光源及其应用的投影系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种光源及其应用的投影系统，该光源包括固态光源阵列，由复数个固态发光器件组成，用于发出激发光；波长转换装置，承载有吸收激发光并产生受激发光的波长转换材料；整形装置，位于固态光源阵列与色轮之间，用于对该固态光源阵列发出的激发光进行整形处理，使固态光源阵列发出的激发光投射到波长转换材料上的光斑具有特定形状。本发明专利技术实施例能够降低波长转换材料上的光功率密度较低，提高波长转换材料的光转换效率。

【技术实现步骤摘要】
本申请为申请人于2011年8月16日递交的申请号为201110234864.6，专利技术名称为\光源及其应用的投影系统\的分案申请。
本专利技术涉及投影
，特别是涉及一种光源及其应用的投影系统。
技术介绍
以固态发光器件，例如固态半导体发光器件，尤其是发光二极管(LED，LightEmittingDiode)为光源的投影机已经得到越来越广泛的使用。顺应于对光源光输出功率的要求越来越高，基于光波长转换的投影机光源因其较强的实用性脱颖而出，该方案将源自于一组固态光源的高功率光投射到波长转换材料上来激发产生具有预定主波长的高功率输出光。请参阅图1，图1是现有技术中投影机光源的结构示意图。如图1所示，投影机光源包括：固态光源阵列1、准直透镜阵列2、聚焦透镜3、承载波长转换材料的波长转换装置4、收集透镜5以及方棒6。固定光源阵列1发出激发光，准直透镜阵列2把来自固态光源阵列1的激发光准直成近平行光，该近平行光进一步通过聚焦透镜3汇聚到波长转换装置4上的波长转换材料的某一点，形成如J所代表的投射光斑。波长转换材料4吸收激发光产生受激发光，该受激发光经收集透镜5收集后入射到方棒6，方棒6将入射光斑均匀化并整形得到特定形状的出射光斑以作为投影光斑。现有技术中的固态光源阵列的光斑形状不可控，一般为圆形或椭圆形。对于一些特殊场合，比如显示区域为长方形(例如但不限于长宽比4：3)的投影机应用领域，投影机光源的输出光斑最好呈相同比例的长方形。事实上采用现有技术中的固定光源阵列时，考虑到其光斑形状与显示区域的形状不匹配的问题，通常采用上述方棒将圆形或椭圆形的入射光斑整形为上述长方形的出射光斑。请参阅图2，图2是图1中方棒6的入射光斑与出射光斑的形状关系的示意图。如图2所示，中间的椭圆代表方棒的入射光斑，长方形代表方棒的出射光斑，即与显示区域匹配的投影机的投影光斑，为了保证光利用效率的同时降低光功率密度，势必要使椭圆光斑内接于长方形光斑。请参阅图3，图3是实验测量的荧光粉的光转化效率与激发光的功率密度的关系示意图。如图3所示，随着光功率密度的上升，荧光粉的光转化效率呈明显的下降。通过对现有技术的研究，本专利技术的专利技术人发现：由于固态光源往往采用大功率LED，甚至是具有高功率密度的激光二极管，或随着固态光源阵列规模的扩大，汇聚到图1所示J点上的激发光功率往往会过高而导致波长转换材料(例如荧光粉)温度上升，从而造成波长转换材料的光转换效率下降，缩短波长转换装置的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光源及其应用的投影系统，能够降低波长转换材料上的光功率密度。本专利技术实施例提供了一种光源，包括：固态光源阵列，由复数个固态发光器件组成，用于发出激发光；波长转换装置，承载有吸收激发光并产生受激发光的波长转换材料；整形装置，位于固态光源阵列与色轮之间，用于对该固态光源阵列发出的激发光进行整形处理，使固态光源阵列发出的激发光投射到波长转换材料上的光斑具有特定形状。本专利技术实施例还提供了一种投影系统，包括上述光源。与现有技术相比，本专利技术实施例包括如下有益效果：现有技术中为了降低光功率密度，需要将投射到波长转换材料上的未经整形的激发光光斑形状内接于与显示区域匹配的形状；而本专利技术实施例中，由于在激发光投射到波长转换材料之前，先将激发光整形为特定形状，因此投射到波长转换材料上的光斑形状可以更为接近甚至等于与显示区域匹配的形状，从而比现有技术中最好只能内接于与显示区域匹配的形状的光斑面积更大，使得在相同光功率的条件下光功率密度较低，提高了波长转换材料的光转换效率，延长了波长转换装置的使用寿命。附图说明图1是现有技术中投影机光源的结构示意图；图2是图1中方棒6的入射光斑与出射光斑的形状关系的示意图；图3是实验测量的荧光粉的光转化效率与激发光的功率密度的关系示意图；图4是本专利技术实施例中光源的一个实施例的结构示意图；图5是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图6是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图7是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图8是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图9是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图10是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图11是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图12是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图13是图11中固定器件242沿A-A线的横截面示意图；图14a是图11所示实施例中离焦为0时的光斑示意图；图14b是图11所示实施例中离焦为0.2毫米时的光斑示意图；图15是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图；图16是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图。具体实施方式请参见图4，图4是本专利技术实施例中光源的一个实施例的结构示意图。如图4所示，光源包括固态光源阵列10、整形装置20以及波长转换装置30。固态光源阵列10由复数个固态发光器件11组成，用于发出激发光。波长转换装置30承载有吸收来自固态光源阵列的激发光并产生受激发光的波长转换材料。整形装置20位于固态光源阵列10与波长转换装置30之间，用于对该固态光源阵列10发出的激发光进行整形处理，并将整形处理后的激发光投射到波长转换装置30上，使固态光源阵列10发出的激发光投射到波长转换材料上的光斑具有特定形状。固态发光器件11可以是LED，或是激光二极管，来自各固态发光器件11的光的光斑形状可以为圆形或椭圆形。波长转换材料包括荧光粉、发光染料或纳米发光材料。本实施例中的特定形状为与投影系统中显示区域相似的预定面积的形状，例如4:3长宽比例且具预定面积的矩形。整形装置可以为衍射光学元件、复眼透镜对、方棒等整形元件，此处不进行限定。现有技术中为了降低光功率密度，需要将投射到波长转换材料未经整形的激发光光斑形状(如图2所示的椭圆形)内接于与显示区域匹配的形状；而本实施例中，由于在激发光投射到波长转换材料之前，先将激发光整形为特定形状(如图2所示的与显示区域匹配的长方形)，再投射到波长转换材料，因此投射到波长转换材料上的光斑形状可以更为接近甚至等于与显示区域匹配的形状，从而比现有技术中最好只能内接于与显示区域匹配的形状的光斑面积更大，使得在相同光功率的条件下光功率密度较低，提高了波长转换材料的光转换效率，延长了波长转换装置的使用寿命。当固态发光器件采用激光二极管时，由于激光的发射角度很小，导致其投射到波长转换材料上的光斑的光分布很不均匀，光斑中心的光强很强且远高于边缘光强，使得光斑中心的光功率密度过高。为解决光分布不均的问题，本专利技术实施例还提供光源的另一实施例。请参阅图5，图5是本专利技术实施例中光源的另一实施例的结构示意图。如图5所示，本实施例在图4所示实施例的基础上，增加了一匀光装置40，位于固态光源阵列10与整形装置20之间，用于在激发光投射到波长转换材料之前，对该激发光进行匀光处理，使激发光投射到波长转换材料上的光斑的光分布更加均匀，降低了光斑中心的光功率密度，从而进一步提高了波长转换材料的光转换效率。可以理解的是，匀光装置40也可以位于整形装置20与波长转换装置30之间；也可以与整形装置20一体成型，即与整形装置20合为一能进行匀光处理与整形处理的元件，如衍射光学元件、复眼透镜对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光源，其特征在于，包括：固态光源阵列，由复数个固态发光器件组成，用于发出激发光；波长转换装置，承载有吸收所述激发光并产生受激发光的波长转换材料；整形装置，位于所述固态光源阵列与波长转换装置之间，用于对该固态光源阵列发出的激发光进行整形处理，使固态光源阵列发出的激发光投射到所述波长转换材料上的光斑具有特定形状，所述特定形状与与显示区域匹配的形状接近或者相同。

【技术特征摘要】
1.一种光源，其特征在于，包括：固态光源阵列，由复数个固态发光器件组成，用于发出激发光；波长转换装置，承载有吸收所述激发光并产生受激发光的波长转换材料；整形装置，位于所述固态光源阵列与波长转换装置之间，用于对该固态光源阵列发出的激发光进行整形处理，使固态光源阵列发出的激发光投射到所述波长转换材料上的光斑具有特定形状，所述特定形状与与显示区域匹配的形状接近或者相同。2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，还包括：匀光装置，用于在所述激发光投射到所述波长转换材料之前，对该激发光进行匀光处理。3.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述整形装置与匀光装置合为衍射光学元件，该衍射光学元件对所述固态光源阵列发出的激发光进行所述整形处理和匀光处理。4.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述匀光装置包括衍射光学元件，所述整形装置包括该衍射光学元件与合光装置，该衍射光学元件包括与所述发光器件对应的复数个衍射单元，每一衍射单元对至少一所述固态发光器件发出的激发光进行整形处理和匀光处理得到具有所述特定形状的均匀出射光斑的子光束，所述合光装置将衍射光学元件出射的各子光束组合为一束光束并投射到所述波长转换材料，使组合得到的该光束投射到所述波长转换材料上的光斑均匀且具有所述特定形状。5.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述整形装置与匀光装置合为复眼透镜对，该复眼透镜对对所述固态光源阵列发出的激发光进行所述整形处理和匀光处理。6.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述匀光装置包括复眼透镜对，所述整形装置包括该复眼透镜对与合光装置，该复眼透镜对包括与所述发光器件对应的复数个透镜单元对，每一透镜单元对对至少一所述固态发光器件发出的激发光进行整形处理和匀光处理得到具有所述特定形状的均匀出射光斑的子光束，所述合光装置将复眼透镜对出射的各子光束组合为一束光束并投射到所述波长转换材料，使组合得到的该光束投射到所述波长转换材料上的光斑均匀且具有所述特定形状。7.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述整形装置与匀光装置合为方棒，该方棒对所述固态光源阵列发出的激发光进行所述整形处理和匀光处理。8.根据权利要求7所述的光源，其特征在于，所述方棒的入射端的尺寸小于其出射端的尺寸。9.根据权利要求2所述的光源，其特征在于，所述匀光装置包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李屹，
申请(专利权)人：深圳市光峰光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44