专利名称：发光装置及其投影系统与舞台灯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及其投影系统与舞台灯系统。
背景技术：
UHP (Ultra High Power,超高功率)光源是飞利浦照明在20世纪90年代初开发出的一种高性能光源，UHP光源的推出为投影光源带来了革命性的突破。UHP光源现广泛应用于前投影机、背投电视、电视墙等各个领域。但是UHP光源受其发光机制的限制，其亮度不能够做到很高，因此不能满足一些 对亮度要求很高的场合，例如商用投影机，舞台灯系统等，另外UHP光源还具有价格高，含有高污染的汞，不能实现瞬间启动与关闭等缺点，所以随着对投影光源等光源系统的要求越来越高，人们越来越需要一种新的高性能光源来替代UHP光源。利用激发光来激发荧光粉产生的高亮度光源是目前一种比较有潜力替代UHP光源的技术。如图Ia所示的结构为其中一种常见的此类光源结构，包括激发光源180，荧光色轮130，第一驱动装置120，分光色轮150，第二驱动装置170。图Ib为荧光色轮130的正视图，设置有荧光粉层131，例如由黄色荧光粉构成。图Ic为分光色轮150的正视图，包括红光滤光区、黄色滤光区以及蓝色滤光区3个区段。如图Ia所示，在激发光源180产生的激发光110入射到荧光色轮130产生受激光后，该受激光或者受激光与激发光的混合光140入射到分光色轮150，经分光后产生一组序列光160。在实际应用中，激发光110多为蓝色激发光，其激发黄色荧光粉后产生的黄色光与未激发的蓝色光混合成白光出射，经分光色轮过滤产生红绿蓝三者颜色的序列光，可以作为投影光源或者舞台灯光源等应用。现有的光源系统中，为了便于控制、简化装置，荧光色轮和分光色轮基本上都是将第一驱动装置和第二驱动装置设置为同步转动。但是由于驱动控制本身存在偏差，同时驱动装置的转动角速度并不能保持绝对的稳定，因此第一驱动装置的转动周期和第二驱动装置之间的转动周期并不能完全同步，而是往往存在着浮动的微小差异。而另一方面，目前的荧光粉层的成型技术还不完善，成型后的荧光粉层往往会出现厚度不均匀、浓度不均匀或者表面有凸凹等问题，使得荧光粉层的不同位置的受激发光的强度有所不同。因此，在荧光色轮的转动周期和分光色轮转动周期存在微小差异的情况下，荧光粉色轮的转动和分光色轮的转动会产生一个拍频现象，并且该拍频现象的频率很低，使得分光装置的出射光的亮度变化频率相对较低，从而人眼很容易察觉到出射光的闪烁现象。例如当第一驱动装置的转动周期和第二驱动装置之间的转动周期严格同步时，对于分光色轮上的特定的段，在荧光色轮上有与该段角度相同的一段与之相对应，而且这种对应关系是恒定不变的。当第一驱动装置的转动周期和第二驱动装置之间的转动周期存在微小偏差，例如相差I %时，则对于分光色轮上的特定的段，其在荧光色轮上对应的段的位置不是固定的，而是分光色轮每转动一周则该在荧光色轮上对应的段在圆周方向上会多移动360度X 1%= 3. 6度。由于荧光粉层不同位置的发光亮度有所差别，因此在分光色轮转动一周前后，该分光色轮上特定的段发出的光的亮度也会变化。这种变化的频率在最慢的情况下大约为第一驱动装置的转动频率和第二驱动装置之间的转动频率的差乘以两者的转动频率，例如在投影显示中最常用的分光色轮转动频率为120Hz，因此在本例子中该分光色轮上特定的段的亮度变化的频率为I. 2Hz。这大大低于人眼的响应频率，因此会形成闪烁现象。当然，如果荧光色轮上的不均匀性存在一定规律，例如沿着圆周方向也呈现多个大致周期性的变化，例如3个大致周期性的变化，此时亮度闪烁的频率为I. 2Hz X 3 = 3. 6Hz，依然大大低于人眼的响应频率。可以理解，对于分光色轮上不同的颜色段，上述的亮度闪烁都是存在的，且其闪烁情况并不相同，这在人眼看来会发生颜色的闪烁。人眼对于颜色变化比亮度变化要敏感得多，长期观看这样的闪烁会对人眼造成伤害。因此，需要一种发光装置，能够使得分光装置出射光的亮度和颜色闪烁不被人眼所感知。
发明内容
本发明解决的主要技术问题是提供能够使得分光装置出射光的亮度和颜色闪烁不被人眼所感知的发光装置及其投影系统与舞台灯系统。本发明提供一种发光装置，包括激发光源，用于产生激发光；波长转换装置，包括波长转换层，该波长转换层用于接收激发光并将该激发光至少部分转换为受激光；分光装置，包括至少两个区段，用于将波长转换装置的出射光出射为至少两种不同颜色光； 第一驱动装置，用于驱动波长转换装置，使得波长转换装置周期性运动；第二驱动装置，用于驱动分光装置，使得分光装置的不同区段周期性地位于波长转换装置的出射光的光路上，且波长转换装置在第一驱动装置驱动下的运动速度为分光装置在第二驱动装置驱动下的运动速度的η倍，η彡I. I或者n = 1/m且m满足m ~ ，其中m > I，L为满足I彡L彡4的整数。本发明实施例还提供一种投影系统和舞台灯系统，包括上述发光装置。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明实施例中的发光装置中，波长转换装置和分光装置分别在第一驱动装置和第二驱动装置驱动下运动，当波长转换装置的运动速度与分光装置的运动速度的比值变大，对于分光装置上特定的分光段，其对应的波长转换装置上的波长转换段会变大，从而该波长转换段内的不均匀会被平均化，从而由该波长转换段的位置变化造成的亮度变化的幅度会缩小，经实验验证当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速度I. 9倍以上时，分光装置出射光的闪烁现象得到明显改善。当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速度I. 1-1. 9倍时，波长转换装置的运动和分光装置的运动产生的拍频现象的频率为分光装置运动频率的O. I倍至O. 5倍，再加上波长转换装置本身的不均匀性存在一定的规律，所以分光装置的出射光的闪烁现象也会有较大改善。当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速度的η倍，n = 1/m且m满足
r π L+l、 、 LTr其中m > 1，L为满足I < L < 4的整数时，此条件下的拍频的频率满足为分光装置运动频率的O. I倍至O. 5倍，依然能够改善分光装置出射光的闪烁现象。相对于现有技术，本发明实例中的发光装置具有能够使得分光色轮的出射光的亮度和颜色变化不易被人眼所感知的优点。
图Ia是现有技术的一种发光装置的结构示意图；图Ib是图Ia中的发光装置的荧光色轮的正视图； 图Ic是图Ia中的发光装置的分光色轮的正视图；图2a是本发明实施例中发光装置的一个实施例的结构示意图；图2b是图2a中的发光装置的波长转换装置的正视图；图2c是图2a中的发光装置的分光装置的正视图。图3是黄色荧光粉、绿光荧光粉、红色荧光粉与蓝光LED的归一化光谱。图4a是本发明实施例中发光装置的另一个实施例的结构示意图；图4b是图4a中的发光装置的波长转换装置的正视图；图4c是图4a中的发光装置的分光装置的正视图。图5为图4a中的发光装置中出射光序列周期对应分光装置出射的光序列周期的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施方式对发明实施例进行详细说明。实施例一图2a所示的发光装置的结构图为本发明的第一个实施例。发光装置200包括激发光源280，波长转换装置230、第一驱动装置220、分光装置250、第二驱动装置270。图2b为图2a波长转换装置230的正视图，该波长转换装置为碟形装置，并且在第一驱动装置220的驱动下转动。图2c为图2a中分光装置250的正视图，该分光装置也是碟形装置，并且在第二驱动装置270的驱动下转动。本实施例中，激发光源280产生的激发光210入射到波长转换装置230并被至少部分的被转换成受激光，例如激发光为蓝光，激发黄色荧光粉产生黄光，并且黄光与未被吸收的蓝光混合产生白光。受激光或者受激光与未被激发的激发光的混合光240又入射到分光装置250，经分光装置250后出射输出光260。本实施例中的激发光源可以是激光或者LED (light emitting diode,发光二极管)。在本发明中，发明人基于理论推导和实验结果提出，只要波长转换装置的运动速度大于等于分光装置的运动速度的I. I倍，就可以消除闪烁现象。下面予以详细说明。由背景技术中的介绍可知，闪烁现象根源于两个原因第一是波长转换装置的不均匀，使得与分光装置上特定的分光段所对应的波长转换段的发光亮度随着位置的变化而变化；第二是波长转换装置与分光装置之间存在拍频，使得上述的亮度的变化频率远远的低于分光装置的转动频率，从而被人眼所感知。从上述两方面入手可以解决该闪烁问题。对于第一个根源，只要波长转换装置的运动速度提高，则对于分光装置上特定的分光段，其对应的波长转换装置上的波长转换段会变大，从而该波长转换段内的不均匀会被平均化，从而由该波长转换段的位置变化造成的亮度变化的幅度会缩小。实验证明，当波长转换装置的运动速度是分光装置的运动速度的2倍时，其闪烁的幅度得到了明显的改善，当波长转换装置的运动速度是分光装置的运动速度的3倍时，闪烁现象基本消失，当波长转换装置的运动速度是分光装置的运动速度的4倍时。闪烁现象完全消失。对于第二个根源来说，只要提高波长转换装置与分光装置之间存在的拍频的频率，使其高于人眼响应的频率，就可以使其不被人眼察觉。如果波长转换装置与分光装置的运动频率相等或互为整数倍，则由于第一和/或第二驱动装置的速度的不稳定使两者之间出现低频率的拍频，因此，只要人为的使两者之间的转动速度相差一个特定比例，就可以显著的提高该拍频的频率。例如，当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速 度的1.1倍时，即波长转换装置的运动速度比分光装置的运动速度高10%时，拍频频率为120Hz X 10%= 12Hz，此时闪烁的频率大大提高，虽然仍然低于人眼的响应频率，但是由于波长转换装置上不均匀的周期性等因素的存在，实际在实验中发现其闪烁现象得到了明显的抑制。又例如，当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速度的I. 5倍时，容易算出拍频频率为120HzX50%= 60Hz，该频率超出人眼的响应频率，闪烁现象消失。而当波长转换装置的运动速度与分光装置的运动速度的比值高于I. 5时，由于该比值靠近2倍(整数倍)，拍频频率开始下降；可以理解，当波长转换装置的运动速度为分光装置的运动速度的
I.9倍时，其拍频频率与该比值等于I. I时相同，其效果也接近。从这里容易看出，当拍频的频率与分光装置的运动频率的比值的小数部分为O. I至O. 9时，拍频的频率为分光装置的运动频率的10%以上，此时闪烁现象的得到明显改善。这种方法对于驱动装置速度的不稳定是不敏感的，因为这种不稳定造成的频率偏差由于远远小于人为造成的频率偏差而被后者淹没。实验证明，当波长转换装置的运动速度与分光装置的运动速度的比值大于I. 9且小于2时，由于闪烁幅度变小和频率提高，闪烁现象也得到了显著的改善。综上所述，只要波长转换装置的运动速度大于等于分光装置的运动速度的I. I倍，就可以基本消除闪烁现象。另一方面，从上面的描述中可以理解，如果波长转换装置的运动速度低于分光装置的运动速度，虽然闪烁的幅度增大了，也可能由于拍频频率的增大而使人眼无法响应进而消除闪烁。下面进行具体说明。设波长转换装置的运动速度设置为分光装置的运动速度的η倍，η < 1，n = 1/m,可以理解，当m为整数时会出现低频的拍频而闪烁。若此时的分光装置的运动频率为f，则波长转换装置的运动频率为f/m,拍频的频率F可以表示为
F =--j0.5)IΜ 、
F = (w-[w])·, (to [to]>o.5)
、m其中[m]为m的整数部分。
从前面的分析和实验可知，对于人为设置的频率偏差，拍频的频率F与分光装置的运动频率f的比值大于等于O. I时，闪烁现象得到抑制，即
权利要求
1.一种发光装置，其特征在于包括 激发光源，用于产生激发光； 波长转换装置，包括波长转换层，该波长转换层用于接收所述激发光并将该激发光至少部分转换为受激光； 分光装置，包括至少两个区段，分别用于将所述波长转换装置的出射光出射为至少两种不同颜色光； 第一驱动装置，用于驱动所述波长转换装置，使得所述激发光入射在所述波长转换层上的光斑沿预定轨迹作用于所述波长转换层； 第二驱动装置，用于驱动所述分光装置，使得所述分光装置的不同区段周期性地位于所述波长转换装置的出射光的光路上， 且所述波长转换装置在所述第一驱动装置驱动下的运动速度为所述分光装置在所述第二驱动装置驱动下的运动速度的η倍，η≥I. I或者n = 1/m且m满足 Υ 2 m~~^ ’其中m > I, L为满足I≤L≤4的整数。
2.根据权利要求I所述的发光装置，其特征在于所述波长转换装置的运动速度为所述分光装置的运动速度的I. 9倍以上。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于所述波长转换装置的运动速度为所述分光装置的运动速度的4倍以上。
4.根据权利要求I所述的发光装置，其特征在于所述波长转换装置的运动速度为所述分光装置的运动速度的I. 1-1. 9倍。
5.根据权利要求I所述的发光装置，其特征在于所述波长转换层包括黄色荧光粉，所述激发光源为蓝色光源。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于所述分光装置包括三个区段，该三个区段分别为红色滤光区、绿色滤光区和蓝色滤光区。
7.根据权利要求1-6所述的发光装置，其特征在于所述发光装置还包括一光收集装置，该光收集装置为弧形反射罩，该弧形反射罩收集所述波长转换装置的出射光并反射至一点后出射。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于所述弧形反射装置设置有一透光孔，所述激发光通过该透光孔入射到所述波长转换装置。
9.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求I至8中任意一项所述的发光装置。
10.一种舞台灯系统，其特征在于，包括如权利要求I至8中任意一项所述的发光装置。
全文摘要
本发明公开了一种发光装置及其投影系统与舞台灯系统，该发光装置包括激发光源，用于产生激发光；波长转换装置，包括将激发光至少部分转换为受激光的波长转换层；分光装置，包括至少两个区段，将波长转换装置的出射光至少出射两种颜色光；第一驱动装置，用于驱动波长转换装置，使得激发光入射在波长转换层上的光斑沿预定轨迹作用于波长转换层；第二驱动装置，用于驱动分光装置，使得分光装置的不同区段周期性地位于波长转换装置的出射光的光路上，且波长转换装置的运动速度为所述分光装置的运动速度的n倍，n≥1.1或者n＝1/m且m满足其中m＞1，L为满足1≤L≤4的整数。本发明实施例中发光装置能够使得分光装置出射光的亮度或颜色变化不被人眼所感知。
文档编号F21S8/00GK102720986SQ20121008955
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者候海雄, 胡飞 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司