一种光源装置及照明系统的制作方法

1.本技术属于光学技术领域，尤其涉及一种光源装置及照明系统。


背景技术：

2.在led或激光光源舞台灯具照明应用和投影显示应用中，为了追求光学系统的高照度，一般采用的方法为减少匀光装置。但由于缺乏匀光装置，易导致投影画面的颜色均匀性差，光源投射光斑会出现杂斑，降低光源投射光斑质量，影响该光源的照明和投影效果。


技术实现要素：

3.本技术主要解决的技术问题为提供一种光源装置及照明系统，能够改善光源的照明和投影效果。
4.为解决上述技术问题，本技术提供一种光源装置，包括光源组件、匀光组件和光栏：光源组件用于产生出射光；匀光组件设置于出射光的光路上，用于对出射光进行匀光；光栏设置于匀光组件背离光源组件的一侧光路上；其中，匀光组件划分为第一区域和第二区域，出射光透过第一区域后的发散角大于透过第二区域后的发散角，出射光经过上述匀光组件在光栏上形成出射光斑。
5.优选地，上述匀光组件包括至少一个复眼透镜，每个复眼透镜设有多个第一透镜单元，每个复眼透镜与相邻复眼透镜的多个第一透镜单元一一对应，用于对上述出射光进行匀光。
6.优选地，上述多个第一透镜单元间隔设置，形成间隔区域，且间隔区域作为上述第一区域，多个第一透镜单元作为上述第二区域。
7.优选地，每个复眼透镜进一步设置有通孔，多个第一透镜单元围绕通孔的四周设置，通孔作为上述第一区域，上述多个第一透镜单元作为上述第二区域。
8.优选地，每个复眼透镜进一步设置有至少一个第二透镜单元，且第二透镜单元的曲率半径大于上述第一透镜单元的曲率半径，至少一个第二透镜单元作为上述第一区域，多个第一透镜单元作为第二区域。
9.优选地，上述多个第一透镜单元围绕上述第一区域的四周设置。
10.优选地，上述多个第一透镜单元为六边形，上述多个第一透镜单元无间隔设置。
11.优选地，上述光源组件包括：
12.光源，用于产生出射光线；
13.分光合光元件，设置于光源的出射光路上，用于将出射光线分离为反射光线和透射光线；
14.透镜组，用于接收透射光线；
15.波长转换件，接收透镜组所透射的光线并转换其波长形成第一光线，波长转换件进一步用于将第一光线反射回分光合光元件；补偿元件组，接收反射光线并将其反射形成第二光线；
16.其中，所述补偿元件组进一步用于将第二光线反射回分光合光元件，分光合光元件进一步用于反射第一光线和透射第二光线，以使第一光线和所述第二光线混合形成所述出射光。
17.为解决上述技术问题，本技术进一步提供一种照明系统，包括上述光源装置。
18.本技术的有益效果是：区别于现有技术，本技术通过在出射光的光路上设置匀光组件，可以对光源组件的出射光进行匀光，进而可以改善光源组件的出射光斑的颜色均匀性；进一步地，不同于现有技术中经过匀光装置的出射光亮度均较低无法满足光学系统的高照度要求，本技术通过将匀光组件划分为第一区域和第二区域，并设置出射光透过第一区域后的发散角大于透过第二区域后的发散角，可以使得经过本技术匀光组件中第一区域的出射光的亮度大于经第二区域出射光的亮度，进而可以调节第一区域所对应的出射光斑对应区域的亮度，能够提高出射光斑的照度，进而使得光源装置可以同时改善出射光斑的颜色均匀性和照度，以改善光源的照明和投影效果。
附图说明
19.图1是光源装置的整体结构示意图；
20.图2是本技术光源装置一实施例的整体结构示意图；
21.图3是本技术匀光组件第一实施方式的侧视结构示意图；
22.图4是本技术匀光组件第一实施方式的正视结构示意图；
23.图5是本技术匀光组件第二实施方式的侧视结构示意图；
24.图6是本技术匀光组件第二实施方式的正视结构示意图；
25.图7是本技术匀光组件第三实施方式的侧视结构示意图；
26.图8是本技术匀光组件第三实施方式的正视结构示意图；
27.图9是本技术匀光组件第四实施方式的侧视结构示意图；
28.图10是本技术匀光组件第四实施方式的正视结构示意图；
29.图11是本技术匀光组件第五实施方式的侧视结构示意图；
30.图12是本技术匀光组件第五实施方式的正视结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例，对本技术作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本技术，但不对本技术的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本技术的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
32.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.请参阅图1，图1是光源装置的整体结构示意图。如图1所示，光源装置100包括激光光源110、分光合光元件120、透镜组130、波长转换件140以及补偿元件组150。其中，补偿元件组150进一步包括补偿元件151、收集透镜组152以及散射元件153。
34.如图1所示，光源装置100的工作原理为：激光光源110产生蓝光激光，其发出的光线投射到分光合光元件120上，该分光合光元件120透射大部分蓝光到l1通道，而反射小部分蓝光到l2通道；l1通道的蓝光经过透镜组130聚焦在波长转换件140上，波长转换件140将蓝光转换为黄光并反射出去，被反射的黄光再经透镜组130投射至分光合光元件120上；l2通道的蓝光经过散射元件153反射后，再经过收集透镜组152投射至分光合光元件120上；分光合光元件120反射l1通道中经波长转换件140反射回的黄光并透射l2通道中经散射元件153反射的蓝光，使得蓝光和黄光合成白光后投射到聚光镜上，白光经过聚光镜聚焦在其焦平面上。
35.本技术发明人经过长期的研究发现，光源装置100没有匀光的装置，导致其在荧光轮140上的光斑中心光强大于边缘光强，颜色也会有差异。该光斑颜色的不均匀，导致经分光合光元件120后的混合光在聚光镜的焦平面上聚焦成像的颜色也不均匀。而该像经过镜头投射到远处，导致远处的光斑及光束颜色不均匀、有杂色，限制了激光光源的应用。
36.针对上述技术问题，本技术提出以下实施例。请参阅图2，图2是本技术光源装置一实施例的整体结构示意图。如图2所示，本技术光源装置10包括光源组件11，用于产生出射光；
37.匀光组件12，设置于出射光的光路上，用于对出射光进行匀光；
38.光栏13，设置于匀光组件12背离光源组件11的一侧光路上。
39.其中，在本实施例中，光源组件11可以与图1中的光源装置100设置相同，此处不再赘述。
40.具体地，本实施例中光源装置10可进一步包括聚光镜14，在本实施例中，沿光源组件11出射光的出射方向可以依次设置匀光组件12、聚光镜14、光栏13。光源组件11所产生的出射光经匀光组件12匀光后投射至聚光镜14，进而经聚光镜14透射后在光栏13上形成出射光斑。
41.本实施例中通过设置匀光组件12对光源组件11的出射光进行匀光，可以改进光源组件11投射在聚光镜14上的出射光的均匀性，进而改善在光栏13上所形成的出射光斑的均匀性，改善光源装置10的照明和投影效果。
42.激光光源的出射光斑一般为白色，在舞台照明应用示例中，可以设置在光源装置10中加入混色滤光片(图未示)来线性调整出射光斑的颜色和/或色温滤光片(图未示)来线性调整色温，混色滤光片(cmy)和色温滤光片(cto)的位置可以在光源组件11与匀光组件12之间、匀光组件12与聚光镜14之间、聚光镜14与光栏13之间的三处位置中的任一位置。
43.具体地，由于光源组件11中未设置匀光装置，因此光源组件11投射至匀光组件12的光斑颜色分布是不均匀的。对于这种光斑颜色分布不均匀的情况，光源装置10中设置了匀光组件12以对光源组件11的出射光进行匀光，匀光组件12可以为双面复眼透镜或者单面复眼透镜或者有匀光作用的扩散镜片，此处不做限制。
44.具体地，对匀光组件12提出以下实施例。
45.请参阅图3和图4，图3是本技术匀光组件第一实施方式的侧视结构示意图，图4是
本技术匀光组件第一实施方式的正视结构示意图。
46.具体地，在本实施方式中，可以设置匀光组件200包括至少一个复眼透镜210，每个复眼透镜210设有多个第一透镜单元211，每个复眼透镜210与相邻复眼透镜210的多个第一透镜单元211一一对应，用于对出射光进行匀光。
47.如图3和图4所示，在本实施方式中，匀光组件200包括两个单面复眼透镜210，且两个单面复眼透镜210相对设置，可以使第一透镜单元211的曲面分别朝向出射光的投射面和出射光的出射面，两个单面复眼透镜210的第一透镜单元211均对应设置，通过设置两个单面复眼透镜210之间的间距，使得靠近光源的单面复眼透镜210的每个第一透镜单元211的焦点位于另一个单面复眼透镜210的对应第一透镜单元211的入光面，进而在不影响光线发散角的情况下，在混合光通过聚光镜14聚焦成像之前，通过匀光组件200对混合光线的光斑叠加实现匀光，进而使得投射在聚光镜14上的为均匀光斑。
48.其中，第一透镜单元211的形状可以根据具体应用需求灵活设置，此处不做限制。图4中复眼透镜210的正视投影图可以设置为圆形、矩形等，可灵活设置。
49.具体地，在本实施方式中，可以设置多个第一透镜单元211为六边形，多个第一透镜单元211无间隔设置。
50.在本实施方式中，第一透镜单元211的平面投影可以为六边形。基于六边形的形状，多个第一透镜单元211可与相邻六个第一透镜单元211形成无间隔设置。通过将多个第一透镜单元211无间隔设置，可使得投射至复眼透镜210的光斑每个区域均经过匀光后投射至聚光镜14上，进而实现在匀光组件200后出射均匀光。
51.在一些具体应用场景中，出射光斑的中心光照度要求较高。上述第一实施方式中的匀光组件200将投射至其上光线进行匀光后，出射光斑的照度无法满足这些应用场景的应用需求。因此，在一些具体的应用示例中，将匀光组件12划分为第一区域和第二区域，且设置出射光透过第一区域后的发散角大于透过第二区域后的发散角，出射光经过匀光组件12在光栏13上形成出射光斑。
52.通过设置出射光透过第一区域后的发散角大于透过第二区域后的发散角，可以改变经匀光组件12后投射至聚光镜14上的出射光不同区域的光斑照度，进而改变投射至光栏13上的出射光斑不同区域的光照度。例如：可以设置第一区域位于匀光组件12的中心区域，以改善出射光斑中心的光照度；还可以设置第一区域位于匀光组件12的周边位置，以改善出射光斑边缘的光照度；进一步地，还可以设置第一区域201位于匀光组件12的其中一侧，以改善出射光斑单侧的光照度等等。
53.通过上述调整出射光斑不同位置照度的方式，可以改善出射光斑的照明或者投影效果，进而改善光源装置10的投影或者照明效果。
54.进一步地，多个第一透镜单元围绕第一区域的四周设置。
55.具体地，多个第一透镜单元作为第二区域，出射光线透过多个第一透镜单元后的发散角小于透过第一区域后的发散角。例如，在一些舞台照明、灯具照明等的使用中，需要出射光斑中心或者边缘等区域的照度高于光斑其他区域的照度，进而需要将部分区域设置为第一区域，并设置第一区域的光强度更大，以满足光源装置10的具体照明或者投影需求。在一些具体的应用示例中，投射至匀光组件12上的出射光斑会出现中心照度低、边缘照度低或者其他区域的照度低的情况，影响出射光斑的均匀性，对此，也可以通过设置低照度区
域所对应的匀光组件12的区域为第一区域，其他区域为第二区域，进而改善第一区域所对应的光斑区域的照度，实现出射光斑的定向照度分布。
56.其中，第一区域和第二区域的数量不限于一个，可根据光源装置10的应用需求及出射光斑均匀性的差异灵活设置，此处不做限制。
57.具体地，请参阅图5和图6，图5是本技术匀光组件第二实施方式的侧视结构示意图，图6是本技术匀光组件第二实施方式的正视结构示意图。
58.在本实施方式中，多个第一透镜单元311间隔设置，形成间隔区域312，间隔区域作为第一区域301，所述多个第一透镜单元作为第二区域302。
59.如图5和图6所示，匀光组件300包括两个相对设置的单面复眼透镜310。每个复眼透镜310由两部分组成：一部分是多个第一透镜单元311，第一透镜单元311的边界可以设置为圆形，但不限于圆形，例如可以为矩形、三角形等；另一部分为间隔区域312。第一透镜单元311的光学特性与第一实施例中透镜单元的特征相同，此处不再赘述。在本实施方式中设置出射光透过多个第一透镜单元311后的发散角小于透过间隔区域312后的发散角，故多个第一透镜单元311作为本实施方式中的第二区域302，间隔区域312作为本实施方式中的第一区域301。
60.在本实施方式中，第一区域301可以设置为平面透镜，也即，光源组件11的投射光经过匀光组件300，一部分经过第二区域302的曲面透镜单元整形，积分匀光；另一部分经过第一区域301的平面透镜区域，没有匀光整形。经过积分匀光的部分出射光束，聚焦到光栏13处的光斑颜色非常均匀，对应光栏13的光斑照度降低；而经过第一区域301的出射光束，受到匀光组件300的调制影响小，因而保持了高照度。因此本实施方式不仅可以在一定程度上改善光源装置10出射光斑的颜色均匀性，同时可以改善出射光斑的中心照度。
61.具体地，本实施方式中，第一区域301也可以设置为有一定曲率半径的透镜，其曲率半径大于第二区域302的曲率半径，以使得出射光透过第二区域302后的发散角小于透过第一区域301后的发散角，第一区域301的具体曲率半径可根据应用需求灵活设置，此处不做限制。
62.请参阅图7和图8，图7是本技术匀光组件第三实施方式的侧视结构示意图，图8是本技术匀光组件第三实施方式的正视结构示意图。
63.在本实施方式中，匀光组件400包括两个复眼透镜410，每个复眼透镜410进一步设置有通孔412，多个第一透镜单元411围绕通孔412的四周设置，通孔412作为第一区域401，多个第一透镜单元411作为第二区域402。
64.如图7和图8所示，可以在复眼透镜410的中心部分开设通孔412。其中，通孔412的边界可以设置为圆形、矩形等，此处不做限制。通孔412的设置位置也不限于复眼透镜410的中心区域，例如可以围绕第一透镜单元411设置等，可以根据实际应用需求进行调整。通孔412的数量不限为一个，可根据具体应用及加工需求设置为一个或者多个。
65.以圆形边界、设置在复眼透镜410的中心部分的单个通孔412为例，由于出射光透过通孔412后的发散角大于透过第一透镜单元411后的发散角，进而通孔412作为第一区域401，多个第一透镜单元411作为第二区域402。
66.光源组件11的出射光投射至匀光组件400上时，投射至多个第一透镜单元411的出射光束经过第一透镜单元411整形，积分匀光，对应光栏13处的光斑照度较低；投射至通孔
412的出射光束受匀光调制较少，对应光栏13处的光斑照度较高。进而通过本实施方式的技术方案，可以改善光源装置10的出射光斑的均匀性，同时改善出射光斑的中心或者其他预设区域的光照度。
67.请参阅图9和图10，图9是本技术匀光组件第四实施方式的侧视结构示意图，图10是本技术匀光组件第四实施方式的正视结构示意图。
68.在本实施方式中，匀光组件500包括两个复眼透镜510，每个复眼透镜510进一步设置有扩散片512，多个第一透镜单元511围绕扩散片512的四周设置，扩散片512作为第一区域501，多个第一透镜单元511作为第二区域502。
69.如图9和图10所示，可以在复眼透镜510的中心位置或者其他区域设置扩散片512，例如可以围绕第一透镜单元511设置等。扩散片512具体可以嵌设于复眼透镜510中，其边界可以为圆形，也可以为方形，此处不做限制。
70.具体地，设置出射光透过扩散片512后的发散角大于透过第一透镜单元511后的发散角，进而扩散片512可以作为匀光组件500的第一区域501，第一透镜单元511可以作为匀光组件500的第二区域502。
71.光源组件11的出射光投射至匀光组件500上时，投射至多个第一透镜单元511的出射光束经过第一透镜单元511整形，积分匀光，对应光栏13处的光斑照度较低；投射至扩散片512的出射光束受匀光调制较少，对应光栏13处的光斑照度较高。进而通过本实施方式，可以改善光源装置10的出射光斑的均匀性，同时改善出射光斑的中心或者其他预设区域的照度。
72.请参阅图11和图12，图11是本技术匀光组件第五实施方式的侧视结构示意图，图12是本技术匀光组件第五实施方式的正视结构示意图。
73.在本实施方式中，匀光组件600包括两个复眼透镜610，每个复眼透镜610进一步设置有至少一个第二透镜单元612，第二透镜单元612的曲率半径大于所述第一透镜单元611的曲率半径，至少一个第二透镜单元612作为第一区域601，多个第一透镜单元611作为第二区域602。
74.如图11和图12所示，可以在复眼透镜610中的中心位置或者其他区域设置第二透镜单元612，例如围绕第一透镜单元611设置等。第二透镜单元612具体可以嵌设于复眼透镜610中，其边界可以为圆形，也可以为矩形等，第二透镜单元612也可以设置为多个，边界形状、设置位置及第二透镜单元612的设置数量此处均不做限制。
75.具体地，设置第二透镜单元612的曲率半径大于第一透镜单元611的曲率半径，进而出射光透过第二透镜单元612后的发散角大于透过第一透镜单元611后的发散角，故第二透镜单元612可以作为匀光组件600的第一区域601，第一透镜单元611可以作为匀光组件600的第二区域602。
76.光源组件11的出射光投射至匀光组件600上时，投射至多个第一透镜单元611的出射光束经过第一透镜单元611整形，积分匀光，对应光栏13处的光斑照度较低；投射至第二透镜单元612的出射光束受匀光调制较少，对应光栏13处的光斑照度较高。进而通过本实施方式，可以改善光源装置10的出射光斑的均匀性，同时改善出射光斑的中心或者其他预设区域的照度。
77.进一步地，如图2所示，本技术实施例中，光源装置10中的光源组件11包括：光源
110，用于产生出射光线；分光合光元件120，设置于光源110的出射光路上，用于将出射光线分离为反射光线和透射光线；透镜组130，用于接收所述透射光线；波长转换件140，接收透镜组130所透射的光线并转换其波长形成第一光线，波长转换件140进一步用于将第一光线反射回分光合光元件120；补偿元件组150，接收所述反射光线并将其反射形成第二光线；其中，补偿元件组150进一步用于将第二光线反射回分光合光元件120，分光合光元件120进一步用于反射第一光线和透射第二光线，以使第一光线和第二光线混合形成出射光。光源组件11与上文光源装置100的相同，此处不再赘述。
78.具体地，光源装置10可进一步包括机械传动组件(图未示)，用于控制匀光组件12、cmy及cto移动，以使其能够可以切入和切出光路。当光源装置10需要调节出射光分布以实现高照度的光斑效果和/或调整光斑的颜色、色温时，机械传动组件根据需要控制移动匀光组件12切入光路；当光源装置10不需要调节出射光分布时，则机械传动组件控制移动匀光组件12切出光路。具体地，匀光组件12的数量可以设置为多个，机械传动组件可以同时控制多个匀光组件12，也可以对多个匀光组件12单独控制，可根据需要灵活设置，此处不做限制。进一步地，当光源装置10进一步需要调整出射光斑的颜色和/或色温时，也可以通过机械传动组件控制移动cmy和/或cto切入、切出光路，控制过程的设置可以与多个匀光组件12的控制过程相同，此处不做限制。
79.进一步地，本技术提供一种照明系统，包含上述光源装置10。
80.综上所述，本技术通过在光源装置10中设置匀光组件12，可以改善出射光斑的均匀性；进一步地，本技术在匀光组件12中设置调整出射光具备不同发散角的第一区域和第二区域，使得光源装置10可根据实际应用需求以及实际光斑的均匀性差异调整出射光斑不同位置的光照度以及颜色均匀性，进而改善出射光斑的照度及均匀性，改善光源装置10的照明或者投影效果。
81.以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术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它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。