發(fā)光裝置及其相關(guān)投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種發(fā)光裝置及其相關(guān)投影系統(tǒng)，該發(fā)光裝置包括激發(fā)光源和用于吸收激發(fā)光以產(chǎn)生受激光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置；對(duì)所述受激光收集的第一收集裝置；激光光源裝置，包括激光光源陣列，該激光光源裝置用于出射與所述受激光不同顏色的激光光束，且該激光光束從該激光光源裝置出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形；波長(zhǎng)合光器件，用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和來(lái)自所述激光光源裝置的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射；其中該兩束光分別在波長(zhǎng)合光器件上的形成的光斑面分布匹配。本發(fā)明能提供一種得到激光和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的受激光均勻合光的發(fā)光裝置。
【專利說(shuō)明】發(fā)光裝置及其相關(guān)投影系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示及照明【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種發(fā)光裝置及其相關(guān)投影系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)的投影機(jī)中，以固態(tài)發(fā)光器件，例如固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光器件，尤其是發(fā)光二極管(LED, Light Emitting Diode)為光源的投影機(jī)已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的使用。順應(yīng)于對(duì)光源光輸出功率的要求越來(lái)越高，基于光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的投影機(jī)光源因其較強(qiáng)的實(shí)用性脫穎而出，該方案將源自于一組固態(tài)光源的高功率光投射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料上來(lái)激發(fā)產(chǎn)生具有預(yù)定主波長(zhǎng)的高功率輸出光。
[0003]在白光光源中，常用的方案是采用一組固態(tài)光源來(lái)對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行激發(fā)以產(chǎn)生黃色的受激光，再將該黃色受激光和另一組藍(lán)色固態(tài)光源發(fā)出的藍(lán)光進(jìn)行合光以產(chǎn)生白光。由于目前照明和顯示行業(yè)對(duì)白光的亮度、使用壽命以及顏色的要求越來(lái)越高，激光光源作為比LED光電轉(zhuǎn)換效率、光功率密度更高的新一代照明光源，在投影機(jī)光源中被用來(lái)和黃色受激光進(jìn)行合光。
[0004]請(qǐng)參閱圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中投影機(jī)光源的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，光源系統(tǒng)100包括激發(fā)光源101和承載黃光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置102。黃光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收激發(fā)光源101發(fā)出的激發(fā)光并出射黃色受激光。收集透鏡103位于該黃色受激光的出射光路上，用于對(duì)該黃色受激光進(jìn)行收集。
[0005]光源系統(tǒng)100還包括藍(lán)色激光光源陣列1、準(zhǔn)直透鏡陣列2、收集透鏡3、第一方棒
4、波長(zhǎng)合光裝置5和第二方棒6。該準(zhǔn)直透鏡陣列2包括與藍(lán)色激光光源陣列I中各藍(lán)色激光光源11 一一對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡22。藍(lán)色激光光源陣列I中每個(gè)藍(lán)色激光光源所發(fā)光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后經(jīng)收集透鏡3收集至第一方棒4進(jìn)行勻光和整形。第一方棒4出射的藍(lán)色激光光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡105準(zhǔn)直后和收集透鏡103出射的黃色受激光經(jīng)波長(zhǎng)合光裝置5合成一束白光,然后再被收集透鏡106收集至第二方棒6進(jìn)行勻光。
[0006]在該光源結(jié)構(gòu)中，藍(lán)色激光光束的出射光斑和黃色受激光的出射光斑均被整形為長(zhǎng)方形，以和投影機(jī)中的光閥的形狀匹配。因此，激發(fā)光在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置102上形成的光斑呈長(zhǎng)方形，而方棒4的光出射口也為與該激發(fā)光斑匹配的長(zhǎng)方形，以將激光光束的出射光斑整形為長(zhǎng)方形。同時(shí)，由于該兩束光的出射光斑匹配，使得在經(jīng)波長(zhǎng)合光裝置5合光并在第二方棒6勻光后能夠得到均勻的光斑。
[0007]但在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，受激光和激光光束的合光并不夠均勻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高激光和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的受激光的合光的均勻度的發(fā)光裝置。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)光裝置，包括:
[0010]激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；[0011]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，用于吸收所述激發(fā)光并產(chǎn)生第一顏色的受激光;
[0012]第一收集裝置，用于對(duì)所述受激光進(jìn)行收集；
[0013]激光光源裝置，包括激光光源陣列，該激光光源裝置用于出射與所述受激光不同顏色的激光光束，且該激光光束從該激光光源裝置出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形；
[0014]波長(zhǎng)合光器件，用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和來(lái)自所述激光光源裝置的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射；其中該兩束光分別在波長(zhǎng)合光器件上的形成的光斑面分布匹配。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種發(fā)光裝置，包括:
[0016]激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；
[0017]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，用于吸收所述激發(fā)光并產(chǎn)生第一顏色的受激光;
[0018]第一收集裝置，用于對(duì)所述受激光進(jìn)行收集；
[0019]激光光源裝置，包括激光光源陣列，該激光光源裝置用于出射與所述受激光不同顏色的激光光束，且該激光光束從該激光光源裝置出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形；
[0020]第二收集裝置，包括至少一收集透鏡，用于對(duì)所述激光光束進(jìn)行收集；
[0021]波長(zhǎng)合光器件，用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和第二收集裝置出射的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射，其中所述受激光和所述激光光束在入射該波長(zhǎng)合光器件時(shí)均呈圓形光錐，且該兩個(gè)圓形光錐的光錐角的差值的絕對(duì)值不大于10度。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種投影系統(tǒng)，包括上述發(fā)光裝置。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果:
[0024]本發(fā)明中，由于波長(zhǎng)合光器件在將受激光和激光光束進(jìn)行波長(zhǎng)合光時(shí)，該兩束光在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑面分布匹配，這樣，在后續(xù)光路上對(duì)該兩束光進(jìn)行勻光時(shí)更加均勻。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中投影機(jī)光源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2A是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2B是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2C是圖2A所示發(fā)光裝置中激光光源陣列的主視圖；
[0029]圖2D是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3A是一散光片單位面積內(nèi)入射的準(zhǔn)直光束經(jīng)散光片散射后成形成的光束的光分布；
[0031]圖3B是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4A是圖2所示實(shí)施例中激光光源裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4B是圖4A所示激光光源陣列中導(dǎo)光組件的出光面的示意圖
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6A是圖5所示實(shí)施例中合光裝置53的主視圖；
[0036]圖6B是圖5所示實(shí)施例中合光裝置53的側(cè)視圖；[0037]圖7A是圖5所示實(shí)施例中激光光源裝置的又一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7B是圖7A所示激光光源陣列的主視圖；
[0039]圖7C是第一激光光源陣列所發(fā)光和第二激光光源陣列所發(fā)光的合光在沿垂直于其傳播方向上的截面上的光斑的示意圖；
[0040]圖8是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了引用和清楚起見(jiàn)，下文中所指的圓形并不只包括幾何中的嚴(yán)格的圓形，只要該外輪廓形狀與其外接圓的面積的差值小于該形狀的面積的10%都可稱為圓形；下文中所指的面分布指的是歸一化照度分布，角分布指的是歸一化光強(qiáng)分布。
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]實(shí)施例一
[0044]請(qǐng)參見(jiàn)圖2A，圖2A是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)光裝置200包括激發(fā)光源201和承載波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202、第一收集裝置203、激光光源裝置1、第二收集裝置3、波長(zhǎng)合光器件5、第三收集透鏡7和第一勻光棒9。
[0045]激發(fā)光源201用于產(chǎn)生激發(fā)光，該激光光源201可以是LED或者是激光二極管，用于對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行激發(fā)以產(chǎn)生第一顏色的受激光。最常用的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料是熒光粉，例如YAG熒光粉，它可以吸收藍(lán)光并受激發(fā)射黃色的受激光。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料還可能是量子點(diǎn)、熒光染料等具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的材料，并不限于熒光粉。在本實(shí)施例中，激發(fā)光源為藍(lán)光LED，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料具體為黃光熒光粉，用于吸收藍(lán)光以產(chǎn)生黃色受激光。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，激發(fā)光源和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料并不限于該舉例中的顏色，也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇其他顏色。
[0046]波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202為透射式的，即激發(fā)光和受激光的光路分別位于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202的兩側(cè)。由于LED和激光二極管所發(fā)光在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202上形成的光斑分別呈圓形和橢圓形，為使激發(fā)光在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202上所形成的光斑和投影機(jī)中的顯示區(qū)域的形狀匹配，發(fā)光裝置200還包括整形裝置(圖未示)，以對(duì)激發(fā)光進(jìn)行整形，使得激發(fā)光在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202上形成的光斑呈預(yù)定形狀，一般為長(zhǎng)寬比為4:3的長(zhǎng)方形。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，若該光斑不需要形成預(yù)定形狀該整形裝置也可以省略掉，該預(yù)定形狀也可以是其他形狀。
[0047]由于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料出射受激光時(shí)為全角發(fā)光，且為朗伯分布，即在不同方向上角分布均勻，第一收集裝置203用于對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202出射的受激光進(jìn)行收集，使得受激光呈一準(zhǔn)直光束出射。在本實(shí)施例中，第一收集裝置203包括收集透鏡23，用于對(duì)受激光進(jìn)行收集和準(zhǔn)直。由于收集透鏡23能夠收集到的受激光的收集角度Θ小于90度，一般為60度至80度，因此，發(fā)光裝置200中后續(xù)光路中用到的受激光實(shí)際上是收集透鏡23所收集到的受激光，在進(jìn)入收集透鏡23前，該部分受激光的光束呈圓形光錐狀，且該圓形光錐的光錐角為收集透鏡23的收集角度Θ。經(jīng)收集透鏡23收集準(zhǔn)直后，該受激光的角分布轉(zhuǎn)換為面分布，成為一沿垂直于該準(zhǔn)直受激光的傳播方向上的截面上的光斑呈圓形的準(zhǔn)直光束。
[0048]在實(shí)際運(yùn)用中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202也可以是反射式的，即激發(fā)光和受激光的光路均位于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202的同一側(cè)。如圖2B所示，圖2B是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。激發(fā)光源201經(jīng)收集透鏡204收集后入射至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202中，對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行激發(fā)以產(chǎn)生受激光。該受激光從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202的激發(fā)光入射側(cè)出射后，經(jīng)收集透鏡204收集后出射。收集透鏡204出射受激光的出射光路上還放置有濾光片22，用于透射激發(fā)光并反射受激光，以區(qū)分受激光和激發(fā)光的傳播路徑。在該發(fā)光裝置中，收集透鏡204則同時(shí)充當(dāng)了收集激發(fā)光的光學(xué)元件和收集受激光的第二收集裝置203中的收集透鏡23。
[0049]激光光源裝置I包括由復(fù)數(shù)個(gè)激光光源組成的激光光源陣列11，用于產(chǎn)生激光光束。在本實(shí)施例中，激光光源陣列中各激光光源用于產(chǎn)生藍(lán)色激光。如圖2C所示，圖2C是圖2A所示發(fā)光裝置中激光光源陣列的主視圖。各激光光源排列成圓形，以使得該激光光束從激光光源裝置I出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形。在實(shí)際運(yùn)用中，各激光光源也可以排列成蜂窩狀陣列，且陣列的外形接近于圓形。由于各激光光源的底座一般為圓形，因此蜂窩狀的排列方法最為緊密。
[0050]第二收集裝置3包括收集透鏡31和準(zhǔn)直透鏡32。收集透鏡31位于激光光源陣列11的出射光路上，用于對(duì)激光光束進(jìn)行收集。在本實(shí)施例中，收集透鏡31和準(zhǔn)直透鏡32均為凸透鏡。由于激光光源陣列11排布成圓形，其出射的激光光束的面分布呈圓形。經(jīng)收集透鏡31收集后，該圓形的面分布可以轉(zhuǎn)換為圓形的角分布，因此，宏觀上收集透鏡31出射的激光光束呈圓形光錐狀。激光光源陣列11出射激光光束的圓形光斑的直徑為D，收集透鏡31的焦距為L(zhǎng)，則該圓形光錐的光錐角a Sarctan (D/2L)。在本實(shí)施例中，該激光光束的光錐角與受激光的光錐角Θ的差值的絕對(duì)值不大于10度?？赏ㄟ^(guò)控制激光光源陣列11的尺寸和收集透鏡31的焦距來(lái)控制該激光光束的光錐角α。準(zhǔn)直透鏡32用于將該呈圓形光錐的光束準(zhǔn)直為一沿垂直于該受激光的光軸的截面上的光斑呈圓形的準(zhǔn)直光束。
[0051]波長(zhǎng)合光器件5用于將第一收集裝置205出射的黃色受激光和第二收集裝置3出射的藍(lán)色激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束白光出射。第三收集透鏡7將該白光收集至第一勻光棒9中進(jìn)行勻光。
[0052]在現(xiàn)有技術(shù)中，為使受激光和激光光束在第一勻光棒中能夠均勻合光，一般認(rèn)為，受激光和激光光束分別在第一勻光棒的入光口處所形成的光斑的面分布需要匹配；因此在現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光裝置中一般會(huì)在受激光和激光光束進(jìn)入第一勻光棒之前先分別用整形裝置對(duì)該兩束光進(jìn)行整形，以使得該兩束光在第一勻光棒的入口處具有相同形狀的光斑。但在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的研究中，由于第一勻光棒是通過(guò)對(duì)入射于其中的光束的多次反射來(lái)使得光束在第一勻光棒的出光口處獲得均勻光斑；本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于受激光呈朗伯分布，激光光束呈高斯分布，該兩者的角分布不一樣，在第一勻光棒的入光口處時(shí)即使光斑形狀一致，在勻光棒內(nèi)該勻光棒對(duì)這兩束光的響應(yīng)不同，同時(shí)，第一勻光棒只能改變光束的面分布而不能改變角分布；因此，該兩束光的合光經(jīng)第一勻光棒勻光后還是不均勻。
[0053]在本實(shí)施例中，用于光路中的受激光在經(jīng)收集透鏡23之前為一圓形光錐(光錐角為Θ )，且角分布均勻；而激光光源陣列11排布成圓形，且激光光源出射的一束激光的發(fā)散角較小，以使得能夠通過(guò)收集透鏡31將該近似均勻的面分布轉(zhuǎn)換成近似均勻的角分布，以形成一圓形光錐(光錐角為α )，那么，這兩束光分別經(jīng)過(guò)收集透鏡23和準(zhǔn)直透鏡32后，該兩束光的角分布均轉(zhuǎn)換為面分布。由于光錐角為α和光錐角Θ的差值的絕對(duì)值不大于10度，即該兩束光的角分布匹配，因此分別經(jīng)過(guò)收集透鏡23和準(zhǔn)直透鏡32后的兩束光在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑的面分布也匹配。同樣道理的，經(jīng)第三收集透鏡7后的該兩束光在第一勻光棒9的入口處具有相互匹配的角分布，因此第一勻光棒9對(duì)該兩束光的響應(yīng)接近一致。由于第一勻光棒9沿垂直于該勻光棒的方向上的各個(gè)截面形狀均一致，因此能夠改變這兩束光的面分布而不改變角分布，使之均等于第一勻光棒9的出光口的形狀，相比【背景技術(shù)】，本實(shí)施例能夠使得激光光束和受激光經(jīng)第一勻光棒9勻光后得到一個(gè)更加均勻的光斑。
[0054]當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，波長(zhǎng)合光器件5的后續(xù)光路上也可以不是收集透鏡和第一勻光棒，也可以是復(fù)眼透鏡或者其他勻光裝置，只要激光光束和受激光在波長(zhǎng)合光器件5上面分布匹配，就能夠提高在波長(zhǎng)合光器件5的后續(xù)光路中的勻光裝置進(jìn)行勻光的效果。
[0055]在實(shí)際運(yùn)用中，第一收集裝置和第二收集裝置分別可以不是透鏡，而是其他光學(xué)元件，只要能夠使得激發(fā)光和受激光在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑面分布匹配即可。
[0056]在以上實(shí)施例中，在激光光源的數(shù)量較多的場(chǎng)合中，激光光源裝置發(fā)出的激光光束沿垂直于其光軸的截面的口徑較大，因此需要第二收集裝置將該激光光束進(jìn)行壓縮，使得其沿垂直于其光軸的截面的口徑變小，這樣才能夠在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑的與受激光在該波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑面分布匹配。然而，在激光光源裝置發(fā)出的激光光束沿垂直于其光軸的截面的口徑較小的場(chǎng)合中，無(wú)需對(duì)該激光光束進(jìn)行壓縮就能夠和受激光分別在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑面分布匹配，這樣第二收集裝置即可省略掉?；蛘?，在激光光源和波長(zhǎng)合光器件之間也可以放置其他裝置，例如勻光裝置，而不是放置第二收集裝置。這樣，激光光束和受激光在波長(zhǎng)合光器件上形成的光斑面分布匹配指的是，該兩個(gè)光斑相互重合的面積占各自的面積的80%以上,且在相重合的光斑面積內(nèi)，每一點(diǎn)分別在該兩個(gè)光斑的歸一化照度的差值不大于各自的10%。
[0057]在本實(shí)施例中，由于各激光光源發(fā)出的激光具有一定的發(fā)散角，為使在后續(xù)光路中能夠更好的控制各激光光束，激光光源裝置I中優(yōu)選還包括由復(fù)數(shù)個(gè)準(zhǔn)直透鏡組成的準(zhǔn)直透鏡陣列(圖未示)，其中每一準(zhǔn)直透鏡對(duì)至少一激光光源發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理。
[0058]由于激光二極管的底座比激光二極管的發(fā)光面要大，因此激光光源陣列11發(fā)出的激光光束在沿垂直于其傳播方向上的截面上一般是形成由相互分離的一個(gè)個(gè)小橢圓形光斑組合成的光斑陣列，而不是具有均勻照度的一個(gè)大光斑。因此，在準(zhǔn)直透鏡陣列出射激光的出射光路上優(yōu)選還設(shè)有復(fù)眼透鏡對(duì)，用于對(duì)激光光源陣列11發(fā)出的激光光束進(jìn)行勻光。優(yōu)選地，在該復(fù)眼透鏡對(duì)中，位于光路上第一個(gè)復(fù)眼透鏡中各透鏡單元的形狀優(yōu)選和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202出射受激光的出射光斑的形狀一致，以對(duì)激光光源裝置I出射的激光光束進(jìn)行整形，以使得激光光束和受激光在第一勻光棒9的入光口處具有相互匹配的角分布以及相互匹配的面分布，進(jìn)而使得該兩束光混合得更加均勻。
[0059]在本實(shí)施例中，若第二收集裝置3的收集透鏡31和準(zhǔn)直透鏡32均為凸透鏡時(shí)，也可以在該兩個(gè)透鏡之間放置第二勻光棒而不是采用復(fù)眼透鏡對(duì)。如圖2D所示，圖2D是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖。第二勻光棒10沿垂直于該勻光棒的方向上的各個(gè)截面形狀均一致，以使得該勻光棒只改變激光光束的面分布而不改變角分布。第二勻光棒10的入光口位于收集透鏡31的焦點(diǎn)附近，以使得激光光束經(jīng)收集透鏡31收集后進(jìn)入該第二勻光棒10中進(jìn)行勻光；出光口位于準(zhǔn)直透鏡32的焦點(diǎn)上，以使得經(jīng)第二勻光棒10的激光光束能夠經(jīng)準(zhǔn)直透鏡32準(zhǔn)直。
[0060]為得激光光束和受激光在第一勻光棒9的入光口處具有相互匹配的角分布以及相互匹配的面分布，該第二勻光棒沿垂直于該勻光棒的方向上的各個(gè)截面形狀優(yōu)選和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202出射受激光的出射光斑的形狀一致。
[0061]優(yōu)選地,第二勻光棒的入光口處還放置有一散光片13,以對(duì)激光光束進(jìn)行散射,使得激光光束在經(jīng)第二勻光棒后在沿垂直于其傳播方向上的截面上能夠是一個(gè)具有相對(duì)均勻照度的大光斑。當(dāng)然，在對(duì)最終激光光束和受激光在第一勻光棒9勻光后的均勻程度要求不是很高的場(chǎng)合中，也可以不采用散光片13。
[0062]如圖3A所示，圖3A是一散光片單位面積內(nèi)入射的準(zhǔn)直光束經(jīng)散光片散射后成形成的光束的光分布。該束準(zhǔn)直光束經(jīng)散光片散射后形成一束近似高斯分布的光束。在該束近似高斯分布的光束中，光強(qiáng)為到峰值光強(qiáng)的Ι/e時(shí)的光束的角度為該散光片的一個(gè)參數(shù)——散射角度σ。在本實(shí)施例中，由于激光光源裝置I出射的激光光束的角分布是分立的，使用較弱的散射能夠使得該激光光束的角分布結(jié)合，又不至于改變其光分布，因此散光片13的散射角度不大于進(jìn)入該第二勻光棒時(shí)的激光光束的光錐角的1/4。
[0063]在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡32也可以采用凹透鏡。準(zhǔn)直透鏡32采用凸透鏡時(shí)，第二光學(xué)元件組3中收集透鏡31和準(zhǔn)直透鏡32之間的距離為這兩個(gè)透鏡的焦距之和。如圖3Β所示，圖3Β是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡32采用凹透鏡，則收集透鏡31和準(zhǔn)直透鏡32之間的距離為這兩個(gè)透鏡的焦距之差，因此能夠使得第二收集裝置3中光路更短。
[0064]在本實(shí)施例中，還可以采用其他方案可以將激光光源陣列11發(fā)出的激光光束在沿垂直于其傳播方向上的截面上形成一個(gè)具有相對(duì)均勻照度的大光斑。請(qǐng)參閱圖4Α和圖4Β，圖4Α是圖2所示實(shí)施例中激光光源裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，圖4Β是圖4Α所示激光光源陣列中導(dǎo)光組件的出光面的示意圖。與圖2所示實(shí)施例中的激光光源裝置不同的是，在本實(shí)施例中，激光光源陣列中還包括導(dǎo)光組件，具體為由復(fù)數(shù)個(gè)方棒組成的方棒陣列41，各方棒和激光二極管一一對(duì)應(yīng)，以對(duì)與其對(duì)應(yīng)的激光二極管所發(fā)光進(jìn)行勻光處理，其中各方棒相互緊密排列，并使得各方棒的出光口組合成圓形?？紤]到方棒的形狀及其入射端尺寸，每一方棒的入射端還可以是收集來(lái)自兩個(gè)或兩個(gè)以上激光二極管的激光光束。
[0065]在本實(shí)施例中，導(dǎo)光組件還可以是與激光光源陣列11中各激光二極管對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)根光波導(dǎo)和固定器件，每一光波導(dǎo)對(duì)至少一激光二極管發(fā)出的激光進(jìn)行勻光處理，該固定器件把各光波導(dǎo)的出口固定排列以將所有光波導(dǎo)的出口組合成圓形。本實(shí)施例中，通過(guò)激光在光波導(dǎo)中的傳播實(shí)現(xiàn)光的均勻化。優(yōu)選地，本實(shí)施例中的光波導(dǎo)的芯層的橫界面的形狀為長(zhǎng)方形或正多邊形(如正方形、正六邊形)，光波導(dǎo)的外保護(hù)層越小越好，以使各光纖實(shí)現(xiàn)無(wú)縫隙拼接為最佳。
[0066]在本實(shí)施例中，導(dǎo)光組件還可以是衍射光學(xué)元件，該衍射光學(xué)元件包括與各激光二極管對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)個(gè)衍射單元，用于對(duì)各激光二極管發(fā)出的激發(fā)光進(jìn)行準(zhǔn)直處理和勻光處理，其中各衍射單元排列成圓形。
[0067]在本實(shí)施例中，以上描述的導(dǎo)光組件中的勻光棒陣列、光波導(dǎo)陣列和衍射光學(xué)兀件等也都能對(duì)光束起到整形作用，因此，在激發(fā)光入射到波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202之前也可以采用這些裝置來(lái)對(duì)激發(fā)光進(jìn)行整形，以使得激發(fā)光在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202上形成的光斑呈預(yù)定形狀。
[0068]實(shí)施例二[0069]請(qǐng)參閱圖5，圖5是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)光裝置500包括激發(fā)光源201和承載波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置202、第一收集裝置203、激光光源裝置1、第二收集裝置3、波長(zhǎng)合光器件5、第三收集透鏡7和第一勻光棒9。
[0070]與以上所示實(shí)施例的區(qū)別在于:在本實(shí)施例中，激光光源裝置I中的激光光源陣列11包括第一激光光源陣列51和第二激光光源陣列52。激光光源裝置I還包括合光裝置53，該第一激光陣列51所發(fā)光經(jīng)該合光裝置53透射形成透射光，該第二激光陣列52所發(fā)光經(jīng)該合光裝置52反射形成反射光，該透射光和反射光平行且不重合，該透射光和反射光相互填充對(duì)方光斑間的間隙以形成一束合光，且該合光在該單線反射模塊53上的出射時(shí)沿垂直于其傳播方向上的截面上的光斑呈圓形。這樣，能夠使得最終所得到的光斑陣列的光斑更加密集，同時(shí)光能量密度也更高。
[0071]在本實(shí)施例中，合光裝置53包括第一區(qū)域陣列53a和第二區(qū)域陣列53b，其中第一區(qū)域陣列53a上均設(shè)有透射單元，第二區(qū)域陣列53a上均設(shè)有反射單元，第一激光光源陣列所發(fā)光投射到該第一區(qū)域陣列53a上并透射形成透射光，第二激光光源陣列所發(fā)光投射到第二區(qū)域陣列53a上被反射形成反射光。
[0072]如圖6A所示，圖6A是圖5所示實(shí)施例中合光裝置53的結(jié)構(gòu)示意圖。合光裝置53的一表面被第一激光光源陣列51的投影區(qū)域?yàn)楹瞎庋b置53的第一區(qū)域陣列53a，設(shè)有透射單元，用于使第一激光光源陣列51所發(fā)光更好的透射過(guò)單向合光裝置53，形成透射光。在合光裝置53的另一表面上，第二激光陣列52的投影區(qū)域53b內(nèi)設(shè)有反射單元，用于反射第二激光陣列52所發(fā)光,形成反射光。如圖6B所不，圖6B是圖5所不實(shí)施例中合光裝置53的側(cè)視圖。區(qū)域53b在合光裝置53的一個(gè)表面上間隔設(shè)置，各區(qū)域53b之間的間隔位置對(duì)應(yīng)的另一表面為區(qū)域53a。
[0073]上述增透單元可以是增透膜、增透片、增透體或是其他可以增加光的透射率的形式均可。上述反射單元可以是反射膜、反射片、反射體或是其他可以增加光的反射率的形式均可。
[0074]在本實(shí)施例中，合光裝置53還可以是濾光片；相對(duì)應(yīng)的，第一激光光源陣列51和第二激光光源陣列52所發(fā)光的波長(zhǎng)不同。具體舉例來(lái)說(shuō)，第一激光光源陣列51用于產(chǎn)生波長(zhǎng)小于450nm的藍(lán)色激光，第二激光光源陣列52用于產(chǎn)生波長(zhǎng)大于450nm的藍(lán)色激光，該兩束藍(lán)色激光通過(guò)濾光片波長(zhǎng)合光，其中該兩束藍(lán)色激光在該濾光片上形成的光斑相互填充對(duì)方光斑間的間隙。由于該兩束藍(lán)色激光是通過(guò)波長(zhǎng)合光，因此該兩束藍(lán)色激光在該濾光片上形成的光斑也可以是相互至少部分重疊，以使得最終所得到的光斑陣列的光斑更加密集，同時(shí)光能量密度也更高。
[0075]如圖7A和圖7B所示，圖7A是圖5所示實(shí)施例中激光光源裝置的又一種結(jié)構(gòu)示意圖，圖7B是圖7A所示激光光源陣列的主視圖。與圖5所示實(shí)施例中的激光光源裝置不同的是，在本實(shí)施例中，激光光源陣列11中的第一激光光源陣列51和第二激光光源陣列52并列設(shè)置且位于同一平面上。合光裝置53位于第二激光光源陣列52的出射光路上，第二激光光源陣列52所發(fā)光進(jìn)入合光裝置53的一側(cè)并經(jīng)該合光裝置53反射形成反射光。第一激光光源陣列51的出射光路上設(shè)有第一反射裝置71，用于反射第一激光光源陣列51所發(fā)光至合光裝置53另一側(cè)。第一激光光源陣列51所發(fā)光經(jīng)該合光裝置53透射形成透射光。該透射光和反射光平行且不重合，并相互填充對(duì)方光斑間的間隙以形成一束合光。如圖7C所示，圖7C是第一激光光源陣列所發(fā)光和第二激光光源陣列所發(fā)光的合光在沿垂直于其傳播方向上的截面上的光斑的示意圖。該合光在該單線反射模塊53上的出射時(shí)沿垂直于其傳播方向上的截面上的光斑呈圓形。
[0076]在本實(shí)施例中，由于第一激光光源陣列51和第二激光光源陣列52可以并列排布在一個(gè)呈長(zhǎng)方形的PCB (Printed Circuit Board,印制電路板)上，因此可以直接替換【背景技術(shù)】中的呈長(zhǎng)方形的激光陣列，并直接在該激光光源陣列的出射光路上放置一反射模塊和一合光裝置即可，對(duì)于替換現(xiàn)有技術(shù)中的激光光源陣列較方便。
[0077]實(shí)施例三
[0078]請(qǐng)參閱圖8，圖8是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光裝置的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)光裝置800包括激發(fā)光源801和承載波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置802、第一收集裝置803、激光光源裝置2、第二收集裝置4、波長(zhǎng)合光器件6和第一勻光棒8。
[0079]本實(shí)施例與以上實(shí)施例的區(qū)別在于:
[0080]在本實(shí)施例中，第一收集裝置803中包括一收集透鏡83，用于對(duì)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置802出射的受激光進(jìn)行收集。該受激光經(jīng)第一收集裝置803后的形狀呈圓形光錐狀，其中該圓形光錐在入射波長(zhǎng)合光器件6上的光錐角為Θ 2。
[0081]第二收集裝置4中包括一收集透鏡41，用于對(duì)激光光源裝置2出射的激光光束進(jìn)行收集。該激光光束經(jīng)第二收集裝置4后的形狀呈圓形光錐，其中該圓形光錐在入射波長(zhǎng)合光器件6上的光錐角為α 2，且光錐角為α 2和光錐角Θ 2的差值的絕對(duì)值不大于10度。
[0082]第一收集裝置803出射的受激光和第二收集裝置4出射的激光光束經(jīng)波長(zhǎng)合光器件6波長(zhǎng)合光后的合光直接進(jìn)入第一勻光棒8進(jìn)行勻光。由于分別經(jīng)該兩個(gè)收集裝置出射的受激光和激光光束在波長(zhǎng)合光器件6上時(shí)的角分布匹配，這樣在第一勻光棒8的入光口處時(shí)角分布也匹配，因此能夠在第一勻光棒8內(nèi)得到均勻的合光。
[0083]相比實(shí)施例一，本實(shí)施例中由于用到的光學(xué)元件更少，因此可以降低成本。但是，在本實(shí)施例中，由于激光光束在經(jīng)收集透鏡41收集后形成的圓形光錐在進(jìn)入第一勻光棒8前各個(gè)垂直于光軸的截面上的光斑面積較大，而波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置802上的受激光的出射光斑面積較小，因此無(wú)法直接在激光光束經(jīng)收集透鏡41后的出射光路上放置一個(gè)入光口和出光口的形狀和受激光的出射光斑形狀一致的勻光棒來(lái)對(duì)該激光光束進(jìn)行整形。
[0084]當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，波長(zhǎng)合光器件6的后續(xù)光路上也可以不是第一勻光棒，而是復(fù)眼透鏡對(duì)。優(yōu)選地，復(fù)眼透鏡對(duì)和波長(zhǎng)合光器件6之間還設(shè)有準(zhǔn)直裝置，用于地經(jīng)波長(zhǎng)合光器件6出射的合光進(jìn)行準(zhǔn)直，以提高復(fù)眼透鏡對(duì)對(duì)該合光的勻光效果。容易理解的是，這樣，入射至該波長(zhǎng)合光器件6上的兩個(gè)圓形光錐也可以不是逐漸匯聚的光錐，而是逐漸發(fā)散的光錐。
[0085]上述各實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置不限定為一固定裝置，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置還可以相對(duì)于激發(fā)光呈運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng))狀態(tài)，以便通過(guò)輪換照射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料來(lái)進(jìn)一步達(dá)到保護(hù)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的目的。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置還可以進(jìn)一步包括至少兩個(gè)具有不同波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的分區(qū)，在這種情況下，輪換照射還可以達(dá)到變換光源出射的受激發(fā)光顏色的目的。
[0086]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
[0087]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種投影系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可以具有上述各實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)與功能。該投影系統(tǒng)可以采用各種投影技術(shù)，例如液晶顯示器(LCD，LiquidCrystal Display)投影技術(shù)、數(shù)碼光路處理器(DLP,Digital Light Processor)投影技術(shù)。此外，上述發(fā)光裝置也可以應(yīng)用于照明系統(tǒng)，例如舞臺(tái)燈照明。
[0088]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)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(yùn)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(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括: 激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光； 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，用于吸收所述激發(fā)光并產(chǎn)生第一顏色的受激光； 第一收集裝置，用于對(duì)所述受激光進(jìn)行收集； 激光光源裝置，包括激光光源陣列，該激光光源裝置用于出射與所述受激光不同顏色的激光光束，且該激光光束從該激光光源裝置出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形； 波長(zhǎng)合光器件，用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和來(lái)自所述激光光源裝置的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射；其中該兩束光分別在波長(zhǎng)合光器件上的形成的光斑面分布匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置還包括第二收集裝置，用于對(duì)來(lái)自所述激光光源裝置的激光光束進(jìn)行收集和準(zhǔn)直； 所述受激光和所述激光光束分別經(jīng)第一收集裝置和第二收集裝置后均呈沿垂直于各自光軸的截面呈圓形的準(zhǔn)直光束，其中該兩個(gè)圓形光束分別沿垂直于各自傳播方向的截面上的光斑的面分布匹配； 波長(zhǎng)合光器件用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和第二收集裝置出射的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其特征在于， 第一收集裝置包括至少一收集透鏡； 第二收集裝置包括至少一收集透鏡和一準(zhǔn)直透鏡。
4.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括: 激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光； 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置，包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，用于吸收所述激發(fā)光并產(chǎn)生第一顏色的受激光； 第一收集裝置，用于對(duì)所述受激光進(jìn)行收集； 激光光源裝置，包括激光光源陣列，該激光光源裝置用于出射與所述受激光不同顏色的激光光束，且該激光光束從該激光光源裝置出射時(shí)沿垂直于其光軸的截面呈圓形；第二收集裝置，包括至少一收集透鏡，用于對(duì)所述激光光束進(jìn)行收集； 波長(zhǎng)合光器件，用于將經(jīng)第一收集裝置出射的受激光和第二收集裝置出射的激光光束以波長(zhǎng)合光的方式合為一束合光出射，其中所述受激光和所述激光光束在入射該波長(zhǎng)合光器件時(shí)均呈圓形光錐，且該兩個(gè)圓形光錐的光錐角的差值的絕對(duì)值不大于10度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述激光光源陣列包括第一激光光源陣列和第二激光光源陣列，所述激光光源裝置還包括合光裝置，該第一激光陣列所發(fā)光經(jīng)該合光裝置透射形成透射光，該第二激光陣列所發(fā)光經(jīng)該合光裝置反射形成反射光，該透射光和反射光平行且不重合，該透射光和反射光相互填充對(duì)方光斑間的間隙以形成一束合光，且該合光在該合光裝置上的出射光斑呈圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述合光裝置上包括第一區(qū)域陣列和第二區(qū)域陣列，其中第一區(qū)域陣列上均設(shè)有透射單元，第二區(qū)域陣列上均設(shè)有反射單元，第一激光光源陣列所發(fā)光投射到該第一區(qū)域陣列上并透射形成透射光，第二激光光源陣列所發(fā)光投射到第二區(qū)域陣列上被反射形成反射光。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于，第一激光光源陣列所發(fā)光與第二激光光源陣列所發(fā)光的波長(zhǎng)不同，所述合光裝置包括濾光片，用于對(duì)該兩個(gè)激光光源陣列所發(fā)光進(jìn)行波長(zhǎng)合光。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光裝置,其特征在于,第一激光光源陣列和第二激光光源陣列并列設(shè)置且位于同一平面上； 所述激光光源裝置還包括第一反射裝置，用于將第一激光光源陣列和第二激光光源陣列中的其中一個(gè)激光光源陣列的出射光反射至所述合光裝置的一側(cè)上，另一激光光源陣列的出射光從所述合光裝置的另一側(cè)入射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述激光光源陣列的排布呈圓形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述激光光源裝置還包括復(fù)數(shù)個(gè)準(zhǔn)直透鏡組成的準(zhǔn)直透鏡陣列，每一準(zhǔn)直透鏡對(duì)至少一所述激光光源發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡陣列出射激光光束的出射光路上還設(shè)置有復(fù)眼透鏡對(duì)，該復(fù)眼透鏡對(duì)中位于光路上的第一個(gè)復(fù)眼透鏡中各透鏡單元的形狀和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置出射受激光的出射光斑的形狀一致，用于對(duì)該激光光束進(jìn)行勻光和整形；或者， 所述激光光源裝置的出射光路上依次設(shè)有呈凸透鏡的收集透鏡和準(zhǔn)直透鏡，且該兩個(gè)透鏡之間還設(shè)置有第二勻光棒，該第二勻光棒的出光口和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置出射受激光的出射光斑的形狀一致。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述激光光源裝置的出射光路上依次設(shè)有呈凸透鏡的收集透鏡和準(zhǔn)直透鏡，且該兩個(gè)透鏡之間還設(shè)置有第二勻光棒，該第二勻光棒的出光口和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置出射受激光的出射光斑的形狀一致； 所述發(fā)光裝置還包括散光片 ，設(shè)置于所述第二勻光棒的入射端，其中該散光片的散射角度不大于進(jìn)入該勻光棒時(shí)的激光光束的光錐角的1/4。
13.一種投影系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置。
【文檔編號(hào)】G03B21/20GK103913937SQ201310226358
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月1日
【發(fā)明者】胡飛, 侯海雄 申請(qǐng)人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司