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光源 - 专利 免费编辑 修改义项名

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《光源》是深圳市绎立锐光科技开发有限公司于2012年3月23日申请的专利,该专利的申请号为2012100800671,公布号为CN102818170A,授权公布日为2012年12月12日,发明人是李屹、胡飞、侯海雄。

《光源》专利提出一种光源,包括用于发射激发光的激发光源和反光碗,该反光碗的内表面为第一反射面,该第一反射面包括光出口和至少一个焦点;还包括位于第一反射面的焦点上的波长转换元件,该波长转换元件用于吸收激发光并发射受激光;还包括位于波长转换元件的面向反光碗的光出口的一侧的反射装置,该反射装置用于反射受激光。其中激发光源位于反光碗的外部。在该发明的光源中,利用反射装置显著的降低波长转换层发射的受激光的发光立体角,从而大大减小了反光碗的长度;同时将激发光源放置于反光碗的外部,使波长转换元件发射的受激光都能高效的入射于反光碗。

2018年12月20日,《光源》专利获得第二十届中国专利优秀奖。

(概述图为《光源》专利摘要附图 )

基本信息

  • 中文名称

    光源

  • 公告号

    CN102818170A

  • 授权日

    2012年12月12日

  • 申请号

    2012100800671

  • 申请日

    2012年3月23日

  • 申请人

    深圳市绎立锐光科技开发有限公司

  • 地址

    广东省深圳市南山区科技园南十二路方大大厦三楼光峰光电技术有限公司

  • 发明人

    李屹、胡飞、侯海雄

  • Int.Cl.

    F21S8/00(2006.01)I; F21V7/00(2006.01)I; F21V7/04(2006.01)I; F21V9/00(2006.01)I

  • 类别

    发明专利

折叠 编辑本段 背景

截至2012年3月,固态光源以其节能环保、寿命长等优点已经被越来越多的应用于生活中;尤其是基于波长转换材料(例如荧光粉)的光源,他们利用波长转换材料受激发光,往往具有高效率、低成本的优点。

在实际应用中,很大一部分的应用场合要求光源可以发射确定方向的光束,例如舞台灯、汽车大灯或投射照明灯等,而且这些应用对于投射光束的角度往往要求是越小越好的,这样可以保证高效率的照射到远方的物体。然而众所周知的,波长转换材料受激发射的光线可以看作是各向同性发光的,不具有显著的方向性。一种容易想到的方法是,利用反光碗对波长转换材料受激发射的光线进行收集后再投射出去。截至2012年3月,在该领域存在多种技术方案。

例如美国专利US8083364提出的方案,其结构示意图如图1所示。其中,发光二极管光源31发出的激发光经过其四周的第一反射碗41的收集后入射于波长转换层32,波长转换层32吸收了激发光并发射受激光。在它发射的受激光中,分为多个方向,例如受激光线65直接入射于围绕在波长转换层32四周的第二反光碗42并被后者反射形成出射光线66,受激光线61则透射介质层33后入射于第二反光碗42并被后者反射形成出射光线62,受激光线63则透射介质层33后被第一反射碗41反射形成光线64再回到波长转换层32,受激光线67则经过位于波长转换层32上方的球透镜34的折射形成出射光线68。综上所述,从波长转换层32发出的受激光线主要分为三部分,第一部分(例如光线61和65)会入射于第二反射面并被其反射得以出射,第二部分(例如光线67)则会经过球透镜的34的折射得以出射,第三部分(例如光线63)则会返回发光二极管光源31及第一反射碗41,被反射后再次回到波长转换层32。

该方案存在两个主要问题。第一,第二反光碗42对于光线的收集与球透镜对于光线的收集不可能兼顾,也就是说上述的第一部分光和第二部分光的发光角度不能兼顾。因为根据光学扩展量守恒原理,如果希望光线经过球透镜后出射的光为准直光,则球透镜的直径必然大于波长转换层的发光区域,这样必然造成对从第二反光碗上反射的光的部分遮挡而形成不必要的折射。第二,发光二极管光源31和第一反射碗41介于波长转换层32与第二反光碗42之间,这直接导致上述第三部分光的形成,这部分光由于不能直接出射,因此效率比其他光显著降低。

日本专利JP2012013898A则提出了另一种方案,其结构如图2所示。其中,激光二极管1发出的光经过透镜1a和1b折射后,再经过分光滤光片2反射,最后入射于波长转换层4。该波长转换层位于反光碗50的焦点附近,这样从波长转换层4发射的受激光会分为三部分。第一部分如光线5所示,从波长转换层4背向反光碗的出光口的一侧发射出来,并经过反光碗50的反射形成平行光出射;第二部分如光线6所示,它从波长转换层4的面向反光碗的出光口的一侧出射并入射于反光碗50的表面并被后者反射形成平行光出射;第三部分如光线7所示,它同样从波长转换层4的面向反光碗的出光口的一侧出射,但不能入射于反光碗40的表面而直接由反光碗50的出光口出射。

利用将激发光源1设置于反光碗40的外部,该方案解决了如图1所示的方案中激发光源对于受激光的阻挡问题,但是该方案仍存在部分受激光不能被有效准直的问题。在该方案中,如果无限的延长反光碗50的长度,则如光线7所示的大角度光线的比例会越来越少,但是这显然会使整个系统的体积显著增大。因此在该方案中,出射光的角度控制与系统体积是一对矛盾。

日本专利JP2009259431A提出的方案与图2所示的方案相似,只是其激发源变成了电极发射的电子,而入射于波长转换层的方向是波长转换层的背向于反光碗的出光口的一侧。然而,与图2所示的方案相同,该专利的方案同样存在着出射光的角度控制与系统体积之间的矛盾。

折叠 编辑本段 发明内容

折叠 专利目的

《光源》专利解决的主要技术问题是提出一种光源,该光源可以定向发射光线同时兼顾系统的体积。

折叠 技术方案

《光源》专利提出一种光源,包括用于发射激发光的激发光源和反光碗,该反光碗的内表面为第一反射面,该第一反射面包括光出口和至少一个焦点;还包括位于第一反射面的焦点上的波长转换元件,该波长转换元件用于吸收激发光并发射受激光;还包括位于波长转换元件的面向反光碗光出口的一侧的反射装置,该反射装置用于反射受激光。其中激发光源位于反光碗的外部。

折叠 改善效果

在《光源》专利的光源中,利用反射装置显著的降低波长转换层发射的受激光的发光立体角,从而大大减小了反光碗的长度;同时将激发光源放置于反光碗的外部,使波长转换元件发射的受激光都能高效的入射于反光碗。

折叠 编辑本段 说明

图1是第一种技术的光源结构示意图;

图2是第二种技术的光源结构示意图;

图3是《光源》专利的第一实施例的光源结构示意图;

图4是《光源》专利的第二实施例的光源结构示意图;

图5是《光源》专利的第三实施例的光源结构示意图;

图6是《光源》专利的第四实施例的光源结构示意图;

图7是《光源》专利的第五实施例的光源结构示意图;

图8a是《光源》专利的第七实施例的光源结构示意图;

图8b是反光碗、波长转换元件和转动面在图8a中从右侧看过去的视图;

图8c是《光源》专利的第七实施例的一种可能的波长转换元件的俯视图;

图9a是《光源》专利的第八实施例的光源结构示意图;

图9b是《光源》专利的第八实施例的光源的俯视图;

图10a和10b是《光源》专利的第九实施例的光源结构的俯视图和正视图;

图11是《光源》专利的第十实施例的光源结构示意图;

图12是《光源》专利的第十一实施例的光源结构示意图;

图13a是《光源》专利的第十二实施例的光源结构示意图;

图13b是反光碗和波长转换元件在图13a中从右侧看过去的视图;

图14是《光源》专利的第六实施例的光源结构示意图。

折叠 编辑本段 技术领域

《光源》专利涉及光源领域,特别是涉及基于波长转换的光源。

折叠 编辑本段 权利要求

1.一种光源,其特征在于,包括:用于发射激发光的激发光源;反光碗,该反光碗的内表面为第一反射面,该第一反射面包括光出口和至少一个焦点,所述第一反射面的形状为旋转椭球面,或为旋转椭球面的一部分;位于所述第一反射面的焦点上的波长转换元件,该波长转换元件用于吸收所述激发光并发射受激光;位于所述波长转换元件的面向第一反射面光出口的一侧的反射装置,该反射装置用于反射受激光;其中所述激发光源位于所述反光碗的外部,所述第一反射面包括一光轴,所述光轴与所述反射装置的夹角大于等于45度,且小于90度。

2.根据权利要求1所述的光源,其特征在于,所述反射装置为片状,其一面为第二反射面。

3.根据权利要求2所述的光源,其特征在于,所述波长转换元件为波长转换层,该波长转换层与所述第二反射面平行放置。

4.根据权利要求3所述的光源,其特征在于,所述波长转换层紧邻或贴附于所述反射装置表面。

5.根据权利要求2所述的光源,其特征在于,所述第二反射面位于所述反射装置的面向所述波长转换元件的表面上。

6.根据权利要求1所述的光源,其特征在于,所述光轴与反射装置相垂直。

7.根据权利要求1所述的光源,其特征在于,所述激发光从波长转换元件的面向所述反射装置的一侧入射于波长转换元件。

8.根据权利要求7所述的光源,其特征在于,所述反射装置是分光滤光片,能够透射激发光同时反射受激光。

9.根据权利要求7所述的光源,其特征在于,还包括位于激发光源与波长转换元件的光路之间的分光装置,用于透射激发光同时反射受激光以使激发光和受激光的光路分离,或透射受激光同时反射激发光以使激发光和受激光的光路分离。

10.根据权利要求1所述的光源,其特征在于,所述激发光从波长转换元件的背向所述反射装置的一侧入射于波长转换元件。

11.根据权利要求10所述的光源,其特征在于,所述第一反射面包括一个通光区域,该通光区域可以透射所述激发光并引导激发光入射于所述波长转换元件。

12.根据权利要求11所述的光源,其特征在于,所述通光区域镀有干涉镀膜或覆盖有干涉滤光片,该干涉镀膜或干涉滤光片可以在透射激发光的同时反射受激光。

13.根据权利要求10所述的光源,其特征在于,还包括位于反射装置的背向于所述波长转换元件一侧的散热装置,该散热装置与所述反射装置紧密贴附。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的光源,其特征在于,还包括驱动装置,该驱动装置包括周期性运动的运动面,所述波长转换元件与该运动面固定连接。

15.根据权利要求14所述的光源,其特征在于,所述波长转换元件包括两个或以上个色段,每个色段具有不同的波长转换特性或散光特性,这些色段随所述运动面做周期性运动并轮流位于所述第一反射面的焦点上。

16.根据权利要求14所述的光源,其特征在于,反射装置与所述运动面固定连接。

17.根据权利要求14所述的光源,其特征在于,所述运动面位于所述反光碗的第一反射面的光出口的外部。

18.根据权利要求14所述的光源,其特征在于,所述波长转换元件固定连接于所述运动面的平面内。

19.根据权利要求14所述的光源,其特征在于,所述波长转换元件固定连接于所述运动面的侧面。

20.根据权利要求19所述的光源,其特征在于,还包括位于所述驱动装置与反光碗的光路之间的反射镜,用于反射从反光碗出射的受激光并使其形成出射光。

折叠 编辑本段 实施方式

《光源》专利提出一种光源,其结构示意图如图3所示。该光源包括以下部件:用于发射激发光321的激发光源301和反光碗302,该反光碗302的内表面为第一反射面303,该第一反射面303包括光出口303a和至少一个焦点;还包括位于第一反射面303的焦点上的波长转换元件304,该波长转换元件304用于吸收激发光321并发射受激光;还包括位于波长转换元件304的面向第一反射面的光出口303a的一侧的反射装置305,该反射装置305用于反射受激光。

在《光源》专利中,激发光源301位于反光碗302的外部,这样能够有效的避免激发光源301对于受激光的遮挡,从而提高了发光效率。

在该实施例中,激发光321入射于波长转换元件304上并使其受激发射受激光。波长转换元件304发射受激光是各向同性的,因此受激光会分为两部分:第一部分面向第一反射面303的光出口303a出射,第二部分面向第一反射面303出射。由于反射装置305位于波长转换元件304的面向光出口303a的一侧,因此第一部分光会全部入射于反射装置305表面而被其反射回波长转换元件304。这部分反射光会被波长转换元件304本身散射,其中部分光会从面向第一反射面303的方向出射,另一部分会再次从面向光出口303a的方向出射并再次被反射装置305反射。由于波长转换元件304对于受激光几乎没有吸收,如此循环的结果是,绝大部分光会从波长转换元件304的面向第一反射面303的方向发射出来。这部分光会全部入射于第一反射面上并被其反射形成出射光,例如受激光322和324分别入射于第一反射面303上被反射分别形成出射光323的325。

综上所述,利用反射装置305将波长转换元件304受激发出的面向光出口的受激光反射回去,可以使波长转换元件304的发光立体角显著的减小,这样只需要有限长度的第一反射面,就可以将波长转换元件304发出的所有的受激光全部经由第一反射面的反射而准直,从而避免了大角度光的产生。

经过实验验证,与背景技术中所说的日本专利JP2012013898A和JP2009259431A相比,《光源》专利由于使用了反射装置使部分受激光在反射装置与波长转换元件之间来回反射和散射,从而在一定程度上降低了效率。然而在对光束的质量(例如准直性)要求很高的场合,《光源》专利由于所有的光线都被反光碗有效的利用,所以最终有效光能量反而高于上述两个日本专利中记载的方案。

在该实施例中,激发光321从波长转换元件304的背向反射装置305的一侧入射于波长转换元件。显而易见的,第一反射面的一部分必然在激发光321的光路上。因此在该实施例中,第一反射面303包括一个通光区域303b,该通光区域303b可以透射激发光321并引导激发光入射于波长转换元件304。

为了避免受激光从通光区域303b出射而造成的损失,可以在区域303b表面镀干涉镀膜,该干涉镀膜可以在透射激发光321的同时反射受激光。在实际应用中这存在两种可能的情况。第一种情况是第一反射面的通光区域303b上镀有干涉镀膜,而其余区域镀有对所有光都反射的镀膜,例如银膜等。这样做的缺点在于该第一反射面需要经过两次镀膜完成,成本很高,而优点在于被波长转换元件304反射散射的激发光也会被通光区域303b以外的区域的反射膜反射,从而成为光源出射光的一部分,这时光源可以出射激发光和受激光的混合光。第二种情况是第一反射面上全部镀有透射激发光同时反射受激光的干涉镀膜,这样做的好处在于加工方便,但缺点在于被波长转换元件304反射散射的激发光会透射出第一反射面而不能形成出射光。这两种情况可以根据实际的应用来选择。

实际上,通光区域303b也可以没有干涉镀膜而保持透明状态,既可以使激发光321穿过,在加工时也比较方便,成本较低。但是问题在于这样会有部分受激光通过该通光区域303b损失掉。可以理解,只要该通光区域303b的面积足够小,这样的损失也是可以忽略的。

在该实施例中,反射装置305为片状,它的面向波长转换元件304一侧的表面为反射第二受激光的第二反射面。片状反射装置是容易加工的,最常用的方法是在光滑的材料基板上镀反射膜,例如银膜或银和介质的混合膜,而常用的基板包括透明玻璃基板和抛光的金属基板。

如果使用抛光的金属基板,则该基板对于波长转换元件304会存在一定的散热作用,因此对效率有所帮助。而如果使用玻璃基板,则第二反射面实际上也可以位于反射装置305的背向波长转换元件304的一侧的表面上,其缺点在于会有部分受激光进入到玻璃基板内部并沿着该玻璃基板横向的传播并最终从玻璃基板的侧面出射,这会造成不必要的损失。当玻璃基板比较薄,或者这种损失可以接受的场合,第二反射面位于反射装置305的背向波长转换元件304的一侧的表面上的情况也可能出现。

在该实施例中,波长转换元件304为波长转换层,该波长转换层304与第二反射面平行放置;优选的,波长转换层304紧邻或贴附于反射装置305表面,其好处在于两方面:一方面反射装置305可以传导一部分波长转换层的热量从而对光源的效率有帮助,另一方面这避免了受激光沿着波长转换层304与反射装置305之间的缝隙横向传播而形成损失的情况。

在第一实施例中,为了得到平行出射光(例如光线323和325),第一反射面303的形状为旋转抛物面,图3中303所表示的是该旋转抛物面的过旋转对称轴的一个截面的形状。根据几何知识可知,该旋转抛物面具有一个焦点,从该焦点处发出的入射于该旋转抛物面表面的光都会被反射成相互平行的光束,该光束的传播方向平行于该旋转抛物面的旋转对称轴391,该旋转对称轴391也称为该第一反射面的光轴。因此,在该实施例中,波长转换元件304放置于第一反射面的焦点上。更具体的说,由于反射装置305的存在,该第一反射面303只需要为旋转抛物面的一部分,不会被受激光照射的旋转抛物面上的其它部分则不需要。

在实际应用中,为了配合不同的光学系统,第一反射面的形状还可以是其它的形状。例如在《光源》专利的第二实施例中,如图4所示,与第一实施例不同的是,第一反射面403的形状为旋转椭球面,图4中403所表示的是该旋转椭球面的过旋转对称轴的一个截面的形状。根据几何知识可知,旋转椭球面有两个焦点,从其中一个焦点发出的光线必然经过旋转椭球面的反射而会聚于另一个焦点。因此,在该实施例中,波长转换元件404放置于该旋转椭球面的一个焦点上,而其发出的受激光经过第一反射面反射后会聚于该旋转椭球面的另一个焦点492上。更具体的说,由于反射装置的存在,该第一反射面403只需要为旋转椭球面的一部分,不会被受激光照射的旋转椭球面上的其它部分则不需要。

在第一实施例中,反射装置305呈片状,且其平面方向与第一反射面303的光轴391垂直,这样做的好处在于第一反射面303的外形是对称的,整个光学系统也是对称的,这在系统组装中往往带来方便。但实际上,在一些特殊的系统中,这种对称性是不需要的,因此反射装置的平面方向可以不与第一反射面的光轴垂直,这在《光源》的第三实施例中予以具体举例说明。

第三实施例的结构示意图如何5所示。与第一实施例不同的,反射装置505和涂敷在其表面的波长转换元件504的平面方向593都不与第一反射面503的光轴591相垂直,而是存在一个小于90度的夹角,此时第一反射面503与第一实施例中的第一反射面303的区别仅在于它们是在同一个旋转抛物面上不同的区域,这是因为在该实施例中,波长转换元件504发出的受激光会相对于第一实施例来说会存在一个顺时针的角度旋转,这是由反射装置505和波长转换元件504本身的旋转引起的,所以第一反射面503在旋转抛物面上所选取的区域相对于第一反射面303所选取的区域也存在一个顺时针的旋转,这样才能与受激光的发射方向完全对应。

可以看出,该实施例的光学系统在图中的上下方向上不具有对称性,如果在实际应用和组装中要求下方所占的体积小一些,这种非对称的系统会发挥作用。优选的,反射装置与第一反射面的夹角大于等于45度,这是因为过小的角度会使第一反射面的在图中左右方向上的长度过长。

在《光源》的第一实施例中,利用第一反射面上的通光区域303b可以使激发光321透射,但这在第一反射面的镀膜方面会造成一定的麻烦。最简单的解决方法如图6所示,这是《光源》第四实施例的结构示意图。

与第一实施例不同的是,在第四实施例中,反光碗602在与第一反射面上的通光区域603b相对应的位置存在通光孔602a,这样激发光就可以无阻碍的通过,而且在第一反射面的镀膜加工时也不需要把第一反射面的通光区域遮挡住。当然,一部分受激光也会从该通光孔602a泄露,但是只要该通光孔很小,这部分损失可以忽略不计。

在该实施例中,还可以在通光孔602a的位于通光区域603b的一侧放置干涉滤光片(图中未画出),该干涉滤光片透射激发光同时反射受激光,因此可以起到防止受激光从通光孔602a泄露的目的。

在上述实施例的实际应用过程中,由于波长转换元件在受激发光的过程中也会发热,而温度的升高自然会使波长转换元件的效率降低。因此针对这个问题,《光源》的第五实施例提出一种解决方案,如图7所示。

与第一实施例不同的是,在第五实施例中,还包括位于反射装置705的背向于波长转换元件704一侧的散热装置706,该散热装置706与反射装置705紧密贴附,使得波长转换元件704发出的热量经过反射装置705后传导到散热装置706上,这样有利于波长转换元件704温度的降低和效率的提升。

在实际应用中,散热装置706可以是一个散热器,其一个散热平面抛光后,直接镀反射膜,这样反射装置和散热装置合二为一,在简化了系统的同时也使波长转换元件704到散热装置之间的热阻得以最大程度的降低。

在上述实施例中,由于反射装置的存在,使得波长转换元件的原本在4π立体角上的发光被压缩为在2π立体角的发光,发光立体角压缩了一半。实际上,发光立体角也可以不压缩一半,只要小于4π立体角,相对于截至2012年3月方案就存在光收集效率高和反光碗长度小的优势。在《光源》的第六实施例中,波长转换元件的发光立体角就大于2π,该实施例的结构示意图如图14所示。

在该实施例中,反射装置1405存在一个弯曲的反射面,波长转换元件1404为涂敷在该反射面上的波长转换层。可以理解,由于波长转换元件1404的外形是弯曲的,其总体发光的立体角必然大于2π,例如光线1426所示。此时,只要第一反射面1403在图中左右方向上的长度相应的大于第一实施例中的第一反射面303在左右方向上的长度,就可以有效的收集到如光线1426这样的2π立体角以外的光线。虽然该实施例的第一反射面的尺寸变大,但是相比于第一实施例,因为波长转换元件的发光面积由于变弯曲而增大,因此受激光会更容易从其表面发射出来,从而减小了受激光在反射装置与波长转换元件之间的来回反射散射的损耗。

综上所述,上述第一至第六实施例都是对于《光源》在不同特征方面的扩展和举例,可以理解的,这些特征之间并不存在相互交叉作用,因此可以直接组合使用形成新的实施例,这些新的实施例也应该属于《光源》的保护范围。进一步的,在上述实施例中的描述的特征也可以与下述的实施例相组合形成新的实施例,这也属于《光源》的保护范围。

《光源》的第七实施例的结构示意图如图8a所示。与第一实施例不同的是,在该实施例中还包括驱动装置840,该驱动装置840包括周期性运动的圆形运动面842,波长转换元件804与该运动面842固定连接。具体来说,在该实施例中,驱动装置840包括马达841,运动面842固定于该马达841的转动面上并被其带动做圆周运动。波长转换元件804和反射装置805都呈圆环状,固定连接于运动面上,圆环的圆心与运动面的圆心对准。

图8a中的第一反射面803、波长转换元件804和转动面842从图中的右侧看过去的视图如图8b所示。激发光821入射于波长转换元件804后,发射的受激光分为几部分。第一部分受激光,如光线822所示,被第一反射面803反射后会从转动面上不存在波长转换元件804的位置上出射出来形成出射光823;第二部分受激光则会如光线824所示,被第一反射面803反射后从转动面的外部出射出来形成出射光825;第三部分光会入射于运动面上的波长转换元件804上,并被其散射和反射后重新发射出来,并最终以前述第一部分和第二部分光的形式出射出来。

因此,在该实施例中,运动面需要是透明的以透射第一部分受激光,例如玻璃平板。优选的,反射装置可以是在该透明运动面上的一个圆环区域镀的反射膜,而波长转换元件再涂敷于该反射膜上,这样反射装置与运动面合二为一,系统得以简化。

与第一实施例相比,该实施例的好处在于,使波长转换元件上的不同位置周期性的通过第一反射面的焦点并被激发光激发,这样对于每一个位置来说被激发的时间都只是转动到第一反射面的焦点的一瞬间,其温度得以大大降低,效率则大幅度的提高。实验证明,该实施例在激发光的功率或功率密度极高的情况下相对于第一实施例具有显著的效率优势。

在该实施例中,另一种可能的情况是,波长转换元件804包括两个或以上个色段,其一个举例的俯视图如图8c所示。色段804a、804b和804c具有不同的波长转换特性或散光特性,这些色段随运动面842做周期性运动并轮流位于第一反射面的焦点上。这样,随着运动面的转动不同色段发射出不同颜色的光线,进而形成颜色时序变化的光源,这在投影显示中有广泛的应用前景。

具体举例来说,在该实施例中,色段804a为红色波长转换材料,色段804b为绿色波长转换材料,色段804c上则为散光材料,激发光为蓝色光。当激发光入射于色段804a和804b时,光源分别发射红光和绿光,当激发光入射于色段804c时,色段804c将激发光散射反射后,使光源发射蓝光,这样该光源就可以交替的发射红光、绿光和蓝光。

在该实施例中,反射装置805与运动面842固定连接;实际上反射装置805也可以独立于运动面以外而不随其运动。

在背景技术中提到的技术方案JP2012013898A中,提到了使用一个转盘来使波长转换材料旋转的实施例(例如其中的图7和图8),但其问题在于,为了避免反光碗与该转盘发生机械干涉,需要在反光碗的侧壁上挖一个槽使该转盘通过,这显然大大增大了反光碗的加工难度,尤其是当反光碗是玻璃材料时(这是最常用的反光碗的材料),这种加工的难度更大。而该实施例中,由于反射装置805的存在,使得反光碗只需要位于波长转换元件804的一侧而不需要在其两侧都存在,因此大大降低了反光碗的加工难度和成本。

在《光源》的第八实施例的结构示意图如图9a所示。与第八实施例不同的是,在该实施例中,波长转换元件904和反射装置905的位置不是位于转动面的平面内,而是位于转动面942的侧面,该转动面942被马达941驱动而转动。可以理解,只需要在转动面942的侧面镀反射膜,然后在其上涂覆波长转换元件既可以实现该实施例,其工作原理与第七实施例相同,其不同之处在于由于转动面的侧面面向第一反射面,受激光反射回波长转换元件的可能性变小了,因此效率有所提高;但同时光源的左右方向的长度变大了。该实施例的光源的俯视图如图9b所示。

在该实施例中,马达941和该马达与转动面942之间的马达连接轴可能会造成对受激光的遮挡,在《光源》的第九实施例中,会解决这个问题。

《光源》的第九实施例的结构示意图如图10b所示,与第八实施例不同之处在于,还包括反射镜1009。该反射镜1009分为上下两个部分,分别位于转动面1042的上侧和下侧,并且其摆放角度使得受激光经由第一反射面反射后以一个大于零度小于90度的入射角入射于该反射镜1009,并被该反射镜反射而形成出射光;该实施例的光源的俯视图如图10a所示。这样,只要该反射镜1009放置于马达1041及其马达连接轴与第一反射面的光路之间,就可以避免受激光被遮挡的问题。

在上述实施例中,激发光都是从波长转换元件的背向反射装置的一侧入射于波长转换元件的,实际上,激发光还可以从波长转换元件的面向反射装置的一侧入射于波长转换元件。下面将通过第十至第十二实施例予以具体说明。

《光源》的第十实施例的光源结构示意图如图11所示,与第一实施例不同的是,由激发光源1101发射出的激发光1121先入射于反射装置1105,在透射反射装置1105后再入射于波长转换元件1104并使其受激发光。因此,在该实施例中,反射装置1105是能够透射激发光同时反射受激光的分光滤光片,优选的,该分光滤光片的镀膜面面向波长转换元件1104。

受激光经过第一反射面1103的反射后会形成出射光,该出射光会沿着激发光的光路逆向的向激发光源1101传播。因此,为了避免出射光入射于激发光源表面造成损失,该实施例的光源中还包括位于激发光源1101与波长转换元件1104的光路之间的分光装置1109,用于分别透射激发光1121和反射受激光以使两者的光路相分离。

例如受激光1122经过第一反射面1103反射后形成出射光1123,再入射于分光装置1109后被其反射而形成出射光1124。

容易理解的,分光装置1109也可以以透射受激光同时反射激发光的方式将激发光和受激光的光路分离,此时激发光经过该分光装置反射后入射于波长转换元件,后者发射的受激光经过第一反射面反射后会透射该分光装置形成出射光。

在该实施例中,分光装置1109的作用在于将激发光与受激光的光路分离,这在实际应用中有多种实现方式。例如分光装置1109可以是分光滤光片,它利用激发光与受激光的波长的不同而将两者的光路分离;又例如分光装置也可以是中心带有通光孔的反射镜,激发光可以穿过该通光孔到达波长转换元件,而受激光则会大部分的被反射镜上通光孔周围的区域反射从而实现光路分离的目的,这是利用激发光和受激光光学扩展量的不同而将两种光束分离的;又例如分光装置还可以是一个小反射镜,激发光可以经由该小反射镜反射而入射于波长转换元件,而受激光则会大部分的从该小反射镜的四周穿过,这也是利用激发光的光学扩展量远远小于受激光的光学扩展量而将这两种光束分离的。

第十实施例中的波长转换元件也可以与一个驱动装置的运动面固定连接并被其驱动进行周期性运动,这作为《光源》的第十一实施例,如图12所示。与图8a所示的第七实施例的原理相同的,波长转换元件1204和反射装置1205固定连接于转动面1242的圆周上,转动面1242被马达1241驱动而转动,使得波长转换元件1204的不同位置轮流的被激发光激发而产生受激光。在该实施例中,反射装置1205是能够透射激发光、反射受激光的分光滤光片;在实际应用中,优选的,该反射装置1205与运动面1242合二为一,即在一块圆形的透明玻璃或塑料板材的平面上的圆环位置上镀能够透射激发光、反射受激光的干涉镀膜,这样可以同时起到运动面和反射装置的功能。优选的,波长转换元件1204与分光滤光片1205之间存在空气隙,此时该分光滤光片的设计难度得以降低。

同样的,该实施例中的波长转换装置1204也可以包括多个色段,这在此不再赘述。

在上述的第七、第八、第九和第十一实施例中,都是使用了马达驱动波长转换元件转动使得波长转换元件的不同位置依次处于激发光的激发之下的;实际上还可以有其它的方式,例如在《光源》的第十二实施例中,如图13a所示,与第十一实施例不同的是,波长转换元件1304和反射装置1305固定于运动面1342上,而该运动面1342被一个驱动装置(图中未画出)驱动而在图中呈上下平移运动,使得波长转换元件的沿着上下方向的不同位置依次被激发光激发。

在该实施例中,波长转换元件包括三个色段1304a、1304b和1304c,这三个色段具有不同的波长转换特性或散光特性,在依次被激发光入射使可以使光源产生不同颜色的时序发光。

图13b显示了图13a中沿着向右侧看过去的方向的波长转换元件和第一反射面的正视图。可见,由于波长转换元件1304的宽度很小,从波长转换元件发出的受激光经过第一反射面的反射后大部分的从波长转换元件的周围出射形成出射光,小部分的受激光会入射到波长转换元件上而被反射散射,并最终得以出射。显而易见的,该实施例中平行运动的波长转换元件也可以应用于激发光从波长转换元件的背向于反射装置的一面入射的情况。

值得说明的是,在《光源》的上述实施例中,除了第二实施例外,其它实施例中都使用了形状是旋转抛物面的第一反射面,实际上这只是为了举例方便,这些实施例中的第一反射面同样可以如第二实施例所示的,使用旋转椭球面作为外形。进一步的,《光源》并不排除其它形状的第一反射面的使用,只要该形状存在焦点且能够对焦点发出的光进行有效的反射并控制其角度即可。

在《光源》的上述实施例中,波长转换元件都是呈片状的形态出现的,实际上这只是一种举例,波长转换元件也可以是其它形状,例如是块状;块状与片状的不同之处在于其侧面会发光,这回增大波长转换元件的发光立体角,但是在该专利中,只要反射装置设置合适,发光立体角的增大不会对于《光源》的有益效果造成影响。

以上所述仅为《光源》的实施例,并非因此限制专利范围,凡是利用该专利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,均同理包括在该专利保护范围内。

折叠 编辑本段 荣誉表彰

2018年12月20日,《光源》专利获得第二十届中国专利优秀奖。

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