CN102520569A - 光源装置及使用该光源装置的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种投影装置、光源装置以及光源组件。光源装置包括：激发光光源，用于产生一激发光；包括至少第一波长转换区的波长转换装置；滤光装置，包括至少与第一波长转换区对应设置的第一滤光区；机械传动装置，将波长转换装置和滤光装置连接在一起；驱动装置，用于驱动所述波长转换装置、所述滤光装置和机械传动装置三者之一，以使所述第一波长转换区与所述第一滤光区同步运动。通过上述方式，滤光装置与波长转换装置通过一个机械传动装置由同一驱动装置进行驱动，具有易于实现以及同步性高等优点。

Description

光源装置及使用该光源装置的投影装置

技术领域

本发明涉及照明和显示用的光源技术领域，特别是涉及一种光源装置及使用该光源装置的投影装置。

背景技术

目前，投影仪广泛应用于电影播放、会议以及宣传等各种应用场合。众所周知，在投影仪的光源中，经常采用荧光色轮来提供彩色光序列。其中，将荧光色轮的不同色段轮流且周期性设置于激发光的传播路径上，进而利用激发光来激发荧光色轮的不同色段上的荧光材料，以产生不用颜色的荧光。然而，由于荧光材料所产生的光谱范围较宽，使得部分荧光的色纯度不足，进而导致光源的色域不够大。在这种情况下，一般需要通过滤光片来对荧光进行过滤，以提高荧光的色纯度。然而，由于不同颜色的荧光的光谱范围部分重叠，无法利用同一滤光片进行过滤，因此需要针对不同颜色的荧光提供不同的滤光片。

在一种现有技术的解决方法中，将每一个单色光的滤光片放在驱动装置上制作成一个滤光轮，滤光轮放置在荧光色轮的后端光路上并使两者的颜色一一对应。通过电路控制方式使滤光轮与荧光色轮进行精确同步，保证一个单色光通过滤光轮时滤光轮的相应滤光片位于光路上。采用上述方法很难达到两个色轮的精确同步，存在难以实现以及同步效果差等缺点。

因此，需要提供一种光源装置及使用该光源装置的投影装置，以解决现有技术中投影仪光源的荧光色轮与滤光片色轮的同步架构所存在的上述技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种光源装置及使用该光源装置的投影装置，提供波长转换装置与滤光装置的同步架构，并提高同步效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光源装置，包括：激发光光源，用于产生一激发光；波长转换装置，所述波长转换装置包括至少第一波长转换区；滤光装置，包括至少与第一波长转换区对应设置的第一滤光区；机械传动装置，将波长转换装置和滤光装置连接在一起；驱动装置，用于驱动所述波长转换装置和所述滤光装置，以使所述波长转换区与所述第一滤光区同步运动，并且所述波长转换区周期性设置于所述激发光的传播路径上，进而将所述激发光波长转换成受激光；第一光学组件，用于导引所述受激光入射到所述第一滤光区，所述第一滤光区对所述受激光进行过滤，以提高所述受激光的色纯度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种采用上述光源装置的投影装置。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的光源装置中的滤光装置与波长转换装置通过机械传动装置连接，并由同一驱动装置驱动滤光装置、波长转换装置或机械传动装置三者之一，使第一波长转换区和第一滤光区同步运动，具有易于实现波长转换装置与滤光装置同步运动以及同步性高等优点。

附图说明

图1是本发明光源装置的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明光源装置中的波长转换装置和滤光装置的第一实施方式的主视图。

图3是本发明光源装置中的波长转换装置和滤光装置的第二实施方式的主视图。

图4是本发明光源装置的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参见图1至图2，图1是本发明光源装置的第一实施例的结构示意图。图2是本发明光源装置中的波长装换装置和滤光装置的第一实施方式的主视图。如图1所示，本实施例的光源装置100主要包括激发光光源101、转动轴102、第一光收集装置109、波长转换装置106、滤光装置107、驱动装置108。

激发光光源101用于产生一激发光。在本实施例光源装置100的波长转换装置和滤光装置的第一实施方式中，激发光光源101为一紫外或近紫外激光器或者紫外或近紫外发光二极管，以产生紫外或近紫外激发光。

如图2所示，波长转换装置106为一环状结构，包括至少一波长转换区。在波长转换装置106和滤光装置107的第一实施方式中，波长转换装置106包括绕其环状结构的周向分段设置的红光转换区、绿光转换区、蓝光转换区以及黄光转换区。上述波长转换区上分别设置有不同的波长转换材料(例如荧光材料或纳米材料)。上述波长转换材料能够将入射到其上的紫外或近紫外激发光波长转换成相应颜色的受激光。具体来说，红光转换区将入射到其上的紫外或近紫外激发光转换成红光受激光，绿光转换区将入射到其上的紫外或近紫外激发光转换成绿光受激光，蓝光转换区将入射到其上的紫外或近紫外激发光转换成蓝光受激光，而黄光转换区则将入射到其上的紫外或近紫外激发光转换成黄光受激光。波长转换装置106设置在激发发光源101发出的激发光的传播路径上，波长转换装置106受激发光激发、转换并透射受激发光。

如图2所示，滤光装置107为一环状结构，其位于波长转换装置106受激发光的出光侧并与光波长转换装置106间隔排布。滤光装置107包括至少一滤光区。在波长转换装置和滤光装置的第一实施例中，滤光装置107包括绕其环状结构的周向分段设置的红光滤光区、绿光滤光区、蓝光滤光区以及黄光滤光区。上述滤光区与波长转换装置106上的各颜色的波长转换区对应设置。在本实施例光源装置中，相同颜色的滤光区与波长转换区正对。上述滤光区具有不同的滤光范围，进而对相应颜色的受激光进行滤光，以提高受激光的色纯度。

如图1所示，转动轴102是本实施例光源装置中的机械传动装置。波长转换装置106和滤光装置107间隔固定至转动轴102。波长转换装置106和滤光装置107通过转动轴102的连接实现同步运动。

第一光收集装置109位于波长转换装置106和滤光装置107之间，用于对受激光进行收集和聚光，以减小受激光的发散角。

驱动装置108可驱动转动轴102或波长转换装置或滤光装置转动，固定于转动轴上的滤光装置107和波长转换装置106在转动轴102的带动下同步转动。

在图1所示的光源装置100应用图2所示的波长转换装置和滤光装置的工作过程中，激发光光源101所产生的紫外或近紫外激发光入射到波长转换装置106上。波长转换装置106和滤光装置107在驱动装置108的驱动下同步转动，进而使得波长转换装置106上的各波长转换区与滤光装置107上的各滤光区同步转动。在波长转换装置106和滤光装置107的转动过程中，波长转换装置106上的各波长转换区依次且周期性设置于激发光光源101所产生的紫外或近紫外激发光的传播路径上，使得紫外或近紫外激发光在各波长转换区的作用下依次转换成不同颜色的受激光。不同颜色的受激光经第一光收集装置109收集、聚光并入射到滤光装置107。

此时，由于波长转换装置106与滤光装置107二者固定于同一转动轴102上并由同一驱动装置驱动使二者同步运动，并且波长转换装置106与滤光装置107上的相同颜色的波长转换区与滤光区正对，因此可以确保由波长转换装置106的各波长转换区产生的不同颜色的受激光经第一光收集装置109收集并聚光后入射到滤光装置107上的相同颜色的滤光区上，进而由相同颜色的滤光区进行滤光来提高色纯度。

在本实施例的光源装置100中，波长转换装置106和滤光装置107二者固定于同一转动轴102上并由同一驱动装置驱动使二者同步运动，同时相同颜色的波长转换区与滤光区正对，因此相同颜色的波长转换区与滤光区同步运动，具有易于实现波长转换装置与滤光装置同步运动以及同步性高等优点。

进一步，由于通过波长转换产生的受激光一般是近似朗伯分布，如果该受激光直接入射到滤光区上，则其入射角从0度到90度都存在。然而，滤光区的穿透率随着入射角的增大而飘移，因此在本实施例中进一步设置第一光收集装置109对受激光进行收集并聚光，使得受激光入射到滤光区的入射角较小，进一步提高了滤光效果。在本实施例光源装置的优选实施例中，通过调整第一光收集装置，可使得受激光的入射到滤光装置107的入射角小于等于60度范围内的能量占总能量的90％以上。更优地，通过调整第一光收集装置，使得受激光的入射到滤光装置107的入射角小于等于30度范围内的能量占总能量的90％以上。在本实施例光源装置中，第一光收集装置109可以是透镜、实心或者空心的锥形导光棒、透镜组、空心或者实心的复合型聚光器等。

此外，在波长转换装置和滤光装置的第一实施方式中，波长转换装置106上的波长转换区可以是红光转换区、绿光转换区、蓝光转换区、黄光转换区，以及其他颜色光的转换区中的一个或多个的任意组合，并选择其他适当的光源作为本发明光源装置的激发光光源。波长转换装置106上的波长转换区调整时，滤光装置107上的滤光区则根据波长转换装置106上的波长转换区所产生的受激光的颜色进行相应配置，本发明对此并不作限制。

图3是本发明光源装置中的波长转换装置和滤光装置的第二实施方式的主视图。在波长转换装置和滤光装置的第二实施实施方式中，光波长转换装置106上包括一个蓝光透光区。当图1所示的本发明的光源装置100应用图3所示的波长转换装置和滤光装置时，激发光光源101为一蓝光发光二极管(LED，LightEmitting Diode)或蓝光激光器(LD，Laser Diode)以产生蓝光激发光。除蓝光透光区外，光波长转换装置还包括红光转换区、绿光转换区和黄光转换区。滤光装置包括红光滤光区、绿光滤光区、黄光滤光区，以及与光波长转换装置的蓝光透光区对应的平衡透光区或蓝光滤光区(未图示)。为了转动的平衡，平衡透光区具有与其他滤光区相同或相似的重量。

在驱动装置108的驱动下，波长转换装置106与滤光装置107同步转动，使得波长转换装置106上的各波长转换区和蓝光透光区依次且周期性设置于激发光光源101所产生的蓝光激发光的传播路径上。其中，各波长转换区将入射到其上的蓝光激发光转换成对应颜色的受激光并进行透射，而蓝光透光区则透射入射到其上的蓝光激发光。蓝光透光区上可设置适当的散射机构，以破坏蓝光激发光的准直性。

不同颜色的受激光或蓝光激发光经第一光收集装置109收集、聚光并入射到滤光装置107；滤光装置107的不同颜色滤光区对对应颜色的受激光进行滤光后透射以及在平衡透射区或蓝光滤光区透射蓝光。

波长转换装置106和滤光装置107二者固定于同一转动轴102上并由同一驱动装置驱动转动轴102使二者同步运动，同时相同颜色的波长转换区与滤光区正对，蓝光透光区与平衡透光区或蓝光滤光区正对。

此外，在波长转换装置和滤光装置的第二实施方式中，波长转换装置106上除蓝光透光区外，波长转换装置还包括由红光转换区、绿光转换区、黄光转换区，以及其他颜色光的转换区中的一个或多个的任意组合。或者，除蓝光透光区和至少一个波长转换区外，波长转换装置106还可以包括其他颜色光透光区，比如红光透光区；此时，本发明光源装置除包括蓝光激发光光源外，光源装置还包括红光照明光源和控制装置，通过控制装置的控制使红光照明光源仅在红光透光区设置于红光照明光源产生的红光照明光的传播路径上时才开启，蓝光激发光源仅在蓝光透光区及其他颜色光转换区设置于蓝光激发光源产生的蓝光激发光的传播路径上时才开启。当波长转换装置上的波长转换区和透光区调整时，滤光装置107上与自波长转换装置106出射的不同颜色的受激发光的对应的滤光区和与自波长转换装置106透射的激发光或照明光对应的平衡透光区或滤光区则根据波长转换装置106上的波长转换区所产生的受激光的颜色及透光区的数目进行相应配置，本发明对此并不作限制。

请参见图4，图4是本发明光源装置的第二实施例的结构示意图。本实施例的光源装置200主要包括激发光光源201、齿轮传动装置202、光学组件、波长转换装置206、滤光装置707、驱动装置208。

本实施例的光源装置200与图1所示的光源装置100的不同之处在于，将波长转换装置206和滤光装置207二者连接的是齿轮传动装置202。齿轮传动装置206是本实施例光源装置200的机械传动装置。

在本实施例的光源装置200中，齿轮传动装置206包括相互垂直啮合的两齿轮，该齿轮轮毂均由透光材料制成。波长转换装置206和滤光装置207分别固定至齿轮传动装置202的两齿轮的轴心；波长转换装置206和滤光装置207相互垂直。

光学组件包括第二光收集装置203、反射镜204和聚光装置205。

在图4所示的光源装置200的工作过程中，激发光光源201产生的激发光入射到波长转换装置206上。波长转换装置206和滤光装置207通过齿轮传动装置在驱动装置的驱动下同步转动，进而使得波长转换装置206上的各波长转换区与滤光装置上的各滤光区同步转动。波长转换装置206的各波长转换区受激发光激发、转换并透射不同颜色的受激发光。由波长转换装置206透射的不同颜色的受激发光经第二光收集装置203、反射镜204和聚光装置205导引后入射到滤光装置207。

第二光收集装置203和聚光装置205分别用于对波长转换装置206透射的受激光进行收集和聚光，以减小受激光的发散角。第二光收集装置203、聚光装置205均可以是透镜、实心或空心的锥形导光棒、透镜组，或者实心或空心的复合型聚光器。

反射镜204则用于反射受激光，以改变受激光的传播方向。在本实施例中，反射镜204相对于受激光的入射方向呈45度设置。在本实施例中，在反射镜204的反射作用下，受激光的传播方向转动90度，入射至滤光装置207上。此时，由于波长转换装置206与滤光装置207相互垂直且同步转动，因此可以确保由波长转换装置206的各波长转换区产生的不同颜色的受激光经反射镜204的反射后入射到滤光装置207上的相同颜色的滤光区上，进而由相同颜色的滤光区进行滤光来提高色纯度。

本实施例光源装置中，光学组件中的反射镜204用来改变受激光的传播方向，实际使用中，还可以选择元件来其他改变受激光的传播方向，如棱镜、曲面反射镜等。当选择曲面反射镜来改变受激光的传播方向时，曲面反射镜本身具备聚光的特性，光源装置中就没必要再采用聚光装置205进行聚光。

当波长转换装置还包括激发光透光区时，该激发光透光区在驱动装置的驱动下周期性设置于激发光的传播路径上，该激发光透光区透射激发光。此时，滤光装置还包括与激发光透光区对应设置的平衡透光区或激发光滤光区。光学组件还用于引导来自激发光透光区的激发光入射到平衡透光区或激发光滤光区，平衡透光区或激发光透射区分别用于对该激发光进行过滤和透射。

此外，利用齿轮传动装置作为机械传动装置时，本实施例光源装置中的齿轮传动装置中的齿轮可以选择中空的环状结构，波长转换装置和滤光装置分别与每个具有中空环状结构的齿轮同心固定；此时，波长转换装置和滤光装置相当于齿轮的轮毂，不要求齿轮具备透光特性。除本实施例光源装置中的两垂直啮合的齿轮外，可以根据需要选择两呈其他夹角啮合的齿轮作为齿轮传动装置；或者选择大于两个相邻齿轮彼此啮合的齿轮组作为齿轮传动装置。机械传动装置变换时，作为引导受激发光的光学组件也需进行调整，本发明对此不做限制。

除前述光源装置的第一实施例中的传动轴102、第二实施例中的齿轮传动装置202外，凡是能将光波长转换装置和滤光装置二者连接起来并在同一驱动装置的驱动下使二者同步运动的一切机械传动装置都在本发明的保护范围中，例如机械传动装置还可以是传动皮带等。

本发明说明书在光源装置的第一实施例中举出了波长转换装置与滤光装置相互平行设置的例子，在光源装置的第二实施例中举出了波长转换装置与滤光装置相互垂直设置的例子。除以上两种例子中举出的波长转换装置与滤光装置的相对位置关系外，实际应用中，本领域技术人员还可以根据实际情况对波长转换装置和滤光装置的相对位置进行调整，只要确保波长转换装置的相同颜色的波长转换区与滤光装置的相同颜色的滤光区同步即可。

本发明光源装置的第一实施例和第二实施例的波长转换装置和滤光装置均做圆周运动，除此之外，光源装置的波长转换装置和滤光装置也可以是相互同轴嵌套且间隔设置的滚筒，或者光源装置的波长转换装置和滤光装置也可以是相互平行或相互垂直或呈一定夹角相互设置的移动板。该波长转换装置包括至少第一波长转换区，该滤光装置包括至少第一滤光区。该滚筒状或移动板状的波长转换装置和滤光装置通过机械传动装置相连，且驱动装置驱动机械传动装置、波长转换装置和滤光装置三者之一，使波长转换装置的第一波长转换区和滤光装置的第一滤光区同步转动或移动。光学元件将来自波长转换装置的第一波长转换区的受激发光引导至滤光装置的第一滤光区。进一步地，在受激发光到达滤光装置之前，光源装置还包括设置在受激发光传播路径上的光收集装置。

综上所述，本发明的光源装置中的滤光装置与波长转换装置通过机械传动装置连接，并由同一驱动装置驱动滤光装置、波长转换装置或机械传动装置三者之一，使波长转换装置的相同颜色的波长转换区和滤光装置的相同颜色的滤光区同步运动，具有易于实现波长转换装置与滤光装置同步运动以及同步性高等优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置包括：

激发光光源，用于产生一激发光；

波长转换装置，所述波长转换装置包括至少第一波长转换区；

滤光装置，包括至少与第一波长转换区对应设置的第一滤光区；

机械传动装置，将波长转换装置和滤光装置连接在一起；

驱动装置，用于驱动所述波长转换装置、所述滤光装置和机械传动装置三者之一，以使所述第一波长转换区与所述第一滤光区同步运动，并且所述波长转换区周期性设置于所述激发光的传播路径上，进而将所述激发光波长转换成受激光；

第一光学组件，用于导引所述受激光入射到所述第一滤光区，所述第一滤光区对所述受激光进行过滤，以提高所述受激光的色纯度。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述第一光学组件包括设置于波长转换装置和滤光装置之间的第一光收集装置，第一光收集装置收集所述受激光，并使得所述受激光的入射到所述滤光装置的入射角小于等于60度范围内的能量占总能量的90％以上。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述第一光收集装置使得所述受激光的入射到所述滤光装置的入射角小于等于30度范围内的能量占总能量的90％以上。

4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述机械传动装置是传动轴，所述波长转换装置和所述滤光装置间隔固定在传动轴上。

5.根据权利要求4所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换装置透射受激发光，所述波长转换装置的第一波长转换区与所述滤光装置的第一滤光区正对。

6.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述机械传动装置是齿轮传动装置，所述齿轮传动装置包括两相互啮合的齿轮；所述波长转换装置和所述滤光装置分别固定至所述两齿轮的轴心。

7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述第一光学组件包括反射镜，该反射镜用于将所述波长转换装置发出的受激发光反射至所述滤光装置。

8.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在，所述第一光学组件进一步包括第二光收集装置，用于收集所述波长转换装置发出的受激发光至所述反射镜。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述第一光学组件进一步包括聚光装置，用于将经所述反射镜反射的受激发光聚集至所述滤光装置。

10.根据权利要求2、8或9中所述的光源装置，其特征在于，所述第一光收集装置、第二光收集装置、聚光装置均包括透镜、实心或者空心的锥形导光棒、透镜组，或者空心或者实心的复合型聚光器。

11.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括第一透光区，所述第一透光区在所述驱动装置驱动下周期性设置于所述激发光的传播路径上，所述第一透光区透射所述激发光；

所述滤光装置还包括与第一透光区对应设置的第二滤光区或第二透光区；

第一光学组件还用于导引来自第一透光区的激发光入射到第二滤光区或第二透光区，第二滤光区和第二透光区分别用于对该激发光进行过滤和透射。

12.一种投影装置，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。

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