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10包括激光器11、準直透鏡12、反射鏡13、分光濾光片14、透鏡15、透鏡16、黃色熒光粉片17。激光器11出射的藍色激光經過準直透鏡12準直后，經過反射鏡13反射至分光濾光片14。分光濾光片14具有反射藍光透射黃光的屬性，藍色激光經分光濾光片14的反射后，依次入射于透鏡15和16，并經過透鏡15和16后聚焦于熒光粉片17（光線如虛線所示）。黃色熒光粉片17吸收至少部分藍色激光而產生黃光，該黃光被反射基板反射至透鏡16，并依次被透鏡16收集，和被透鏡15準直出射（光線如帶箭頭的實線所示）。

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。發光裝置10即通過透鏡16與透鏡15來共同完成兩個作用，一個是將平行的激光聚焦到熒光粉片17，一個是對熒光粉片17發出的光收集并準直成平行光。透鏡16口徑較小且距離發光點（熒光粉片）很近，大角度的光（例如70度以內的所有光）入射于透鏡16后角度被收小，然后入射于大口徑的透鏡15后被進一步的準直。

但是，受限于光學擴展量守恒定律，透鏡15出射的準直光束的準直度越高（即發散角越?。鸵笸哥R15的口徑越大（因為口徑與發散角的正弦的乘積是一個常數，即光學擴展量守恒）。而激光光路需要繞過透鏡15的邊緣，并從透鏡15的上方入射，因此透鏡15的口徑越大，激光的光路就越長，放置激光的位置也就越遠，整個系統體積也就越龐大。

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體積較小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、匯聚透鏡、光引導件、第一透鏡、散射裝置和第二透鏡；第一激光器用于出射激光，光引導件用于將該激光沿第一光路引導至第一透鏡，第一透鏡用于將該激光聚焦至散射裝置；散射裝置用于將激光散射為散射光，并將其出射光反射至第一透鏡；第一透鏡還用于收集散射裝置的出射光至光引導件，光引導件還用于將第一透鏡收集的光的部分沿第二光路引導至第二透鏡，第二透鏡用于控制光引導件引導來的光實現特定的光分布；并且，第一激光器出射的激光經匯聚透鏡匯聚至光引導件，以使得該激光經第一透鏡入射散射裝置的光路與散射光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配。

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1/3，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至第二透鏡。

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1/3，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至第二透鏡。

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至第二透鏡。

可選地，該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第二激光合為一束激光并入射至匯聚透鏡；光引導件還用于將第一透鏡收集的第二激光的部分光沿第二光路引導至第二透鏡。

可選地，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，第二透鏡用于控制光引導件引導來的光實現準直。

本實用新型實施例還提供一種投影系統，包括上述任一發光裝置。

本實用新型實施例還提供一種照明系統，包括上述任一發光裝置。

與現有技術相比，本實用新型實施例包括如下有益效果：

本實施例將光引導件設置在第一透鏡與第二透鏡之間，使得第一激光器不用設置在第二透鏡的外圍，而可以設置在第二透鏡與第一透鏡之間，結構較為緊湊。并且，由于匯聚透鏡使得激光經第一透鏡入射散射裝置的光路與散射光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配，所以無需增大第一透鏡曲率，激光就能經第一透鏡聚焦在散射裝置上，從而避免了第一透鏡至第二透鏡間的距離需要加長的問題，真正地解決了現有技術中系統體積大的問題。

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2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。

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。

為了解決現有技術中的問題，本發明人最初考慮直接將反射鏡13與14下移，并將反射鏡14下移到透鏡15與透鏡16之間，即反射鏡14反射的激光只通過透鏡16入射于熒光粉片，這樣即可以使得第一激光器不用設置在透鏡16的外圍，而可以設置在透鏡15與透鏡16之間，使得結構緊湊、體積減小。

但是，激光只通過透鏡16就不能聚焦在熒光粉片17，對于本領域技術人員來說，激光不能聚焦在熒光粉片17上沒關系，只要能充分匯聚在熒光粉片上即可。為了實現充分匯聚或聚焦，透鏡16設計的曲率必須變大（曲率大會增強匯聚）。由于光路可逆，熒光粉片出射的熒光經過曲率變大的透鏡16后會比較直，從透鏡16出射的比較直的熒光需要經過比較長的距離擴散到透鏡15，才能最終被透鏡15準直出射，因而導致系統在從透鏡16到透鏡15這個方向上的長度變長，體積變大，仍然沒有真正解決現有技術中系統體積大的問題。為此，本發明人提出本實用新型實施例來真正地解決體積大的問題。

實施例一

請參閱圖2，圖2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。如圖2所示，發光裝置200包括第一激光器210、匯聚透鏡220、反射鏡230、光引導件240、第一透鏡250、波長轉換裝置260、第二透鏡270。

第一激光器210用于出射激發光，本實施例中，激發光為藍色激光。匯聚透鏡220用于將該激發光匯聚至反射鏡230，反射鏡230用于將該激發光反射至光引導件240，光引導件240用于將該激發光沿第一光路引導至第一透鏡250，第一透鏡250用于將該激發光聚焦至波長轉換裝置260（激發光從第一激光器入射至波長轉換裝置的光線如帶箭頭的虛線所示）。

波長轉換裝置260用于將來自第一透鏡的激發光全部波長轉換為受激光，并將其出射光，即該受激光反射至第一透鏡250。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全部波長轉換為黃色受激光。

第一透鏡250還用于收集波長轉換裝置260的出射光，即黃色受激光至光引導件240，光引導件還用于將第一透鏡收集的光，即波長轉換裝置出射的黃色受激光全部沿第二光路引導至第二透鏡270，第二透鏡270用于控制光引導件240引導來的黃色受激光實現準直出射（受激光從波長轉換裝置經第一透鏡、光引導件、第二透鏡出射的光線如帶箭頭的實線所示）。

本實施例中，光引導件240具體為分光濾光片，具有反射激發光且透射受激光的屬性，用于將來自反射鏡230的激光反射至第一透鏡，并將第一透鏡收集的受激光透射至第二透鏡270。

本實施例中，第一激光器210出射的激發光不是經準直透鏡準直，而是經匯聚透鏡220匯聚，以使得該激發光經第一透鏡250入射波長轉換裝置的光路與受激光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配。如圖2所示，光線91與光線93分別表示第一透鏡一位置的受激光光路與激發光光路，這兩條光線在第一透鏡的部分是重合的，即匹配的；同樣，光線92與光線94分別表示第一透鏡另一位置的受激光光路與激發光光路，這兩條光線在第一透鏡的部分也是重合的，即匹配的。

本實施例中，由于匯聚透鏡使得激發光經第一透鏡入射波長轉換裝置的光路與受激光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配，所以無需增大第一透鏡曲率，激發光就能經第一透鏡聚焦在波長轉換裝置上，從而避免了第一透鏡至第二透鏡間的距離需要加長的問題。

因此，本實施例將光引導件設置在第一透鏡與第二透鏡之間，使得第一激光器不用設置在第二透鏡的外圍，而可以設置在第二透鏡與第一透鏡之間，結構較為緊湊；同時第一透鏡至第二透鏡間的距離也不需要加長，真正地解決了現有技術中系統體積大的問題。并且，相較于本發明人最初考慮的直接將第一反射鏡設置在兩透鏡之間的方案（簡稱初始方案），本發明人進行了多次實驗對比，發現本實施例聚焦至波長轉換裝置的光斑大小比初始方案的光斑大小要小很多。

本實施例中，反射鏡230將來自匯聚透鏡的激光彎折至光引導件240。在其它實施例中，反射鏡230也可以省略，只要調整第一激光器210與匯聚透鏡220的擺放位置和角度，使得匯聚透鏡出射的激光直接入射光引導件240即可。

本實施例中，第二透鏡用于控制光引導件引導來的光實現準直。在其它實施例中，第二透鏡也可以用于控制光引導件引導來的光實現其它特定的光分布，例如聚焦、或者汽車車燈的光分布。汽車車燈的光分布在現有技術中具有確定的標準，此處不作贅述。

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，從而可以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；此時分光濾光片240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第二激光合為一束激光并入射至匯聚透鏡；并且，光引導件還用于將第一透鏡收集的第二激光的部分光沿第二光路引導至第二透鏡。例如，分光濾光片240針對第二激光器的激光優選具有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最終能經分光濾光片沿第二光路出射至第二透鏡。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

請參閱圖3，圖3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。如圖3所示，發光裝置300包括第一激光器310、匯聚透鏡320、反射鏡330、光引導件340、第一透鏡350、波長轉換裝置360、第二透鏡370。

本實施例與實施例一的區別之處主要在于：

（一）波長轉換裝置360用于將來自第一透鏡的激發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。本實施例中，波長轉換裝置包括黃色熒光粉，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。

（二）光引導件340包括反射鏡和該反射鏡周圍的空氣，該反射鏡用于將反射鏡330反射來的激發光沿第一光路反射至第一透鏡。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發光是反射的，并不表示對任何光都反射。光引導件340的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1/3，第一平面為垂直于第一透鏡350軸線的平面，可以使得激發光入射至第一透鏡的光學擴展量小于第一透鏡出射波長轉換裝置的出射光的光學擴展量的1/3。光引導件340的反射鏡周圍的空氣用于將第一透鏡350收集的波長轉換裝置360的出射光，即白光的大部分沿第二光路透射至第二透鏡370，使得發光裝置300出射準直的白光?？梢岳斫獾氖牵瓷溏R周圍的空氣也可以替換成其它透光介質。

（三）發光裝置300還包括散射元件380，用于對來自第一激光器的激發光進行散射。散射元件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，因此散射元件380可以設置在匯聚透鏡至波長轉換裝置的光路上的任一位置。因為散射元件必須放置在光束比較細的地方，否則光學擴展量會變大，而使得聚焦于波長轉換材料上的光斑會變大，因此，本實施例中，散射元件380設置在光引導件340將激發光引導至第一透鏡350的光路上。

同于實施例一，本實施例中，由于匯聚透鏡使得激發光經第一透鏡入射波長轉換裝置的光路與受激光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配，所以第一透鏡至第二透鏡間的距離無需加長，真正地解決了現有技術中系統體積大的問題。進一步地，本實施例利用入射激發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，來保證波長轉換裝置的大部分出射光可以從反射鏡周圍空氣出射的同時引入激發光。相對于實施例一，具有結構更為緊湊、體積更小的優點。

本實施例中，由于光路可逆，波長轉換裝置360的小部分出射光，包括受激光與未被轉換的激發光，會經第一透鏡350出射至光引導件340的反射鏡，倘若該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1/3，所以逃逸的這部分光能量比例比較小，這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，在其它實施例中，光引導件340的反射鏡可以為反射來自第一激光器的激發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至第二透鏡。但是，不論怎樣，波長轉換裝置出射的未被轉換的激發光都會被反射鏡反射而逃逸掉，因此光引導件340的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發光即可。

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一個實施例的結構示意圖。如圖4所示，發光裝置400包括第一激光器410、匯聚透鏡420、光引導件440、第一透鏡450、波長轉換裝置460、第二透鏡470。

本實施例與實施例二的區別之處主要在于：

本實施例中，光引導件440包括透光孔441和該透光孔周圍的反射鏡442，該透光孔441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1/3，第一平面為垂直于第一透鏡軸線的平面。透光孔441用于將來自第一激光器410的激發光沿第一光路透射至第一透鏡450，反射鏡442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至第二透鏡470。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發光是透射的，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460的小部分出射光，包括受激光與未被轉換的激發光，會經第一透鏡450出射至透光孔441，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。由于透光孔441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1/3，所以逃逸的這部分光能量比例比較小，這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，在其它實施例中，透光孔可以為透射來自第一激光器的激發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。但是，不論怎樣，波長轉換裝置出射的未被轉換的激發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的全部激發光即可。

同于實施例一，本實施例中，由于匯聚透鏡使得激發光經第一透鏡入射波長轉換裝置的光路與受激光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配，所以第一透鏡至第二透鏡間的距離無需加長，真正地解決了現有技術中系統體積大的問題。進一步地，本實施例利用入射激發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發光。相較于上述實施例中位于第一透鏡與第二透鏡之間的光引導件，本實施例中的光引導件可以位于第一透鏡與第二透鏡的側邊，更容易固定與安裝。

上述各實施例解決的技術問題是，當需要收集波長轉換裝置出射的大角度分布光時，發光裝置存在的體積大的問題?？梢岳斫獾氖?，本實用新型并不僅限于針對出射大角度分布光的波長轉換裝置，而同樣適用于出射大角度分布光的其他裝置，例如散射裝置。事實上，在實施例一中提到的出射第二激光的第二激光器，例如紅色激光器，波長轉換裝置針對該第二激光即相當于散射裝置。因此，上述各實施例中的波長轉換裝置可以替換成散射裝置，而此時，第一激光器出射的激光不需要是激發光。

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、匯聚透鏡、光引導件、第一透鏡、散射裝置和第二透鏡；第一激光器用于出射激光，光引導件用于將該激光沿第一光路引導至第一透鏡，第一透鏡用于將該激光聚焦至散射裝置；散射裝置用于將激光散射為散射光，并將其出射光，即該散射光反射至第一透鏡；第一透鏡還用于收集散射裝置的出射光至光引導件，光引導件還用于將第一透鏡收集的光的部分沿第二光路引導至第二透鏡，第二透鏡用于控制光引導件引導來的光實現特定的光分布；并且，第一激光器出射的激光經匯聚透鏡匯聚至光引導件，以使得該激光經第一透鏡入射散射裝置的光路與散射光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配。

本實用新型實施例中，由于匯聚透鏡使得激發光經第一透鏡入射至散射裝置的光路與散射光經第一透鏡同一位置出射的光路匹配，所以無需增大第一透鏡曲率，激發光就能經第一透鏡聚焦在散射裝置上，從而避免了第一透鏡至第二透鏡間的距離需要加長的問題。因此，本實施例將光引導件設置在第一透鏡與第二透鏡之間，使得第一激光器不用設置在第二透鏡的外圍，而可以設置在第二透鏡與第一透鏡之間，結構較為緊湊；同時第一透鏡至第二透鏡間的距離也不需要加長，真正地解決了現有技術中系統體積大的問題。并且，相較于本發明人最初考慮的直接將第一反射鏡設置在兩透鏡之間的方案（簡稱初始方案），本發明人進行了多次實驗對比，發現本實施例聚焦至散射裝置的光斑大小比初始方案的光斑大小要小很多。

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，詳細說明請參照上述各實施例，此處只簡單列舉幾點：

光引導件可以是如實施例一中的分光濾光片，該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。例如，分光濾光片可以用于將來自第一激光器的激光的部分光沿第一光路反射至第一透鏡，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透射至第二透鏡。

光引導件也可以如實施例二和實施例三中那樣分區。例如，光引導件可以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1/3，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至第二透鏡?；蛘?，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1/3，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至第二透鏡。

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第二激光合為一束激光并入射至匯聚透鏡；光引導件還用于將第一透鏡收集的第二激光的部分沿第二光路引導至第二透鏡。第二激光器優選為紅色激光器、綠色激光器或紅外激光器。

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。