TWI486700B - 光源及其應用的投影系統 - Google Patents

Description

光源及其應用的投影系統

本發明涉及投影技術領域，特別是涉及一種光源及其應用的投影系統。

以固態發光器件，例如固態半導體發光器件，尤其是發光二極管(LED，Light Emitting Diode)為光源的投影機已經得到越來越廣泛的使用。順應於對光源光輸出功率的要求越來越高，基於光波長轉換的投影機光源因其較强的實用性脫穎而出，該方案將源自於一組固態光源的高功率光投射到波長轉換材料上來激發產生具有預定主波長的高功率輸出光。請參閱圖1，圖1是習知技術中投影機光源的結構示意圖。如圖1所示，投影機光源包括：固態光源陣列1、準直透鏡陣列2、聚焦透鏡3、承載波長轉換材料的波長轉換裝置4、收集透鏡5以及方棒6。固定光源陣列1發出激發光，準直透鏡陣列2把來自固態光源陣列1的激發光準直成近平行光，該近平行光進一步通過聚焦透鏡3彙聚到波長轉換裝置4上的波長轉換材料的某一點，形成如J所代表的投射光斑。波長轉換裝置4吸收激發光產生受激發光，該受激發光經收集透鏡5收集後入射到方棒6，方棒6將入射光斑均勻化並整形得到特定形狀的出射光斑以作為投影光斑。

習知技術中的固態光源陣列的光斑形狀不可控，一般為圓形或橢 圓形。對於一些特殊場合，比如顯示區域為長方形(例如但不限於長寬比4：3)的投影機應用領域，投影機光源的輸出光斑最好呈相同比例的長方形。事實上採用習知技術中的固定光源陣列時，考慮到其光斑形狀與顯示區域的形狀不匹配的問題，通常採用上述方棒將圓形或橢圓形的入射光斑整形為上述長方形的出射光斑。請參閱圖2，圖2是圖1中方棒6的入射光斑與出射光斑的形狀關係的示意圖。如圖2所示，中間的橢圓代表方棒的入射光斑，長方形代表方棒的出射光斑，即與顯示區域匹配的投影機的投影光斑，為了保證光利用效率的同時降低光功率密度，勢必要使橢圓光斑內接於長方形光斑。

請參閱圖3，圖3是實驗測量的螢光粉的光轉化效率與激發光的功率密度的關係示意圖。如圖3所示，隨著光功率密度的上升，螢光粉的光轉化效率呈明顯的下降。通過對習知技術的研究，本發明的發明人發現：由於固態光源往往採用大功率LED，甚至是具有高功率密度的激光二極管，或隨著固態光源陣列規模的擴大，彙聚到圖1所示J點上的激發光功率往往會過高而導致波長轉換材料(例如螢光粉)溫度上升，從而造成波長轉換材料的光轉換效率下降，縮短波長轉換裝置的使用壽命。

本發明實施例提供一種光源及其應用的投影系統，能够降低波長轉換材料上的光功率密度。

本發明實施例提供了一種光源，包括：固態光源陣列，由複數個固態發光器件組成，用於發出激發光； 波長轉換裝置，承載有吸收激發光並產生受激發光的波長轉換材料；整形裝置，位於固態光源陣列與色輪之間，用於對該固態光源陣列發出的激發光進行整形處理，使固態光源陣列發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀；其中，所述整形裝置包括衍射光學元件與合光裝置，或複眼透鏡對與合光裝置，或方棒與合光裝置，或方棒陣列及合光裝置，或固定器件和與固態發光器件對應的複數根光波導；該衍射光學元件包括與所述發光器件對應的複數個衍射單元，該複眼透鏡對包括與所述發光器件對應的複數個透鏡單元對，其中，所述方棒陣列包括與所述固態發光器件對應的複數個方棒，該每一方衍射單元或該每一透鏡單元對或該棒陣列中的每一方棒對或每一光波導至少一所述固態發光器件發出的激發光進行整形和勻光處理得到具有所述特定形狀的均勻出射光斑的子光束，該合光裝置將該衍射光學元件或該複眼透鏡對或該方棒陣列出射的各子光束組合為一束光束並投射到所述波長轉換材料，使組合得到的該光束投射到所述波長轉換材料上的光斑均勻且具有所述特定形狀；所述固定器件把各該光波導的出口固定排列以將所有該光波導的出口組合成所述特定形狀。

本發明實施例還提供了一種投影系統，包括上述光源。

與習知技術相比，本發明實施例包括如下有益效果：習知技術中為了降低光功率密度，需要將投射到波長轉換材料上 的未經整形的激發光光斑形狀內接於與顯示區域匹配的形狀；而本發明實施例中，由於在激發光投射到波長轉換材料之前，先將激發光整形為特定形狀，因此投射到波長轉換材料上的光斑形狀可以更為接近甚至等於與顯示區域匹配的形狀，從而比習知技術中最好只能內接於與顯示區域匹配的形狀的光斑面積更大，使得在相同光功率的條件下光功率密度較低，提高了波長轉換材料的光轉換效率，延長了波長轉換裝置的使用壽命。

1‧‧‧固態光源陣列

2‧‧‧準直透鏡陣列

3‧‧‧聚焦透鏡

4‧‧‧波長轉換裝置

5‧‧‧收集透鏡

6‧‧‧方棒

10‧‧‧固態光源陣列

11‧‧‧固態發光器件

20‧‧‧整形裝置

21‧‧‧衍射光學元件

22‧‧‧方棒

23‧‧‧方棒陣列

241‧‧‧光波導

242‧‧‧固定器件

30‧‧‧波長轉換裝置

40‧‧‧勻光裝置

50a‧‧‧合光裝置

50b‧‧‧合光裝置

60‧‧‧準直透鏡陣列

61‧‧‧準直透鏡

70‧‧‧透鏡陣列

80‧‧‧聚焦耦合透鏡陣列

90‧‧‧光收集裝置

91‧‧‧分光濾光片

J‧‧‧點

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧光線

圖1是習知技術中投影機光源的結構示意圖；圖2是圖1中方棒6的入射光斑與出射光斑的形狀關係的示意圖；圖3是實驗測量的螢光粉的光轉化效率與激發光的功率密度的關係示意圖；圖4是本發明實施例中光源的一個實施例的結構示意圖；圖5是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖6是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖7是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖8是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖9是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖10是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖11是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖12是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖； 圖13是圖11中固定器件242沿A-A線的橫截面示意圖；圖14a是圖11所示實施例中離焦為0時的光斑示意圖；圖14b是圖11所示實施例中離焦為0.2毫米時的光斑示意圖；圖15是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖；圖16是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。

請參見圖4，圖4是本發明實施例中光源的一個實施例的結構示意圖。如圖4所示，光源包括固態光源陣列10、整形裝置20以及波長轉換裝置30。固態光源陣列10由複數個固態發光器件11組成，用於發出激發光。波長轉換裝置30承載有吸收來自固態光源陣列的激發光並產生受激發光的波長轉換材料。整形裝置20位於固態光源陣列10與波長轉換裝置30之間，用於對該固態光源陣列10發出的激發光進行整形處理，並將整形處理後的激發光投射到波長轉換裝置30上，使固態光源陣列10發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀。

固態發光器件11可以是LED，或是激光二極管，來自各固態發光器件11的光的光斑形狀可以為圓形或橢圓形。波長轉換材料包括螢光粉、發光染料或納米發光材料。本實施例中的特定形狀為與投影系統中顯示區域相似的預定面積的形狀，例如4：3長寬比例且具預定面積的矩形。整形裝置可以為衍射光學元件、複眼透鏡對、方棒等整形元件，此處不進行限定。

習知技術中為了降低光功率密度，需要將投射到波長轉換材料未經整形的激發光光斑形狀(如圖2所示的橢圓形)內接於與顯示 區域匹配的形狀；而本實施例中，由於在激發光投射到波長轉換材料之前，先將激發光整形為特定形狀(如圖2所示的與顯示區域匹配的長方形)，再投射到波長轉換材料，因此投射到波長轉換材料上的光斑形狀可以更為接近甚至等於與顯示區域匹配的形狀，從而比習知技術中最好只能內接於與顯示區域匹配的形狀的光斑面積更大，使得在相同光功率的條件下光功率密度較低，提高了波長轉換材料的光轉換效率，延長了波長轉換裝置的使用壽命。

當固態發光器件採用激光二極管時，由於激光的發射角度很小，導致其投射到波長轉換材料上的光斑的光分布很不均勻，光斑中心的光强很强且遠高於邊緣光强，使得光斑中心的光功率密度過高。為解決光分布不均的問題，本發明實施例還提供光源的另一實施例。請參閱圖5，圖5是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖5所示，本實施例在圖4所示實施例的基礎上，增加了一勻光裝置40，位於固態光源陣列10與整形裝置20之間，用於在激發光投射到波長轉換材料之前，對該激發光進行勻光處理，使激發光投射到波長轉換材料上的光斑的光分布更加均勻，降低了光斑中心的光功率密度，從而進一步提高了波長轉換材料的光轉換效率。可以理解的是，勻光裝置40也可以位於整形裝置20與波長轉換裝置30之間；也可以與整形裝置20一體成型，即與整形裝置20合為一能進行勻光處理與整形處理的元件，如衍射光學元件、複眼透鏡對、方棒等。

請參閱圖6，圖6是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。圖6所示實施例與圖5所示實施例的區別之處主要包括：整形 裝置與勻光裝置合為衍射光學元件21。衍射光學元件(DOE，Diffractive Optical Element)為一種特殊的光學元件，一般是由計算機計算產生的全息器件，通過控制其表面的微結構(例如光波長數量級)的形狀、深度和分布，使光線在穿透該元件時發生衍射，產生波面的相位變化。衍射光學元件通常包括複數個衍射單元，由於每個衍射單元的形態和深度不同，通過選定不同形狀的衍射單元及其組合，可以使各衍射單元所產生的波面相叠加，進而產生所需要的透射光之空間光强分布。例如，美國專利US7,251,412B2公開過一種使用DOE的背光源模塊。不同設計的DOE元件可以具有不同的勻光和整形效果。

在本實施例中，衍射光學元件21對固態光源陣列10發出的激發光進行整形處理和勻光處理，使固態光源陣列10發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀且光分布均勻。本實施例中的衍射光學元件21可以包括與固態發光器件11對應的複數個衍射單元(衍射單元可以與固態發光器件一對一，也可以一對多)，每一衍射單元對至少一固態發光器件11發出的激發光進行整形處理和勻光處理得到具有特定形狀的均勻出射光斑的子光束。通過設計各個衍射單元的微觀形貌，可以使各子光束組合為一束光束並投射到波長轉換材料，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有上述特定形狀。例如，本實施例可以採用一種把任何形狀的入射光斑整形成一個特定形狀為4：3長寬比例的具有預定面積的矩形且均勻的輸出光斑的衍射光學元件。

此外，當固態發光器件在固態光源陣列中分布較為疏散時，可以採用由複數個衍射光學元件組成的衍射光學元件陣列，以適當降 低本發明光源的成本。

在本實施例中，將衍射光學元件替換成一對複眼透鏡對也可以起到相似的效果。複眼透鏡對可以包括與固態發光器件對應的複數個透鏡單元對，每一透鏡單元對對至少一固態發光器件發出的激發光進行整形處理和勻光處理得到具有特定形狀的出射光斑的子光束，並且將各子光束組合為一束光束並投射到波長轉換材料上，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有上述特定形狀。構成兩片複眼透鏡的透鏡單元的參數(例如尺寸)可以一樣，也可以不一樣，也就是說，該兩片複眼透鏡間的透鏡單元可以呈一一對應的關係或一對多的對應關係。第一片複眼透鏡中的複數個透鏡單元可以將入射光切分成多塊，再經過第二片複眼透鏡中複數個透鏡單元的作用形成多個具有特定形狀的均勻子光束。通過設計第二片複眼透鏡中各個透鏡單元的參數(如曲率)，可以使各子光束組合為一束光束並投射到波長轉換材料，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有上述特定形狀。由於經過切分和分別的成像後再叠加，原本的光能量被重新分布，而多個像叠加的過程保證了投射到波長裝置材料上的光斑的均勻性。

請參閱圖7，圖7是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。本實施例中，勻光裝置依然是包括衍射光學元件21，但與圖7所示實施例不同的是，本實施例中，衍射光學元件21不對各子光束進行組合，而是由一合光裝置50a對衍射光學元件發出的各子光束進行組合併投射到波長轉換材料上。也就是說，本實施例中的整形裝置包括衍射光學元件21與合光裝置50a。衍射光學元 件21包括與發光器件對應的複數個衍射單元，每一衍射單元對至少一固態發光器件發出的激發光進行整形處理和勻光處理得到具有特定形狀的均勻出射光斑的子光束。合光裝置50a將衍射光學元件出射的各子光束組合為一束光束並投射到波長轉換材料，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有特定形狀。

本實施例中，合光裝置50a可以由聚光透鏡、聚光透鏡組或菲涅爾透鏡來實現，用來將源自衍射光學元件21的各子光束彙聚並投射往波長轉換材料。

此外，本實施例還在圖6所示實施例的基礎上增加了一準直透鏡陣列60，位於固態光源陣列10與衍射光學元件21之間。準直透鏡陣列60由與固態發光器件11對應的複數個準直透鏡61組成，每一準直透鏡61對準一固態發光器件11。準直透鏡陣列60與固態光源陣列10排布呈平行於衍射光學元件21，且該準直透鏡陣列60發出的近平行光垂直於衍射光學元件21，以將來自該固態發光器件的激發光準直成近平行光並投射到衍射光學元件21，匹配所選定的衍射光學元件之規格。

可以理解的是，與圖6所示實施例相同，圖7所示實施例中的衍射光學元件也可以用複眼透鏡對來代替。合光裝置50a組合來自複眼透鏡對發出的各子光束光為一束光束，並投射於波長轉換材料上。

除了衍射光學元件與複眼透鏡對之外，還可以用方棒來實現對光的整形與均勻化，以下對此進行詳細說明。請參閱圖8，圖8是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖8所示，本 實施例與圖7所示實施例的不同之處包括：用方棒22代替了衍射光學元件21，且該方棒的入射端的尺寸大於其出射端的尺寸；準直透鏡陣列60位於固態光源陣列10與方棒22之間，與固態光源陣列10向心排列在以方棒22的入射端的中心為圓心的弧面上；合光裝置50a為成像透鏡或成像透鏡組，以成像方式把來自方棒的均勻光束投射往波長轉換材料。

本實施例中，準直透鏡陣列60由與固態發光器件11對應的複數個準直透鏡61組成，每一準直透鏡61對準一固態發光器件11，以將來自該固態發光器件的激發光準直成近平行光並投射到方棒22的入射端。並且，由於上述向心排列，來自各固態發光器件的激發光將聚集到方棒22的入射端。方棒22的作用是使入射光在其中通過不斷的反射相叠加，從而在出口形成均勻的光分布，實現對固態光源陣列10發出的激發光進行勻光處理；同時對方棒22出射端的形狀進行控制，則可對光束起到整形的作用，例如，將方棒22出射端製成具有預定面積的正方形，則方棒22的出射光束形狀為該正方形。本實施例中，整形裝置還包括合光裝置50a，經方棒22整形及勻光的激發光經合光裝置50a投射到波長轉換材料上，使該激發光投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有特定形狀。

優選地，方棒22的入射端尺寸與出射端尺寸的比例範圍為1.5：1~4：1，在這種條件下方棒22具有較好的勻光效果。尤其是當方棒22的入射端尺寸與出射端尺寸的比例為2：1，且方棒22的入射端尺寸與方棒22長度的優化比值為1：8時方棒勻光效果更佳。以正方形出射光斑為例(即方棒的出射端形狀為正方形)，本實施例的光收集效率可以達到90%以上。

當方棒的出射端尺寸較大而超出了本發明光源所限制的出射光斑尺寸時，或由該方棒出射端射出的光具有較大出射角(例如但不限於超過30度)時，為了使光束以適當的入射角和光斑尺寸投射到波長轉換材料上，可以採用合光裝置50a以成像方式把來自方棒22出射端的均勻光束投射往波長轉換材料。可以理解的是，本實施例中，通過控制方棒22出射端尺寸的大小、以及方棒22與波長轉換裝置30之間的距離，可以使方棒22出射的激發光直接投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有特定形狀，此時整形裝置與勻光裝置合為方棒22，而不需要有合光裝置50a，該方棒22對固態光源陣列10發出的激發光進行整形處理和勻光處理，使固態光源陣列10發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀，因此本實施例中合光裝置50a是可以省略的。

此外，固態光源陣列10與準直透鏡陣列60也可以如圖7所示實施例一樣排布，只要能將固態光源陣列10發出的激發光投射到方棒22的入射端即可。可以理解的是，在本實施例中，準直透鏡陣列60的作用是為了將來自固態發光器件的激發光準直成近平行光(例如但不限於發散角小於15度的光束)，以提高光利用率。在對光利用率要求不高的情夠下，準直透鏡陣列60也是可以省略的。

請參閱圖9，圖9是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖9所示，本實施例與圖8所示實施例相同的是，勻光裝置包括方棒22，該方棒22對固態光源陣列10發出的激發光進行勻光處理，整形裝置包括該方棒22與合光裝置50a，該方棒22與合光裝置50a對該固態光源陣列10發出的激發光進行整形處理，使固態光源陣列10發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特 定形狀。與圖7所示實施例的區別之處包括：方棒22的入射端的尺寸與出射端的尺寸相同；固態光源陣列10與準直透鏡陣列60為如圖7所示實施例一樣排布；同時還包括一位於準直透鏡陣列60與方棒之間的合光裝置50b，通過該合光裝置50b將準直透鏡陣列60發出的激發光彙聚到方棒22的入射端。

請參閱圖10，圖10為本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖10所示，本實施例與圖9所示實施例的區別之處包括：方棒22的入射端的尺寸小於其出射端的尺寸；方棒22出射的激發光直接投射到波長轉換材料上，即方棒22與波長轉換裝置30之間無合光裝置50a。本實施例中，方棒22對固態光源陣列發出的激發光進行了整形處理和勻光處理，使固態光源陣列發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀。

本實施例中，由於方棒22的出射端尺寸大於入射端尺寸，根據光學擴展量不變原理，方棒22的出射光發散角度一定小於其入射光發散角度。由於出射光角度比較小，方棒22的出射光可以直接投射到波長轉換材料而不會引起過大的光斑形變。優選地，本實施例中的方棒的出射端尺寸與入射端尺寸的比例範圍為1.2：1~2：1。可以理解的是，同於圖8所示實施例，本實施例中的準直透鏡陣列60與合光裝置50b是可以省略的。

還可以採用方棒陣列來實現上述方棒的功能，請參閱圖11，圖11為本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖11所示，本實施例包括固態光源陣列10、方棒陣列23、透鏡陣列70、合光裝置50a與波長轉換裝置30。方棒陣列23由與固態發光器件11對應的複數個方棒組成，每一方棒對一固態發光器件11發出的激 發光進行整形處理和勻光處理得到具有特定形狀的出射光斑的子光束。透鏡陣列70包括與方棒對應的複數個透鏡，各透鏡收集來自對應方棒出射的子光束並投射往合光裝置50a。合光裝置50a將方棒陣列23出射的各子光束組合為一束光束，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀。

本實施例中，勻光裝置包括由與固態發光器件11對應的複數個方棒組成的方棒陣列23，整形裝置包括該方棒陣列23及合光裝置50a，每一方棒對至少一固態發光器件發出的激發光進行整形處理和勻光處理得到具有特定形狀的均勻出射光斑的子光束，合光裝置50a將方棒陣列23出射的各子光束組合為一束光束，使組合得到的該光束投射到波長轉換材料上的光斑均勻且具有上述特定形狀。

本實施例中，在各方棒的出射光角度較小的情夠下，可以省略掉透鏡陣列70而將各方棒的出射光直接投射往合光裝置50a。考慮到方棒的形狀及其入射端尺寸，每一方棒的入射端還可以是收集來自兩個或兩個以上固態發光器件的激發光。

在圖8至圖11所示各實施例中，還可以包括至少一散光片(圖未示)，設置於各方棒的入射端，用於放大入射於方棒入射端的激發光的發散角度，進而增强方棒的勻光效果。

本發明還採用光波導來實現勻光處理。請參閱圖12與圖13，圖12是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖，圖13是圖12中固定器件242沿A-A線的橫截面示意圖。如圖12所示，本實施例與圖7所示實施例的區別之處包括：本實施例中的勻光裝置包括與固態發光器件11對應的複數根光波導241，每一光波導241對至 少一固態發光器件11發出的激發光進行勻光處理；整形裝置包括一固定器件242，該固定器件242把各光波導241的出口固定排列以將所有光波導的出口組合成特定形狀；合光裝置50a以成像方式將固定器件242的光投射到波長轉換材料上。此外，本實施例中還包括與各光波導對應的聚焦耦合透鏡構成的聚焦耦合透鏡陣列80，替代了圖7所示實施例中的準直透鏡陣列60，每一聚焦耦合透鏡把來自至少一固態發光器件11的光導入與該透鏡對應的光波導241。

本實施例中，通過在光波導241中的傳播實現光的均勻化，以在該光波導241的出口得到一個均勻的光斑，且該光斑形狀與光波導241的芯層形狀相同。也就是說，每一光波導241對至少一固態發光器件發出的激發光進行整形處理和勻光處理，得到具有與光波導241芯層的橫截面形狀相同的均勻出射光斑的子光束。如圖13所示，固定器件242把各光波導241的出口固定排列以將所有光波導241的出口組合成特定形狀，再由合光裝置50a將固定器件242發出的光投射到波長轉換材料上，使固態光源陣列10發出的激發光投射到波長轉換材料上的光斑具有特定形狀。

優選地，本實施例中的光波導241芯層的橫界面的形狀為長方形或正多邊形(如正方形、正六邊形)，光波導241的外保護層越小越好，以使各光纖實現無縫隙拼接為最佳。但習知光波導的芯層截面以圓形最易於加工，考慮到實現成本，本實施例可以以習知芯徑為50um、總直徑為100um的光波導為例進行如圖13所示的緊密排列，組合成所需要的光斑形狀(例如矩形)的近似形狀。

本實施例中，通過合光裝置50a將固定器件242發出的光投射到波 長轉換材料上，這尤其適用於光波導241的組合規模較大導致圖13所示的橫截面積較大時。可以理解的是，當光波導241組合規模較小，使得固定器件242發出的光束面積較小時，也可以不經合光裝置50a，而直接將固定器件242發出的光投射到波長轉換材料上。

請參閱圖14a及圖14b，圖14a是圖12所示實施例中離焦為0時的光斑示意圖，圖14b是圖12所示實施例中離焦為0.2毫米時的光斑示意圖。假設光波導出射光的發光半角約為25度，在不採用合光裝置50a的情夠下，各光波導出口處的光强分布如圖14a所示，本實施例為此將固定器件242上各光波導的出口設置成距波長轉換材料一定距離(例如0.2mm)，來達到離焦擴散成均勻光斑的目的，這樣從固定器件242直接投射到波長轉換材料上的光斑將具有如圖14b所示的光强分布，可見該光斑為近矩形的均勻光斑。

上述各實施例中，波長轉換裝置可以為透射式或反射式。請參閱圖15，圖15是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖15所示，本實施例與圖7所示實施例的區別之處在於：還包括光收集裝置90，位於波長轉換裝置30的背離合光裝置50a的一側，用於收集波長轉換材料產生的受激發光，以及未被波長轉換材料吸收的剩餘激發光。本實施例中，波長轉換裝置30為透射式，即激發光從波長轉換裝置30的第一側入射，受激發光從波長轉換裝置30的第二側發出。

請參閱圖16，圖16是本發明實施例中光源的另一實施例的結構示意圖。如圖16所示，本實施例與圖15所示實施例的區別之處在於：本實施例還包括光路分離裝置，例如分光濾光片91，分光濾光 片91位於合光裝置50a與波長轉換裝置30之間。分光濾光片91透射激發光且反射波長轉換材料產生的受激發光，如圖16所示，光線L1為入射分光濾光片的激發光，光線L2為波長轉換材料產生的受激發光，光線L1與光線L2處於波長轉換裝置30的同側。波長轉換材料產生的受激發光被分光濾光片反射後被光收集裝置90收集。本實施例中，波長轉換裝置30為反射式，即激發光從波長轉換裝置30的第一側入射，受激發光也從波長轉換裝置的第一側發出。

上述各實施例中，波長轉換裝置30不限定為一固定裝置，該波長轉換裝置30還可以相對於激發光呈運動(轉動或移動)狀態，以便通過輪換照射波長轉換材料來進一步達到保護波長轉換材料的目的。波長轉換裝置30還可以進一步包括至少兩個具有不同波長轉換材料的分區，在這種情夠下，輪換照射還可以達到變換光源出射的受激發光顏色的目的。

本發明實施例還提供一種投影系統，可以包括上述各實施例所述的光源。投影系統中除了光源以外的其它部件為公知技術，此處不作贅述。

本實施例中，由於在激發光投射到波長轉換材料之前，先將激發光整形為特定形狀，因此投射到波長轉換材料上的光斑形狀可以更為接近甚至等於與顯示區域匹配的形狀，從而比習知技術中最好只能內接於與顯示區域匹配的形狀的光斑面積較大，使得在相同光功率的條件下光功率密度較低，提高了波長轉換材料的光轉換效率，延長了波長轉換裝置的使用壽命。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍 ，凡是利用本發明說明書及圖式內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。

10‧‧‧固態光源陣列

11‧‧‧固態發光器件

20‧‧‧整形裝置

30‧‧‧波長轉換裝置

Claims (12)

1. 一種光源，其中，包括：固態光源陣列，由複數個固態發光器件組成，用於發出激發光；波長轉換裝置，承載有吸收所述激發光並產生受激發光的波長轉換材料；整形裝置，位於所述固態光源陣列與波長轉換裝置之間，用於對該固態光源陣列發出的激發光進行整形處理，使固態光源陣列發出的激發光投射到所述波長轉換材料上的光斑具有特定形狀；其中，所述整形裝置包括衍射光學元件與合光裝置，或複眼透鏡對與合光裝置，或方棒與合光裝置，或方棒陣列及合光裝置，或固定器件和與固態發光器件對應的複數根光波導；該衍射光學元件包括與所述發光器件對應的複數個衍射單元，該複眼透鏡對包括與所述發光器件對應的複數個透鏡單元對，該方棒陣列包括與該固態發光器件對應的複數個方棒，其中，該每一方衍射單元或該每一透鏡單元對或該棒陣列中的每一方棒對或每一光波導至少對一所述固態發光器件發出的激發光進行整形和勻光處理得到具有所述特定形狀的均勻出射光斑的子光束，該合光裝置將該衍射光學元件或該複眼透鏡對或該方棒陣列出射的各子光束組合為一束光束並投射到所述波長轉換材料，使組合得到的該光束投射到所述波長轉換材料上的光斑均勻且具有所述特定形狀；所述固定器件把各該光波導的出口固定排列以將所有該光波導的出口組合成所述特定形狀。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之光源，其中，還包括： 勻光裝置，用於在所述激發光投射到所述波長轉換材料之前，對該激發光進行勻光處理；其中，當所述整形裝置包括該衍射光學元件與該合光裝置時，該勻光裝置為該衍射光學元件；當所述整形裝置包括該複眼透鏡對與該合光裝置時，該勻光裝置為該複眼透鏡對；當所述整形裝置包括該方棒與該合光裝置時，該勻光裝置為該方棒；當所述整形裝置包括該方棒陣列與該合光裝置時，該勻光裝置為該方棒整列；當所述整形裝置包括該固定器件和與該固態發光器件對應的複數根光波導時，該勻光裝置為該複數根光波導。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之光源，其中，當所述整形裝置包括方棒與合光裝置時，所述方棒的入射端的尺寸小於其出射端的尺寸。
4. 根據申請專利範圍2項所述之光源，其中，當所述整形裝置包括方棒與合光裝置時，所述光源還包括由與所述發光器件對應的複數個準直透鏡組成的準直透鏡陣列，每一準直透鏡對準一所述固態發光器件，以將來自該固態發光器件的激發光準直成近平行光並投射到所述方棒的入射端。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之光源，其中，所述準直透鏡陣列與所述固態光源陣列向心排列在以所述方棒的入射端的中心為圓心的弧面上。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之光源，其中，所述方棒的入射端的尺寸大於其出射端的尺寸。
7. 根據申請專利範圍2所述之所述的光源，當所述整形裝置包括方棒與合光裝置時，所述光源還包括一位於所述方棒與固態光源陣列之間的合光裝置。
8. 根據申請專利範圍第2項所述之光源，其中，還包括由與所述發光器件對 應的複數個透鏡組成的透鏡陣列，位於所述方棒陣列與合光裝置之間，每一透鏡收集來自對應方棒出射的子光束並投射往該合光裝置。
9. 根據申請專利範圍第2項所述之光源，其中，還包括至少一散光片，設置於所述方棒的入射端。
10. 根據申請專利範圍第2項所述之光源，其中，所述光波導芯層的橫截面呈長方形或正多邊形。
11. 根據申請專利範圍第1項所述之光源，其中，所述波長轉換裝置允許相對於所述激發光呈運動狀態。
12. 一種投影系統，其中，包括根據申請專利範圍第1至11項中任一項所述之光源。