CN102914939B - 光源系统及相关投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光源系统及相关投影系统，该光源系统包括：发光装置，用于产生入射光线，该入射光线包括第一光谱范围内的光线与第二光谱范围内的光线，第一光谱范围内的波长长于第二光谱范围内的波长；滤光片，该滤光片用于接收入射光线并出射第一光谱范围内的光线，该滤光片包括第一波长转换材料，第一波长转换材料透射第一光谱范围内的光线，并将至少部分第二光谱范围内的光线波长转换成第一光谱范围内的光线。本发明通过利用波长转换材料代替滤光片的传统光吸收材料，在确保滤光谱线随入射角度的漂移相对较小的同时，避免了因光吸收材料吸收光线而导致的温度过高，且可能对需要保留的光线产生一定的增强效果。

Description

光源系统及相关投影系统

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相关投影系统。

背景技术

目前，彩色滤光片广泛应用于投影系统、舞台灯光、摄影及其他光学仪器中。

在现有技术的投影装置等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(FullWidthatHalfMaxima，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，一般需要在荧光色轮的下游光路设置滤光片过滤经荧光色轮产生的受激光。

目前常用的一种滤光片为吸收型滤光片。吸收型滤光片包含有光吸收材料，光吸收材料透射部分光谱范围的光线，并吸收其他光谱范围的光线，进而容易导致滤光片温度过高。因此，吸收型滤光片具有寿命短且无法承受强光照射的缺陷。

目前常用的另一种滤光片为干涉型滤光片。干涉型滤光片透射部分光谱范围的光线，并反射其他光谱范围的光线。由于大部分光线被反射或透射，而不是被吸收，因此干涉型滤光片不会像吸收型滤光片由于温度过高而受损。因此，干涉型滤光片具有使用寿命长且能承受强光照射的特点。干涉型滤光片通常由在玻璃衬底上交替镀设的不同折射率的膜层制成。根据薄膜干涉原理，干涉型滤光片的滤光光谱依赖于入射光线的入射角度。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，进而影响滤光片的整体滤光效果。

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相关投影系统，以在确保滤光谱线随入射角度的漂移相对较小的同时，避免因吸收光线而导致温度过高。

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，该光源系统包括：发光装置，用于产生入射光线，该入射光线包括第一光谱范围内的光线与第二光谱范围内的光线，第一光谱范围内的波长长于第二光谱范围内的波长；滤光片，该滤光片用于接收入射光线并出射第一光谱范围内的光线，该滤光片包括第一波长转换材料，第一波长转换材料透射第一光谱范围内的光线，并将至少部分第二光谱范围内的光线波长转换成所述第一光谱范围内的光线。

其中，入射光线包括光谱范围为380nm-780nm，第一光谱范围为600nm-780nm，第二光谱范围为380nm-600nm。

其中，发光装置为白色LED或黄色LED。

其中，第一波长转换材料用于将部分第二光谱范围内的光线波长转换成第一光谱范围内的光线；滤光片还包括设置于第一波长转换材料的出光侧的滤光膜，该滤光膜用于将未被第一波长转换材料转换的第二光谱范围内的光线过滤掉，以只出射第一光谱范围内的光线。

其中，滤光片进一步包括第一基板，第一波长转换材料设置于第一基板的表面或掺杂于第一基板的内部；滤光片进一步包括反射层，反射层设置于第一基板上，并反射经第一波长转换材料透射及由第二光谱范围内的光线经波长转换的第一光谱范围内的光线。

其中，该光源系统进一步包括反射装置与光收集装置，该反射装置包括开口及位于开口周围的反射部，该开口用于引导入射光线入射至所述滤光片，该反射部用于将反射层反射的第一光谱范围内的光线反射至所述光收集装置。

其中，该光源系统还包括驱动装置，用于驱动滤光片运动，使得所述入射光线在该滤光片产生的光斑沿预定路径作用于该滤光片的不同位置。

本发明还提供一种光源系统，包括：激发光源，用于产生第三光谱范围内的激发光；间隔设置的第一基板与第二基板；第二基板的表面涂布或内部掺杂有第二波长转换材料，第二波长转换材料用于接收所述激发光，并将该激发光波长转换成第一光谱范围内的光线和/或第二光谱范围内的光线；第一基板的表面涂布或内部掺杂有第一波长转换材料，第一波长转换材料用于透射第一光谱范围内的光线，并将第二光谱范围内的光线波长转换成第一光谱范围内的光线；中转装置，用于将第二波长转换材料出射的第一光谱范围内的光线和/或第二光谱范围内的光线中转至第一基板上。

其中，第一基板与第二基板相对固定，光源系统进一步包括驱动装置，驱动装置驱动第一基板与第二基板同步运动。

本发明还提供一种投影系统，包括上述的光源系统。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明中，利用波长转换材料代替滤光片的传统光吸收材料，在确保滤光谱线随入射角度的漂移相对较小的同时，避免了因光吸收材料吸收光线而导致的温度过高，且可能对需要保留的光线产生一定的增强效果。

附图说明

图1是现有技术的一种干涉型滤光片的滤光谱线的光谱示意图；

图2是本发明的光源系统的第一实施例的结构示意图；

图3是图2所示的滤光片的第一波长转换材料一实施例的波长转换过程的光谱示意图；

图4是图2所示的滤光片的滤光光谱示意图；

图5是本发明的光源系统的第二实施例的结构示意图；

图6是本发明的光源系统的第三实施例的结构示意图；

图7是本发明的光源系统的第四实施例的结构示意图；

图8是本发明的光源系统的第五实施例的结构示意图；

图9是本发明的光源系统的第六实施例的结构示意图；

图10是本发明的光源系统的第七实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例中，光源系统包括发光装置(图未示)与滤光片20。

发光装置用于产生入射光线，该入射光线包括第一光谱范围内的光线203与第二光谱范围内的光线204，第一光谱范围内的波长长于第二光谱范围内的波长。发光装置可以为LD或LED，例如白色LED或黄色LED。

滤光片20主要包括基板201和第一波长转换材料202。在本实施例中，基板201为透明状，第一波长转换材料202掺杂于基板201的内部。在本发明其他实施例中，第一波长转换材料202也可以设置于基板201的表面，例如涂布于基板201的表面，或者成片状地粘贴于基板201的表面。

第一波长转换材料202可以是荧光材料、量子点材料(纳米材料中的一种)或其他能够实现波长转换功能的材料。

当入射到滤光片20上的光线包含第一光谱范围内的光线203和第二光谱范围内的光线204时，第一波长转换材料202透射第一光谱范围内的光线203。第一波长转换材料202吸收第二光谱范围内的光线204，并将其波长转换成第一光谱范围内的光线205。此时，经滤光片20透射的光线除了包括由第一波长转换材料202直接透射的第一光谱范围内的光线203，还包括第一波长转换材料202吸收第二光谱范围内的光线204，并进行波长转换后产生的第一光谱范围内的光线205。

显然，当所有第二光谱范围内的光线204均被第一波长转换材料吸收并转换成第一光谱范围内的光线205时，滤光片20只出射第一光谱范围内的光线，从而滤光片对入射光线起到过滤掉第二光谱范围内的光线的作用。

然而，当第一波长转换材料对激发光的吸收率并非是100％，即第一波长转换材料只吸收部分第二光谱范围内的光线时，第一波长转换材料的出射光线中除了第一光谱范围内的光线之外，还有不需要的第二光谱范围内的光线，从而影响滤光片的过滤作用。因此优选地，滤光片还包括设置于第一波长转换材料的出光侧的滤光膜，该滤光膜用于将未被第一波长转换材料转换的第二光谱范围内的光线过滤掉，以只出射第一光谱范围内的光线。

如图3所示，在本实施例中，以红光荧光粉作为滤光片20的第一波长转换材料202为例，该红光荧光粉可吸收主波长位于450nm左右的激发光，并将其波长转换成主波长位于640nm左右的受激光。

如图4所示，当采用图3所示的红色荧光粉作为滤光片20的第一波长转换材料202，且激发光的光谱范围为380nm-780nm时，滤光片20将对波长小于600nm的光线有明显的吸收效果，而对600nm-780nm光谱范围的光线透射性较强。其中被吸收的波长小于600nm的光线经第一波长转换材料202波长转换为600nm-780nm的光线，使得滤光片20最终输出的600nm-780nm的光线的光强度实际上不小于入射到滤光片201上的600nm-780nm的光线的光强度，甚至可能会产生一定的增强效果。

本实施例的滤光片20与传统的干涉型滤光片相比，其滤光谱线随光线入射角度的漂移相对较小，而与传统的吸收型滤光片相比，其能够将吸收的第一光谱范围内的光线波长转换成第二光谱范围内的光线，减小了发热量，并可能对需要保留的光线产生一定的增益效果。

如图5所示，本实施例中，光源系统包括发光装置(图未示)与滤光片50。滤光片50主要包括基板501、第一波长转换材料502以及第二波长转换材料503。

本实施例的滤光片50与图2所示的本发明的滤光片的区别之处在于，本实施例的滤光片50进一步包括第二波长转换材料503，且第二波长转换材料503掺杂于基板501的内部。当然，在本发明其他实施例中，第二波长转换材料503同样可以涂布于基板501的表面上。在本实施例中，该第二波长转换材料503用于将入射的激发光504波长换成第一光谱范围内的光线505和第二光谱范围内的光线506。第一波长转换材料502则进一步透射第一光谱范围内的光线505，并将第二光谱范围内的光线506波长转换成第一光谱范围内的光线507。例如，第一波长转换材料502为红光荧光粉，第二波长转换材料503为黄光荧光粉。此时，激发光504可以采用蓝光，第二波长转换材料503吸收部分蓝光并将其波长转换为黄光，该黄光由绿光分量和红光分量组成。第一波长转换材料502吸收剩余部分的蓝光和第二波长转换材料503波长转换产生的绿光分量，并将二者波长转换成红光，同时透射经第二波长转换材料503波长转换产生的红光分量，使得本实施例中的滤光片50最终的输出光线为红光。在其他实施例中，该第二波长转换材料503也可以单独产生第一光谱范围内的光线505或第二光谱范围内的光线506。

在本实施例中，滤光片50利用第二波长转换材料503来产生第一光谱范围内的光线505和/或第二光谱范围内的光线506，使得滤光片50适用于多种光源系统，提高了使用灵活性。

如图6所示，本实施例中，光源系统包括发光装置(图未示)与滤光片60。滤光片60主要包括基板601、第一波长转换材料602以及反射层603。

本实施例的滤光片60与图2所示的本发明的滤光片的区别之处在于，本实施例的滤光片60进一步包括反射层603，且反射层603镀设于基板601的入光面相对的表面上。当然，在其他实施例中，反射层603也可以设置于基板601内部或与第一波长转换材料602以层叠方式设置于基板601的表面。其中，当反射层603与第一波长转换材料602以层叠方式设置于基板601的表面时，基板601则可以不是透明状的。在本实施例中，当入射到滤光片60上的光线包含第一光谱范围内的光线604和第二光谱范围内的光线605时，第一波长转换材料602透射第一光谱范围内的光线604。第一波长转换材料602吸收第二光谱范围内的光线605，并将其波长转换成第一光谱范围内的光线606。反射层603则反射经第一波长转换材料602透射的第一光谱范围内的光线604，同时反射第一波长转换材料602波长转换的第一光谱范围内的光线606，使得二者从滤光片60的入光面输出。类似的，本实施例中的反射层603同样适用于图5所示的滤光片。

在本实施例中，滤光片60以反射方式输出第一光谱范围内的光线604和606，使得滤光片60能够满足不同的光路设计需求，提高了使用灵活性。

如图7所示，本实施例中，光源系统包括发光装置(图未示)与色轮组件70，色轮组件70包括滤光片701与驱动装置702。在本实施例中，滤光片701可以采用图2、5、6所示的滤光片中的任意一种。驱动装置702为转动装置，用于驱动滤光片701绕其转轴转动。在其他实施例中，驱动装置702也可以采用平移装置，以驱动滤光片701进行线性平移。

在本实施例中，由于驱动装置702驱动滤光片701运动，使得入射光线在滤光片701产生的光斑沿预定路径作用于滤光片701的不同位置，避免了入射光线长时间作用于滤光片701的同一位置而导致滤光片701因温度过高而损坏。

如图8所示，本实施例的色轮组件80包括间隔设置的第一基板801和第二基板802。其中，第一基板801内部掺杂有第一波长转换材料803，第二基板802内部掺杂有第二波长转换材料804。当然，在其他实施例中，第一波长转换材料803和第二波长转换材料804也可以分别涂布于第一基板801和第二基板802的表面上。在本实施例中，第二波长转换材料804将入射的激发光805波长转换成第一光谱范围内的光线806和/或第二光谱范围内的光线807，二者经中转装置808中转到第一基板801上。第一波长转换材料803透射第一光谱范围内的光线806，并将第二光谱范围内的光线807吸收后波长转换成第一光谱范围内的光线809。随后，第一基板801透射的第一光谱范围内的光线806和第一光谱范围内的光线809进一步经中转装置810中转到后续光学元件(未图示)。本实施例中，中转装置808、810为透镜，在其他实施例中，中转装置808、810也可以由其他的光学元件代替或省略。此外，在其他实施例中，第一基板801和第二基板802也可以贴合设置。

在本实施例中，利用第二波长转换材料804来产生第一光谱范围内的光线806和/或第二光谱范围内的光线807，使得色轮组件80适用于多种光源系统，提高了使用灵活性。

如图9所示，本实施例的色轮组件90与图8所示的色轮组件的区别之处在于，第一基板901和第二基板902相对固定，并在驱动装置903的驱动下同步运动。

在本实施例中，激发光在第一基板901上产生的光斑以及第一基板901的输出光线在第二基板902上产生的光斑沿预定路径作用于二者的不同位置，进而提高散热效果。

如图10所示，基于图6所示实施例，本实施例再提供一种光源系统。光源系统100包括发光装置(图未示)与色轮组件100，该色轮组件100包括滤光片1001、反射装置1002以及光收集装置1006。反射装置1002包括顶部开口及位于开口周围的反射部。在本实施例中，第一光谱范围内的光线1003和第二光谱范围内的光线1004经反射装置1002的顶部开口入射到滤光片1001。滤光片1001反射第一光谱范围内的光线1003，并将第二光谱范围内的光线1004波长转换成第一光谱范围内的光线1005且进行反射。反射装置1002的反射部用于将滤光片1001反射的第一光谱范围内的光线1003、1005进一步反射到光收集装置1006。在本实施例中，反射装置1002为内部设置有圆弧形反射面的反射器，例如呈半椭球状或呈半球状。当然，在其他实施例中，可以利用其他类型的反射装置实现上述功能。

在本实施例中，通过反射型滤光片1001和反射装置1002配合可缩小色轮组件100的尺寸，实现产品的小型化。

通过上述方式，本发明中，利用波长转换材料代替滤光片的传统光吸收材料，在确保滤光谱线随入射角度的漂移相对较小的同时，避免了因光吸收材料吸收光线而导致的温度过高，且可能对需要保留的光线产生一定的增强效果。

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 (8)

1.一种光源系统，其特征在于，该光源系统包括：

发光装置，用于产生入射光线，该入射光线包括第一光谱范围内的光线与第二光谱范围内的光线，第一光谱范围内的波长长于第二光谱范围内的波长；

滤光片，该滤光片用于接收所述入射光线并出射第一光谱范围内的光线，该滤光片包括第一波长转换材料，所述第一波长转换材料透射第一光谱范围内的光线，并将至少部分第二光谱范围内的光线波长转换成所述第一光谱范围内的光线；

所述滤光片进一步包括第一基板和第二波长转换材料，所述第一波长转换材料掺杂于第一基板的内部，所述第二波长转换材料掺杂于所述第一基板的内部；第二波长转换材料产生第一光谱范围内的光线和第二光谱范围内的光线，第一波长转换材料将第二波长转换材料产生的第二光谱范围内的光线转换成第一光谱范围内的光线。

2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述入射光线包括光谱范围为380nm-780nm，第一光谱范围为600nm-780nm，第二光谱范围为380nm-600nm。

3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述滤光片进一步包括反射层，所述反射层设置于所述第一基板上，并反射经所述第一波长转换材料透射及由所述第二光谱范围内的光线经波长转换的所述第一光谱范围内的光线。

4.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，该光源系统进一步包括反射装置与光收集装置，该反射装置包括开口及位于开口周围的反射部，该开口用于引导所述入射光线入射至所述滤光片，该反射部用于将所述反射层反射的所述第一光谱范围内的光线反射至所述光收集装置。

5.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，该光源系统还包括驱动装置，用于驱动所述滤光片运动，使得所述入射光线在该滤光片产生的光斑沿预定路径作用于该滤光片的不同位置。

6.一种光源系统，其特征在于，包括：

激发光源，用于产生第三光谱范围内的激发光；

间隔设置的第一基板与第二基板；

第二基板的表面涂布或内部掺杂有第二波长转换材料，第二波长转换材料用于接收所述激发光，并将该激发光波长转换成第一光谱范围内的光线和第二光谱范围内的光线；

第一基板的表面涂布或内部掺杂有第一波长转换材料，第一波长转换材料用于透射第一光谱范围内的光线，并将第二波长转换材料发出的第二光谱范围内的光线波长转换成第一光谱范围内的光线；

中转装置，用于将第二波长转换材料出射的第一光谱范围内的光线和第二光谱范围内的光线中转至第一基板上。

7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，第一基板与第二基板相对固定，所述光源系统进一步包括驱动装置，所述驱动装置驱动第一基板与第二基板同步运动。

8.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的光源系统。