CN102434842B - 可提供变色光的光源及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可提供变色光的光源及其方法，所述光源包括发光源(2)；运动面上包括具有不同特性的若干区域的运动装置(1)，这些区域随运动依序迎向来自发光源的光束(41)，先后产生不同波长的光来构成第二光束(42)；尤其是，在所述光源中设置第二发光源(3)，引导来自该第二发光源的光束(43)与所述第二光束(42)汇聚成所述光源的输出光束；采用发光源控制单元来分别控制所述发光源(2)与第二发光源(3)的点亮时段，可以使光源输出光束具有预定的颜色或颜色变化。采用本发明，能够得到具有预定颜色或颜色变化的光源输出光束，且具有构造巧妙，控制处理简单，易于实现的优点。
Description
技术领域
本发明为申请号为200810067549.7、申请日为2008年5月30日、发明名称为“可提供变色光的光源及其方法”的专利申请的分案申请。本发明涉及发光/照明装置及其系统，尤其涉及其通过光束分解或组合来产生变化照明效果的光源结构及方法。
背景技术
在图像投影领域，例如(但不限于)涉及背投电视(RPTV)或前投影仪，光源应用技术已经越来越成熟。现有技术在为该领域提供可变色光源的同时，不断对所述光源进行性能、结构或成本优化。
鉴于固态光源，例如半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有使用寿命长、功耗低、波长可调等优点，随着各种新型高功率高亮度LED的不断涌现，LED光源在上述领域中得到越来越多的应用。
传统为图像投影领域提供可连续变色的光源可以采用的光源方案是：将白光光源(例如UHP光源)与色轮相结合，利用色轮的运动，以透射或反射方式来改变白光的输出颜色。
考虑到光源的控制及成本，近年来还出现采用荧光转换方案的光源。该类光源包括一个激发光源(例如但不限于LED/LED阵列)，多种波长转换物质(例如采用不同颜色荧光粉)分别在激发光的激励下，发出不同颜色的光子。为了使光输出颜色实现连续可调，本公司已经就该类光源的改进方案提出过中国专利申请。在该专利申请中，还在光源中使用运动装置(例如转盘)来分区域承载所述多种荧光粉，通过所述转盘的运动，选择不同荧光粉来产生受激发光，从而得到可连续变色的单色光或混合光输出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种光源及其方法，能以简单的处理方式来实时地提供变色光。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种可提供变色光的方法，用于光源，包括步骤：
设置光源，引导来自发光源(2)的光束(41)射往一运动装置(1)；
划分所述运动装置的运动面，设置成具有不同特性的若干区域；该运动面的运动使得这些区域依序迎向所述来自发光源的光束，从而先后产生不同波长的光来构成第二光束(42)；
其特征在于，还包括步骤：
在所述光源中设置第二发光源(3)，引导来自该第二发光源的光束(43)与所述第二光束(42)汇聚成所述光源的输出光束；
在所述光源中，采用分光滤光片(5)，利用该分光滤光片透射率随入射光波长不同而不同的特性来引导所述来自第二发光源的光束(43)及所述第二光束(42)，或还引导所述来自发光源的光束(41)；
所述来自第二发光源的光束(43)及所述第二光束(42)分别射往所述分光滤光片(5)的不同侧面，其中之一可透射所述分光滤光片(5)，而另一则被该分光滤光片(5)所反射，从而共同汇聚成所述光源的输出光束；
分别控制所述发光源(2)与所述第二发光源(3)的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种可提供变色光的光源，包括发光源；运动装置上包括具有不同特性的若干区域的运动面，该运动面的运动使得这些区域依序迎向来自发光源的光束，从而先后产生不同波长的光来构成第二光束；其特征在于：
还包括第二发光源以及分光滤光片，所述第二光束及来自该第二发光源的光束分别射往所述分光滤光片的不同侧面，分别通过反射或透射而汇聚成所述光源的输出光束；
还包括发光源控制单元，分别控制所述发光源与所述第二发光源的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
采用上述各技术方案，能够得到具有预定颜色或颜色变化的光源输出光束；并且在实现变色光提供的同时，具有构造巧妙，控制处理简单，易于实现的优点。
附图说明
图1是本发明装置的光路实施例之一示意图；
图2是本发明装置的光路实施例之二示意图；
图3是本发明转动盘实施例示意例图；
图4是本发明运动装置实施之二示意图；
图5是本发明运动装置实施之三示意图；
其中，各附图标记为：1、1’——运动面/盘面，2——发光源，3——第二发光源，41——来自发光源的光束，42——第二光束，43——来自第二发光源的光束，5——分光滤光片。
具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
现有光源提供变色光的方法包括下列步骤：
设置光源，引导来自发光源的光束射往一运动装置：该光束可以是直射运动装置，或通过一个反射装置(例如反射镜或分光滤光片)的反射或光纤引导而射往运动装置；
划分所述运动装置的运动面，设置成具有不同特性的若干区域；该运动面的运动使得这些区域依序迎向所述来自发光源的光束，从而先后产生不同波长的光来构成第二光束：例如色轮，通过不同区域而透射出波长不同的光；
本发明方法在此基础上还包括步骤：
在所述光源中设置第二发光源，引导来自该第二发光源的光束与所述第二光束汇聚成所述光源的输出光束：该第二发光源一般选择具有与所述发光源不同的发光波长；该第二发光源的光束与所述第二光束例如但不限于通过光纤引导并使用合色棱镜来汇聚成一束光束，本发明中还可以采用其它更为简化的引导和汇聚方式；
分别控制所述发光源与所述第二发光源的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
为了进一步说明本发明方法，先对本发明实现该方法的最佳光源装置实施例作一简单说明：如图1所示，本发明光源包括发光源2；盘面1上包括具有不同特性的若干区域(例如但不限于区域a、b、c、d)的转动盘，该转动盘的运动使得这些区域依序迎向所述来自发光源2的光束41，从而先后产生不同波长的光来构成第二光束42。本发明光源还包括第二发光源3以及分光滤光片5，所述第二光束42及来自该第二发光源的光束41分别射往所述分光滤光片5的不同侧面，分别通过反射或透射而汇聚成所述光源的输出光束。另外，该图中未加以标示的是，本发明光源还包括发光源控制单元，分别控制所述发光源2与所述第二发光源3的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
在本发明中根据光源的结构设计，可以用如图4所示的转动滚筒，或如图5所示的移动盘来替换上述转动盘。为叙述方便，本发明中将统称之为运动装置或运动装置的运动面。
在图1中，所述来自发光源2的光束41通过分光滤光片5的反射而被引导向运动装置1；该运动装置以反射(例如通过反射镜等)的方式将所述第二光束42引导向所述分光滤光片5。而在图2的本发明又一装置实施例中，可以设计成将所述来自发光源2的光束41直射运动装置1’，并通过透射方式来提供所述第二光束42。在上述各实施例中，可以根据所选择分光滤光片5的透射率(随入射光波长不同而不同)的不同特性来设计光路：例如图1中，该分光滤光片5对所述第二光束42的透射率接近于1而可透射该第二光束42，同时却对所述来自第二发光源的光束43及来自发光源的光束41透射率接近于0而反射该光束43和光束41；这样使所述来自第二发光源的光束43及所述第二光束42分别射往该分光滤光片5的不同侧面，从而分别通过透射或反射来汇聚成所述光源的输出光束。而在图2中，则选择使用了可透射所述来自第二发光源的光束43及反射所述第二光束42的分光滤光片5。
本发明图1或图2实施例中的运动装置1的各区域a～d可以是具有不同的透光特性，针对(但不限于)所述发光源为白光源，从而通过反射或透射来由白光中选择产生预定波长的光，形成所述第二光束42。传统的色轮是该运动装置1的典型例子。
本发明图1或图2实施例中的运动装置1的各区域a～d还可以是具有不同的光波长转换特性；各所述区域通过承载或不承载光波长转换材料，或通过承载不同的光波长转换材料来实现该不同特性。各所述光波长转换材料通过吸收所述来自发光源的光束41来产生与该发光源光束波长不同的光；当存在有不承载光波长转换材料的区域时，至少还有一个区域能产生波长不同的光。这些光以透射或被反射的方式通过对应区域而形成所述第二光束42。所述光波长转换材料包括荧光粉、染料或量子点。
本发明方法对所述发光源与所述第二发光源的点亮控制，可以极好地避免产生轮辐光斑。以图1为例，假设其盘面的区域分布如图3所示，标示为R、G、B的分别代表涂覆有受激产生红、绿、蓝光的荧光粉区域；所述第二发光源3发蓝光。设控制使各所述区域间的交界线落入所述来自发光源的光束41照射范围内时，关断所述发光源2同时打开所述第二发光源3，则当运动装置的盘面分别转到绿色与蓝色的边界、蓝色与红色的边界、红色与蓝色的边界或蓝色与绿色的边界进入光束41照射范围内时，光源装置的输出光束中将仅包含来自所述第二发光源3的蓝光。若还控制所述发光源2，使各所述区域唯有单一区域落入所述来自发光源的光束41可照射范围内时，方才打开该发光源2并关断所述第二发光源3，则当运动装置的盘面分别转到仅有绿、蓝、红或蓝区域在光束41可照射范围内时，光源装置的输出光束中将仅分别包含来自荧光粉激发的绿、蓝、红或蓝光。
通过控制所述第二发光源2与所述发光源3，还可以将该图3中的区域改设置成：使所述蓝光区域不包括任何荧光粉，这样当运动装置的盘面分别转到使该“蓝”区域进入所述照射范围内时，控制改使所述第二发光源2打开而所述发光源3关断，同样能提供与上述实施例一致的光源装置的输出光束。在对第二发光源2与发光源3采用与本实施例中相同或接近的控制方式下，还可以将该图3中的区域再改设置成：仅包括以图示虚线为界的两个区域，分别承载绿、红荧光粉，也能使光源装置得到同样的输出光束。
此外，还可以控制在打开所述发光源2的同时打开所述第二发光源3，以获得两种颜色光的混合光即时输出。
在图像投影领域中更具体的实施例可以以图1为例，假设所述发光源2采用蓝光LED或UVLED，运动装置1上至少有两个区域来分别承载不同的光波长转换材料而受激产生红光和绿光；所述第二发光源3采用蓝光LED，则光源装置利用本发明方法可以提供无轮辐光斑的三基色光。
或者，为提高荧光转换的效率，所述发光源2可以采用UVLED，至少运动装置1上有两个区域来分别承载不同的光波长转换材料而受激产生蓝光和绿光；所述第二发光源采用红光LED，可以解决现有技术条件下红光荧光粉转换效率低的问题。该光源装置还可以等同替换为：所述发光源2采用蓝光LED，运动装置中有二个区域，一个涂有绿色荧光粉，而另一个不涂任何荧光粉以让蓝光直接透过；所述第二发光源采用红光LED。若在本光源装置中进一步提供一个包括有黄光荧光粉的区域，则光源装置甚至可以提供红黄蓝绿四基色。
为便于准确控制输出光束的颜色，所述光源还可以包括一定位装置，依据所述运动装置的运动产生一赖以反馈该运动装置的位置的定位信号，提供给所述发光源控制单元以实现对各所述区域的准确定位。该定位装置可以但不限于是转动盘边缘的一个突起，在所述运动装置外设置一个对准预定位置的光检测器或机电检触装置，当该转动盘的运动带动所述突起到达该预定位置时，产生一个触发脉冲，用作为所述定位信号，提示特定区域的开始。该定位装置还可以但不限于如图4所示，为转动滚筒上设置的一反射条或吸收条，用来反射或吸收一光电发射及接收装置中所采用的光线，以便该反射条或吸收条随转动滚筒运动时，将接通或阻断接收装置的光路来产生相应的脉冲信号提示特定区域的开始。甚至，当所述运动装置在伺服装置的作用下产生运动时，所述伺服装置有可能输出一个角度或位置相关的信号，该信号可以被用作为所述定位装置的定位信号。
根据所述定位信号，本发明光源通过控制所述发光源2或所述第二发光源3仅在一预定的时间段(例如只是对应一预定所述区域)内点亮，则可以得到一间歇的单色光或混合光输出。以之为基础，可以根据预定的光输出颜色或颜色变化来设计较为复杂的点亮控制模式。因这些均在本发明构思及方法的覆盖范围内，不再穷举。
本发明经实验验证，完全可以消除轮辐光斑，且不会损失光源的亮度，更给产生多种变色光提供方便。
Claims (16)
1.一种可提供变色光的光源，其特征在于，包括发光源（2）、第二发光源（3）与运动装置（1），发光源（2）发出蓝光，第二发光源（3）发出红光；运动装置（1）上包括具有不同特性的至少两个区域的运动面，该运动面的运动使得该至少两个区域依序迎向来自发光源的光束（41）；所述至少两个区域中，第一区域具有绿色光波长转换材料，该绿色光波长转换材料通过吸收所述来自发光源的光束来产生与发光源光束波长不同的绿光，并以反射的方式来提供第二光束（42），第二区域无光波长转换材料以让蓝光直接透过；且所述至少两个区域中，无红色光波长转换材料区域；
所述光源还包括分光滤光片（5），所述第二光束（42）及来自该第二发光源的光束分别射往所述分光滤光片（5）的不同侧面，分别通过反射或透射而汇聚成一束光束；
所述光源还包括发光源控制单元，分别控制所述发光源（2）与所述第二发光源（3）的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
2.根据权利要求1所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源控制单元控制使运动装置的至少一个相邻区域间的交界线落入所述来自发光源的光束（41）照射范围内时，关断所述发光源（2）同时打开所述第二发光源（3）。
3.根据权利要求2所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源控制单元还控制使运动装置唯有非轮辐区落入所述来自发光源的光束（41）可照射范围内时，才打开该发光源（2）并关断所述第二发光源（3）。
4.根据权利要求3所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源控制单元还控制在打开所述发光源（2）的同时打开所述第二发光源（3），以获得两种颜色光的混合光输出。
5.根据权利要求1所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述光源还包括定位装置，依据所述运动装置的运动产生一赖以反馈该运动装置的位置的定位信号，提供给所述发光源控制单元以实现对各所述区域的准确定位。
6.根据权利要求1所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述光源还包括反射镜，所述来自发光源的光束（41）通过该反射镜的反射而射往运动装置（1）。
7.根据权利要求1所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述至少两个区域中，有一个具有黄色光波长转换材料的区域。
8.一种可提供变色光的光源，其特征在于，包括发光源（2）与运动装置（1）；运动装置（1）上包括具有不同特性的至少两个区域的运动面，该运动面的运动使得该至少两个区域依序迎向来自发光源的光束（41）；各所述区域承载或不承载光波长转换材料，或承载不同的光波长转换材料，从而具有不同的光波长转换特性；各所述光波长转换材料通过吸收所述来自发光源的光束（41）来产生与该发光源光束波长不同的光，以反射的方式来提供第二光束（42）；
所述光源还包括第二发光源（3）以及分光滤光片（5），所述第二光束（42）及来自该第二发光源的光束分别射往所述分光滤光片（5）的不同侧面，分别通过反射或透射而汇聚成一束光束；
所述光源还包括发光源控制单元，分别控制所述发光源（2）与所述第二发光源（3）的点亮时段，使所述光源的输出光束具有预定颜色或预定的颜色变化。
9.根据权利要求8所述的可提供变色光的光源，其特征在于：发光源（2）发出UV光；第二发光源（3）发出红光，运动装置（1）至少有两个区域来分别承载不同的光波长转换材料而受激产生蓝光和绿光。
10.根据权利要求8所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源（2）发出蓝光或UV光，第二发光源（3）发出蓝光，运动装置（1）至少有两个区域分别承载不同的光波长转换材料而受激产生红光与绿光，还至少有一个介于该两个区域之间的与该两个区域相邻的不包括光波长转换材料的蓝区域，在该蓝区域进入来自发光源的光束（41）的可照射范围时，所述发光源控制单元控制使第二发光源打开而所述发光源关断。
11.根据权利要求8所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述至少两个区域中，有一个具有黄色光波长转换材料的区域。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源控制单元控制使运动装置的至少一个相邻区域间的交界线落入所述来自发光源的光束（41）照射范围内时，关断所述发光源（2）同时打开所述第二发光源（3）。
13.根据权利要求12所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述发光源控制单元还控制使运动装置唯有非轮辐区落入所述来自发光源的光束（41）可照射范围内时，才打开该发光源（2）并关断所述第二发光源（3）。
14.根据权利要求13所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述运动面分为两个区域；所述发光源控制单元还控制在打开所述发光源（2）的同时打开所述第二发光源（3），以获得两种颜色光的混合光输出。
15.根据权利要求8所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述光源还包括定位装置，依据所述运动装置的运动产生一赖以反馈该运动装置的位置的定位信号，提供给所述发光源控制单元以实现对各所述区域的准确定位。
16.根据权利要求8所述的可提供变色光的光源，其特征在于：所述光源还包括反射镜，所述来自发光源的光束（41）通过该反射镜的反射而射往运动装置（1）。
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