本發(fā)明涉及激光投影光源技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種利用激光激發(fā)產(chǎn)生熒光的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，激光因?yàn)楦吡炼龋瑔紊詮?qiáng)，色域?qū)拸V等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于投影顯示領(lǐng)域，但由于激光的成本高，且激光帶來(lái)的圖像散斑現(xiàn)象較為嚴(yán)重，目前商用的激光光源以激光和LED光源或者熒光的混合光源為主。

圖1示出了一種激光激發(fā)熒光的光學(xué)系統(tǒng)示意圖，該混合光源系統(tǒng)包括激光器陣列11，發(fā)出激光，自然界中藍(lán)光波長(zhǎng)短，且藍(lán)色激光器的成本相對(duì)低，通常選用藍(lán)色激光器。熒光產(chǎn)生的原理是利用激光的高能量激發(fā)熒光粉發(fā)出熒光。當(dāng)藍(lán)色激光到達(dá)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13時(shí)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13的輪狀表面具有反射部和透射部（圖中未示出），其中反射部涂覆有熒光粉，其入射面前方設(shè)置有透鏡組件131a，透鏡組件131a具有聚焦和準(zhǔn)直的雙重作用。當(dāng)激光經(jīng)此入射時(shí)，能夠使激光光束會(huì)聚成較小的光斑，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13旋轉(zhuǎn)至反射部位置時(shí)，藍(lán)色激光光斑照射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13反射部的熒光粉上，激發(fā)出熒光。其中受激的熒光被輪狀表面反射并透過(guò)透鏡組件131a，由于熒光的發(fā)散角度比較大，經(jīng)過(guò)透鏡組件131a后就進(jìn)行了準(zhǔn)直，轉(zhuǎn)換成平行的光束射出。當(dāng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13旋轉(zhuǎn)至透射部位置時(shí)，允許藍(lán)色激光光斑從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13透射過(guò)去，且由于光沿直線傳播，藍(lán)光先經(jīng)過(guò)透鏡組件131a被聚焦后還會(huì)發(fā)散，因此根據(jù)光路可逆，藍(lán)色激光到達(dá)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件13的背面時(shí)還需要再次經(jīng)過(guò)透鏡組件131b進(jìn)行準(zhǔn)直，以平行的光束傳播。

上述激光光束入射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件表面進(jìn)行熒光激發(fā)時(shí)，理論上，激光光束應(yīng)該會(huì)聚在透鏡組件131a的焦點(diǎn)處，此處能量最為集中，光能量密度最大，從而使得熒光的激發(fā)效率也最高。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于光學(xué)鏡片加工等原因，凸透鏡成像會(huì)存在像差現(xiàn)象，如圖2所示，經(jīng)過(guò)凸透鏡的光束經(jīng)折射后不是交于一點(diǎn)（理論上的焦點(diǎn)），而是呈逐漸會(huì)聚再發(fā)散的傳播路徑。為使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件的熒光激發(fā)效率最高，將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件設(shè)置于經(jīng)透鏡組件131a后的最小的激光光斑位置處，以期獲得最集中的激發(fā)能量，而此時(shí)的最小激光光斑處通常不是理論上的焦平面位置，會(huì)位于理論焦點(diǎn)位置之前，稱為正像差，也有負(fù)像差，但以正像差居多。

在應(yīng)用于產(chǎn)品時(shí)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色激光經(jīng)過(guò)上述的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件及透鏡組件后會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的光衰現(xiàn)象。

亟需解決上述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件系統(tǒng)中藍(lán)光的光衰問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將熒光輪背面的第二透鏡組件與熒光輪正面的第一透鏡組件之間的距離設(shè)置為大于第一透鏡組件的等效焦距，減輕了激光激勵(lì)光源透過(guò)第二透鏡組件后產(chǎn)生光衰的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括激光激勵(lì)光源，熒光輪，以及分別位于熒光輪正面和背面的第一透鏡組件，第二透鏡組件；激光激勵(lì)光源經(jīng)第一透鏡組件入射至 熒光輪，激發(fā) 熒光輪發(fā)出熒光， 熒光經(jīng) 熒光輪反射后透過(guò)第一透鏡組件出射；以及激光激勵(lì)光源還透過(guò)熒光輪經(jīng)第二透鏡組件出射；第二透鏡組件與第一透鏡組件之間的距離大于第一透鏡組件的等效焦距；

進(jìn)一步地，第一透鏡組件與熒光輪正面之間的距離d1小于第一透鏡組件的等效焦距F；

進(jìn)一步地，第二透鏡組件與第一透鏡組件之間的距離大于兩倍的d1，且小于等于三倍的d1；

進(jìn)一步地，第一透鏡組件包括一片非球面透鏡和一片超球面透鏡，第二透鏡組件包括一片非球面透鏡和一片超球面透鏡或者第二透鏡組件包括一片非球面透鏡；

進(jìn)一步地，第一透鏡組件為一片非球面透鏡，第二透鏡組件為一片非球面透鏡；

進(jìn)一步地，第二透鏡組件的等效焦距與第一透鏡組件的等效焦距相等；

進(jìn)一步地，激光激勵(lì)光源為藍(lán)色激光；

進(jìn)一步地，熒光輪包括反射部和透射部，反射部上涂覆有熒光粉，用于受 藍(lán)色激光激發(fā)發(fā)出熒光，透射部用于透過(guò)藍(lán)色激光；

進(jìn)一步地，熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括中繼透鏡，光軸轉(zhuǎn)換鏡片，其中，第二透鏡組件，中繼透鏡和光軸轉(zhuǎn)換鏡片構(gòu)成激光激勵(lì)光源的中繼回路，藍(lán)色激光經(jīng) 中繼回路后與熒光進(jìn)行合光；

進(jìn)一步地，位于熒光輪之前還設(shè)置有合光部件，用于對(duì)藍(lán)色激光和熒光進(jìn)行合光，并將合光輸出至導(dǎo)光部件。

本發(fā)明技術(shù)方案，至少具有如下有益技術(shù)效果或者優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明技術(shù)方案提供的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括激光激勵(lì)光源，熒光輪，以及分別位于熒光輪正面和背面的第一透鏡組件和第二透鏡組件，通過(guò)將第二透鏡組件與第一透鏡組件之間的距離設(shè)置為大于第一透鏡組件的等效焦距，減輕了激光的光衰現(xiàn)象。這是因?yàn)?，?shí)際應(yīng)用時(shí)熒光輪位于第一透鏡組件的最小激光光斑處，而非理論上的焦平面位置，為正像差時(shí)，最小光斑位置比焦點(diǎn)位置更靠近第一透鏡組件。而激光發(fā)生光衰的原因，技術(shù)人員經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是由于現(xiàn)有技術(shù)中第二透鏡組件處于第一透鏡組件的焦平面位置或極靠近焦平面位置，雖然實(shí)際中的這些位置的激光光斑并不聚焦在一點(diǎn)，光斑面積也不是最小的，但仍具有較高的光能量密度，而光斑能量密度越大，就容易吸附灰塵，從而造成位于此位置的光學(xué)鏡片上積累較多的灰塵，引起光學(xué)鏡片的穿透效率下降，導(dǎo)致光的衰減問(wèn)題的產(chǎn)生。在本發(fā)明方案實(shí)施例中，通過(guò)將當(dāng)?shù)诙哥R組件與第一透鏡組件之間的距離大于第一透鏡組件的等效焦距，從而將激光透過(guò)的第二透鏡組件遠(yuǎn)離第一透鏡組件的焦平面位置，使接收到的激光的光斑密度較小，能夠較大程度上減輕由于光能量密度較大造成灰塵容易積累最終導(dǎo)致光衰的現(xiàn)象。

本發(fā)明技術(shù)方案通過(guò)改變熒光輪背面透鏡組件的位置，不需要額外的除塵或者防塵部件，并且不影響其他光學(xué)部件的設(shè)置，就能夠減輕由于第二透鏡組件處于光密度較大位置造成灰塵積累進(jìn)而導(dǎo)致激光光衰的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為一種現(xiàn)有技術(shù)的熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中像差形成的光路示意；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例熒光輪平面分布示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中熒光轉(zhuǎn)換部件和透鏡組件放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6A,6B,6C分別為本發(fā)明實(shí)施例中激光光斑大小變化示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種熒光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，如圖3所示，包括激光激勵(lì)光源11，熒光輪13，分別位于熒光輪兩側(cè)的第一透鏡組件131a，第二透鏡組件131b。其中，熒光輪13，如圖4所示，包括反射部136和透射部135，反射部136涂覆有熒光粉，熒光粉的涂覆不限于一種顏色，也不限于一定的圓周角度，與光源配色有關(guān)。本發(fā)明實(shí)施例僅示例性的說(shuō)明熒光粉被激發(fā)轉(zhuǎn)換成熒光的光學(xué)系統(tǒng)。透射部為透明材質(zhì)制成，可以透射激光激勵(lì)光源。熒光輪13具有轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使激光激勵(lì)光源根據(jù)時(shí)序依次打在透射部135，和反射部136的位置上。

激光激勵(lì)光源11經(jīng)過(guò)第一透鏡組件131a再照射至熒光輪上，第一透鏡組131a具有對(duì)透過(guò)的光束進(jìn)行聚焦和準(zhǔn)直的雙重作用。其中，第一透鏡組件131a如圖3所示，可以包括一片非球面透鏡和一片超球面透鏡，其中內(nèi)側(cè)超球面透鏡靠近熒光輪設(shè)置，設(shè)置兩片透鏡的原因是除了透過(guò)激光激勵(lì)光源，該透鏡組件還接收熒光輪反射回來(lái)的熒光，由于熒光的發(fā)散角度較大，使用一片透鏡很難將大發(fā)散角度的光束收集、準(zhǔn)直，因此使用兩片透鏡組合，能夠較好的收集發(fā)散角度較大的熒光。

第一透鏡組件131a也可以為一片非球面透鏡，但需要設(shè)計(jì)能夠接收大發(fā)散角度且能夠?qū)υ摴馐M(jìn)行準(zhǔn)直的光學(xué)參數(shù)，這樣非球面曲率要求較大，設(shè)計(jì)和加工難度較大，成本較高?；诔杀究紤]，實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常會(huì)使用兩片透鏡組成的透鏡組合。

第一透鏡組件由兩片透鏡組成，因此其等效焦距可利用兩片透鏡的焦距計(jì)算得到，等效焦距F1=（f1*f2）/(f1+f2+△)，其中，f1，f2分別為透鏡組件中兩片透鏡的理論焦距，F(xiàn)為計(jì)算得到的理論等效焦距，△為透鏡間距?，F(xiàn)有技術(shù)中也存在其他復(fù)雜的計(jì)算方法，在此僅舉例說(shuō)明一種計(jì)算方法。

在本發(fā)明實(shí)施例中，激光激勵(lì)光源為藍(lán)色激光，藍(lán)色激光透過(guò)第一透鏡組件131a的聚焦后，會(huì)聚成小的光斑照射到達(dá)熒光輪13上，具體地，當(dāng)照射到熒光輪13的反射部136時(shí)，激發(fā)其表面的熒光粉發(fā)出熒光。被激發(fā)的熒光經(jīng)過(guò)熒光輪表面的反射，以與藍(lán)色激光傳播方向相反的方向透過(guò)第一透鏡組131a，此時(shí)第一透鏡組件131a就對(duì)發(fā)散角度較大的熒光進(jìn)行準(zhǔn)直，從而得到平行或近似平行的熒光光束。當(dāng)藍(lán)色激光照射到熒光輪13的透射部135時(shí)，藍(lán)色激光透射出去并到達(dá)第二透鏡組131b。在本發(fā)明實(shí)施例中，第二透鏡組131b如圖3所示，包括一片超球面透鏡和一片非球面透鏡，其中，超球面透鏡位于內(nèi)側(cè)，非球面透鏡位于外側(cè)（圖中均為標(biāo)注），與第一透鏡組件131a中兩片透鏡的排列方式對(duì)稱。但，第二透鏡組件131b的超球面透鏡與第一透鏡組件的131a中的超球面透鏡面型通常不同，這是因?yàn)閮烧呔嚯x熒光輪的距離不同，不是完全對(duì)稱的光路，第二透鏡組件131b的超球面透鏡接收到的光束的擴(kuò)散角度比第一透鏡組件131a中的超球面透鏡的發(fā)射角度要大，也就是第二透鏡組件中超球面透鏡對(duì)光的約束能力需更強(qiáng)。如果兩者面型相同，則關(guān)于熒光輪呈對(duì)稱才能保證光路的還原，但這種設(shè)置方式非常容易造成第二透鏡組件131b的超球面透鏡接受面位于第一透鏡組件131a的焦平面附近。

為使藍(lán)色激光光束經(jīng)過(guò)第一透鏡組件131a及熒光輪之后的光路仍以平行的光束傳播，第二透鏡組件131b與第一透鏡組件131a的等效焦距相等，從而使得藍(lán)色激光光束能夠進(jìn)行光路會(huì)聚以及光路準(zhǔn)直的逆變換，保證激光光束仍以平行光束出射。

第二透鏡組件131b也可以為一片非球面透鏡，此時(shí)，第一透鏡組件131a可以為一片非球面透鏡和超球面透鏡的組合，也可以為一片非球面透鏡。前面已經(jīng)提及，非球面透鏡的成本較高，從而通常采用兩片透鏡的組合。

如圖5所示，F(xiàn)1為第一透鏡組件131a的等效焦距，圖中僅示意標(biāo)出，實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)橄癫钤?，從第一透鏡組件131a主點(diǎn)到等效焦距的長(zhǎng)度位置處，即等效焦點(diǎn)位置是不能看到光線聚焦于一點(diǎn)的，在正像差情況下，熒光輪正面距離第一透鏡組件131a的距離d1小于第一透鏡組件131a的等效焦距，在等效焦點(diǎn)位置處的光斑也小于熒光輪正面接收到的光斑大小。由于熒光輪位于藍(lán)色激光的最小光斑位置處，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以認(rèn)為光束會(huì)聚與此，從而，F(xiàn)2為第二透鏡組件131b的等效焦距，是指從熒光輪到第二透鏡組件131b主點(diǎn)的距離。當(dāng)F1=F2，即將兩個(gè)透鏡組件的等效焦距設(shè)置為相等，根據(jù)光沿直線傳播和光路可逆原理，當(dāng)藍(lán)色激光光束經(jīng)過(guò)第一透鏡組件131a會(huì)聚在熒光輪上后，再?gòu)臒晒廨喬幇l(fā)散射出，經(jīng)第二透鏡組件131b進(jìn)行光路逆變換被準(zhǔn)直成平行光束或近似平行光束射出。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第二透鏡組件131b與第一透鏡組件131a之間的距離大于第一透鏡組件131a的等效焦距，是指，第二透鏡組件131b內(nèi)側(cè)透鏡鏡片距離第一透鏡組件131a主點(diǎn)平面的距離D大于第一透鏡組件131a的等效焦距F1。從而第二透鏡組件131b的鏡片能夠不再位于第一透鏡組件131a的焦平面位置處，因這個(gè)焦平面在實(shí)際中不是可以測(cè)量到的恒定值，因此將D設(shè)置為大于F1，也可以認(rèn)為第二透鏡組件131b不再位于第一透鏡組件131a的焦平面或其附近，從而使第二透鏡組件131b，無(wú)論是內(nèi)側(cè)超球面透鏡還是外側(cè)非球面透鏡接收到的激光光斑變大，而光能量密度變小，能夠較大程度上減輕由于第二透鏡組件接收到的光能量密度較大造成灰塵容易積累而最終導(dǎo)致透過(guò)第二透鏡組件的激光光束光衰的現(xiàn)象。

在一具體實(shí)施中，第二透鏡組件131b與第一透鏡組件131a之間的距離D大于兩倍的第一透鏡組件131a到熒光輪正面之間的距離d1, 且小于等于三倍的d1。如圖6A，為第二透鏡組件131b位于第一透鏡組件131a焦平面位置處的激光光斑示意圖，圖6B，圖6C分別給出了第二透鏡組件遠(yuǎn)離第一透鏡組件131a焦平面，其中D=2.5*d1，和D=3*d1時(shí)的激光光斑示意圖。

如果D過(guò)大，雖然接收到的激光光斑光密度減小，但由于光斑面積也隨距離成倍率增加，激光光束的擴(kuò)散角度也會(huì)非常大，那么收集激光光束的效率就會(huì)降低，對(duì)第二透鏡組的透鏡面型設(shè)計(jì)要求也會(huì)更高，可能對(duì)整個(gè)光路架構(gòu)的光學(xué)部件位置或者體積造成一些改動(dòng)，設(shè)計(jì)成本上升。

通過(guò)對(duì)比可知，在焦平面或極為靠近焦平面時(shí)，根據(jù)透鏡成像原理為激光點(diǎn)的成像平面，此時(shí)，可以通過(guò)儀器觀察到如圖6A所示的示意圖，為一個(gè)個(gè)激光點(diǎn)的成像，此處成像激光點(diǎn)與激光陣列的排布有關(guān)，本附圖僅作為示意。在此處激光光斑非常小，從而光能量密度較大，由于灰塵容易在能量密度較大的位置被吸附積累，于是造成光學(xué)鏡片即第二透鏡組件131b的光學(xué)穿透效率下降，引起透過(guò)第二透鏡組件的藍(lán)色激光光束的衰減。當(dāng)?shù)诙哥R組件131b遠(yuǎn)離第一透鏡組件131a的焦平面位置，如圖6B，圖6C所示，與圖6A相比，接收到的為呈彌散狀態(tài)的大的激光光斑，距離越遠(yuǎn)，光斑發(fā)散程度越大，而光斑光能量密度較小，因此能夠在較大程度上減輕藍(lán)色激光的光衰的現(xiàn)象。

優(yōu)選地，為了達(dá)到熒光高效激發(fā)的目的以及減少藍(lán)色激光在傳輸過(guò)程中光損，激光激勵(lì)光源還要經(jīng)過(guò)光束整形裝置111的縮束、勻化后形成較小的能量均勻的光斑再入射到熒光輪表面，在一具體實(shí)施例中，激光激勵(lì)光源光束先到達(dá)合光部件12，合光部件12設(shè)置為對(duì)藍(lán)色激光進(jìn)行透射，經(jīng)透射后，激光激勵(lì)光源光束再經(jīng)過(guò)第一透鏡組件131a的聚焦，再次縮小光斑照射至熒光輪反射部136表面。合光部件可以采用二向色鏡，通過(guò)鍍膜可以對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的光進(jìn)行選擇性透過(guò)和反射，實(shí)現(xiàn)透藍(lán)反紅反綠的光輸出效果。以及，被激發(fā)的熒光經(jīng)過(guò)第一透鏡組件131a后也達(dá)到合光部件12，如果熒光為綠色熒光和紅色熒光，則二向色鏡可設(shè)置為對(duì)綠色和紅色熒光均進(jìn)行反射。

以及，進(jìn)一步地，藍(lán)色激光光束經(jīng)過(guò)第二透鏡組件131b后，還經(jīng)過(guò)中繼透鏡132，光軸轉(zhuǎn)換鏡片133，經(jīng)過(guò)光軸轉(zhuǎn)換和會(huì)聚再次返回至合光部件12，經(jīng)合光部件12透射后與被反射的熒光輸出方向一致，達(dá)到導(dǎo)光部件，比如光棒，或者經(jīng)過(guò)濾色輪14進(jìn)行濾色輸出后再進(jìn)入光棒。其中，第二透鏡組件131b，中繼透鏡132，光軸轉(zhuǎn)換鏡片133組成藍(lán)光中繼回路，構(gòu)成對(duì)藍(lán)光的收集光路，作為整個(gè)激光和熒光混合光源中藍(lán)光的輸出源。因此，如果藍(lán)光經(jīng)過(guò)中繼回路后產(chǎn)生了衰減，就會(huì)造成整個(gè)激光混合光源中藍(lán)光分量的衰減，從而造成激光混合光源亮度的下降，同時(shí)也會(huì)因?yàn)樗{(lán)光分量的衰減導(dǎo)致各基色比例的失衡，導(dǎo)致色溫的偏移，激光投影圖像的顯示質(zhì)量也降低。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)藍(lán)光中繼回路中透鏡組件與熒光輪正面的第一透鏡組件之間的距離設(shè)置為大于第一透鏡組件的等效焦距長(zhǎng)度，從而可以避免第二透鏡組件的鏡片位于第一透鏡組件的等效焦平面或附近位置，從而可以接收到較大的激光光斑，光能量密度較小，減輕了灰塵積累的情況，減輕了藍(lán)光經(jīng)過(guò)中繼回路后衰減的程度，對(duì)于整個(gè)激光光源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，藍(lán)光衰減的程度減緩，色溫偏移和光源亮度下降的問(wèn)題也減輕了。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。