CN103900020A

CN103900020A - 发光装置及舞台灯系统

Info

Publication number: CN103900020A
Application number: CN201210574763.8A
Authority: CN
Inventors: 李屹; 张权; 李文超
Original assignee: Appotronics Corp Ltd
Current assignee: Shenzhen Yili Ruiguang Technology Development Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: WO2014101725A1; CN103900020B

Abstract

本发明实施例公开了一种发光装置及舞台灯系统，包括第一光源，用于出射第一颜色光；第二光源，用于出射第一发散角的第二颜色光，且该第二颜色光的光轴方向垂直于第一颜色光的光轴方向；合光装置，用于将第一颜色光、第二颜色光进行合光，并将合光后的光沿第一颜色光的光轴方向出射；第一滤光片，位于第二光源与合光装置之间，用于接收垂直入射的第二颜色光，并透射小于第一入射角入射的第二颜色光，反射第一颜色光和大于第二入射角入射的第二颜色光，第一入射角大于或者等于第一发散角。本发明的实施例提供了一种可以减小体积且不会明显降低出射光总能量的发光装置及舞台灯系统。

Description

发光装置及舞台灯系统

技术领域

本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及舞台灯系统。

背景技术

随着近几年困扰全球的能源紧张，全球气候变暖等问题逐步加剧，半导体LED光源以其节能，环保，光亮及色温可控等优点，已在各行各业上特别是在照明、投影显示领域有着广泛应用，大有取代传统光源的趋势。LED舞台灯是一种LED技术应用比较成熟的领域，其色彩丰富、低功率、高寿命，安全无辐射，是一种优选的舞台灯方案。

LED舞台灯一般是利用红绿蓝三色的光源来混合发出多种颜色光。图1为现有技术中一种LED光源，该LED光源可用于舞台灯光源，如图1所示，光源包括蓝光LED阵列110，绿光LED阵列120、红光LED阵列130，十字型滤光片140、复眼透镜对150，聚光镜头160，三个LED阵列光源的出射光通过十字型滤光片140来合光，十字型滤光片140的出射光经过复眼透镜150匀光后被聚光镜头160收集。

但是，实际上，包括LED在内的绝大部分光源的出射光都是具有一定发散角度的，即使经过准直透镜阵列的调整，出射光也不可能完全是准直的。而十字型滤光片140有一定尺寸，延长了三组LED阵列光通道的光程。例如图1中所示的绿光LED阵列120的光通道，中间的点划线表示的理想的准直光的情况，而实线表示的实际的发散光的情况，可以看出，实际的发散光经过十字型滤光片的光束截面积变大了，而且当经过复眼透镜对150入射至聚光镜头160时，光斑进一步扩大了。红光LED阵列110和蓝光LED阵列130的出射光也是如此。因此为了收集从LED发出的全部光线，需要一个比较大的聚光镜头160来聚光，聚光镜头160 的尺寸要远远大于LED的发光尺寸。特别在大功率LED系统中，为了获得比较高的光源光通量输出，需要很多的LED，再加上十字型滤光片140的光学扩展量的损失，这样会造成后端的聚光镜头会非常大，一方面造成聚光镜头的成本变的很高，另一方面灯具的尺寸也会非常大，限制了光源的使用性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种可以减小体积且不会明显降低出射光总能量的发光装置及舞台灯系统。

本发明实施例提供了一种发光装置，其特征在于，包括：

第一光源，用于出射第一颜色光；

第二光源，用于出射第一发散角的第二颜色光，且该第二颜色光的光轴方向垂直于第一颜色光的光轴方向；

合光装置，用于将第一颜色光、第二颜色光进行合光，并将合光后的光沿第一颜色光的光轴方向出射；

第一滤光片，位于第二光源与合光装置之间，用于接收垂直入射的第二颜色光，并透射小于第一入射角入射的第二颜色光，反射第一颜色光和大于第二入射角入射的第二颜色光，第一入射角大于或者等于第一发散角。

优选地，第一发散角的余角大于等于第二入射角。

优选地，发光装置还包括：

第三光源，用于出射第二发散角的第三颜色光，且该第三颜色光的光轴方向垂直于第一颜色光的光轴方向；

第二滤光片，位于第三光源与合光装置之间，用于接收垂直入射的第三颜色光，并透射小于第三入射角入射第三颜色光，反射第一颜色光和大于第四入射角入射的第三颜色光，第三入射角大于等于第二发散角；

合光装置还用于将第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光进行合光，并将合光后的光沿第一颜色光的光轴方向出射。

优选地，第一颜色光为红光，第二颜色光为绿光，第三颜色光为蓝光。

优选地，合光装置为十字型滤光片，该十字型滤光片将第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光合并成同一光束，并沿第一颜色光的光轴方向出射，发光装置还包括相对分布在合光装置两侧的第三反射板和第四反射板，该第三反射板和第四反射板平行于第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，且与第一滤光片和第二滤光片构成一个封闭的光通道。

优选地，发光装置还包括第一反射板，该第一反射板设置在合光装置的背向第一滤光片的一侧，以反射入射到该第一反射板的光。

优选地，发光装置包括相对分布在合光装置两侧的第三反射板和第四反射板，该第三反射板和第四反射板平行于第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，以在垂直第一滤光片的平面上反射入射光并压缩光束。

优选地，发光装置包括一固定支架，合光装置与第一滤光片固定在该固定支架上。

优选地，第一滤光片和合光装置相接。

本发明实施例提供了一种舞台灯系统，包括上述发光装置。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例中，第二颜色光垂直入射第一滤光片，且控制第二颜色光的第一发散角小于等于第一入射角，由于第一滤光片可以透射小于等于第一入射角入射的第二颜色光，使得第二颜色光全部透射第一滤光片至合光装置。由于第二光源出射的第一颜色光的光轴垂直于第二颜色光的光轴，又由于第一颜色光光轴垂直于第一滤光片入射，且第二颜色光经合光装置反射后的光轴方向与第一颜色光相同，因此第二颜色光经合光装置后光轴方向和第一滤光片平行。反射后的第二颜色光存在一定发散角，通过简单的几何，可以推出，被合光装置反射的第二颜色光入射于第一滤光片的入射角度分布在第一发散角的余角和90度之间。由于第一滤光片反射大于第二入射角入射的第二颜色光，因此只要部分光的入射角大于第二入射角，就能被第一滤光片反射。优选的，第一发散角的余角大于第二入射角，此时所有经合光装置反射到第一滤光片的第二颜色光会被第一滤光片反射。这样，就实现了第二颜色光的压缩。同理，第一颜色光中发散到第一滤光片的光同样会被第一滤光片反射，从而第一颜色光的光束也被压缩了。因此，合光装置的出射光相对于没有第一滤光片时，光束截面积减小了，并且光没有产生较大损失。

附图说明

图1为现有技术中一种LED光源；

图2为本发明发光装置的一个实施例的结构的俯视图；

图3为图2所示实施例中第一滤光片的光透过率和波长的关系示意图；

图4为图2所示实施例中发光装置的左视图；

图5为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图；

图6为图5所示的实施例中第一滤光片的光透过率和波长的关系曲线；

图7为图5所示的实施例中第二滤光片的光透过率和波长的关系曲线；

图8为图5所示的发光装置中的第一光源为绿光光源时的第一滤光片的光透过率和波长的关系示意图；

图9为图5所示的发光装置中的第一光源为绿光光源时的第二滤光片的光透过率和波长的关系示意图；

图10为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式来对本发明的实施例进行详细分析。

实施例一：

图2为本发明发光装置的一个实施例的结构的俯视图，如图2所示，发光装置包括第一光源210、第二光源220、合光装置230、第一滤光片240。

第一光源210可以出射第一颜色光L1，具体地，第一光源210包括第一LED阵列211和第一准直透镜阵列212，第一LED阵列211为黄光LED阵列，第一颜色光L1为黄光。为了减少光源出射光的发散程度，第一准直透镜阵列212对第一LED阵列211的出射光进行准直。

第二光源220出射第一发散角α₁的第二颜色光L2，类似地，第二光源220包括第二LED阵列221和第二准直透镜阵列222，第二LED阵列221为蓝光LED阵列，第二颜色光L2为蓝光。第一光源210和第二光源220垂直放置，以使得第二颜色光L2的光轴方向垂直于第一颜色光L1的光轴方向。

合光装置230为滤光片，该滤光片230可以反射蓝光，透射黄光。该滤光片230分别与第一光源210、第二光源220成45度角放置，可以透射黄光L2且将蓝光L1旋转90度，从而将二者合并成同一光路出射，并可以得到白色混合光，并且混合光的出射方向与黄光L2一致。

为了实现对第二颜色光L2的压缩作用，第一滤光片240被设置于第二光源220与合光装置230之间，同时对第一滤光片240的光学性质进行设计。图3为第一滤光片240的光透过率和波长的关系示意图，如图3所示，图3中的黄光的光谱为第一光源210出射光L1的光谱，蓝光的光谱为第二光源220出射光L2的光谱，当入射光的入射角度为第一入射角β₁时，第一入射角β₁为小角度，第一滤光片240的光透过率曲线如实线所示，第一滤光片240可以透射蓝光L2而反射黄光L1，当入射光的入射角度变为第二入射角β₂时，第二入射角β₂为大角度，第一滤光片240的光透过率曲线会向短波方向漂移，其如虚线所示，第一滤光片240可以同时反射黄光L1和蓝光L2，因此第一滤光片240可以透射小于第一入射角β₁入射的蓝光L2，反射黄光L1和大于第二入射角β₂入射的蓝光L2。

如图2所示，在本实施例中，第一滤光片240和第二光源220平行放置，以使得第二颜色光L2垂直入射第一滤光片240，且控制第二颜色光L2的第一发散角α₁小于等于第一入射角β₁，由于第一滤光片240可以透射小于等于第一入射角β₁入射的第二颜色光L2，第二颜色光L2会全部透射第一滤光片240至合光装置230。

由于第二颜色光L2光轴垂直于第一滤光片240入射，所以第二颜色光L2经合光装置230反射使光传播方向旋转90度后，反射光的光轴方向与第一滤光片240平行。又由于反射后的第二颜色光L2的发散角与反射前相同，通过简单的几何关系可以推出，被合光装置230反射的第二颜色光L2入射于第一滤光片240的入射角度分布在第一发散角α₁的余角和90度之间。由于第一滤光片240反射大于第二入射角β₂入射的第二颜色光L2，因此只要部分第二颜色光L2的入射角大于第二入射角β₂，就能被第一滤光片240反射。优选的，第一发散角α₁的余角大于第二入射角β₂，此时所有经合光装置230反射到第一滤光片240的第二颜色光L2会被第一滤光片240反射。这样，就实现了第二颜色光L2的压缩。

同时，如图2所示，第一颜色光L1光轴与反射后的第二颜色光L2光轴重合，由于第一颜色光L1中发散到第一滤光片240的光同样会被第一滤光片240反射，因此第一颜色光L1的光束也被同样地被压缩了。因此，合光装置230的出射光相对于没有第一滤光片时，光束截面积减小了，并且光没有产生较大损失。

这里需要说明的是，第一滤光片240的第一入射角β₁和第二入射角β₂可以根据实际情况进行设计。例如，当第二光源220出射的第二颜色光的第一发散角为10度，此时可以设计第一入射角度β₁为10度以使得第二颜色光全部透射，第一入射角β₁的余角为80度，可以设置第二入射角β₂为70度以使得大角度入射的第二颜色光会被第一滤光片全部反射。当入射光线的入射角从10度增加到70度时，滤光片的透过率的曲线会漂移100nm以上，大于图3中的蓝光光谱范围，因此光学性质符合要求的滤光片是可以被设计出来。

实际上，第一滤光片240的放置方位也会影响其对第一颜色光L1和第二颜色光L2的压缩作用。当第一滤光片240和合光装置230距离越近，二者之间的间隙越小，从间隙损失光的可能性越小，因此优选地，第一滤光片240与合光装置230相接。同时，第一滤光片240的镀膜面优选地面向合光装置230，此时第一颜色光L1既不会入射到第一滤光片240的基底内而造成菲涅尔损失，也不会由于第一滤光片240的基底存在一定厚度而在基底内产生光束扩散。

显然，本实施例中第一滤光片240只能压缩第一颜色光L1靠近第一滤光片240一侧，为了进一步压缩光束，在合光装置230的与第一滤光片240相对的一侧设置有第一反射板250，以反射入射到该第一反射板250的光，进而压缩第一颜色光L1的光束。图4为图2所示实施例中发光装置的左视图，如图4所示，发光装置还可以进一步地在合光装置250的上下两侧相对地设置第三反射板260和第四反射板270（在图2中未画出）。第一光源的光轴和第二光源的光轴相交于一点，构成一个平面，第三反射板260和第四反射板270平行于第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，可以在垂直第一滤光片240的该平面上反射入射光，以压缩光束。这样合光装置230上下两侧的第三反射板260、第四反射板270与分别位于左右两侧的第一滤光片240和第一反射板250相接形成一个封闭光通道可以在各个方向可以对光束进行压缩。当然，在没有设置第二反射板的情况下，第三反射板和第四反射板的设置也是有利于压缩光束的。

另外，合光装置230可以利用一个固定支架进行固定，优选地，第一滤光片240和合光装置230固定在同一个固定支架上，有利于二者的相对位置的固定。

值得指出的是，本实施例中的第一光源210、第二光源220还可以出射其它颜色光，此时只需要对应改变合光装置230和第一滤光片240的光学性质即可。

实施例二：

本发明中发光装置的光源数量并不仅限于两个，发光装置还可以包括更多数量的光源。例如，图5为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图，如图5所示，发光装置包括第一光源310、第二光源320、合光装置340、第一滤光片350、第一反射板370。

本实施例中的发光装置与图2的所示的发光装置的不同点在于：

本实施例中，发光装置还包括第三光源330，第三光源330出射第二发散角α₂的第三颜色光L3，且该第三颜色光L3的光轴方向垂直于第一颜色光L1的光轴方向。具体地，第一光源310为红光LED阵列光源，第二光源320为绿光LED阵列光源，第三光源330为蓝光LED阵列光源，第一颜色光L1为红光，第二颜色光L2为绿光，第三颜色光L3为蓝光。

本实施例中的合光装置340为平行设置的两个滤光片，其中的一个滤光片用于将第一颜色光L1和第二颜色光L2合并成同一光路出射，另一个滤光片用于将第一颜色光L1和第二颜色光L2的合光与第三颜色光L3合并成同一光路出射。第一光源320和第二光源330位于合光装置340的同一侧，这样发光装置虽然长度较长，但是在宽度方向上尺寸减小了。

图6为图5所示的实施例中第一滤光片350的光透过率和波长的关系曲线，如图6所示，图中的红光的光谱为第一光源310出射光的光谱，绿光的光谱为第二光源320出射光的光谱，蓝光的光谱为第三光源330出射光的光谱。当入射光的入射角度为第一入射角β₁时，第一滤光片350的光透过率曲线如实线所示，可以透射绿光和蓝光而反射红光，当入射光的入射角度为第二入射角β₂时，第二入射角β₂远大于第一入射角β₁，第一滤光片350的光透过率曲线如虚线所示，可以反射绿光和红光而透射蓝光，因此第一滤光片350可以透射小于第一入射角β₁入射的绿光，反射红光和大于第二入射角β₂入射的绿光。与图2所示的第一滤光片240类似，第一滤光片350可以起到压缩第二颜色光L2和第一颜色光L1光束的作用。

为了减少第三光源330的光束扩散，发光装置还设置了第二滤光片360，该第二滤光片360位于合光装置340和第三光源330之间。图7为图5所示的实施例中第二滤光片360的光透过率和波长的关系曲线，如图7所示，图中的红光的光谱为第一光源310出射光的光谱，绿光的光谱为第二光源320出射光的光谱，蓝光的光谱为第三光源330出射光的光谱。当入射光的入射角度为第三入射角β₃时，第二滤光片360的光透过率曲线如实线所示，可以透射蓝光而反射红光和绿光，当入射光的入射角度为第四入射角β₄时，第三入射角β₃远大于第四入射角β₄，第二滤光片360的光透过率曲线如虚线所示，可以同时反射绿光、红光和蓝光，因此第二滤光片360可以透射小于第一入射角β₁入射的蓝光，反射红光、绿光和大于第二入射角β₂入射的蓝光。

与第一滤光片350的作用方式类似，第三颜色光L3被设置垂直入射第二滤光片360，且控制第三颜色光L3的第二发散角α₂小于等于第三入射角β₃，由于第二滤光片360可以透射小于等于第三入射角β₃入射的第二颜色光L2，使得第三颜色光L3全部透射第二滤光片360至合光装置。第二滤光片360可以对第一颜色光L1和反射后的第三颜色光L3进行压缩，而且如图7所示，入射到第二滤光片的360第二颜色光L2同样会被第二滤光片360反射，第二滤光片360对第二颜色光L2也会有压缩作用。

同样为了进一步对第三颜色光L3压缩光束，发光装置还设置了第二反射板380，该第二反射板380与第二滤光片360相对地分布在合光装置340的两侧，可以反射入射到该第二反射板380的光，以压缩光束。另外，本实施例中的发光装置同样可以在合光装置340的上下两侧设置反射板，以减少上下两侧的光发散，在此就不再赘述。

在上述两个实施例中，第一光源相对于其它光源都出射长波长的光。以实施例二举例来说，发光装置的第一光源是红光光源，而第二光源和第三光源为蓝光光源和绿光光源，这相对于传统发光装置将绿光光源作为第一光源是完全不同的。传统的发光装置将绿光光源作为第一光源是由于绿光的光谱范围位于红光光谱和蓝光光谱之间，合光装置的滤光片只需要设计成高通或者低通滤光片即可，无论设计还是生产都比较简单。而第二实施例中，红光作为第一光源，此时合光装置中的滤光片要设计成带通滤光片，虽然增加了设计难度，但是这里却会提高第一滤光片或者第二滤光片的对入射光束的压缩能力。下面以第一光源为绿光光源为例进行详细说明。

当图5中的发光装置的第一光源310为绿光光源，第二光源320为蓝光光源，第三光源330为红光光源，此时第一滤光片350的光透过率与波长的关系曲线设计如图8所示，在入射光以第一入射角β₁小角度入射时，第一滤光片350透射绿光，反射蓝光和红光；在入射光以第二入射角β₂大角度入射时，第一滤光片350的透过率曲线向短波方向漂移，透射蓝光，反射绿光和红光。第二滤光片360的光透过率与波长的关系曲线设计如图9所示，在入射光以第三入射角β₃小角度入射时，第二滤光片360透射红光，反射蓝光以及绿光；在入射光以第四入射角β₄大角度入射时，第二滤光片360的透过率曲线向短波方向漂移，此时带通区域由位于红光光谱区域漂移至绿光光谱与红光光谱之间的区域，第二滤光片360可以反射蓝光、绿光和红光。但是由于为了透过绝大部分的红光，带通区域的宽度至少要与红光光谱波长范围接近，而绿光光谱和红光光谱的波峰距离又比较近，因此入射光以第二入射角β₄入射时，带通区域内会覆盖部分绿光或者红光的光谱区域，从而使得部分短波长的红光或者长波长的绿光透射，从而造成光损失或者光束扩散。特别是当红光光谱比较宽或者红光光谱和绿光光谱的波峰距离比较近时，损失或者扩散的红光或者绿光更多。

实施例三

图10为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图，如图10所示，发光装置包括第一光源410、第二光源420、第三光源430、合光装置440、第一滤光片450、第二滤光片460。

本实施例中的发光装置与图5所示的发光装置的不同点在于：本实施例中的合光装置440为十字型滤光片，因此第二光源420和第三光源430分布在合光装置440的相对的两侧，这样更有利于发光装置的结构紧凑，并且不需要再设置反射板来压缩光束。例外，这里也可以设置第三反射板和第四反射板（图中未画出），第三反射板和第四反射板相对分布在所述合光装置两侧，且平行于第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，且与第一滤光片450和第二滤光片460构成一个封闭的光通道，以更好的压缩光束。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明实施例还提供一种舞台灯系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。

以上所述仅为本发明的实施方式，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

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

第一光源，用于出射第一颜色光；

第二光源，用于出射第一发散角的第二颜色光，且该第二颜色光的光轴方向垂直于所述第一颜色光的光轴方向；

合光装置，用于将所述第一颜色光、第二颜色光进行合光，并将合光后的光沿所述第一颜色光的光轴方向出射；

第一滤光片，位于所述第二光源与所述合光装置之间，用于接收垂直入射的第二颜色光，并透射小于第一入射角入射的第二颜色光，反射第一颜色光和大于第二入射角入射的第二颜色光，所述第一入射角大于或者等于所述第一发散角。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括：

第三光源，用于出射第二发散角的第三颜色光，且该第三颜色光的光轴方向垂直于所述第一颜色光的光轴方向；

第二滤光片，位于所述第三光源与所述合光装置之间，用于接收垂直入射的第三颜色光，并透射小于第三入射角入射第三颜色光，反射第一颜色光和大于第四入射角入射的第三颜色光，所述第三入射角大于等于所述第二发散角；

所述合光装置还用于将所述第一颜色光、第二颜色光、第三颜色光进行合光，并将合光后的光沿所述第一颜色光的光轴方向出射。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述第一发散角的余角大于等于第二入射角。

4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：所述第一颜色光为红光，第二颜色光为绿光，第三颜色光为蓝光。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于：所述合光装置为十字型滤光片，该十字型滤光片将所述第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光合并成同一光束，并沿所述第一颜色光的光轴方向出射，所述发光装置还包括相对分布在所述合光装置两侧的第三反射板和第四反射板，该第三反射板和第四反射板平行于所述第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，且与所述第一滤光片和第二滤光片构成一个封闭的光通道。

6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括第一反射板，该第一反射板设置在所述合光装置的背向所述第一滤光片的一侧，以反射入射到该第一反射板的光。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置包括相对分布在所述合光装置两侧的第三反射板和第四反射板，该第三反射板和第四反射板平行于所述第一光源的光轴和第二光源的光轴所在的平面，以在垂直所述第一滤光片的平面上反射入射光并压缩光束。

8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置包括一固定支架，所述合光装置与所述第一滤光片固定在该固定支架上。

9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述第一滤光片和所述合光装置相接。

10.一种舞台灯系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的发光装置。