CN102650814A - 光源系统及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光源系统及投影装置。该光源系统包括光源、色轮和驱动装置。光源用于产生激发光。色轮设置有至少两种功能材料。驱动装置用于驱动色轮，以使激发光在色轮上形成的光斑沿第一路径作用于色轮且同时照射该至少两种功能材料，使得激发光经该至少两种功能材料作用分别产生一输出光，且该至少两种功能材料产生的输出光的颜色不同。其中，该至少两种功能材料设置于色轮的不同区域或者该至少两种功能材料混合设置且该至少两种功能材料的配比在光斑内非均匀设置。通过上述方式，本发明的光源系统及投影装置能够在同时产生不同颜色的输出光的前提下避免功能材料之间的干扰。

Description

光源系统及投影装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光源系统及投影装置。

背景技术

目前，在照明和显示领域经常会用到不同颜色的单色光。在现有技术中，一般通过激发光光源产生的激发光激发色轮的不同荧光区段来产生不同颜色的单色光。其中，色轮的各荧光区段上设置有不同的荧光材料，利用驱动装置驱动色轮转动使得各荧光区段交替设置于激发光的传输路径上，进而在不同时段交替产生不同颜色的单色光。有时候，单一颜色的波长转换材料的发光效果不足以满足要求，需要多种颜色波长转换材料的混合。例如，在使用蓝光激发黄光波长转换材料进而利用产生黄光与剩余的蓝光混合生成白光时，为提高显色指数需要在白光光谱中增加红光成分。一个最简单的做法是在黄光波长转换材料中添加红光波长转换材料，但是由于红光波长转换材料本身对黄光波长转换材料产生的黄光有显著的吸收，会直接造成最终得到的白光的亮度大幅度下降。此外，在使用蓝光激发黄光波长转换材料进而利用产生黄光与剩余的蓝光混合生成白光时，需要在黄光波长转换材料中添加散射材料以消除蓝光激光的相干性，但是散光材料对于黄光同样存在散射作用，即散光材料的加入会使黄光的效率下降。

综上所述，现有技术的问题在于在应用多种功能材料同时产生不同颜色的输出光时，各功能材料本身就会发生相互的干扰，造成效率的下降。

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投影装置，以在同时产生不同颜色的输出光时降低各种功能材料之间的干扰。

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，包括光源、色轮以及驱动装置。光源用于产生激发光。色轮设置有至少两种功能材料。驱动装置用于驱动色轮，以使激发光在色轮上形成的光斑沿第一路径作用于色轮且同时照射该至少两种功能材料，使得激发光经该至少两种功能材料作用分别产生一输出光，且该至少两种功能材料产生的输出光的颜色不同。其中该至少两种功能材料设置于色轮的不同区域或者该至少两种功能材料混合设置且该至少两种功能材料的配比在光斑内非均匀设置。

其中，光源系统进一步包括调节装置，调节装置沿与第一路径相交的第二路径调节光斑在色轮上的形成位置，以调节光斑对不同区域的照射面积比例，进而调节该至少两种功能材料产生的输出光的亮度比例。

其中，驱动装置驱动色轮转动，以使光斑沿圆形路径作用于色轮，不同区域沿色轮的径向设置或沿色轮的周向周期性设置，调节装置沿色轮的径向调节光斑在色轮上的形成位置。

其中，驱动装置驱动色轮转动，以使光斑沿圆形路径作用于色轮，不同区域沿色轮的径向设置或沿色轮的周向周期性设置。

其中，光源系统进一步包括调节装置，调节装置沿与第一路径相交的第二路径调节光斑在色轮上的形成位置，且激发光经该至少两种功能材料中的至少一种功能材料作用产生的输出光的亮度沿第二路径变化，进而调节该至少两种功能材料产生的输出光的亮度比例。

其中，驱动装置驱动色轮转动，以使光斑沿圆形路径作用于色轮，该至少一种功能材料的密度、厚度或成分沿色轮的径向变化，调节装置沿色轮的径向调节光斑在色轮上的形成位置。

其中，驱动装置驱动色轮转动，以使光斑沿圆形路径作用于色轮，该至少两种功能材料中的至少一种功能材料的密度、厚度或成分沿与第一路径相交的第二路径变化。

其中，在驱动装置驱动色轮的过程中，该至少两种功能材料产生的输出光的光谱保持恒定。

其中，该至少两种功能材料包括波长转换材料或者波长转换材料和散射材料。

其中，该至少两种功能材料为波长转换材料、散射材料以及吸收材料的任意组合。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种投影装置，该投影装置包括上述任意一种光源系统。

其中，投影装置进一步包括分光装置、至少两个光调制装置以及合光装置，分光装置用于对该至少两种功能材料产生的输出光进行分光，该至少两个光调制装置用于分别对经分光装置分光后的输出光中的一束进行调制，合光装置用于对经该至少两个光调制装置调制后的输出光进行合光。

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投影装置通过将至少两个功能材料设置于色轮的不同区域或将该至少两个功能材料的配比设置成在光斑内非均匀设置，进而在同时产生不同颜色的输出光的前提下降低了功能材料之间的干扰。

附图说明

图1是本发明的光源系统的一实施例的结构示意图；

图2是图1所示的光源系统的色轮的第一实施例的主视图；

图3是图1所示的光源系统的色轮的第二实施例的主视图；

图4是图1所示的光源系统的色轮的第三实施例的主视图；

图5是图1所示的光源系统的色轮的第四实施例的主视图；

图6是图1所示的光源系统的色轮的第五实施例的主视图；

图7是图6所示的色轮的功能材料的密度沿色轮径向变化的示意图；

图8是图6所示的色轮产生的两种输出光组合的光谱示意图；

图9是本发明的投影装置的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参见图1，图1是本发明的光源系统的一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的光源系统100主要包括光源101、聚光装置102、光收集装置103、色轮104、驱动装置105以及匀光装置106。

如图1所示，光源101产生一激发光，该激发光经聚光装置102收集且聚光后经光收集装置103的开口入射到色轮104上。驱动装置105驱动色轮104，以使得激发光在色轮104上形成的光斑沿第一路径作用于色轮104。

在本实施例中，光源101可以是LED或激光管等固态光源。聚光装置102可以是透镜、透镜组或其他能够减小激发光的光斑尺寸的元件。光收集装置103为具有弧形反射面(例如，球形反射面或椭球形反射面)的反射罩。光收集装置103的开口可以是通孔或透光区。色轮104为轮状结构，并在驱动装置105的驱动下绕特定转轴转动，以使得激发光在色轮104上形成的光斑沿圆形路径作用于色轮104。在其他实施例中，激发光的光学扩展量足够小的情况下，聚光装置102也可以省略。光收集装置103可以由透镜等光学元件所代替。色轮104也可以是由适当的驱动装置105驱动的带状结构、筒状结构或其他适当结构，只需激发光在色轮104上形成的光斑能够沿预定路径作用于色轮104即可。

请参见图2，图2是本发明的光源系统的色轮的第一实施例的主视图。如图2所示，色轮104包括沿色轮104的径向设置的三个环形区域201、202和203。环形区域201、202和203设置有不同的功能材料。在驱动装置105驱动色轮104转动的过程中，光源101产生的激发光在色轮104形成的光斑204沿圆形路径作用于色轮104，且同时沿色轮104的径向覆盖环形区域201、202和203，以同时照射环形区域201、202和203上的功能材料，进而使得激发光经环形区域201、202和203上的功能材料作用分别产生一输出光，并且各功能材料产生的输出光的颜色不同。

在本实施例中，环形区域201、202和203上的功能材料优选沿色轮104的周向均匀设置，使得在驱动装置105驱动色轮104的过程中，环形区域201、202和203上的功能材料产生的输出光的光谱保持恒定。

在本实施例中，环形区域201、202和203上的功能材料可以是红光波长转换材料、绿光波长转换材料以及蓝光波长转换材料，由此使得色轮104同时输出红绿蓝三种不同颜色的输出光。在其他实施例中，环形区域201、202和203上的功能材料可以是各种波长转换材料、吸收材料、散射材料或其他能够产生不同颜色输出光的功能材料的任意组合，其中波长转换材料包括荧光材料、量子点材料或其他任何能够实现波长转换功能的材料。进一步，当激发光是激光，而且其本身就需要作为一个单色光出射时，环形区域201、202和203中的至少一个区域上可以仅设置散射材料用于消除激发光的相干性，进而输出消相干后的激发光。此外，色轮104上的区域可以根据需要设计成两个或其他任意多个，色轮104上的功能材料可以根据需要设计成两种或其他任意多种。

在本实施例中，输出光的颜色不同指的是输出光的光谱形状不同或波长位置不同。具体来说，可通过在不同区域设置不同类型的波长转换材料还获得波长位置不同的输出光，例如一束输出光为黄光，另一输出光为红光。另外，也可通过在不同区域设置不同量的同一波长转换材料还获得光谱形状不同的输出光。例如在不同区域设置不同量的黄色波长转换材料，此时黄色波长转换材料对蓝光进行波长转换后的黄光与剩余的蓝光按不同比例混合，对应于不同白光色温(光谱形状)。

在本实施例中，色轮104为反射型色轮，其在各种功能材料的下方设置有反射层(未图示)。环形区域201、202和203上的各种功能材料产生的输出光直接入射到光收集装置103或经色轮104上的反射层反射后入射到光收集装置103。光收集装置103对入射的输出光进行收集并反射到匀光装置106进行匀光。匀光装置106可以是积分棒等各种光学元件。在其他实施例中，色轮104可以采用透射型色轮，即激发光入射于色轮的一侧，而输出光从色轮的另一侧出射。此时，环形区域201、202和203上的各种功能材料产生的输出光在不改变传输方向的情况下从色轮104直接输出。值得注意的是，如本领域技术人员所理解的，本实施例的聚光装置102、光收集装置103以及均光装置106并非实现本发明目的的必要元件，因此可根据实际需要进行改变或省略。

通过上述方式，利用光源101的激发光同时照射色轮104上的不同功能材料，进而使得色轮104同时输出不同颜色的输出光。进一步，由于色轮104上的功能材料设置于不同区域，其空间上是分离的，使得功能材料产生的输出光彼此不会发生干扰。

请参见图3，图3是本发明的光源系统的色轮的第二实施例的主视图。如图3所示，本实施例的色轮104包括沿色轮104的径向设置的二个环形区域301和302。环形区域301和302设置有不同的功能材料。在本实施例中，光源系统进一步包括调节装置(未图示)。调节装置可沿与第一路径相交的第二路径调节光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑的位置，并优选沿色轮104的径向进行调节，例如从光斑305所示位置调节到光斑306所示位置。由此，可以调节光斑对环形区域301和302的照射面积比例，进而调节环形区域301和302上的功能材料产生的输出光的亮度比例。具体来说，可通过设置在光源101、色轮104或者驱动装置105的机械调节装置来调节光源101与色轮104的位置关系，进而调节光斑在色轮104上的形成位置。此外，也可以通过设置于光源101和色轮104之间的光路调节装置来调节光源101产生的激发光在色轮104上的入射位置，进而调节光斑在色轮104上的形成位置。此外，环形区域301和302上的至少一种功能材料的密度、厚度或成分可进一步沿色轮104的径向变化，由此可在调节装置沿色轮104的径向调节光斑在色轮104上的形成位置时，增加环形区域301和302上的功能材料产生的输出光的亮度比例的变化程度。

通过上述方式，可以通过调节光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑的位置来调节不同颜色的输出光的亮度比例，进而满足不同的应用要求，例如满足不同显示所需的色平衡标准。本实施例中描述的亮度比例调节方式同样适用于图2所示的三个环形区域或其他多个环形区域的实施例。

请参见图4，图4是本发明的光源系统的色轮的第三实施例的主视图。如图4所示，本实施例的色轮104沿色轮104的周向周期性设置有多个区域组合401，每个区域组合401包括区域402、403和404，且每个区域402、403和404上设置有不同的功能材料。如上文描述的，功能材料包括波长转换材料或散射材料。光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑405沿色轮104的周向同时覆盖区域402、403和404，进而同时照射区域402、403和404上的功能材料，使得色轮104在转动过程中同时产生不同颜色输出光。在本实施例中，区域402、403和404上的功能材料优选沿色轮104的周向均匀分布，且光斑405恰好覆盖整数个区域组合401，使得在驱动装置105驱动色轮104的过程中，色轮104上的各功能材料产生的输出光的光谱保持恒定。

在优选实施例中，区域402、403和404上的至少一功能材料的密度、厚度或成分优选进一步沿与第一路径相交的第二路径变化，例如沿色轮104的径向变化。此时，图4所示的实施例中可以设置调节装置，该调节装置可沿第二路径调节光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑的位置，进行调节区域402、403和404上的各功能材料产生的输出光的亮度比例。当然，调节装置也可以通过沿第二路径调节激发光在色轮104上形成的光斑对区域402、403和404的照射面积比例来调节输出光的亮度比例。

请参见图5，图5是本发明的光源系统的色轮的第四实施例的主视图。如图5所示，本实施例的色轮104沿色轮104的周向周期性设置有多个区域组合501，每个区域组合501包括两个区域502和503，且每个区域502和503上设置有不同的功能材料。进一步，在本实施例中，随着色轮104的半径的逐渐增大，区域502的周向宽度逐渐变窄，而区域503的周向宽度逐渐变宽。调节装置(未图示)可沿第二路径调节光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑的位置，并具体沿色轮104的径向进行调节，例如从光斑504所示位置调节到光斑505所示位置。由此，可以调节光斑504和505对区域502和503的照射面积，进而调节区域502和503上的功能材料产生的输出光的亮度比例。在本实施例中，区域502和503上的至少一种功能材料的密度、厚度或成分同样可以进一步沿色轮104的径向变化。

请参见图6，图6是本发明的光源系统的色轮的第五实施例的主视图。如图6所示，本实施例的色轮104上混合设置两种功能材料603和604。此时，光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑能够同时照射这两种功能材料603和604，并经这两功能材料603和604作用产生不同颜色的输出光。在本实施例中，功能材料603和604优选沿色轮104的周向均匀设置，以使得在驱动装置105驱动色轮104转动的过程中，功能材料603和604产生的输出光的光谱保持恒定。此外，功能材料603和604的配比沿色轮104的径向变化，例如功能材料603和604中的至少一种功能材料的密度、厚度或成分沿色轮104的径向变化。此时，由于激发光在色轮104上形成的光斑内的功能材料603和604的配比非均匀设置，同样可以降低功能材料603和604之间的干扰，其降低程度介于图2-图5所示的功能材料完全分开与功能材料均匀混合之间。

此外，当光源101产生的激发光在色轮104上形成的光斑位置沿色轮104的径向调节时，例如从光斑601的所示位置调节到光斑602的所示位置，该至少一种功能材料产生的输出光的亮度发生变化，进而调节功能材料603和604产生的输出光的亮度比例。例如，如图7所示，随着色轮104的半径逐渐增大，功能材料603的密度逐渐增大，而功能材料604的密度逐渐减小。因此，如图8所示，当激发光在色轮104上形成的光斑位置分别位于半径A和B所示位置时，功能材料603和604产生的两种不同颜色的输出光的亮度比例发生变化。

在其他实施例中，色轮104上混合设置两种以上的不同功能材料，进而产生两种以上的不同颜色的输出光。进一步，在其他实施例中，可通过其他方式使得激发光经该至少两种功能材料中的至少一种功能材料作用产生的输出光的亮度沿与第一路径相交的第二路径变化，进而通过调节装置来调节激发光在色轮104上的形成位置，进而调节该至少两种功能材料产生的输出光的亮度比例。

请参见图9，图9是本发明的投影装置的一实施例的结构示意图。如图9所示，本实施例的投影装置除了包括图1所示的光源系统100外，还进一步包括中继装置106、分光装置901、光调制单元902、903和904、合光装置905以及投影透镜906。光源系统100输出的不同颜色的输出光经中继装置900中继后入射到分光装置901，并由分光装置901分为红、绿和蓝三基色输出光。分光装置901输出的三基色输出光分别经光调制单元902、903和904进行图像调制后入射到合光装置905，并经合光装置905进行合光后由投影透镜906投射到屏幕(未图示)上。

此外，本发明的光源系统100还适用于需要同时产生不同颜色输出光的其他应用场合，例如舞台灯光等。

通过上述方式，本发明的光源系统及投影装置通过将至少两个功能材料设置于色轮的不同区域或将该至少两个功能材料的配比设置成在光斑内非均匀设置，进而在同时产生不同颜色的输出光的前提下降低了功能材料之间的干扰。

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 (12)

1.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括：

光源，用于产生激发光；

色轮，所述色轮设置有至少两种功能材料；

驱动装置，用于驱动所述色轮，以使所述激发光在所述色轮上形成的光斑沿第一路径作用于所述色轮且同时照射所述至少两种功能材料，使得所述激发光经所述至少两种功能材料作用分别产生一输出光，且所述至少两种功能材料产生的输出光的颜色不同，其中所述至少两种功能材料设置于所述色轮的不同区域或者所述至少两种功能材料混合设置且所述至少两种功能材料的配比在所述光斑内非均匀设置。

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调节装置，所述调节装置沿与所述第一路径相交的第二路径调节所述光斑在所述色轮上的形成位置，以调节所述光斑对所述不同区域的照射面积比例，进而调节所述至少两种功能材料产生的输出光的亮度比例。

3.根据权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述色轮转动，以使所述光斑沿圆形路径作用于所述色轮，所述不同区域沿所述色轮的径向设置或沿所述色轮的周向周期性设置，所述调节装置沿所述色轮的径向调节所述光斑在所述色轮上的形成位置。

4.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述色轮转动，以使所述光斑沿圆形路径作用于所述色轮，所述不同区域沿所述色轮的径向设置或沿所述色轮的周向周期性设置。

5.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调节装置，所述调节装置沿与所述第一路径相交的第二路径调节所述光斑在所述色轮上的形成位置，且所述激发光经所述至少两种功能材料中的至少一种功能材料作用产生的输出光的亮度沿所述第二路径变化，进而调节所述至少两种功能材料产生的输出光的亮度比例。

6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述色轮转动，以使所述光斑沿圆形路径作用于所述色轮，所述至少一种功能材料的密度、厚度或成分沿所述色轮的径向变化，所述调节装置沿所述色轮的径向调节所述光斑在所述色轮上的形成位置。

7.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述驱动装置驱动所述色轮转动，以使所述光斑沿圆形路径作用于所述色轮，所述至少两种功能材料中的至少一种功能材料的密度、厚度或成分沿与所述第一路径相交的第二路径变化。

8.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，在所述驱动装置驱动所述色轮的过程中，所述至少两种功能材料产生的输出光的光谱保持恒定。

9.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述至少两种功能材料包括波长转换材料或者波长转换材料和散射材料。

10.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述至少两种功能材料为波长转换材料、散射材料以及吸收材料的任意组合。

11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括权利要求1-10任意一项所述的光源系统。

12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述投影装置进一步包括分光装置、至少两个光调制装置以及合光装置，所述分光装置用于对所述至少两种功能材料产生的输出光进行分光，所述至少两个光调制装置用于分别对经所述分光装置分光后的输出光中的一束进行调制，所述合光装置用于对经所述至少两个光调制装置调制后的输出光进行合光。

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