本實用新型涉及照明及顯示技術領域，特別是涉及一種發光裝置及相關投影系統與照明系統。

背景技術：

目前，激光激發熒光粉以出射彩色光或白光的技術已廣泛應用于照明與顯示技術領域。

圖1是現有技術中一種發光裝置的結構示意圖。如圖1所示，發光裝置包括激光器11、準直透鏡12、黃色熒光粉片13、透鏡14。激光器11出射的藍色激光經過準直透鏡12準直后，入射熒光粉片13（光線如帶箭頭虛線所示）。黃色熒光粉片13吸收至少部分藍色激光而產生黃光，該黃光和未被吸收的藍光被透鏡14收集出射（光線如帶箭頭的實線所示）。

但是，現有技術存在如下缺陷：一旦發光裝置的結構確定，發光裝置出射光的發散角就確定，無法滿足不同照射范圍的需求。

技術實現要素：

本實用新型主要解決的技術問題是提供一種發散角可調節的發光裝置及相關投影系統與照明系統。

本實用新型實施例提供一種發光裝置，包括第一激光器、光引導件、第一透鏡、波長轉換裝置與調焦裝置；第一激光器用于出射激光至光引導件；光引導件用于將來自第一激光器的激光沿第一光路引導至第一透鏡；第一透鏡用于將來自光引導件的激光匯聚至波長轉換裝置；波長轉換裝置用于將激光的至少部分波長轉換為受激光，并將其出射光反射至第一透鏡；第一透鏡還用于將波長轉換裝置的出射光收集至光引導件，光引導件還用于將第一透鏡收集的光的至少大部分沿第二光路引導出射；第一透鏡固定于調焦裝置上，用于調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離。

可選地，光引導件包括反射鏡和該反射鏡周圍的透光介質，該反射鏡在第一平面上的投影面積小于第一透鏡在第一平面上的投影面積的1/2，第一平面為垂直于第一透鏡軸線的平面；該反射鏡用于將來自第一激光器的激光沿第一光路反射至第一透鏡，該透光介質用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置的出射光的大部分沿第二光路透射出射。

可選地，反射鏡為反射激光且透射受激光的濾光片，該濾光片還用于將來自波長轉換裝置的受激光沿第二光路透射出射。

可選地，光引導件包括透光孔和該透光孔周圍的反射鏡，該透光孔在第一平面上的投影面積小于第一透鏡在第一平面上的投影面積的1/2，第一平面為垂直于第一透鏡軸線的平面；該透光孔用于將來自第一激光器的激光沿第一光路透射至第一透鏡，該反射鏡用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置的出射光的大部分沿第二光路反射出射。

可選地，透光孔為透射激光且反射受激光的濾光片，該濾光片還用于將來自波長轉換裝置的受激光沿第二光路反射出射。

可選地，調焦裝置包括從內至外的固定框、限位框與旋轉框，第一透鏡固定在該固定框上，該固定框側壁長出兩個支桿，該限位框側壁有兩個限位槽，該旋轉框側壁有兩個斜槽，兩個支桿分別嵌入一個限位槽與斜槽；限位槽用于限制該支桿水平方向上的運動，斜槽用于在旋轉框轉動時使支桿在豎直方向上運動。

可選地，發光裝置還包括第二激光器，第一激光器出射的激光與第二激光器出射的激光合為一束激光并入射至光引導件；第二激光器為紅色激光器、綠色激光器或紅外激光器。

可選地，發光裝置還包括第二透鏡，光引導件用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置的出射光的至少大部分沿第二光路引導出射至第二透鏡，第二透鏡用于將該出射光的大部分準直出射。

本實用新型實施例還提供一種投影系統，該投影系統包括上述發光裝置。

本實用新型實施例還提供一種照明系統，該照明系統包括上述發光裝置。

與現有技術相比，本實用新型實施例包括如下有益效果：

本實用新型實施例通過設置調焦裝置來調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離，使得發光裝置出射光的發散角可調；進一步地，本實用新型實施例利用光引導件將激光引導至第一透鏡，第一透鏡將激光匯聚至波長轉換裝置；而波長轉換裝置的出射光又經第一透鏡、光引導件出射，因此移動第一透鏡的位置能產生兩次離焦的效果，從而使得發光裝置出射光的發散角比較容易調節，因此能夠有效地滿足不同照射范圍的需求。

附圖說明

圖1是現有技術中一種發光裝置的結構示意圖；

圖2a是本實用新型實施例中發光裝置的一個實施例的結構示意圖；

圖2b是圖2a所示實施例中調焦裝置的結構示意圖；

圖3是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖；

圖5是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為了引用和清楚起見，下文以及附圖中使用的技術名詞的說明如下：

波長轉換材料：波長轉換材料可以采用磷光性材料，例如磷光體，也可以采用納米材料，如量子點，還可以采用熒光材料。

激發光：能夠激發波長轉換材料，使得波長轉換材料產生不同波長光的光。

受激光：波長轉換材料受激發光激發而產生的光。

激發光、波長轉換材料、受激光是相對的概念。例如，藍光激發黃色熒光粉產生黃光，此時藍光是激發光，黃光是受激光。而黃光激發紅色熒光粉產生紅光，此時黃光是激發光，紅光是受激光。

下面結合附圖和實施方式對本實用新型實施例進行詳細說明。

實施例一

請參閱圖2a，圖2a是本實用新型實施例中發光裝置的一個實施例的結構示意圖；圖2b是圖2a所示實施例中調焦裝置的結構示意圖。如圖2a與2b所示，發光裝置100包括第一激光器110、準直透鏡120、光引導件130、第一透鏡140、波長轉換裝置150與調焦裝置170（圖2b中示出）；

第一激光器110用于出射激光至準直透鏡120，該激光經準直透鏡準直后出射至光引導件130。本實施例中，第一激光器出射藍色激光。光引導件130用于將來自第一激光器110的激光沿第一光路（如帶箭頭虛線所示）引導至第一透鏡140。本實施例中，光引導件130包括反射鏡和該反射鏡周圍的空氣，該反射鏡在第一平面上的投影面積小于第一透鏡140在第一平面上的投影面積的1/2，第一平面為垂直于第一透鏡的軸線的平面；該反射鏡用于將來自第一激光器110的激光沿第一光路反射至第一透鏡140。此處需要說明的是，此處的反射鏡是針對來自第一激光器的激光是反射的，并不表示對任何光都反射。

第一透鏡140用于將來自光引導件130的激光匯聚至波長轉換裝置150。波長轉換裝置150用于將來自第一透鏡140的激光部分波長轉換為受激光，并將其出射光，即該受激光與未被轉換的激光反射至第一透鏡140。本實施例中，波長轉換裝置包括黃色熒光粉，該黃色熒光粉將藍色激光的部分光波長轉換為黃色受激光，波長轉換裝置的出射光為黃色受激光與未被轉換的藍色激光混合而成的白光。在其它實施例中，波長轉換材料也可以將所有激發光波長轉換為受激光。

第一透鏡140還用于將波長轉換裝置150的出射光收集并準直至光引導件130，即反射鏡與其周圍的空氣，該空氣用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置150的出射光的大部分沿第二光路（如帶箭頭實線所示）透射出射。可以理解的是，反射鏡周圍的空氣也可以替換成其它透光介質。

并且，如圖2b所示，第一透鏡140固定于調焦裝置170上，用于調節從第一透鏡140到波長轉換裝置150的距離。本實施例中，調焦裝置170具體包括從內至外的固定框171、限位框172與旋轉框173，固定框171、限位框172與旋轉框173優選為三個同心圓柱體。第一透鏡140固定在固定框171上。固定框171側壁長出兩個支桿1711，限位框172側壁有兩個限位槽1721，旋轉框173側壁有兩個斜槽1731，兩個支桿1711分別嵌入一個限位槽1721與斜槽1731。限位槽1721用于限制支桿1711水平方向上的運動，具體實現方式可以是旋轉框173的外部還有個外框，限位框的底部與該外框的底部固定連接，因此限位框相對該外框不可動，而旋轉框相對該外框可轉動。推動旋轉框173使其旋轉，旋轉框的斜槽1731也跟著旋轉，由于支桿1711被限位槽1721限制了水平方向上的運動，因此支桿1711會隨著斜槽1731的轉動而在豎直方向上升高或降低，進而帶動第一透鏡140在豎直方向上升高或降低，從而使第一透鏡140遠離或靠近波長轉換裝置。例如，當旋轉框173順時針旋轉時，斜槽1731順時針轉動，而支桿1711在水平方向上不能動，因而支桿1711隨著斜槽1731的轉動而在豎直方向上升高，進而帶動第一透鏡也升高。

一般地，令光源從透鏡焦點離焦是常用的技術，但是在本實用新型中有格外好的效果。例如，當第一透鏡因為斜槽轉動而降低時，第一透鏡向波長轉換裝置靠近，激光在入射于波長轉換材料時就有第一次離焦的效果，即在波長轉換材料上的光斑變大，然后第一透鏡在收集這個變大后的光斑時也是離焦的收集，所以發光裝置出射光的發散角就變得更大。也就是說，移動第一透鏡的位置產生了兩次離焦的效果，這樣出射光的發散角對于第一透鏡的移動距離比較敏感，使得發光裝置出射光的發散角比較容易調節。例如，為了使發光裝置出射光的發散角由1度變為40度，原本需要將第一透鏡移動幾十毫米，本實用新型只需要移動幾毫米就夠了。

本實施例通過設置調焦裝置來調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離，使得發光裝置出射光的發散角可調。進一步地，本實施例利用光引導件將激光引導至第一透鏡，第一透鏡將激光匯聚至波長轉換裝置；而波長轉換裝置的出射光又經第一透鏡、光引導件出射，因此移動第一透鏡的位置能產生兩次離焦的效果，從而使得發光裝置出射光的發散角比較容易調節，因此能夠有效地滿足不同照射范圍的需求。并且，本實施例利用入射激光的光學擴展量遠小于波長轉換裝置的出射光的光學擴展量的特點，在第一透鏡的出射光路上設置面積較小的反射鏡，在保證波長轉換裝置的大部分出射光可以從反射鏡周圍出射的同時來引入激光，具有結構緊湊、體積較小的優點。

可以理解的是，能夠調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離的調焦裝置在現有技術中存在許多其它實現方式，本實施例中的調焦裝置170的實現方式只是一個舉例，并不作為本實用新型的限定。

本實施例中，由于光路可逆，波長轉換裝置150的小部分出射光，包括受激光與未被轉換的激光，會經第一透鏡140出射至反射鏡，倘若反射鏡也反射受激光，則受激光會被反射鏡反射而逃逸掉。由于逃逸的這部分光能量比例比較小，所以在有些場合中是可以接受的，例如遠視場合。為了減小光損失，優選地，反射鏡優選為反射來自第一激光器的激光且透射來自波長轉換裝置的受激光的濾光片，例如反射藍色激發光透射黃色受激光，該濾光片還用于將該受激光沿第二光路透射出射。但是，不論怎樣，波長轉換裝置出射的未被轉換的激光都會被反射鏡反射而逃逸掉，因此反射鏡的面積越小越好，足以接收來自第一激光器的全部激光即可。優選地，反射鏡在第一平面上的投影面積小于第一透鏡140在第一平面上的投影面積的1/4。

本實施例中，反射鏡設置在第一透鏡的頂部上方，反射鏡將入射的激光彎折90度反射至第一透鏡。在其它實施例中，反射鏡也可以將入射的激光反射在第一透鏡的其它位置，反射鏡也可以將入射的激光彎折其它角度。此外，第一激光器110與準直透鏡120也可以放置其它位置，例如放置在波長轉換裝置150所在平面上，再通過增加其它反射鏡將激光反射至光引導件130的反射鏡。

在其它實施例中，發光裝置還可以包括散射元件，以對來自第一激光器的激光進行散射，使得聚焦于波長轉換材料上的激光光斑均勻化，提高波長轉換材料的效率。散射元件可以設置在準直透鏡至波長轉換裝置的光路上的任一位置，優選設置在準直透鏡與第一透鏡之間的光路上。

此外，在其它實施例中，波長轉換裝置可以使用LED作為基板，波長轉換材料（如熒光粉）以涂覆或貼膜等方式設置在LED的發光面上。例如，當使用藍色LED作為波長轉換裝置的基板時，波長轉換材料的一面受來自第一透鏡的激光的激發，另一面受該藍色LED的激發，即波長轉換材料雙面同時被激發，因而可以提高發光裝置的出射光亮度。再如，當使用紅色LED作為波長轉換裝置的基板時，波長轉換材料雖然不會被該紅色LED激發，但是紅色LED出射的紅光可以與波長轉換材料產生的受激光一起出射，從而為發光裝置增加紅光光譜的能量，彌補了受激光的紅色能量不足的缺陷；此時反射鏡優選為反射激發光且透射受激光與紅光的分光濾光片。

由于在LED上設置波長轉換材料的工藝比較復雜，因此為了彌補受激光的紅色能量不足的缺陷，發光裝置還可以包括第二激光器，第一激光器出射的激光與第二激光器出射的激光合為一束激光并入射至光引導件；第二激光器優選為紅色激光器或綠色激光器，使得波長轉換裝置出射激發光與受激光之外，還出射被波長轉換材料散射了的紅色激光或綠色激光，從而為發光裝置增加紅光光譜或綠光光譜的能量。第二激光器也可以為紅外激光器，這樣可以為發光裝置增加紅外光譜的能量，以便于用戶在夜間可以通過紅外光探測器發現該發光裝置。

實施例二

由于波長轉換材料的發光是朗伯分布的，這種大角度分布的光要想收集起來，往往需要經過至少兩個透鏡才能實現高效率的收集和準直。請參閱圖3，圖3是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖。如圖3所示，發光裝置200包括第一激光器210、準直透鏡220、光引導件230、第一透鏡240、波長轉換裝置250與調焦裝置（圖中未示出）。

本實施例與實施例一的區別之處在于：

發光裝置200還包括第二透鏡260，光引導件230設置在第一透鏡240與第二透鏡260之間。第一透鏡240將波長轉換裝置250的出射光收集成具有較小發散角，并出射至光引導件130，即反射鏡與其周圍的空氣，該空氣用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置250的出射光的大部分沿第二光路（如帶箭頭實線所示）透射出射至第二透鏡260，第二透鏡用于將該出射光的大部分準直出射成平行光。

實施例三

請參閱圖4，圖4是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖。如圖4所示，發光裝置300包括第一激光器310、準直透鏡320、光引導件330、第一透鏡340、波長轉換裝置350、第二透鏡360與調焦裝置（圖中未示出）。

本實施例與實施例二的區別之處在于：

光引導件330為帶透光孔的反射鏡，包括透光孔331和該透光孔周圍的反射鏡332，該透光孔在第一平面上的投影面積小于第一透鏡在第一平面上的投影面積的1/2；該透光孔331用于將來自第一激光器的激光沿第一光路（帶箭頭的虛線所示）透射至第一透鏡340，該反射鏡332用于將第一透鏡收集的波長轉換裝置350的出射光的大部分沿第二光路（帶箭頭的實線所示）反射至第二透鏡360。此處需要說明的是，此處的透光孔是針對來自第一激光器的激光是透射的，并不表示對任何光都透射。

本實施例中，由于光路可逆，波長轉換裝置350的小部分出射光，包括受激光與未被轉換的激光，會經第一透鏡340出射至透光孔331，倘若透光孔也透射受激光，則受激光會被透光孔透射而逃逸掉。由于逃逸的這部分光能量比例比較小，所以在有些場合中是可以接受的，例如遠視場合。為了減小光損失，優選地，透光孔優選為透射來自第一激光器的激光且反射來自波長轉換裝置的受激光的濾光片，例如透射藍色激發光反射黃色受激光，該濾光片還用于將該受激光沿第二光路反射至第二透鏡360。但是，不論怎樣，波長轉換裝置出射的未被轉換的激光都會被透光孔透射而逃逸掉，因此透光孔的面積越小越好，足以接收來自第一激光器310的全部激光即可。優選地，透光孔在第一平面上的投影面積小于第一透鏡340在第一平面上的投影面積的1/4。

此外，本實施例還包括散射片380，設置在準直透鏡320與光引導件330之間。散射片380是為了使激光形成一個小的發散角，這樣可以使得聚焦于波長轉換材料上的激光光斑均勻化，提高波長轉換材料的效率，因此散射片380可以設置在準直透鏡至波長轉換裝置的光路上的任一位置，優選設置在準直透鏡與第一透鏡之間的光路上。

本實施例通過設置調焦裝置來調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離，使得發光裝置出射光的發散角可調；進一步地，本實施例利用入射激光的光學擴展量遠小于波長轉換裝置的出射光的光學擴展量的特點，在第一透鏡的出射光路上設置帶透光孔的反射鏡，在保證波長轉換裝置的大部分出射光可以被反射鏡反射出射的同時通過透光孔來引入激光，使得移動第一透鏡的位置能產生兩次離焦的效果，從而使得發光裝置出射光的發散角比較容易調節，因此能夠有效地滿足不同照射范圍的需求。

實施例四

請參閱圖5，圖5是本實用新型實施例中發光裝置的另一實施例的結構示意圖。如圖5所示，發光裝置400包括第一激光器410、準直透鏡420、光引導件430、第一透鏡440、波長轉換裝置450、第二透鏡460與調焦裝置（圖中未示出）。

本實施例與實施例二的區別之處在于：

（1）本實施例中，波長轉換裝置450用于將來自第一透鏡的激光全部波長轉換為受激光，因此波長轉換裝置的出射光只有該受激光。

（2）本實施例中，光引導件430為反射來自第一激光器410的激光且透射來自波長轉換裝置450的受激光的分光濾光片，此時波長轉換裝置450的全部出射光，即受激光經第一透鏡440出射至光引導件430后，經光引導件透射至第二透鏡460。此外，若發光裝置400還包括實施例一所述的第二激光器（如紅色激光器），則分光濾光片430還應具有對該激光（紅色激光）部分透射部分反射的屬性，以使得該激光被波長轉換裝置散射后有部分光能夠經分光濾光片透射至第二透鏡。可以理解的是，在其它實施例中，光引導件430也可以為透射來自第一激光器410的激光且反射來自波長轉換裝置450的受激光的分光濾光片。

本實施例通過設置調焦裝置來調節從第一透鏡到波長轉換裝置的距離，使得發光裝置出射光的發散角可調；進一步地，本實施例利用分光濾光片將激光引導至第一透鏡，第一透鏡將激光匯聚至波長轉換裝置；而波長轉換裝置的出射光又經第一透鏡、分光濾光片出射，因此移動第一透鏡的位置能產生兩次離焦的效果，從而使得發光裝置出射光的發散角比較容易調節，因此能夠有效地滿足不同照射范圍的需求。

以上列舉了光引導件的幾種實現方式，事實上現有技術中還有許多種實現方式，只要能夠將來自第一激光器的激光與來自波長轉換裝置的大部分出射光的光路區分開即可。

此外需要說明的是，當現有技術中的黃色熒光粉片替換成散射裝置時，發光裝置同樣存在無法滿足不同照射范圍的需求的缺陷。而上述各實施例中的波長轉換裝置替換成散射裝置后，同樣能夠解決現有技術中的缺陷。所不同的是，激光不需要是激發光，且散射裝置用于將來自第一透鏡的激光散射為散射光，并將其出射光，即該散射光反射至第一透鏡。

將波長轉換裝置替換成散射裝置的發光裝置包括第一激光器、光引導件、第一透鏡、散射裝置與調焦裝置；第一激光器用于出射激光至光引導件；光引導件用于將來自第一激光器的激光沿第一光路引導至第一透鏡；第一透鏡用于將來自光引導件的激光匯聚至散射裝置；散射裝置用于將來自第一透鏡的激光散射為散射光，并將其出射光，即該散射光反射至第一透鏡；第一透鏡還用于將散射裝置的出射光收集至光引導件；光引導件還用于將第一透鏡收集的散射裝置的出射光的部分沿第二光路引導出射；第一透鏡固定于調焦裝置上，用于調節從第一透鏡到散射裝置的距離。

將波長轉換裝置替換成散射裝置的發光裝置可以具備上述各實施例中的結構與功能。值得注意的是，圖2至圖4實施例中，波長轉換裝置替換成散射裝置即可；而圖5實施例中，除了波長轉換裝置替換成散射裝置之外，分光濾光片430不能是對第一激光器的激光全部反射，而應具有對第一激光器的激光部分透射部分反射的屬性，以使得該激光被散射裝置散射后有部分光能夠經分光濾光片430透射至第二透鏡。詳細說明請參照上述各實施例，此處只簡單列舉幾點：

可選地，光引導件包括反射鏡和該反射鏡周圍的透光介質，該反射鏡在第一平面上的投影面積小于第一透鏡在第一平面上的投影面積的1/2，第一平面為垂直于第一透鏡軸線的平面；該反射鏡用于將來自第一激光器的激光沿第一光路反射至第一透鏡，該透光介質用于將第一透鏡收集的散射裝置的出射光的大部分沿第二光路透射出射。

可選地，光引導件包括透光孔和該透光孔周圍的反射鏡，該透光孔在第一平面上的投影面積小于第一透鏡在第一平面上的投影面積的1/2，第一平面為垂直于第一透鏡軸線的平面；該透光孔用于將來自第一激光器的激光沿第一光路透射至第一透鏡，該反射鏡用于將第一透鏡收集的散射裝置的出射光的大部分沿第二光路反射出射。

可選地，光引導件為分光濾光片，具有對激光部分透射部分反射的屬性，用于將來自第一激光器的激光的部分光沿第一光路引導至第一透鏡，將第一透鏡收集的散射裝置的出射光的部分光沿第二光路引導出射。

本說明書中，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本實用新型實施例還提供一種投影系統，包括發光裝置，該發光裝置可以具有上述各實施例中的結構與功能。該投影系統可以采用各種投影技術，例如液晶顯示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技術、數碼光路處理器（DLP，Digital Light Processor）投影技術。例如，上述出射白光的發光裝置可以作為投影系統的白色光源。

本實用新型實施例還提供一種照明系統，包括發光裝置，該發光裝置可以具有上述各實施例中的結構與功能。照明系統例如有手電照明系統、汽車燈照明系統、舞臺燈照明系統等等。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。