一种结构紧凑的光源系统的制作方法_2

文档序号:9910030阅读:来源:国知局
分布:中心法线处的光强最强,角度越大的地方光强越弱,将第一反射镜330固定在从收集透镜350出射的光在准直透镜340的第一表面341上所形成的光斑范围的边缘,可以最大程度降低反射镜遮挡住的光强度,减小输出光的损失,从而提高输出光的效率。
[0033]收集透镜350的作用是收集从荧光粉层360输出的光,并缩小其发散角度。为了实现较好的收光效果,收集透镜350应位于荧光粉层360的前方且紧紧靠近荧光粉层。优选地,收集透镜350为凹凸透镜,其凹面朝向焚光粉层360,这样的好处在于:从焚光粉层360出射的光入射于凹面的入射角比入射于平面或者凸面的入射角小,故菲涅尔反射损失小,透过率较高。为了实现光束会聚的作用,其凹面的曲率半径应大于凸面的曲率半径。
[0034]准直透镜340位于输出光390的光路上且位于收集透镜350之后,其作用是将从收集透镜350出射的光进行准直出射,它具有朝向荧光粉层360的第一表面341。在本实施例中,该第一表面341为平面,这样可以方便的将第一反射330粘贴在其上。实际上,第一反射镜330也可通过在准直透镜340的第一表面341镀反射膜来实现:将其它不需要镀膜的区域使用夹具遮挡住,只在一个小的局部区域镀反射膜。但它的缺点在于镀膜的产量低,进而成本较高。
[0035]在本实施例中,激发光源310相对于第二反射镜倾斜固定,使得其出射的激发光380斜入射到第一反射镜330上并被其反射,反射光透过收集透镜350后入射至荧光粉层360上。荧光粉层360吸收激发光380,并将其部分转换为受激光,转化的受激光和未被荧光粉吸收利用的激发光合成输出光390从荧光粉层360表面输出。其中,荧光粉层360的背面粘贴在第二反射镜370上,可使从荧光粉层背面输出的光再次反射回荧光粉层,最终从前表面输出。第二反射镜370优选为表面镀银的金属基板,包括铝基板,铜基板等,这类金属基板具有相当的硬度,同时具有较高的热导率,有利于荧光粉层360的散热。
[0036]在本实施例中,第一反射镜330也可替换为分光滤光片,该分光滤光片反射激发光而透射受激光,这样就不存在因受激光被第一反射镜330遮挡造成的受激光的损失,可进一步提高输出光效率。在第一反射镜330为分光滤光片的情况下,可将其面积设计得足够大,例如完全覆盖准直透镜340的第一表面341,使得输出光390的每一部分都必须透过该分光滤光片出射。分光滤光片反射激发光而透射受激光的特性,使得输出光390中仅含有受激光成分,这就相当于对输出光390起到滤波的作用;同时被反射回去的激发光又有部分会再次入射到荧光粉层360上而被重复利用。
[0037]在本实施例中,可使荧光粉层360与激发光源310共用一个散热装置,这可简化整个系统的散热设计,进一步缩小系统体积,如图3b所示。图3b相对于图3a的区别在于,将激发光源310和第二反射镜370通过导热介质321固定在了同一个散热装置320上。导热介质由高热导率材料制成,并设计一个倾斜斜面保证激发光源310的出射光相对于准直透镜340的光轴倾斜。实际上,该导热介质321并非必须的,也可直接将激发光源310和第二反射镜370焊接在散热装置320上。
[0038]在本实施例中,荧光粉层360也可以被驱动装置驱动而周期性运动,这样可以避免局部荧光粉长时间受激发而过热发生热猝灭现象。优选地,可将荧光粉层360涂覆在一个可旋转的基板上(该基板可以是上述的第二反射镜),该基板在驱动装置(如马达)的驱动下高速旋转从而帮助荧光粉散热。
[0039]在本实施例中,荧光粉层360也可换成其他波长转换材料,例如,量子点材料或者荧光染料等,只要其能吸收激发光并产生受激光,这种替换为本领域技术人员的公知常识,也应包含在本发明的保护范围内。
[0040]相对于现有技术,在本实施例中,第一反射镜330起到了原有的分光装置的作用,却省去了原分光装置所占的体积,同时使激发光源310和荧光粉层360位于准直透镜340的同侧,他们之间的距离也不再受到收集透镜和准直透镜的限制,从而使得整个光源系统的体积大大减小。
[0041 ] 第二实施例
[0042]在第一实施例中,为了利用第一反射镜将激发光源发出的激发光反射至荧光粉层,通过将激发光源倾斜固定来使其出射光相对于准直透镜的光轴倾斜;而在本实施例中,激发光源始终垂直固定,其出射光相对于准直透镜的光轴保持平行。
[0043]图4a为本实施例的光源系统的第一种结构示意图。在图4a中,光源系统包括激发光源410,散热装置420,第一反射镜430,棱镜431,准直透镜440,收集透镜450,荧光粉层460,第二反射镜470。其中,准直透镜440为平凸透镜,朝向荧光粉层460的第一表面441为平面,激发光源410和荧光粉层460设置在第一表面441的同侧,且激发光源410和第二反射镜470固定在同一个散热装置420上。第一反射镜430固定在该第一表面441上,且位于从收集透镜450出射的光在该第一表面441上所形成的光斑范围内。收集透镜450位于准直透镜440和荧光粉层460之间且紧密靠近荧光粉层460。
[0044]本实施例相对于第一实施例的区别在于:激发光源410垂直固定在散热装置420上,为了使激发光源410出射的激发光480能倾斜入射到第一反射镜430上,在激发光源410和第一反射镜之间设置了一个棱镜431,如图4a所不。其中,棱镜431位于激发光480的出射光路中,其作用是偏转激发光480使其能入射到第一反射镜430。对本领域技术人员来说,只要能实现光路偏转的光学元件都可满足要求,包括透镜、反射镜等,这种光学元件的替换也应在本发明的保护范围之内。这种结构的优点是激发光源可以垂直固定在散热装置上,安装更方便,散热装置加工更容易,成本更低。但缺点是需增加额外的光学元件来实现激发光的偏转,该偏转光学元件的固定和调整都会使光源系统更复杂。
[0045]为了实现激发光源的垂直安装而又不需要额外的光学元件来使激发光偏转,还可将第一反射镜倾斜固定,使第一反射镜的法线相对于准直透镜的光轴倾斜,如图4b所示。图4b和图4a的区别在于,准直透镜440为凹凸透镜,朝向荧光粉层460的第一表面441为凹面。第一反射镜430固定在该第一表面441上,且位于从收集透镜450出射的光在该第一表面441上所形成的光斑范围内。在本实施例中,由于准直透镜440的第一表面441被加工成凹面,这样,将第一反射镜430粘贴在准直透镜440的第一表面441时,其法线相对于准直透镜440的光轴就会有一定的倾斜,该倾斜角正好能将垂直向上出射的激发光480反射至荧光粉层460。这种结构的缺点是:对激发光源410的位置的限制以及准直透镜440的第一表面441的曲率的要求较为严格,保证从激发光源410出射的垂直向上传输的激发光480经第一反射镜430的反射后能正好入射到荧光粉层460上。此外,相对于前面的光源系统,本光源系统结构要求准直透镜440的尺寸足够大,且激发光源410和第二反射镜470之间的距离足够小,以保证从激发光源410垂直向上出射的激发光480能入射到准直透镜440内。
[0046]另一种实现激发光源的垂直安装的结构如图4c所示。在图4c中,准直透镜440仍为平凸透镜,朝向荧光粉层460的第一表面441为平面,但它和图4a的不同之处在于:在该第一表面441上对应于激发光480入射的地方设有一个凹槽442,该凹槽具有倾斜的内表面,第一反射镜430正是固定在其倾斜内表面上形成一定的倾斜角,该倾斜角能将垂直向上入射的激发光480反射至荧光粉层460。本光源系统同样要求准直透镜440的尺寸足够大,且激发光源410和第二反射镜470之间的距离足够小,以保证从激发光源410垂直向上出射的激发光480能入射到准直透镜440内。
[0047]在本实施例中,荧光粉层460同样可以保持静止或运动,这种改变和第一实施例完全相同,故不再赘述。
[0048]本实施例相对于第一实施例的优点在于:激发光源可垂直安装在散热装置上,光源布局方正更有助于体积的减小。激发光源还可以和荧光粉层共用一个散热装置,使得散热装置的设计和激发光源的固定更加简单。
[0049]第三实施例
[0050]图5为本发明的光源系统的第三实施例的结构示意图。本实施例中与第一实施例的区别在于:第一实施例中的激发光源被换成了激发光源组,该激发光源组包括多个独立的激发光源,分别设置于准直透镜540的周围。与之对应的,存在一个
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