專利名稱：發(fā)光裝置及其應(yīng)用的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光裝置及其應(yīng)用的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)光源如熒光燈、白熾燈、超高性能燈或氙燈等難以做到高效率、長壽命。隨著固態(tài)光源的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)和半導(dǎo)體激光器逐步走入照明禾口顯示市場。產(chǎn)生白光或色光的方式一般有兩種一種是直接利用色光光源如紅、綠或藍光 LED來提供色光，或利用這些色光來合成白光；另一種是基于光波長轉(zhuǎn)換用激發(fā)光源來激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料(如熒光粉)產(chǎn)生受激發(fā)光，進而利用激發(fā)光或受激發(fā)光來合成白光。以熒光粉為例，傳統(tǒng)基于光波長轉(zhuǎn)換及采用LED芯片的光源一般將熒光粉設(shè)在 LED芯片表面，使穿透熒光粉層背向散射回LED芯片的受激發(fā)光能被LED芯片反射而從熒光粉側(cè)出射，從而提高出光效率。其缺陷在于LED芯片發(fā)出的熱與熒光粉發(fā)出的熱之間互相影響，將降低LED芯片的發(fā)光效率和熒光粉的轉(zhuǎn)換效率，甚至縮短LED器件的使用壽命。上述缺陷在直接利用色光光源提供色光的方式中也同樣存在。例如，利用激光光源直接提供色光，由于激光是強相干光，其在屏幕上顯示的圖像的每一個像素會出現(xiàn)由于相干產(chǎn)生的散斑，使圖像無法正常顯示。因此在激光顯示中，必須使用消相干裝置或方法來消除相干散斑?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了提高出光效率，一般將散光元件設(shè)在激光光源表面，使經(jīng)散光元件散射后向激光光源表面發(fā)射的光線能被激光光源表面反射而從散光元件側(cè)出射。 同樣，激光光源與散光元件發(fā)出的熱之間互相影響，將降低激光光源的發(fā)光效率，甚至縮短激光光源的使用壽命。為克服上述缺陷，美國專利US 7，070, 300B2提出一種分離LED和熒光粉的方法， 具體如圖1所示。將來自一個或多個LED光源102的激發(fā)光以光學(xué)準直裝置108來準直， 再利用波長選擇片110來把這些激發(fā)光反射到另一個準直裝置114進行聚焦后投射往熒光粉片112，來自該熒光粉片112的受激發(fā)光透射所述波長選擇片110而提供為光源的出射光。在該方案中，利用激發(fā)光和受激發(fā)光波長的不同，采用波長選擇片110來分離激發(fā)光和受激發(fā)光的光路，使得在提高出光效率的同時，受激發(fā)光不會回射到LED芯片，LED芯片產(chǎn)生的熱和熒光粉產(chǎn)生的熱不會互相影響，基本解決了上述傳統(tǒng)技術(shù)所存在的問題。上述專利提供的技術(shù)方案的不足之處在于，在將熒光粉換成散光片用于消相干時，由于相干光和散射后的非相干光波長相同，散光元件向相干光源發(fā)出的非相干光會沿著相干光的入射光路回射到相干光源，導(dǎo)致非相干光的光路輸出無法實現(xiàn)，因此，提高出光效率與減小相干光源與散光元件的熱之間的影響成為一對矛盾體，無法兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種發(fā)光裝置及其應(yīng)用的投影系統(tǒng)，可使得提高出光效率的同時，散光元件向相干光源發(fā)出的大部分非相干光不會沿著相干光的入射光路回射到相干光源，從而降低激光光源與散光元件發(fā)出的熱之間的影響。本發(fā)明提供了一種發(fā)光裝置，包括相干光源，用于產(chǎn)生相干光；包括相對的第一表面與第二表面的散光元件，用于散射來自相干光源的相干光以產(chǎn)生非相干光；位于散光元件第一表面一側(cè)的光引導(dǎo)件，用于引導(dǎo)相干光源發(fā)出的相干光入射到散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射，引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射，并將第一光路與第二光路分離；并且，由第一光路出射的非相干光的光通量少于由第二光路出射的非相干光的光通量。本發(fā)明還提供了一種投影系統(tǒng)，包括上述發(fā)光裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果本發(fā)明實施例中，通過光引導(dǎo)件將相干光由第一光路引導(dǎo)至散光元件，并引導(dǎo)來自散光元件第一表面的大部分非相干光由與第一光路分離的第二光路出射作為發(fā)光裝置的出射光，從而在提高了發(fā)光裝置的出光效率的同時，使得散光元件第一表面發(fā)出的大部分的非相干光不會沿著相干光的光路回射到相干光源，減小了非相干光的熱與相干光源的熱之間的影響，從而提高了相干光源的發(fā)光效率及使用壽命。


圖1是現(xiàn)有基于LED和熒光粉來產(chǎn)生高效色光的光源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOA是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IOB是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供一種發(fā)光裝置，包括相干光源，用于產(chǎn)生相干光；包括相對的第一表面與第二表面的散光元件，用于散射來自相干光源的相干光以產(chǎn)生非相干光；位于散光元件第一表面一側(cè)的光引導(dǎo)件，用于引導(dǎo)相干光源發(fā)出的相干光入射到散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射，引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射，并將第一光路與第二光路分離；并且，由第一光路出射的非相干光的光通量少于由第二光路出射的非相干光的光通量?？紤]到經(jīng)散光元件散射的非相干光具有近似朗伯分布的特點，而自相干光源入射散光元件的相干光具有較小的光學(xué)擴展量，本發(fā)明實施例利用相干光源與散光元件的光學(xué)擴展量的差異，能夠通過光引導(dǎo)件將相干光的入射光路引入到散光元件的出射光路中的同時，限制光引導(dǎo)件引導(dǎo)的由第一光路出射的非相干光的光通量小于由第二光路出射的非相干光通量，使得散光元件的第一表面發(fā)出的大部分非相干光(即散光元件向相干光源發(fā)出的大部分非相干光)從第二光路出射而不會從第一光路過度逃逸，即不會沿著相干光的入射光路回射到相干光源，減小了相干光源與散光元件的熱之間的影響，從而提高了相干光源的發(fā)光效率及使用壽命。請參閱圖2，圖2是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2 所示，本實施例中，發(fā)光裝置100包括用于產(chǎn)生相干光的相干光源110、用于散射來自相干光源Iio的相干光并產(chǎn)生非相干光的散光元件120、以及光引導(dǎo)件140。散光元件120包括相對的第一表面121與第二表面122，光引導(dǎo)件140位于散光元件的第一表面121 —側(cè)，即散光元件的第一表面121相對第二表面較為靠近光引導(dǎo)件140。為使相干光源具有較小光學(xué)擴展量，相干光源110優(yōu)選為激光二極管。相干光源也可以為發(fā)光二極管或其它種類的光源。也可通過可勻光和整形的勻光裝置將相干光源 110發(fā)出的相干光引導(dǎo)往光引導(dǎo)件140。勻光裝置可以為復(fù)眼透鏡陣列或空心或?qū)嵭牡膶?dǎo)光棒。散光元件的散射方式主要有體散射和面散射兩種。面散射散光元件是利用透明材料表面的微結(jié)構(gòu)對光線的折射和反射來散射光線，具體又分為單面微結(jié)構(gòu)和雙面微結(jié)構(gòu)的散光元件。微結(jié)構(gòu)可以在玻璃襯底的表面上噴砂形成，或在該表面上用化學(xué)腐蝕的方法形成，也可以在塑料襯底上用熱壓成型的方法形成。若采用單面微結(jié)構(gòu)的散光元件，優(yōu)選地， 相干光從散光元件的微結(jié)構(gòu)面入射(及第一表面為微結(jié)構(gòu)面)并從散光元件的平面出射， 此時透過率比較高。體散射則是指在散射體內(nèi)摻加不同折射率或不透明的小顆粒來實現(xiàn)散光目的。在本實施例中，光引導(dǎo)件140為帶有通光孔130及位于通光孔外部的反射面(圖中未標示)的第二光反射元件140。本實施例中，第二光反射元件140具體為帶有通光孔 130及反射面的弧形反射裝置，第二光反射元件140也可以為平面反射裝置、鋸齒形反射裝置或其它形式的曲面反射裝置，這些優(yōu)選形式將在下文中進行詳細闡述，此處不作贅述。通光孔130用于以透射方式引導(dǎo)相干光源110發(fā)出的相干光入射到散光元件120 的第一表面121上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件120的第一表面121發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射；第二光反射元件140的反射面用于以反射方式引導(dǎo)散光元件120的第一表面121發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射。第二光反射元件140的反射面反射的非相干光與散光元件120的第二表面122發(fā)出的非相干光一起出射作為發(fā)光裝置100的出射光，從而提高發(fā)光裝置的出光效率?？梢栽诎l(fā)光裝置的光出射端設(shè)置一光學(xué)元件，用于對非相干光進行收集、勻光和整形等處理。并且，第二光反射元件140通過其通光孔130及反射面將第一光路與第二光路分離，具體地，第一光路從散光元件120通過第二光反射元件140的通光孔130至相干光源 110 ；而第二光路從散光元件120至第二光反射元件140的反射面，并被該反射面改變方向而背離相干光源110，從而與第一光路分離。通過分離第二光路與第一光路，使得在提高發(fā)光裝置的出光效率的同時，由第二光路出射的非相干光不會沿著第一光路回射到相干光源。由于相干光源110發(fā)出的相干光的光學(xué)擴展量較小，而散光元件120散射后的非相干光呈近似朗伯分布，光學(xué)擴展量較相干光而言大了很多，因此可以控制第二光反射元件140的通光孔130與反射面的面積比例為一較小值，使得散光元件的第一表面121發(fā)出的大部分非相干光可經(jīng)第二光反射元件140的反射面反射后出射得到有效利用，小部分非相干光將從通光孔130漏出而被損耗掉，即漏出損耗的比例在一可接受范圍內(nèi)。優(yōu)選地，第二光反射元件140的通光孔的面積小于或等于第二光反射元件140反射面面積的1/4。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例中，通過光引導(dǎo)件140的通光孔130將相干光由第一光路引導(dǎo)至散光元件120，通過光引導(dǎo)件140的反射面引導(dǎo)來自散光元件120第一表面的大部分非相干光由與第一光路分離的第二光路出射作為發(fā)光裝置的出射光，從而在提高了發(fā)光裝置的出光效率的同時，使得散光元件第一表面121發(fā)出的大部分的非相干光不會沿著相干光的光路回射到相干光源，減小了非相干光的熱與相干光源的熱之間的影響，從而提高了相干光源的發(fā)光效率及使用壽命。請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖2 所示實施例主要不同之處在于，本實施例中，發(fā)光裝置200還包括第一光反射元件150和光收集裝置160。第一光反射元件150將散光元件120的第二表面121發(fā)出的非相干光反射往第二光反射元件140，從而使得散光元件發(fā)出的所有非相干光均出射往第二光反射元件 140。本實施例是以散光元件120為透光型散光元件為例進行闡述的，為了使散光元件發(fā)出的所有非相干光均出射往第二光反射元件140，本實施例需要設(shè)置第一光反射元件150以反射散光元件的第二表面122發(fā)出的非相干光。在其它實施例中，也可以不設(shè)置第一光反射元件150，而通過提高散光元件120的厚度，使得散光元件的第一表面接收相干光后產(chǎn)生的非相干光無法穿過散光元件的第二表面，使得散光元件產(chǎn)生的所有非相干光均從散光元件的第一表面出射往第二光反射元件140。優(yōu)選地，第二光反射元件140可呈半球形或半球形的一部分，散光元件120被相干光入射的位置位于靠近該半球形球心的第一點，光收集裝置160的入光口位于靠近該半球形球心的第二點，第一點和第二點關(guān)于該半球形的球心對稱。相干光源110發(fā)出的相干光通過通光孔130入射到散光元件120，散光元件120的第二表面122發(fā)出的非相干光經(jīng)第一光反射元件150反射后與散光元件的第一表面121發(fā)出的非相干光一起出射往第二光反射元件140。第二光反射元件140的反射面將大部分非相干光反射往位于靠近半球形球心的第二點的光收集裝置的入光口，該大部分非相干光被光收集裝置160收集并出射作為發(fā)光裝置200的出射光。同時，小部分來自散光元件120的非相干光透射第二光反射元件140 的通光孔而損耗。優(yōu)選地，通光孔130為半球形第二光反射元件140的偏心孔，以使得相干光源110發(fā)出的相干光垂直入射至散光元件120，當(dāng)散光元件120從第一光反射元件150脫落時，相干光會被第一光反射元件150反射至第二光反射元件140的通光孔而射回相干光源，而不會被反射至第二光反射元件140的反射面并出射至光收集裝置而傷害人眼。優(yōu)選地，第二光反射元件140也可呈半橢球形或半橢球形的一部分，散光元件120 被相干光入射的位置位于該半橢球形的第一焦點，光收集裝置160的入光口位于半橢球形的第二焦點。此時，散光元件發(fā)出的大部分非相干光經(jīng)第二光反射元件140的反射面反射后出射往該半橢球形的第二焦點處，并被光收集裝置160收集并出射作為發(fā)光裝置200的出射光。同理，通光孔130優(yōu)選為半橢球形第二光反射元件140的偏心孔，以使得相干光源 110發(fā)出的相干光垂直入射至散光元件120。更具體地，本實施例中的第二光反射元件140為帶有通光孔的內(nèi)空結(jié)構(gòu)的反射壁，該反射壁包括鍍設(shè)于其內(nèi)壁的反射膜，該通光孔為該反射壁上的一開口?？梢岳斫獾氖牵瓷淠ひ部梢藻冊O(shè)在反射壁的外壁。此外，本實施例中的光收集部件160具體為空心導(dǎo)光棒。事實上，本發(fā)明實施例中的光收集元件160也可以采用透鏡、透鏡組、空心導(dǎo)光棒、實心導(dǎo)光棒、空心復(fù)合型聚光器或?qū)嵭膹?fù)合型聚光器或它們的組合。請參閱圖4，圖4是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。與圖3 所示實施例不同之處在于，本實施例中，發(fā)光裝置300的第二光反射元件140為外曲面鍍有反射膜331的實心透明體330，通光孔332為該反射膜331的一缺口 332。優(yōu)選地，散光元件120與實心透明體330之間具有一空氣隙(圖未示)，以提高發(fā)光裝置的出光亮度。與圖3實施例相同，實心透明體330優(yōu)選為呈半球形或半橢球形，此時，散光元件120與實心透明體330之間的空氣隙的厚度優(yōu)選小于半球形半徑的或半橢球長半軸的1%，以較有效地提高發(fā)光裝置的出光亮度。請參閱圖5，圖5是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖3所示實施例不同之處在于發(fā)光裝置400中，通光孔130為半球形或半橢球形第二光反射元件140的邊緣的一缺口，相干光源110發(fā)出的相干光從該缺口入射至散光元件 120?？梢岳斫獾氖?，本實施例中的第二光反射元件140也可以為外曲面鍍有反射膜的實心透明體。請參閱圖13，圖13是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖3所示實施例不同之處在于，發(fā)光裝置1200中，第二光反射元件140為鋸齒形反射裝置，該鋸齒形反射裝置包括兩個鋸齒面1301和1302，每一個鋸齒面都是一組同心球面的一部分。參考圖3實施例中的描述可知，鋸齒面1301和1302都分別可以起到弧形反射裝置的作用，因此鋸齒形反射裝置可以看作是一組弧形反射裝置的嵌套組合，因此對于的散光元件的第一表面發(fā)出的非相干光具有和弧形反射裝置相同的作用。鋸齒形反射裝置與弧形反射裝置的區(qū)別在于，鋸齒形反射光裝置所占的空間更小，結(jié)構(gòu)更緊湊。請參閱圖6，圖6是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖3所示實施例不同之處在于，發(fā)光裝置500的第二光反射元件為帶有通光孔530及位于通光孔530外部的反射面的平面反射裝置M0。平面反射裝置540反射散光元件發(fā)出的非相干光，使該非相干光由與相干光成一角度的方向出射。由于非相干光呈近似朗伯分布，優(yōu)選的，本實施例中還包括一透鏡組570，用于將散光元件120的發(fā)出的非相干光收集并準直出射至平面反射裝置M0，該準直的非相干光的大部分被平面反射裝置MO的反射面反射而作為發(fā)光裝置500的出射光。更優(yōu)選的，通光孔530在透鏡組570的出射光斑上的投影面積小于等于該出射光斑面積的1/4，以減少從該通光孔530泄漏的非相干光，提高發(fā)光裝置500的出光效率?？梢岳斫獾氖?，也可以用上文提到的其它光收集裝置替代透鏡組570，用于將散光元件120發(fā)出的非相干光收集并中繼至平面反射裝置M0。此外，發(fā)光裝置500的光出射端還可以用光學(xué)元件來進行光收集、勻光和整形等， 在本發(fā)明中不作詳細闡述。請參閱圖7，圖7是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖6所示實施例不同之處在于，本實施例中，發(fā)光裝置600的光引導(dǎo)件包括第三光反射元件630及位于第三光反射元件630外部的透光介質(zhì)(本實施例中，透光介質(zhì)具體為第三光反射元件630外部的空氣)。第三光反射元件630用于以反射方式引導(dǎo)相干光源110發(fā)出的相干光入射到散光元件120的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件120的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射；第三光反射元件630外部的透光介質(zhì)以透射方式引導(dǎo)散光元件120的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射，由第二光路出射的非相干光作為發(fā)光裝置600的出射光。光引導(dǎo)件通過第三光反射元件630及透光介質(zhì)將第一光路與第二光路分離。與圖6實施例相同，優(yōu)選地，本實施例還包括透鏡組570，用于收集并準直散光元件120的第一表面發(fā)出的非相干光。更優(yōu)選地，第三光反射元件630在該透鏡組的出射光斑上的投影面積小于等于該出射光斑面積的1/4，以減少被第三光反射元件630反射而泄漏的非相干光，提高發(fā)光裝置600的出光效率?？梢岳斫獾氖?，也可以用上文提到的其它光收集裝置替代透鏡組570，該光收集裝置位于散光元件120與第三光反射元件630，用于收集并中繼散光元件120的第一表面發(fā)出的非相干光。發(fā)光裝置600的光出射端還可以用光學(xué)元件來進行光收集、勻光和整形等，在本發(fā)明中不作詳細闡述。請參閱圖8，圖8是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中，發(fā)光裝置700的光引導(dǎo)件包括帶有通光孔130和位于通光孔外部的反射面的第二光反射元件140，該通光孔以透射方式引導(dǎo)相干光源110發(fā)出的相干光入射到散光元件120 的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件120的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射。與圖3所示實施例不同的是，本實施例不設(shè)有第三光反射元件150，散光元件 120產(chǎn)生的向其第二表面發(fā)出的非相干光直接從第二表面出射作為發(fā)光裝置的出射光；而第二光反射元件140的反射面用于以反射方式引導(dǎo)散光元件120的第一表面121發(fā)出的非相干光回射到散光元件120的第一表面121，該非相干光穿透散光元件并從散光元件120的第二表面122出射作為發(fā)光裝置的出射光。優(yōu)選地，第二光反射元件140為帶有通光孔及位于該通光孔外部的反射面的弧形反射裝置，該弧形反射裝置呈半球形，散光元件120被相干光入射的位置位于該半球形的球心。散光元件120的第一表面發(fā)出的非相干光出射往第二光反射元件140，第二光反射元件140的反射面將該非相干光的大部分反射往位于球心的散光元件120。進一步地，本實施例中還包括光收集裝置160，該光收集裝置160的入光口位于散光元件120的第二表面的一側(cè)(即第二表面122相對于第一表面121更為靠近光收集裝置160)，用于收集散光元件120出射的非相干光。此外，更具體地，本實施例中的第二光反射元件140為帶有通光孔的內(nèi)空結(jié)構(gòu)的反射壁，該反射壁包括鍍設(shè)于其內(nèi)壁的反射膜，該通光孔為該反射壁上的一開口。可以理解的是，第二光反射元件140也可以為鋸齒形反射裝置，該鋸齒形反射裝置包括至少兩個鋸齒面，且每個鋸齒面都是一組同心球面的一部分，此時散光元件可以位于同心球面的球心。請參閱圖9，圖9是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖8所示實施例的不同之處在于，發(fā)光裝置800的第二光反射元件為外曲面鍍有反射膜331的實心透明體330，通光孔332為該反射膜331的一缺口 332。實心透明體330優(yōu)選為呈半球形，此時，散光元件120與實心透明體330之間可以具有一空氣隙，該空氣隙的厚度優(yōu)選小于半球形半徑的或半橢球長半軸的1%，以較有效地提高發(fā)光裝置的出光亮度。優(yōu)選地，本實施例還包括透鏡組570，設(shè)置于散光元件120的第二表面的一側(cè)，經(jīng)散光元件出射的非相干光經(jīng)該透鏡組570準直出射。事實上，也可以用上文提到的其它形式的光收集裝置替代透鏡組570。此外，本發(fā)明實施例對上述實施例進行了改進，即發(fā)光裝置還包括驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動散光元件，以使得入射到該散光元件上的相干光在該散光元件上形成的光斑沿預(yù)定路徑作用于該散光元件，從而可避免相干光長時間作用于散光元件的同一位置而導(dǎo)致的散光元件的溫度過高，提高散光元件的使用壽命。優(yōu)選地，驅(qū)動裝置可以為一轉(zhuǎn)盤，可以將散光元件固定于該轉(zhuǎn)盤上，散光元件隨該轉(zhuǎn)盤做圓周運動，使得入射到該散光元件上的相干光在該散光元件上形成的光斑沿圓形路徑作用于該散光元件。當(dāng)然，驅(qū)動裝置也可以驅(qū)動散光元件作其它形式的運動，例如線性移動。請參參閱圖10A，圖IOA是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖IOA所示實施例是在圖3所示實施例基礎(chǔ)上進行改進后的另一反射式實施例。本實施例的發(fā)光裝置900A還包括轉(zhuǎn)盤980，散光元件120與第一光反射元件150均呈與轉(zhuǎn)盤同軸的環(huán)形，置于轉(zhuǎn)盤980上并隨之轉(zhuǎn)動。第一光反射元件150位于驅(qū)動裝置980和散光元件120 之間，第一光反射元件150也可以為轉(zhuǎn)盤980的一部分。經(jīng)第二光反射元件140的反射面反射后的非相干光透過轉(zhuǎn)輪980并被光收集裝置160收集出射。光收集裝置160也可位于轉(zhuǎn)輪980盤面圓周的延長線上，即經(jīng)第二光反射元件反射后的非相干光不經(jīng)過轉(zhuǎn)輪980而直接入射至光收集裝置160。請參參閱圖10B，圖IOB是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖IOB所示實施例是在圖8所示實施例基礎(chǔ)上進行改進后的另一透射式實施例。本實施例的發(fā)光裝置900B還包括轉(zhuǎn)盤980，散光元件120呈與轉(zhuǎn)盤同軸的環(huán)形，置于轉(zhuǎn)盤980上并隨之轉(zhuǎn)動。并且，轉(zhuǎn)盤980承載有散光元件120的區(qū)域為透明材料制成，使得散光元件發(fā)出的部分非相干光直接透過轉(zhuǎn)盤980出射，而另一部分非相干光經(jīng)第二光反射元件140的反射面反射后回射至散光元件并從第二表面透過轉(zhuǎn)盤980出射。本實施例中還包括透鏡組570， 位于散光元件的第二表面的一側(cè)，透鏡組570將非相干光準直后出射。此外，本發(fā)明還提供發(fā)光裝置的另一實施例，即相干光源包括分別用于產(chǎn)生至少兩種顏色光的至少兩種子光源以及合光裝置，該合光裝置將該至少兩種子光源產(chǎn)生的光合并為一束合光，以下對此進行詳細闡述。
請參閱圖11，圖11是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖IOA所示實施例的區(qū)別之處在于，發(fā)光裝置1000中，相干光源110包括第一子光源111與第二子光源112，第一子光源為產(chǎn)生紅光的激光二極管，第二子光源為產(chǎn)生綠光的激光二極管；發(fā)光裝置1000還包括合光裝置114，該合光裝置114將第一子光源111與第二子光源112分別產(chǎn)生的光合為一束合光，該合光通過通光孔130入射至散光元件120。具體地，本實施例中，合光裝置114為透射紅光反射綠光的二向色片，第一子光源 111產(chǎn)生的紅色相干光經(jīng)合光裝置透射至通光孔130，第二子光源112產(chǎn)生的綠色相干光經(jīng)合光裝置反射至通光孔130。當(dāng)然，合光裝置114也可以為反射紅光透射綠光的二向色片， 并將第一子光源111產(chǎn)生的紅色相干光反射至通光孔，將第二子光源112產(chǎn)生的綠色相干光透射至通光孔，從而將紅色相干光與綠色相干光合為一束合光。紅色相干光與綠色相干光可以同時出射至通光孔130，此時發(fā)光裝置1000出射由紅色非相干光與綠色非相干光組成的黃色非相干光。同理，在發(fā)光裝置的另一實施例中，相干光源還可以包括第三子光源，例如產(chǎn)生藍色相干光的激光二極管；合光裝置可以為十字形二向色片組，用于將第一、第二、第三子光源產(chǎn)生的相干光合為一束合光并引導(dǎo)至通光孔 130 ；此時發(fā)光裝置可以出射由紅色、綠色與藍色非相干光組成的白色非相干光。上述各實施例中，相干光源110均為產(chǎn)生一種顏色光(如藍色或黃色)的光源，發(fā)光裝置出射一種顏色的非相干光。本發(fā)明也可以應(yīng)用在需要出射多種顏色光序列的場景下。為此，本發(fā)明還提供發(fā)光裝置的另一實施例，該實施例中的發(fā)光裝置還包括控制裝置， 用于分別控制相干光源中的兩種子光源的開啟與關(guān)閉及發(fā)光強度。請參閱圖12，圖12是本發(fā)明實施例中發(fā)光裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例與圖11所示實施例的區(qū)別之處在于發(fā)光裝置1100的相干光源110還包括第三子光源113，第三子光源113為產(chǎn)生藍色相干光的激光二極管。合光裝置114為二向色片組， 二向色片組114包括平行設(shè)置的二向色片1141與1142。二向色片組114將第一、第二、第三子光源產(chǎn)生的光合為一束合光，該合光通過通光孔130入射至散光元件120。具體地，二向色片1141反射第一子光源111產(chǎn)生的紅色相干光，透射第二子光源112產(chǎn)生的綠色相干光，該紅色、綠色相干光均透射二向色片1142 ；二向色片1142反射第三子光源113產(chǎn)生的藍色相干光。發(fā)光裝置1100還包括控制裝置(圖未示)，用于分別控制相干光源中的三種子光源的開啟與關(guān)閉及發(fā)光強度。例如，控制裝置可以控制產(chǎn)生紅色、綠色和藍色相干光的三個子光源依序開啟與關(guān)閉，從而使發(fā)光裝置依序出射紅色、綠色和藍色非相干光；控制裝置也可以控制產(chǎn)生紅色、綠色和藍色相干光的子光源同時開啟，并控制三種子光源的發(fā)光強度均周期性變化，使得合光裝置出射的合光的顏色周期性變化，從而發(fā)光裝置出射顏色周期性變化的非相干光。本發(fā)明還提供了一種投影系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可以具有上述各實施例所提供的功能。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，所述裝置包括 相干光源，用于產(chǎn)生相干光；包括相對的第一表面與第二表面的散光元件，用于散射來自所述相干光源的相干光以產(chǎn)生非相干光；位于散光元件第一表面一側(cè)的光引導(dǎo)件，用于引導(dǎo)所述相干光源發(fā)出的相干光入射到所述散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射，引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射，并將第一光路與第二光路分離；并且，由第一光路出射的非相干光的光通量少于由第二光路出射的非相干光的光通量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述由第一光路出射的非相干光的光通量小于或等于由第二光路出射的非相干光的光通量的1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括第一光反射元件，位于散光元件的第二表面的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光引導(dǎo)件包括帶有通光孔及位于通光孔外部的反射面的第二光反射元件，該通光孔用于以透射方式弓I導(dǎo)所述相干光源發(fā)出的相干光入射到所述散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射；第二光反射元件的反射面用于以反射方式引導(dǎo)所述散光元件的第一表面產(chǎn)生的剩余非相干光由第二光路出射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第二光反射元件為帶有所述通光孔及反射面的平面反射裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該發(fā)光裝置還包括光收集裝置，用于將所述散光元件發(fā)出的非相干光收集并中繼至所述平面反射裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光收集裝置包括透鏡組，該透鏡組用于將所述散光元件發(fā)出的非相干光收集并準直至所述平面反射裝置，所述通光孔在該透鏡組的出射光斑上的投影面積小于等于該出射光斑面積的1/4。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第二光反射元件為帶有所述通光孔及反射面的弧形反射裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述弧形反射裝置呈半球形或半球形的一部分，所述散光元件被相干光入射的位置位于靠近所述半球形球心的第一點；所述發(fā)光裝置還包括光收集裝置，該光收集裝置的入光口位于靠近所述半球形球心的第二點，第一點和第二點關(guān)于所述半球形的球心對稱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述弧形反射裝置呈半橢球形或半橢球形的一部分，所述散光元件被相干光入射的位置位于所述半橢球形的第一焦點；所述發(fā)光裝置還包括光收集裝置，該光收集裝置的入光口位于所述半橢球形的第二焦點ο
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述通光孔為弧形反射裝置的偏心孔，以使得所述相干光源發(fā)出的相干光垂直入射至所述散光元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述弧形反射裝置的通光孔的面積小于或等于所述反射面面積的1/4。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第二光反射元件為帶有所述通光孔及反射面的鋸齒形反射裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光引導(dǎo)件包括第三光反射元件及位于第三光反射元件外部的透光介質(zhì)，第三光反射元件用于以反射方式引導(dǎo)所述相干光源發(fā)出的相干光入射到所述散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射；所述透光介質(zhì)以透射方式引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該發(fā)光裝置還包括位于所述散光元件與第三光反射元件之間的光收集裝置，用于收集并中繼所述散光元件發(fā)出的非相干光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光收集裝置包括透鏡組，該透鏡組用于收集并準直所述散光元件發(fā)出的非相干光，第三光反射元件在該透鏡組的出射光斑上的投影面積小于等于該出射光斑面積的1/4。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光引導(dǎo)件包括帶有通光孔和位于通光孔外部的反射面的第二光反射元件，該通光孔以透射方式引導(dǎo)所述相干光源發(fā)出的相干光入射到所述散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)所述散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射；第二光反射元件的反射面用于以反射方式引導(dǎo)所述散光元件的第一表面產(chǎn)生的非相干光由第二光路回射到所述散光元件的第一表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第二光反射元件為帶有所述通光孔及反射面的弧形反射裝置，該弧形反射裝置呈半球形，所述散光元件被相干光入射的位置位于所述半球形的球心。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該發(fā)光裝置還包括光收集裝置，該光收集裝置的入光口位于散光元件的第二表面的一側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第二光反射元件為帶有所述通光孔及反射面的鋸齒形反射裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求6、9、10、15及19中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光收集裝置包括透鏡、透鏡組、空心導(dǎo)光棒、實心導(dǎo)光棒、空心復(fù)合型聚光器或?qū)嵭膹?fù)合型聚光器。
22.根據(jù)權(quán)利要求9-11以及18-19中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述弧形反射裝置為帶有通光孔的內(nèi)空結(jié)構(gòu)的反射壁，該反射壁包括鍍設(shè)于其內(nèi)壁的反射膜，該通光孔為該反射壁上的一開口。
23.根據(jù)權(quán)利要求9-11以及18-19中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述弧形反射裝置為外曲面鍍有反射膜的帶有通光孔的實心透明體，該通光孔為該反射膜的一缺
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散光元件與所述實心透明體之間具有一空氣隙，該空氣隙的厚度小于所述半橢球形的長半軸的或所述半球形的半徑的1%。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述相干光源為激光二極管。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述相干光源包括分別用于產(chǎn)生兩種顏色光的兩種子光源以及合光裝置，該合光裝置將該兩種子光源產(chǎn)生的光合并為一束合光。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的發(fā)光裝置，其特征在于，該發(fā)光裝置還包括控制裝置，用于分別控制所述兩種子光源的開啟與關(guān)閉及發(fā)光強度。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于該發(fā)光裝置還包括驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述散光元件，以使得入射到該散光元件上的相干光在該散光元件上形成的光斑沿預(yù)定路徑作用于該散光元件。
29.一種投影系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求118中任意一項所述的發(fā)光裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置及其應(yīng)用的投影系統(tǒng)，該發(fā)光裝置包括相干光源，用于產(chǎn)生相干光；包括相對的第一表面與第二表面的散光元件，用于散射來自相干光源的相干光以產(chǎn)生非相干光；位于散光元件第一表面一側(cè)的光引導(dǎo)件，用于引導(dǎo)相干光源發(fā)出的相干光入射到散光元件的第一表面上以形成第一光路，并引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的部分非相干光由第一光路出射，引導(dǎo)散光元件的第一表面發(fā)出的剩余非相干光由第二光路出射，并將第一光路與第二光路分離；并且，由第一光路出射的非相干光的光通量少于由第二光路出射的非相干光的光通量。本發(fā)明能夠在提高出光效率的同時，減小相干光源與散光元件的熱之間的影響。
文檔編號G03B21/20GK102520570SQ20111039639
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月4日
發(fā)明者曹亮亮, 李屹, 楊毅, 胡飛 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司