專利名稱：具有熒光體元件的光源單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光源單元，包括發(fā)射泵浦光的泵浦光源和把泵浦光轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光的熒光體元件。
背景技術(shù)：
從投影系統(tǒng)和高速工業(yè)檢測(cè)到外殼內(nèi)窺鏡的光纖耦合照明應(yīng)用，對(duì)于高發(fā)光度光源有不斷增長的需求。其中，光亮放電燈是目前廣泛使用的工藝。目前發(fā)展的方向是固態(tài)光源的組合，尤其是發(fā)光二極管(LED)和光轉(zhuǎn)換熒光體元件。其中，常見的基于固態(tài)的藍(lán)色或紫外線光通過穿過熒光體元件而轉(zhuǎn)換成能量少波長長的光。本發(fā)明要解決的問題是提供具有泵浦光源和熒光體元件的改進(jìn)光源單元。

發(fā)明內(nèi)容
通過除了具有泵浦光源和熒光體元件還包括傳輸至少一部分轉(zhuǎn)換光以備進(jìn)一步使用的光學(xué)系統(tǒng)的光源單元解決了上述問題，其中，至少一部分泵浦光與該光學(xué)系統(tǒng)耦合并通過光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)綗晒怏w元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，一方面，此光學(xué)系統(tǒng)用來傳輸轉(zhuǎn)換光以備進(jìn)一步使用，比如通過橋接熒光體元件之間的空間距離并調(diào)整光束的橫截面或其角度范圍。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)還用于把泵浦光傳輸?shù)綗晒怏w元件，因此，有利的是，其具有雙重功能。此功能集成可縮小光源單元所需的空間，這樣，比如可簡化生產(chǎn)過程中光源單元的操作，還可以降低運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本。此外，對(duì)于最終產(chǎn)品來說，比如消費(fèi)者用作投影系統(tǒng)，尤其期望能夠縮小尺寸。如上所述，光學(xué)系統(tǒng)具有以備進(jìn)一步使用的多種功能。可以是成像光學(xué)系統(tǒng)，包括成像光學(xué)元件，比如透鏡，但是，光學(xué)系統(tǒng)還可以包括非成像光學(xué)元件，比如復(fù)合聚光鏡或光導(dǎo)。熒光體元件通過吸收泵浦光和發(fā)射低能量波長長的光來轉(zhuǎn)換泵浦光，其中，主要采用自發(fā)發(fā)射，而不是受激發(fā)射?？梢哉f明而非限制本發(fā)明的熒光體類型有Ce或Eu摻雜的釔鋁石榴石(YAG)。優(yōu)選地，光學(xué)系統(tǒng)把轉(zhuǎn)換光從熒光體元件傳輸?shù)焦庠磫卧某錾淇?，出射孔比如可以用作投影設(shè)備的成像器或光纖的輸入。其中，根據(jù)一實(shí)施例，光學(xué)系統(tǒng)能把一部分或整個(gè)熒光體元件的圖像傳輸?shù)匠錾淇?，或者，根?jù)另一實(shí)施例，光學(xué)系統(tǒng)能把另外一個(gè)收集熒光體元件光的非成像光學(xué)元件的表面圖像傳輸?shù)匠錾淇?。從從屬?quán)利要求和下面的描述可得知優(yōu)選實(shí)施例，其中，詳細(xì)信息涉及本發(fā)明的所有方面，并且表示單獨(dú)公開。此外，本發(fā)明并不限于裝置類，還可以根據(jù)應(yīng)用本申請(qǐng)公開的特征的方法或各個(gè)光源單元或照明系統(tǒng)的使用公開。根據(jù)第一實(shí)施例,光源單元的光學(xué)系統(tǒng)為至少一側(cè)是遠(yuǎn)心的(telecentric)。優(yōu)選的，兩側(cè)都遠(yuǎn)心，一個(gè)物體側(cè)和一個(gè)成像側(cè)。這樣，可確保相對(duì)光軸對(duì)稱的光束的高傳輸效率，這樣，可優(yōu)化轉(zhuǎn)換光或泵浦光的傳輸。更優(yōu)選的是，遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)包括兩個(gè)透鏡和透鏡之間的孔平面，其中，泵浦光在透鏡之間的區(qū)域(稱為孔區(qū)域)耦合到光學(xué)系統(tǒng)。透鏡可以是單透鏡元件，即，單獨(dú)的透鏡，或包括兩個(gè)或多個(gè)透鏡元件的透鏡系統(tǒng)。因?yàn)楸闷止飧鶕?jù)其角度范圍可優(yōu)選均勻化從而使得熒光體元件的照明均勻，因此把泵浦光耦合到孔區(qū)域是有利的。這樣,在孔徑闌(aperture stop)或隔膜的情況下,從物理角度來說,此孔平面不必限制光束的橫截面，但是其是遠(yuǎn)光光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)區(qū)域，物體的平行光在此區(qū)域聚焦，并且物點(diǎn)發(fā)出的光在此準(zhǔn)直。另一優(yōu)選實(shí)施例涉及具有光學(xué)系統(tǒng)的光源單元，光學(xué)系統(tǒng)具有孔平面并且與孔平面平行。在本發(fā)明的背景下，與光的主傳播方向尤其是其孔平面垂直的區(qū)域內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)的橫截面比熒光體區(qū)域大，優(yōu)選地，比熒光體元件在同一區(qū)域的投影大，以使采集的光量最大。由于守恒定律，孔平面內(nèi)或孔區(qū)域內(nèi)光的角度范圍(下面稱為孔角)比其在熒光體元件·的原始發(fā)射角小得多。泵浦光耦合到孔區(qū)域內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)是有利的，因?yàn)榭讌^(qū)域內(nèi)的任何陰影不會(huì)切割圖像的具體部分，而是均勻降低出射孔內(nèi)的亮度。因此，結(jié)合另一優(yōu)選實(shí)施例，泵浦光耦合到光學(xué)系統(tǒng)的孔區(qū)域是非常有利的，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，光學(xué)系統(tǒng)包括反射鏡，其中，泵浦光耦合到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的反射鏡。優(yōu)選地，反射鏡設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)的孔區(qū)域內(nèi)并通過一部分光學(xué)系統(tǒng)朝熒光體元件反射至少一部分泵浦光。在這樣的情況下，甚至可在透鏡間設(shè)置除了泵浦光還反射轉(zhuǎn)換光的反射鏡，因?yàn)樽銐蛐〉姆瓷溏R只能降低比如傳輸?shù)匠錾淇椎挠晒鈱W(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換光的亮度。此外，還可通過二向色反射鏡把泵浦光耦合到光學(xué)系統(tǒng)，二向色反射比如反射泵浦光并傳輸轉(zhuǎn)換光。有利的是，在孔區(qū)域內(nèi)設(shè)置二向色反射鏡，因?yàn)樯鲜隹捉嵌葹檗D(zhuǎn)換光角度方位的最小值。此外，二向色反射鏡的性能取決于入射角，這樣，孔區(qū)域內(nèi)小角度范圍的入射角可獲得好的性能。這樣，一優(yōu)選實(shí)施例涉及通過二向色反射鏡的耦合，二向色反射鏡比如可以是具有層體系的干涉鏡。在一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及使用成像光學(xué)系統(tǒng)直接采集轉(zhuǎn)換光，從而比如把熒光體成像到光源單元的出射孔。根據(jù)本發(fā)明一不同實(shí)施例，在突光體兀件和光學(xué)系統(tǒng)之間設(shè)置非成像光學(xué)兀件，這樣，作為成像系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選把非成像光學(xué)元件的出射面成像到光源單元的出射孔。設(shè)置有采集熒光體元件的光并把采集的光傳輸?shù)焦鈱W(xué)系統(tǒng)的非成像光學(xué)元件。比如，可設(shè)計(jì)成內(nèi)表面具有反射涂層的空心光管或介質(zhì)光導(dǎo)，從而通過折射率比鍍層或周圍介質(zhì)(比如空氣)高的內(nèi)芯內(nèi)的全內(nèi)反射導(dǎo)光。優(yōu)選地，相對(duì)光的傳播方向，光管或光導(dǎo)的形狀可以是拉長的，還可在于該傳輸方向垂直的區(qū)域內(nèi)具有圓形或矩形的橫截面。此外，光導(dǎo)或光管可以是漏斗狀的，入射面位于熒光體元件的位置處，出射面比入射面大并通過光學(xué)系統(tǒng)成像到比如其出射孔。漏斗狀和矩形橫截面的組合在包括主傳輸方向的區(qū)域內(nèi)形成梯形橫截面。與只設(shè)置成像光學(xué)系統(tǒng)相t匕，通過額外使用非成像光學(xué)元件可提高熒光體元件光的采集，因?yàn)榻邮战墙咏?0°的成像系統(tǒng)(熒光體為朗伯發(fā)射體)很難實(shí)現(xiàn)或效率非常低。在這種情況下，更優(yōu)選地，在介質(zhì)非成像光學(xué)元件的入射角和熒光體元件之間設(shè)置有氣隙。從折射率大約為I的空氣過渡到折射率大約為I優(yōu)選大于I. 4的二向色非成像光學(xué)元件(比如玻璃材料)使轉(zhuǎn)換光朝入射面上的法線折射，從而朝光管或光導(dǎo)內(nèi)的主傳播方向折射。因此，通過非成像光學(xué)元件能更有效地采集光。設(shè)置非成像光學(xué)元件更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@樣啟用完全對(duì)稱的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)把非成像元件出射面的圖像傳輸?shù)焦庠磫卧某錾淇?，并且大小不變。這樣，可避免像差，比如扭曲和橫向顏色，從而確保光的高效傳輸。優(yōu)選地，泵浦光沿主傳播方向入射到熒光體元件上，并且主傳播方向與轉(zhuǎn)換光的主轉(zhuǎn)播方向相反。這樣，突光體兀件以反射模式工作，其中，與180°偏離+/-45°也被認(rèn)為是“相反方向”。其中，比如在發(fā)散或匯聚光束的情況下，主傳播方向可以是傳播的平均(mean)或中值(average)方向(這涉及全部公開的內(nèi)容)。
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因此，根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，熒光體元件可設(shè)置在對(duì)于泵浦光來說不是半透明(translucent)的熱沉上。熱沉把比如在轉(zhuǎn)換過程中由于斯托克司頻移在熒光體中產(chǎn)生的熱排出。因此，熱沉優(yōu)選采用導(dǎo)熱性很好的材料，比如金屬(銅、鋁或其合金)。此外，熱沉優(yōu)選具有較大的表面把熱量傳輸?shù)街車慕橘|(zhì)(比如空氣)，因此，還可設(shè)置散熱片。這樣，以反射模式運(yùn)行熒光體元件可使用筆直式熱沉設(shè)計(jì)。本發(fā)明的另一方面涉及泵浦光的耦合，通過具有光軸和孔角的光學(xué)系統(tǒng)，泵浦光優(yōu)選耦合到光軸，這樣，耦合后，其與光軸的最大角小于或等于系統(tǒng)的孔角，光角的光學(xué)設(shè)計(jì)取決于其中的值，與光軸的最大角為泵浦光束的角度范圍。結(jié)合泵浦光束的橫截面，其中，泵浦光束的橫截面優(yōu)選小于或等于與主傳播方向垂直的區(qū)域內(nèi)孔區(qū)域的橫截面，光束角度范圍小于或等于光學(xué)系統(tǒng)孔角比如可確保只有熒光體位置受激，這樣，轉(zhuǎn)換光能夠通過光學(xué)系統(tǒng)傳輸。不利的是，通過上述反射鏡把比如受激輻射式光放大器的高準(zhǔn)直泵浦光反射到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)會(huì)在熒光體元件或非成像光學(xué)元件的入射面(轉(zhuǎn)換光的出射面)上形成密集的泵浦光點(diǎn)。因此，優(yōu)選在保持生成的角度范圍小于光學(xué)系統(tǒng)的孔角的同時(shí)稍微散焦任何高準(zhǔn)直泵浦光。在熒光體元件和光學(xué)系統(tǒng)之間存在非成像光學(xué)元件的情況下，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，有利的是，讓進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的孔區(qū)域的泵浦光稍微分散。這樣，焦點(diǎn)從熒光體元件或入射面朝內(nèi)部區(qū)域移動(dòng)。并且，在非成像光學(xué)元件內(nèi)的混合泵浦光變得非常有效率，從而使熒光體元件上的泵浦光分布均勻。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)換光具有第一光譜分布，并且還提供發(fā)射具有第二光譜分布的額外光的額外光源，其中，額外光耦合到光學(xué)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)換光疊加。第二光譜分布比如可通過增加單獨(dú)的線甚至是光譜范圍來補(bǔ)充第一光譜分布。這樣，如果輸入了光譜最小值，產(chǎn)生的光譜比如分布更均勻，或者，如果增加了光譜區(qū)域，分布更廣。這樣，轉(zhuǎn)換光可適合應(yīng)用的具體要求。本發(fā)明一實(shí)施例提供了發(fā)光二極管(LED)或受激輻射式光放大器(LASER)設(shè)備作為泵浦光源。泵浦光源還可以是獨(dú)立LASER或LED器件陣列，從而各自提供所需量的泵浦光功率。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)具有孔平面，其中設(shè)置有掩膜。這些權(quán)利要求12另外說明的特征被認(rèn)為是獨(dú)立于權(quán)利要求I的發(fā)明并應(yīng)以這種方式公開。當(dāng)然，本申請(qǐng)中權(quán)利要求12和其他公開的特征的任意組合也是可能的。S卩，光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選包括限定孔平面的透鏡(透鏡元件或透鏡系統(tǒng))，孔平面到透鏡有一定距離(孔距離)。在這種情況下，不用在孔平面中設(shè)置掩膜，但是可設(shè)置在孔距離內(nèi)(沿著光軸的兩個(gè)方向上)。掩膜比如可以是圖形光學(xué)擋板(遮光板)并優(yōu)選覆蓋孔平面的內(nèi)側(cè)部分。在該實(shí)施例中，泵浦光比如可耦合到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，并通過在孔區(qū)域內(nèi)遮光板區(qū)域外的單個(gè)小反射鏡或多個(gè)小反射鏡朝熒光體元件傳輸。這樣，熒光體元件傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換光照亮掩膜或遮光板，其中，光學(xué)系統(tǒng)的二級(jí)部分(secondary part)則用作投影透鏡。本發(fā)明的另一方面涉及照明系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)如上所述的光源單元和至少部分反射轉(zhuǎn)換光的反射鏡，其中，通過反光鏡元件疊加轉(zhuǎn)換光。這樣，可疊加光譜屬性相同的轉(zhuǎn)換光從而增加發(fā)光度。同理，也可疊加光譜分布不同的轉(zhuǎn)換光從而補(bǔ)充產(chǎn)生的光譜。 還可疊加比如在紅、綠、藍(lán)三種光譜范圍內(nèi)發(fā)射的三種不同熒光體類型的光，其中，控制和反饋控制各個(gè)光源能調(diào)整產(chǎn)生的顏色。其中，可通過泵浦光控制光源，比如，通過控制電源或光學(xué)切換元件來按時(shí)序運(yùn)行光源單元。此外，上述二向色反射鏡可以是具有內(nèi)反射面的光管(光管X )或具有內(nèi)反射面的棱鏡。對(duì)于疊加比如幾何屬性相同的各個(gè)光源單元的轉(zhuǎn)換光來說，有利的是，設(shè)計(jì)這種光學(xué)系統(tǒng)以使各個(gè)孔區(qū)域的大小足夠放置兩個(gè)二向色反射鏡。這樣，一個(gè)反射鏡可用于把泵浦光耦合到各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，另一個(gè)反射鏡可用于組合不同的轉(zhuǎn)換光束。因此，比如設(shè)置在孔平面和出射孔之間的光學(xué)系統(tǒng)的二級(jí)部分優(yōu)選可只設(shè)置一次，并把組合光束傳輸?shù)秸彰飨到y(tǒng)的出射孔。因此，本發(fā)明還涉及照明系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)光源單元或一個(gè)上述具有光學(xué)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，此光學(xué)系統(tǒng)的光源單元為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)共用一個(gè)可以是單個(gè)透鏡元件或透鏡系統(tǒng)的透鏡，然后透鏡把光傳輸?shù)奖热缯彰飨到y(tǒng)的出射孔。當(dāng)然，三個(gè)包括三種不同熒光體類型的光源單元同樣也可以共用光學(xué)系統(tǒng)的二級(jí)部分，這樣，上述顏色混合是可能的。本發(fā)明還涉及光源單元、照明系統(tǒng)或在光纖照明中同時(shí)應(yīng)用兩者，比如在內(nèi)窺鏡檢查的應(yīng)用或在投影系統(tǒng)中的應(yīng)用。


圖I為作為第一實(shí)施例具有遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)和二向色反射鏡的光源單元示意圖。圖2為作為第二實(shí)施例具有遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)和小型傳統(tǒng)反射鏡的光源單元示意圖。圖3為作為第三實(shí)施例通過激光泵浦的光源單元示意圖。圖4為作為第四實(shí)施例三個(gè)光源單元的組合示意圖。圖5為作為第五實(shí)施例成像熒光體元件的成像光學(xué)系統(tǒng)示意圖。圖6為作為第六實(shí)施例成像光學(xué)系統(tǒng)和掩膜(遮光板gobo)的組合不意圖。
具體實(shí)施方式
圖I示出了根據(jù)本發(fā)明具有發(fā)射泵浦光2的泵浦光源I的光源單元。泵浦光2被傳導(dǎo)到熒光體元件3以轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光4，其中，轉(zhuǎn)換光4通過光學(xué)系統(tǒng)6傳輸以備進(jìn)一步使用。光學(xué)系統(tǒng)6是由第一透鏡系統(tǒng)7和第二透鏡系統(tǒng)8組成的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng),這樣,分別從物體平面內(nèi)一個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生的光線9被準(zhǔn)直在透鏡系統(tǒng)7/8之間的光學(xué)系統(tǒng)6的孔區(qū)域11內(nèi)。然后，物體平面成像到第二透鏡系統(tǒng)8后面的出口孔5。這樣，遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)6對(duì)非成像光學(xué)元件13的出射面12即上述物體平面進(jìn)行成像，非成像光學(xué)元件13采集熒光體元件3的轉(zhuǎn)換光并通過在其側(cè)壁14上的全內(nèi)反射將轉(zhuǎn)換光傳輸?shù)竭h(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)6。其中,在非成像光學(xué)兀件13的入射面15和突光體兀件3之間設(shè)置氣隙，這樣，從空氣過渡到非成像光學(xué)元件13的玻璃材料使轉(zhuǎn)換光4朝光軸10折射。根據(jù)本發(fā)明，泵浦光2通過設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的二向色反射鏡16耦合到光學(xué)系統(tǒng)6，并通過光學(xué)系統(tǒng)6，即，透鏡系統(tǒng)7，和非成像光學(xué)元件13傳輸?shù)綗晒怏w元件3 (圖中未示出)。二向色反射鏡16被設(shè)計(jì)用于反射泵浦光2并同時(shí)傳輸轉(zhuǎn)換光4。因此，設(shè)置了具有多 層介電材料的系統(tǒng)，同樣，由于干擾效應(yīng)，該系統(tǒng)具有依賴于波長的反射率和透射率，干擾效應(yīng)取決于層之間的距離和層各自的折射率。既然二向色反射鏡16的選擇性與入射角有關(guān)，當(dāng)這里光束的角度范圍，即光線的發(fā)散度最小時(shí)，入射角可通過在孔區(qū)域11中設(shè)置二向色反射鏡16來減少意外反射/傳輸所帶來的損失從而改變層之間的”有效”距離。泵浦光2沿主傳播方向17 (與左側(cè)成軸向)入射到熒光體元件3，熒光體元件將轉(zhuǎn)換光發(fā)射到半球內(nèi)(向右側(cè))，這樣，其平均值可以提供轉(zhuǎn)換光4的一個(gè)主傳播方向18，轉(zhuǎn)換光4的主傳播方向18與泵浦光2的主傳播方向17相反。這樣，熒光體元件3以反射模式工作。因此，其可設(shè)置在熱沉19上，并通過從熒光體元件傳遞熱量來優(yōu)化。圖2為圖I的修改，其中，具有相同功能的部件用相同的數(shù)字表示(下同)。在該實(shí)施例中，泵浦光2通過傳統(tǒng)反射鏡21稱合到光學(xué)系統(tǒng)6,傳統(tǒng)反射鏡21反射泵浦光2以及轉(zhuǎn)換光4。然而，因?yàn)榉瓷溏R21的尺寸相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)6的孔區(qū)域或孔平面的橫截面來說較小，即，其在與光軸10垂直的平面內(nèi)的投影，所以轉(zhuǎn)換光5的損失不大。因此，反射鏡21部分遮擋轉(zhuǎn)換光4使出射孔5的轉(zhuǎn)換光4的亮度稍微降低，但并不切割圖像的具體部分。如圖I所述，圖3所示實(shí)施例包括由透鏡系統(tǒng)7/8和非成像光學(xué)元件13組成的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。此外，這里的泵浦光源I為單激光裝置31，同理，可在該裝置設(shè)置激光陣列。激光束32通過透鏡系統(tǒng)33散焦，這樣，在小擴(kuò)散角度范圍耦合到光學(xué)系統(tǒng)6。這樣，因?yàn)榧す馐?2的角度范圍小于光學(xué)系統(tǒng)6的孔角,所以光束32的橫截面小于孔5的圖像34。因此，透鏡8的焦點(diǎn)35從非成像光學(xué)元件13的入射面12 (與轉(zhuǎn)換光的出射面12相同)移動(dòng)到非成像光學(xué)元件13。焦點(diǎn)35從入射面12移動(dòng)防止其上面形成熱點(diǎn)，這樣，可避免表面上的殘余(residuals)的燃燒。另外,泵浦光在非成像元件13內(nèi)更有效地混合并均勻地照亮熒光體元件。另外，設(shè)置額外的光源36，其發(fā)射光譜分布與轉(zhuǎn)換光4的光譜分布不同的光37。如圖2所示，為了清晰起見，轉(zhuǎn)換光4在圖中未示出，但從左到右傳播。其中，轉(zhuǎn)換光4穿過第二二向色反射鏡38，第二二向色反射鏡38可投射轉(zhuǎn)換光4并反射額外的光37。這樣，額外的光37通過二向色反射鏡38與轉(zhuǎn)換光4疊加并通過透鏡系統(tǒng)8從光學(xué)系統(tǒng)6射出。圖4示出了具有三個(gè)泵浦光源la/lb/lc的設(shè)置，每個(gè)泵浦光源分別向熒光體元件3a/3b/3c提供泵浦光2a/2b/2c。其中，熒光體元件3a/3b/3c設(shè)計(jì)用于在紅(c )、綠(b )、藍(lán)(a)光譜范圍內(nèi)發(fā)射轉(zhuǎn)換光4a/4b/4c,這樣,通過疊加轉(zhuǎn)換光4a/4b/4c可以分別實(shí)現(xiàn)提供白光和混合顏色的可能性。其中，第一二向色反射鏡16a適于反射紫外泵浦光2a (泵浦藍(lán)色熒光體)和傳輸藍(lán)色轉(zhuǎn)換光4a。藍(lán)色轉(zhuǎn)換光4a再通過另一個(gè)二向色反射鏡16c反射到透鏡系統(tǒng)8,透鏡系統(tǒng)8也采集其他轉(zhuǎn)換光束4b/4c。二向色反射鏡16c還把泵浦光2c (泵浦紅色熒光體)反射到第三二向色反射鏡16b，第三二向色反射鏡16b可反射泵浦光2c以及紅色轉(zhuǎn)換光4c。因此，泵浦光2被傳導(dǎo)至紅色熒光體元件3c，然后，通過二向色反射鏡16b反射紅色轉(zhuǎn)換光4c。然后，通過二向色反射鏡16c傳輸并通過透鏡系統(tǒng)8采集。此外，二向色反射鏡16b反射泵浦光2b (泵浦綠色熒光體)并傳輸綠色轉(zhuǎn)換光3b。綠色轉(zhuǎn)換光3b在二向色反射鏡16b與紅色轉(zhuǎn)換光4c疊加,然后，因?yàn)槎蛏瓷溏R16c可傳輸紅色和綠色轉(zhuǎn)換光3b/4c，所以三種顏色在二向色反射鏡16c疊加并同時(shí)傳輸?shù)浇M合光源單元的出射孔5。圖5示出了成像光學(xué)元件，其為光學(xué)系統(tǒng)6的“左邊”/主要部分，用于采集熒光體元件3的光。因此，設(shè)置了由兩個(gè)透鏡元件52/53組成的透鏡系統(tǒng)7。通過這樣的設(shè)置，熒光體元件表面上各個(gè)點(diǎn)的光遍布在整個(gè)孔平面54上。該設(shè)置對(duì)應(yīng)于圖I和2的設(shè)置，而且在光學(xué)系統(tǒng)6和熒光體元件3之間沒有設(shè)置非成像光學(xué)元件13?！D6示出了掩膜61和透鏡系統(tǒng)51的組合。掩膜61為置于透鏡系統(tǒng)51的孔平面54內(nèi)的遮光板(gobo圖形光學(xué)擋板)，這樣，通過轉(zhuǎn)換光4照明。通過該實(shí)施例，泵浦光2在遮光板區(qū)域外的外周部內(nèi)耦合到光學(xué)系統(tǒng)6，這樣，基本繞過遮光板61并不被其圖案擋住。泵浦光2的邊緣耦合可以如圖2所示。此外，可提供投影透鏡(未示出)以將遮光板成像到屏幕。
權(quán)利要求
1.一種光源單兀，包括 發(fā)射泵浦光(2)的泵浦光源(I)， 把所述泵浦光(2 )轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換光(4 )的熒光體元件(3 )， 傳輸至少一部分所述轉(zhuǎn)換光(4)以備進(jìn)一步使用的光學(xué)系統(tǒng)(6)，其中，至少一部分所述泵浦光(2 )耦合到所述光學(xué)系統(tǒng)(6 )并通過所述光學(xué)系統(tǒng)(6 )傳輸?shù)剿鰺晒怏w元件(3 )進(jìn)行所述轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源單元，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)(6)至少一側(cè)為遠(yuǎn)心的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源單元，其中，所述遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(6)包括兩個(gè)透鏡(7，8)和所述透鏡(7，8)之間的孔平面(5)，其中，所述泵浦光(2)耦合到所述透鏡(7，8)之間的所述光學(xué)系統(tǒng)(6)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)(6)具有孔平面(5)并相對(duì)于所述孔平面(5)對(duì)稱。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)(6)包括反射鏡(16，21)，優(yōu)選二向色反射鏡，并且所述泵浦光(2)耦合到所述光學(xué)系統(tǒng)(6)內(nèi)的所述反射鏡(16，21)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)(6)是成像光學(xué)系統(tǒng)(6)，在所述熒光體元件(3)和所述成像光學(xué)系統(tǒng)(6)之間設(shè)置非成像光學(xué)元件(13)以采集所述轉(zhuǎn)換光(4)，所述成像光學(xué)系統(tǒng)(6)成像所述非成像光學(xué)元件(13)的出射面(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光源單元，所述非成像光學(xué)元件(13)由半透明電介質(zhì)設(shè)計(jì)而成，在所述非成像光學(xué)元件(13)的入射面(15)和所述熒光體元件(3)之間設(shè)置氣隙。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，所述泵浦光(2)沿主傳播方向(17)入射到所述熒光體元件(3)上，在所述熒光體元件(3)處的所述轉(zhuǎn)換光(4)具有主傳播方向(18)，其中，所述兩個(gè)傳播方向(17，18)相反。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，其中，所述熒光體元件(3)設(shè)置在對(duì)于所述泵浦光(2 )不是半透明的熱沉(19 )上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，所述光學(xué)系統(tǒng)(6)具有光軸和孔角，其中，所述泵浦光(2)在耦合后具有與所述光軸(10)的最大角，該最大角小于所述光學(xué)系統(tǒng)(6)的所述孔角。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，所述轉(zhuǎn)換光(4)具有第一光譜分布，其中，設(shè)置用于發(fā)射具有與第一光譜分布不同的第二光譜分布的額外光(37)的額外光源(36)，所述額外光(37)耦合到所述光學(xué)系統(tǒng)(6)以用所述轉(zhuǎn)換光(4)疊加所述額外光(37)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元，所述光學(xué)系統(tǒng)(6，51)具有孔平面(5),其中,在所述光學(xué)系統(tǒng)(6, 51)的孔平面(5)內(nèi)設(shè)置有掩膜(61)。
13.一種照明系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光源單元和至少部分反射轉(zhuǎn)換光(4a, 4b, 4c)的反射鏡元件(16a, 16b, 16c),其中，通過所述反射鏡元件(16a, 16b, 16c)疊加轉(zhuǎn)換光(4a, 4b, 4c)。
14.一種照明系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I到12其中一項(xiàng)所述的光源單元或根據(jù)權(quán)利要求13所述照明系統(tǒng)，其中，所述光源單元的所述光學(xué)系統(tǒng)(6a，6b，6c)是遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(6a, 6b, 6c),每個(gè)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(6a, 6b, 6c)具有兩個(gè)透鏡(7a, 7b, 7c, 8a, 8b, 8c),所述遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(6a,6b,6c)共用一個(gè)透鏡(8a,8b,8c)。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求I到12其中一項(xiàng)所述的光源單元的用途或根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的照明系統(tǒng)的用途，用于光纖照明或在投影系統(tǒng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光源單元，包括發(fā)射泵浦光(2)的泵浦光源(1)、轉(zhuǎn)換泵浦光(2)的熒光體元件(3)和將轉(zhuǎn)換光(4)傳輸?shù)嚼缬米魍队跋到y(tǒng)的成像儀的出射孔(5)以備進(jìn)一步使用的光學(xué)系統(tǒng)(6)。其中，泵浦光(2)耦合到光學(xué)系統(tǒng)(6)并通過光學(xué)系統(tǒng)(6)傳輸?shù)綗晒怏w元件(3)。
文檔編號(hào)H05B33/12GK102971581SQ201080067693
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者亨寧·倫恩, 馬蒂亞斯·莫爾克, 尼科·摩根布羅德 申請(qǐng)人:歐司朗有限公司