光处理装置、高色彩光源设备及投影系统的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，尤其是涉及一种光处理装置、高色彩光源设备及投影系统。

背景技术：

现有投影显示技术中的光源主要有传统灯泡光源、激光荧光光源、led(lightemittingdiode，发光二极管)光源、纯激光光源等。随着激光半导体技术的发展，激光器功率和电光转换效率越来越高，激光荧光光源的亮度也越来越高。但是因发光材料的受限，现有激光荧光光源技术直接用于显示较难满足消费者对色彩显示还原度越来越高的要求。

为了实现高色彩，目前通常在激光荧光光源的后端加一滤波装置。如图1所示，该激光荧光光源包括激发光源101、准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104、第一会聚透镜105、桶式的荧光轮106、第二会聚透镜107和滤色轮108；激发光源101发出的激发光先后经准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104和第一会聚透镜105后入射至荧光轮106，并激发荧光轮106产生受激发光；受激发光被荧光轮106反射后，先后经第一会聚透镜105、二向色镜104和第二会聚透镜107入射至滤色轮108，经滤色轮108的滤光后输出。这样通过滤色轮108实现了激光荧光光源的高色彩。

上述激光荧光光源采用了桶式的荧光轮106加滤色轮108的双轮结构，这种结构导致了光源结构较复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光处理装置、高色彩光源设备及投影系统，以简化光源结构。

本实用新型实施例提供了一种光处理装置，包括曲面波长转换元件和滤波元件，所述曲面波长转换元件和所述滤波元件具有同一转动轴，所述转动轴连接有驱动部件；所述曲面波长转换元件和所述滤波元件在所述驱动部件的驱动下同步转动；

所述曲面波长转换元件用于对激发光进行波长转换，得到受激发光；所述滤波元件用于对所述受激发光进行滤光，得到目标光。

进一步地，所述滤波元件呈曲面状；所述曲面波长转换元件和所述滤波元件同心设置，所述滤波元件位于所述激发光的入光侧、且位于所述受激发光的出光侧。

进一步地，所述滤波元件固定连接在所述曲面波长转换元件的表面。

进一步地，所述滤波元件与所述曲面波长转换元件之间存在空气间隙或间隔层，所述间隔层的折射率小于或等于所述滤波元件的折射率；或者，使用粘合剂填充在所述滤波元件与所述曲面波长转换元件之间，所述粘合剂的折射率小于或等于所述滤波元件的折射率。

进一步地，所述滤波元件包括曲面状的第一红光滤波片和/或曲面状的第一绿光滤波片，所述曲面波长转换元件包括与所述第一红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和/或与所述第一绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料。

进一步地，所述第一红光滤波片的透射波段包括450-460nm和610-680nm，所述第一红光滤波片的反射波段包括510-575nm；所述第一绿光滤波片的透射波段包括400-600nm，所述第一绿光滤波片的反射波段包括620-680nm。

进一步地，所述滤波元件呈圆盘状；所述转动轴垂直穿过圆盘状的所述滤波元件的盘面。

进一步地，所述光处理装置配置为所述曲面波长转换元件对激发光进行波长转换，得到受激发光；所述受激发光经光学元件进入所述滤波元件进行滤光，得到目标光。

进一步地，所述滤波元件包括平面状的第二红光滤波片和/或平面状的第二绿光滤波片，所述曲面波长转换元件包括与所述第二红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和/或与所述第二绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料。

本实用新型实施例还提供了一种高色彩光源设备，包括激发光源和上述的光处理装置；所述高色彩光源设备还包括二向色镜，所述二向色镜设置在所述激发光源与所述光处理装置之间；所述二向色镜用于透射所述激发光，并反射所述受激发光或所述目标光，或者所述二向色镜用于反射所述激发光，并透射所述目标光。

本实用新型实施例还提供了一种投影系统，包括上述的高色彩光源设备。

本实用新型实施例提供的光处理装置、高色彩光源设备及投影系统中，该光处理装置包括曲面波长转换元件和滤波元件，曲面波长转换元件和滤波元件具有同一转动轴，转动轴连接有驱动部件；曲面波长转换元件和滤波元件在驱动部件的驱动下同步转动；曲面波长转换元件用于对激发光进行波长转换，得到受激发光；滤波元件用于对受激发光进行滤光，得到目标光。该光处理装置通过一个驱动部件即可实现波长转换和滤光，因此将该光处理装置应用于激光荧光光源中所得到的高色彩光源设备，与现有技术中采用双轮结构的激光荧光光源相比，简化了光源的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种激光荧光光源的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光处理装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种第一红光滤波片的透射光谱；

图4为本实用新型实施例提供的一种第一绿光滤波片的透射光谱；

图5为本实用新型实施例提供的一种高色彩光源设备的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种光处理装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种高色彩光源设备的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种光处理装置的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的另一种高色彩光源设备的结构示意图。

图标：101-激发光源；102-准直缩束透镜；103-匀光元件；104-二向色镜；105-第一会聚透镜；106-荧光轮；107-第二会聚透镜；108-滤色轮；109-光导管；200-第一光处理装置；300-第二光处理装置；400-第三光处理装置；201、301、401-曲面波长转换元件；202、302、402-滤波元件；203、303、403-曲面基体；204、304、404-驱动部件；305-反射镜；405-转接件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1所示，激光荧光光源采用了桶式的荧光轮106加滤色轮108的双轮结构，需要分别驱动荧光轮106与滤色轮108，且保证二者的同步转动，结构比较复杂，成本较高。基于此，本实用新型实施例提供的一种光处理装置、高色彩光源设备及投影系统，可以通过单轮子实现高色彩，从而简化光源结构。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种光处理装置进行详细介绍。

本实用新型实施例提供了一种光处理装置，该光处理装置包括曲面波长转换元件和滤波元件，曲面波长转换元件和滤波元件具有同一转动轴，转动轴连接有驱动部件；曲面波长转换元件和滤波元件在驱动部件的驱动下同步转动；曲面波长转换元件用于对激发光进行波长转换，得到受激发光；滤波元件用于对受激发光进行滤光，得到目标光。该目标光为受激发光经滤光后的高色彩光。

可选地，上述曲面波长转换元件可以包括多个波长转换分区，每个波长转换分区设置有一种波长转换材料，该波长转换材料可以但不限于为荧光粉，例如对应红色受激发光和黄色受激发光的黄色荧光粉，对应绿色受激发光的绿色荧光粉等。曲面波长转换元件的形状可以为圆柱面或球面。上述驱动部件可以为电机或马达。

上述光处理装置通过一个驱动部件即可实现波长转换和滤光，因此将该光处理装置应用于激光荧光光源中所得到的高色彩光源设备，与现有技术中采用双轮结构的激光荧光光源相比，简化了光源的结构，降低了成本。

在一些可能的实施例中，上述光处理装置中滤波元件呈曲面状，也即滤波元件的滤光面为曲面，滤光面为滤波元件上进行滤光的面；曲面波长转换元件和滤波元件同心设置，滤波元件位于激发光的入光侧、且位于受激发光的出光侧。

上述滤波元件与曲面波长转换元件是相对静止的，滤波元件可以固定连接在曲面波长转换元件的表面。上述光处理装置还包括曲面基体，曲面基体设置在曲面波长转换元件的远离滤波元件的一侧，曲面波长转换元件可以紧贴曲面基体设置；该曲面基体的中心轴可以作为该光处理装置的转动轴，曲面基体用于反射曲面波长转换元件产生的受激发光。优选地，曲面基体可以采用导热率较高的材质，例如，曲面基体的材质包括铝、铜、镁铝合金、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。这样可以提高曲面波长转换元件的散热性能，从而提高曲面波长转换元件的转换效率，也便于实现应用该光处理装置的高色彩光源设备的高亮度。为了提高曲面基体的反射率，还可以在曲面基体的靠近曲面波长转换元件一面上设置反射层。

上述光处理装置中的光路如下：激发光先透射过滤波元件，入射至曲面波长转换元件，然后被曲面波长转换元件转换成受激发光；受激发光被曲面基体反射回滤波元件，并沿激发光的反方向透射过滤波元件后输出。

可选地，上述滤波元件的形状可以为圆柱面，也可以为球面。当滤波元件采用圆柱面时，上述光处理装置可以有两种具体的实现方式，下面将参照图2至图7进行具体说明。

参见图2所示的一种光处理装置的结构示意图，该光处理装置中曲面波长转换元件201、滤波元件202和曲面基体203均采用圆柱面，曲面基体203位于最内侧，滤波元件202位于最外侧，曲面波长转换元件201位于曲面基体203与滤波元件202之间；驱动部件204与曲面基体203的支撑面(支撑面为平面)连接。

可选地，上述滤波元件202可以通过粘合剂粘合方式或机械方式固定在曲面波长转换元件201的表面。其中，该粘合剂优选为透明材质，以减少对激发光和受激发光的影响；机械方式可以但不限于为卡扣连接方式，例如用一个金属套将曲面波长转换元件201和滤波元件202卡扣住。

在一种可能的实现方式中，上述滤波元件202与曲面波长转换元件201之间存在空气间隙。例如，滤波元件202与曲面波长转换元件201之间仅部分地方由粘合剂固定，其他地方由空气填充。由于空气的折射率小于滤波元件202的折射率，因此，受激发光在由空气间隙入射至滤波元件202时不会出现全反射现象，从而能够增加受激发光的出光效率。可选地，滤波元件202与曲面波长转换元件201之间的距离在预设距离以内，这样可以在保证出光效率的同时，使光处理装置的体积不会过大；其中，预设距离可以根据实际需求设置，例如预设距离为0.5mm。

在另一种可能的实现方式中，上述滤波元件202与曲面波长转换元件201之间存在间隔层，间隔层的折射率小于或等于滤波元件202的折射率。可选地，间隔层可以是由多个颗粒组成，颗粒的折射率小于或等于滤波元件202的折射率，颗粒的形状可以为球形和/或类球形，颗粒的d50粒径小于预设长度；其中，d50指这些颗粒的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径；该预设长度可以设置为不大于1μm。同样的，受激发光在由间隔层入射至滤波元件202时不会出现全反射现象，从而能够增加受激发光的出光效率。

在又一种可能的实现方式中，上述滤波元件202贴于曲面波长转换元件201的表面。例如，使用粘合剂填充在滤波元件202与曲面波长转换元件201之间，该粘合剂的折射率小于滤波元件202的折射率。该粘合剂具有较高的透光率，以减少对激发光和受激发光的影响。粘合剂的折射率与滤波元件202的折射率之间的差异越大越好。同样的，受激发光在由低折射率的粘合剂入射至高折射率的滤波元件202时不会出现全反射现象，从而能够增加受激发光的出光效率。

可选地，上述滤波元件202包括曲面状的第一红光滤波片和/或曲面状的第一绿光滤波片，曲面波长转换元件201包括与第一红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和/或与第一绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料。也即，在一种可能的实现方式中，滤波元件202可以包括第一红光滤波片，曲面波长转换元件201可以包括与第一红光滤波片对应设置的红光波长转换材料；在另一种可能的实现方式中，滤波元件202可以包括第一绿光滤波片，曲面波长转换元件201可以包括与第一绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料；在又一种可能的实现方式中，滤波元件202可以包括第一红光滤波片和第一绿光滤波片，曲面波长转换元件201可以包括与第一红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和与第一绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料；优选地，第一红光滤波片和第一绿光滤波片对称设置，以减少该光处理装置工作时的转动不平衡，缓解因转动不平衡产生的噪音和振动问题。其中，红光波长转换材料可以但不限于采用黄色荧光粉，绿光波长转换材料可以但不限于采用绿色荧光粉。

上述第一红光滤波片可以呈洋红色，故也可称之为洋红色膜片。上述第一红光滤波片的透射光谱在可见光光谱范围上的透射曲线形状呈“凹”状，参见图3所示的一种第一红光滤波片的透射光谱，第一红光滤波片可以在450-460nm和610-680nm两个波段为高透过率，在510-575nm波段为高反射率，也即第一红光滤波片的透射波段包括450-460nm和610-680nm，第一红光滤波片的反射波段包括510-575nm。这样使得激发光可以透射过第一红光滤波片进入红光波长转换材料中，被红光波长转换材料激发成受激发光，受激发光中的610-680nm光也可以透射过第一红光滤波片，而受激发光中的其他波段光无法透射过第一红光滤波片。

上述第一绿光滤波片可以呈青色，故也可称之为青色膜片。参见图4所示的一种第一绿光滤波片的透射光谱，上述第一绿光滤波片的透射光谱在可见光波段为600nm以下为高透过率，在620-680nm为高反射率，例如第一绿光滤波片的透射波段包括400-600nm，第一绿光滤波片的反射波段包括620-680nm。这样可以使得激发光能够透射过第一绿光滤波片进入绿光波长转换材料中，被绿光波长转换材料激发成受激发光，受激发光中的600nm以下的短波段光也可以透射过第一绿光滤波片，而受激发光中的620-680nm的长波段光无法透射过第一绿光滤波片。

基于图2所示的光处理装置，本实用新型实施例还提供了一种高色彩光源设备。参见图5所示一种高色彩光源设备的结构示意图，该高色彩光源设备包括激发光源101和第一光处理装置200，该第一光处理装置200也即图2所示的光处理装置；第一光处理装置200用于通过曲面波长转换元件201对激发光源101发出的激发光进行波长转换，得到受激发光，并通过滤波元件202对受激发光进行滤光，得到目标光。

为了便于理解，如图5所示，在一种可能的实现方式中，该高色彩光源设备还包括准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104、第一会聚透镜105、第二会聚透镜107和光导管109，二向色镜104设置在激发光源101与第一光处理装置200之间，二向色镜104用于透射激发光，并反射目标光。该高色彩光源设备的光路如下：激发光源101发出的激发光先后经准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104和第一会聚透镜105后入射至第一光处理装置200；第一光处理装置200对激发光进行波长转换和滤光后得到目标光，目标光透射过第一会聚透镜105后，被二向色镜104反射至第二会聚透镜107，并被第二会聚透镜107会聚至光导管109，从而进入后续的光机系统。

需要说明的是，虽然图5中二向色镜104用于透射激发光，并反射目标光，但本实用新型的保护范围不限于此，在其他实施例中，二向色镜104也可以用于反射激发光，并透射目标光。

参见图6所示的另一种光处理装置的结构示意图，该光处理装置中曲面波长转换元件301、滤波元件302和曲面基体303均采用圆柱面，滤波元件302位于最内侧，曲面基体303位于最外侧，曲面波长转换元件301位于曲面基体303与滤波元件302之间；曲面基体303为中空腔体，曲面基体303的一个支撑面上设置有开口，该开口用于供光进出；曲面基体303的另一个支撑面与驱动部件304连接；该光处理装置还包括设置在曲面基体303内部的反射镜305，以及位于反射镜305与滤波元件302之间的第一会聚透镜105。

上述光处理装置的光路如下：从开口处进入的激发光被反射镜305反射至第一会聚透镜105，该激发光透射过第一会聚透镜105和滤波元件302后被曲面波长转换元件301转换成受激发光；受激发光被曲面基体303反射后，先后透射过曲面波长转换元件301、滤波元件302和第一会聚透镜105，入射至反射镜305，最终被反射镜305反射后从开口输出。

上述滤波元件302与曲面波长转换元件301之间的连接方式，以及滤波元件302和曲面波长转换元件301的具体结构，均可以参照前述图2所示光处理装置的相关内容，这里不再赘述。

基于图6所示的光处理装置，本实用新型实施例还提供了另一种高色彩光源设备。参见图7所示的另一种高色彩光源设备的结构示意图，该高色彩光源设备包括激发光源101和第二光处理装置300，该第二光处理装置300也即图6所示的光处理装置；第二光处理装置300用于通过曲面波长转换元件301对激发光源101发出的激发光进行波长转换，得到受激发光，并通过滤波元件302对受激发光进行滤光，得到目标光。

为了便于理解，如图7所示，在一种可能的实现方式中，该高色彩光源设备还包括准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104、第二会聚透镜107和光导管109，二向色镜104设置在激发光源101与第二光处理装置300之间，二向色镜104用于透射激发光，并反射目标光。该高色彩光源设备的光路与图5所示的高色彩光源设备的光路类似，区别仅在于第一会聚透镜105设置在第二光处理装置300内，因此这里不再赘述。

同样的，虽然图7中二向色镜104用于透射激发光，并反射目标光，但本实用新型的保护范围不限于此，在其他实施例中，二向色镜104也可以用于反射激发光，并透射目标光。

在另一些可能的实施例中，本实用新型实施例还提供了另一种光处理装置，该光处理装置中滤波元件呈圆盘状，也即滤波元件的滤光面为平面，转动轴垂直穿过圆盘状的滤波元件的盘面。参见图8所示的另一种光处理装置的结构示意图，该光处理装置中，曲面波长转换元件401与滤波元件402通过转接件405连接，且曲面波长转换元件401的波长转换面(即进行波长转换的面)与滤波元件402的滤光面垂直。例如，曲面波长转换元件401采用圆柱面时，曲面波长转换元件401的圆柱面(即波长转换面)与滤波元件402的平面(即滤光面)是垂直关系。

上述光处理装置可以配置为曲面波长转换元件401对激发光进行波长转换，得到受激发光；受激发光经光学元件进入滤波元件402进行滤光，得到目标光。可选地，该光学元件可以为二向色镜，激发光透射过二向色镜入射至曲面波长转换元件401，曲面波长转换元件401产生的受激发光被反射回二向色镜，并经二向色镜反射进入滤波元件402进行滤光。

在一种可能的实现方式中，如图8所示，曲面波长转换元件401可以为圆柱面，该光处理装置还包括用于固定曲面波长转换元件401的曲面基体403；曲面基体403可以为圆柱状，曲面波长转换元件401固定在曲面基体403的侧面上，曲面基体403的一个支撑面(即图8中的上表面)通过转接件405与滤波元件402连接，曲面基体403的另一个支撑面(即图8中的下表面)与驱动部件404连接。曲面基体403的中心轴可以作为该光处理装置的转动轴，曲面基体403用于反射曲面波长转换元件401产生的受激发光。曲面基体403的材质可以参见前述实施例的相应内容，这里不再赘述。

需要说明的是，虽然图8中驱动部件404设置在曲面基体403的远离转接件405的一面，但本实用新型的保护范围不限于此，在其他实施例中，驱动部件404也可以设置在滤波元件402的远离转接件405的一面。

可选地，上述滤波元件402包括平面状的第二红光滤波片和/或平面状的第二绿光滤波片，曲面波长转换元件401包括与第二红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和/或与第二绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料。优选地，当滤波元件402包括第二红光滤波片和第二绿光滤波片时，第二红光滤波片和第二绿光滤波片对称设置，以减少该光处理装置工作时的转动不平衡，缓解因转动不平衡产生的噪音和振动问题。

上述第二红光滤波片用于透过红光，反射其他可见光，例如，第二红光滤波片的透射波段包括610-760nm，第二红光滤波片的反射波段包括400-575nm。上述第二绿光滤波片可以是反射激发光(如蓝光)、透射其他可见光；也可以是反射红光、透射其他可见光；还可以是同时反射激发光和红光、透射其他可见光。可选地，第二绿光滤波片的透射波段包括500-600nm，第二绿光滤波片的反射波段包括400-480nm和620-680nm，这样可以获得较佳的绿光色彩。

基于图8所示的光处理装置，本实用新型实施例还提供了另一种高色彩光源设备。参见图9所示的另一种高色彩光源设备的结构示意图，该高色彩光源设备包括激发光源101和第三光处理装置400，该第三光处理装置400也即图8所示的光处理装置；第三光处理装置400用于通过曲面波长转换元件401对激发光源101发出的激发光进行波长转换，得到受激发光，并通过滤波元件402对受激发光进行滤光，得到目标光。

为了便于理解，如图9所示，在一种可能的实现方式中，该高色彩光源设备还包括准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104、第一会聚透镜105、第二会聚透镜107和光导管109，二向色镜104设置在激发光源101与第三光处理装置400之间，二向色镜104用于透射激发光，并反射目标光。该高色彩光源设备的光路如下：激发光源101发出的激发光先后经准直缩束透镜102、匀光元件103、二向色镜104和第一会聚透镜105后入射至第三光处理装置400的曲面波长转换元件401上；曲面波长转换元件401对激发光进行波长转换后得到受激发光，受激发光被反射后，先透射过第一会聚透镜105入射至二向色镜104，再被二向色镜104反射至第二会聚透镜107，然后透射过第二会聚透镜107和第三光处理装置400的滤波元件402变为目标光；最终目标光入射至光导管109，从而进入后续的光机系统。

本实用新型实施例还提供了一种投影系统，该投影系统包括上述的高色彩光源设备。

本实施例所提供的投影系统，其实现原理及产生的技术效果和前述高色彩光源设备实施例相同，为简要描述，投影系统实施例部分未提及之处，可参考前述高色彩光源设备实施例中相应内容。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。