一个实例，偏振分光片与激发光201的夹角为45°，例如所述偏振分光片相对于水平面倾斜45度设置，以使激发光201经分光元件105反射前后相互垂直，同时使第一激发光202和第二激发光204相互垂直。

可选地，在所述光路整形元件和所述分光元件105之间还设置有光散射元件 104(例如，散射片)，以破坏所述激发光201的相干性，获得均匀的光源。

参照附图2，本实用新型的光源装置还包括反光元件108，配置为反射所述第二激发光204以使所述第二激发光204入射到波长转换元件107上。进一步，所述第二激发光204与所述第一激发光202平行入射到波长转换元件107上。所述反光元件108选用反光镜或其他可以实现所述目的光学元件，在此不再赘述。

示例性地，反光镜与第二激发光204的夹角为45°，例如反光镜相对于水平面倾斜45度设置，以使第二激发光204经反光元件108反射前后相互垂直，同时也使第二出射光205经反光元件108反射前后相互垂直。

参照附图2，本实用新型的光源装置还包括波长转换元件107，所述第一激发光201入射到所述波长转换元件107上以产生第一出射光203，所述第二激发光204入射到所述波长转换元件107上以产生第二出射光205，所述第一出射光 203和/或所述第二出射光205为进行波长转换产生的受激光。

参照图3A和3B，所述波长转换元件107包括旋转式的基体以及带动所述基体旋转的驱动元件，所述基体为圆形轮式结构或桶式结构。

参照图3A，所述基体设置为可以旋转的轮式结构，其中，所述轮式装置包括圆形板状结构。此外，除了圆形板状结构，桶式结构可以应用本申请，其他能够实现上述波长转换功能的形状也可以应用于本申请，并不局限于该示例。

作为一个实例，基体是由铜、铝等形成的金属基材，通过银蒸镀等对该基体的激发光照射装置侧的表面进行镜面加工，以使第一出射光203和第二出射光 205反射出波长转换元件107。

参照图3B，所述波长转换元件还包括驱动元件，用于驱动所述基体按照预定的周期旋转。可选地，所述驱动装置包括马达，其中所述基体紧贴所述马达设置，由所述马达带动所述基体转动。例如所述基体为大致圆盘状，中心部由马达的旋转轴固定且能旋转。作为一种实施方式，在所述基体的中心设置有轴孔，在轴孔处设置固定环，旋转马达以转轴穿入该轴孔与固定环紧固，使该旋转马达能以转轴带动基体，当激发光打在基体的不同分区时进行相应的处理。可选择的，驱动元件带动所述基体进行匀速或非匀速的旋转，如此设置可以更加灵活的控制出射光的输出时序。

示例性地，所述波长转换装置107包括若干分区，所述若干分区包括波长转换分区或散射分区，波长转换分区对入射到波长转换装置107上的激发光进行波长转换以产生受激光，散射分区对入射到波长转换装置107上的激发光进行散射以产生散射光。

示例性地，所述第一出射光203和/或所述第二出射光205为进行波长转换产生的受激光。在一个实施例中，第一出射光203与第二出射光205均为受激光。在另一个实施例中，所述第一出射光203与第二出射光205分别为受激光和散射光。

进一步，所述激发光与受激光的波长不同，即激发光与受激光为不同颜色的光。例如，所述波长转换材料包括但不限于红光转换材料、绿光转换材料、蓝光转换材料以及黄光转换材料。

示例性地，第一激发光入射至所述波长转换元件的第一分区，所述第二激发光入射至所述波长转换元件的第二分区，所述第一分区和第二分区位置不同。

可选地，第一分区和第二分区均为波长转换分区，表面均设置有不同的波长转换材料。可选地，第一分区为波长转换分区，第二分区为散射分区，

示例性地，所述基体包括至少一个环区，所述环区为互不交叠的同心圆环形区域，每个所述环区包括至少一个分区。

参照图3A，在一个实施例中，所述基体包括两个环区，分别为靠近基体边缘的位于外侧的第一环区，和靠近基体中心的位于内侧的第二环区，所述第一环区和所述第二环区为邻接的同心圆环，其中，所述第一环区包括分区10、分区 11、分区12和分区13，所述第二环区包括分区20、分区21、分区22和分区23，进一步，分区10与分区20为相对应的分区，分区11与分区21为相对应的分区，分区12与分区22为相对应的分区，分区13与分区24为相对应的分区。

作为一个实例，可以通过调整光路以使所述第一激发光202入射到所述第一环区，并且使所述第二激发光204入射到所述第二环区。作为一个实例，当所述第一激发光202入射到分区10时，所述第二激发光202入射到相对应的分区20。

示例性地，所述基体设置为可旋转的结构，可以实现不同的波长的出射光时序地输出，从而实现多色光的输出。进一步，可以通过控制所述基体的旋转速度来控制输出光的时序。

示例性地，在所述分光元件105和所述波长转换元件107之间还设置有整形透镜，所述整形透镜包括第一整形透镜106和第二整形透镜109，第一整形透镜 106设置在所述分光元件105与所述波长转换元件107之间，以对所述第一激发光202会聚同时对所述第一出射光203进行准直；所述第二整形透镜109设置在所述反射元件108和所述波长转换元件107之间，以对所述第二激发光204进行会聚的同时对所述第二出射光205进行准直。

可选地，所述第一整形透镜106和所述第二整形透镜109可以是具有准直和会聚作用的透镜，在本实施例中，所述第一整形透镜106和所述第二整形透镜 109均包括凸透镜，其还可以包括其他的多个透镜组成的透镜组，在此不做具体限定。

进一步，所述波长转换元件107设置于前述整形透镜的焦点前后，例如所述波长转换元件设置于所述整形透镜的焦点上或者前后适当的距离范围之内，具体的距离范围可以根据实际需要进行设置，并不局限于某一数值范围。

参照附图2，本实用新型的光源装置还包括设置在所述分光元件105和所述反光元件108之间的偏振转换元件110，配置为实现线偏振光与圆偏振光之间的转换。作为一个实例，所述偏振转换元件110包括相位延迟板(例如1/4波片)。

示例性地，偏振转换元件110使第二激发光204由线偏振光变成圆偏振光，经反光元件110反射后仍为圆偏振光，以入射波长转换元件107产生第二出射光 205，第二出射光205经反光元件110反射后仍为圆偏振光，只是方向相反，经过偏振转换元件110后，第二出射光205变成线偏振光，其偏振方向与第二激发光204的偏振方向相互垂直。

然后，分光元件105透过的第一出射光203与经分光元件105反射的第二出射光205合束形成出射光。

本实用新型还提供了一种投影系统，其包括上述光源装置。

根据本实用新型提供的光源装置，分光元件反射部分光源的激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光，然后所述第一激发光入射到波长转换元件产生第一出射光，所述第二激发光入射到同一个波长转换元件产生第二出射光，将所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光，从而降低了光源装置的成本，减小了光源装置的体积。

本实用新型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，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型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实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

光源，所述光源产生激发光；

分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；

波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光和所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；

所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，还包括：

反光元件，配置为反射所述第二激发光以使所述第二激发光入射到所述波长转换元件上。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源包括单一波长的光源或多波长的光源。

4.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换元件包括旋转式的基体以及带动所述基体旋转的驱动元件，所述基体为圆形轮式结构或桶式结构。

5.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换元件包括若干分区，在若干分区上包括不同颜色的波长转换分区。

6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述第一激发光入射至所述波长转换元件的第一分区，所述第二激发光入射至所述波长转换元件的第二分区，所述第一分区和第二分区位置不同。

7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述基体包括至少一个环区，所述环区为互不交叠的同心圆环形区域，每个所述环区包括至少一个所述分区。

8.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于，在所述分光元件和所述反光元件之间还设置有偏振转换元件。

9.一种光源装置，其特征在于，包括：

光源，所述光源产生激发光；

分光元件，配置为反射部分所述激发光以形成第一激发光，透过部分所述激发光以形成第二激发光；

波长转换元件，所述第一激发光入射到所述波长转换元件上以产生第一出射光，所述第二激发光入射到所述波长转换元件上以产生第二出射光，所述第一出射光或所述第二出射光为进行波长转换产生的受激光；

所述第一出射光和所述第二出射光通过所述分光元件合束形成出射光。

10.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于，所述第一出射光或所述第二出射光为散射光。

11.如权利要求10所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换元件包括若干分区，在若干分区上包括不同颜色的波长转换分区和散射分区。

12.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的光源装置。