CN209281140U - 光源改善装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种光源改善装置，涉及激光技术领域。光源改善装置包括激光光源、分光组件、收集透镜组、荧光激发组件、聚焦组件以及匀光组件，收集透镜组包括至少一个透镜，收集透镜组中反射部分激光的至少一个透镜与聚焦组件的距离可调节，以使经收集透镜组中的至少一个透镜反射的部分激光的成像位置朝靠或远离近聚焦组件的方向移动。本实用新型从光斑产生的根本原因来进行相关的设计调节，可通过调节收集透镜组中引起激光反射的透镜与聚焦组件的位置，使反射激光形成光斑的像面位置后移，进而使得经过匀光组件输出的激光能量分布相对均匀化，实现减弱甚至消除光斑效应。

Description

光源改善装置

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，更具体地，涉及一种光源改善装置。

背景技术

目前，随着激光荧光技术的发展应用，新一代光源在使用激光荧光粉技术的基础上，进一步开发使用红激光加荧光的技术。红色的固态光源发射红激光，通过增加红激光技术，动态调整红光在白光中的占比，从而获得高显色性的光源系统，利用荧光的亮度与激光的颜色，使得光源色彩空间更大，并且进一步提高光源的亮度，同时还可提升光机效率，实现光源显色性可调、亮度可调。

实用新型内容

本实用新型提出了一种光源改善装置，可通过调节收集透镜组中引起激光反射的透镜与聚焦组件的位置，改善甚至消除光斑效应。

本实用新型实施例提供了一种光源改善装置，包括激光光源、分光组件、收集透镜组、荧光激发组件、聚焦组件以及匀光组件，收集透镜组包括至少一个透镜，由激光光源出射的激光经分光组件入射至收集透镜组，一部分激光透过收集透镜组入射至荧光激发组件并激发出荧光，入射至荧光激发组件并经荧光激发组件反射的激光，与激发出的荧光依次透过收集透镜组、分光组件以及聚焦组件入射至匀光组件；另一部分激光经收集透镜组中的至少一个透镜反射，依次透过分光组件以及聚焦组件入射至匀光组件，收集透镜组中反射部分激光的至少一个透镜与聚焦组件的距离可调节，以使经收集透镜组中的至少一个透镜反射的部分激光的成像位置朝靠近或远离聚焦组件的方向移动。

进一步的，所述收集透镜组中距离所述聚焦组件最远的透镜与所述聚焦组件的距离可调节。

进一步的，所述收集透镜组包括沿远离所述聚焦组件的方向依次设置的第一收集透镜、第二收集透镜、第三收集透镜以及第四收集透镜，所述第四收集透镜与所述聚焦组件的距离可调节。

进一步的，所述第四收集透镜靠近所述聚焦组件一侧表面的曲率大于所述第一收集透镜、所述第二收集透镜以及所述第三收集透镜靠近所述聚焦组件一侧表面的曲率。

进一步的，所述聚焦组件的折射率可调节。

进一步的，所述收集透镜组、所述分光组件以及所述聚焦组件共轴设置。

进一步的，所述分光组件为分光镜。

进一步的，所述荧光激发组件为荧光粉色轮。

进一步的，所述聚焦组件为聚焦透镜。

进一步的，所述匀光组件为匀光方棒。

本实用新型实施例提供的光源改善装置，通过调节收集透镜组中引起激光反射的透镜与聚焦组件的位置，使反射激光形成光斑的像面位置后移，进而使得经过匀光组件输出的激光能量分布相对均匀化，实现减弱甚至消除光斑效应。

本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的光源改善装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型第一实施例提供的收集透镜组的结构示意图；

图3示出了调节收集透镜组中的第四收集透镜与其他透镜之间的间距增大时的示意图；

图4为出了本实用新型第一实施例提供的光源改善装置的光路示意图；

图5a为出了本实用新型第一实施例的收集透镜组中透镜间距调整前的光斑表面能量密度分布图；

图5b为出了本实用新型第一实施例的收集透镜组中第四收集透镜与其他透镜间距增大0.2mm时的光斑表面能量密度分布图；

图5c为出了本实用新型第一实施例的收集透镜组中第四收集透镜与其他透镜间距增大0.5mm时的光斑表面能量密度分布图；

图5d为出了本实用新型第一实施例的收集透镜组中第四收集透镜与其他透镜间距增大1.0mm时的光斑表面能量密度分布图；

图6示出了本实用新型第二实施例提供的光源改善装置的结构示意图；

图7示出了调节聚焦组件的折射率增大或调节聚焦组件的焦距变小时的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，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方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

目前，随着激光荧光技术的发展应用，新一代光源在使用激光荧光粉技术的基础上，进一步开发使用红激光加荧光的技术。红色的固态光源发射红激光，通过增加红激光技术，动态调整红光在白光中的占比，从而获得高显色性的光源系统，利用荧光的亮度与激光的颜色，使得光源色彩空间更大，并且进一步提高光源的亮度，同时还可提升光机效率，实现光源显色性可调、亮度可调。

此外，相比于纯激光技术，激光加荧光光源中红光是激光与荧光共同输出，绿光是由荧光粉激发产生的荧光，其相干性小，因此不存在光斑效应，而蓝激光应用光斑效应不明显，从而大大降低了光源消光斑的难度与成本。

然而，发明人在使用这一新技术的过程中发现存在一些问题，引入红激光的光源在使用过程中发现了红斑效应，红斑表现为投影屏幕上高亮的细长线。发明人经过进一步研究发现，红斑产生的主要原因是来自于光路中透镜的反射。

为了消除引入红激光后的光斑影响，发明人尝试通过将红激光收集到荧光粉轮上，从而消除激光相干性。红激光在经过区域膜片，后由收集透镜收集到荧光粉色轮上。然而，收集透镜中最小一片透镜曲率过大，镀膜加工中难以达到100％的透过率，使得红激光不能完全到达荧光粉色轮，有很小的一部分红激光会由透镜反射，直接进入投影镜头。相比于经过荧光轮后匀光过的红激光，由透镜反射的小部分红激光能量密度较高，很小角度的光进入匀光器件中，不能进行匀光，不均匀高能能量密度的光斑，就继续以不均匀的高能量的方式进入后续的光机系统，最后进入投影画面中。高能量密度光斑表现为高亮的细长线，在投影画面中，高能量密度的红激光在均匀能量分布的投影画面中表现的结果尤其明显。

为了解决上述的问题，发明人对红斑产生的根本原因进行了研究，提出了本实用新型实施例中的光源改善装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一实施例

请参照图1，图1是本实用新型第一实施例提供的光源改善装置1000的结构示意图。本实施例中，光源改善装置1000可用作投影机等光学系统的光源。

本实施例中，如图1所示，光源改善装置1000包括激光光源100、分光组件200、收集透镜组300、荧光激发组件400、聚焦组件500以及匀光组件600。其中，收集透镜组300包括至少一个透镜。

作为一种方式，当光源改善装置1000工作时，由激光光源100出射的激光经分光组件200反射并入射至收集透镜组300，一部分激光透过收集透镜组300入射至荧光激发组件400并激发出荧光，入射至荧光激发组件400并经荧光激发组件400反射的激光，与激发出的荧光依次透过收集透镜组300、分光组件200以及聚焦组件500入射至匀光组件600；另一部分激光经收集透镜组300中的至少一个透镜反射，依次透过分光组件200以及聚焦组件500入射至匀光组件600。其中，收集透镜组300中反射部分激光的至少一个透镜与聚焦组件500的距离可调节，以使经收集透镜组300中的至少一个透镜反射的部分激光的成像位置(或成像面的位置)朝靠近或远离聚焦组件500的方向移动。在一些实施方式中，当激光光源100为包含红激光、蓝激光的混合光源时，经过收集透镜组300并入射到荧光激发组件400的部分激光中的蓝激光用于激发荧光粉产生红荧光，而入射至荧光激发组件400上的部分激光中的红激光则经由荧光激发组件400反射回到收集透镜组300，并与激发出的红荧光一同经由收集透镜组300、分光组件200以及聚焦组件500入射至匀光组件中。

作为另一种方式，由激光光源100出射的激光还可经过分光组件200透射并入射至收集透镜组300，此时，经收集透镜组300返回分光组件200的激光与荧光可经分光组件200反射并经过聚焦组件600入射至匀光组件600。

可以理解的是，当经收集透镜组300中的至少一个透镜反射的部分激光的成像位置朝靠近聚焦组件500的方向移动时，由收集透镜组300反射的该部分激光经匀光组件600匀光后出射形成的光斑面积会增大，由于光斑面积越大，能量密度越低，其产生的光斑效应会减弱甚至消除。

本实施例中，激光光源100，可以是发射蓝激光以及红激光的激光器。其中，蓝激光作为基础的光源，其可用于入射至荧光激发组件400并激发出荧光；红激光可用于提高光学系统的显色性。在一些实施方式中，激光光源100在需要时还可以补充绿色激光器。

在一些实施方式中，当收集透镜组300中包含至少多个透镜时，其中与聚焦组件500距离最远的透镜与聚焦组件500的距离可调节。

为了将入射至收集透镜组300中的红激光聚焦至荧光激发组件400，当收集透镜组300中包括多个透镜时，距离聚焦组件500最远的透镜的曲率最大，由于其镀膜加工中难以达到100％的透过率，使得该透镜靠近聚焦组件500的一侧表面会反射一小部分由激光光源100发出的红激光，该部分红激光以很小的角度进入匀光组件600，不能进行充分的匀光，其能量密度过高，会导致红斑效应。通过使该与聚焦组件500距离最远的透镜与聚焦组件500(或收集透镜组300中的其他透镜)的距离可调节，可改变由其反射的部分红激光进入匀光组件600的角度，进而改善红斑效应。当激光光源100发出的是其它颜色的激光时，比如，蓝色、绿色等，激光光源发出的激光其由收集透镜组300中的透镜靠近聚焦组件500的一侧表面反射的一小部分激光(对画面显示效果不利的光)同样可以通过光源改善装置1000进行调节。

本实施例中，作为一种方式，如图1、图2所示，收集透镜组300包括沿远离聚焦组件500的方向依次设置的第一收集透镜310、第二收集透镜320、第三收集透镜330以及第四收集透镜340。

本实施例中，第四收集透镜340靠近聚焦组件500一侧表面的曲率大于第一收集透镜310、第二收集透镜320以及第三收集透镜330靠近聚焦组件500一侧表面的曲率，第四收集透镜340与聚焦组件500的距离可调节。作为一种方式，第一收集透镜310、第二收集透镜320、第三收集透镜330以及第四收集透镜340靠近聚焦组件500一侧表面的曲率依次增大，其能够实现较好的聚焦效果，将入射至收集透镜组300的红激光聚焦至荧光激发组件400上，且可将激发出的荧光充分收集，以增加光源的整体亮度，提升光机效率。

本实施例中，如图2所示，第一收集透镜310为双凸透镜，其用于将由分光组件200反射的红色激光收集并聚焦至第二收集透镜320。

第二收集透镜320为靠近聚焦组件500一侧为凸面、远离聚焦组件500一侧为凹面的正透镜，其用于将经由第一收集透镜310出射的激光光束进一步聚焦至曲率更大的第三收集透镜330。作为一种方式，第二收集透镜320靠近聚焦组件500一侧表面的曲率大于远离聚焦组件500一侧表面的曲率。

第三收集透镜330为靠近聚焦组件500一侧为凸面、远离聚焦组件500一侧为凹面的正透镜，其用于将经由第二收集透镜320出射的激光光束进一步聚焦至曲率更大的第四收集透镜340。作为一种方式，第三收集透镜330靠近聚焦组件500一侧表面的曲率大于远离聚焦组件500一侧表面的曲率。

第四收集透镜340为靠近聚焦组件500一侧为凸面、远离聚焦组件500一侧为凹面的正透镜，其用于将经由第三收集透镜330出射的激光光束进一步聚焦至荧光激发组件400。作为一种方式，第四收集透镜340靠近聚焦组件500一侧表面的曲率大于远离聚焦组件500一侧表面的曲率。

本实施例中，第四收集透镜340与聚焦组件500的间距可调节。在其他可能的实施方式中，第一收集透镜310、第二收集透镜320以及第三收集透镜330与聚焦组件500的间距也可以是可调节的。

请参照图3，当调节收集透镜组300中引起激光反射的第四收集透镜340与其他透镜之间的间距增大时(图3中的左图变为右图)，可以减少其靠近聚焦组件500一侧表面反射的激光光束进入聚焦组件500的入射角度。

请参照图4所示的光路图，当反射的激光光束进入聚焦组件500的入射角度变小时，根据折射定律，其从聚焦组件500出射的角度会变大，即经过聚焦组件500聚焦成像的焦点位置会朝聚焦组件500的方向移动，从而使得其进入匀光组件600的角度变大，进而使得经匀光组件600出射形成的红色光斑的面积扩大，红光斑的能量密度降低，红斑效应减弱。

本实施例中，作为一种方式，收集透镜组300、分光组件200以及聚焦组件500可以共轴设置。可以理解的是，在其他可能的实施方式中，收集透镜组300、分光组件200以及聚焦组件500也可以不共轴设置。

本实施例中，作为一种方式，分光组件200可以是分光镜，其能够将激光光源100发出的红色激光全部反射至收集透镜组300，并可透过经由收集透镜组300返回的激光与荧光光束，以使由收集透镜组300返回的激光与荧光光束能够入射至聚焦组件500。具体地，例如，分光组件200由两个区域组成，位于分光组件200中心的第一区域和环绕第一区域设置的第二区域，第一区域的面积远小于第二区域的面积，当由激光光源100出射的激光经分光组件200反射并入射至收集透镜组300时，第一区域反射激光，第二区域透射激光和荧光；当由激光光源100出射的激光经过分光组件200透射并入射至收集透镜组300时，第一区域透射激光，第二区域反射激光和荧光。可以理解的是，在其他可能的实施方式中，分光组件200还可以是其他具有选择透过性的光学元件。

本实施例中，作为一种方式，荧光激发组件400可以是荧光粉色轮，其通过在色轮基板上涂布一种或多种不同颜色、不同激发光谱的荧光粉色段/片层，从而利用激光光源100发出的激光(一般为蓝色激光)激发出荧光，并将激发产生的荧光与经过色轮散射区段反射的激光一同作为光机的光源。激光入射色轮的散射区段主要是为了消除散斑。入射散射区段的激光可以是蓝激光、红激光、绿激光中一种或多种。可以理解的是，在其他可能的实施方式中，荧光激发组件400还可以是其他能够用于吸收激光并产生荧光的光学元件。

本实施例中，作为一种方式，聚焦组件500可以是聚焦透镜，其能够将由收集透镜组300出射并穿过分光组件200的激光与荧光光束聚焦至匀光组件600。作为一种方式，聚焦组件500可以是靠近匀光组件600一侧为凸面、远离匀光组件600一侧为平面的正透镜。可以理解的是，在其他可能的实施方式中，聚焦组件500还可以是其他具有聚光功能的光学元件。

本实施例中，作为一种方式，匀光组件600可以是匀光方棒，当经由聚焦组件500出射的激光与荧光光束进入匀光方棒后，能够在方棒内壁经过反射与散射形成光能量分布均匀的光束并从匀光方棒的出口出射，以为光机系统提供光能量分布均匀的光源。

本实施例中，当调节收集透镜组300中引起激光反射的第四收集透镜340与其他透镜之间的间距增大时(如图3所示)，反射的激光光束在匀光方棒中的焦点位置会从匀光方棒的出口处向入口处移动，且进入匀光方棒的角度会增大，此时该部分反射的激光光束能够在会聚后入射至匀光方棒的内壁进行反射与散射，即可进行匀光，而不会因为入射角度较小而直接穿过匀光方棒，产生没有经过匀光的高亮红斑，即减弱了该部分激光产生的红斑效应。当该部分激光产生的红斑的能量密度与经过匀光的荧光光束的能量密度一致时，红斑效应甚至能够被消除。

请参照图5a、图5b、图5c以及图5d，图5a为收集透镜组300中透镜间距调整前的光斑表面能量密度分布图，图5b为收集透镜组300中第四收集透镜340与其他透镜(或聚焦组件500)间距增大0.2mm时的光斑表面能量密度分布图，图5c为收集透镜组300中第四收集透镜340与其他透镜(或聚焦组件500)间距增大0.5mm时的光斑表面能量密度分布图，图5d为收集透镜组300中第四收集透镜340与其他透镜(或聚焦组件500)间距增大1.0mm时的光斑表面能量密度分布图。由图5a、图5b、图5c以及图5d可以看出，在收集透镜组300中的第四收集透镜340与其他透镜的间距增大后，光斑表面能量密度分布变得更为均匀，红斑能量密度得到了有效降低，红斑效应减弱。

本实施例提供的光源改善装置1000，通过调节收集透镜组300中引起激光反射的透镜与聚焦组件500的位置，使反射激光形成光斑的像面位置后移，进而使得经过匀光组件600输出的激光能量分布相对均匀化，实现减弱甚至消除光斑效应。

第二实施例

请参照图6，图6是本实用新型第二实施例提供的光源改善装置1000的结构示意图。本实施例提供的光源改善装置1000与第一实施例最大的不同在于，聚焦组件500的折射率可调，即聚焦组件500的焦距可调。

请参照图7，当调节聚焦组件500的折射率增大或调节聚焦组件500的焦距变小时(图7中的上图变为下图)，可以使经过聚焦组件500的光束(红光斑的成像面)进入匀光组件600的入射角度变大，且成像位置朝聚焦组件500(或匀光组件600入口)的方向移动，可以增大经由匀光组件600输出的光斑的面积，降低红光斑的能量密度，减弱甚至消除红斑效应。

本实施例提供的光源改善装置1000，通过调节聚焦组件500的折射率，合理优化聚焦组件500的焦距，可使红斑的高能量密度明显弱化，在减弱红斑效应的同时可使输出的荧光基本满足设计要求。

综上，本实用新型实施例提供的光源改善装置，通过调节收集透镜组中引起激光反射的透镜与聚焦组件的位置，使反射激光形成光斑的像面位置后移，进而使得经过匀光组件输出的激光能量分布相对均匀化，实现减弱甚至消除光斑效应。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“实施方式”等的描述意指结合该实施例、示例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例、示例或实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光源改善装置，其特征在于，包括激光光源、分光组件、收集透镜组、荧光激发组件、聚焦组件以及匀光组件，所述收集透镜组包括至少一个透镜；

由所述激光光源出射的激光经所述分光组件入射至所述收集透镜组，一部分激光透过所述收集透镜组入射至所述荧光激发组件并激发出荧光，入射至所述荧光激发组件并经所述荧光激发组件反射的激光，与激发出的荧光依次透过所述收集透镜组、所述分光组件以及所述聚焦组件入射至所述匀光组件；另一部分激光经所述收集透镜组中的至少一个透镜反射，依次透过所述分光组件以及所述聚焦组件入射至所述匀光组件；

所述收集透镜组中反射部分激光的至少一个透镜与所述聚焦组件的距离可调节，以使经所述收集透镜组中的至少一个透镜反射的部分激光的成像位置朝靠近或远离所述聚焦组件的方向移动。

2.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述收集透镜组中距离所述聚焦组件最远的透镜与所述聚焦组件的距离可调节。

3.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述收集透镜组包括沿远离所述聚焦组件的方向依次设置的第一收集透镜、第二收集透镜、第三收集透镜以及第四收集透镜，所述第四收集透镜与所述聚焦组件的距离可调节。

4.根据权利要求3所述的光源改善装置，其特征在于，所述第四收集透镜靠近所述聚焦组件一侧表面的曲率大于所述第一收集透镜、所述第二收集透镜以及所述第三收集透镜靠近所述聚焦组件一侧表面的曲率。

5.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述聚焦组件的折射率可调节。

6.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述收集透镜组、所述分光组件以及所述聚焦组件共轴设置。

7.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述分光组件为分光镜。

8.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述荧光激发组件为荧光粉色轮。

9.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述聚焦组件为聚焦透镜。

10.根据权利要求1所述的光源改善装置，其特征在于，所述匀光组件为匀光方棒。