滤波装置、波长转换装置、光引擎装置及投影系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种滤波装置、波长转换装置、光引擎装置及投影系统。
背景技术
随着数字芯片技术的发展，投影显示越来越在大众生活及工作中得到普及，其中DLP(Digital Light Processing，数字光处理技术)投影技术是利用DMD(DigitalMicromirror Device，数字微镜器件)芯片分时分色的技术原理来实现色彩的展示，在DLP技术中，色轮是很重要的一个分时分色元件。
色轮包括不同透射光谱的滤波膜片，经过滤波膜片滤波输出的光在很大程度上决定了DLP投影机显示的色彩好坏。随着液晶等显示器的发展，市场对各种显示技术都提出了较高的色彩还原能力的要求。为了实现投影机的体积微小化，一般色轮均处于光路中的聚光位置，即色轮的滤波膜片位于光路中会聚光的焦点或其附近。不管是激光光源投影机，还是传统的灯泡光源投影机，均是采用光源搭配色轮来实现高色彩的显示。
然而光源发出的光以光锥的形式入射在色轮上时，光锥的角度越大，所获得的光的色准度(即色彩还原精准度)越差，现有的色轮已经无法满足用户日益提高的高色彩显示需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滤波装置、波长转换装置、光引擎装置及投影系统，以提高输出光的色准度，实现高色彩出光，从而缓解用户的高色彩显示需求。
本发明实施例提供了一种滤波装置，包括曲面滤波元件，所述曲面滤波元件的曲率中心位于所述曲面滤波元件的出光侧。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心位于待滤波的入射光的光轴上。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心靠近所述入射光的会聚点设置。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心与所述入射光的会聚点重合。
进一步地，所述滤波装置还包括连接件和第一驱动部件，所述曲面滤波元件通过所述连接件与所述第一驱动部件连接；所述第一驱动部件用于带动所述曲面滤波元件旋转。
进一步地，所述连接件呈圆盘状或圆环状；所述曲面滤波元件为多个，各个所述曲面滤波元件沿所述连接件的圆周设置。
进一步地，所述滤波装置被设置成：当所述第一驱动部件带动各个所述曲面滤波元件旋转时，由各个所述曲面滤波元件的曲率中心所形成的圆的圆心位于所述第一驱动部件的转动轴上。
进一步地，所述曲面滤波元件的径向横截面所形成的圆弧的圆心角小于或等于180°。
本发明实施例还提供了一种波长转换装置，包括沿激发光的传播方向上设置的曲面滤波元件、波长转换层和反射基板，还包括与所述反射基板连接的第二驱动部件；所述曲面滤波元件的曲率中心位于所述曲面滤波元件的所述波长转换层所在的一侧；所述第二驱动部件用于带动所述曲面滤波元件和所述波长转换层同步运动。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心位于所述激发光的光轴上。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心与所述激发光在所述波长转换层上形成的光斑的中心组成一条直线，所述直线与所述第二驱动部件的转动轴平行或垂直。
进一步地，所述反射基板呈圆盘状或圆环状；所述曲面滤波元件为多个，各个所述曲面滤波元件沿所述反射基板的圆周设置。
进一步地，所述波长转换装置被设置成：当所述第二驱动部件带动各个所述曲面滤波元件旋转时，由各个所述曲面滤波元件的曲率中心所形成的圆的圆心位于所述第二驱动部件的转动轴上。
进一步地，所述曲面滤波元件的曲率中心位于所述激发光的光轴上，且靠近所述波长转换层设置。
本发明实施例还提供了一种光引擎装置，包括上述的滤波装置或者上述的波长转换装置。
本发明实施例还提供了一种投影系统，包括上述的光引擎装置。
本发明实施例提供的滤波装置、波长转换装置、光引擎装置及投影系统中，滤波装置包括曲面滤波元件，曲面滤波元件的曲率中心位于曲面滤波元件的出光侧。波长转换装置包括沿激发光的传播方向上设置的曲面滤波元件、波长转换层和反射基板，还包括与反射基板连接的第二驱动部件；曲面滤波元件的曲率中心位于曲面滤波元件的波长转换层所在的一侧；第二驱动部件用于带动曲面滤波元件和波长转换层同步运动。上述滤波装置和波长转换装置均采用曲面滤波元件，与现有技术中色轮采用的平面滤波膜片相比，曲面滤波元件可以减少滤波时对光锥角度的依赖，提高输出光的色准度，实现高色彩出光，从而缓解用户的高色彩显示需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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为现有色轮中的一种红光滤波膜片对不同入射角光的透射光谱；
图2为本发明实施例提供的一种滤波装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种滤波装置的出光原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种光引擎装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种波长转换装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种波长转换装置的出光原理示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种光引擎装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种波长转换装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种波长转换装置的出光原理示意图；
图10为本发明实施例提供的另一种光引擎装置的结构示意图。
图标：100-滤波装置；101、301、501-曲面滤波元件；102-连接件；103-第一驱动部件；201-光源；202-会聚透镜；203、407-光导管；300、500-波长转换装置；302、502-波长转换层；303-反射层；304-基板；305、504-第二驱动部件；401-激发光源；402-准直缩束透镜；403-匀光元件；404-二向色镜；405-第一透镜；406-第二透镜；503-反射基板。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，色轮通常利用不同透射光谱的滤波膜片组成360°的一个圆，滤波膜片呈平面状，即色轮的滤光面为一水平面，该水平面垂直或接近垂直于光轴，采用高转速马达驱动其高速运转；色轮的滤波膜片位于光路中会聚光的焦点或其附近，使得入射光通常以光锥的形式入射在色轮的滤波膜片上。
发明人发现，光源发出的光以光锥的形式入射在现有的色轮上时存在以下两个问题：1、光锥中的小角度光(即入射角较小的光)的透过率较好，但大角度光(即入射角较大的光)的透过率较差，导致光能量的损失较大；2、光锥的角度越大，经过色轮后所获得的光的色准度越差，因为滤波膜片是针对某个特定角度进行镀膜设计的，入射角小于该设定角度的光透射过滤波膜片时会往长波偏移，入射角大于该设定角度的光透射过滤波膜片时会往短波偏移，从而获得较差的色点。如图1所示，红光滤波膜片是针对15°角设计的，入射角为0°的透射光谱往长波偏移，而入射角为30°的透射光谱往短波偏移。基于此，本发明实施例提供的一种滤波装置、波长转换装置、光引擎装置及投影系统，可以减少滤波时对光锥角度的依赖而获得更佳的色点。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种滤波装置进行详细介绍。
参见图2为本发明实施例提供的一种滤波装置的结构示意图，该滤波装置包括曲面滤波元件101，曲面滤波元件101的曲率中心位于曲面滤波元件101的出光侧。
上述滤波装置可以位于投影系统的会聚光路上，所需滤波的光(即待滤波的入射光)会聚照射于曲面滤波元件101的凸起一侧(即入光侧)，从曲面滤波元件101凹的一侧(即出光侧)出射，且所需滤波的光的会聚点位于曲面滤波元件101凹的一侧。此时，对于同一入射光，入射光中的边缘光线在曲面滤波元件101上的入射角小于其在同一位置处的平面的滤波膜片上的入射角，所以，曲面滤波元件101可以减少滤波时对入射光的光锥角度的依赖，从而可以减少大角度光的能量损失，以及降低光谱偏移程度，从而提高输出光的色准度，实现高色彩出光，进而缓解用户的高色彩显示需求。
可选地，上述曲面滤波元件101的曲率中心位于待滤波的入射光的光轴上。
进一步地，上述曲面滤波元件101的曲率中心靠近入射光的会聚点设置。
优选地，上述曲面滤波元件101的曲率中心与入射光的会聚点重合。这样入射光中的所有光线在曲面滤波元件101上的入射角均接近0°，进一步提高了输出光的色准度。
为了便于理解，下面以曲面滤波元件101的曲率中心与入射光的会聚点重合为例，对该滤波装置的出光原理进行介绍。参见图3所示的一种滤波装置的出光原理示意图，待滤波的入射光通过会聚透镜202以光锥的形式入射在曲面滤波元件101上，会聚透镜202的焦点与曲面滤波元件101的曲率中心重合(该点即为图3中的O)，此时入射光中的任意光线在曲面滤波元件101上的入射角均可以认为0°；对于入射光中的边缘光线，若采用平面的滤波膜片，则其入射角为a，显然该入射角a大于该边缘光线在曲面滤波元件101上的入射角(0°)。这说明了，与平面的滤波膜片相比，曲面滤波元件101能够减少滤波时对入射光的光锥角度的依赖。
可选地，上述曲面滤波元件101的径向横截面所形成的圆弧的圆心角小于或等于180°。曲面滤波元件101的径向横截面的曲面结构为小于或等于半圆的结构，即如图3所示，角度D小于或等于180°。这样可以降低曲面滤波元件101的制造成本。
可选地，如图2所示，上述滤波装置还包括连接件102和第一驱动部件103，曲面滤波元件101通过连接件102与第一驱动部件103连接；第一驱动部件103用于带动曲面滤波元件101旋转。
可选地，上述第一驱动部件103可以为电机或马达。第一驱动部件103可以位于连接件102的远离曲面滤波元件101的一侧。
可选地，如图2所示，上述连接件102呈圆盘状或圆环状；曲面滤波元件101为多个，各个曲面滤波元件101沿连接件102的圆周设置。各个曲面滤波元件101可以为不同透射光谱的滤波膜片，例如，曲面滤波元件101可以包括对应红色、绿色、黄色和蓝色等的滤波膜片。需要说明的是，曲面滤波元件101的种类和在连接件102上的排布方式可以根据实际需求设置，本发明实施例对此不做限定。
可选地，上述滤波装置被设置成：当第一驱动部件103带动各个曲面滤波元件101旋转时，由各个曲面滤波元件101的曲率中心所形成的圆的圆心位于第一驱动部件103的转动轴上。
基于上述图2所示的滤波装置，本发明实施例还提供了一种光引擎装置。参见图4所示的一种光引擎装置的结构示意图，该光引擎装置包括上述的滤波装置100。
在一种可能的实现方式中，如图4所示，上述光引擎装置包括在沿着光的传播方向依次设置的光源201、会聚透镜202、滤波装置100和光导管203，光源201发出的光经会聚透镜202后变为会聚光，会聚光的照射于滤波装置100上，会聚光的焦点(即会聚透镜202的焦点)位于光导管203内或光导管203的入光口，会聚光的焦点优选与滤波装置100中曲面滤波元件的曲率中心重合。其中，光导管203也可以称之为光积分棒或导光棒等。
本实施例所提供的光引擎装置，其实现原理及产生的技术效果和前述滤波装置实施例相同，为简要描述，光引擎装置实施例部分未提及之处，可参考前述滤波装置实施例中相应内容。
本发明实施例还提供了一种波长转换装置，该波长转换装置包括沿激发光的传播方向上设置的曲面滤波元件、波长转换层和反射基板，还包括与反射基板连接的第二驱动部件；曲面滤波元件的曲率中心位于曲面滤波元件的波长转换层所在的一侧；第二驱动部件用于带动曲面滤波元件和波长转换层同步运动。
上述曲面滤波元件可以透射激发光以及对波长转换层基于激发光产生的受激发光进行滤波。激发光通常透射过曲面滤波元件，会聚照射至波长转换层；波长转换层产生的受激发光被反射基板反射，并以光锥的形式入射在曲面滤波元件上，被曲面滤波元件滤波后输出。由于曲面滤波元件的曲率中心位于曲面滤波元件的波长转换层所在的一侧，因此对于同一受激发光，受激发光中的边缘光线在曲面滤波元件上的入射角小于其在同一位置处的平面的滤波膜片上的入射角，所以，曲面滤波元件可以减少滤波时对受激发光的光锥角度的依赖，从而可以减少大角度光的能量损失，以及降低光谱偏移程度，从而提高输出光的色准度，实现高色彩出光，进而缓解用户的高色彩显示需求。
可选地，上述第二驱动部件可以为电机或马达。第二驱动部件可以位于反射基板的远离波长转换层的一侧。
可选地，上述曲面滤波元件的曲率中心位于激发光的光轴上。这样曲面滤波元件的曲率中心也位于波长转换层产生的受激发光的光轴上。
进一步地，上述波长转换层可以为平面状，也可以为曲面状；上述曲面滤波元件的曲率中心与激发光在波长转换层上形成的光斑的中心组成一条直线，该直线与第二驱动部件的转动轴平行或垂直。
在一些可能的实施例中，参见图5所示的一种波长转换装置的结构示意图，该波长转换装置包括沿激发光的传播方向上设置的曲面滤波元件301、波长转换层302和反射基板，还包括与反射基板连接的第二驱动部件305；曲面滤波元件301的曲率中心位于曲面滤波元件301的波长转换层302所在的一侧；第二驱动部件305用于带动曲面滤波元件301和波长转换层302同步运动。波长转换层302为平面状，反射基板呈圆盘状或圆环状；曲面滤波元件301为多个，各个曲面滤波元件301沿反射基板的圆周设置。
上述曲面滤波元件301的曲率中心与激发光在波长转换层302上形成的光斑的中心组成一条直线，该直线可以与第二驱动部件305的转动轴平行。
如图5所示，上述反射基板可以包括反射层303和基板304，反射层303位于波长转换层302与基板304之间。
可选地，上述波长转换装置被设置成：当第二驱动部件305带动各个曲面滤波元件301旋转时，由各个曲面滤波元件301的曲率中心所形成的圆的圆心位于第二驱动部件305的转动轴上。
进一步地，上述曲面滤波元件301的曲率中心位于激发光的光轴上，且靠近波长转换层302设置。此时曲面滤波元件301的曲率中心也位于波长转换层302基于激发光产生的受激发光的光轴上，这样可以使受激发光中的所有光线在曲面滤波元件301上的入射角尽量接近0°，进一步提高了输出光的色准度。
为了便于理解，下面以曲面滤波元件301的曲率中心位于激发光的光轴上，且靠近波长转换层302设置为例，对该波长转换装置的出光原理进行介绍。参见图6所示的一种波长转换装置的出光原理示意图，波长转换层302产生的受激发光以光锥的形式入射在曲面滤波元件301上，曲面滤波元件101的曲率中心O位于受激发光的光轴上；对于受激发光中的边缘光线，若采用平面的滤波膜片，则其入射角为b2，显然该入射角b2大于该边缘光线在曲面滤波元件301上的入射角b1。这说明了，与平面的滤波膜片相比，曲面滤波元件301能够减少滤波时对受激发光的光锥角度的依赖。
可选地，上述曲面滤波元件301的径向横截面所形成的圆弧的圆心角小于或等于180°。曲面滤波元件301的径向横截面的曲面结构为小于或等于半圆的结构，即如图6所示，角度D小于或等于180°。这样可以降低曲面滤波元件301的制造成本。
基于上述图5所示的波长转换装置，本发明实施例还提供了另一种光引擎装置。参见图7所示的另一种光引擎装置的结构示意图，该光引擎装置包括上述的波长转换装置300。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，上述光引擎装置包括在沿着激发光的传播方向依次设置的激发光源401、准直缩束透镜402、匀光元件403、二向色镜404、第一透镜405和波长转换装置300，还包括第二透镜406和光导管407；激发光源401用于发出激发光；准直缩束透镜402用于对激发光进行准直缩束；匀光元件403用于对准直缩束后的激发光进行匀光；二向色镜404用于透射激发光，并反射受激发光；第一透镜405用于将激发光会聚至波长转换装置300；第二透镜406用于将受激发光会聚至光导管407内或光导管407的入光口。第一透镜405的焦点优选与波长转换装置300中曲面滤波元件的曲率中心重合，以尽可能提高输出光的色准度。
需要说明的是，虽然图7中二向色镜404用于透射激发光，并反射受激发光，但本发明的保护范围不限于此，在其他实施例中，二向色镜404也可以用于反射激发光，并透射受激发光。
本实施例所提供的光引擎装置，其实现原理及产生的技术效果和前述波长转换装置实施例相同，为简要描述，光引擎装置实施例部分未提及之处，可参考前述波长转换装置实施例中相应内容。
在另一些可能的实施例中，参见图8所示的另一种波长转换装置的结构示意图，该波长转换装置包括沿激发光的传播方向上设置的曲面滤波元件501、波长转换层502和反射基板503，还包括与反射基板503连接的第二驱动部件504，其中，反射基板503呈圆柱状，曲面滤波元件501和波长转换层502均为圆柱面。
上述曲面滤波元件501的曲率中心与激发光在波长转换层502上形成的光斑的中心组成一条直线，该直线可以与第二驱动部件504的转动轴垂直。
为了便于理解，下面以激发光的会聚点与曲面滤波元件501的圆心重合为例，对该波长转换装置的出光原理进行介绍。参见图9所示的另一种波长转换装置的出光原理示意图，曲面滤波元件501的圆心(曲率中心)、波长转换层502的圆心和激发光的会聚点均为点O；波长转换层502产生的受激发光以光锥的形式入射在曲面滤波元件501上，点O位于受激发光中的任意光线所在的直线上，此时受激发光中的任意光线在曲面滤波元件501上的入射角均可以认为0°；对于受激发光中的边缘光线，若采用平面的滤波膜片，则其入射角为c，显然该入射角c大于该边缘光线在曲面滤波元件501上的入射角(0°)。这说明了，与平面的滤波膜片相比，曲面滤波元件501能够减少滤波时对受激发光的光锥角度的依赖。
基于上述图8所示的波长转换装置，本发明实施例还提供了另一种光引擎装置。参见图10所示的另一种光引擎装置的结构示意图，该光引擎装置包括上述的波长转换装置500。
在一种可能的实现方式中，如图10所示，上述光引擎装置包括在沿着激发光的传播方向依次设置的激发光源401、准直缩束透镜402、匀光元件403、二向色镜404、第一透镜405和波长转换装置500，还包括第二透镜406和光导管407。图10中未详细描述的部分，可以参见图7中的相应描述，这里不再赘述。
本实施例所提供的光引擎装置，其实现原理及产生的技术效果和前述波长转换装置实施例相同，为简要描述，光引擎装置实施例部分未提及之处，可参考前述波长转换装置实施例中相应内容。
本发明实施例还提供一种投影系统，该投影系统包括上述的光引擎装置。
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光引擎装置实施例相同，为简要描述，投影系统实施例部分未提及之处，可参考前述光引擎装置实施例中相应内容。
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，在本发明实施例的描述中，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发明中的具体含义。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
