CN107561836A - 一种光源和投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源和投影系统。一种光源,包括激发光源、受激光提供装置、区域膜片和补光装置，区域膜片设置在激发光和受激光的光路上，包括第一区域和第二区域，第一区域用于透射/反射激发光以形成主路光，反射/透射激发光以形成旁路光，第二区域用于对入射光进行全反射/透射，受激光提供装置设置在主路光的光路上以经主路光照射产生向区域膜片传播的受激光，补光装置设置在旁路光的光路上，用于对旁路光进行匀光处理后产生向区域膜片传播的补充光，补充光经区域膜片后和受激光进行合光。本发明利用旁路光形成一均匀的光束，并使该光束返回区域膜片，通过区域膜片后与受激光进行合光，正好填补受激光中缺失的与激发光光谱相同的那部分光，从而提高了光源输出光的均匀性。

Description

一种光源和投影系统

技术领域

本发明涉及投影显示领域，具体涉及一种光源和投影系统。

背景技术

现有用于投影或照明的一种光源的结构图如图1所示，在激光发生器1和荧光轮2之间设置有区域膜片4，区域膜片4包括两个区域，即透射区域和反射区域。激光由左向右透过区域膜片4后入射到荧光轮2上，产生的荧光经透镜组3收集、区域膜片4的反射以及聚光镜5的汇聚后提供给光调制器(图中未示出)，以便根据显示数据对光信号进行调制。为了效率的最大化，区域膜片4中透过激光的区域大小基本与入射光斑的大小一致。

然而，当荧光轮2产生受激发的荧光后，荧光中与入射光光谱相同的光将透过区域沿着入射光的原光路返回，因此荧光经聚光镜5聚焦后，其光分布的中心就会缺失这些荧光，如图2所示，中心会出现光缺失区域6，导致光源输出的光均匀性降低。

发明内容

本申请提供一种光源，对光缺失的区域进行光补充，以提高光源输出光的均匀性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种光源，包括激发光源、受激光提供装置、区域膜片和补光装置；

激发光源用于发射激发光；

受激光提供装置用于在激发光照射下产生受激光；

所述区域膜片设置在激发光和受激光的光路上，所述区域膜片包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于透射/反射部分激发光以形成主路光，并反射/透射部分激发光以形成旁路光，所述第二区域用于对入射光进行全反射/透射，所述受激光提供装置设置在主路光的光路上并偏离旁路光的光路，经主路光激发后产生向区域膜片传播的受激光；

所述补光装置设置在旁路光的光路上，用于对旁路光进行匀光处理后产生向区域膜片传播的补充光，所述补充光在经区域膜片的第一区域后与受激光进行合光。

根据第二方面，一种实施例中还提供一种投影系统，包括上述光源。

本发明的技术方案利用旁路光形成一均匀的光束，并使该光束返回区域膜片，通过区域膜片的第一区域后与受激光进行合光，正好填补受激光中缺失的与激发光光谱相同的那部分光，从而提高了光源输出光的均匀性。

附图说明

图1为现有技术方案的光反射结构示意图；

图2为现有技术方案的光分布图；

图3为采用了反射型散射光片的光反射结构示意图；

图4为区域膜片示意图；

图5为本发明的光分布图；

图6为采用了朗伯散射板的光反射结构示意图；

图7为采用了不同区域膜片的光反射结构示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，激发光经区域膜片后传播到受激光提供装置，区域膜片通常包括两个区域，即第一区域和第二区域，有的实施例中，激发光是通过区域膜片的第一区域透射后传播到受激光提供装置，而另有的实施例中，激发光是通过区域膜片的第一区域反射后传播到受激光提供装置。在实践中，无论激发光是通过透射还是反射后到达受激光提供装置，区域膜片对激发光的透射/反射都很难做到100％，大部分激发光通过区域膜片的透射/反射用于照射受激光提供装置，而少部分激发光却没有通过区域膜片的透射/反射从而损失掉了。本发明人注意到了这点，认识到激发光通过区域膜片后被分成两路光，将这两路光分别定义为主路光和旁路光，所谓主路光就是通过区域膜片后到达受激光提供装置的大部分激发光。所谓旁路光就是通过区域膜片后没有到达受激光提供装置的少部分激发光，这部分光往往被区域膜片的反射/透射向与主路光不同的方向。本发明人巧妙地利用旁路光形成一均匀的光束，并使该光束返回区域膜片，通过区域膜片的透射/反射后与受激光进行合光，正好填补受激光中缺失的与激发光光谱相同的那部分光，从而提高了光源输出光的均匀性。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图3，光源包括激发光源10、区域膜片20、受激光提供装置30、光汇聚组件40和补光装置50。

激发光源10用于发射激发光11，本实施例中，激发光源10为激光器光源或激光二极管光源，其发射特定波长的激光，例如蓝光，或者蓝光加红光，该激光用于作为激发光。在另外的实施例中，激发光源还可以采用其它类型的发光器件，例如LED器件，这里不作严格限制。

受激光提供装置30用于提供受激光，本实施例中，受激光提供装置30包括波长转换装置(例如图3中的荧光轮31)和光收集系统32，荧光轮31用于在激发光照射下产生受激光33，根据荧光轮31上涂布的材料不同，受激后产生的荧光波段也不同，通常产生的有白光、或者一种或多种基色光。本实施例中，激光光11为蓝光，荧光轮31上设有黄色荧光粉。可以理解，在其他实施例中也可以采用其他波长范围的激发光、荧光轮上涂有其他发光特性的荧光材料，并不限于上述具体实施方式的技术方案。

受激光可沿与激发光入射方向一致的方向传播，也可相对激发光入射方向反向传播，本实施例中提供的反射式荧光轮31产生的受激光相对激发光入射方向反向传播，即沿激发光的入射路径反向传播。光收集系统32可以是一个透镜组，其位于受激光反向传播的光路上，对发散的荧光进行收集准直。受激光经光收集系统32准直后入射到区域膜片20的一侧。在另外的实施例中，波长转换装置也可以采用其它方式实现，例如非荧光方式，或非转轮方式；受激光提供装置30中也可以没有光收集系统，即波长转换装置产生的激发光没有经光收集系统处理，此种方案不在本发明的讨论范围内，但被包含在本发明的构思之内。

区域膜片20既设置在激发光的光路上，同时也位于受激光的光路上，本实施例中，区域膜片20倾斜地设置在激发光源10和受激光提供装置30之间，区域膜片20包括第一区域21和第二区域22，如图4所示，通常情况下，第一区域21位于区域膜片20的中心，第二区域22位于第一区域21的周边以包围第一区域21。在其它的实施例中，第一区域21和第二区域22也可以根据具体设计呈现出其它的位置关系。第一区域21位于激发光源10发出的激发光11传播的光路上，为了效率的最大化，第一区域21的区域大小和形状基本与入射到区域膜片的激发光11的光斑大小和形状一致。第一区域21和第二区域22都位于受激光33传播的光路上。本实施例中，第一区域21用于透射激发光以形成主路光，并反射激发光以形成旁路光。在实践中，第一区域21相当于一个具有预定波长的滤光片，但该滤光片不是百分百的透过率，即当光束照射在第一区域21时，具有与第一区域21匹配的波长的光线大部分被透过，另有少部分光被反射。本实施例中，第一区域21的主要作用是透过激发光，因此，当激发光为蓝光时，第一区域21为透蓝反黄，当激发光为蓝光加红光时，第一区域21为透红蓝反绿。当第一区域21的主要作用是对激发光透射时，第二区域22则为全反射区域，其对入射光进行全反射，所谓全反射是指对任何波长的入射光都进行反射。本实施例中，第二区域22对激发光、受激光和补光装置50产生的补充光都进行反射。

本实施例中，由于第一区域21位于激发光11传播的光路上，且其区域大小基本与入射的激发光11的光斑大小一致，因此理论上，激发光11将全部经第一区域21透射后到达荧光轮31。但在实践中，由于制造工艺限制，第一区域21的透射率不能达到100％，因此总有一些激发光11未能通过第一区域21到达荧光轮31，而是被第一区域21反射和/或吸收掉。在这种情况下，激发光11经第一区域21后分成两路光，如图3中所示出的主路光11a和旁路光11b，主路光11a是激发光11经第一区域21透射后的大部分光，其沿第一方向(本实施例中即激发光11的原始传播方向)传播并入射到荧光轮31。旁路光11b是激发光11经第一区域21反射后的小部分光，其沿第二方向传播，第二方向和第一方向为不同的方向，本实施例中，第二方向是与第一方向垂直的方向，因此旁路光11b无法到达荧光轮31，对于荧光轮31而言，旁路光11b属于损耗的光。

由于第一区域21和第二区域22都位于受激光33传播的光路上，因此在受激光33入射到第一区域21和第二区域22时，第一区域21对受激光33中与激发光同光谱的光进行透射，对受激光33中其它光谱的光进行反射，第二区域22对所有光谱的光(包括受激光33)进行反射，受激光33被反射后沿第三方向传播，第三方向与第一方向为不同的方向，本实施例中，第三方向与第一方向垂直且与第二方向相反。反射后受激光33经位于其传播光路上光汇聚组件40的汇聚后形成光源的出射光，但由于受激光中与激发光光谱相同的光被第一区域21所透射，因此仅由受激光组成的出射光中缺失了部分与激发光光谱相同的光，导致出射光的均匀性下降。

补光装置50设置在旁路光11b的光路上，用于经旁路光11b(如图中竖直线所示)照射后产生经均匀处理后的补充光51(如图中斜线所示)，补充光51相对旁路光11b的入射方向反向传播，在经区域膜片的第一区域21后沿第三方向传播并与反射后的受激光33进行合光，该合光成为光源的出射光，从而对受激光33中缺失的部分光进行了补充，提高了光源输出光的均匀性。本实施例中，补光装置50为反射式散光板50a，反射式散光板50a位于旁路光的光路上，经旁路光照射后产生光散射，从而将旁路光转化为一个均匀的光板或光团，实现匀光的目的，又由于反射式散光板50a还具有反射功能，因此可将散射光反射回区域膜片的第一区域，从而形成消相干的补充光。通过调整反射式散光板的散射角度以及反射式散光板与区域膜片之间的间隔，使补充光经区域膜片后的发散角度与受激光经区域膜片后的发散角度一致，可使得整体的效率最大化。

当激发光为蓝光时，第一区域21的镀膜为透蓝反黄，则补充光为蓝光；当激发光为蓝光加红光时，第一区域21的镀膜为透红蓝反绿，以透过激发光而滤掉其他波段的光，而补充光为蓝光加红光。其中红光分为两部分，一部分为蓝光激发荧光产生的红光，另一部分为直接散射收集后的红光。通过选择区域膜片上第一区域的透过率或者大小，即可以控制反射到补光装置上的光的多少，从而可控制补充光量。

以下结合图3说明本实施例的光路处理过程。

激发光源10发出的激发光经区域膜片后分成两路光，主路光11a入射到荧光轮31，旁路光11b入射到反射式散光板50a。荧光轮31在主路光11a的照射下产生受激光，受激光经光收集系统32收集准直后入射到区域膜片20的面向受激光提供装置30的一侧，对于照射到第一区域21的受激光，其中与激发光同波段的光透过第一区域21的膜片沿激发光原传播路径传播，与激发光不同波段的光被第一区域21的膜片反射沿第三方向传播；照射到第二区域22的受激光被第二区域22的膜片反射沿第三方向传播，但此时出射的光的中心部分缺少与激发光同波段的光，导致中心部分光的均匀性下降。同时旁路光11b入射到反射式散光板50a，经反射式散光板50a散射并反射后形成一路光返回区域膜片20，这路光本文称为补充光，对于照射到第一区域21的补充光，其中与激发光同波段的光透过第一区域21的膜片并沿第三方向传播，加入到被区域膜片20反射的受激光的中心部位，对受激光中心部位的与激发光相同波段的光进行补强，从而提高受激光中心部分光的均匀性，如图5所示，对比图2和图5可以看出，输出光的中心部分的均匀性得到提高。对于照射到第二区域22的补充光，被第二区域22反射损耗掉。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于补光装置的不同，请参考图6，补光装置50包括朗伯散射板50b和光收集系统50c，朗伯散射板50b位于旁路光的光路上，经旁路光11b照射后产生光散射，光收集系统50c将散射的光会聚后入射到区域膜片20的第一区域21形成补充光51。

本实施例中，朗伯散射板也可以替换成白荧光板，白荧光板是指能吸收激发光以产生白光的荧光板。白荧光板经旁路光照射后产生白光，光收集系统将白光会聚后入射到区域膜片的第一区域形成补充光。

本实施例中，通过控制光收集系统的口径与第一区域的尺寸一致，可最大化整体光源的效率。

实施例三：

本实施例与实施例一、二的区别在于区域膜片的不同，图4中所示的第一区域21的主要作用也可以是对激发光进行反射，但其反射率也不是百分百，即第一区域21通过反射激发光以形成主路光，并通过透射激发光以形成旁路光，而第二区域22则用于对入射光进行全透射，所谓全透射是指对所有波长的光都进行透射。当采用这种区域膜片时，第一区域21的反射率不到100％，使得大部分激发光11a被反射，小部分激发光11a被透射。请参考图7，激发光11经第一区域21反射后形成主路光11a，经第一区域21透射后形成旁路光11b。旁路光11b的传播方向和主路光11a的传播方向垂直。荧光轮31经主路光11a激发产生受激光33，受激光33入射到区域膜片20时，经区域膜片20透射后沿第三方向传播，第三方向与第一方向相反且与第二方向垂直。

上述实施例中，受激光为白光或与激发光同波段的单色光或复合光，经补光和汇聚后的受激光照射到空间光调制器，空间光调制器可以是单片式或多片。在其它实施例中，光源输出的光还可以是多基色的序列光，空间光调制器也是多片(例如3片)式。当输出光为多基色的序列光时，荧光轮可以改为多段式结构，例如荧光轮为三段式结构，分别受激发产生红光、绿光、蓝光。若入射的激发光为蓝光，则补充的蓝光一直产生，但只在蓝段的时候起作用，例如可通过在区域膜片和补光装置之间设置一个与荧光轮同步的光阀，当荧光轮发射蓝光时，该光阀打开，对蓝光进行补充；当荧光轮发射红光和绿光时，该光阀关闭，阻挡补充的蓝光经区域膜片对受激光造成光干扰。若入射的激发光为蓝光加红光，则补充的蓝光一直产生，也只在蓝段的时候起作用，而补充的红光可一直产生，亦可只在红光段开启，若只在红光段开启，可利于红光寿命的提升。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (11)

1.一种光源,其特征在于，包括激发光源、受激光提供装置、区域膜片和补光装置；

激发光源用于发射激发光；

受激光提供装置用于在激发光照射下产生受激光；

所述区域膜片设置在激发光和受激光的光路上，所述区域膜片包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于透射部分激发光以形成主路光，并反射部分激发光以形成旁路光，所述第二区域用于对入射光进行全反射，所述受激光提供装置设置在主路光的光路上并偏离旁路光的光路，经主路光激发后产生向区域膜片传播的受激光；

所述补光装置设置在旁路光的光路上，用于对旁路光进行匀光处理后产生向区域膜片传播的补充光，所述补充光在经区域膜片的第一区域后与受激光进行合光。

2.一种光源,其特征在于，包括激发光源、受激光提供装置、区域膜片和补光装置；

激发光源用于发射激发光；

受激光提供装置用于在激发光照射下产生受激光；

所述区域膜片设置在激发光和受激光的光路上，所述区域膜片包括第一区域和第二区域，所述第一区域用于反射部分激发光以形成主路光，并透射部分激发光以形成旁路光，所述第二区域用于对入射光进行全透射，所述受激光提供装置设置在主路光的光路上并偏离旁路光的光路，经主路光激发后产生向区域膜片传播的受激光；

所述补光装置设置在旁路光的光路上，用于对旁路光进行匀光处理后产生向区域膜片传播的补充光，所述补充光在经区域膜片的第一区域后与受激光进行合光。

3.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于，所述补光装置为反射式散光板，所述反射式散光板位于旁路光的光路上，经旁路光照射后产生光散射，并将散射光反射回区域膜片的第一区域形成补充光。

4.如权利要求3所述的光源，其特征在于，所述反射式散光板的散射角度以及反射式散光板与区域膜片之间的间隔被调整为可使得补充光经区域膜片后的发散角度与受激光经区域膜片后的发散角度一致。

5.如权利要求3所述的光源，其特征在于，所述反射式散光板产生的补充光为消相干的光。

6.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于，所述补光装置包括朗伯散射板和光收集系统，所述朗伯散射板位于旁路光的光路上，经旁路光照射后产生光散射，所述光收集系统将散射的光会聚后入射到区域膜片的第一区域形成补充光。

7.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于，所述补光装置包括白光荧光板和光收集系统，白光荧光板位于旁路光的光路上，经旁路光照射后产生白光，光收集系统将白光会聚后入射到区域膜片的第一区域形成补充光。

8.如权利要求6或7所述的光源，其特征在于，光收集系统的口径与第一区域的尺寸一致。

9.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于，所述第一区域的形状和尺寸与入射到区域膜片上的激发光光斑的形状和尺寸一致。

10.如权利要求1或2所述的光源，其特征在于，所述第二区域位于第一区域的周边以包围所述第一区域，所述主路光沿第一方向传播，所述旁路光沿第二方向传播，所述受激光经第一区域和第二区域后形成沿第三方向传播的受激光，所述第一方向、第二方向和第三方向为不同的方向。

11.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的光源。