专利名称：光源装置及使用该光源装置的投影装置的制作方法
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。
图I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；图5是本发明光源装置的第三实施例的结构示意图；图6是图5所示的光源装置中滤光片的滤光曲线的一个实施例； 图7是图5所示的光源装置中反射式集光器中的光路示意图；图8是图5所示的光源装置中滤光片的滤光曲线的另一实施例；图9是图5所示的光源装置中反射式集光器的另一实施例；图10是图5所示的光源装置中波长转换装置与反射式集光器的耦合效率与比例D的关系图；图11是本发明光源装置的第四实施例的结构示意图。
具体实施例方式请参见图I至图2，图I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I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I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I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O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%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I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，Light Emitting 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。请参阅图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400主要包括激发光光源401、转动轴403、第一光收集装置405、波长转换装置407、滤光装置409、驱动装置411、透镜413和光引导装置415。本实施例的光源装置400与图I所示的光源装置100的不同之处在于，波长转换装置407设置为反射式的，即激发光与受激光的光路位于波长转换装置407的同一侧。反射式的波长转换装置相比图I中的透射式的波长转换装置，在制作工艺上比较容易。可通过在波长转换装置407背向激发光的一侧镀有反射层来使得受激光和激发光从波长转换装置407面向激发光的一侧出射来实现，这是公知技术，在此不再赘述。光引导装置415引导激发光经第一光收集装置405进入波长转换装置407，并引导波长转换装置407出射的光从不同于激发光的光路的另一光路出射。在图4所示的光源装置400的工作过程中，光源401产生的激发光入射到位于滤光装置409出射受激光的光路上的光引导装置415上。在本实施例中，光引导装置为滤光片415。滤光片415相对于激发光的入射方向和受激光的出射方向均呈45度设置，用于反射激发光并透射受激光。在滤光片415的反射作用下，激发光的传播方向转动90度，入射至滤光装置409。相比图I所示的光源装置100中的滤光装置，滤光装置409的各个滤光区还设置为透射激发光。激发光经滤光装置409透射后经过第一光收集装置405收集并入射至波长转换装置407。波长转换装置407产生的受激光经第一光收集装置405收集后入射至滤光装置409，经滤光装置409过滤后入射至透镜413，经透镜413收集的受激光透射过滤光片415出射。
在本实施例中，由于波长转换装置407设置为反射式的，激发光和受激光的光路部分重合，使得光源装置的结构更加紧凑。在本实施例中，光引导装置415也可以是带有通光孔的反射罩。则相对应的，激发光从反射罩的通光孔透射至滤光装置409，并经滤光装置409透射后经过第一光收集装置405入射至波长转换装置407。而波长转换装置407出射的光依次经第一光收集装置405收集和滤光装置409过滤后被反射罩收集后从与激发光入射光路不同的光路出射。请参见图5，图5是本发明光源装置的第三实施例的结构示意图。本实施例的光源装置500主要包括激发光光源501、转动轴503、第一光学组件505、波长转换装置507、滤光装置509、驱动装置511、透镜513和光引导装置515。在本实施例中，第一光学组件505可以是透镜或者透镜组。优选地，第一光学组件505包括反射式集光器，由于透镜组的体积较大，且光路较长，而反射式集光器的体积较小，可以使得光源装置的结构更紧凑更小。该反射式集光器505具有两个端口，分别用于入射和出射波长转换装置出射的光束L2。为描述方便，下文所指的入射端口指用于入射光束L2的端口，出射端口指用于出射光束L2的端口。其中入射端口的面积小于出射端口的面积。由于波长转换装置507出射的受激光近似朗伯分布，而波长转换装置507上的对应蓝色激发光而设置的蓝光反光区所反射的蓝色激发光散射出射，发散角度较大，使得光束L2从该反射式集光器505的入射端口入射后能在其内部反生多次反射后从出射端口出射。反射式集光器505可以是实心或者空心的锥形导光棒、空心或者实心的复合型聚光器等，其中实心的反射式集光器主要是利用光束在其内壁上发生全反射的原理来使光束在其内部多次反射，而空心的反射式集光器主要是利用在其内壁上设置的反射层来使得光束在其内部多次反射。由于反射式集光器对光束L2的入射端口的面积小于出射端口的面积，根据光学扩展量守恒可知光束L2在靠近反射式集光器505的出射端口处时近似平行于该反射式集光器505的光轴，以达到准直光束的目的，该靠近指的是与反射式集光器505的出射端口的距离小于与入射端口的距离。当光束L2与反射式集光器505的出射端口的距离越小时，准直的效果越好。在本实施例中，反射式集光器505为空心的。本实施例的光源装置500与图4所示的光源装置400的不同之处在于，图4中所示的光源装置中400的光引导装置415位于滤光装置409的透射出射受激光的光路上，而图5所示的光源装置500中的光引导装置515位于反射式集光器505内；而且反射式集光器505的表面上设置有通光孔,用于透射激发光光源501产生的激发光LI至光引导装置515。可通过在反射式集光器505的表面上打一个小洞以形成通光孔。在本实施例中，光引导装置515为滤光片。在图5所示的光源装置500的工作过程中，激发光LI穿过反射式集光器505上的通光孔并入射至反射式集光器505内的滤光片515上,并经该滤光片515反射至波长转换装置507。波长转换装置507出射的光L2被反射式集光器505收集并透射过滤光片515，入射至滤光装置509，经滤光装置509过滤后出射。如图6所示，图6是滤光片515的滤光曲线的一个实施例，其中滤光曲线601是入射于滤光片515的入射光的入射角度为第一预定角时的滤光曲线,滤光曲线603是入射于滤光片515的入射光的入射角度为第二预定角时的滤光曲线，其中第二预定角大于第一预定角。由图可看出，当入射于滤光片515的入射光的入射角度增大时，滤光曲线往短波方向漂移。可通过对滤光片515的滤光曲线的设计，使得激发光的波长范围位于滤光曲线的漂 移范围内，以使激发光以小于或等于第一预定角为入射角度入射滤光片515时被反射，以大于或等于第二预定角为入射角度入射滤光片515时透射。具体举例来说。如图7所示，图7是图5所示的光源装置中的反射式集光器505中的光路示意图。滤光片515位于靠近反射式集光器505的出射端口处，由于在该处波长转换装置507出射的光L2已接近平行于反射式集光器505的光轴,可将滤光片515的摆放角度设置为使得光束L2以大于或等于30度的入射角度入射于滤光片515。同时，调整激发光LI的入射角度，使得激发光LI以小于或等于10度的入射角度入射于滤光片515之上，经滤光片515反射至波长转换装置507。光束L2在反射式集光器505内经过多次反射后，当抵达滤光片515时，由于角度漂移特性，使得光束L2中的激发光能够透射滤光片515。而受激光的波长范围因大于激发光的波长范围进而均能透射滤光片515。在本实施例中，由于波长转换装置出射的光L2入射于滤光片515的入射角度较大，而入射于滤光片515的激发光LI的入射角度较小，使得该滤光片可以利用角度漂移特性来反射激发光LI并透射波长转换装置507出射的光L2，以使得波长转换装置507出射的光L2中的蓝色激发光也能透射过滤光片515。因此，在本实施例中，波长转换装置507上可以设置蓝光反光区，并且滤光装置509上设置相应的蓝光滤光区，以使光源装置出射蓝色时序光。而图4所示的光源装置中，由于滤光片415反射蓝光，使得蓝光不能从受激光出射的光路上出射，因此当图4所示的光源装置使用蓝色激发光时波长转换装置上不能设置蓝光反光区，使得光源装置不能出射蓝色时序光。在本实施例中，滤光片507也可以通过滤光片对不同的偏振光的角度漂移程度不同来区分激发光与波长转换装置出射的光的光路。如图8所示，图8是图5所示的光源装置中滤光片515的滤光曲线的另一实施例。在本实施例中，激发光光源为激光光源，通过激发光为偏振光而波长转换装置出射的光为非偏振光，并且随着角度的增大，偏振片的滤光曲线往短波方向漂移的特性来对该两束光路进行区分光路。具体说明如下。P偏振光为偏振方向在入射方向和反射方向所构成的平面内的偏振光，s偏振光为偏振方向垂直于入射方向和反射方向所构成的平面的偏振光。当包含P偏振光和s偏振光的光入射于滤光片的入射角增大时，由于滤光片的膜层的作用，滤光片对光的阻带会向短波方向漂移，并且P偏振光的阻带会变得比S偏振光的阻带窄，使得P偏振光与S偏振光对应的透过率曲线通带边缘错开一定距离。随着入射于滤光片的入射角度越大，P偏振光的阻带与S偏振光的阻带宽度相差变大，P偏振光与S偏振光对应的透过率曲线通带边缘的距离越大。P偏振光与S偏振光所对应的透过率曲线通带边缘错开的位置所对应的波长，是可以由膜层设计来改变的。因此，在本实施例中，激发光光源501为激光光源，由于激光光源为偏振光，使得激发光以S偏振光入射于滤光片507,并且使得滤光片507的S偏振光与P偏振光所对应的透过率曲线通带边缘错开的位置所对应的波长范围为激光光源501出射的激光的波长范围。如图8所示，图8中的滤光曲线Pl是滤光片507对P偏振光在入射角度为第一角度时的滤光曲线。滤光曲线P2是滤光片507对P偏振光在入射角度相对第一角度增大后，即为第二角度时的滤光曲线，其相对滤光曲线Pl往短波方向漂移。滤光曲线SI是滤光片507对s偏振光在入射角度为第一角度时的滤光曲线。滤光曲线S2是滤光片507对s偏振光在入射角度相对第一角度增大后，即为第二角度时的滤光曲线，其相对滤光曲线Si往短波方向漂移。而激发光的光谱位于滤光曲线SI的阻带内并同时位于滤光曲线S2、P1、和 P2的通带内，因此，激发光以小于或等于第一角度的角度入射滤光片507，并被反射至波长转换装置507。而波长转换装置507出射的光包括受激光和激发光，均以大于或等于第二角度入射于滤光片507，由于受激光的波长范围大于激发光的波长范围，因此能透射过滤光片507,而波长转换装置507出射的激发光由于以大于或等于第二角度入射于滤光片507,因此位于滤光片的滤光曲线漂移后的通带内，进而透射过滤光片507。相比通过滤光片的角度漂移特性来对光束LI和光束L2区分光路，本实施例中通过滤光片对不同的偏振光的角度漂移程度不同来区分光束LI和光束L2的光路，由于光路是可逆的，在前者中，沿着激发光LI入射的光路返回滤光片515的部分激发光会穿过通光孔而出射，导致部分光损失。而在本实施例中，沿着激发光LI入射的光路返回滤光片515的部分激发光中包含P偏振光和S偏振光,而滤光片515只反射该部分激发光中的S偏振光，透射P偏振光，使得该部分激发光中只有s偏振光被浪费掉,P偏振光并未被浪费掉，因此光损失更少。在本实施例中，光引导装置507也可以是反射镜，相比滤光片，反射镜的成本更低。反射镜位于波长转换装置出射的光L2的部分出射光路上。如图9所示，图9是图5所示的光源装置中反射式集光器的另一实施例。在本实施例中，激发光光源为激光光源，通过激发光与波长转换装置的出射光的光学扩展量的不同来对该两束光进行区分光路。由于激光的光学扩展量较小，而波长转换装置507出射的光的光学扩展量较大，通过放置反射镜915来将激发光反射至波长转换装置507，而波长转换装置507出射的光从围绕该反射镜915的介质透射至滤光装置。而波长转换装置507出射的光中被反射镜915反射的部分光在反射式集光器505内反复反射后最终从反射式集光器505出射。本实施例中，反射镜915也可以放置在滤光装置的出射光路上，即图4中所示的光源装置中的滤光片415的位置上。相比图4所示的光源装置，本实施将反射镜915放置在图4所示的光源装置中的滤光片415的位置上，由于经滤光装置透射的光束L2的光学扩展量较大，而反射镜915的面积较小，使得有相当部分的蓝色激发光也能从围绕反射镜915周围的介质透射出射，进而能够出射蓝色时序光。
但相比将反射镜915放置在图4所示的光源装置中的滤光片415的位置，在图4所示的光源装置中，由于滤光装置409的每个滤光区均需设置为透射激发光，当波长转换装置407中的除蓝光反光区的其他区段位于激发光的入射光路上时，例如绿光转换区，由于有部分蓝色激发光未被波长转换装置407吸收，因此波长转换装置407会出射绿色受激光和蓝色激发光的混合光L2,而滤光装置409透射蓝光，反射镜815只能反射很少部分的混合光L2，因此最终出射的绿光中会混合着部分蓝光，这导致出射的光中色彩饱和度不足。而在本实施例中，由于激发光不需透射过滤光装置509，因此可以在滤光装置409除蓝光滤光区的其他滤光区上均设置为反射蓝色激发光，以仅透过所需的颜色，避免所需颜色中混合着部分未被波长转换装置507吸收的激发光而导致的色彩饱和度不足的问题。因此，在对色彩饱和度要求比较高的场合，可以选择将反射镜放置在反射式集光器内。在本实施例中，反射式集光器也可以为实心的。相比空心的反射式集光器利用在其内部上的反射层来使得光束发生反射，由于实心的反射式集光器是利用光束在其内部反 生全反射的原理来使得光束匀光和准直，会使得光利用效率更高，光损失更少。相对应的，通光孔可以是在反射式集光器的表面一处镀上滤光膜，用于透射激发光并反射受激光。可将反射式集光器以图5中所示的滤光片515为分界线分为两部分，在将该两部分组合到一起时在该两部分之间即滤光片515的位置镀上滤光膜。进一步地，滤光膜也可以被空气隙取代。可在组合反射式集光器的上述两部分时在该组合部位上放置垫圈，使得该两部分中间出现空气隙。但不同的是，空气隙在反射式集光器内的摆放角度与图5所示的光源装置中的滤光片不同。以下具体说明。在设置空气隙时，原理是依靠入射反射式集光器的激发光以大于临界角的角度入射到空气隙上，以在该空气隙上发生全反射，进而被反射至波长转换装置507。而波长转换装置出射的光L2以小于临界角的角度入射至该空气隙并透射该空气隙。由于波长转换装置出射的光L2在靠近反射式集光器的出射端口处时接近于平行该反射式集光器的光轴，发散角度较小，因此，空气隙优选设置在靠近反射式集光器的出射端口处，并使得空气隙与反射式集光器的光轴的夹角较大。在本实施例中，激发光为激光时，空气隙也可以设置得较小，以利用激光与波长转换装置出射的光的光学扩展量的差异来对激发光和波长转换装置出射的光区分光路。激发光入射到空气隙上发生全反射，被反射至波长转换装置。波长转换装置出射的光从围绕该空气隙的介质透射至滤光装置。在本实施例中，光引导装置也可以放置在反射式集光器之外，位于反射式集光器与滤光装置之间。相对应地，反射式集光器的表面上无需设置通光孔。但相比以上实施例，这种方案中的光源装置的体积需更大些，并且由于反射式集光器与滤光装置的距离更远，使得反射式集光器出射后经光引导装置后入射于滤光装置的光束更加发散，导致部分光束未进入滤光装置而损失掉。在本实施例中，波长转换装置507出射的光L2在进入反射式集光器的入射端口处时，光损失越少则光源装置的光利用率越高。称光束L2入射于入射端口的一面为入射表面，经过实验发现，当入射表面的面积不小于波长转换装置507上的光斑的面积时，波长转换装置507上的光斑与入射表面的距离与波长转换装置507上的光斑所在的外接圆的直径的比例D越大时，在反射式集光器的入射端口处的光损失越大。如图10所示，图10是波长转换装置507与反射式集光器505的耦合效率与比例D的关系图。图中的横轴是波长转换装置507上的光斑与入射表面的距离与光斑所在的外接圆的直径的比例，纵轴是波长转换装置507与反射式集光器505的耦合效率，该耦合效率越高，则光损失越少。优选地，比例D不大于O. 025，以使耦合效率不低于95. 9%。当然，在对光源的亮度要求不是很高的场合，比例D也可以为其他数值，如不大于O. 06，以使耦合效率不低于90%。请参见图11，图11是本发明光源装置的第四实施例的结构示意图。本实施例的光源装置1100主要包括激发光光源1101、齿轮传动装置1102、光学组件、波长转换装置1106、滤光装置1107、驱动装置1108。本实施例的光源装置1100与图I所示的光源装置100的不同之处在于，将波长转换装置1106和滤光装置1107 二者连接的是齿轮传动装置1102。齿轮传动装置1106是本实施例光源装置1100的机械传动装置。在本实施例的光源装置1100中，齿轮传动装置1106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1106和滤光装置1107分别固定至齿轮传动装置1102的两齿轮的轴心；波长转换装置1106和滤光装置1107相互垂直。光学组件包括第二光收集装置1103、反射镜1104和聚光装置1105。在图11所示的光源装置1100的工作过程中，激发光光源1101产生的激发光入射到波长转换装置1106上。波长转换装置1106和滤光装置1107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1106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1106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1106透射的不同颜色的受激发光经第二光收集装置1103、反射镜1104和聚光装置1105导引后入射到滤光装置1107。第二光收集装置1103和聚光装置1105分别用于对波长转换装置1106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1103、聚光装置1105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1104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1104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1107上。此时，由于波长转换装置1106与滤光装置1107相互垂直且同步转动，因此可以确保由波长转换装置1106的各波长转换区产生的不同颜色的受激光经反射镜1104的反射后入射到滤光装置1107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1104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1105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。在本实施例中，波长转换装置也可以设置为反射式的，以使整个光源装置的结构更加紧凑。相对应的，反射镜1104则替换为滤光片，激发光光源位于滤光片背向波长转换装置的一侧。滤光片用于透射激发光至波长转换装置并反射受激光至滤光装置。或者反射镜1104也可以替换为具有通光孔的反射罩，激发光光源位于滤光片背向波长转换装置的一侧。激发光光源产生的激发光穿过通光孔至波长转换装置，该反射罩用于将波长转换装置出射的光反射至滤光装置。
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1102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。
权利要求
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I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I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I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。
6.根据权利要求I所述的光源装置，其特征在于，所述波长转换装置为反射式的，所述光源装置还包括光引导装置，用于引导所述激发光经所述第一光学组件进入所述波长转换装置，并引导所述受激光从不同于所述激发光的出射光路的另一光路出射。
7.根据权利要求6所述的光源装置，其特征在于，所述光引导装置还用于引导未被所述波长转换装置吸收的激发光与所述受激光以同一光路出射。
8.根据权利要求6或7所述的光源装置，其特征在于，所述第一光学组件包括反射式集光器，所述光引导装置位于该反射式集光器内； 该反射式集光器的表面上包括通光孔，用于引导所述激发光至所述光引导装置； 所述光引导装置用于反射来自通光孔的激发光至所述波长转换装置，并用于透射来自该波长转换装置出射后的光。
9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光引导装置为滤光片，该滤光片设置于所述反射式集光器内靠近所述滤光装置的一端，所述激发光以小于第一预定角的角度入射该滤光片后被反射至所述波长转换装置，所述波长转换装置出射的光以大于第二预定角的角度入射该滤光片后透射至所述滤光装置，其中第一预定角小于第二预定角。
10.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光引导装置为反射镜，该反射镜位于所述波长转换装置出射的光的部分出射光路上，用于反射来自通光孔的激发光至所述波长转换装置，所述波长转换装置出射的光从围绕该反射镜的介质透射至所述滤光装置。
11.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述光引导装置为空气隙，该空气隙设置于所述反射式集光器内靠近所述滤光装置的一端，所述激发光经通光孔入射至该空气隙并全反射至所述波长转换装置，所述波长转换装置出射的光从该空气隙或围绕该空气隙的介质透射至所述滤光装置。
12.根据权利要求I所述的光源装置，其特征在于，所述第一光学组件包括反射式集光器，该反射式集光器包括入射表面，该入射表面的面积不小于所述波长转换装置上的光斑的面积； 所述入射表面与所述光斑的距离与所述光斑所在的外接圆的直径的比例不大于O. 025。
13.一种投影装置，其特征在于，包括如权利要求f 12所述的光源装置。
全文摘要
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。
文档编号G02B7/00GK102937773SQ20121028955
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月15日 优先权日2011年12月2日
发明者杨毅, 胡飞 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司