一種新型雷射與LED混色光源系統的製作方法

2023-07-06 20:26:56

本發明涉及舞檯燈光燈具技術領域，尤其涉及半導體光源和LED光源光學整形裝置。

背景技術：

很長一段時間以來，舞檯燈光燈具都是採用高強度氣體放電泡作為光源，它有著明顯的缺陷，近年來，隨著光源技術的發展，因為LED有著更高的使用壽命，更有利的環保性和更好的節能效果，所以世人都寄望用LED來取代高強度氣體放電泡。但LED光源，由於其發光面積大、單位面積的光功率低，所以其實際使用的光效較低，為了提高其光源利用率，只能減小後續光學成像系統的F數，但由此又增加了後續光學成像系統的設計難度和複雜性，使成本也大幅上升，使得LED無法真正取代高強度氣體放電泡在舞檯燈光燈具中的應用。

目前舞檯燈光的燈具的光源系統，是採用燈泡(高強度氣體放電泡)或LED作為光源。其高強度氣體放電泡的缺陷為：

1、高強度氣體放電泡的極距較長(6毫米左右)，導致光源體積大，整體笨重。

2、近年來高強度氣體放電泡的極距較短(1-2毫米)，導致光源與光學成像系統的匹配性差，影響燈具的整體成像質量和燈具出射光通量的分布(即均勻性)；且極距較短的氣體放電泡還導致散熱系統難以設計，其散熱系統難以設計，則會導致光通量的提高很困難以及導致光衰迅速，使用壽命過短，大大提高使用成本。

3、顯示色彩不豐富，色域窄，顏色呆板。

4、色溫不可調節，通用性差。

5、含有汞等有害物質，頻繁更換導致破壞環境。

LED的缺陷：

1、顯示色彩不豐富，色域窄，顏色呆板。

2、發光面積大、單位面積的光功率低，所以其實際使用的光效較低。

3、如果提高其光源利用率，只能減小後續光學成像系統的F數，但由此又增加了後續光學成像系統的設計難度和複雜性，使成本也大幅上升。

4、色溫不可調節，通用性差。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種新型雷射與LED混色光源系統，該系統光效高、色域廣、使用壽命長、可調節色溫、環保、與光學成像系統匹配性好的光源系統。

本發明的目的通過以下的技術方案來實現：

一種新型雷射與LED混色光源系統，包括：

第一光源、第一透射系統、分光系統、第二透射系統、螢光色輪、第二光源、第三透射系統和第四透射系統；所述

第一光源，發出入射藍色雷射，藍色雷射經第一透射系統會聚到分光系統上；

第一透射系統，用於將第一光源發出的大口徑藍色雷射光束整形壓縮為小口徑雷射光束，並保持大口徑雷射光束平行性；

分光系統，將小口徑平行雷射光束反射得到反射雷射光束，並保持光束口徑及平行性；

第二透射系統，用於將反射雷射光束整形壓縮為更小口徑的雷射光束，且改變反射雷射光束平行性，會聚到所述螢光色輪上；

螢光色輪，通過接收到的雷射光束激發自身的螢光粉，使螢光粉發出紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光；

紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光通過所述第二透射系統進行整形壓縮，形成準直光束，併到達分光系統，通過分光系統出射得到準直的第一光束；

第二光源，發出入射藍色可見光，藍色可見光經第三透射系統會聚到分光系統上；

第三透射系統，用於將第二光源發出的可見光光束整形壓縮為準直光束，並會聚到達分光系統；

分光系統反射會聚後的準直光束，出射得到準直的第二光束；

將準直的第一光束和準直的第二光束合成為準直的第三光束；

第四透射系統，將準直的第三光束整形壓縮，會聚到舞檯燈具上的光閥上。

與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點：

1、本發明因同時採用雷射和LED光源，且雷射光源採用多組雷射器，每組雷射器電功率至少100瓦，從而能顯著提升光效和亮度，克服了LED在舞檯燈光燈具中有效利用的光效率低、亮度難以提高的缺陷。

2、設計精巧、結構簡潔、各系統之間銜接合理，從而有效地提高了光能利用率。

3、不同於傳統高強度氣體放電泡難以設計散熱系統從而令其光衰很快和頻繁更換，雷射光源的散熱系統設計簡易、加工成熟，從而令雷射光源光衰緩慢，輸出穩定。

4、採用雷射光源，其中一個優勢在於光衰緩慢和輸出穩定，這就決定了雷射光源具有比傳統高強度氣體放電泡更長的使用周期和更低廉的使用成本。

5、採用雷射作為光源，其顯示的顏色包含人眼能分辨顏色的百分之九十，因此能顯示出更豐富的顏色，帶來更寬的色域。

6、通過調節螢光色輪上螢光粉的比例和空間排列，能自如地調節燈具的色溫，使燈具能在不同領域使用，增加其通用性。

7、不同於傳統高強度氣體放電泡含有汞等有害物質，完全無有害物質排放，符合國際環保意識和要求。

8、設計巧妙，各系統獨立性高，因此只需更換某部分系統，便能適用於後續多種光學成像系統的設計，具有良好的成像系統匹配性。

附圖說明

圖1是新型雷射與LED混色光源系統結構示意圖；

圖2是第一光源中雷射器的排列結構圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。

如圖1所示，為新型雷射與LED混色光源系統結構，包括：第一光源1、第一透射系統3、分光系統5、第二透射系統7、螢光色輪8、第二光源13、第三透射系統15和第四透射系統18；所述

第一光源，發出入射藍色雷射，藍色雷射經第一透射系統會聚到分光系統上；

第一透射系統，用於將第一光源發出的大口徑藍色雷射光束整形壓縮為小口徑雷射光束，並保持大口徑雷射光束平行性；

分光系統，將小口徑平行雷射光束反射得到反射雷射光束，並保持光束口徑及平行性；

第二透射系統，用於將反射雷射光束整形壓縮為更小口徑的雷射光束，且改變反射雷射光束平行性，會聚到所述螢光色輪上；

螢光色輪，通過接收到的雷射光束激發自身的螢光粉，使螢光粉發出紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光；

紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光通過所述第二透射系統進行整形壓縮，形成準直光束，併到達分光系統，通過分光系統出射得到準直的第一光束；

第二光源，發出入射藍色可見光，藍色可見光經第三透射系統會聚到分光系統上；

第三透射系統，用於將第二光源發出的可見光光束整形壓縮為準直光束，並會聚到達分光系統；

分光系統反射會聚後的準直光束，出射得到準直的第二光束；

將準直的第一光束和準直的第二光束合成為準直的第三光束；

第四透射系統，將準直的第三光束整形壓縮，會聚到舞檯燈具上的光閥上。

以下為上述技術特徵的詳細描述：

上述第一光源1是由一個或若干個相同的雷射器，按發光面積最小化的方式排列而成的雷射器陣列(如圖2所示)。雷射器發出的藍色雷射，其波長介於445納米至460納米。由於雷射具有很好的方向性，雷射器發出的藍色雷射可視為平行光2。

上述第一透射系統3由一個或若干個光學玻璃或塑料材料組成的光學系統。第一透射系統內的鏡片，可不含非球面鏡片，也可含一個或若干個非球面鏡片。分光系統5是一個或若干個光學玻璃或平板玻璃組成，其單面或雙面鍍膜，鍍膜後使得可見光某波長帶寬高度截止，可見光某波長帶寬高度透過。分光系統5放置的角度，與第一透射系統3的光軸成45°。第一透射系統3把第一光源1發出的大口徑雷射光束2，整形壓縮成小口徑雷射光束4，且小口徑雷射光束4依然保持大口徑雷射光束2的平行性，最終小口徑平行雷射光束到達在分光系統5上。

小口徑平行雷射光束，到達分光系統5後，由分光系統5反射得到反射雷射光束6，保持其口徑和平行性。

第二透射系統7是由一個或若干個光學玻璃或塑料材料組成的光學系統。第二透射系統7內的鏡片，可不含非球面鏡片，也可含一個或若干個非球面鏡片。螢光色輪8是由不同顏色的螢光粉、按一種或若干種空間排列而成的裝置。第二透射系統7把反射雷射光束6，再整形壓縮成更小口徑的雷射光束9，且改變反射雷射光束6的平行性，以會聚的形式到達螢光色輪8上。

到達螢光色輪8的會聚雷射光束9，激發螢光色輪上的螢光粉，從而使螢光色輪發射出紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光10。紅色可見光的波長介乎於600納米至650納米，綠色可見光的波長介乎於500納米至550納米，黃色可見光的波長介於520納米-560納米；此時的紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光呈發散狀態。

第二透射系統7把紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光，整形壓縮成準直的紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光11，準直紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光11再到達分光系統5上。準直紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光光束的口徑介乎於φ25至φ35。

紅色可見光和綠色可見光的雙色光組合，或單獨黃色可見光光束11到達分光系統5後，再從其出射，保持其準直性。此時從分光系統出射的準直光束為第一光束12。

第二光源13由一個或若干個相同的LED，按發光面積最小化的方式排列而成的LED陣列。LED發出的藍色可見光14，其波長介乎於450納米至470納米，與第一光源1發射的雷射波長不同。LED發出的藍色可見光14呈發散狀態。

第三透射系統15是由一個或若干個光學玻璃或塑料材料組成的光學系統。第三透射系統15內的鏡片，可不含非球面鏡片，也可含一個或若干個非球面鏡片。第三透射系統15把第二光源13發出的藍色可見光光束14，整形壓縮成準直的藍光光束16，準直光束再到達分光系統5上。準直藍光光束16的口徑介乎於φ25至φ35。

準直藍光光束16，到達分光系統5後，由分光系統5反射使其出射，保持其準直性。此時從分光系統出射的準直光束為第二光束17。

第一光束12和第二光束17，因兩者傳播方向一致，兩者都是準直光束，且兩者光束口徑相同，因此兩者合成可得可見光全波段高度透過的白色可見光，且保持第一光束和第二光束的準直性。此時的準直白色可見光光束為第三光束19。

第四透射系統18是由一個或若干個光學玻璃或塑料材料組成的光學系統。第四透射系統18內的鏡片，可不含非球面鏡片，也可含一個或若干個非球面鏡片。第四透射系統18把準直的第三光束19整形壓縮，最後以會聚的形式到達舞檯燈光燈具上的光閥20上。再者，只需更換第四透射系統18，前述所有系統不需改變，便可適應不同尺寸的光閥20。

舞檯燈光燈具上的光閥20被照亮，為後續光學成像系統提供物。

上述實施例提供的光源，重點在於：

採用半導體藍色雷射和LED光源，且雷射光源採用多組雷射器，能顯著提升光效和亮度，克服了高強度氣體放電泡和LED光效低、亮度難以提高的缺陷。

設計精巧，結構簡潔，各系統之間銜接合理，從而有效地提高光能利用率。

不同於傳統高強度氣體放電泡難以設計散熱系統從而令其光衰很快和頻繁更換，雷射光源的散熱系統設計簡易、加工成熟，從而令雷射光源光衰緩慢，輸出穩定。

採用的雷射光源，其中一個優勢在於光衰緩慢和輸出穩定，這就決定了雷射光源具有比傳統高強度氣體放電泡更長的使用周期和更低廉的使用成本。

採用雷射作為光源，其顯示的顏色包含人眼能分辨顏色的百分之九十，因此能顯示出更豐富的顏色，帶來更寬的色域。

通過調節螢光色輪上螢光粉的比例和空間排列，能自如地調節燈具的色溫，使燈具能在不同領域使用，增加其通用性。

不同於傳統高強度氣體放電泡含有汞等有害物質，完全無有害物質排放，符合國際環保意識和要求。

設計巧妙，各系統獨立性高，因此只需更換某部分系統，便能適用於後續多種光學成像系統的設計，具有良好的成像系統匹配性。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。