CN215494522U - 一种缩束元件、光源装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种缩束元件、光源装置及投影系统，缩束元件包括：缩束元件本体；透射区，设置于所述缩束元件本体的入射面上；第一反射区，设置于所述缩束元件本体的入射面上，且所述第一反射区与所述透射区相邻设置；第二反射区，设置于所述缩束分光本体的出射面上。本实用新型提供的缩束元件，通过在缩束元件本体的入射面上设置透射区以及第一反射区，在缩束元件本体的出射面上设置第二反射区，结合缩束元件本体的折射作用，对一束激发光的入射方向发生改变，使得该束激发光向另一束激发光的方向发生偏移，从而缩小两束激发光之间的距离，进而有利于使后续的光路中的透镜直径变小，成本降低，同时对光的收集效率提高。

Description

一种缩束元件、光源装置及投影系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种缩束元件、光源装置及投影系统。

背景技术

现有的激光光源装置，参见图1所示，激发光源2通常由两组激光光源组成，或者一个激发光源1由两部分组成。激发光源2通常发出蓝色激光，本申请成为激发光；该激发光通过匀光组件3后，入射至分光元件4上，被分光元件4反射至第一会聚透镜组5，经第一会聚透镜组5会聚后，入射至波长转换装置6；波长转换装置6上设置有波长转换区与激发光透射区，部分激发光通过波长转换区产生受激发光，受激发光反向透过第一会聚透镜组5，准直成平行光束，通过透射作用穿过分光元件4，再通过第二会聚透镜组7后入射至光机系统；部分激发光通过波长转换装置6上的激发光透射区形成透过的激发光，透过的激发光依次通过透镜8、反射镜组9后，入射至分光元件4上，经分光元件4反射后，与受激发光合光，进入光机系统；其中反射镜组9包括依次设置的第一反射镜91、第二反射镜92以及第三反射镜93。

当激发光源2由两组激光光源组成，两组激光光源发射出两束光束，由于两束光束之间存在较大的距离，为了实现两束光的收集，需要透镜直径变大，同时部分在透镜边缘的部分光利用效率低，造成整个激光光源装置的光收集效率低。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是现有的激发光源发射的两束激发光之间的距离较大。

为解决上述问题，本实用新型提供一种缩束元件，包括：

缩束元件本体，用于透光及对光进行折射；所述缩束元件本体为平板元件；

透射区，用于对第一入射光进行透射；所述透射区设置于所述缩束元件本体的入射面上；

第一反射区，用于对所述第一入射光进行反射；所述第一反射区设置于所述缩束元件本体的入射面上，且所述第一反射区与所述透射区相邻设置；

第二反射区，用于对所述第一入射光进行反射；所述第二反射区设置于所述缩束分光本体的出射面上。

可选地，所述透射区、所述第一反射区以及所述第二反射区还用于对第二入射光进行透射。

可选地，所述缩束元件本体的材质为玻璃。

可选地，所述透射区、所述第一反射区以及所述第二反射区均通过区域镀膜实现。

可选地，所述透射区以及所述第一反射区均呈矩形分布，所述透射区与所述第一反射区共同组成所述缩束元件本体的入射面，所述第二反射区组成所述缩束元件本体的出射面。

本实用新型的另一目的在于提供一种光源装置，包括如上所述的缩束元件。

可选地，包括：

激发光源，用于发射激发光，所述激发光包括至少两束光；

分光元件，用于对所述激发光进行反射，对受激发光进行透射；

波长转换装置，用于接收经所述分光元件反射后的所述激发光；部分所述激发光转换为受激发光后，入射至所述分光元件；所述受激发光穿过所述分光元件，入射至光机系统；部分所述激发光穿过所述波长转换装置；

反射镜组，用于接收穿过所述波长转换装置的所述激发光；

所述反射镜组包括依次设置的第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜；

入射至所述反射镜组上的所述激发光，依次经所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜进行反射后，入射至所述分光元件，并经所述分光元件反射后，与所述受激发光合光，入射至所述光机系统；

所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜中的至少一个为所述缩束元件。

可选地，所述缩束元件中的所述透射区、所述第一反射区以及所述第二反射区用于对第二入射光进行透射时，所述分光元件为所述缩束元件。

可选地，一束所述激发光入射至所述缩束元件的透射区，一束所述激发光入射至所述缩束元件第一反射区。

可选地，所述激发光的入射方向与所述缩束元件中所述透射区以及所述第一反射区的设置方向相适配。

可选地，所述缩束元件与光轴呈45°设置，所述透射区用于对所述激发光与所述受激发光进行透射，所述第一反射区与第二反射区用于对所述激发光进行反射，并用于对所述受激发光进行透射。

可选地，所述缩束元件沿其分布方向上位置可调。

本实用新型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，本实用新型提供的缩束元件具有如下优势：

本实用新型提供的缩束元件，通过在缩束元件本体的入射面上设置透射区以及第一反射区，在缩束元件本体的出射面上设置第二反射区，结合缩束元件本体的折射作用，对一束激发光的入射方向发生改变，使得该束激发光向另一束激发光的方向发生偏移，从而缩小两束激发光之间的距离，进而有利于使后续的光路中的透镜直径变小，成本降低，同时对光的收集效率提高。

附图说明

图1为现有的激光光源装置的结构简图一；

图2为本实用新型中缩束元件的结构简图；

图3为本实用新型中缩束元件的工作原理图一；

图4为本实用新型中缩束元件的工作原理图二；

图5为本实用新型中缩束元件本体入射面的结构简图；

图6为本实用新型中缩束元件本体出射面的结构简图；

图7为本实用新型中缩束元件本体缩束距离示意图；

图8为本实用新型中光源装置的结构简图一；

图9为本实用新型中光源装置的结构简图二。

附图标记说明：

1-缩束元件；11-缩束元件本体；12-透射区；13-第一反射区；14-第二反射区；2-激发光源；3-匀光元件；4-分光元件；5-第一会聚透镜组；6-波长转换装置；7-第二会聚透镜组；8-透镜；9-反射镜组；91-第一反射镜；92-第二反射镜；93-第三反射镜；10-第四反射镜。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

为解决现有的激发光源发射的两束激发光之间的距离较大的问题，本实用新型提供一种缩束元件1，参见图2所示，该缩束元件1括：

缩束元件本体11，用于透光及对光进行折射；该缩束元件本体11为平板元件；

透射区12，用于对第一入射光进行透射；其中第一入射光是指波长在某一特定范围内的光，具体第一入射光的波长范围可根据使用需求而定；透射区12设置于缩束元件本体11的入射面上；

第一反射区13，用于对第一入射光进行反射；第一反射区13设置于缩束元件本体11的入射面上，且第一反射区13与透射区12相邻设置；

第二反射区14，用于对第一入射光进行反射；第二反射区14设置于缩束元件本体11的出射面上。

参见图3、图4所示，使用该缩束元件1时，波长在某一特定范围内的两束第一入射光，入射至缩束元件本体11的入射面上，其中一束入射至位于入射面上的透射区12中，通过透射作用进入缩束元件本体11内，并在该缩束元件本体11内发生折射，使得第一入射光的入射方向发生改变，向远离另一束第一入射光的方向偏移；该改变方向后的第一入射光到达出射面处时，在位于出射面上的第二反射区14作用下，发生反射；根据光的反射原理可知，反射光线的方向与入射光线的方向沿出射面的法线相对称，因此，反射后的第一入射光向靠近另一束第一入射光的方向靠近；反射后的第一入射光到达缩束元件本体11的入射面处时，进一步在折射作用下，入射方向再次改变后，从透射区12处射出；又根据光线反射、折射原理可知，从透射区12射出的第一入射光入射方向与该第一入射光第一次入射至入射面上时的方向相垂直；另一束第一入射光，入射至位于缩束元件本体11入射面上的第一反射区13，并在该第一反射区13处发生反射，且该第一入射光反射后的入射方向与第一束入射光从透射区12出射的方向相平行；并且，由于第一束入射光在缩束元件本体11内发生了折射，且该束折射后的第一入射光向另一束第一入射光的方向偏移，因此，该束折射后的第一入射光，与另一束反射后的第一入射光之间的距离，较最初两束第一入射光之间的距离相比，明显减小，从而实现了两束第一入射光之间的缩束。

本实用新型提供的缩束元件1，通过在缩束元件本体11的入射面上设置透射区12以及第一反射区13，在缩束元件本体11的出射面上设置第二反射区14，结合缩束元件本体11的折射作用，对一束第一入射光的入射方向发生改变，使得该束第一入射光向另一束第一入射光的方向发生偏移，从而缩小两束第一入射光之间的距离。

进一步的，为扩大该缩束元件的应用范围，本申请中的缩束元件1中，透射区12、第一反射区13以及第二反射区14还用于对第二入射光进行透射；本申请中的第二入射光是指波长范围与第一入射光不同的入射光。

通过使得透射区12、第一反射区13以及第二反射区14同时能够对波长在某一特定范围，且波长与第一入射光不同的第二入射光进行透射，使得本申请提供的缩束元件1在对两束光线进行缩束的同时，还可以用于分光元件。

本申请优选缩束元件本体11的材质为玻璃。

其中透射区12、第一反射区13、第二反射区14均可通过区域镀膜来实现；即透射区12、第一反射区13、第二反射区14均可通过在缩束元件本体11的表面设置具有相应光谱的膜层来实现；第一反射区13以及第二反射区14处镀膜的光谱可以相同也可以不同；为简化结构，本申请优选第一反射区13与第二反射区14处的镀膜的光谱相同。

透射区12可以通过设置相应光谱的镀膜，使得该透射区12能够对某一特定波长范围的光谱进行透射；本申请优选该透射区12为全透射区，即该透射区12能够对所有波长范围的光进行透射。

具体的，参见图5所示，缩束元件本体11的入射面上同时设置有相邻的透射区12与第一反射区13，其中透射区12以及第一反射区13的面积比例可根据两束入射光线之间的距离以及缩束需求而定；本申请优选透射区12以及第一反射区13均呈矩形分布，透射区12与第一反射区13共同组成缩束元件本体11的入射面，即透射区12与第一反射区13布满整个入射面。

参见图6所示，本申请优选缩束元件本体11的出射面上全部为第二反射区14，即在缩束元件本体11的出射面上全部进行镀膜，第二反射区14组成缩束元件本体11的出射面。

其中缩束元件本体11的厚度可根据缩束需求而定，具体的，缩束元件本体11的厚度越厚，则两束光束之间缩小的距离越大，即缩束效果越明显。

具体的，参见图7所示，其中D1为两束光线之间原本的距离，D2为两束光线出光光束之间的距离，θ为第一入射光与缩束元件本体11之间的夹角，d为缩束元件本体11的厚度，n为缩束元件本体11的折射率；其中两束光束之间缩小距离的计算公式如下：

举例说明，当θ＝45，n＝1.5，当缩束元件本体11的厚度为4mm时，可以缩小距离3mm，即缩短的距离约为缩束元件本体11厚度的3/4。

本实用新型的另一目的在于提供一种光源装置，该光源装置包括如上所述的缩束元件1。

本申请通过在光源装置中设置缩束元件1，利用该缩束元件1来缩小激发光源2发射的两束激发光之间的距离，即激发光源2发射的激发光即为第一入射光。

本实用新型提供的光源装置，通过选用缩束元件1，能够缩小两束激发光之间的距离，从而避免部分激发光无法进入光机系统，进而提高激光光源装置的光收集效率。

具体的，本申请提供的光源装置包括：

激发光源2，用于发射激发光，且激发光包括至少两束光；

分光元件4，用于对激发光进行反射；

波长转换装置6，用于接收经分光元件4反射后的激发光；部分激发光转换为受激发光后，入射至分光元件4；受激发光穿过分光元件4，入射至光机系统；部分激发光穿过波长转换装置6；

反射镜组9，用于接收穿过波长转换装置6的激发光；

反射镜组9包括依次设置的第一反射镜91、第二反射镜92以及第三反射镜93；

入射至反射镜组9上的激发光，依次经第一反射镜91、第二反射镜92以及第三反射镜93进行反射后，入射至分光元件4，并经分光元件4反射后，与受激发光合光，入射至光机系统；

第一反射镜91、第二反射镜92以及第三反射镜93中的至少一个为缩束元件1。

进一步的，本申请提供的光源装置还包括匀光组件3，该匀光组件3设置于激发光源2与分光元件4之间的光路上；本申请提供的光源装置还包括第一会聚透镜组5以及第二会聚透镜组7；其中第一会聚透镜组5设置于分光元件4与波长转换装置6之间的光路上；第二会聚透镜组7设置于分光元件4与光机系统之间的光路上。

参见图9所示，当第一反射镜91选用缩束元件1时，穿过波长转换装置6后的激发光入射至缩束元件1上后，一束激发光经缩束元件本体11上的第一反射区13反射后，入射至第二反射镜91；另一束激发光经缩束元件本体11上的透射区12进入缩束元件本体11内进行折射、反射后，减小与第一束激发光之间的距离，与第一束激发光平行射出；该光源装置中其他部分的光路与现有技术相同。

该光源装置通过缩束元件1减小了合光时激发光之间的距离，有利于减小透镜的直径，降低成本，并使得入射至光机系统中光束之间的距离减小，使得更多的光能够进入光机系统，进而提高了激光光源装置的光收集效率。

第二反射镜92或第三反射镜93选用该缩束元件时的光路结构与上述过程类似，本申请不再赘述。

本实用新型提供的光源装置，通过将第一反射镜91、第二反射镜92以及第三反射镜93中的至少一个为缩束元件1，使得该光源装置在不增加光学元件数量的基础上，减小了激发光光束之间的距离，减小透镜的直径，降低成本的同时，使得入射至光机系统中光束之间的距离减小，使得更多的光能够进入光机系统，进而提高了激光光源装置的光收集效率。

此外，当缩束元件1中的透射区12、第一反射区13以及第二反射区14用于对第二入射光进行透射时，分光元件4为缩束元件1。

即选用缩束元件1来替代的分光元件4，以便于通过该缩束元件1来同时对激发光进行缩束，并使得透射区12、第一反射区13以及第二反射区14用于对受激发光进行透射，实现分光作用。

将缩束元件1用作分光元件4时，激发光源2发射的激发光，一束入射至缩束元件1的透射区12，一束激发光入射至缩束元件1第一反射区13，然后按照上述描述过程对两束激发光进行缩束。

为保证缩束效果，需要使激发光的入射方向与缩束元件1中透射区12以及第一反射区13的设置方向相适配，以便于在保证缩束效果的同时，使得缩束后的激发光能够满足后续的光路需求。

由上述分析过程可知，缩束元件1缩束过程中，使得入射至透射区12处的一束激发光向入射至第一反射区13处的一束激发光偏移，因此，设置缩束元件1的分布方向时，需要根据波长转换装置等元件的位置而定。

本申请优选缩束元件1与激发光的光轴呈45°设置，透射区12用于对激发光与受激发光进行透射，第一反射区13与第二反射区14用于对激发光进行反射，并用于对受激发光进行透射。

参见图8所示，当分光元件4为缩束元件1时，缩束元件1与激发光的光轴45°设置，其中透射区12与第一反射区13设置在缩束元件1面向激发光源2的一侧，且透射区12在上，第一反射区13在下，激发光源2发射的两束激发光为了实现缩束的目的，需要两束光沿上下方向分布，其中一束激发光与透射区12对应，另一束激发光与第一反射区13对应，以使激发光源2发射的两束激发光入射至缩束元件1的入射面上，并使其中一束激发光入射至透射区12，另一束激发光入射至第一反射区13，通过缩束作用使得入射至透射区12处的激发光向另一束激发光的方向偏移；第二反射区14设置在背向激发光源2的另一侧。

具体的，激发光源2发射的两束激发光通过匀光组件3后，入射至缩束元件本体11的入射面上，其中一束激发光入射至透射区12处，透射进入缩束元件本体11内，并在该缩束元件本体11内径折射、反射、折射后，通过透射区12射出；另一束激发光入射至第一反射区13处，并在该第一反射区13处发生反射，且该激发光反射后的入射方向与第一束激发光从透射区12出射的方向相平行；并且，由于第一束激发光在缩束元件本体11内发生了折射，且该束折射后的激发光向另一束激发光的方向偏移，因此，该束折射后的激发光，与另一束反射后的激发光之间的距离，较激发光源2发射的两束激发光之间的距离相比，明显减小，从而实现了两束激发光之间的缩束；距离缩小后的两束激发光经过第一会聚透镜组5后，入射至波长转换装置6；部分激发光在波长转换装置6处发生波长转换，产生受激发光；该受激发光被波长转换装置6发射后，反向经过第一会聚透镜组5后，入射至缩束光学元件1处，经透射作用穿过该缩束元件1后，经第二会聚透镜组7，入射至光机系统；部分激发光在入射至波长转换装置6处时，透过波长转换装置6，依次经透镜8、反射镜组9后，入射至缩束元件1上，经缩束元件1反射后，与受激发光合光，进入光机系统。

由于本申请中通过缩束元件4将激发光源2发射的两束激发光之间的距离减小，从而使得入射至光机系统中光束之间的距离减小，减小透镜的直径，降低成本的同时，使得更多的光能够进入光机系统，进而提高了激光光源装置的光收集效率。

进一步的，当分光元件4为缩束元件1时，本申请优选缩束元件1沿其分布方向上位置可调，从而通过调节缩束元件1的位置来调节激光光束入射至缩束元件本体11入射面上的位置，避免两束光与透射区12与第一反射区13不对应，即避免激发光在被缩束元件1第二反射区14反射后，又被第一反射区13反射，造成激发光的损失，或者部分激发光未被第一反射区13反射进入光路，直接透过缩束元件，被第二反射区14反射，同样无法计入光路，造成激发光的损失，影响光源利用率。

其中缩束元件1位置调节的方式，可以通过设置相应的支架结构等现有技术中的方式来实现。

本实用新型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。

本实用新型提供的投影系统，通过选用缩束元件1，能够缩小两束激发光之间的距离，从而避免部分激发光无法进入光机系统，进而提高激光光源装置的光收集效率。

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实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种缩束元件，其特征在于，包括：

缩束元件本体(11)，用于透光及对光进行折射；所述缩束元件本体(11)为平板元件；

透射区(12)，用于对第一入射光进行透射；所述透射区(12)设置于所述缩束元件本体(11)的入射面上；

第一反射区(13)，用于对所述第一入射光进行反射；所述第一反射区(13)设置于所述缩束元件本体(11)的入射面上，且所述第一反射区(13)与所述透射区(12)相邻设置；

第二反射区(14)，用于对所述第一入射光进行反射；所述第二反射区(14)设置于所述缩束元件本体(11)的出射面上。

2.如权利要求1所述的缩束元件，其特征在于，所述透射区(12)、所述第一反射区(13)以及所述第二反射区(14)还用于对第二入射光进行透射。

3.如权利要求2所述的缩束元件，其特征在于，所述缩束元件本体(11)的材质为玻璃。

4.如权利要求1～3任一项所述的缩束元件，其特征在于，所述透射区(12)、所述第一反射区(13)以及所述第二反射区(14)均通过区域镀膜实现。

5.如权利要求4所述的缩束元件，其特征在于，所述透射区(12)以及所述第一反射区(13)均呈矩形分布，所述透射区(12)与所述第一反射区(13)共同组成所述缩束元件本体(11)的入射面，所述第二反射区(14)组成所述缩束元件本体(11)的出射面。

6.一种光源装置，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的缩束元件(1)。

7.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于，包括：

激发光源(2)，用于发射激发光，所述激发光包括至少两束光；

分光元件(4)，用于对所述激发光进行反射，对受激发光进行透射；

波长转换装置(6)，用于接收经所述分光元件(4)反射后的所述激发光；部分所述激发光转换为受激发光后，入射至所述分光元件(4)；所述受激发光穿过所述分光元件(4)，入射至光机系统；部分所述激发光穿过所述波长转换装置(6)；

反射镜组(9)，用于接收穿过所述波长转换装置(6)的所述激发光；

所述反射镜组(9)包括依次设置的第一反射镜(91)、第二反射镜(92)以及第三反射镜(93)；

入射至所述反射镜组(9)上的所述激发光，依次经所述第一反射镜(91)、所述第二反射镜(92)以及所述第三反射镜(93)进行反射后，入射至所述分光元件(4)，并经所述分光元件(4)反射后，与所述受激发光合光，入射至所述光机系统；

所述第一反射镜(91)、所述第二反射镜(92)以及所述第三反射镜(93)中的至少一个为所述缩束元件(1)。

8.如权利要求7所述的光源装置，其特征在于，所述缩束元件(1)中的所述透射区(12)、所述第一反射区(13)以及所述第二反射区(14)用于对第二入射光进行透射时，所述分光元件(4)为所述缩束元件(1)。

9.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于，一束所述激发光入射至所述缩束元件(1)的透射区(12)，一束所述激发光入射至所述缩束元件(1)第一反射区(13)。

10.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于，所述激发光的入射方向与所述缩束元件(1)中所述透射区(12)以及所述第一反射区(13)的设置方向相适配。

11.如权利要求10所述的光源装置，其特征在于，所述缩束元件(1)与光轴呈45°设置，所述透射区(12)用于对所述激发光与所述受激发光进行透射，所述第一反射区(13)与第二反射区(14)用于对所述激发光进行反射，并用于对所述受激发光进行透射。

12.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述缩束元件(1)沿其分布方向上位置可调。

13.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求6～12任一项所述的光源装置。

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