CN112015036A - 光源*** - Google Patents

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Abstract

一种光源***包含光源、反射元件、透镜组以及荧光轮。光源配置以发射第一色光，反射元件配置以反射至少部分第一色光。透镜组配置以汇聚反射自反射元件的第一色光。荧光轮与反射元件分别位于透镜组的相反两侧。荧光轮具有第一区段，第一色光是汇聚于第一区段，并由第一区段提供第二色光。第二色光通过透镜组而形成一光通道区域，反射元件至少部分位于光通道区域内。

Description

光源***
技术领域
本公开涉及一种光源***。
背景技术
投影机的光源***配备有荧光轮以提供不同颜色的光。常见的荧光轮具有供激光光源所发出的蓝光通过的缺口，然而，此类荧光轮在制作上较为复杂，且荧光轮的前后两侧均需设置光学元件，使得荧光轮没有足够的空间可以有效地散热。再者，光源***还需额外配备多个光学元件来重新导引通过荧光轮的蓝光，除了造成光源***制造成本高且体积庞大外，经过上述多个光学元件的光损失亦使蓝光亮度降低。
发明内容
本公开的一目的在于提出一种创新的光源***，解决上述问题。
依据本公开的一些实施方式，一种光源***包含第一光源、反射元件、透镜组以及荧光轮。第一光源配置以发射第一色光，反射元件配置以反射至少部分第一色光。透镜组配置以汇聚反射自反射元件的第一色光。荧光轮与反射元件分别位于透镜组的相反两侧。荧光轮具有第一区段，第一色光是汇聚于第一区段，并由第一区段提供第二色光。第二色光通过透镜组而形成一光通道区域，反射元件至少部分位于光通道区域内。
于本公开的一或多个实施方式中，第一区段为反射区段，且第一色光自反射区段反射而形成第二色光。
于本公开的一或多个实施方式中，荧光轮还具有第二区段，第二区段配置以吸收第一色光，并发射波长不同于第一色光的第三色光。第三色光通过透镜组后进入光通道区域。
于本公开的一或多个实施方式中，第一色光以及第二色光为蓝光，第二区段包含以下至少其一：红色荧光物质、绿色荧光物质以及黄色荧光物质。
于本公开的一或多个实施方式中，反射区段包含以下至少其一：白胶、掺有荧光粉的白胶、荧光粉层、介电镀膜、金属反射层以及光学反射贴片。
于本公开的一或多个实施方式中，荧光轮包含反射式基板，反射区段位于反射式基板上。
于本公开的一或多个实施方式中，第一区段为波长转换区段，波长转换区段配置以吸收第一色光，并发射波长不同于该第一色光的第二色光。
于本公开的一或多个实施方式中，第一色光为紫外光，波长转换区段包含以下至少其一：红色荧光物质、绿色荧光物质、蓝色荧光物质以及黄色荧光物质。
于本公开的一或多个实施方式中，反射元件为反射镜。
于本公开的一或多个实施方式中，反射元件为分光镜，分光镜具有滤光部，滤光部配置以至少部分反射第一色光，并供其他色光通过。
于本公开的一或多个实施方式中，滤光部的面积小于光通道区域的截面积的70％。
于本公开的一或多个实施方式中，第一区段为反射区段，且第一色光自反射区段反射而形成第二色光。第一色光包含第一偏振光，第二色光包含第一偏振光以及偏振方向垂直于第一偏振光的第二偏振光，滤光部配置以反射第一偏振光，并供第二偏振光通过。
于本公开的一或多个实施方式中，光源***进一步包含二向色元件以及第二光源。二向色元件与透镜组分别位于反射元件的相反两侧，第二光源配置以发射第四色光，第四色光自二向色元件远离反射元件的表面反射，并与第二色光朝同一方向前进。
综上所述，在本公开的光源***反射式的设计下，所有光路均位在荧光轮的受光侧，故可省去荧光轮后侧的导引光学元件，使得光源***的体积、重量与成本得到大幅的缩减，并提供荧光轮足够的空间进行散热。
附图说明
为使本公开的上述及其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，说明书附图的说明如下：
图1为示出依据本公开一实施方式的光源***的侧视图。
图2为示出图1所示的荧光轮的俯视图。
图3为示出依据本公开另一实施方式的荧光轮的俯视图。
图4为示出图1所示的光源***的反射元件的前视图。
图5为示出依据本公开另一实施方式的光源***的侧视图。
图6为示出依据本公开另一实施方式的荧光轮的俯视图。
图7为示出依据本公开另一实施方式的荧光轮的俯视图。
附图标记说明：
100、500：光源***
101：散热器
110：光源
120：反射元件
121：滤光部
122：透光部
123：抗反射镀膜
131：第一透镜组
132：第二透镜组
140、240、540：荧光轮
241、541：第一子区段
242、542：第二子区段
143、543：第一区段
144、244：第二区段
145：转轴
149：反射式基板
150：色轮
160：光导管
170：汇聚透镜
180：反射镜
190：匀光元件
502：第二光源
503：第三透镜组
504：二向色元件
999：光通道区域
A1、A2：面积
L1：第一光路径
L2：第二光路径
L3：第三光路径
M1：黄色荧光物质
M2：绿色荧光物质
M3：红色荧光物质
M4：蓝色荧光物质
具体实施方式
为使本公开的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施方式。附图中的各元件未按比例绘制，且仅为说明本公开而提供。以下描述许多实务上的细节，以提供对本公开的全面理解，然而，相关领域具普通技术者应当理解可在没有一或多个实务上的细节的情况下实施本公开，因此，该些细节不应用以限定本公开。
请参照图1，其为示出依据本公开一实施方式的光源***100的侧视图。举例而言，光源***100可应用于投影机(图未示)，以为投影机提供照明。光源***100包含第一光源110、反射元件120、第一透镜组131、荧光轮140、第二透镜组132、色轮150以及光导管160。第一光源110配置以发射第一色光，第一色光沿着第一光路径L1(仅示意地绘出最外侧的路径)前进。反射元件120位在第一光路径L1上，并配置以至少部分反射第一色光，第一色光被反射元件120反射后沿着第一光路径L1朝向第一透镜组131前进。
如图1所示，第一透镜组131接收反射自反射元件120的第一色光，并将其汇聚于荧光轮140上。于一些实施方式中，第一透镜组131为准直透镜。荧光轮140位在第一透镜组131远离反射元件120的一侧，换言之，荧光轮140与反射元件120是位于第一透镜组131的相反两侧。荧光轮140具有第一区段143(如图2所示，将于下文中详细介绍)，其配置以提供第二色光，第二色光沿着第二光路径L2(仅示意地绘出最外侧的路径)前进。
如图1所示，第二色光通过第一透镜组131后形成平行光束，所述平行光束界定出一光通道区域999，反射元件120是至少部分位于光通道区域999内。第二透镜组132、色轮150以及光导管160按序排列在反射元件120远离第一透镜组131的一侧上。第二透镜组132配置以接收通过光通道区域999的第二色光，并将其汇聚于色轮150，第二色光经色轮150纯化后进入色轮150后方的光导管160以提供照明。于一些实施方式中，光通道区域999的截面积实质上等同于第一透镜组131中距离荧光轮140最远(且直径最大)的透镜的截面积。
本公开的光源***100是采用反射式的设计，使得第一色光行进的第一光路径L1或是第二色光所行进的第二光路径L2均位在荧光轮140的受光侧(亦即，荧光轮140面向第一透镜组131的一侧)，故在荧光轮140后方不需要设置光学元件来导引第一色光，如此一来，荧光轮140有足够的空间可以散热。于一些实施方式中，光源***100进一步包含散热器101，其设置于荧光轮140远离第一透镜组131的一侧。举例而言，散热器101可包含沿轴向排列的多个散热鳍片，其接触荧光轮140，并通过其较大的表面积来协助荧光轮140散热。
请参照图2，其为示出图1所示的荧光轮140的俯视图。于一些实施方式中，第一光源110为蓝光激光，故第一色光为蓝光。荧光轮140为一采用反射式基板149(请见图1)的荧光轮，荧光轮140的第一区段143为反射区段，其沿着荧光轮140的外缘设置，并且位于反射式基板149上。当第一色光汇聚于第一区段143上时会在第一区段143进行反射，换言之，第一色光自第一区段143反射而形成第二色光，故第二色光亦为蓝光。
于一些实施方式中，第一色光照射在荧光轮140的第一区段143上时发生漫反射，故出射的第二色光所展开的角度大于入射的第一色光所展开的角度。于一些实施方式中，第一区段143包含白胶(主要为包含二氧化钛的光反射性材料)、掺有荧光粉的白胶、荧光粉层，或是布有光反射性质的材料，例如介电镀膜、金属反射层或是光学反射贴片等。
为了使投影机能显示不同的色彩，光源***100还需要提供蓝光外的其他色光。如图2所示，于一些实施方式中，荧光轮140还具有第二区段144，第二区段144同样沿着荧光轮140的外缘设置。荧光轮140绕其转轴145旋转，故通过第一透镜组131的第一色光轮流照射在第一区段143与第二区段144上。第二区段144为波长转换区段，其配置以提供第三色光，具体而言，当第一色光汇聚于第二区段144上时，第二区段144吸收部分第一色光，并朝向第一透镜组131发射波长大于第一色光的第三色光。第三色光沿着第二光路径L2朝向第一透镜组131前进，并在通过第一透镜组131后进入光通道区域999。
于本实施方式中，第二区段144包含黄色荧光物质M1，其吸收部分第一色光并发出黄光(即第三色光)。一般而言，相较于绿光与红光(或其叠加而成的黄光)，投影机所需的照明对于蓝光的需求较低，因此，于一些实施方式中，第一区段143所涵盖的区域面积小于第二区段144所涵盖的区域面积。
请参照图3，其为示出依据本公开另一实施方式的荧光轮240的俯视图。本实施方式的荧光轮240可用以替代光源***100的荧光轮140。荧光轮240与图2所示的实施方式的差异处在于荧光轮240的第二区段244具有第一子区段241以及第二子区段242。第一子区段241包含绿色荧光物质M2，当第一色光汇聚于第一子区段241上时，第一子区段241吸收部分第一色光并发出绿光。第二子区段242包含红色荧光物质M3，当第一色光汇聚于第二子区段242上时，第二子区段242吸收部分第一色光并发出红光。于一些实施方式中，第一子区段241所涵盖的区域面积与第二子区段242所涵盖的区域面积均大于第一区段143所涵盖的区域面积。
请回头参照图1。由于反射元件120部分位于光通道区域999内，取决于反射元件120的光学特性，部分第二色光及/或第三色光会被反射元件120反射而损失。于一些实施方式中，反射元件120为分光镜，分光镜具有滤光部121，其配置以反射至少部分第一色光(即蓝光)，并供其他色光通过。因此，进入光通道区域999的第二色光(同为蓝光)有一部分会被滤光部121反射而损失，其余部分则由滤光部121周围通过并前进至第二透镜组132。第三色光(黄光，或红光与绿光)对于滤光部121具有高穿透率，故绝大部分的第三色光通过反射元件120并前进至第二透镜组132。于一些实施方式中，滤光部121的面积A1小于光通道区域999的截面积A2的70％，优选地是小于光通道区域999的截面积A2的50％。
就第一色光而言，尽管在本公开的光源***100中有少部分被滤光部121所反射而损失，但相较于现有的光源***则省去了位在荧光轮后侧用以导引第一色光的额外光学元件，代表第一色光因为穿透荧光轮并经过多个光学元件的光损失也得以解决，故本公开的光源***100所提供的第一色光亮度足以匹配现有的光源***相，还能大幅缩减光源***的体积、重量与成本。
于一些实施方式中，第一色光于滤光部121的入射角大于45度。在上述入射角下，滤光部121的穿透率对波长曲线会因为光不同的偏振态而出现明显区隔，可利用此特性来允许特定偏振态的蓝光通过滤光部121，以减少蓝光的损失。
于一些实施方式中，发射自第一光源110的第一色光包含具有第一偏振方向的第一偏振光，换言之，第一光源110所提供的第一色光为偏振光。举例而言，第一偏振光可为S偏振态蓝光。第一偏振光经过荧光轮140的第一区段143反射后转变为非偏振光，故第一区段143所提供的第二色光包含偏振方向互相垂直的第一偏振光以及第二偏振光。举例而言，第二偏振光为P偏振态蓝光。滤光部121配置以反射第一偏振光，并供第二偏振光通过，借此进一步降低蓝光的损失。
请参照图4。图4为示出图1所示的光源***100的反射元件120的前视图，其中见于图1的反射元件120的边缘在图4的视角下为反射元件120的右侧边缘。图4所示的反射元件120为分光镜的实施方式，除了前文中介绍的滤光部121外，反射元件120还具有透光部122，其设置于滤光部121的至少一侧。透光部122的设置是因为反射元件120需要有能被夹持固定的部分，为了避免阻挡荧光轮140所提供的第二色光以及第三色光，透光部122配置以供所有色光通过。于一些实施方式中，透光部122邻近第一透镜组131的表面上具有抗反射镀膜123，以减少第二色光与第三色光的反射损失。
在其他的实施方式中，反射元件120也可以是反射镜，其配置以反射所有色光。于这些实施方式中，反射元件120同样可以将第一色光导引至荧光轮140，此外，尽管部分朝向反射元件120前进的第二色光与第三色光会被反射而损失，但反射元件120仅部分遮挡到光通道区域999的截面，故其余部分的第二色光与第三色光可由反射元件120周围通过并前进至第二透镜组132，如此同样能达到本发明的技术效果。
请回头参照图1。于一些实施方式中，光源***100进一步包含汇聚透镜170、反射镜180以及匀光元件190。汇聚透镜170位于反射镜180与第一光源110之间。汇聚透镜170将发射自第一光源110的第一色光汇聚于反射镜180上，匀光元件190位在第一色光所行进的第一光路径L1上，并配置以接收经反射镜180反射后的第一色光，第一色光在通过匀光元件190后均匀地照射在反射元件120上。于一些实施方式中，匀光元件190为扩散片(diffuser)。
于另一些实施方式中，第一光源110为紫外光激光，故发射自第一光源110的第一色光为紫外光。于这些实施方式中，荧光轮140的第一区段143为波长转换区段，其包含以下至少其一：红色荧光物质、绿色荧光物质、蓝色荧光物质以及黄色荧光物质。换言之，荧光轮140所包含的荧光物质会吸收紫外光而发射出红光、绿光、蓝光、黄光中至少其一。
另外，第二透镜组132不限于图1所示的单透镜配置，所属技术领域中技术人员得视实务上的需求来选择适当的透镜数目及其光学特性，以将通过光通道区域999的第二色光与第三色光汇聚于色轮150。同样地，第一透镜组131不限于图1所示的双透镜配置。
请参照图5，其为示出依据本公开另一实施方式的光源***500的侧视图。本实施方式与图1所示的光源***100的一差异处，在于光源***500进一步包含第二光源502、第三透镜组503以及二向色元件504。二向色元件504与第一透镜组131分别位于反射元件120的相反两侧，第二光源502面向二向色元件504远离反射元件120的表面，第三透镜组503位于二向色元件504的所述表面与第二光源502之间。
第二光源502是作为补充光源，其配置以发射第四色光，第四色光沿着第三光路径L3朝向第三透镜组503前进，并在通过第三透镜组503后发散形成平行光束并前进至二向色元件504。第四色光自二向色元件504远离反射元件120的表面反射后与第二色光朝同一方向前进，并通过第二透镜组132而汇聚于色轮150。设置有第二光源502时，荧光轮540未必要提供所有三原色(红绿蓝)的色光。
于一些实施方式中，第二光源502为蓝光激光，二向色元件504配置以反射蓝光并供其他色光通过。于这些实施方式中，光源***500搭配图6所示的荧光轮540，以至少提供红光、绿光或其组合。如图6所示，荧光轮540的第一区段543为波长转换区段，其包含黄色荧光物质M1，第一光源110可为紫外光激光，第一区段543的黄色荧光物质M1吸收部分紫外光并发射黄光。取而代之地，第一区段543亦可具有两子区段，其各包含红色荧光物质与绿色荧光物质，以分别提供红光与绿光。
于前段所述的实施方式中，反射元件120可为反射镜，其配置以反射发射至第一光源110的紫外光以及发射自荧光轮540的黄光(或绿光与红光)。反射元件120可为二向色元件，其配置以反射发射至第一光源110的紫外光，并供其他色光通过。
于另一些实施方式中，为了增加光源***500提供的红光亮度，第二光源502为红光激光，二向色元件504配置以反射红光并供其他色光通过。于这些实施方式中，光源***500改搭配图7所示的荧光轮540，以至少提供绿光、蓝光或其组合。如图7所示，荧光轮540的第一区段543为波长转换区段，其包含第一子区段541以及第二子区段542，第一子区段541以及第二子区段542分别包含绿色荧光物质M2与蓝色荧光物质M4，第一光源110可为紫外光激光，第一子区段541的绿色荧光物质M2吸收部分紫外光并发射绿光，第二子区段542的蓝色荧光物质M4吸收部分紫外光并发射蓝光。取而代之地，第一光源110亦可为蓝光激光，荧光轮540可包含反射区段以及绿色波长转换区段，以分别提供蓝光与绿光。
于前段所述的实施方式中，荧光轮540可进一步提供红光，举例而言，荧光轮540可进一步包含红色波长转换区段，其配置以发射第一红光，第二光源502配置以发射波长不同于第一红光的第二红光。举例而言，第一红光与第二红光的波长分别落在第一波长范围与第二波长范围内，优选地第一波长范围与第二波长范围皆包含于红光波长范围内但彼此不重叠，然而大部分情况是使牺牲少许的第一波长部分范围的光线而得以补充较多的第二波长范围的光线，因此二向色元件504配置以反射波长落在第二波长范围内的色光并供其他色光通过。然而，色光的补充亦不限于红色，其但看***的需求而定。
综上所述，在本公开的光源***反射式的设计下，所有光路均位在荧光轮的受光侧，故可省去荧光轮后侧的导引光学元件，使得光源***的体积、重量与成本得到大幅的缩减，并提供荧光轮足够的空间进行散热。
尽管本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，于不脱离本公开的构思及范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1.一种光源***，包含：
一第一光源，配置以发射一第一色光；
一反射元件，配置以反射至少部分该第一色光；
一透镜组，配置以汇聚反射自该反射元件的该第一色光；以及
一荧光轮，与该反射元件分别位于该透镜组的相反两侧，并且具有一第一区段，该第一色光汇聚于该第一区段，并由该第一区段提供一第二色光，其中该第二色光通过该透镜组而形成一光通道区域，该反射元件至少部分位于该光通道区域内。
2.如权利要求1所述的光源***，其中该第一区段为一反射区段，且该第一色光自该反射区段反射而形成该第二色光。
3.如权利要求2所述的光源***，其中该荧光轮还具有一第二区段，该第二区段配置以吸收该第一色光，并发射波长不同于该第一色光的该第三色光，该第三色光通过该透镜组后进入该光通道区域。
4.如权利要求3所述的光源***，其中该第一色光以及该第二色光为蓝光，该第二区段包含以下至少其一：红色荧光物质、绿色荧光物质以及黄色荧光物质。
5.如权利要求2所述的光源***，其中该反射区段包含以下至少其一：白胶、掺有荧光粉的白胶、荧光粉层、介电镀膜、金属反射层以及光学反射贴片。
6.如权利要求2所述的光源***，其中该荧光轮包含一反射式基板，该反射区段位于该反射式基板上。
7.如权利要求1所述的光源***，其中该第一区段为一波长转换区段，该波长转换区段配置以吸收该第一色光，并发射波长不同于该第一色光的该第二色光。
8.如权利要求7所述的光源***，其中该第一色光为一紫外光，该波长转换区段包含以下至少其一：红色荧光物质、绿色荧光物质、蓝色荧光物质以及黄色荧光物质。
9.如权利要求1所述的光源***，其中该反射元件为一反射镜。
10.如权利要求1所述的光源***，其中该反射元件为一分光镜，该分光镜具有一滤光部，该滤光部配置以至少部分反射该第一色光，并供其他色光通过。
11.如权利要求10所述的光源***，其中该滤光部的一面积小于该光通道区域的一截面积的70％。
12.如权利要求10所述的光源***，其中该第一区段为一反射区段，且该第一色光自该反射区段反射而形成该第二色光，该第一色光包含一第一偏振光，该第二色光包含该第一偏振光以及一第二偏振光，该第二偏振光的一偏振方向垂直于该第一偏振光的一偏振方向，该滤光部配置以反射该第一偏振光，并供该第二偏振光通过。
13.如权利要求1所述的光源***，进一步包含：
一二向色元件，与该透镜组分别位于该反射元件的相反两侧；以及
一第二光源，配置以发射一第四色光，该第四色光自该二向色元件远离该反射元件的一表面反射，并与该第二色光朝同一方向前进。
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