TWI493275B - 一種發光裝置及投影系統 - Google Patents

Description

一種發光裝置及投影系統

本發明係關於照明及顯示技術領域，尤指一種發光裝置及投影系統。

隨著電視等顯示裝置的高清化、大型化，其對光源的亮度要求越來越高，特別是影院放映等特殊應用場合，對光源的亮度要求往往會達到一萬流明以上。

為了實現光源的高亮度，現有的技術方案大多數採用將發光元件組成陣列光源，再對陣列光源的出射光進行壓縮光束，以提高亮度。例如，圖1為現有技術中的一種發光裝置，如圖1所示，發光裝置包括鐳射陣列光源110、準直透鏡陣列120、聚光透鏡130、導光管140，透鏡150，螢光粉色輪160。圖2為圖1所示鐳射陣列光源的結構右視圖，如圖2所示，鐳射陣列光源是由多個鐳射二極體排布而成，該鐳射陣列光源具有較高的功率，並出射高亮度的鐳射。準直透鏡陣列120包括多個準直透鏡單元，每個準直透鏡單元與每個鐳射二極體對應，並對鐳射二極體的出射光進行準直。為了減小光束截面積，聚光透鏡130對準直透鏡陣列120的出射光進行聚焦，被聚焦後的光經過導光管140的勻 光後，由透鏡150聚焦到螢光粉色輪160產生所需受鐳射。但是，由於聚光透鏡130的焦距很長，導致整個發光裝置的長度非常長，體積很大。

因此，本案之發明人有鑑於目前所習用的技術方案仍具有上述之缺陷與不足，故極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種小體積並出射高亮度均勻光斑的發光裝置及投影系統。

本發明主要解決的技術問題是提供一種小體積並出射高亮度均勻光斑的發光裝置及投影系統。

本發明實施例提出一種發光裝置，係包括：一鐳射陣列光源，係包括一非發光區域和由多個鐳射元件組成的一發光區域；一反射聚光系統，係包括一聚光區域和一非聚光區域；以及一光收集系統；其中，所述鐳射陣列光源的出射光於該反射聚光系統反射後聚焦至該光收集系統而射出；其中，該光收集系統、該非發光區域以及該非聚光區域係位於平行於該鐳射陣列光源出射光的同一直線上，且所述光收集系統係設置通過所述非發光區域與所述非聚光區域；或者，所述光收集模組係設置通過所述非發光區域或 所述非聚光區域。

優選地，所述反射聚光系統為一反射罩，該反射罩的中間區域為非聚光區域，該中間區域以外的區域為聚光區域，並且，所述光收集系統係設置通過所述非發光區域。

優選地，所述反射聚光系統包括一反射罩和一反射元件，所述反射罩包括一鏤空區域，該鏤空區域為非聚光區域，所述鏤空區域以外的區域為聚光區域，並且，所述光收集系統係設置通過所述反射罩的鏤空區域。

優選地，所述反射元件係設置於所述鐳射陣列光源的非發光區域。

優選地，所述反射聚光系統包括一反射元件和具有鏤空區域的一聚光透鏡，所述聚光透鏡的鏤空區域為非聚光區域，所述聚光透鏡的鏤空區域以外的區域為所述聚光區域，其中，所述鐳射陣列光源的出射光於該所述聚光區域反射後聚焦至所述反射元件，再經由所述反射元件進行反射射出，並且，所述光收集系統係設置通過所述聚光透鏡的鏤空區域和鐳射光源陣列的非發光區域。

優選地，所述反射元件包含一凸反射面或者一凹反射面，所述鐳射陣列光源的出射光於該所述聚光區域反射後聚焦至所述反射元件，再經由所述反射元件進行反射並聚焦射出。

優選地，所述發光裝置還包括一補充光源，該補充光源 與所述非發光區域、非聚光區域位於同一條直線上，且不重疊於所述鐳射陣列光源的出射光，並且，該補充光源的出射光入射至所述光收集系統。

優選地，所述光收集系統係包括一導光管。

優選地，所述光收集系統係包括一導光管。

優選地，所述導光管的出光面係位於該鐳射陣列光源與該反射聚光系統之間。

優選地，所述光收集系統更包括一透鏡或者一透明玻璃片，該透鏡或者該透明玻璃片固定在所述非發光區域或者非聚光區域，使得從該導光管射出的光入射至所述透鏡或者透明玻璃片並透射。

優選地，所述光收集系統更包括一凹透鏡或一凸透鏡，該凹透鏡或凸透鏡的焦點係與所述反射聚光系統的焦點重合，該凹透鏡或凸透鏡用於將所述反射聚光系統的出射光準直後出射至所述導光管。

優選地，所述發光裝置更包括一準直透鏡陣列，該準直透鏡陣列的多個準直透鏡單元係分別與所述鐳射陣列光源中的多個鐳射元件對應，其中，該多個鐳射元件位於與其相對應的多個準直透鏡單元的光軸上，並偏離該準直透鏡單元的焦點的預定位置，使得自該準直透鏡單元射出的光有一特定的發散角度。

本發明還提供了一種投影系統，該投影系統包括上 述發光裝置。

與現有技術相比，本發明實施例具有如下有益效果：本發明實施例中，鐳射陣列光源的發光區域的出射光會被反射聚光系統反射並聚焦至光收集系統。由於光路被反射，且光收集系統、非發光區域以及非聚光區域位於平行於鐳射陣列光源出射光光軸的同一直線上，因此光線要從發光裝置出射必須要經過非發光區域或/和非聚光區域出射。無論鐳射陣列光源還是反射聚光系統都一定的體積，但是由於反射聚光系統經過鐳射陣列光源的非發光區域和/或反射聚光系統的非聚光區域，因此該鐳射陣列光源和/或反射聚光系統不會佔用額外的長度，從而減小了發光裝置的體積。

<本發明>

210‧‧‧鐳射陣列光源

211‧‧‧發光區域

212‧‧‧非發光區域

220‧‧‧準直透鏡陣列

230‧‧‧反射聚光系統

240‧‧‧光收集系統

241‧‧‧導光管

242‧‧‧散射片

250‧‧‧補充光源

310‧‧‧鐳射陣列光源

311‧‧‧發光區域

312‧‧‧非發光區域

320‧‧‧準直透鏡陣列

330‧‧‧反射聚光系統

331‧‧‧反射罩

332‧‧‧反射元件

331a‧‧‧聚光區域

331b‧‧‧鏤空區域

340‧‧‧光收集系統

341‧‧‧導光管

342‧‧‧凹透鏡

350‧‧‧補充光源

410‧‧‧鐳射陣列光源

410a‧‧‧補充光源

420‧‧‧準直透鏡陣列

430‧‧‧反射聚光系統

431‧‧‧聚焦透鏡

432‧‧‧反射元件

431a‧‧‧非鏤空區域

431b‧‧‧鏤空區域

440‧‧‧光收集系統

441‧‧‧導光管

442‧‧‧凹透鏡

450‧‧‧透鏡

460‧‧‧濾光片

460a‧‧‧分光元件

461‧‧‧濾光片

462‧‧‧小反射鏡

470‧‧‧透鏡

480‧‧‧波長轉換裝置

490‧‧‧散射裝置

<習知>

110‧‧‧鐳射陣列光源

120‧‧‧準直透鏡陣列

130‧‧‧聚光透鏡

140‧‧‧導光管

150‧‧‧透鏡

160‧‧‧螢光粉色輪

圖1為現有技術中的一種發光裝置；圖2為圖1所示鐳射陣列光源的結構右視圖；圖3a為本發明的發光裝置的一個實施例的結構主視圖；圖3b為圖3a所示發光裝置增加補充光源後的結構示意圖；圖4為圖3a所示鐳射陣列光源的結構右視圖；圖5a為本發明的發光裝置的另一個實施例的結構主視圖；圖5b為圖5a所示的發光裝置增加補充光源後的結構示意圖； 圖6為圖5a中所示的鐳射陣列光源的結構右視圖；圖7a為本發明的發光裝置的又一個實施例的結構主視圖；圖7b為圖7a所示發光裝置增加補充光源後的結構示意圖；圖8為圖7a所示實施例中聚焦透鏡431的結構右視圖。

下面結合附圖及實施方式來對本發明的實施例進行詳細分析。

圖3a為本發明的發光裝置的一個實施例的結構主視圖，如圖3a所示，發光裝置包括鐳射陣列光源210、準直透鏡陣列220、反射聚光系統230、光收集系統240。

鐳射陣列光源210包括多個鐳射元件。鐳射元件具體為鐳射二極體，鐳射二極體的出射光具有很高的能量密度，且發散角度很小，為近似準直光，可以提供高亮度的出射光，是高亮度發光裝置的優選光源。圖4為圖3a所示鐳射陣列光源的結構右視圖，如圖4所示，鐳射陣列光源210包括中心的圓形鏤空區域，該鏤空區域為非發光區域212，鏤空區域以外的區域為發光區域211，鐳射元件設置在發光區域211內。

儘管鐳射的準直性較好，但還是有一定的發散角度，其在傳播過程會擴大光束截面積而降低發光裝置的亮度，因此鐳射陣列光源210的出射光會經過準直透鏡陣列 220準直後出射。與鐳射陣列光源210對應地，準直透鏡陣列220也包括一個鏤空區域，該鏤空區域與鐳射陣列光源的非發光區域212位於平行於光軸的同一直線上。準直透鏡陣列220的非鏤空區域覆蓋鐳射陣列光源的發光區域211，以對鐳射陣列光源210的出射光進行準直。但是當鐳射的發散角小到足以忽略或者對鐳射的發散角大小要求不是特別高的時候可以不設置準直透鏡陣列220。

如圖4所示，當為了實現大功率的發光裝置，幾十顆甚至上百顆鐳射元件可能會排列在鐳射陣列光源210的發光區域211中，因此鐳射陣列光源的發光面積很大。為了壓縮光束截面積以及便於後續光學元件處理，發光裝置設置了反射聚光系統230。本實施例中，反射聚光系統230具體為反射罩，該反射罩的中間區域在光軸方向上覆蓋鐳射陣列光源210的非發光區域，不會接收到入射光，為非聚光區域，該中間區域以外的區域為聚光區域，該聚光區域在光軸方向上覆蓋鐳射陣列光源210的發光區域，以對入射到該區域的光進行聚焦並反射。反射罩331可以是鋁反射板，也可以用鍍有反射膜的凹面鏡代替。

為了對反射聚光系統230的出射光進行收集，發光裝置還包括了光收集系統240。光收集系統240包括導光管241，導光管241收集反射聚光系統230的出射光並且可以對該出射光進行勻光。導光管241經過鐳射陣列光源的非發光 區域212，且導光管241的出光面超出鐳射陣列光源210，為發光裝置的出光口。

此外，導光管241還具有對鐳射進行消相干作用，這是由於儘管鐳射二極體的出射光具有固定的偏振態，但是多個不同偏振態的鐳射光束在混光過程中可以消除部分的偏振態。這裡的導光管的結構可以是實心棒或者空心棒，其形狀可以是方棒或者錐形棒。導光管的長寬比也可以根據需要進行設計，優選地，長寬比為16：9或者4：3，以適應投影系統中的不同光調製單元的要求。

另外，在本發明其它實施方式中，光收集系統240還可以採用複眼透鏡對以替代導光管，也同樣可以起到光收集作用和勻光作用。

為了保證光束出射，光收集系統240、鐳射陣列光源210的非發光區域212以及反射聚光系統230的非聚光區域位於平行於鐳射陣列光源210出射光光軸的同一直線上，且反射聚光系統230的出射光被導光管241收集並向鐳射陣列光源210的非發光區域方向傳播。本實施例中，由於導光管241經過鐳射陣列光源210的非發光區域212，因此該鐳射陣列光源210與準直透鏡陣列220不會佔用額外的長度，從而減小了發光裝置的體積。

因此，本實施例中的發光裝置實現了出射大功率的均勻光並且體積較小。該發光裝置可以用於超高亮度的鐳 射投影系統中，例如將本實施例中的鐳射陣列光源分別設置成紅色鐳射光源、綠色鐳射光源、藍色鐳射光源，可以作為投影系統的光源。

值得說明的是，上述鐳射陣列光源的非發光區域212、準直透鏡陣列220的鏤空區域都不一定是圓形，其形狀可以根據實際需要進行設計，只要允許導光管241通過即可。另外，鐳射陣列光源的非發光區域212、準直透鏡陣列220的鏤空區域以及反射聚光系統230的非聚光區域並不一定要位於各自的中心區域，可以通過設計反射聚光系統230改變其對入射光的反射並聚焦後的焦點位置，使得聚焦後的焦點不位於中心區域，此時只要鐳射陣列光源的非發光區域212、準直透鏡陣列220的鏤空區域以及反射聚光系統230的非聚光區域與聚焦後的位置位於平行於鐳射陣列光源210的出射光光軸的同一直線上即可。

由於鐳射的出射光的準直性較好，鐳射陣列光源210的出射光由多個小光束組成，每個小光束對應著一個鐳射元件。經過反射聚光系統230的聚焦後，只是各個小光束向一點聚焦，而各個小光束內部的發散角依然很小，只是相當於將鐳射陣列光源210出射面的光分佈等比例縮小了，這時，導光管241並不能起到較好的勻光作用。因此光收集系統240設置了散射元件242，該散射元件242具體為散射片。散射片242位於導光管241與反射聚光系統230之間， 且與反射聚光系統230的焦點重合，可以將入射光進行散射，以擴大每個小光束內部的發散角，提高導光管241的勻光效果，同時還具有對鐳射進行消相干的作用。

由於鐳射陣列光源210的出射光功率較大，發光裝置還可以設置驅動裝置(圖中未畫出)，該驅動裝置可以驅動散射片242運動，例如轉動，以使得落在散射片242上的鐳射光斑在散射片242上沿預定軌跡運動，熱量被散射片242的多個區域分攤，從而防止散射片242被燒壞。另外，靜止的散射片242消除鐳射的相干性的效果不是非常理想，這是由於理想的散射材料是不存在的，散射材料不能百分之百地對入射光進行散射，且還要保證一定的光透過率，導致發光裝置所投影的區域依然會有干涉亮點。當存在驅動裝置時，散射片242發生運動，因此鐳射入射到散射片242的光斑的位置是隨時間變化的，因此發光裝置所投影的區域的亮點的位置是不斷變化，當這個變化速度足夠快的時候，人眼就不能察覺亮點的存在，從而具有更好的消相干效果。

另外，散射片242還可以用複眼透鏡替代，複眼透鏡中的每個複眼單元可以對入射光進行一定程度的擴散。類似地，也可以設置驅動裝置來驅動複眼透鏡轉動，以提高散熱能力。另外，為了進一步提高耐高溫能力，無論散射片還是複眼透鏡都優選地為玻璃材質。

散射片的透過率並不高，為了提高透射率，散射片242可以替換為凹透鏡，且該凹透鏡位於反射聚光系統230與反射聚光系統230的焦點之間，且該凹透鏡的焦點與反射聚光系統230的焦點重合。鐳射即使經過準直透鏡陣列220的準直，每個鐳射二極體對應的小光束依然有一較小的發散角。反射聚光系統230的出射光經凹透鏡會被準直，而這裡的準直是不同的小光束之間變準直了，而小光束內的發散角反而會變大。這是由於凹透鏡的光斑相對於鐳射陣列光源210的出光面來說，面積小的多，根據光學擴展量守恆，發散角會相應地增大，例如經過凹透鏡後整個光束被壓縮到鐳射陣列光源210的出光面的十分之一，此時小光束的發散角會變為原來的十倍，因此凹透鏡可以對入射的鐳射內部的小光束起到發散作用。值得說明的是，當散射片242替換為凸透鏡，且該凸透鏡位於導光管241與反射聚光系統230的焦點之間，且該凸透鏡的焦點與反射聚光系統230的焦點重合，該凸透鏡同樣可以對入射的鐳射進行準直並使得鐳射內部的小光束發散。

為了進一步提高勻光效果，可以設置鐳射陣列光源210的鐳射元件對準直透鏡陣列220的透鏡離焦，即鐳射陣列光源210的鐳射元件位於與其對應的準直透鏡陣列中準直透鏡單元的光軸上且偏離該準直透鏡單元的焦點的預定位置，使得各個小光束的具有預定的發散角度。這樣，在 對出射光的整個光束面積影響不大的情況下，提高了導光管241的勻光效果。在實際應用中，上述的預定發散角度在4度以內是比較合適的，既不會造成整體光束的較大程度發散，又提高了導光管241的勻光效果。

凹透鏡和凸透鏡相對於散射片和複眼透鏡來說，更容易做成玻璃材料，成本要低的多，耐熱性更好，是一種優選的方案。

值得說明的是，在本發明實施例的其它實施方式中，還可以在圖3a所示的發光裝置中增加補充光源。圖3b為圖3a所示發光裝置增加補充光源後的結構示意圖，如圖3b，發光裝置增加了補充光源250，該補充光源250與鐳射陣列光源210的非發光區域、反射聚光系統230的非聚光區域在同一條直線，並且與鐳射陣列光源110相對分佈於反射聚光系統230的兩側，並不在鐳射陣列光源210出射光的光路上，因此補充光源250並不會對鐳射陣列光源110的出射光造成遮擋。

為了使得補充光源250的出射光入射至光收集系統240，這裡的反射聚光系統230的非聚光區域為鏤空區域。這樣，補充光源250的出射光透過反射聚光系統230的非聚光區域入射至光收集系統240的散射片242。當然，反射聚光系統230的非聚光區域也可以不是鏤空的，此時補充光源250可以固定在該非聚光區域上，只要不遮擋鐳射陣列光源 110的出射光即可。此時，優選地，非發光區域為一平面，以方便固定補充光源。

這裡的補充光源250是鐳射光源，當然LED光源等其它光源也同樣可以用作補充光源250。另外，補充光源250和鐳射陣列光源210可以是波長相同的光，以提高發光裝置出射光的亮度；二者也可以是不同波長的光，例如，補充光源250出射462nm藍光而鐳射陣列光源210出射445nm藍光，或者補充光源250出射紅光而鐳射陣列光源210出射藍光。

圖5a為本發明的發光裝置的又一個實施例的結構主視圖，如圖5a所示，發光裝置包括鐳射陣列光源310、準直透鏡陣列320、反射聚光系統330，光收集系統340。光收集系統340包括凹透鏡342和導光管341。圖6為圖5a中所示的鐳射陣列光源的結構右視圖，如圖6所示，鐳射陣列光源310包括發光區311和非發光區312。

本實施例的發光裝置與圖3所示發光裝置的不同點在於：在圖3所示的實施例中，由於鐳射陣列光源210的出光面很大，反射聚光系統230的面積也要足夠大以對鐳射陣列光源210的出射光全部進行收集，使得反射聚光系統230的焦距會較長而使得發光裝置的體積較大。為了進一步減小發光裝置的體積，本實施例中，反射聚光系統330包括反射 罩331和反射元件332，反射罩331包括鏤空區域331b，該鏤空區域331b為非聚光區域，鏤空區域331b以外的區域為聚光區域331a，聚光區域331a可以反射準直透鏡陣列320的出射光並聚焦。

本實施例中，反射元件332具體為反射鏡。該反射鏡332位於反射罩331和該反射罩331的聚光焦點之間，並垂直於反射罩331的出射光光軸設置，反射鏡332可以將反射罩331的出射光反射，並使得反射光依然保持聚焦。這樣，通過反射罩331和反射鏡332的配合，光束的聚焦過程被分成了兩段光程，並且這兩段光程之間是有重疊的，因此使得鐳射光源陣列110出射光的聚焦所需要的距離變短了，從而減小了發光裝置的體積。反射鏡的優點在於結構簡單，成本很低。

經過反射罩331和反射鏡332的兩次反射，反射鏡332的反射光向反射罩331出射。為了使得反射鏡332反射的光能夠出射，光收集系統340的導光管341經過反射罩的鏤空區域331b(即反射聚光系統330的非聚光區域)。

另外，由於反射鏡332與鐳射陣列光源310的距離比較近，如圖6所示，反射鏡332可以固定在鐳射陣列光源310的非發光區域上，以解決反射鏡332懸空難以固定的問題。但是，本實施例中的反射鏡332在位置保持不變的情況下，自身反射光的聚焦點的位置也是固定的。而在本發明的其 它實施方式中，反射元件332還可以用凹透鏡或者凸透鏡代替，該凹透鏡或者凸透鏡包括一個反射面(例如在表面鍍有反射膜)。相對於反射鏡，凸透鏡反射後的光可以在更近的距離聚焦，凹透鏡反射後的光可以在更遠的距離聚焦，並且凹透鏡和凸透鏡可以根據需要來設計自身曲面以控制自身反射光的聚焦點位置的遠近。這樣，通過選擇反射鏡、凹透鏡或者凸透鏡，可以控制反射光聚焦點的位置。

另外，由於反射罩331的尺寸很大，其反射光會產生明顯的像差，其無法通過單獨設計反射罩331的曲面消除，而利用反射罩331和凹透鏡或者凸透鏡的反射面可以配合消除像差。因此，在對成本不是非常敏感的情況下，帶有凹反射面的凹透鏡或者帶有凸反射面的凸透鏡是一種優選的方案。值得說明的是，帶有凹反射面的凹透鏡還可以用帶有凹反射面的反射鋁板等代替，其凹反射面也可以達到同樣的效果；同樣，帶有凸反射面的凸透鏡還可以用帶有凸反射面的反射鋁板等代替。

另外，值得說明的是，本實施例中導光管341的出光面超出了反射罩331的鏤空區域，這樣有利於導光管341的夾持固定。而在本發明其它實施方式中，可以通過調整反射聚光系統330和光收集系統340使得導光管341的出光面剛好位於反射罩331的鏤空區域，這樣可以使得發光裝置的整體結構比較緊湊。此時還可以用透明玻璃片封住導光 管341的出光面，這樣就可以形成一個封閉的空間，防止灰塵進入內部。當然，還可以通過調整反射聚光系統330和光收集系統340使得導光管341的出光面位於反射罩331和鐳射陣列光源310之間，此時光收集系統340還可以包括一個透鏡，該透鏡用於對導光管341的出射光進行聚焦以供後續光學元件使用，並且該透鏡可以固定在反射罩331的鏤空區域，這樣就可以使得發光裝置的整體結構比較緊湊。

上述結構同樣適用於圖3a、圖3b所示的實施例以及後續實施例中的發光裝置。以圖3a所示的實施例為例，發光裝置可以通過調整反射聚光系統230和光收集系統240，使得導光管241的出光面位於鐳射陣列光源210的非發光區域並相應地在導光管241的出光面設置一玻璃片，或者使得導光管241的出光面位於鐳射陣列光源210和反射聚光系統230之間，並在鐳射陣列光源210的非發光區域固定一透鏡，都可以起到使得發光裝置的結構比較緊湊的作用。但是由於鐳射陣列光源210的基板後面往往設置有散熱器，在這一側實施可能不方便，而如果採用水冷的散熱方式，鐳射陣列光源210的基板不一定需要設置散熱器，而可以只有設置一塊散熱板，此時可以比較容易實施該結構。

與圖3a所示實施例類似，圖5a所示的發光裝置也可以增加一補充光源。圖5b為圖5a所示的發光裝置增加補充光源後的結構示意圖，如圖5b所示，發光裝置增加了補充 光源350，該補充光源350與鐳射陣列光源310的非發光區域、反射聚光系統330的非聚光區域在同一條直線上，具體地，補充光源350固定在鐳射陣列光源310的非發光區域。此時反射聚光系統330的反射鏡332不能固定於鐳射陣列光源310的非發光區域，而應位於補充光源350出射光的光路上。優選地，反射鏡332固定於準直透鏡陣列320的鏤空區域內。

為了實現鐳射陣列光源310和補充光源350的出射光經反射鏡332後一同入射至光收集系統340，圖5b中，反射鏡332不能為普通的鏡面反射鏡，而可以是波長選擇濾光片，此時對應地，鐳射陣列光源310和補充光源350出射不同波長的光，並分別被波長選擇濾光片反射和透射後一同入射至光收集系統340；或者反射鏡332也可以是偏振濾光片，此時對應地，鐳射陣列光源310和補充光源350出射不同偏振態的光，並分別被偏振濾光片反射和透射後一同入射至光收集系統340；再或者反射鏡332也可以是角度選擇濾光片，由於鐳射陣列光源310出光和補充光源350的出射光入射於反射鏡332的角度不同，而分別被其反射和透射。總之，鐳射陣列光源310和補充光源350出射光的某種光學屬性不同，從而反射鏡332可以利用這種不同而分別對其進行反射和透射。

圖7a為本發明的發光裝置的又一個實施例的結構 主視圖，如圖7a所示，發光裝置包括鐳射陣列光源410、準直透鏡陣列420、反射聚光系統430、光收集系統440。光收集系統440包括導光管441和凹透鏡442。

與圖5a所示實施例的發光裝置相比，本實施例中的發光裝置的不同點在於：

(1)本實施例中的反射聚光系統430為聚焦透鏡431和反射元件432。圖8為圖7a所示實施例中聚焦透鏡431的右視圖，如圖8所示，聚焦透鏡431具體為包括鏤空區域431b的凸透鏡，聚焦透鏡431的鏤空區域為非聚光區域，鏤空區域431b以外的非鏤空區域431a以及反射元件432為聚光區域。聚光區域可以對鐳射陣列光源410的出射光進行聚焦，從而縮小鐳射光束截面積。

與實施例5中的反射罩類似，聚焦透鏡431的口徑也要足夠大以對鐳射陣列光源410的出射光全部進行收集。而凸透鏡的焦距與口徑有關，其口徑越大，焦距越長，因此聚焦透鏡431的焦距也會很長。

本實施例中，反射元件432具體為包括一凸反射面的凸透鏡(例如在凸透鏡的表面鍍反射膜)。該凸透鏡位於聚焦透鏡431和該聚焦透鏡431的焦點O之間，且其凸反射面可以將聚焦透鏡431的出射光反射，並使得反射光依然保持聚焦。這樣，通過聚焦透鏡431和凸透鏡的配合，光束的聚焦過程被分成了兩段光程，並且這兩端光程之間是有重疊 的，因此本實施例中的反射聚光系統同樣使得鐳射光源陣列出射光的聚焦所需要的距離變短了，從而減小了發光裝置的體積。

另外，為了使凸透鏡的反射光可以出射，反射光的光軸方向朝向聚焦透鏡431的鏤空區域。光收集系統440的導光管441經過聚焦透鏡431的鏤空區域431b(反射聚光系統的非聚光區域)、鐳射陣列光源410的非發光區域以及準直透鏡陣列420的鏤空區域。這樣，聚焦透鏡431的出射光束被凸透鏡反射後會依次通過聚焦透鏡431的鏤空區域431b、準直透鏡陣列420的鏤空區域和鐳射陣列光源410的非發光區域，並最終出射。

(2)本實施例中，發光裝置還包括波長轉換裝置480。當功率特別的高的鐳射直接激發波長轉換材料會產生較高的熱量，特別是鐳射為高斯分佈，其在波長轉換裝置的表面的光斑的光強分佈不均，更容易給導致波長轉換材料的發光效率下降。而本實施例中從導光管441出射的鐳射更加均勻，有利於提高波長轉換材料的發光效率。

具體地，導光管441的出射光出射至透鏡450並被準直入射至濾光片460。濾光片460可以透射鐳射而反射波長轉換裝置480出射的受鐳射，例如藍光鐳射激發黃光螢光粉以產生黃色受鐳射，濾光片透射藍光而反射黃光。鐳射透射濾光片460後被透鏡470聚焦至波長轉換裝置480而激發波 長轉換材料產生受鐳射。受鐳射被透鏡470準直後入射至濾光片460並被反射，使得發光裝置出射高亮度的受鐳射。

在本發明其它實施方式中，波長轉換裝置的出射光還可以與另一個光源進行合光，例如黃色受鐳射與另一藍光光源的出射光進行混合以得到白光。

同樣地，圖7a所示的實施例中的發光裝置也可以增加一補充光源。圖7b為圖7a所示發光裝置增加補充光源後的結構示意圖，如圖7b所示，發光裝置增加了補充光源410a，該補充光源410a與鐳射陣列光源410的非發光區域、反射聚光系統430的非聚光區域在同一條直線上，具體地，補充光源410a與鐳射陣列光源410分佈在反射聚光系統430的兩側。

這裡，反射聚光系統430的凸透鏡需要表面鍍有濾光膜，該濾光膜可以為波長選擇濾光膜，此時對應地，鐳射陣列光源410和補充光源410a出射不同波長的光，並分別被凸透鏡反射和透射；或者凸透鏡表面的濾光膜為偏振膜，此時對應地，鐳射陣列光源410和補充光源410a出射不同偏振態的光，並分別被凸透鏡反射和透射；再或者凸透鏡的表面鍍有角度選擇濾光膜，由於鐳射陣列光源310的出射光和補充光源350的出射光入射於凸透鏡的鍍膜面的角度不同，而分別被其反射和透射。總之，鐳射陣列光源410和補充光源410a出射光的某種光學屬性不同，從而凸透鏡 可以利用這種不同而分別對其進行反射和透射。這樣補充光源410a的出射光會透射凸透鏡，而與被該凸透鏡反射的鐳射陣列光源410的出射光一同入射至光收集系統440。

具體地，鐳射陣列光源410與補充光源410a都為鐳射光源，鐳射陣列光源410與補充光源410a的出射光由多個小光束組成，其中每個小光束為一個鐳射元件所發光，各小光束相互平行，每個小光束內部具有一定的發散角。

由於鐳射陣列光源410的發光面積遠大於補充光源410a的發光面積，而二者出射光的發散角度相差不大，因此鐳射陣列光源410的出射光的光學擴展量要遠大於補充光源410a的出射光的光學擴展量。當鐳射陣列光源410與補充光源410a的出射光經導光管441勻光後，二者在導光管441的出光面上的光斑大小是相同的，但是由於光學擴展量守恆，鐳射陣列光源410的出射光的發散角要遠大於補充光源410a的出射光的發散角，因此導光管441的出射光再經透鏡450準直後，鐳射陣列光源410的出射光光束的截面積要遠大於補充光源410a的出射光光束的截面積。因此，鐳射陣列光源410的出射光和補充光源410a的出射光可以用光學擴展量分光的形式分別處理。

具體地，圖7a中的濾光片460替換為圖7b中分光元件460a，並且圖7b中增加了散射裝置490。如圖7b所示，該分光元件460a包括濾光片461以及設置在濾光片461中間的 小反射鏡462。這裡的小反射鏡462可以鏡面反射鏡、波長選擇濾光片或者偏振片。如圖7b，濾光片461可以透射鐳射陣列光源410的出射光、補充光源410a的出射光同時反射波長轉換裝置480產生的受鐳射。

補充光源410a的出射光會入射至小反射鏡462並被反射至散射裝置490，因此高斯分佈的鐳射會被散射成朗伯分佈的鐳射，光學擴展量增大，所以散射裝置490出射光大部分會從濾光片461透射，小部分被小反射鏡462反射而損失。鐳射陣列光源410的出射光大部分會透射濾光片461入射至波長轉換裝置480並被轉換成受鐳射，而小部分被小反射鏡462反射至散射裝置490。受鐳射從波長轉換裝置480出射至濾光片461，並被濾光片461反射，從而與散射裝置490的出射光合為同一光路出射。

在本實施例中，分光元件460a利用了入射光中鐳射陣列光源410的出射光和補充光源410a的出射光的光學擴展量的不同來分光。實際上，發光裝置還可以使用帶孔的濾光片來分光。此時，波長轉換裝置480和散射裝置490的位置應該對換，該濾光片具有反射鐳射陣列光源410的出射光、補充光源410a的出射光同時透射波長轉換裝置480產生受鐳射的性質。

補充光源410a的出射光會入射至濾光片的孔並透射至散射裝置490，因此高斯分佈的鐳射會被散射成朗伯分 佈的鐳射，光學擴展量增大，所以散射裝置490出射光大部分會被濾光片反射，小部分透射濾光片的孔而損失。鐳射陣列光源410的出射光大部分會被濾光片461反射至波長轉換裝置480並被轉換成受鐳射，而小部分透射濾光片的孔至散射裝置490。受鐳射從波長轉換裝置480出射至濾光片，並透射濾光片，從而與散射裝置490的出射光合為同一光路出射。

另外，值得說明的是，這裡的導光管441也可以替換成複眼透鏡對，此時，應使得補充光源410a的出射光在凸透鏡的鍍膜面形成的光斑面積要小於鐳射陣列光源410出射光所形成的光斑面積。這樣，經凹透鏡442後形成的準直光束入射在複眼透鏡對表面的光斑中，補充光源410a的出射光形成的光斑面積要小於鐳射陣列光源410出射光所形成的光斑面積。複眼透鏡對並不改變上述補充光源410a的出射光形成的光斑與鐳射陣列光源410出射光所形成的光斑的面積比例，因此，入射到分光元件460a表面的補充光源410a的出射光光斑面積要小於鐳射陣列光源410出射光光斑面積，二者也可以用光學擴展量分光的方式分光。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本發明實施例還提供一種投影系統，包括發光裝 置，該發光裝置可以具有上述各實施例中的結構與功能。該投影系統可以採用各種投影技術，例如液晶顯示器(LCD，Liquid Crystal Display)投影技術、數碼光路處理器(DLP，Digital Light Processor)投影技術。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

210‧‧‧鐳射陣列光源

220‧‧‧準直透鏡陣列

230‧‧‧反射聚光系統

240‧‧‧光收集系統

241‧‧‧導光管

242‧‧‧散射片

Claims (14)

1. 一種發光裝置，係包括：一鐳射陣列光源，係包括一非發光區域和由多個鐳射元件組成的一發光區域，且所述發光區域係相鄰於所述非發光區域的周邊；一反射聚光系統，係包括一聚光區域和一非聚光區域；以及一光收集系統；其中，所述鐳射陣列光源的出射光由多個相互平行的小光束組成，各個小光束於該反射聚光系統反射後向一點聚焦至該光收集系統而射出；其中，該光收集系統、該非發光區域以及該非聚光區域係位於平行於該鐳射陣列光源之出射光的光軸的同一直線上，且所述光收集系統係設置通過所述非發光區域與所述非聚光區域；或者，所述光收集模組係設置通過所述非發光區域或所述非聚光區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，所述反射聚光系統為一反射罩，該反射罩的中間區域為非聚光區域，該中間區域以外的區域為聚光區域，並且，所述光收集系統係設置通過所述非發光區域。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，所述反 射聚光系統包括一反射罩和一反射元件，所述反射罩包括一鏤空區域，該鏤空區域為非聚光區域，所述鏤空區域以外的區域為聚光區域，並且，所述光收集系統係設置通過所述反射罩的鏤空區域。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中，所述反射元件係設置於所述鐳射陣列光源的非發光區域。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，所述反射聚光系統包括一反射元件和具有鏤空區域的一聚光透鏡，所述聚光透鏡的鏤空區域為非聚光區域，所述聚光透鏡的鏤空區域以外的區域為所述聚光區域，其中，所述鐳射陣列光源的出射光於該所述聚光區域反射後聚焦至所述反射元件，再經由所述反射元件進行反射射出，並且，所述光收集系統係設置通過所述聚光透鏡的鏤空區域和鐳射光源陣列的非發光區域。
6. 如申請專利範圍第3至5項中任一項所述之發光裝置，其中，所述反射元件包含一凸反射面或者一凹反射面，所述鐳射陣列光源的出射光於該所述聚光區域反射後聚焦至所述反射元件，再經由所述反射元件進行反射並聚焦射出。
7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之發光裝置，其中，所述發光裝置還包括一補充光源，該補充光源與所述非發光區域、非聚光區域位於同一條直線上，且不重疊於所述鐳射陣列光源的出射光，並且，該補充光源的出射光入射至所述光收集系統。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中，所述光收集系統係包括一導光管。
9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之發光裝置，其中，所述光收集系統係包括一導光管。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中，所述導光管的出光面係位於該鐳射陣列光源與該反射聚光系統之間。
11. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中，所述光收集系統更包括一透鏡或者一透明玻璃片，該透鏡或者該透明玻璃片固定在所述非發光區域或者非聚光區域，使得從該導光管射出的光入射至所述透鏡或者透明玻璃片並透射。
12. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中，所述光 收集系統更包括一凹透鏡或一凸透鏡，該凹透鏡或凸透鏡的焦點係與所述反射聚光系統的焦點重合，該凹透鏡或凸透鏡用於將所述反射聚光系統的出射光準直後出射至所述導光管。
13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中，所述發光裝置更包括一準直透鏡陣列，該準直透鏡陣列的多個準直透鏡單元係分別與所述鐳射陣列光源中的多個鐳射元件對應，其中，該多個鐳射元件位於與其相對應的多個準直透鏡單元的光軸上，並偏離該準直透鏡單元的焦點的預定位置，使得自該準直透鏡單元射出的光有一特定的發散角度。
14. 一種投影系統，其特徵在於，該投影系統包括如申請專利範圍第1至13項中任一項所述的發光裝置。