CN102645714A - 光源系统及其色轮组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光源系统及其色轮组件。该光源系统包括激发光光源、色轮以及吸收型滤光片。激发光光源用于产生一激发光。色轮上设置有第一波长转换材料，该第一波长转换材料将激发光转换成受激光。吸收型滤光片用于以吸收方式对部分受激光进行过滤。通过上述方式，本发明的光源系统及其色轮组件利用吸收型滤光片对色轮产生的部分受激光进行过滤，降低了由于受激光的入射角度变化而产生的滤光谱线漂移，提高了经滤光片过滤后的受激光的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及光源技术领域，特别是涉及一种光源系统及其色轮组件。
背景技术
目前，投影装置广泛应用于电影播放、会议以及宣传等各种应用场合。在现有技术的投影装置的光源系统中通常利用激发光光源产生的激发光来激发荧光色轮，进而产生单色受激光序列。然而，由于荧光色轮受激产生的受激光的光谱范围往往较宽，例如现有的某种橙红色荧光粉产生的受激光的光谱的半高全宽(Full Width at Half Maximum，FWHM)为70nm，导致受激光的颜色饱和度不高，显示效果不佳。为了获得更好的颜色饱和度，一般通过在荧光色轮的下游光路设置滤光片来对荧光色轮产生的受激光进行过滤。
在现有技术的投影装置的光源系统中使用的滤光片一般为干涉型滤光片，使得部分光谱范围的光线经滤光片透射，而其他光谱范围的光线被滤光片反射，进而使得透射的光线具有较好的颜色饱和度。干涉型滤光片原理是在透明衬底上交替地镀设不同折射率的膜层，利用光线在上述膜层之间的干涉效应来对不同光谱范围的光线产生不同的透射或反射效果。干涉滤光片具有工艺成熟、成本低、热稳定性好的优点，即使长期工作于300度的高温下其性能也基本不会发生改变。而且干涉滤光片对于某一个入射光角度的过滤曲线可以经过设计后加工得很陡峭，这对于光的过滤性能来说往往是有利的。同时，荧光色轮一般为全角度发光，其后端的光收集系统的光收集角度范围越大，则收集效率越高。一般来说该光收集角度范围至少为0～60度。然而，干涉型滤光片的滤光谱线会随着光线的入射角度变化而变化。例如，如图1所示，当光线的入射角度从0度、30度、60度逐渐变大时，其滤光谱线随着入射角度的增大而逐渐向短波长方向漂移，导致0～60度范围内的综合滤光谱线的陡度变缓，进而导致其在反射掉不需要的光谱范围的光线的同时，必须反射掉一部分需要的光谱范围的光线，从而导致经干涉型滤光片过滤后的受激光的亮度偏低。进一步，在使用干涉型滤光片的其他类型的光源系统中同样存在类似的问题。
因此，需要提供一种光源系统及色轮组件，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种光源系统及其色轮组件，以提高经滤光片过滤后的受激光的亮度。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光源系统，包括激发光光源、色轮以及吸收型滤光片。激发光光源用于产生一激发光。色轮上设置有第一波长转换材料，第一波长转换材料将激发光转换成受激光。吸收型滤光片用于以吸收方式对部分受激光进行过滤。
其中，光源系统进一步包括驱动装置，吸收型滤光片与色轮相对固定，并由驱动装置同步驱动。
其中，在吸收型滤光片与色轮之间设置空气间隙。
其中，吸收型滤光片与色轮之间支撑有固定粒径的颗粒，以在吸收型滤光片与色轮之间形成空气间隙。
其中，光源系统进一步包括干涉型滤光片，干涉型滤光片设置于色轮与吸收型滤光片之间，干涉型滤光片以反射方式对部分受激光进行一次过滤，吸收型滤光片以吸收方式对经干涉型滤光片过滤后的部分受激光进行二次过滤。
其中，干涉型滤光片贴附在吸收型滤光片的靠近色轮的表面上。
其中，在干涉型滤光片与色轮之间设置空气间隙。
其中，空气间隙的宽度为大于等于10μm且小于等于2mm。
其中，空气间隙的宽度为大于等于100μm且小于等于300μm。
其中，干涉型滤光片与色轮之间支撑有固定粒径的颗粒，以在干涉型滤光片与色轮之间形成空气间隙。
其中，吸收型滤光片设置有第二波长转换材料，第二波长转换材料对受激光中的第一光谱范围的光线进行透射，并对受激光中的第二光谱范围的光线进行吸收且转换成第一光谱范围的光线。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种色轮组件，包括色轮和吸收型滤光片。色轮上设置有第一波长转换材料，第一波长转换材料将激发光转换成受激光。吸收型滤光片与色轮相对固定，并由一驱动装置同步驱动，吸收型滤光片用于以吸收方式对部分受激光进行过滤。
其中，在吸收型滤光片与色轮之间设置空气间隙。
其中，色轮组件进一步包括干涉型滤光片，干涉型滤光片设置于色轮与吸收型滤光片之间，干涉型滤光片以反射方式对部分受激光进行一次过滤，吸收型滤光片以吸收方式对经干涉型滤光片过滤后的部分受激光进行二次过滤。
其中，干涉型滤光片贴附在吸收型滤光片的靠近色轮的表面上，且在干涉型滤光片与色轮之间设置空气间隙。
其中，空气间隙的宽度为大于等于10μm且小于等于2mm。
其中，空气间隙的宽度为大于等于100μm且小于等于300μm。
其中，吸收型滤光片设置有第二波长转换材料，第二波长转换材料对受激光中的第一光谱范围的光线进行透射，并对受激光中的第二光谱范围的光线进行吸收且转换成第一光谱范围的光线。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的光源系统及其色轮组件利用吸收型滤光片对色轮产生的部分受激光进行过滤，降低了由于受激光的入射角度变化而产生的滤光谱线漂移，提高了经滤光片过滤后的受激光的亮度。
附图说明
图1是现有技术光源系统中的干涉型滤光片的滤光谱线的示意图；
图2是本发明光源系统的第一实施例的结构示意图；
图3是图1所示的光源系统中的吸收型滤光片的滤光谱线的示意图；
图4是本发明光源系统的第二实施例的结构示意图；
图5是本发明光源系统的第三实施例的结构示意图；
图6是本发明光源系统的第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
请参见图2，图2是本发明光源系统的第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的光源系统10主要包括激发光光源11、色轮12、吸收型滤光片13、驱动装置14以及光收集装置15。
激发光光源11产生一激发光，激发光光源11优选是半导体激光器或发光二极管等固态光源，而激发光可以是紫外光、蓝光或者是其他任意适当光谱范围的光线。
色轮12上设置有第一波长转换材料，例如荧光材料或纳米材料。该第一波长转换材料可以将入射到其上的激发光转换成受激光。波长转换材料的具体材料及其波长转换机制为本领域公知常识，在此不再赘述。
吸收型滤光片13设置于色轮12的下游光路，并以吸收方式对色轮12产生的部分受激光进行过滤。在本实施例中，吸收型滤光片13与色轮12相对固定，并由驱动装置14同步驱动。进一步，在本实施例中，吸收型滤光片13与色轮12呈圆盘状结构，并彼此贴合固定，而驱动装置14为转动马达，进而驱动吸收型滤光片13与色轮12绕其转轴转动。然而，在其他实施例中，吸收型滤光片13与色轮12可以设计成筒状或带状，并在适当的驱动装置14驱动下进行同步的转动或同步的线性运动。当然，本领域技术人员也可以想到将吸收型滤光片13与色轮12分离设置，并由不同的驱动装置进行独立驱动，或将其中的一者或二者静止设置。光收集装置15则收集经吸收型滤光片13过滤的受激光，以进行后续处理。光收集装置15可以是透镜或其他任何适当的光学元件。
在本实施例中，吸收型滤光片13通过透明衬底(例如，玻璃、有机玻璃)中掺杂吸收材料的方式实现。其中，吸收材料可以包含某种金属元素，该金属元素可以作为吸收中心对特定光谱范围的光线进行吸收，而对其他光谱范围的光线进行透射。此时，假设吸收材料在透明衬底内的分布是均匀的，则吸收型滤光片13的入射光的光强度I0和出射光的光强度I1满足以下公式：
I1＝I0×e-ad＝I0×e-aL/cosθ
其中，a为吸收材料的吸收系数，d为光线在透明衬底中的传输距离，L为透明衬底的厚度，而θ为光线在透明衬底上的入射角度。如图3所示，虽然吸收型滤光片13的吸收率(滤光谱线)与光线的入射角度有关，但其随入射角度的漂移并不明显，因此比干涉型滤光片的滤光谱线的陡度更高，进而提高了经吸收型滤光片13过滤后的受激光的亮度。在本实施例中，吸收型滤光片13的滤光谱线的上升沿宽度优选设置为大于等于10nm且小于等于20mm。
如下表所示，以红色荧光粉为例，为了在滤光后获得色坐标为(0.669，0.33)的光线，干涉型滤光片与吸收型滤光片需要满足如下参数：
| 上升沿宽度 | 相对亮度 | |
| 干涉型滤光片 | 80nm | 0.695 |
| 吸收型滤光片 | 20nm | 0.792 |
由此可见，吸收型滤光片13应用于光源系统中的效果明显优于干涉型滤光片。
在其他实施例中，也可以利用波长转换材料的对特定光谱范围的光线的吸收特性来形成吸收型滤光片13。此时，吸收型滤光片13设置有第二波长转换材料(例如，荧光材料或纳米材料)，第二波长转换材料对受激光中的第一光谱范围的光线进行透射，并对受激光中的第二光谱范围的光线进行吸收且转换成第一光谱范围的光线，进而形成可利用光线，能够对吸收型滤光片13透射的可利用光线起到一定的增强作用。该透明衬底可以是玻璃、有机玻璃、环氧树脂或硅胶等。
请参见图4，图4是本发明光源系统的第二实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例的光源系统20主要包括激发光光源21、色轮22、吸收型滤光片23、驱动装置24以及光收集装置25。本实施例与图1所示的第一实施例的区别之处在于，本实施例的光源系统20进一步包括一干涉型滤光片27。在本实施例中，干涉型滤光片27设置于色轮22与吸收型滤光片23之间，并具体贴附在吸收型滤光片23的靠近色轮22的表面上。进一步，干涉型滤光片27与吸收型滤光片23共同固定于色轮22上，进而由驱动装置24同步驱动。干涉型滤光片27能够以反射方式对色轮22产生的部分受激光进行一次过滤，使得部分光谱范围的光线被反射掉，而其余光谱范围的光线透射到吸收型滤光片23上。吸收型滤光片23以吸收方式对经干涉型滤光片27过滤后的部分受激光进行二次过滤。通过上述方式，可以降低吸收型滤光片23需要吸收的能量，从而减少了吸收型滤光片23的发热量，降低了吸收型滤光片23因温度过高而损坏的风险。
请参见图5，图5是本发明光源系统的第三实施例的结构示意图。如图5所示，本实施例的光源系统30主要包括激发光光源31、色轮32、吸收型滤光片33、驱动装置34以及光收集装置35。本实施例与图1所示的第一实施例的区别之处在于，吸收型滤光片33与色轮32之间设置一空气间隙。具体来说，在本实施例的吸收型滤光片33与色轮32之间支撑有固定粒径的颗粒36(例如，SiO2小球)，进而在吸收型滤光片33与色轮32之间形成上述空气间隙。在吸收型滤光片33与色轮32之间设置空气间隙的作用是使得色轮32产生的受激光经过一段距离后入射到吸收型滤光片33上，使得受激光的功率密度由于发散而降低，进而降低了吸收型滤光片33因温度过高而损坏的风险。在本实施例中，空气间隙的宽度优选为大于等于10μm且小于等于2mm，且更优选为大于等于100μm且小于等于300μm。当然，本领域技术人员完全可以想到通过其他方式在吸收型滤光片33与色轮32之间形成空气间隙。
请参见图6，图6是本发明光源系统的第四实施例的结构示意图。如图6所示，本实施例的光源系统40主要包括激发光光源41、色轮42、吸收型滤光片43、驱动装置44以及光收集装置45。本实施例与图1所示的第一实施例的区别之处在于，本实施例的光源系统40进一步包括一干涉型滤光片47，并通过固定粒径的颗粒46在干涉型滤光片47与色轮42之间设置一空气间隙。干涉型滤光片47与空气间隙的作用与第二和第三实施例类似，在此不再赘述。在本实施例中，干涉型滤光片47与色轮42之间的空气间隙的宽度同样优选为大于等于10μm且小于等于2mm，且更优选为大于等于100μm且小于等于300μm。本发明的第三实施例和第四实施例中的空气间隙可组合使用。
上文所描述的色轮和吸收型滤光片或者色轮、吸收型滤光片和干涉型滤光片可以进一步构成本发明的色轮组件。
通过上述方式，本发明的光源系统及其色轮组件利用吸收型滤光片对色轮产生的部分受激光进行过滤，降低了由于受激光的入射角度变化而产生的滤光谱线漂移，提高了经滤光片过滤后的受激光的亮度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (18)
1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：
激发光光源，用于产生一激发光；
色轮，所述色轮上设置有第一波长转换材料，所述第一波长转换材料将所述激发光转换成受激光；以及
吸收型滤光片，用于以吸收方式对部分所述受激光进行过滤。
2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统进一步包括驱动装置，所述吸收型滤光片与所述色轮相对固定，并由所述驱动装置同步驱动。
3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，在所述吸收型滤光片与所述色轮之间设置空气间隙。
4.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述吸收型滤光片与所述色轮之间支撑有固定粒径的颗粒，以在所述吸收型滤光片与所述色轮之间形成所述空气间隙。
5.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述空气间隙的宽度为大于等于10μm且小于等于2mm。
6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述空气间隙的宽度为大于等于100μm且小于等于300μm。
7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统进一步包括干涉型滤光片，所述干涉型滤光片设置于所述色轮与所述吸收型滤光片之间，所述干涉型滤光片以反射方式对部分所述受激光进行一次过滤，所述吸收型滤光片以吸收方式对经所述干涉型滤光片过滤后的部分所述受激光进行二次过滤。
8.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述干涉型滤光片贴附在所述吸收型滤光片的靠近所述色轮的表面上。
9.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，在所述干涉型滤光片与所述色轮之间设置空气间隙。
10.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述干涉型滤光片与所述色轮之间支撑有固定粒径的颗粒，以在所述干涉型滤光片与所述色轮之间形成所述空气间隙。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光源系统，其特征在于，所述吸收型滤光片设置有第二波长转换材料，所述第二波长转换材料对所述受激光中的第一光谱范围的光线进行透射，并对所述受激光中的第二光谱范围的光线进行吸收且转换成所述第一光谱范围的光线。
12.一种色轮组件，其特征在于，所述色轮组件包括：
色轮，所述色轮上设置有第一波长转换材料，所述第一波长转换材料将激发光转换成受激光；
吸收型滤光片，与所述色轮相对固定，并由一驱动装置同步驱动，所述吸收型滤光片用于以吸收方式对部分所述受激光进行过滤。
13.根据权利要求12所述的色轮组件，其特征在于，在所述吸收型滤光片与所述色轮之间设置空气间隙。
14.根据权利要求13所述的色轮组件，其特征在于，所述空气间隙的宽度为大于等于10μm且小于等于2mm。
15.根据权利要求14所述的色轮组件，其特征在于，所述空气间隙的宽度为大于等于100μm且小于等于300μm。
16.根据权利要求12所述的色轮组件，其特征在于，所述色轮组件进一步包括干涉型滤光片，所述干涉型滤光片设置于所述色轮与所述吸收型滤光片之间，所述干涉型滤光片以反射方式对部分所述受激光进行一次过滤，所述吸收型滤光片以吸收方式对经所述干涉型滤光片过滤后的部分所述受激光进行二次过滤。
17.根据权利要求16所述的色轮组件，其特征在于，所述干涉型滤光片贴附在所述吸收型滤光片的靠近所述色轮的表面上，且在所述干涉型滤光片与所述色轮之间设置空气间隙。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的色轮组件，其特征在于，所述吸收型滤光片设置有第二波长转换材料，所述第二波长转换材料对所述受激光中的第一光谱范围的光线进行透射，并对所述受激光中的第二光谱范围的光线进行吸收且转换成所述第一光谱范围的光线。
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