《投影系統、光源系統以及光源組件》是深圳市繹立銳光科技開發有限公司於2011年7月8日申請的專利，該專利的公布號為CN104914657A，授權公布日為2015年9月16日，發明人是胡飛、李屹。該發明涉及照明和顯示用的光源技術領域。
《投影系統、光源系統以及光源組件》包括激發光光源、波長轉換裝置、濾光裝置、驅動裝置以及第一光學組件。波長轉換裝置包括至少一波長轉換區。濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，且包括至少一第一濾光區。驅動裝置驅動波長轉換裝置和濾光裝置，以使波長轉換區與第一濾光區同步運動，並且波長轉換區周期性設定於激發光的傳播路徑上，進而將激發光波長轉換成受雷射。第一光學組件導引受雷射入射到第一濾光區。第一濾光區對受雷射進行過濾，以提高受雷射的色純度。通過上述方式，濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，並由同一驅動裝置進行驅動，具有結構簡單、易於實現以及同步性高等優點。
2021年11月，《投影系統、光源系統以及光源組件》獲得第八屆廣東專利獎金獎。
（概述圖為《投影系統、光源系統以及光源組件》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：投影系統、光源系統以及光源組件
- 申請人：深圳市繹立銳光科技開發有限公司
- 申請日：2011年7月8日
- 申請號：2015103085699
- 公布號：CN104914657A
- 公布日：2015年9月16日
- 發明人：胡飛、李屹
- 地址：廣東省深圳市南山區西麗鎮茶光路南側深圳積體電路設計套用產業園402、403、410-1、411
- 分類號：G03B21/20(2006.01)I、F21V9/16(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2011年前，投影儀廣泛套用於電影播放、會議以及宣傳等各種套用場合。眾所周知，在投影儀的光源中，經常採用螢光色輪來提供彩色光序列。其中，將螢光色輪的不同色段輪流且周期性設定於激發光的傳播路徑上，進而利用激發光來激發螢光色輪的不同色段上的螢光材料，以產生不用顏色的螢光。然而，由於螢光材料所產生的光譜範圍較寬，使得部分螢光的色純度不足，進而導致光源的色域不夠大。在這種情況下，一般需要通過濾光片來對螢光進行過濾，以提高螢光的色純度。然而，由於不同顏色的螢光的光譜範圍部分重疊，無法利用同一濾光片進行過濾，因此需要針對不同顏色的螢光提供不同的濾光片。在一種2011年7月之前技術的解決方法中，在勻光棒的入口設定一濾光片色輪，並通過電路方式控制濾光片色輪的驅動裝置與螢光色輪的驅動裝置進行同步。上述方法存在著結構複雜、難以實現以及同步效果差等缺點。
隨著投影儀產業的競爭日益劇烈，生產廠家紛紛提高投影儀品質，進而提升自身的競爭力。該專利發明人在長期積極尋求提高投影儀品質的過程中發現，2011年7月之前的技術中投影儀光源的螢光色輪與濾光片色輪的同步架構存在結構複雜、難以實現以及同步效果差等技術問題。
因此，需要提供一種投影系統、光源系統以及光源組件，以解決2011年7月之前的技術中投影儀光源的螢光色輪與濾光片色輪的同步架構所存在的上述技術問題。
發明內容
專利目的
《投影系統、光源系統以及光源組件》主要解決的技術問題是提供一種投影系統、光源系統以及光源組件，以簡化波長轉換裝置與濾光裝置的同步架構，並提高同步效果。
技術方案
《投影系統、光源系統以及光源組件》採用的一個技術方案是：提供一種光源系統，包括激發光光源、波長轉換裝置、濾光裝置、驅動裝置以及第一光學組件。激發光光源用於產生一激發光。波長轉換裝置包括至少一波長轉換區。濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，且包括至少一第一濾光區。驅動裝置用於驅動波長轉換裝置和濾光裝置，以使波長轉換區與第一濾光區同步運動，並且波長轉換區周期性設定於激發光的傳播路徑上，進而將激發光波長轉換成受雷射。第一光學組件用於導引受雷射入射到第一濾光區，第一濾光區對受雷射進行過濾，以提高受雷射的色純度。
其中，波長轉換裝置與濾光裝置為同軸固定的兩個環狀結構。其中，驅動裝置為具有一轉動軸的轉動裝置，兩個環狀結構同軸固定於轉動軸上。其中，波長轉換區與第一濾光區相對兩個環狀結構的中心呈180度設定，第一光學組件設定成使得激發光在波長轉換裝置上形成的光斑與受雷射在濾光裝置上形成的光斑相對兩個環狀結構的中心呈180度設定。其中，波長轉換區與第一濾光區相對兩個環狀結構的中心呈0度角設定，第一光學組件設定成使得激發光在波長轉換裝置上形成的光斑與受雷射在濾光裝置上形成的光斑相對兩個環狀結構的中心呈0度設定。
其中，波長轉換裝置與濾光裝置軸向間隔設定，第一光學組件包括一設定于波長轉換裝置與濾光裝置區之間的至少一光收集裝置，光收集裝置收集受雷射，並使得受雷射的入射到濾光裝置的入射角小於等於60度範圍內的能量占總能量的90％以上。其中，波長轉換區設定成反射受雷射，以使受雷射從波長轉換區的出射方向與激發光相對波長轉換區的入射方向相反。
其中，波長轉換區設定成透射受雷射，以使受雷射從波長轉換區的出射方向與激發光相對波長轉換區的入射方向相同。其中，第一光學組件包括至少一光收集裝置，光收集裝置收集受雷射，並使得受雷射的入射到濾光裝置的入射角小於等於60度範圍內的能量占總能量的90％以上。其中，第一光學組件包括至少一反射裝置，反射裝置對受雷射進行反射，以改變受雷射的傳播方向，反射裝置為平面反射裝置或者為呈半橢球狀或呈半球狀且光反射面朝內的反射裝置。
其中，平面反射裝置包括二向色鏡或反射鏡。其中，呈半橢球狀或呈半球狀且光反射面朝內的反射裝置上設定有入光口，激發光經入光口入射到波長轉換裝置。其中，波長轉換裝置包括一第一透光區，第一透光區在驅動裝置驅動下周期性設定於激發光的傳播路徑上，第一透光區透射激發光。其中，光源系統還包括第二光學組件，第二光學組件將經第一透光區透射的激發光與經第一濾光區過濾的受雷射進行光路合併。
其中，濾光裝置包括第二透光區或第二濾光區，第一光學組件沿與受雷射相同的光路將經第一透光區透射的激發光導引到第二透光區或第二濾光區，以進行透射或過濾。其中，光源系統進一步包括一照明光光源，照明光光源產生一照明光，波長轉換裝置還包括一第一透光區，第一透光區在驅動裝置驅動下周期性設定於照明光的傳播路徑上，第一透光區透射照明光，濾光裝置進一步包括一第二透光區或第二濾光區，第一光學組件沿與受雷射相同的光路將經第一透光區透射的照明光導引到第二透光區或第二濾光區，以進行透射或過濾。
其中，光源系統進一步包括一照明光光源以及第二光學組件，照明光光源產生一照明光，第二光學組件將照明光與經第一濾光區過濾的受雷射進行光路合併。其中，波長轉換裝置為一筒狀結構，濾光裝置為一環狀結構，並與筒狀結構同軸固定，以在驅動裝置的驅動下同軸且同步轉動。其中，波長轉換區設定於筒狀結構的外側壁，且反射受雷射，第一濾光區設定於環狀結構上且位於筒狀結構的外側，以接收受雷射。
其中，波長轉換裝置與濾光裝置為同軸固定且相互嵌套的兩個筒狀結構，以在驅動裝置的驅動下同軸且同步轉動，波長轉換區和第一濾光區分別設定於兩個筒狀結構的側壁上，受雷射經波長轉換區透射到第一濾光區。其中，波長轉換裝置與濾光裝置為首尾相接的兩個帶狀結構，波長轉換區和第一濾光區並排設定於兩個帶狀結構上，驅動裝置驅動兩個帶狀結構進行往復的線性平移。
為解決上述技術問題，該發明採用的一個技術方案是：提供一種光源組件，包括波長轉換裝置以及濾光裝置。波長轉換裝置包括至少一波長轉換區。濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，且包括至少一濾光區，以使波長轉換區與濾光區在驅動裝置的驅動下同步運動。
其中，波長轉換裝置與濾光裝置為同軸固定的兩個環狀結構。其中，波長轉換裝置為一筒狀結構，濾光裝置為一環狀結構，並與筒狀結構同軸固定。其中，波長轉換區設定於筒狀結構的外側壁，濾光區設定於環狀結構上，且位於筒狀結構的外側。其中，波長轉換裝置與濾光裝置為同軸固定且相互嵌套的兩個筒狀結構，波長轉換區和濾光區分別設定於兩個筒狀結構的側壁上。其中，波長轉換裝置與濾光裝置為首尾相接的兩個帶狀結構，波長轉換區和濾光區並排設定於兩個帶狀結構上。為解決上述技術問題，該發明採用的一個技術方案是：提供一種採用上述光源系統的投影系統。
有益效果
《投影系統、光源系統以及光源組件》的有益效果是：區別於2011年7月之前技術的情況，該發明的投影系統、光源系統及光源組件中的濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，並由同一驅動裝置進行驅動，具有結構簡單、易於實現以及同步性高等優點。
附圖說明
圖1是該發明光源系統的第一實施例的結構示意圖；
圖2是圖1所示的光源系統中的波長轉換裝置與濾光裝置的主視圖；
圖3是該發明光源系統的第二實施例的結構示意圖；
圖4是圖3所示的光源系統中的波長轉換裝置與濾光裝置的主視圖；
圖5是該發明光源系統的第三實施例的結構示意圖；
圖6是圖5所示的光源系統中的波長轉換裝置與濾光裝置的主視圖；
圖7是該發明光源系統的第四實施例的結構示意圖；
圖8是該發明光源系統的第五實施例的結構示意圖；
圖9是該發明光源系統的第六實施例的結構示意圖；
圖10是該發明光源系統的第七實施例的結構示意圖；
圖11是該發明光源系統的第八實施例的結構示意圖；
圖12是該發明光源系統的第九實施例的結構示意圖；
圖13是該發明光源系統的第十實施例的結構示意圖；
圖14是該發明光源系統的第十一實施例的結構示意圖；
圖15是該發明光源系統的第十二實施例的結構示意圖；
圖16是圖15所示的光源系統中的波長轉換裝置與濾光裝置的主視圖。
權利要求
1.一種光源系統，其特徵在於，所述光源系統包括：激發光光源，用於產生一激發光；波長轉換裝置，所述波長轉換裝置包括至少一波長轉換區；濾光裝置，所述濾光裝置與所述波長轉換裝置相對固定，且包括至少一第一濾光區；驅動裝置，用於驅動所述波長轉換裝置和所述濾光裝置，以使所述波長轉換區與所述第一濾光區同步運動，並且所述波長轉換區周期性設定於所述激發光的傳播路徑上，進而將所述激發光波長轉換成受雷射；第一光學組件，用於導引所述受雷射入射到所述第一濾光區，所述第一濾光區對所述受雷射進行過濾，以提高所述受雷射的色純度；所述波長轉換裝置與所述濾光裝置為同軸固定的兩個環狀結構；所述第一光學組件設定成使得所述激發光在所述波長轉換裝置上形成的光斑與所述受雷射在所述濾光裝置上形成的光斑相對所述兩個環狀結構的中心呈大於0度小於180度。
2.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述驅動裝置為具有一轉動軸的轉動裝置，所述兩個環狀結構同軸固定於所述轉動軸上。
3.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換裝置與所述濾光裝置軸向間隔設定，所述第一光學組件包括一設定於所述波長轉換裝置與所述濾光裝置區之間的至少一光收集裝置，所述光收集裝置收集所述受雷射，並使得所述受雷射的入射到所述濾光裝置的入射角小於等於60度範圍內的能量占總能量的90％以上。
4.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換區設定成反射所述受雷射，以使所述受雷射從所述波長轉換區的出射方向與所述激發光相對所述波長轉換區的入射方向相反。
5.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換區設定成透射所述受雷射，以使所述受雷射從所述波長轉換區的出射方向 與所述激發光相對所述波長轉換區的入射方向相同。
6.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述第一光學組件包括至少一光收集裝置，所述光收集裝置收集所述受雷射，並使得所述受雷射的入射到所述濾光裝置的入射角小於等於60度範圍內的能量占總能量的90％以上。
7.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換裝置包括一第一透光區，所述第一透光區在所述驅動裝置驅動下周期性設定於所述激發光的傳播路徑上，所述第一透光區透射所述激發光。
8.根據權利要求7所述的光源系統，其特徵在於，所述光源系統還包括第二光學組件，所述第二光學組件將經所述第一透光區透射的所述激發光與經所述第一濾光區過濾的所述受雷射進行光路合併。
9.根據權利要求7所述的光源系統，其特徵在於，所述濾光裝置包括第二透光區或第二濾光區，所述第一光學組件沿與所述受雷射相同的光路將經所述第一透光區透射的所述激發光導引到所述第二透光區或所述第二濾光區，以進行透射或過濾。
10.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述光源系統進一步包括一照明光光源，所述照明光光源產生一照明光，所述波長轉換裝置還包括一第一透光區，所述第一透光區在所述驅動裝置驅動下周期性設定於所述照明光的傳播路徑上，所述第一透光區透射所述照明光，所述濾光裝置進一步包括一第二透光區或第二濾光區，所述第一光學組件沿與所述受雷射相同的光路將經所述第一透光區透射的所述照明光導引到所述第二透光區或所述第二濾光區，以進行透射或過濾。
11.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述光源系統進一步包括一照明光光源以及第二光學組件，所述照明光光源產生一照明光，所述第二光學組件將所述照明光與經所述第一濾光區過濾的所述受雷射進行光路合併。
12.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換裝置為一筒狀結構，所述濾光裝置為一環狀結構，並與所述筒狀結構同軸固定，以在所述驅動裝置的驅動下同軸且同步轉動。
13.根據權利要求12所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換區設定於所述筒狀結構的外側壁，且反射所述受雷射，所述第一濾光區設定於所述環狀結構上且位於所述筒狀結構的外側，以接收所述受雷射。
14.根據權利要求1所述的光源系統，其特徵在於，所述波長轉換裝置與所述濾光裝置為同軸固定且相互嵌套的兩個筒狀結構，以在所述驅動裝置的驅動下同軸且同步轉動，所述波長轉換區和所述第一濾光區分別設定於所述兩個筒狀結構的側壁上，所述受雷射經所述波長轉換區透射到所述第一濾光區。
15.一種光源組件，其特徵在於，所述光源組件包括：波長轉換裝置，所述波長轉換裝置包括至少一波長轉換區；濾光裝置，所述濾光裝置與所述波長轉換裝置相對固定，且包括至少一濾光區，以使所述波長轉換區與所述濾光區在驅動裝置的驅動下同步運動。
16.根據權利要求15所述的光源組件，其特徵在於，所述波長轉換裝置與所述濾光裝置為同軸固定的兩個環狀結構。
17.根據權利要求15所述的光源組件，其特徵在於，所述波長轉換裝置為一筒狀結構，所述濾光裝置為一環狀結構，並與所述筒狀結構同軸固定。
18.根據權利要求17所述的光源組件，其特徵在於，所述波長轉換區設定於所述筒狀結構的外側壁，所述濾光區設定於所述環狀結構上，且位於所述筒狀結構的外側。
19.根據權利要求15所述的光源組件，其特徵在於，所述波長轉換裝置與所述濾光裝置為同軸固定且相互嵌套的兩個筒狀結構，所述波長轉換區和所述濾光區分別設定於所述兩個筒狀結構的側壁上。
20.一種投影系統，其特徵在於，包括如權利要求1-15任意一項所述的光源系統。
實施方式
參見圖1和圖2，圖1是該發明光源系統的第一實施例的結構示意圖，圖2是圖1所示的光源系統中的波長轉換裝置及濾光裝置的主視圖。如圖1所示，該實施例的光源系統100主要包括激發光光源101、二向色鏡（dichroicmirror）102和反射鏡104、透鏡103和105、波長轉換裝置106、濾光裝置107、驅動裝置108以及勻光裝置109。
激發光光源101用於產生一激發光。在該實施例中，激發光光源101為一紫外或近紫外雷射器或者紫外或近紫外發光二極體，以產生紫外或近紫外激發光。
如圖2所示，波長轉換裝置106為一環狀結構，包括至少一波長轉換區。在該實施例中，波長轉換裝置106包括繞其環狀結構的周向分段設定的紅光轉換區、綠光轉換區、藍光轉換區以及黃光轉換區。上述波長轉換區上分別設定有不同的波長轉換材料（例如螢光材料或納米材料）。上述波長轉換材料能夠將入射到其上的紫外或近紫外激發光波長轉換成相應顏色的受雷射。具體來說，紅光轉換區將入射到其上的紫外或近紫外激發光轉換成紅光受雷射，綠光轉換區將入射到其上的紫外或近紫外激發光轉換成綠光受雷射，藍光轉換區將入射到其上的紫外或近紫外激發光轉換成藍光受雷射，而黃光轉換區則將入射到其上的紫外或近紫外激發光轉換成黃光受雷射。在該實施例中，在上述波長轉換材料下方進一步設定反射襯底，進而反射上述波長轉換材料所轉換的受雷射，使得受雷射從上述波長轉換區的出射方向與激發光相對上述波長轉換區的入射方向相反。
如圖2所示，濾光裝置107為一環狀結構，其與波長轉換裝置106同軸固定，且具體設定于波長轉換裝置106的環外側。在其他實施例中，濾光裝置107也可以設定于波長轉換裝置106的環內側。濾光裝置107包括至少一濾光區。在該實施例中，濾光裝置107包括繞其環狀結構的周向分段設定的紅光濾光區、綠光濾光區、藍光濾光區以及黃光濾光區。上述濾光區與波長轉換裝置106上的各顏色的波長轉換區對應設定。在該實施例中，相同顏色的波長轉換區和濾光區相對波長轉換裝置106和濾光裝置107的環狀結構的中心成180度設定。上述濾光區具有不同的濾光範圍，進而對相應顏色的受雷射進行濾光，以提高受雷射的色純度。
當然，相同顏色的波長轉換區和濾光區相對波長轉換裝置106和濾光裝置107的環狀結構的中心也可以成其他角度設定。
如圖1所示，驅動裝置108為具有一轉動軸1081的轉動裝置，例如轉動馬達。波長轉換裝置106與濾光裝置107同軸固定於轉動軸1081上，並在轉動軸1081的驅動下同步轉動。
在圖1所示的光源系統100的工作過程中，激發光光源101所產生的紫外或近紫外激發光經二向色鏡102透射，經透鏡103進行聚光後入射到波長轉換裝置106上，並在波長轉換裝置106上形成如圖2所示的光斑101A。波長轉換裝置106和濾光裝置107在驅動裝置108的驅動下同步轉動，進而使得波長轉換裝置106上的各波長轉換區與濾光裝置107上的各濾光區同步轉動。在波長轉換裝置106和濾光裝置107的轉動過程中，波長轉換裝置106上的各波長轉換區依次且周期性設定於激發光光源101所產生的紫外或近紫外激發光的傳播路徑上，使得紫外或近紫外激發光在各波長轉換區的作用下依次轉換成不同顏色的受雷射。不同顏色的受雷射進一步被上述各波長轉換區反射，並經透鏡103和105以及二向色鏡102和反射鏡104所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置107，形成如圖2所示的光斑101B。
在第一光學組件中，透鏡103和105分別用於對受雷射進行收集和聚光，以減小受雷射的發散角。二向色鏡102和反射鏡104則用於反射受雷射，以改變受雷射的傳播方向。在該實施例中，二向色鏡102和反射鏡104相互呈90度設定，且相對受雷射的入射方向呈45度設定。在該實施例中，在二向色鏡102和反射鏡104的反射作用下，受雷射的傳播方向被平移預定距離且反轉180度，且光斑101A與光斑101B相對波長轉換裝置106和濾光裝置107的環狀結構的中心呈180度設定。
此時，由於波長轉換裝置106與濾光裝置107相對固定，並且波長轉換裝置106與濾光裝置107上的相同顏色的波長轉換區與濾光區同樣相對波長轉換裝置106與濾光裝置107的環狀結構的中心呈180度設定且同步轉動，因此可以確保由波長轉換裝置106的各波長轉換區產生的不同顏色的受雷射經二向色鏡102和反射鏡104作用後入射到濾光裝置107上的相同顏色的濾光區上，進而由相同顏色的濾光區進行濾光來提高色純度。經濾光裝置107的濾光區過濾後的受雷射進一步入射到勻光裝置109，以進行勻光處理。
在該實施例的光源系統100中，波長轉換裝置106和濾光裝置107相對固定並由同一驅動裝置同步驅動，同時利用第一光學組件將相同顏色的波長轉換區與濾光區進行同步，具有結構簡單、易於實現以及同步性高等優點。此外，第一光學組件的各元件相對激發光光源保持靜止，避免了隨波長轉換裝置106和濾光裝置107轉動，因此其光學穩定性更高。
進一步，由於通過波長轉換產生的受雷射一般是近似朗伯分布，如果該受雷射直接入射到濾光區上，則其入射角從0度到90度都存在。然而，濾光區的穿透率隨著入射角的增大而飄移，因此在該實施例的第一光學組件中進一步設定聚光裝置（例如，透鏡105）對受雷射進行聚光，使得受雷射入射到濾光區的入射角較小，進一步提高了濾光效果。在優選實施例中，通過調整第一光學組件，可使得受雷射的入射到濾光裝置107的入射角小於等於60度範圍內的能量占總能量的90％以上。在該實施例中，二向色鏡102和反射鏡104可以由其他形式的平面反射裝置代替，而透鏡103和105則可以由其他形式的光學裝置所代替。例如，透鏡105可以是實心或者空心的錐形導光棒、透鏡或者透鏡組、空心或者實心的複合型聚光器或者曲面反射鏡等各種形式的聚光裝置。
此外，在該實施例中，波長轉換裝置106上的波長轉換區可以是紅光轉換區、綠光轉換區、藍光轉換區以及黃光轉換區中的一個或多個的任意組合，並選擇其他適當的光源作為激發光光源。或者，本領域技術人員可以根據需要設定其他顏色的波長轉換區以及激發光光源。此時，濾光裝置107上的濾光區則根據波長轉換裝置106上的波長轉換區所產生的受雷射的顏色進行相應配置，該發明對此並不作限制。
參見圖3和圖4，圖3是該發明光源系統的第二實施例的結構示意圖，圖4是圖3所示的光源系統中的波長轉換裝置及濾光裝置的主視圖。該實施例的光源系統200與圖1和圖2所示的光源系統100不同之處在於，激發光光源201為一藍光雷射器或藍光發光二極體，以產生藍光激發光。如圖4所示，在該實施例中，波長轉換裝置206除了包括紅光轉換區、黃光轉換區以及綠光轉換區外，進一步包括一藍光透光區。濾光裝置207則包括紅光濾光區、黃光濾光區以及綠光濾光區。在該實施例中，對濾光裝置207的與波長轉換裝置206的藍光透光區對應的區域不做光學要求，但是為了轉動的平衡，可以設定成配重平衡區，進而與其他濾光區保持相同或相似的重量。在該實施例中，在驅動裝置208的驅動下，波長轉換裝置206與濾光裝置207同步轉動，使得波長轉換裝置206上的各波長轉換區和藍光透光區依次且周期性設定於激發光光源201所產生的藍光激發光的傳播路徑上。其中，各波長轉換區將入射到其上的藍光激發光轉換成對應顏色的受雷射並進行反射，而藍光透光區則透射入射到其上的藍光激發光。藍光透光區上可設定適當的散射機構，以破壞藍光激發光的準直性。經波長轉換裝置206反射後的受雷射經透鏡203和205以及二向色鏡202和反射鏡204所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置207上的相應顏色的濾光區，由該濾光區進行濾光來提高色純度。經波長轉換裝置206透射的藍光激發光在透鏡210和213、反射鏡211以及二向色鏡212所組成第二光學組件的導引下與經濾光裝置207過濾後的受雷射進行光路合併，並共同入射到勻光裝置209，以進行勻光處理。
第二光學組件中，透鏡210和213分別用於對經波長轉換裝置206透射的藍光激發光進行收集和聚光，而反射鏡211和二向色鏡212則用於對經波長轉換裝置206透射的藍光激發光進行反射，以改變其傳播路徑。在該實施例中，反射鏡211和二向色鏡212相互並行設定，且相對藍光激發光的入射方向呈45度設定，以使得藍光激發光的傳播方向被平移預定距離且方向保持不變。
在該實施例中，通過透射方式將激發光光源201產生的藍光激發光直接作為藍光輸出。在該實施例中，反射鏡211和二向色鏡212同樣可以由其他形式的平面反射裝置代替，而透鏡210和213則可以由其他形式的光學裝置所代替。此外，上述結構同樣適用於採用其他顏色的激發光光源的光源系統中。
參見圖5和圖6，圖5是該發明光源系統的第三實施例的結構示意圖，圖6是圖5所示的光源系統中的波長轉換裝置及濾光裝置的主視圖。該實施例的光源系統300與圖3和圖4所示的光源系統200不同之處在於，光源系統300在激發光光源301的基礎上進一步包括一紅光照明光源315（例如，紅光雷射器或紅光發光二極體），以產生一紅光照明光。紅光照明光源315與激發光光源301分別設定于波長轉換裝置306與濾光裝置307的相對兩側。紅光照明光源315產生的紅光照明光經透鏡314、二向色鏡311以及透鏡310入射到波長轉換裝置306，並且其入射方向與激發光光源301產生的激發光的入射方向相反。
在該實施例中，波長轉換裝置306包括紅光透光區、黃光轉換區、綠光轉換區以及藍光透光區。濾光裝置307則包括紅光透光區、黃光濾光區、綠光濾光區以及配重平衡區。在該實施例中，在驅動裝置308的驅動下，波長轉換裝置306與濾光裝置307同步轉動，使得波長轉換裝置306上的各波長轉換區、紅光透光區以及藍光透光區依次且周期性設定於激發光光源301所產生的藍光激發光以及紅光照明光源315所產生的紅光照明光的傳播路徑上。其中，各波長轉換區將入射到其上的藍光激發光轉換成對應顏色的受雷射並進行反射，藍光透光區透射入射到其上的藍光激發光，紅光透光區則透射入射到其上的紅光照明光。藍光透光區和紅光透光區上可設定適當的散射機構，以破壞藍光激發光和紅光照明光的準直性。經波長轉換裝置306反射後的受雷射經透鏡303和305以及二向色鏡302和反射鏡304所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置307上的相應顏色的濾光區，由該濾光區進行濾光來提高色純度。經波長轉換裝置306透射的紅光照明光經透鏡303和305以及二向色鏡302和反射鏡304所組成的第一光學組件導引沿與受雷射相同的光路入射濾光裝置307上的紅光透光區，並經紅光透光區透射。經波長轉換裝置306透射的藍光激發光在透鏡310和313以及二向色鏡311和312所組成的第二光學組件的導引下與經濾光裝置307過濾後的受雷射以及經濾光裝置307透射後的紅色照明光進行光路合併，並共同入射到勻光裝置309，以進行勻光處理。
在一優選實施例中，為了確保勻光裝置309在某一特定時刻僅接收到一種顏色的光，對波長轉換裝置306的轉動位置進行探測，並產生同步信號。激發光光源301和紅光照明光源315根據該同步信號採用分時開啟方式工作。具體來說，紅光照明光源315僅在紅光透光區設定於紅光照明光源315產生的紅光照明光的傳播路徑上時才開啟，而在黃光轉換區、綠光轉換區以及藍光透光區設定於紅光照明光的傳播路徑上時關閉。激發光光源301則是在黃光轉換區、綠光轉換區以及藍光透光區設定於激發光光源301產生的藍光激發光的傳播路徑上時才開啟，而在紅光透光區設定於藍光激發光的傳播路徑上時關閉。此外，在另一優選實施例中，也可以在紅光透光區設定透射紅光照明光且反射藍光激發光的分光濾光片，在黃光轉換區和綠光轉換區的靠近紅光照明光源315的一側設定反射紅光照明光的反射鏡，而在藍光透光區設定透射藍光激發光且反射紅光照明光的分光濾光片。
在該實施例中，光源系統300輸出的紅光直接由紅光照明光源315產生，進而避免了紅光轉換材料的轉換效率低的問題。當然，在需要進一步提高色純度的情況下，可以將上述紅光透光區替換成紅光濾光區。在該實施例中，本領域技術人員完全可以想到利用其他照明光源來產生其他顏色的照明光。
參見圖7，圖7是該發明光源系統的第四實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統400與圖5和圖6所示的光源系統300不同之處在於，該實施例的激發光光源401採用紫外或者藍光激發光源。同時，該實施例的波長轉換裝置406上設定黃光轉換區、綠光轉換區和紅光透光區。因此，激發光光源401僅用於激發黃光轉換區和綠光轉換區來產生黃光受雷射和綠光受雷射。該實施例的光源系統400在激發光光源401和紅光照明光源415的基礎上進一步設定一藍光照明光源416。該藍光照明光源416所產生的藍光照明光經由透鏡417和418以及二向色鏡419所組成的第二光學組件與經濾光裝置407過濾後的受雷射以及經濾光裝置407透射或過濾後的紅色照明光進行光路合併，並共同入射到勻光裝置409，以進行勻光處理。在該實施例中，激發光光源401、紅光照明光源415、藍光照明光源416同樣可採用與第三實施例類似的分時開啟方式工作。
在該實施例中，光源系統300輸出的紅光直接由紅光照明光源415產生，光源系統300輸出的藍光直接由藍光照明光源416產生，進而避免了波長轉換材料的轉換效率低的問題，同時更適於顯示領域。
參見圖8，圖8是該發明光源系統的第五實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統500與圖1和圖2所示的光源系統100不同之處在於，波長轉換裝置506在將激發光光源501產生的激發光波長轉換成受雷射後透射該受雷射。經波長轉換裝置506透射的受雷射經透鏡503和505以及反射鏡502以及504所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置507的相同顏色的濾光區，並經該濾光區進行過濾後入射到勻光裝置509。
此外，激發光光源501也可以為藍光光源，在波長轉換裝置506還可以進一步設定一透光區，該透光區周期性設定於激發光光源501產生的激發光的傳播路徑上，並透射該激發光。經該透光區透射的激發光經透鏡503和505以及反射鏡502以及504所組成的第一光學組件沿著與受雷射相同的光路導引到濾光裝置507上的另一透光區或濾光區，進行透射或過濾。
參見圖9，圖9是該發明光源系統的第六實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統600與圖8所示的光源系統500不同之處在於，該實施例的光源系統600在激發光光源601的基礎上進一步設定紅光照明光源615，以產生一紅光照明光。紅光照明光源615與激發光光源601設定于波長轉換裝置606與濾光裝置607的同側。紅光照明光源615產生的紅光照明光經二向色鏡613反射並經透鏡611聚光後與激發光光源601產生的激發光沿相同方向入射到波長轉換裝置606。其中，激發光光源601產生的激發光經波長轉換裝置606上的波長轉換區波長轉換成受雷射，並經波長轉換裝置606透射。紅光照明光源615產生的紅光照明光則經波長轉換裝置606上的紅光透光區直接透射。經波長轉換裝置606透射後的受雷射以及紅光照明光在反射鏡602和604以及透鏡603和605所組成的第一光學組件的導引下沿相同的光路分別入射到濾光裝置607的濾光區和紅光透光區。經濾光區過濾的受雷射和經紅光透光區透射的紅光照明光進一步入射到勻光裝置609。此外，上述紅光透光區也可以由紅光濾光區所代替。此外，該實施例中的激發光光源601與紅光照明光源615同樣可採用與第三實施例類似的分時開啟方式進行工作。
參見圖10，圖10是該發明光源系統的第七實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統700與圖9所示的光源系統600不同之處在於，該實施例的光源系統700在雷射光光源701和紅光照明光源715的基礎上進一步設定一藍光照明光源716。該藍光照明光源716所產生的藍光照明光經透鏡717以及二向色鏡718所組成的第二光學組件與經濾光裝置707過濾後的受雷射以及經濾光裝置707過濾或透射後的紅色照明光進行光路合併，並共同入射到勻光裝置709，以進行勻光處理。該實施例中的激發光光源701、紅光照明光源715以及藍光照明光源716同樣可採用與第三實施例類似的分時開啟方式進行工作。
參見圖11，圖11是該發明光源系統的第八實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統800與圖1和圖2所示的光源系統100不同之處在於，該實施例的激發光光源801產生的激發光由複眼透鏡803和804以及聚焦透鏡805進行聚光後經反射裝置802的入光口入射到波長轉換裝置806。經波長轉換裝置806反射的受雷射經呈半橢球狀或者呈半球狀且光反射面朝內的反射裝置802反射到濾光裝置807。經濾光裝置807過濾的受雷射進一步入射到錐形導光棒809。其中，當反射裝置802呈半橢球狀時，反射裝置802能夠將來自反射裝置802的一個焦點附近的受雷射反射到反射裝置802的另一個焦點附近。當反射裝置802呈半球狀時，在臨近球心的位置設定關於該球心對稱的兩對稱點，反射裝置802大致也可以把其中一對稱點的受雷射反射到另一對稱點。此外，在其他實施例中，反射裝置802可以不設定入光口，此時激發光光源801與反射裝置802分別設定于波長轉換裝置806的兩側。激發光光源801產生的激發光可照射到波長轉換裝置806後所產生的受雷射進一步透射到反射裝置802上。
值得注意的是，在反射裝置802的反射作用下，雷射光光源801所產生的激發光在波長轉換裝置806上產生的光斑與受雷射在濾光裝置807上產生的光斑相對於波長轉換裝置806和濾光裝置807的環狀結構的中心呈0度設定，因此在波長轉換裝置806和濾光裝置807上相同顏色的波長轉換區和濾光區也需要相對於波長轉換裝置806和濾光裝置807的環狀結構的中心呈0度設定。
當然，在其他實施例中，通過適當的光學機構，可以調整激發光在波長轉換裝置806上產生的光斑與受雷射在濾光裝置807上產生的光斑相對波長轉換裝置806和濾光裝置807的環狀結構的中心呈任意角度設定，因此使得波長轉換裝置806和濾光裝置807上的相同顏色的波長轉換區和濾光區相對於波長轉換裝置806和濾光裝置807的環狀結構的中心呈任意角度設定。
參見圖12，圖12是該發明光源系統的第九實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統900與圖11所示的光源系統800不同之處在於，波長轉換裝置906與濾光裝置907由支架908同軸固定，且沿軸向間隔設定。在波長轉換裝置906與濾光裝置907之間設定一錐形導光棒909。激發光光源901產生的激發光由複眼透鏡903和904以及聚焦透鏡905進行聚光後經反射裝置902的入光口入射到波長轉換裝置906。經波長轉換裝置906反射的受雷射入射到反射裝置902並進行反射。經反射裝置902反射的受雷射首先進入導光棒909。導光棒909對受雷射進行收集，以減小受雷射的發散角。經導光棒909導光後的受雷射入射到濾光裝置907上，使得受雷射在濾光裝置907上的入射角度較小，提高了濾光效果。在該實施例中，導光棒909也可以由其他能夠實現上述功能的光學裝置代替。此外，在該實施例中，波長轉換裝置906如果是透射型，反射裝置902可以省略，此時受雷射直接經波長轉換裝置906透射到導光棒909。
如上文所描述的，在圖11和圖12所示的實施例中，可以在激發光光源801和901的基礎上進一步增加照明光源，例如紅光照明光源或藍光照明光源。
參見圖13，圖13是該發明光源系統的第十實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統1000與圖1和圖2所示的光源系統100不同之處在於，該實施例的波長轉換裝置1006呈筒狀結構，波長轉換區設定於該筒狀結構的外側壁上。該實施例的濾光裝置1007為環狀結構且該筒狀結構同軸固定。波長轉換裝置1006和濾光裝置1007進一步同軸固定於驅動裝置1008的轉動軸上，並在驅動裝置1008的驅動下同軸且同步轉動。
在該實施例的光源系統1000的工作過程中，激發光光源1001所產生的激發光經二向色鏡1002透射，並經透鏡1003進行聚光後入射到波長轉換裝置1006的外側壁上。波長轉換裝置1006的外側壁上的波長轉換區將激發光轉換成受雷射，並反射該受雷射。經波長轉換裝置1006反射的受雷射經透鏡1003和1004以及二向色鏡1002所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置1007。濾光裝置1007上的濾光區設定于波長轉換裝置1006的筒狀結構的外側，進而可以接收到受雷射並對受雷射進行濾光來提高色純度。經濾光裝置1007的濾光區過濾後的受雷射進一步入射到勻光裝置1009，以進行勻光處理。在其他實施例中，波長轉換裝置1006也可以將受雷射透射到濾光裝置1007上。
參見圖14，圖14是該發明光源系統的第十一實施例的結構示意圖。該實施例的光源系統1100與圖1和圖2所示的光源系統100不同之處在於，該實施例的波長轉換裝置1106和濾光裝置1107為同軸固定且相互嵌套的兩個筒狀結構，波長轉換區和第一濾光區分別設定於該兩個筒狀結構的側壁上。其中，濾光裝置1107位於波長轉換裝置1106的外側。波長轉換裝置1106和濾光裝置1107進一步同軸固定於驅動裝置1108的轉動軸上，並在驅動裝置1108的驅動下同軸且同步轉動。
在該實施例的光源系統1100的工作過程中，激發光光源1101所產生的激發光經反射鏡1102反射，並經透鏡1103進行聚光後入射到波長轉換裝置1106上。波長轉換裝置1106上的波長轉換區將激發光轉換成受雷射，並透射該受雷射。經波長轉換裝置1106透射的受雷射經透鏡1104所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置1107。濾光裝置1107上的濾光區對受雷射進行濾光來提高色純度。經濾光裝置1107的濾光區過濾後的受雷射進一步入射到勻光裝置1109，以進行勻光處理。
參見圖15和圖16，圖16是該發明光源系統的第十二實施例的結構示意圖，圖16是圖15所示的光源系統中的波長轉換裝置與濾光裝置的主視圖。該實施例的光源系統1200與圖3和圖4所示的光源系統200不同之處在於，該實施例的波長轉換裝置1206和濾光裝置1207為首尾相連的兩個帶狀結構，波長轉換區和第一濾光區並排設定於該兩個帶狀結構上。在該實施例中，波長轉換裝置1206進一步包括並排且從上到下依序設定的紅光轉換區、綠光轉換區、藍光透光區以及黃光轉換區，濾光裝置1207則包括並排且從上到下依序設定的紅光濾光區、綠光濾光區、空置區以及黃光濾光區。
在波長轉換裝置1206和濾光裝置1207在適當的驅動裝置（例如，線形馬達）的驅動下進行往復的線性平移，以使得波長轉換裝置1206上的紅光轉換區、綠光轉換區、藍光透光區以及黃光轉換區周期性設定於激發光光源1201所產生的藍光激發光的傳播路徑上。其中，各波長轉換區將入射到其上的藍光激發光轉換成對應顏色的受雷射並進行反射，而藍光透光區則透射入射到其上的藍光激發光。藍光透光區上可設定適當的散射機構，以破壞藍光激發光的準直性。經波長轉換裝置1206反射後的受雷射經透鏡1203和1205、二向色鏡1202以及反射鏡1204所組成的第一光學組件導引後入射到濾光裝置1207上的相應顏色的濾光區，由該濾光區進行濾光來提高色純度。經波長轉換裝置1206透射的藍光激發光在透鏡1210和1213、反射鏡1211和二向色鏡1212所組成第二光學組件的導引下與經濾光裝置1207過濾後的受雷射進行光路合併，並共同入射到勻光裝置1209，以進行勻光處理。該實施例的波長轉換裝置1206和濾光裝置1207的結構同樣可以套用於上文描述的其他實施例中，在此不再贅述。
該發明進一步提供一種由上述實施例中的波長轉換裝置以及濾光裝置所構成的光源組件。綜上所述，該發明的光源系統及光源組件中的濾光裝置與波長轉換裝置相對固定，並由同一驅動裝置進行驅動，具有結構簡單、易於實現以及同步性高等優點。
榮譽表彰
2021年11月，《投影系統、光源系統以及光源組件》獲得第八屆廣東專利獎金獎。
