CN218446213U

CN218446213U - 波长转换装置及激光系统

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Publication number: CN218446213U
Application number: CN202222255944.6U
Authority: CN
Inventors: 黄文杰; 陈国平
Original assignee: Guangzhou Guanglian Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Guanglian Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2032-08-25

Abstract

本实用新型涉及一种波长转换装置及激光系统，包括：荧光色轮、辅助轮，以及用于驱动所述荧光色轮和所述辅助轮转动的驱动件；所述荧光色轮设有荧光区和散射区，所述辅助轮上设有不同扩散度数的第一区和第二区；所述荧光色轮与所述辅助轮沿光路方向顺次设置，且所述第一区与所述荧光区对应设置，所述第二区与所述散射区对应设置；其中，第一区的扩散度数小于第二区的扩散度数。本实用新型的波长转换装置通过在荧光色轮的光路上增设一个辅助轮，可以通过调节荧光色轮上两荧光区和散射区的面积配比，实现色温的调节，并通过与辅助轮上不同扩散度数的区配合，使得激光光束与受激光光束发散角度大小一致，改善光斑均匀性。

Description

波长转换装置及激光系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种波长转换装置及激光系统。

背景技术

荧光色轮为一种用于波长转换的元件，可将一定光谱波形的入射光通过波长转换材料转换为其他光谱波形的光输出，当前在激光投影领域与激光照明领域应用广泛。尤其是黄粉荧光色轮搭配蓝光激光器技术已经较为成熟，蓝激光照射到黄粉后受激产生黄光，未被激发的蓝激光则形成散射的蓝光，黄光和蓝光混合形成的混合光视觉上呈现白光照明效果。但使用荧光色轮进行波长转换时，仍然存在无法根据需求调节色温，以及光斑均匀性不佳的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种波长转换装置及激光系统，用于解决现有的荧光色轮在进行波长转换时，无法根据需求调节色温，以及光斑均匀性不佳的问题。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种波长转换装置，包括：荧光色轮、辅助轮，以及用于驱动所述荧光色轮和所述辅助轮转动的驱动件；所述荧光色轮设有荧光区和散射区，所述辅助轮上设有不同扩散度数的第一区和第二区；所述荧光色轮与所述辅助轮沿光路方向顺次设置，且所述第一区与所述荧光区对应设置，所述第二区与所述散射区对应设置；其中，所述第一区的扩散度数小于第二区的扩散度数。

在其中一个实施例中，所述荧光区的数量为一个或至少两个，所述散射区的数量为一个或至少两个。

在其中一个实施例中，所述荧光区与所述散射区沿所述荧光色轮的圆周方向交替设置或穿插设置。

在其中一个实施例中，所述荧光区为扇环形荧光区或扇形荧光区，所述散射区为扇环形散射区或扇形散射区，所述荧光区对应的圆心角度数之和大于所述散射区对应的圆心角度数之和。

在其中一个实施例中，所述第一区为平板玻璃结构或雾化扩散片结构；和/或所述第二区为雾化扩散片结构。

在其中一个实施例中，所述荧光色轮和所述辅助轮同轴设置且同步转动。

在其中一个实施例中，所述荧光色轮和所述辅助轮之间设有间隔金属环。

本技术方案还提供一种激光系统，包括发出激光光束的激光器组件，依次设置于激光组件的出光方向上的聚焦组件、波长转换装置、准直收光组件以及出光组件；所述波长转换装置为如上述任一项所述的波长转换装置。

在其中一个实施例中，所述准直收光组件包括准直支架和设置在准直支架上的准直透镜组，所述准直透镜组包括具有正屈光度的第一准直透镜和具有正屈光度的第二准直透镜，所述第一准直透镜和第二准直透镜沿出光方向依次设置，所述准直透镜组的组合焦距为f2，所述波长转换装置的受激发面到第二准直透镜的出光面的最远距离为L2，所述L2和f2满足： 0.42＜f2/L2＜0.65。

在其中一个实施例中，所述激光光束在x轴向的光束质量乘积与在y轴上的光束质量乘积比值为1.1-2，所述聚焦组件包括沿出光方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在x轴向的组合焦距为fx，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在y轴向的组合焦距为fy，所述第一透镜的入光面到波长转换装置的受激发面的距离为L1，0.7＜L1/fx＜1.4；1.1＜L1/fy＜1.7；其中x轴为激光光束的光束质量乘积最大的方向，y轴为与x轴和光轴方向均垂直的方向。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

本技术方案的波长转换装置通过在透射式荧光色轮的光路上增设一个辅助轮，所述荧光色轮与所述辅助轮沿光路方向顺次设置，即辅助轮设置于激光光源和收光准直组件之间。并且所述荧光色轮设有荧光区和散射区，所述辅助轮上设有不同扩散度数的第一区和第二区；所述第一区与所述荧光区对应设置，所述第二区与所述散射区对应设置。可以通过调节荧光色轮上荧光区和散射区的面积配比，实现色温的调节，当散射区的区域越大时，激光的蓝光比例越高，色温越高，反之，当散射区的区域越小，则色温越低。但是经过散射后的激发光与激发后的受激光的发光角度存在差异，因此在辅助轮设置第一区与荧光区对应，第二区与散射区对应，即辅助轮上的区分布与荧光色轮上的区分布对应，其中，所述第一区的扩散度数小于第二区的扩散度数；通过不同扩散度数的区配合，使得激发光束与受激光光束大小一致，改善光斑均匀性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例所述的波长转换装置的爆炸示意图。

图2为本实用新型的实施例所述的激光系统的爆炸示意图。

附图标记：100、波长转换装置；10、荧光色轮；11、荧光扇环区；12、散射扇环区；20、辅助轮；21、第一扇环区；22、第二扇环区；30、驱动件；40、间隔金属环；200、激光器组件；300、聚焦组件；310、第一透镜；320、第二透镜；330、第三透镜；400、准直收光组件；410、第一准直透镜；420、第二准直透镜；500、出光组件。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1所示的一种波长转换装置100，包括：荧光色轮10、辅助轮20，以及用于驱动所述荧光色轮10和所述辅助轮20转动的驱动件30；所述荧光色轮10设有荧光扇环区11和散射扇环区12，所述辅助轮20上设有不同扩散度数的第一扇环区21和第二扇环区22；所述荧光色轮10与所述辅助轮20沿光路方向顺次设置，且所述第一扇环区21与所述荧光扇环区11对应设置，所述第二扇环区22与所述散射扇环区12对应设置；其中，所述第一扇环区21的扩散度数小于第二扇环区22的扩散度数。

本实施方式的波长转换装置100通过在透射式荧光色轮10的光路上增设一个辅助轮 20，所述荧光色轮10与所述辅助轮20沿光路方向顺次设置，即辅助轮20设置于激光光源和准直收光组件之间。并且所述荧光色轮10设有荧光扇环区11和散射扇环区12，所述辅助轮 20上设有不同扩散度数的第一扇环区21和第二扇环区22；所述第一扇环区21与所述荧光扇环区11对应设置，所述第二扇环区22与所述散射扇环区12对应设置。可以通过调节荧光色轮10上两种扇环区的面积配比，即两种扇区的圆心角度数之和的配比，实现色温的调节，以激光为蓝激光，荧光色轮为涂有黄粉的荧光色轮为例，当散射扇环区12的区域越大时，激光的蓝光比例越高，色温越高，反之，当散射扇环区12的区域越小，则色温越低。但是经过散射后的蓝光与激发后的黄光的发光角度存在差异，因此在辅助轮20设置第一扇环区21与荧光扇环区11对应，第二扇环区22与散射扇环区12对应，即辅助轮20上的扇环区分布与荧光色轮10上的扇环区分布一致，其中，所述第一扇环区21的扩散度数小于第二扇环区22 的扩散度数；通过不同扩散度数的扇环区配合，使得蓝光光束与黄光光束大小一致，改善光斑均匀性。

在其他实施例中，上述扇环区也可以为扇形区，即所述荧光扇环区也可以为荧光扇形区，散射扇环区也可以为散射扇形区，第一扇环区也可以为第一扇形区，第二扇环区也可以为第二扇形区。

本实施方式所述荧光扇环区11的数量为一个或至少两个，所述散射扇环区12的数量为一个或至少两个。并且所述荧光扇环区11与所述散射扇环区12沿所述荧光色轮10的圆周方向交替设置或穿插设置，使最终呈现的光束、光斑更均匀且各扇环区所对应的圆心角的度数可设置为相同也可设置为不同，可根据具体需求进行设置。

本实施方式所述荧光扇环区11对应的圆心角度数之和大于所述散射扇环区12对应的圆心角度数之和。即荧光扇环区11在荧光色轮10上的占比面积大于散射扇环区12在荧光色轮10上的占比面积，从而使激光被激发的时间大于激光被散射的时间，保证黄光在出射光束中的占比。

本实施方式所述第一扇环区21为平板玻璃结构或雾化扩散片结构；所述第二扇环区 22为雾化扩散片结构。即具有较小扩散度数的第一扇环区21可选择平板玻璃结构或小度数雾化扩散片结构，而具有较大扩散度数的第二扇环区22可选择大度数雾化扩散片结构。其中，平板玻璃结构作为第一扇环区21时，其不对光线进行扩散，形成的光斑最小，而当小度数雾化扩散片结构作为第一扇环区21时，对光线进行较小的扩散，从而形成较小光斑，同理，当大度数雾化扩散片结构作为第二扇环区22时，对光线进行较大的扩散，形成较大光斑。三种结构所形成的光斑大小为平板玻璃结构＜小度数雾化扩散片结构＜大度数雾化扩散片结构，通过上述的两种或三种结构搭配散射扇环区12和荧光扇环区11，改善光斑均匀性。

为了便于安装，本实施方式所述荧光色轮10和所述辅助轮20同轴设置且同步转动。且本实施方式的驱动件30中驱动马达的数量仅为一个，即通过同一个驱动马达连接荧光色轮 10和辅助轮20的转轴，使辅助轮20和荧光色轮10同步转动，节约驱动件30的使用数量。

当然，在其他实施方式中，可设置为荧光色轮10和辅助轮20分别采用不同的驱动马达分别驱动荧光色轮10和辅助轮20同步同轴转动，以保证第一扇环区21始终对应荧光扇环区11，第二扇环区22始终对应散射扇环区12。

由于本实施方式的荧光色轮10和辅助轮20同轴设置，故为了避免辅助轮20与荧光色轮10在转动时发生干涉、碰撞，本实施方式所述荧光色轮10和所述辅助轮20之间设有间隔金属环40。并且，间隔金属环40本身有一定的重量和面积，可以对荧光色轮10和辅助轮20的旋转起到维稳作用。另一方面，间隔金属环40为金属材料，导热效果好，可提升波长转换装置100的散热性，实现了间隔金属环40的一物多用的功能。

具体地，所述间隔金属环40为铜环，使用铜环的原因在于因铜密度高，相对于铝，同等体积下具有更大的重量，维稳效果更佳。

具体地，所述荧光色轮10为透射型荧光色轮。

本实施方式还提供一种激光系统，包括发出激光光束的激光器组件200，依次设置于激光组件的出光方向上的聚焦组件300、波长转换装置100、准直收光组件400以及出光组件 500；所述波长转换装置100为如上述任一项所述的波长转换装置100。

本实施方式的激光系统采用上述波长转换装置100，可以调节黄光和蓝光比例，从而实现色温的调节，同时使得蓝光光束与黄光光束大小一致，改善光斑均匀性。

本实施方式所述准直收光组件包括准直支架和设置在准直支架上的准直透镜组，所述准直透镜组包括具有正屈光度的第一准直透镜和具有正屈光度的第二准直透镜，所述第一准直透镜和第二准直透镜沿出光方向依次设置，所述准直透镜组的组合焦距为f2，所述波长转换装置的受激发面到第二准直透镜的出光面的最远距离为L2，所述L2和f2满足：0.42＜f2/L2 ＜0.65。

进一步地，本实施方式所述激光光束在x轴向的光束质量乘积与在y轴上的光束质量乘积比值为1.1-2，所述聚焦组件包括沿出光方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在x轴向的组合焦距为fx，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在y轴向的组合焦距为fy，所述第一透镜的入光面到波长转换装置的受激发面的距离为L1，0.7＜L1/fx＜1.4；1.1＜L1/fy＜1.7。

本发明所述的x轴方向和y轴方向为常规理解的互相垂直的两个方向，激发光在x轴方向的光束质量乘积最大，x轴方向和y轴方向均垂直于聚焦组件的光轴方向(z轴)。

进一步地，本实施方式中0.79≤L1/fx≤1.24；1.4≤L1/fy≤1.5。

进一步地，本实施方式中L1＝16.5mm，fx＝13.3mm，fy＝11.7mm。在其他实施方式中，可为L1＝18.9mm，fx＝23.8，fy＝13.2。在其他实施例中，也可为L1＝21.8，fx＝23.7，fy＝15.5。

本实施方式通过控制聚光组件在x轴方向上的组合焦距、在y轴方向上的组合焦距，以及第一透镜的入光面到波长转换装置的受激发面的距离，使得所述聚焦组件可以对激发光束进行整形、聚焦，并且保持聚焦组件整体结构小巧，同时聚焦组件的成像光学系统成像差异小。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括：荧光色轮、辅助轮，以及用于驱动所述荧光色轮和所述辅助轮转动的驱动件；所述荧光色轮设有荧光区和散射区，所述辅助轮上设有不同扩散度数的第一区和第二区；所述荧光色轮与所述辅助轮沿光路方向顺次设置，且所述第一区与所述荧光区对应设置，所述第二区与所述散射区对应设置；其中，所述第一区的扩散度数小于第二区的扩散度数。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光区的数量为一个或至少两个，所述散射区的数量为一个或至少两个。

3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光区与所述散射区沿所述荧光色轮的圆周方向交替设置或穿插设置。

4.根据权利要求1所述波长转换装置，其特征在于，所述荧光区为扇环形荧光区或扇形荧光区，所述散射区为扇环形散射区或扇形散射区，所述荧光区对应的圆心角度数之和大于所述散射区对应的圆心角度数之和。

5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一区为平板玻璃结构或雾化扩散片结构；和/或所述第二区为雾化扩散片结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述波长转换装置，其特征在于，所述荧光色轮和所述辅助轮同轴设置且同步转动。

7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光色轮和所述辅助轮之间设有间隔金属环。

8.一种激光系统，其特征在于，包括发出激光光束的激光器组件，依次设置于激光组件的出光方向上的聚焦组件、波长转换装置、准直收光组件以及出光组件；所述波长转换装置为如权利要求1-7任一项所述的波长转换装置。

9.根据权利要求8所述的激光系统，其特征在于，所述准直收光组件包括准直支架和设置在准直支架上的准直透镜组，所述准直透镜组包括具有正屈光度的第一准直透镜和具有正屈光度的第二准直透镜，所述第一准直透镜和第二准直透镜沿出光方向依次设置，所述准直透镜组的组合焦距为f2，所述波长转换装置的受激发面到第二准直透镜的出光面的最远距离为L2，所述L2和f2满足：0.42＜f2/L2＜0.65。

10.根据权利要求8所述的激光系统，其特征在于，所述激光光束在x轴向的光束质量乘积与在y轴上的光束质量乘积比值为1.1-2，所述聚焦组件包括沿出光方向依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在x轴向的组合焦距为fx，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的在y轴向的组合焦距为fy，所述第一透镜的入光面到波长转换装置的受激发面的距离为L1，0.7＜L1/fx＜1.4；1.1＜L1/fy＜1.7；其中x轴为激光光束的光束质量乘积最大的方向，y轴为与x轴和光轴方向均垂直的方向。