发光装置及相关投影系统与照明系统的制作方法

本实用新型涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及相关投影系统与照明系统。

背景技术：

目前，激光激发荧光粉以出射彩色光或白光的技术已广泛应用于照明与显示技术领域。

图1是现有技术中一种发光装置的结构示意图。如图1所示，发光装置包括激光器11、准直透镜12、黄色荧光粉片13、透镜14。激光器11出射的蓝色激光经过准直透镜12准直后，入射荧光粉片13（光线如带箭头虚线所示）。黄色荧光粉片13吸收至少部分蓝色激光而产生黄光，该黄光和未被吸收的蓝光被透镜14收集出射（光线如带箭头的实线所示）。

但是，现有技术存在如下缺陷：一旦发光装置的结构确定，发光装置出射光的发散角就确定，无法满足不同照射范围的需求。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种发散角可调节的发光装置及相关投影系统与照明系统。

本实用新型实施例提供一种发光装置，包括第一激光器、光引导件、第一透镜、波长转换装置与调焦装置；第一激光器用于出射激光至光引导件；光引导件用于将来自第一激光器的激光沿第一光路引导至第一透镜；第一透镜用于将来自光引导件的激光汇聚至波长转换装置；波长转换装置用于将激光的至少部分波长转换为受激光，并将其出射光反射至第一透镜；第一透镜还用于将波长转换装置的出射光收集至光引导件，光引导件还用于将第一透镜收集的光的至少大部分沿第二光路引导出射；第一透镜固定于调焦装置上，用于调节从第一透镜到波长转换装置的距离。

可选地，光引导件包括反射镜和该反射镜周围的透光介质，该反射镜在第一平面上的投影面积小于第一透镜在第一平面上的投影面积的1/2，第一平面为垂直于第一透镜轴线的平面；该反射镜用于将来自第一激光器的激光沿第一光路反射至第一透镜，该透光介质用于将第一透镜收集的波长转换装置的出射光的大部分沿第二光路透射出射。

可选地，反射镜为反射激光且透射受激光的滤光片，该滤光片还用于将来自波长转换装置的受激光沿第二光路透射出射。

可选地，光引导件包括透光孔和该透光孔周围的反射镜，该透光孔在第一平面上的投影面积小于第一透镜在第一平面上的投影面积的1/2，第一平面为垂直于第一透镜轴线的平面；该透光孔用于将来自第一激光器的激光沿第一光路透射至第一透镜，该反射镜用于将第一透镜收集的波长转换装置的出射光的大部分沿第二光路反射出射。

可选地，透光孔为透射激光且反射受激光的滤光片，该滤光片还用于将来自波长转换装置的受激光沿第二光路反射出射。

可选地，调焦装置包括从内至外的固定框、限位框与旋转框，第一透镜固定在该固定框上，该固定框侧壁长出两个支杆，该限位框侧壁有两个限位槽，该旋转框侧壁有两个斜槽，两个支杆分别嵌入一个限位槽与斜槽；限位槽用于限制该支杆水平方向上的运动，斜槽用于在旋转框转动时使支杆在竖直方向上运动。

可选地，发光装置还包括第二激光器，第一激光器出射的激光与第二激光器出射的激光合为一束激光并入射至光引导件；第二激光器为红色激光器、绿色激光器或红外激光器。

可选地，发光装置还包括第二透镜，光引导件用于将第一透镜收集的波长转换装置的出射光的至少大部分沿第二光路引导出射至第二透镜，第二透镜用于将该出射光的大部分准直出射。

本实用新型实施例还提供一种投影系统，该投影系统包括上述发光装置。

本实用新型实施例还提供一种照明系统，该照明系统包括上述发光装置。

与现有技术相比，本实用新型实施例包括如下有益效果：

本实用新型实施例通过设置调焦装置来调节从第一透镜到波长转换装置的距离，使得发光装置出射光的发散角可调；进一步地，本实用新型实施例利用光引导件将激光引导至第一透镜，第一透镜将激光汇聚至波长转换装置；而波长转换装置的出射光又经第一透镜、光引导件出射，因此移动第一透镜的位置能产生两次离焦的效果，从而使得发光装置出射光的发散角比较容易调节，因此能够有效地满足不同照射范围的需求。

附图说明

图1是现有技术中一种发光装置的结构示意图；

图2a是本实用新型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所示实施例中调焦装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文以及附图中使用的技术名词的说明如下：

波长转换材料：波长转换材料可以采用磷光性材料，例如磷光体，也可以采用纳米材料，如量子点，还可以采用荧光材料。

激发光：能够激发波长转换材料，使得波长转换材料产生不同波长光的光。

受激光：波长转换材料受激发光激发而产生的光。

激发光、波长转换材料、受激光是相对的概念。例如，蓝光激发黄色荧光粉产生黄光，此时蓝光是激发光，黄光是受激光。而黄光激发红色荧光粉产生红光，此时黄光是激发光，红光是受激光。

下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例进行详细说明。

实施例一

请参阅图2a，图2a是本实用新型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所示实施例中调焦装置的结构示意图。如图2a与2b所示，发光装置100包括第一激光器110、准直透镜120、光引导件130、第一透镜140、波长转换装置150与调焦装置170（图2b中示出）；

第一激光器110用于出射激光至准直透镜120，该激光经准直透镜准直后出射至光引导件130。本实施例中，第一激光器出射蓝色激光。光引导件130用于将来自第一激光器110的激光沿第一光路（如带箭头虚线所示）引导至第一透镜140。本实施例中，光引导件130包括反射镜和该反射镜周围的空气，该反射镜在第一平面上的投影面积小于第一透镜140在第一平面上的投影面积的1/2，第一平面为垂直于第一透镜的轴线的平面；该反射镜用于将来自第一激光器110的激光沿第一光路反射至第一透镜140。此处需要说明的是，此处的反射镜是针对来自第一激光器的激光是反射的，并不表示对任何光都反射。

第一透镜140用于将来自光引导件130的激光汇聚至波长转换装置150。波长转换装置150用于将来自第一透镜140的激光部分波长转换为受激光，并将其出射光，即该受激光与未被转换的激光反射至第一透镜140。本实施例中，波长转换装置包括黄色荧光粉，该黄色荧光粉将蓝色激光的部分光波长转换为黄色受激光，波长转换装置的出射光为黄色受激光与未被转换的蓝色激光混合而成的白光。在其它实施例中，波长转换材料也可以将所有激发光波长转换为受激光。

第一透镜140还用于将波长转换装置150的出射光收集并准直至光引导件130，即反射镜与其周围的空气，该空气用于将第一透镜收集的波长转换装置150的出射光的大部分沿第二光路（如带箭头实线所示）透射出射。可以理解的是，反射镜周围的空气也可以替换成其它透光介质。

并且，如图2b所示，第一透镜140固定于调焦装置170上，用于调节从第一透镜140到波长转换装置150的距离。本实施例中，调焦装置170具体包括从内至外的固定框171、限位框172与旋转框173，固定框171、限位框172与旋转框173优选为三个同心圆柱体。第一透镜140固定在固定框171上。固定框171侧壁长出两个支杆1711，限位框172侧壁有两个限位槽1721，旋转框173侧壁有两个斜槽1731，两个支杆1711分别嵌入一个限位槽1721与斜槽1731。限位槽1721用于限制支杆1711水平方向上的运动，具体实现方式可以是旋转框173的外部还有个外框，限位框的底部与该外框的底部固定连接，因此限位框相对该外框不可动，而旋转框相对该外框可转动。推动旋转框173使其旋转，旋转框的斜槽1731也跟着旋转，由于支杆1711被限位槽1721限制了水平方向上的运动，因此支杆1711会随着斜槽1731的转动而在竖直方向上升高或降低，进而带动第一透镜140在竖直方向上升高或降低，从而使第一透镜140远离或靠近波长转换装置。例如，当旋转框173顺时针旋转时，斜槽1731顺时针转动，而支杆1711在水平方向上不能动，因而支杆1711随着斜槽1731的转动而在竖直方向上升高，进而带动第一透镜也升高。

一般地，令光源从透镜焦点离焦是常用的技术，但是在本实用新型中有格外好的效果。例如，当第一透镜因为斜槽转动而降低时，第一透镜向波长转换装置靠近，激光在入射于波长转换材料时就有第一次离焦的效果，即在波长转换材料上的光斑变大，然后第一透镜在收集这个变大后的光斑时也是离焦的收集，所以发光装置出射光的发散角就变得更大。也就是说，移动第一透镜的位置产生了两次离焦的效果，这样出射光的发散角对于第一透镜的移动距离比较敏感，使得发光装置出射光的发散角比较容易调节。例如，为了使发光装置出射光的发散角由1度变为40度，原本需要将第一透镜移动几十毫米，本实用新型只需要移动几毫米就够了。

本实施例通过设置调焦装置来调节从第一透镜到波长转换装置的距离，使得发光装置出射光的发散角可调。进一步地，本实施例利用光引导件将激光引导至第一透镜，第一透镜将激光汇聚至波长转换装置；而波长转换装置的出射光又经第一透镜、光引导件出射，因此移动第一透镜的位置能产生两次离焦的效果，从而使得发光装置出射光的发散角比较容易调节，因此能够有效地满足不同照射范围的需求。并且，本实施例利用入射激光的光学扩展量远小于波长转换装置的出射光的光学扩展量的特点，在第一透镜的出射光路上设置面积较小的反射镜，在保证波长转换装置的大部分出射光可以从反射镜周围出射的同时来引入激光，具有结构紧凑、体积较小的优点。

可以理解的是，能够调节从第一透镜到波长转换装置的距离的调焦装置在现有技术中存在许多其它实现方式，本实施例中的调焦装置170的实现方式只是一个举例，并不作为本实用新型的限定。

本实施例中，由于光路可逆，波长转换装置150的小部分出射光，包括受激光与未被转换的激光，会经第一透镜140出射至反射镜，倘若反射镜也反射受激光，则受激光会被反射镜反射而逃逸掉。由于逃逸的这部分光能量比例比较小，所以在有些场合中是可以接受的，例如远视场合。为了减小光损失，优选地，反射镜优选为反射来自第一激光器的激光且透射来自波长转换装置的受激光的滤光片，例如反射蓝色激发光透射黄色受激光，该滤光片还用于将该受激光沿第二光路透射出射。但是，不论怎样，波长转换装置出射的未被转换的激光都会被反射镜反射而逃逸掉，因此反射镜的面积越小越好，足以接收来自第一激光器的全部激光即可。优选地，反射镜在第一平面上的投影面积小于第一透镜140在第一平面上的投影面积的1/4。

本实施例中，反射镜设置在第一透镜的顶部上方，反射镜将入射的激光弯折90度反射至第一透镜。在其它实施例中，反射镜也可以将入射的激光反射在第一透镜的其它位置，反射镜也可以将入射的激光弯折其它角度。此外，第一激光器110与准直透镜120也可以放置其它位置，例如放置在波长转换装置150所在平面上，再通过增加其它反射镜将激光反射至光引导件130的反射镜。

在其它实施例中，发光装置还可以包括散射元件，以对来自第一激光器的激光进行散射，使得聚焦于波长转换材料上的激光光斑均匀化，提高波长转换材料的效率。散射元件可以设置在准直透镜至波长转换装置的光路上的任一位置，优选设置在准直透镜与第一透镜之间的光路上。

此外，在其它实施例中，波长转换装置可以使用LED作为基板，波长转换材料（如荧光粉）以涂覆或贴膜等方式设置在LED的发光面上。例如，当使用蓝色LED作为波长转换装置的基板时，波长转换材料的一面受来自第一透镜的激光的激发，另一面受该蓝色LED的激发，即波长转换材料双面同时被激发，因而可以提高发光装置的出射光亮度。再如，当使用红色LED作为波长转换装置的基板时，波长转换材料虽然不会被该红色LED激发，但是红色LED出射的红光可以与波长转换材料产生的受激光一起出射，从而为发光装置增加红光光谱的能量，弥补了受激光的红色能量不足的缺陷；此时反射镜优选为反射激发光且透射受激光与红光的分光滤光片。

由于在LED上设置波长转换材料的工艺比较复杂，因此为了弥补受激光的红色能量不足的缺陷，发光装置还可以包括第二激光器，第一激光器出射的激光与第二激光器出射的激光合为一束激光并入射至光引导件；第二激光器优选为红色激光器或绿色激光器，使得波长转换装置出射激发光与受激光之外，还出射被波长转换材料散射了的红色激光或绿色激光，从而为发光装置增加红光光谱或绿光光谱的能量。第二激光器也可以为红外激光器，这样可以为发光装置增加红外光谱的能量，以便于用户在夜间可以通过红外光探测器发现该发光装置。

实施例二

由于波长转换材料的发光是朗伯分布的，这种大角度分布的光要想收集起来，往往需要经过至少两个透镜才能实现高效率的收集和准直。请参阅图3，图3是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图3所示，发光装置200包括第一激光器210、准直透镜220、光引导件230、第一透镜240、波长转换装置250与调焦装置（图中未示出）。

本实施例与实施例一的区别之处在于：

发光装置200还包括第二透镜260，光引导件230设置在第一透镜240与第二透镜260之间。第一透镜240将波长转换装置250的出射光收集成具有较小发散角，并出射至光引导件130，即反射镜与其周围的空气，该空气用于将第一透镜收集的波长转换装置250的出射光的大部分沿第二光路（如带箭头实线所示）透射出射至第二透镜260，第二透镜用于将该出射光的大部分准直出射成平行光。

实施例三

请参阅图4，图4是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图4所示，发光装置300包括第一激光器310、准直透镜320、光引导件330、第一透镜340、波长转换装置350、第二透镜360与调焦装置（图中未示出）。

本实施例与实施例二的区别之处在于：

光引导件330为带透光孔的反射镜，包括透光孔331和该透光孔周围的反射镜332，该透光孔在第一平面上的投影面积小于第一透镜在第一平面上的投影面积的1/2；该透光孔331用于将来自第一激光器的激光沿第一光路（带箭头的虚线所示）透射至第一透镜340，该反射镜332用于将第一透镜收集的波长转换装置350的出射光的大部分沿第二光路（带箭头的实线所示）反射至第二透镜360。此处需要说明的是，此处的透光孔是针对来自第一激光器的激光是透射的，并不表示对任何光都透射。

本实施例中，由于光路可逆，波长转换装置350的小部分出射光，包括受激光与未被转换的激光，会经第一透镜340出射至透光孔331，倘若透光孔也透射受激光，则受激光会被透光孔透射而逃逸掉。由于逃逸的这部分光能量比例比较小，所以在有些场合中是可以接受的，例如远视场合。为了减小光损失，优选地，透光孔优选为透射来自第一激光器的激光且反射来自波长转换装置的受激光的滤光片，例如透射蓝色激发光反射黄色受激光，该滤光片还用于将该受激光沿第二光路反射至第二透镜360。但是，不论怎样，波长转换装置出射的未被转换的激光都会被透光孔透射而逃逸掉，因此透光孔的面积越小越好，足以接收来自第一激光器310的全部激光即可。优选地，透光孔在第一平面上的投影面积小于第一透镜340在第一平面上的投影面积的1/4。

此外，本实施例还包括散射片380，设置在准直透镜320与光引导件330之间。散射片380是为了使激光形成一个小的发散角，这样可以使得聚焦于波长转换材料上的激光光斑均匀化，提高波长转换材料的效率，因此散射片380可以设置在准直透镜至波长转换装置的光路上的任一位置，优选设置在准直透镜与第一透镜之间的光路上。

本实施例通过设置调焦装置来调节从第一透镜到波长转换装置的距离，使得发光装置出射光的发散角可调；进一步地，本实施例利用入射激光的光学扩展量远小于波长转换装置的出射光的光学扩展量的特点，在第一透镜的出射光路上设置带透光孔的反射镜，在保证波长转换装置的大部分出射光可以被反射镜反射出射的同时通过透光孔来引入激光，使得移动第一透镜的位置能产生两次离焦的效果，从而使得发光装置出射光的发散角比较容易调节，因此能够有效地满足不同照射范围的需求。

实施例四

请参阅图5，图5是本实用新型实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图5所示，发光装置400包括第一激光器410、准直透镜420、光引导件430、第一透镜440、波长转换装置450、第二透镜460与调焦装置（图中未示出）。

本实施例与实施例二的区别之处在于：

（1）本实施例中，波长转换装置450用于将来自第一透镜的激光全部波长转换为受激光，因此波长转换装置的出射光只有该受激光。

（2）本实施例中，光引导件430为反射来自第一激光器410的激光且透射来自波长转换装置450的受激光的分光滤光片，此时波长转换装置450的全部出射光，即受激光经第一透镜440出射至光引导件430后，经光引导件透射至第二透镜460。此外，若发光装置400还包括实施例一所述的第二激光器（如红色激光器），则分光滤光片430还应具有对该激光（红色激光）部分透射部分反射的属性，以使得该激光被波长转换装置散射后有部分光能够经分光滤光片透射至第二透镜。可以理解的是，在其它实施例中，光引导件430也可以为透射来自第一激光器410的激光且反射来自波长转换装置450的受激光的分光滤光片。

本实施例通过设置调焦装置来调节从第一透镜到波长转换装置的距离，使得发光装置出射光的发散角可调；进一步地，本实施例利用分光滤光片将激光引导至第一透镜，第一透镜将激光汇聚至波长转换装置；而波长转换装置的出射光又经第一透镜、分光滤光片出射，因此移动第一透镜的位置能产生两次离焦的效果，从而使得发光装置出射光的发散角比较容易调节，因此能够有效地满足不同照射范围的需求。

以上列举了光引导件的几种实现方式，事实上现有技术中还有许多种实现方式，只要能够将来自第一激光器的激光与来自波长转换装置的大部分出射光的光路区分开即可。

此外需要说明的是，当现有技术中的黄色荧光粉片替换成散射装置时，发光装置同样存在无法满足不同照射范围的需求的缺陷。而上述各实施例中的波长转换装置替换成散射装置后，同样能够解决现有技术中的缺陷。所不同的是，激光不需要是激发光，且散射装置用于将来自第一透镜的激光散射为散射光，并将其出射光，即该散射光反射至第一透镜。

将波长转换装置替换成散射装置的发光装置包括第一激光器、光引导件、第一透镜、散射装置与调焦装置；第一激光器用于出射激光至光引导件；光引导件用于将来自第一激光器的激光沿第一光路引导至第一透镜；第一透镜用于将来自光引导件的激光汇聚至散射装置；散射装置用于将来自第一透镜的激光散射为散射光，并将其出射光，即该散射光反射至第一透镜；第一透镜还用于将散射装置的出射光收集至光引导件；光引导件还用于将第一透镜收集的散射装置的出射光的部分沿第二光路引导出射；第一透镜固定于调焦装置上，用于调节从第一透镜到散射装置的距离。

将波长转换装置替换成散射装置的发光装置可以具备上述各实施例中的结构与功能。值得注意的是，图2至图4实施例中，波长转换装置替换成散射装置即可；而图5实施例中，除了波长转换装置替换成散射装置之外，分光滤光片430不能是对第一激光器的激光全部反射，而应具有对第一激光器的激光部分透射部分反射的属性，以使得该激光被散射装置散射后有部分光能够经分光滤光片430透射至第二透镜。详细说明请参照上述各实施例，此处只简单列举几点：

可选地，光引导件包括反射镜和该反射镜周围的透光介质，该反射镜在第一平面上的投影面积小于第一透镜在第一平面上的投影面积的1/2，第一平面为垂直于第一透镜轴线的平面；该反射镜用于将来自第一激光器的激光沿第一光路反射至第一透镜，该透光介质用于将第一透镜收集的散射装置的出射光的大部分沿第二光路透射出射。

可选地，光引导件包括透光孔和该透光孔周围的反射镜，该透光孔在第一平面上的投影面积小于第一透镜在第一平面上的投影面积的1/2，第一平面为垂直于第一透镜轴线的平面；该透光孔用于将来自第一激光器的激光沿第一光路透射至第一透镜，该反射镜用于将第一透镜收集的散射装置的出射光的大部分沿第二光路反射出射。

可选地，光引导件为分光滤光片，具有对激光部分透射部分反射的属性，用于将来自第一激光器的激光的部分光沿第一光路引导至第一透镜，将第一透镜收集的散射装置的出射光的部分光沿第二光路引导出射。

本说明书中，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型实施例还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。例如，上述出射白光的发光装置可以作为投影系统的白色光源。

本实用新型实施例还提供一种照明系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。照明系统例如有手电照明系统、汽车灯照明系统、舞台灯照明系统等等。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。