CN103901706B - 合光光源及使用该合光光源的照明装置和投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合光光源及使用该合光光源的照明装置和投影显示装置，包括第一光源、第二光源、第一滤光片和第二滤光片。其中，光束发散角为X度，相对第一滤光片的入射角为N度，两滤光片的夹角为M度，第二滤光片在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且在M-(N+X)度角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，这样，可提高输出光束的颜色均匀性。

Description

合光光源及使用该合光光源的照明装置和投影显示装置

技术领域

本发明涉及投影显示及照明等光源领域，尤其涉及一种合光光源及使用该合光光源的照明装置和投影显示装置。

背景技术

在投影显示及照明等领域，经常要利用合光装置将不同颜色的光进行合光。最简单的合光装置是利用特定的分光滤光片对不同颜色的光实现透射或反射，从而实现波长合光。

图1是现有技术中利用波长合光的一种常见的合光光源。在图1中，11是蓝色激发光源，12为第一滤光片，13为收集透镜，14为绿色荧光粉，15为反射基板，161和162为受激光，17为红光LED，18为激发光。激发光源11发出的蓝色激发光18先透射第一滤光片12，然后透过收集透镜13入射到绿色荧光粉14上。作为第一光源的绿色荧光粉14涂敷在反射基板15上，它在蓝色激发光18的激发下发出绿色受激光，该绿色受激光经过收集透镜13收集后，与作为第二光源的红光LED17发出的红光通过第一滤光片合为一束。

在现有的合光光源中，收集透镜13对绿色受激光起着收集准直的作用。然而，实际受激光经透镜收集准直后仍然会有一定的发散角，该发散角使得准直光入射于第一滤光片时的入射角不同，以图1中的受激光161和162为例，若准直光的发散半角为10度，则相对于第一滤光片12，受激光161的入射角为35度，受激光162的入射角为55度，中心光的入射角为45度。第一滤光片对不同入射角的入射光会有不同的光谱响应。在图1所示的合光光源中，第一滤光片12透射蓝光和红光而反射绿光，其光谱响应曲线随入射角的增大而向短波长方向漂移，如图2所示。这样，在图1所示的系统中，准直光束经过第一滤光片反射后，各个位置的输出光颜色是不同的：受激光161偏黄色而受激光162偏绿色，中心光在两者之间。这样的光束颜色是不均匀的，影响后端的光照射效果。

一种解决方案是将第一滤光片换成反射镜，反射镜对于不同角度的不同色光全部反射，没有颜色差别，但是却无法实现波长合光的功能。

另一种解决方案是如图3所示的，设计将第一滤光片的光谱响应曲线向长波长平移。这样虽然绿色荧光经过准直后仍有一定的发散角，使得不同位置的准直光的入射角不同，但由于在35-55度入射角范围内，第一滤光片都能对整个光谱范围的绿色光起反射作用，其反射的颜色差别很小，所以也不会出现输出光颜色不均匀的问题。但问题在于这时红光会承受比较大的透射损失，尤其是光束中以小于45度入射的红光会被反射，同时红光的输出光就会出现和上述绿光的输出光相似的颜色不均匀的现象。

总之，由于用于合光的两种光的光谱相隔比较近（虽然不一定有交叠），其间隔不足以容纳第一滤光片的光谱响应曲线在不同入射角下的光谱漂移的幅度，导致输出光的颜色不均匀。

发明内容

本发明为解决光谱间距较小的两束光合光时由于光束入射角不同而造成的输出光颜色不均匀性的问题，提出了一种合光光源及使用该合光光源的照明装置和投影显示装置，包括：

第一光源，用于产生发散的第一光束，该第一光束的发散半角为X度；

第二光源，用于产生与第一光束波长范围不同的第二光束；

第一滤光片，作为合光滤光片，使第一光束和第二光束分别从该第一滤光片的两侧入射到其上进行合光，其中，第一光束的中心光线相对于第一滤光片的入射角为N度，N-X>0,N+X<90；

第二滤光片，位于第一光束的光路中，该第二滤光片与第一滤光片之间的夹角为M度，使得第一光束中的任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为M，且M≧N+X；

设计第二滤光片的光谱响应曲线，使其在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长。

优选地，第二滤光片在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长等于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长等于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长。

优选地，第二滤光片与第一滤光片相互交叉放置，且位于第二光束的光路中，第一滤光片和第二滤光片对第一光束的透射和反射特性相反。

优选地，第二滤光片位于第一滤光片和第一光源之间，且不位于第二光束的光路中。

优选地，第二滤光片透射第一光束而第一滤光片反射第一光束，或者第二滤光片反射第一光束而第一滤光片透射第一光束，或者第二滤光片与第一滤光片均透射第一光束，或者第二滤光片与第一滤光片均反射第一光束。

优选地，M=2N，第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相反，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补；或者，第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相同，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线重合。

优选地，N=45。

优选地，第一光源包括激发光源和荧光粉，第一光束由该激发光源激发荧光粉产生。

本发明还提出了一种照明装置，包括上述合光光源。

本发明还提出了一种投影显示装置，包括上述合光光源。

这样，通过利用第二滤光片和第一滤光片对第一光束中的不同光线进行两次不同入射角的补偿滤光，缩小由于入射角不同而产生的光谱漂移，改善输出第一光束的颜色均匀性。

附图说明

图1是现有技术中一种合光光源的结构示意图；

图2为第一滤光片对不同入射角的光谱响应曲线图；

图3为将第一滤光片的光谱响应曲线向长波方向平移后的曲线；

图4为本发明的合光光源的第一实施例的结构示意图；

图5a为第一滤光片对不同入射角的光谱响应曲线图；

图5b为第二滤光片对不同入射角的光谱响应曲线图；

图6a为本发明的合光光源的第二实施例的一种结构示意图；

图6b为本发明的合光光源的第二实施例的另一种结构示意图；

图6c为本发明的合光光源的第二实施例的另一种结构示意图；

图6d为本发明的合光光源的第二实施例的另一种结构示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明。

实施例一

图4是本发明的合光光源的一个实施例的结构示意图。本实施例的合光光源包括激发光源41，第一滤光片42，收集透镜43，绿色荧光粉44，反射基板45，红光LED47，第二滤光片49，如图4所示，其中48为激发光，461和462为受激光。激发光源41用来产生激发光48，第一滤光片42和第二滤光片49交叉放置组成合光装置，位于激发光48的光路中。收集透镜43位于合光装置的一侧，且位于激发光经合光装置后的输出光路中，绿色荧光粉44位于收集透镜后，保证激发光经收集透镜43会聚后能入射到其上。反射基板45紧贴绿色荧光粉44设置，用于反射向后传播的激发光和受激光。红色LED位于绿色荧光粉相对于合光装置的对面，用来产生与第一光束主波长不同的第二光束。

典型的，激发光源41为蓝色激光二极管。从激发光源41发出的激发光48先经第一滤光片42透射和第二滤光片49反射至收集透镜43，然后经收集透镜43收集入射到绿色荧光粉44上。绿色荧光粉44涂敷在反射基板45上，它在激发光48的激发下发出作为第一光束的绿色受激光，该绿色受激光的空间光强分布大致呈朗伯余弦分布，经收集透镜43收集后入射到第一滤光片42和第二滤光片49组成的合光装置。与此同时，作为第二光源的红光LED47设置在绿色荧光粉44的对面，它发出第二光束红光，该红光从合光装置的另一侧入射至合光装置，并经第一滤光片42反射和第二滤光片49透射，与第一光束绿光实现波长合光。其中，收集透镜43对第一光束绿光起着收集准直的作用，但准直后的第一光束仍然会有一定的发散角，该发散角使得第一光束中的不同光线入射到第一滤光片42的入射角不同。

在本实施例中，第一光束的发散半角为10度（所谓发散半角为10度，是指发散光束在±10度的锥角内，所以光锥对应的中心锥角为20度），第一光束的中心光线相对于第一滤光片42的入射角为45度，所以第一光束中不同光线入射到第一滤光片42的入射角范围为35～55度。第二滤光片49与第一滤光片42垂直相交设置，即第二滤光片49与第一滤光片42之间的夹角为90度，使得第一光束中的任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为90度。

对第一光束而言，它在合光过程中要经第一滤光片42的反射和第二滤光片49的透射。透射过程可能发生在被第一滤光片42反射之前，如受激光462；也可能发生在被第一滤光片42反射之后，如受激光461。在本实施例中，受激光461相对于第一滤光片42的入射角为35度，而相对于第二滤光片49的入射角为55度；受激光462相对于第一滤光片42的入射角为55度，而相对于第二滤光片49的入射角为35度。通过简单的几何关系即可得出更一般的结论：若第一光束中某一光线相对于第一滤光片42的入射角为Y度（35≦Y≦55），则它相对于第二滤光片49的入射角就是90-Y度。并且，若第一光束中两光线相对于第一滤光片42的入射角分别为Y1和Y2，且Y1>Y2，则该两光线相对于第二滤光片49的入射角为90-Y1和90-Y2，且满足90-Y2>90-Y1，即，以小入射角入射到第一滤光片42的光线将以大入射角入射到第二滤光片49，反之亦然。

图5a是第一滤光片42的光谱响应曲线，它和图2所示的第一滤光片相同：光谱响应曲线随光束入射角的增大而向短波长漂移。图5b为本实施例中所采用的第二滤光片49的光谱响应曲线，它与第一滤光片在不同入射角下的光谱响应曲线正好互补（所谓互补，是指两滤光片的透射率和反射率正好互换，例如，在某一入射角下，若第一滤光片对入射光表现为30%透射，70%反射，则第二滤光片对其表现为30%反射，70%透射），且随光束入射角的增大都向短波长漂移。图5b中示出了第二滤光片在35度、45度、55度入射角下的光谱响应曲线。

这样，第一光束中受激光461先以35度入射角经第一滤光片42反射，再以55度入射角经第二滤光片49透射，最后输出光的截止波长由第二滤光片49在55度角所对应的光谱响应曲线的截止波长（所谓截止波长，是指光谱响应曲线中透射光谱和反射光谱交界处的波长）决定；而受激光462则是先以35度入射角经第二滤光片49透射，再以55度入射角经第一滤光片42反射，最后输出光的截止波长由第一滤光片42在55度角所对应的光谱响应曲线的截止波长决定。推而广之，第一光束中以Y度角（35≦Y≦55）入射到第一滤光片42且经其反射的光线，将以90-Y度角入射于第二滤光片49并经其透射，若Y>90-Y，则最后输出光的截止波长由第一滤光片42在Y度角所对应光谱响应曲线的截止波长决定；若Y<90-Y，则最后输出光的光谱范围由第二滤光片49在90-Y度角所对应的光谱响应曲线的截止波长决定。无论Y取何值，因35≦Y≦55，所以35≦90-Y≦55，45≦max（Y，90-Y）≦55（其中max（Y，90-Y）表示取Y和90-Y中的较大值），所以该输出光的截止波长都将位于图5a中45度角和55度角的光谱响应曲线的截止波长所夹区域之间，即图5a中阴影部分区域ⅰ；而当没有第二滤光片49时，输出光的截止波长将位于图5a中35度角和55度角的光谱响应曲线的截止波长所夹区域之间，即图5a中阴影部分区域ⅱ。显然，第二滤光片的作用使得第一光束中不同光线因入射角不同而产生的光谱漂移变小，故颜色的均匀性好。

此外，在本实施例中，由于第一滤光片和第二滤光片的光谱响应曲线的互补关系，第一滤光片42在55度角的光谱响应曲线的截止波长和第二滤光片49在55度角的光谱响应曲线的截止波长相同，所以受激光461和受激光462经过两次滤光后输出光的光谱范围相同，颜色也相同。一般地，第一光束中任意关于中心角对称的两条光线经过两滤光片的滤光修饰后，最后输出光的光谱范围相同，颜色也相同。

本实施例可推广到更一般的情况：若第一光束的发散半角为X度，设置第一滤光片使第一光束的中心光线相对其的入射角为N度，N满足0<N-X，N+X<90，这可保证第一光束的光线入射到第一滤光片时都向同一方向倾斜。此时第一光束入射至第一滤光片的入射角范围为N-X～N+X度。

设置第二滤光片与第一滤光片之间的夹角为M度，使第一光束中的任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为M，这样，第一光束的不同光线入射到第二滤光片的入射角范围为M-（N-X）～M-(N+X)度。设置M使M≧N+X，则可保证M-（N-X）～M-(N+X)均为非负值，从而使得第一光束中任意两条光线都满足以较小角度入射到第一滤光片的光线将以较大角度入射到第二滤光片。以任两条光线L1和L2为例，设光线L1相对于第一滤光片的入射角为Y1度，光线L2相对于第一滤光片的入射角为Y2度，Y1和Y2满足Y1<Y2，则光线L1相对于第二滤光片的入射角为M-Y1度，光线L2相对于第二滤光片的入射角为M-Y2度，且M-Y1>M-Y2。也就是说，两条光线L1和L2中，以较小角度（Y1<Y2）入射到第一滤光片的光线L1以较大角度（M-Y1>M-Y2）入射到第二滤光片。

在第一光束中，设以N-X度角入射到第一滤光片的光线为L1，它将以M-（N-X）度角入射到第二滤光片；以N+X度角入射到第一滤光片的光线为L2，它将以M-（N+X）度角入射到第二滤光片。设第一滤光片对光线L1的光谱响应曲线的截止波长为λ1，对光线L2的光谱响应曲线的截止波长为λ2，第二滤光片对光线L1的光谱响应曲线的截止波长为λ3，对光线L2的光谱响应曲线的截止波长为λ4，由于N-X<N+X，M-(N-X)>M+(N+X)，所以λ1>λ2,λ3<λ4（因为滤光片的光谱响应曲线总是随着入射角的增大而向短波方向漂移）。若没有第二滤光片，光线L1和L2经第一滤光片滤光后输出光谱的截止波长漂移量为λ1-λ2。为了缩小该光谱漂移，可设计第二滤光片，使光线L1经第二滤光片滤光后输出光谱的截止波长进一步向短波方向平移，并保证光线L2经第二滤光片滤光后输出光谱的截止波长不变。根据该要求，设计第二滤光片使λ3<λ1，且λ4>λ2，这样，光线L1经两滤光片滤光后输出光谱的截止波长为λ3，光线L2经两滤光片滤光后输出光谱的截止波长为λ2，两光线输出光谱的截止波长漂移量变为λ3-λ2，λ3-λ2<λ1-λ2，故第二滤光片的存在补偿了光线L1和L2在第一滤光片上因入射角不同而产生的光谱漂移，从而改善了输出光束的颜色均匀性。

优选地，设计第二滤光片使λ3=λ2，λ1＝λ4，可使得光线L1和L2输出光谱的截止波长相同，即L1和L2之间的光谱漂移量为0，从而使得L1和L2经滤光后输出光颜色相同。这一方面使得整个第一光束中的输出光谱漂移量压缩到最小，另一方面也使输出的第一光束具有中心对称性。

总之，由于第一光束的发散半角为X度，设置第一光束的中心光线相对于第一滤光片的入射角N>X，可使第一光束入射到第一滤光片的入射角范围N-X～N+X始终为正；设置第一滤光片与第二滤光片之间的夹角M≧N+X，并保证第一光束中任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为M，从而使第一光束中任意两条光线都满足以小角度入射到第一滤光片的光线将以大角度入射到第二滤光片，且第一光束的光线入射到第二滤光片的入射角范围为M-(N-X)～M-(N+X)；为了利用第二滤光片补偿第一光束的光线在第一滤光片上因入射角不同而产生的光谱漂移，设计第二滤光片使其在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，并且其在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长。

本实施例中，虽然强调N>X，M≧N+X，该限制条件只是为了保证第一光束中任意两光线都满足以小角度入射到第一滤光片的光线将以大角度入射到第二滤光片。实际上，只要满足M>N-X，在第一光束中就总会有部分光线满足以小角度入射到第一滤光片的光线将以大角度入射到第二滤光片，此时可针对该部分光线设计第二滤光片的光谱响应曲线来补偿由于其不同光线在第一滤光片上的入射角不同而产生的光谱漂移，改善其输出光谱的颜色均匀性。例如，当X=10度，N=45度，M=45度时，M满足M>N-X，此时，第一光束中以35～45度角入射到第一滤光片的光线将以10～0度角入射到第二滤光片，该部分光线中任意两条光线都满足以小角度入射到第一滤光片的光线将以大角度入射到第二滤光片。对该部分光线而言，只需保证第二滤光片在10度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于第一滤光片在35度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且第二滤光片在0度入射角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在45度入射角的光谱响应曲线的截止波长，即可补偿该部分光因入射角不同而产生的光谱漂移。优选地，使第二滤光片在10度入射角的光谱响应曲线的截止波长与第一滤光片在45度入射角的光谱响应曲线的截止波长重合。

在本实施例中，优选地，设置第二滤光片与第一滤光片之间的夹角M=2N度，则第一光束入射到第二滤光片的入射角范围也为N-X～N+X，此时，只需简单地设计第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线与第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补，即可实现对第一光束进行两次不同入射角的补偿滤光（所谓补偿滤光，是指经过小入射角滤光和大入射角滤光），补偿第一光束由于入射角不同而产生的光谱漂移，改善输出光束的颜色均匀性，正如实施例一中所描述过的N=45、M=90的情形。

在本实施例中，作为第二光源的红光LED47设置于绿光荧光粉44的对面，其所发出的第二光束红光在合光过程中，也要经第一滤光片42的透射和第二滤光片49的反射。其中，第二光束的中心光线相对于第一滤光片42的入射角也为45度，所以若第二光束也具有一定的发散角，则第一滤光片42和第二滤光片49也将对第二光束进行两次不同角度的补偿滤光，同样可减小第二光束中不同光线由于入射角不同而产生的光谱漂移，改善第二光束输出光的颜色均匀性，其原理和第一光束完全相同，故不再赘述。

实施例二

在实施例一中，第一滤光片和第二滤光片同时位于第一光束和第二光束的合光光路中，为了实现第一光束和第二光束的合光，两滤光片对第一光束和第二光束的透射和反射特性应相反：即如果第一滤光片透射第一光束，则它应反射第二光束，同时第二滤光片要反射第一光束而透射第二光束；如果第一滤光片反射第一光束，则它应透射第二光束，同时第二滤光片要透射第一光束而反射第二光束。这种限制使得第一滤光片和第二滤光片在整个合光光谱范围内的光谱响应曲线必须相反，且正好互补，这限制了第二滤光片的选择。实际上，也可以将第二滤光片只设置在第一光束的光路中，而不处于第二光束的光路中，从而只对第一光束实现补偿滤光，而对第二光束没有影响。此时，由于第二光束不经过第二滤光片，为了实现第一光束和第二光束的合光，只需保证第一滤光片对第一光束和第二光束的透射和反射特性相反即可，所以对第一光束而言，可以有四种情况：第一滤光片反射而第二滤光片透射第一光束，或者第一滤光片透射而第二滤光片反射第一光束，或者第一滤光片和第二滤光片都透射第一光束，或者第一滤光片和第二滤光片都反射第一光束。

图6a为第一滤光片反射而第二滤光片透射第一光束的情形。在图6a中，61是激发光源，62为第一滤光片，63为收集透镜，64为绿色荧光粉，65为反射基板，661和662为受激光，67为红光LED，68为激发光，69为第二滤光片。激发光源61用来产生激发光68，第一滤光片62位于激发光68的光路中，它反射激发光并透射受激光。收集透镜63位于激发光经第一滤光片69反射后的反射光路中，绿色荧光粉64位于收集透镜后，保证激发光经收集透镜63会聚后能入射到其上。反射基板65紧贴绿色荧光粉64设置，用于反射向后传播的激发光和受激光。第二滤光片62位于受激光的输出光路中且不位于激发光光路中，它反射绿色荧光粉64产生的受激光，同时透射红色LED67产生的红光。红色LED位于第二滤光片的一侧，用来产生与第一光束主波长不同的第二光束。从激发光源61发出的激发光68先透过第一滤光片62，然后入射到绿色荧光粉64上激发其发光。从绿色荧光粉64出射的第一光束先后经第二滤光片69透射和第一滤光片62反射后输出，而从红光LED67出射的第二光束只经过第一滤光片62透射后输出。其中，第一光束的中心光线相对于第二滤光片的入射角为45度，所以使第二滤光片与第一滤光片成90度夹角但不交叉放置，这可保证第一光束在第一滤光片和第二滤光片的入射角相对于90度互补，从而使得第一光束在输出时经过两个不同入射角的补偿滤光。由于第一滤光片和第二滤光片对第一光束的透射和反射特性相反，所以第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线应该与第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补。

图6b为第一滤光片透射而第二滤光片反射第一光束的情形，本实施例相对于图6a所示实施例的区别在于，激发光源61设置在绿色荧光粉64背面以透射方式来激发荧光粉，其中65为分光滤光片。分光滤光片65透射激发光源发出的激发光而反射荧光粉产生的受激光。这样，从激发光源61发出的激发光68将直接透过分光滤光片65入射到绿色荧光粉64上，不再经第一滤光片62滤光，这可进一步简化第一滤光片的设计，不必再考虑其对激发光的影响。分光滤光片65的作用是透射激发光反射受激光。从绿色荧光粉64出射的第一光束先后经第二滤光片69反射和第一滤光片62透射后输出，而从红光LED67出射的第二光束只经过第一滤光片62反射后输出。其中，第一光束的中心光线相对于第二滤光片的入射角为45度，所以使第二滤光片与第一滤光片成90度夹角但不相交放置，这可保证第一光束在第一滤光片和第二滤光片的入射角相对于90度互补，从而使得第一光束在输出时经过两个不同入射角的补偿滤光。由于第一滤光片和第二滤光片对第一光束的透射和反射特性相反，所以第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线应该与第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补。

图6c为第一滤光片和第二滤光片都透射第一光束的情形，本实施例中激发光源的设置和图6a相同，也是以反射方式来激发绿色荧光粉64。从绿色荧光粉64出射的第一光束先后经第二滤光片69和第一滤光片62透射后输出，而从红光LED67出射的第二光束只经过第一滤光片62反射后输出。其中，第一光束的中心光线相对于第二滤光片的入射角为45度，所以使第二滤光片与第一滤光片成90度夹角但不相交放置，这可保证第一光束在第一滤光片和第二滤光片的入射角相对于90度互补，从而使得第一光束在输出时经过两个不同入射角的补偿滤光。由于第一滤光片和第二滤光片均透射第一光束，所以可设置第二滤光片与第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线相同。优选地，第二滤光片和第一滤光片选择使用同一种滤光片，此时不必再进行第二滤光片的设计，节省成本。

图6d为第一滤光片和第二滤光片都反射第一光束的情形，本实施例激发光源的设置和图6b相同，也是以透射方式来激发绿色荧光粉64。从绿色荧光粉64出射的第一光束先后经第二滤光片69和第一滤光片62反射后输出，而从红光LED67出射的第二光束只经过第一滤光片62反射后输出。其中，第一光束的中心光线相对于第二滤光片的入射角为45度，所以使第二滤光片与第一滤光片成90度夹角但不相交放置，这可保证第一光束在第一滤光片和第二滤光片的入射角相对于90度互补，从而使得第一光束在输出时经过两个不同入射角的补偿滤光。由于第一滤光片和第二滤光片均反射第一光束，所以可设置第二滤光片与第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线相同。优选地，第二滤光片和第一滤光片选择使用同一种滤光片，此时可不必再进行第二滤光片的设计，节省成本。

在本实施例的四种情形中，由于第一光束的中心光线相对于第二滤光片的入射角为45度，所以设置第二滤光片使其与第一滤光片成90度夹角但不相交放置。推广到更一般的情况：若第一光束的发散半角为X度，第一光束的中心光线相对于第一滤光片的入射角为N度，N>X，设置第二滤光片与第一滤光片之间的夹角为M度，M≧N+X，并使得第一光束中的任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为M。此时只要设计第二滤光片的光谱响应曲线，使其满足在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，并且在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，即可实现对第一光束中不同光线因入射角不同而产生的光谱漂移进行补偿，改善输出光束颜色的均匀性。其原理同实施例一相同，故不再赘述。

优选地，设置第二滤光片与第一滤光片之间的夹角M=2N，可简单选择第二滤光片与第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相同或相反，即可使得第一光束在其合光过程中经过两个不同入射角的补偿滤光，减小不同入射角带来的光谱漂移，改善输出光束的颜色均匀性。对图6a和图6b所示的情况，第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相反，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补；对图6c和图6d所示的情况，第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相同，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线重合。

本实施例相对于实施例一的优点在于：由于第二滤光片只对第一光束起作用，所以它对第二光束的光谱响应可以不予考虑，这使得第二滤光片的选择更加灵活。优选地，若选择第二滤光片与第一滤光片为同一种滤光片，可不必再进行第二滤光片的设计，从而节省成本。

在本发明中的实施例中，作为第一光束的绿光是以蓝色激发光激发绿色荧光粉而产生，作为第二光束的红光是从红光LED直接输出得到，但实际上，本发明对第一光束和第二光束的产生形式完全没有限制。例如，作为第一光束的绿光既可以从反射式荧光粉色轮产生，也可以从透射式荧光粉色轮产生，激发光源可以使用蓝色激发光源，也可以使用紫外激发光源；或者作为第一光束的绿光直接利用绿光LED产生。作为第二光束的红光也可由激发光激发红色荧光粉而产生。当利用激光激发荧光粉色轮时，荧光粉色轮可以静止，也可以转动。此外，第一光束与第二光束的颜色也不限于红色和绿色，还可以是橙色和青色，黄色和蓝色等，只要满足光谱间距较小的两种光进行波长合光的条件即可。对本领域的技术人员来说，这种光源的替换为公知常识，应包含在本发明的保护范围之内。

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 (10)

1.一种合光光源，其特征在于，包括：

第一光源，用于产生发散的第一光束，所述第一光束的发散半角为X度；

第二光源，用于产生与第一光束主波长不同的第二光束；

合光装置，所述合光装置包括第一滤光片和第二滤光片；

所述第一滤光片，所述第一光束和第二光束分别从第一滤光片的两侧入射到其上进行合光，其中，第一光束的中心光线相对于所述第一滤光片的入射角为N度，N满足N-X>0,N+X<90；

所述第二滤光片，位于第一光束的光路中，所述第二滤光片与第一滤光片之间的夹角为M度，并使得所述第一光束中的任一光线入射到第一滤光片的入射角与该光线入射到第二滤光片的入射角之和为M，M满足M≧N+X；

所述第二滤光片在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长小于所述第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且第二滤光片在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长大于第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长。

2.根据权利要求1所述的合光光源，其特征在于：所述第二滤光片在M-(N-X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长等于所述第一滤光片在N+X度入射角的光谱响应曲线的截止波长，且第二滤光片在M-(N+X)度入射角的光谱响应曲线的截止波长等于第一滤光片在N-X度入射角的光谱响应曲线的截止波长。

3.根据权利要求1所述的合光光源，其特征在于：所述第二滤光片与第一滤光片相互交叉放置，且位于第二光束的光路中，第一滤光片和第二滤光片对第一光束的透射和反射特性相反。

4.根据权利要求1所述的合光光源，其特征在于：所述第二滤光片位于第一滤光片和第一光源之间，且不位于第二光束的光路中。

5.根据权利要求4所述的合光光源，其特征在于：第二滤光片透射第一光束而第一滤光片反射第一光束，或者第二滤光片反射第一光束而第一滤光片透射第一光束，或者第二滤光片与第一滤光片均透射第一光束，或者第二滤光片与第一滤光片均反射第一光束。

6.根据权利要求1所述的合光光源，其特征在于：M＝2N；

第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相反，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线互补；或者，

第二滤光片和第一滤光片对第一光束的透射和反射特性相同，且第二滤光片对第一光束的光谱响应曲线和第一滤光片对第一光束的光谱响应曲线重合。

7.根据权利要求6所述的合光光源，其特征在于：N＝45。

8.根据权利要求1所述的合光光源，其特征在于：所述第一光源进一步包括激发光源和荧光粉，所述第一光束由该激发光源激发该荧光粉产生。

9.一种照明装置，其特征在于：包括权利要求1至8任一项所述的合光光源。

10.一种投影显示装置，其特征在于：包括权利要求1至8任一项所述的合光光源。