光源系统、投影设备及照明设备的制作方法

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种光源系统、投影设备及照明设备。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

激光荧光光源技术是利用第一色激光激发荧光粉产生受激光的技术，通常使用蓝激光作为第一色激光，荧光粉可以是黄光荧光粉、绿光荧光粉或红光荧光粉等，而蓝激光的成本相对较低，电光转化效率高，荧光粉的激发效率高；但荧光光谱较宽，色纯度低，因此不能直接满足于广色域的要求，为了提高颜色纯度，通常使用滤光片对其进行滤光，但这种方式会造成较大的光损失。

在此基础上，利用荧光和激光的混合光源既能获得较好的色纯度，又能利用两者混光消相干，维持一个可接受的成本。与此同时给光学设计带来一些难题，由于荧光光谱与激光光谱存在重叠的波段，将两者合光将造成光效损失较大。

技术实现要素：

为解决现有技术中激光荧光光源光效损失较大的技术问题，本发明提供一种可以有效降低光效损失的激光荧光光源系统，本发光还提供一种投影设备及照明设备。

一种光源系统，包括：

激发光源，用于发出第一色激光；

补充光源，用于发出与所述第一色激光颜色不同的补充光，所述补充光为激光；

光路选择元件，包括：

透射部，用于透射所述第一色激光；

光路选择部，用于将所述第一色激光随时序反射至第一光路或第二光路；及

驱动部，用于带动所述透射部与所述光路选择部交替位于所述第一色激光的光路上；

第一波长转换装置，用于在沿所述第一光路传输的第一色激光的激发下产生第二色荧光；及

第二波长转换装置，用于在沿所述第二光路传输的第一色激光的激发下产生第三色荧光；

所述第二色荧光、所述第三色荧光、所述补充光、与所述光路选择元件透射的第一色激光合光后出射。

进一步地，所述光源系统还包括控制装置，

当所述透射部位于所述第一色激光的光路上时，所述控制装置控制所述补充光源不发光；

当所述光路选择部位于所述第一色激光的光路上时，所述控制装置控制所述补充光源发光。

进一步地，所述光路选择部包括由第一反射部与第二反射部表面组成的起伏表面，所述第一反射部用于将所述第一色激光引导至所述第一光路，所述第二反射部用于将所述第一色激光引导至所述第二光路。

进一步地，所述起伏表面设置有第一区段与第二区段，所述第一区段中设置有所述第一反射部，所述第二区段中设置有所述第二反射部。

进一步地，所述第一反射部与所述第二反射部交错设置或相邻设置。

进一步地，所述第一反射部与所述第二反射部为反射路径不同的平面或曲面。

进一步地，所述光源系统在邻近所述第一波长转换装置及所述第二波长转换装置的位置分别设置有对应的收集透镜组，每个收集透镜组分别用于会聚光线至对应的波长转换装置，以及用于将对应波长转换装置出射的荧光进行准直后出射。

进一步地，所述光源系统还包括匀光装置，所述第二色荧光、所述第三色荧光、所述补充光、与所述光路选择元件透射的第一色激光合光后入射至所述匀光装置。

进一步地，所述光源系统还包括第一分光滤光片，用于引导所述第一波长转换装置出射的第二色荧光与所述第二波长转换装置出射的第三色荧光沿同一光路出射；

所述第一分光滤光片设置有第一区域与第二区域，其中，所述第一区域用于将沿所述第一光路传输的第一色激光引导至所述第一波长转换装置，所述第二区域用于将沿所述第二光路传输的第一色激光引导至所述第二波长转换装置。

进一步地，所述光源系统还包括第二分光滤光片，所述第二分光滤光片用于引导所述补充光、所述第一分光滤光片出射的第二色荧光与第三色荧光、以及所述光路选择元件透射的第一色激光沿同一光路出射。

进一步地，准直后的第二色荧光与第三色荧光照射至所述第二分光滤光片表面，所述第二分光滤光片包括镀膜区域与边缘区域，所述补充光与所述光路选择元件出射的第一色激光会聚于所述镀膜区域附近，所述镀膜区域用于反射所述补充光与所述光路选择元件透射的第一色激光，所述边缘区域用于透射所述第二色荧光与所述第三色荧光。

进一步地，所述镀膜区域用于反射预设波长范围的光线，所述第一色激光与所述补充光的波长范围位于所述预设波长范围内。

进一步地，所述第一色激光与所述补充光为第一偏振态的光，所述镀膜区域用于反射所述第一偏振态的光线，透射其他偏振态的光线。

进一步地，所述光源系统还包括第三分光滤光片，所述补充光源发出的补充光与所述激发光源发出的第一色激光，经过所述第三分光滤光片合光后入射至所述光路选择元件，所述光路选择元件中的光路选择部还用于透射所述补充光。

进一步地，所述透射部为散射片。

进一步地，所述光路选择部为呈曲面的二向色片。

进一步地，所述光源系统还包括第三分光滤光片，所述光路选择元件透射的第一色激光与所述补充光源发出的补充光经过所述第三分光滤光片合光后入射至所述第二分光滤光片。

进一步地，所述第二分光滤光片与所述第三分光滤光片之间还设置有散射元件。

一种投影设备，包括如上任意一项所述的光源系统。

一种照明设备，包括如上任意一项所述的光源系统。

本发明提供的光源系统出射的第一色激光与补充光未经过波长转换装置的反射与透射，激光利用率高，有利于降低所述光源系统的光效损失并提高发光强度，保证了所述投影设备及所述照明设备的出光质量，具有非常重要的实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施方式提供的光源系统的结构示意图。

图2为图1所示的光路选择元件的俯视结构示意图。

图3为图1所示的第一分光滤光片的俯视结构示意图。

图4为图1所示的第二分光滤光片的俯视结构示意图。

图5为本发明第二实施方式提供的光源系统的结构示意图。

图6为图5所示的光路选择元件的俯视结构示意图。

主要元件符号说明

光源系统100、200

激发光源110

补充光源120、220

第三分光滤光片125、225

光路选择元件130、230

透射部132、232

光路选择部134、234

第一区段135a

第二区段135b

驱动部136

第一分光滤光片140

第一区域142

第二区域144

第一波长转换装置150a

第二波长转换装置150b

散射元件260

第二分光滤光片170、270

镀膜区域172

边缘区域174

匀光装置180

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1-图2，图1为本发明第一实施方式提供的光源系统100的结构示意图，图2为图1所示的光路选择元件130的俯视结构示意图。光源系统100的激光利用率高，有利于降低光源系统100的光效损失并提高发光强度，可以应用于投影设备及照明设备中，保证了所述投影设备及所述照明设备的出光质量，具有非常重要的实用价值。

光源系统100包括：激发光源110、补充光源120、光路选择元件130、第一波长转换装置150a、第二波长转换装置150b。其中，激发光源110用于发出第一色激光；补充光源120用于发出与所述第一色激光颜色不同的补充光，所述补充光为激光；光路选择元件130包括：透射部132、光路选择部134及驱动部136。其中，透射部132用于透射所述第一色激光；光路选择部134用于将所述第一色激光随时序反射至第一光路或第二光路；驱动部136用于带动透射部132与光路选择部134交替位于所述第一色激光的光路上。第一波长转换装置150a，用于在沿所述第一光路传输的第一色激光的激发下产生第二色荧光。第二波长转换装置150b，用于在沿所述第二光路传输的第一色激光的激发下产生第三色荧光。所述第二色荧光、所述第三色荧光、所述补充光、与光路选择元件透射的第一色激光合光后出射。

光源系统100出射的第一色激光与补充光未经过波长转换装置的反射与透射，激光利用率高，有利于降低光源系统100的光效损失并提高发光强度，保证了所述投影设备及所述照明设备的出光质量，具有非常重要的实用价值。

可以理解的是，光源系统100还包括匀光装置180，所述第二色荧光、所述第三色荧光、所述补充光、与光路选择元件130透射的第一色激光合光后入射至匀光装置180，经过匀光装置180的匀光后出射。可以理解的是，匀光装置180可为匀光棒或复眼透镜。在一种实施方式中，匀光装置180中包括用于对光线进行散射的散射膜片，从而对出射光进行消相干处理，以减弱相干散斑。

如图1所示，激发光源110与补充光源120发出颜色不同的激光。激发光源110包括用于产生第一色激光的发光体。在一种实施方式中，激发光源110还包括用于对所述第一色激光进行匀光的匀光器件。

进一步地，激发光源110可以为蓝色光源，发出蓝色激光。可以理解的是，激发光源110不限于蓝色光源，激发光源110也可以是紫色光源、红色光源或绿色光源等。本实施方式中，激发光源110中的发光体为蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为第一色激光。可以理解，激发光源110中的发光体可以包括一个、两个激光器或激光器阵列，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。

所述匀光器件用于将第一色激光进行匀光后出射。本实施例中，所述匀光器件可为匀光棒或复眼透镜。在一种实施方式中，激发光源110中的匀光器件中包括用于对第一色激光进行散射的散射膜片，从而对所述第一色激光进行消相干处理。

本实施方式中，补充光源120包括用于产生红色激光的发光体。补充光源120中的发光体包括红色激光器，补充光源120用于发出红色激光作为补充光。在本实施方式中，可以理解，补充光源120中的发光体可以包括一个、两个激光器或激光器阵列，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。可以理解的是，在一种实施方式中，补充光源120用于发出绿色激光作为补充光，相应地，补充光源120中的发光体包括绿色激光器。可以理解的是，补充光源120还可以包括用于发出两种颜色激光的发光体，比如补充光源120中的发光体中包括红色激光器与绿色激光器，发出红色激光与绿色激光作为补充光。

如图1所示，第一波长转换装置150a与第二波长转换装置150b为固定式的波长转换装置，优选地为固定式的荧光板，有利于减小波长转换装置在光源系统100中的占用空间，有利于光源系统100的体积小型化设计。第一波长转换装置150a与第二波长转换装置150b用于在所述第一色激光的激发下产生对应颜色的荧光。在本实施方式中，第一波长转换装置150a表面设置有红色荧光粉，以产生红色荧光，第二波长转换装置150b表面设置有绿色荧光粉，以产生绿色荧光。可以理解的是，第一波长转换装置150a与第二波长转换装置150b还可以设置其他颜色的波长转换材料。

光源系统100在邻近第一波长转换装置150a及第二波长转换装置150b的位置分别设置有对应的收集透镜组，每个收集透镜组分别用于会聚光线至对应的波长转换装置，以及用于将对应波长转换装置出射的荧光进行准直后出射。

光源系统100还包括控制装置(图未示)，当透射部132位于所述第一色激光的光路上时，所述控制装置控制补充光源120不发光；当光路选择部134位于所述第一色激光的光路上时，所述控制装置根据产生荧光颜色，控制补充光源120发出对应颜色的补充光。本实施方式中，当第一波长转换装置150a产生红色荧光时，所述控制装置控制补充光源120产生红色补充光。当第二波长转换装置150b产生绿色荧光时，所述控制装置控制补充光源120产生绿色补充光。可以理解的是，在补充光源120能够发出红色补充光与绿色补充光的实施方式中，控制装置控制补充光源120发出与当下荧光颜色对应的补充光，即在产生红色荧光时所述控制装置控制补充光源120产生红色补充光，在产生绿色荧光时所述控制装置控制补充光源120产生绿色补充光。

光源系统100还包括第三分光滤光片125，补充光源120发出的补充光与激发光源110发出的第一色激光，经过第三分光滤光片125合光后入射至光路选择元件130。本实施方式中，第三分光滤光片125为用于透蓝反红的二向色片。相应地，透射部132为散射片，以减弱所述第一色激光的散斑现象，并扩展其光学扩展量。可以理解的是，在一种实施方式中，透射部132设置有增透膜，光路选择元件130与匀光装置180之间还设置有散射元件。

如图2所示，光路选择元件130中的光路选择部134包括由第一反射部与第二反射部表面组成的起伏表面，所述第一反射部用于将所述第一色激光引导至所述第一光路，所述第二反射部用于将所述第一色激光引导至所述第二光路。其中，所述第一反射部与所述第二反射部表面曲率不同，在一种实施方式中，第一反射部与第二反射部为凹部与凸部的组合，比如，所述第一反射部为凹部，其相对于透射部132表面，向邻近驱动部136方向凹陷延伸；第二反射部为凸部，其相对于透射部132表面，向远离驱动部136方向凸出延伸。可以理解的是，所述第一反射部还可以是凹部与平面的组合，凸部与平面的组合，或者是不同曲率的凹部与凹部组合，不同曲率的凸部与凸部组合，不同反射方向的平面与平面的组合。在一种实施方式中，第二反射部用于将第一色激光引导至第一光路，第一反射部用于将所述第一色激光引导至第二光路。

在本实施方式中，所述起伏表面设置有第一区段135a与第二区段135b，第一区段135a中设置有所述第一反射部，第二区段135b中设置有所述第二反射部。在一种实施方式中，相邻的第一反射部与第一反射部、及/或相邻的第一反射部与第二反射部、及/或相邻的第二反射部与第二反射部相连接。在一种实施方式中，相邻的第一反射部与第一反射部、及/或第一反射部与第二反射部、及/或第二反射部与第二反射部之间间隔设置。

在一种实施方式中，起伏表面对应的第一反射部与第二反射部交错设置，在第一反射部与第二反射部为凹部与凸部组合的实施方式中，起伏表面呈波浪状，进一步地，所述第一反射部与所述第二反射部以预定间隔相邻设置。

光路选择部134还用于透射所述补充光，本实施方式中，光路选择部134为呈曲面的二向色片，所述二向色片用于反蓝透红的或反蓝透黄。

请参阅图3，为图1所示的第一分光滤光片140的俯视结构示意图。光源系统100还包括第一分光滤光片140，设置于光路选择元件130、第一波长转换装置150a与第二波长转换装置150b之间。第一分光滤光片140用于引导第一波长转换装置150a出射的第二色荧光与第二波长转换装置150b出射的第三色荧光沿同一光路出射。第一分光滤光片140面向第二波长转换装置150b的一侧设置有二向色膜，本实施方式中，所述二向色膜用于反绿透红。

第一分光滤光片140设置有第一区域142与第二区域144，其中，第一区域142用于将沿所述第一光路传输的第一色激光引导至第一波长转换装置150a，第二区域144用于将沿所述第二光路传输的第一色激光引导至第二波长转换装置150b。进一步地，第一区域142与所述第一反射部对应，并用于接收所述第一反射部发出的光线；第二区域144与所述第二反射部对应，并用于接收所述第二反射部发出的光线。可以理解的是，第一区域142与第二区域144可以相邻设置，或间隔设置，第一区域142与第二区域144之间的间隔距离可以根据所述第一光路与所述第二光路参数确定，进而保证所述第一反射部出射的沿所述第一光路传输的第一色激光经第一区域142引导至第一波长转换装置150a，以及保证所述第二反射部出射的沿所述第二光路传输的第一色激光经第二区域144引导至第二波长转换装置150b。

光路选择元件130随时序交替出射沿所述第一光路及所述第二光路传输的第一色激光，使得第一分光滤光片140随时序交替出射所述第一色激光至第一波长转换装置150a及第二波长转换装置150b。本实施方式中，第一区域142用于反射所述第一色激光，第二区域144用于透射所述第一色激光，第一色激光为蓝色激光。第一分光滤光片140面向第一波长转换装置150a的一侧，第一区域142可以设置有用于反射蓝光的二向色膜或反射膜，第二区域144可以设置有增透膜。

请结合图1进一步参阅图4，为图1所示的第二分光滤光片170的俯视结构示意图。光源系统100还包括设置于第一分光滤光片140与匀光装置180之间的第二分光滤光片170，第二分光滤光片170用于引导所述补充光、第一分光滤光片140出射的第二色荧光与第三色荧光、以及光路选择元件130透射的第一色激光沿同一光路出射至匀光装置180。

准直后的第二色荧光与第三色荧光照射至第二分光滤光片170表面，第二分光滤光片170包括镀膜区域172与边缘区域174，所述补充光与光路选择元件130出射的第一色激光经会聚透镜160会聚于镀膜区域172附近，镀膜区域172用于反射所述补充光与光路选择元件130透射的第一色激光，边缘区域174用于透射所述第二色荧光与所述第三色荧光。

具体地，镀膜区域172镀设有反射膜或滤光膜，或镀膜区域172设置有反射片或滤光片，边缘区域174镀设有增透膜。在一种实施方式中，镀膜区域172镀设有用于反射预设波长范围的光线的带通滤光膜，所述第一色激光与所述补充光的波长范围位于所述预设波长范围内。所述带通滤光膜反射预设波长范围内的光，并反射所述预设波长范围外的光。在一种实施方式中，所述预设波长范围为：445nm-455nm，515nm-525nm及633nm-643nm，上述三个波段为所述第一色激光与所述补充光所在的波段，以降低荧光在镀膜区域172的损耗，提高荧光的率用率。

在一种实施方式中，第一色激光与补充光为第一偏振态的光，镀膜区域172用于反射所述第一偏振态的光线，透射其他偏振态的光线。由于荧光为非偏振光，从而荧光在镀膜区域172损失1/2的光效，有利于提高荧光的利用率。

进一步地，所述补充光与光路选择元件130出射的第一色激光均为呈高斯分布的激光，光学扩展量小，并且经过会聚后，在镀膜区域172上形成极小的光斑，镀膜区域172尺寸与激光形成的光斑大小匹配。呈朗伯分布的荧光光学扩展量大，照射至第二分光滤光片170表面的光斑面积远大于激光形成的光斑，大部分荧光照射至边缘区域174中。光源系统100通过光学扩展量合光的原理可以在损失少量所述荧光的情况下完成荧光与激光合光。

激光荧光合光过程中通过优化会聚透镜160的焦距及光路选择元件130中透射部132的散射程度可以使得激光角度与荧光角度相匹配，使得所述荧光与激光合光后在角度分布上是连续的，保证了合光后光线的角度均匀性，避免投影画面画质或照明光线质量的降低。

另外，本发明实施方式中的光源系统100中还包括本领域公知的引导元件，如中继透镜、反射镜等等，在此不一一例举。

请参阅图5-图6，为本发明第二实施方式提供的光源系统200的结构示意图，图6为图5所示的光路选择元件230的俯视结构示意图。光源系统200与光源系统100的主要区别在于：补充光不经过光路选择元件230，有利于提高激光的利用率。具体地，光路选择元件230透射的第一色激光与补充光源220发出的补充光经过第三分光滤光片225合光后入射至第二分光滤光片270。相应地，光路选择元件230的透射区232用于透射第一色激光，光路选择部234用于反射所述第一色激光。第二分光滤光片270与第三分光滤光片225之间还设置有散射元件260，以减弱激光的散斑现象，并扩展其光学扩展量。

需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于第二实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。