CN105549313B - 一种荧光轮及荧光转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种荧光轮及荧光转换系统。该荧光轮，用于接受激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去。这样的荧光轮若应用到荧光转换系统中，利用同一集光装置就可以直接将从荧光轮射出的荧光和激光收集，与现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了荧光转换系统，有利于整体尺寸的减小，即可实现荧光转换系统的小型化。

Description

一种荧光轮及荧光转换系统

技术领域

本发明涉及荧光转换技术领域，尤其涉及一种荧光轮及荧光转换系统。

背景技术

目前，由于获得荧光的成本较低，荧光的应用越来越广泛，获得荧光时，主要是利用激发光源激发荧光粉发出荧光。

下面介绍一种现有的荧光转换系统。

图1示出了一种现有技术的荧光转换系统，该荧光转换系统包括：激发光源11，位于激发光源11出光方向上的会聚透镜组12，位于会聚透镜组12出光方向且与出光方向成45度角的合光单元13(如二向色镜)，位于合光单元13出光方向的荧光轮14，分别位于荧光轮14正面和背面的第一准直透镜组15、第二准直透镜组16，位于合光单元13一侧、且垂直于激发光源11的出光方向上的滤色轮17，位于滤色轮17与合光单元13之间的会聚透镜18，位于荧光轮14周围的中继回路19。

其中，图1示出的中继回路19由扩散片、多个反射镜和凸透镜组成。

其中，激发光源11用于发射激光。

其中，荧光轮14为反射式荧光轮，具有镜面铝基板，能够对荧光粉在激光的激发下产生的荧光进行反射，使得荧光从荧光轮正面出射，并经过第一准直透镜组15的准直变成近似平行的光束后入射到合光单元13。荧光轮14还包括激光透射区，激发光源11发出的激光从荧光轮14的背面出射，并经过中继回路19，最终入射到合光单元13处，与荧光进行合光输出，光束经过会聚透镜18，最终入射至滤色轮17进行滤色。

上述现有技术中的荧光转换系统中分别设置有针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件(如上述中继回路)等等，结构复杂，尺寸较大。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种荧光轮及荧光转换系统，用于解决现有的荧光转换系统结构复杂，尺寸较大的问题。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种荧光轮，用于接受激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去。

较佳地，所述激光散射区设置有对激光散射的颗粒涂层。

较佳地，激光的颜色为蓝色；

所述荧光粉区包括绿色荧光粉区，桔色荧光粉区和黄色荧光粉区；或者，所述荧光粉区包括绿色荧光粉区和桔色荧光粉区。

较佳地，激光的颜色包括蓝色和红色；

所述荧光粉区包括绿色荧光粉区，和黄色荧光粉区；或者，所述荧光粉区包括绿色荧光粉区。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例提供的荧光轮中，由于荧光轮能够将入射激光以及荧光轮中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮的正面射出，这样便于光的收集，这样的荧光轮若应用到荧光转换系统中，可以直接将从荧光轮射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了荧光转换系统的结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现荧光转换系统的小型化。另外，通过在荧光轮上设置激光散射区，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布(光能量相对集中)变成朗伯体分布(光能量相对均匀)，降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

一种荧光转换系统，用于接受激光的照射并发出荧光，包括激发光源、荧光轮和集光装置；其中：

所述荧光轮，用于接受激发光源发射的激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；

所述集光装置，用于接收所述荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出。

较佳地，所述集光装置包括集光部件和匀光部件；其中：

所述集光部件，用于收集所述荧光轮射出的激光和荧光；

所述匀光部件，用于将所述集光部件收集的激光和荧光混合均匀后射出。

较佳地，所述集光部件为具有透光孔的反射曲面；其中，所述反射曲面的透光孔，用于透过入射至荧光轮的激光。

较佳地，所述反射曲面为椭球反射面；

所述匀光部件和所述荧光轮分别位于所述椭球反射面的两个焦点上。

较佳地，还包括滤色轮；

所述滤色轮，包括荧光滤光区和激光透射区；其中，所述荧光滤光区用于对所述集光装置射出的荧光进行滤光；所述激光透射区用于透过所述集光装置射出的激光。

较佳地，所述荧光轮和所述滤色轮同轴设置。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例提供的荧光转换系统中，包括激发光源、荧光轮和集光装置，其中，激发光源发射的激光入射至荧光轮，由于荧光轮接收的入射激光以及荧光轮中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮的正面射出，这样利用同一集光装置就可以直接将从荧光轮射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了荧光转换系统的结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现荧光转换系统的小型化。另外，通过在荧光轮上设置激光散射区，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布(光能量相对集中)变成朗伯体分布(光能量相对均匀)，降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

附图说明

图1为现有技术中的一种荧光转换系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之一；

图3a为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之二；

图3b为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之三；

图4a为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之四；

图4b为本发明实施例提供的一种荧光轮的平面结构示意图之五；

图5为本发明实施例提供的一种荧光转换系统的结构示意图之一；

图6为本发明实施例提供的一种荧光转换系统的结构示意图之二；

图7为本发明实施例提供的一种荧光转换系统的结构示意图之三；

图8为本发明实施例提供的一种滤色轮的平面结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种荧光轮和滤色轮同轴设置时的平面结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种荧光轮和滤色轮同轴设置时的平面结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有的荧光转换系统的结构复杂，尺寸较大的问题，实现荧光转换系统的小型化，本发明实施例提供了一种荧光轮，用于接受激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去。基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种荧光转换系统，用于接受激光的照射并发出荧光，包括激发光源、荧光轮和集光装置；其中：荧光轮，用于接受激发光源发射的激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和激光散射区；其中：荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；集光装置，用于接收荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出。本发明实施例提供的荧光轮及荧光转换系统，实现了荧光转换系统的小型化。

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种荧光轮及荧光转换系统进行更详细地说明。

实施例一

如图2所示，本发明实施例提供一种荧光轮2，用于接受激光的照射，包括位于反射基板20上的荧光粉区21和激光散射区22；其中：荧光粉区21，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区22，用于对入射激光进行散射并反射出去；

其中，反射基板20是指具有反射面的基板。

其中，荧光粉区21产生的荧光是向各个方向发散的，相对反射基板20的表面发散的荧光被反射出去，则所有的荧光沿180度左右的出射角度范围从荧光轮2的正面射出。

本发明实施例中，由于荧光轮2能够将入射激光以及荧光轮2中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮2的正面射出，这样便于光的收集，这样的荧光轮2若应用到荧光转换系统中，可以直接将从荧光轮2射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了荧光转换系统的结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现荧光转换系统的小型化。另外，通过在荧光轮2上设置激光散射区22，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布(光能量相对集中)变成朗伯体分布(光能量相对均匀)，降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

较佳地，激光散射区22设置有对激光散射的颗粒涂层。该颗粒涂层既可以是对特定波长的激光具有散射作用的颗粒涂层，也可以是对全波段具有散射作用的颗粒涂层，还可以是对某一范围波段具有散射作用的颗粒涂层。

实施中，上述颗粒涂层可以但不限于是硫酸钡颗粒涂层。硫酸钡颗粒涂层能够对某一范围波段的激光具有较高的散射作用。

实施中，入射激光可以是单色(如蓝色)激光，由该单色激光激发多色荧光；入射激光也可以是双色(如红色和蓝色)激光，由该双色激光激发多色荧光。相应的，根据入射激光的颜色，需要对荧光轮2的荧光粉区21进行相应的设置，下面通过举例说明：

若激光的颜色为蓝色；如图3a所示，荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a，桔色荧光粉区21b和黄色荧光粉区21c；或者，如图3b所示，荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a和桔色荧光粉区21b。

若激光的颜色包括蓝色和红色；如图4a所示，荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a，和黄色荧光粉区21c；或者，如图4b所示，荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a。

较佳地，反射基板20为镜面铝基板，或者镀有铝膜的基板。这样的反射基板对各个波长的光均具有高反作用。

实施例二

本发明实施例提供一种荧光转换系统，如图5所示，包括激发光源3、荧光轮2和集光装置4；其中：

荧光轮2，用于接受激发光源发射的激光的照射，包括位于反射基板20上的荧光粉区21和激光散射区22；其中：荧光粉区21，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；激光散射区22，用于对入射激光进行散射并反射出去；

集光装置4，用于接收荧光轮2反射出来的荧光和激光后混合射出。

图5中所示的集光装置4射出的光束中，虚线示意射出的荧光，实线示意射出的激光。

本发明实施例中，荧光转换系统包括激发光源3、荧光轮2和集光装置4，其中，激发光源3发射的激光入射至荧光轮2，由于荧光轮2接收的入射激光以及荧光轮2中在入射激光的激发下发出的荧光都被反射出来，也就是说，荧光和激光均沿荧光轮2的正面射出，这样利用同一集光装置就可以直接将从荧光轮2射出的荧光和激光收集，与上述现有技术中分别针对荧光和激光进行对应的准直和会聚、光路转换部件的设计相比，简化了荧光转换系统的结构，有利于整体尺寸的减小，即可实现荧光转换系统的小型化。另外，通过在荧光轮2上设置激光散射区22，能够在对激光反射之前进行体散射，从而改变激光的分布规律，从高斯型分布(光能量相对集中)变成朗伯体分布(光能量相对均匀)，降低了相干程度，能够提高激光的消散斑效果。

较佳地，如图6所示，集光装置4包括集光部件41和匀光部件42；其中：

集光部件41，用于收集荧光轮2射出的激光和荧光；

匀光部件42，用于将集光部件41收集的激光和荧光混合均匀后射出。

较佳地，如图6所示，集光部件41为具有透光孔41a的反射曲面；其中，反射曲面的透光孔，用于透过入射至荧光轮2的激光。

本实施例的集光装置中，反射曲面可以对各个角度的光起到会聚作用，进而可以提高收集光的效率。并且，入射至荧光轮2的激光能直接通过反射曲面上的透光孔41a入射，无需其它光路转换部件，占用空间体积小，进一步简化了荧光转换系统的结构，利于荧光转换系统的小型化。

实施中，反射曲面可以但不限于为椭球反射面；匀光部件42和荧光轮2分别位于椭球反射面的两个焦点上。

椭球反射面的特点是：任意一个焦点发出的光或通过该焦点的光，经椭球反射面反射后都会聚至另一个焦点，本实施例中，利用该特点，荧光轮2和匀光部件42分别位于椭球反射面的两个焦点上，使得位于一个焦点的荧光轮中出射的荧光或者激光，经该椭球反射面反射后会聚至另一个焦点，即匀光部件42处，大大提高了收集光的效率。

考虑到荧光是呈180度发散的，为了更好的收集从荧光轮2表面发出的各个角度的光，较佳地，反射曲面为半椭球反射面。

较佳地，匀光部件42可以但不限于为光锥或者光棒。光锥与光棒可以为实心玻璃，或者玻璃拼接壳体。

实施中，若匀光部件42为光锥，光锥的入口小于光锥的出光口。

如图6所示，光锥的入光口42a小于光锥的出光口42b，根据光学扩展量不变原理，从光锥的出光口42b射出的光束还能够被压缩发散角度。

实施中，荧光轮2相关的具体实施方式可以参见实施例一，此处不再赘述。

实施例三

本实施例提供的荧光转换系统，如图7所示，除了激发光源3、荧光轮2和集光装置4以外，荧光转换系统还包括滤色轮5；

滤色轮5，如图8所示，包括荧光滤光区51和激光透射区52；其中荧光滤光区51用于对集光装置射出的荧光进行滤光；激光透射区52用于透过集光装置射出的激光。

本实施例中，经过滤色轮5的荧光和激光，即最终需要的光源。

实施中，如图7所示，荧光轮2和滤色轮5可以同轴设置。这样，对荧光轮2和滤色轮5可以同时控制，控制方式简单，同时也便于从集光装置4收集的光以尽可能短的光路进入滤色轮5进行滤色。

实施中，滤色轮5的圆周面积可以大于荧光轮2的圆周面积。这样可以全部接收从集光装置4出射的具有一定发散角度的光束。

下面分别以单色激光和双色激光激发荧光为例，对本发明实施例提供的荧光轮及荧光转换系统进行更加详细地说明。

实施例四

在本实施例中，激光的颜色为蓝色(即单色激光)，基于图7所示的荧光转换系统，包括激发光源3，位于激发光源3的出光侧的荧光轮2，位于荧光轮2的出光侧的集光装置4，和位于集光装置4的出光侧的滤色轮5。

其中，集光装置4包括集光部件41和匀光部件42。集光部件41为具有透光孔41a的半椭球反射面，匀光部件42为具有入光口42a和出光口42b的光锥；光锥的入光口42a和荧光轮2分别位于半椭球反射面的两个焦点上；并且，光锥的入光口42a小于光锥的出光口42b。

其中，荧光轮2包括位于镜面铝基板(即反射基板20)上的荧光粉区21和激光散射区22，并且均匀分布在外圆周；激光散射区22设置有对激光散射的颗粒涂层。滤色轮5，包括荧光滤光区51和激光透射区52，并且均匀分布在外圆周。如图9所示的荧光轮2和滤色轮5的平面结构示意图：荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a，桔色荧光粉区21b和黄色荧光粉区21c；荧光滤光区51包括绿色滤光片51a，红色滤光片51b和黄色滤光片51c；其中，荧光轮2和滤色轮5同轴设置，相应的：绿色荧光粉区21a与绿色滤光片51a对应设置；桔色荧光粉区21b与红色滤光片51b对应设置；黄色荧光粉区21c与黄色滤光片51c对应设置；激光散射区22与激光透射区52对应设置。

其中，黄色滤光片51c和激光透射区52可以为透明玻璃。

基于以上荧光转换系统，激发光源3发射激光并照射到荧光轮2上，荧光轮2与滤色轮5同步旋转，随着荧光轮2的转动，入射激光在一段时间内照射到荧光粉区21，激发荧光粉产生荧光(包括绿色、桔色、黄色荧光)并反射出去，又一段时间内照射到激光散射区22，被激光散射区22散射并反射出去。半椭球反射面接收荧光轮2射出的荧光和激光后反射至光锥的入光口42a，光锥将来自半椭球反射面反射的荧光和激光混合均匀后从光锥的出光口42b射出至滤色轮5。在滤色轮5中，绿色滤光片51a过滤得到绿光，红色滤光片51b从桔色荧光中过滤得到红光，黄色滤光片51c过滤得到黄光，激光透射区52透过蓝光。因而，从滤色轮5射出的是绿光、红光、蓝光和黄光四基色，有利于提高色域。

实施例五

在本实施例中，激光的颜色包括蓝色和红色(即双色激光)；在实施例四的荧光转换系统的基础上，对荧光轮2和滤色轮5进行了改进，如图10所示的荧光轮2和滤色轮5的平面结构示意图：荧光粉区21包括绿色荧光粉区21a，和黄色荧光粉区21c；荧光滤光区51包括绿色滤光片51a和黄色滤光片51c；荧光轮2和滤色轮5同轴设置，相应的：绿色荧光粉区21a与绿色滤光片51a对应设置；黄色荧光粉区21c与黄色滤光片51c对应设置；激光散射区22与激光透射区52对应设置。

本实施例中，可以适当增大激光散射区22的区段，以及激光透射区52的区段。并且，在激光散射区22，可以分别设置针对蓝色激光和红色激光的不同的颗粒涂层，也可以仅设置同一种颗粒涂层。激光散射区22的设置，在这种双色激光的情况下，对于降低激光的相干性，消除激光的消散斑尤为明显。

基于以上荧光转换系统，荧光轮2与滤色轮5的同步旋转，当荧光轮2旋转至荧光粉区21段和蓝色的激光散射区22范围内，入射蓝色激光，当荧光轮2旋转至红色的激光散射区22时，入射红色激光。最终，从滤色轮5射出的也是绿光、红光、蓝光和黄光四基色，有利于提高色域。

需要说明的是，实施例四和实施例五中，也可以不设置黄色荧光粉区21c，仅输出绿色、红色和蓝色三基色。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种荧光转换系统，用于接受激光的照射并发出荧光，其特征在于，包括激发光源、荧光轮和集光装置；其中：

所述荧光轮，用于接受激发光源发射的激光的照射，包括位于反射基板上的荧光粉区和多种颜色激光散射区；其中：所述荧光粉区，用于在入射激光的激发下发出荧光并反射出去；所述多种颜色激光散射区，用于对入射激光进行散射并反射出去；

所述集光装置，用于接收所述荧光轮反射出来的荧光和激光后混合射出；

其中，所述集光装置包括集光部件和匀光部件；其中：

所述集光部件为具有透光孔的反射曲面，用于收集所述荧光轮射出的激光和荧光；其中，所述反射曲面的透光孔，用于透过入射至荧光轮的激光；

所述匀光部件，用于将所述集光部件收集的激光和荧光混合均匀后射出；

所述反射曲面为椭球反射面；所述匀光部件和所述荧光轮分别位于所述椭球反射面的两个焦点上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括滤色轮：

所述滤色轮，包括荧光滤光区和激光透射区；其中，所述荧光滤光区用于对所述集光装置射出的荧光进行滤光；所述激光透射区用于透过所述集光装置射出的激光。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述荧光粉和滤色轮同轴设置。