[发明专利]具有荧光体元件的光源单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种光源单元，包括：发射泵浦光的泵浦光源和把泵浦光转换成转换光的荧光体元件。

背景技术

从投影系统和高速工业检测到外壳内窥镜的光纤耦合照明应用，对于高发光度光源有不断增长的需求。其中，光亮放电灯是目前广泛使用的工艺。目前发展的方向是固态光源的组合，尤其是发光二极管（LED）和光转换荧光体元件。其中，常见的基于固态的蓝色或紫外线光通过穿过荧光体元件而转换成能量少波长长的光。

本发明要解决的问题是提供具有泵浦光源和荧光体元件的改进光源单元。

发明内容

通过除了具有泵浦光源和荧光体元件还包括传输至少一部分转换光以备进一步使用的光学系统的光源单元解决了上述问题，其中，至少一部分泵浦光与该光学系统耦合并通过光学系统传输到荧光体元件进行转换。

因此，一方面，此光学系统用来传输转换光以备进一步使用，比如通过桥接荧光体元件之间的空间距离并调整光束的横截面或其角度范围。另一方面，根据本发明的光学系统还用于把泵浦光传输到荧光体元件，因此，有利的是，其具有双重功能。

此功能集成可缩小光源单元所需的空间，这样，比如可简化生产过程中光源单元的操作，还可以降低运输和储存成本。此外，对于最终产品来说，比如：消费者用作投影系统，尤其期望能够缩小尺寸。

如上所述，光学系统具有以备进一步使用的多种功能。可以是成像光学系统，包括：成像光学元件，比如：透镜，但是，光学系统还可以包括非成像光学元件，比如：复合聚光镜或光导。

荧光体元件通过吸收泵浦光和发射低能量波长长的光来转换泵浦光，其中，主要采用自发发射，而不是受激发射。可以说明而非限制本发明的荧光体类型有Ce或Eu掺杂的钇铝石榴石（YAG）。

优选地，光学系统把转换光从荧光体元件传输到光源单元的出射孔，出射孔比如可以用作投影设备的成像器或光纤的输入。其中，根据一实施例，光学系统能把一部分或整个荧光体元件的图像传输到出射孔，或者，根据另一实施例，光学系统能把另外一个收集荧光体元件光的非成像光学元件的表面图像传输到出射孔。

从从属权利要求和下面的描述可得知优选实施例，其中，详细信息涉及本发明的所有方面，并且表示单独公开。此外，本发明并不限于装置类，还可以根据应用本申请公开的特征的方法或各个光源单元或照明系统的使用公开。

根据第一实施例，光源单元的光学系统为至少一侧是远心的（telecentric）。优选的，两侧都远心，一个物体侧和一个成像侧。这样，可确保相对光轴对称的光束的高传输效率，这样，可优化转换光或泵浦光的传输。

更优选的是，远心光学系统包括两个透镜和透镜之间的孔平面，其中，泵浦光在透镜之间的区域（称为孔区域）耦合到光学系统。透镜可以是单透镜元件，即，单独的透镜，或包括两个或多个透镜元件的透镜系统。因为泵浦光根据其角度范围可优选均匀化从而使得荧光体元件的照明均匀，因此把泵浦光耦合到孔区域是有利的。

这样，在孔径阑（aperture stop）或隔膜的情况下，从物理角度来说，此孔平面不必限制光束的横截面，但是其是远光光学系统内的一个区域，物体的平行光在此区域聚焦，并且物点发出的光在此准直。

另一优选实施例涉及具有光学系统的光源单元，光学系统具有孔平面并且与孔平面平行。

在本发明的背景下，与光的主传播方向尤其是其孔平面垂直的区域内光学系统的横截面比荧光体区域大，优选地，比荧光体元件在同一区域的投影大，以使采集的光量最大。由于守恒定律，孔平面内或孔区域内光的角度范围（下面称为孔角）比其在荧光体元件的原始发射角小得多。

泵浦光耦合到孔区域内的光学系统是有利的，因为孔区域内的任何阴影不会切割图像的具体部分，而是均匀降低出射孔内的亮度。

因此，结合另一优选实施例，泵浦光耦合到光学系统的孔区域是非常有利的，根据这个实施例，光学系统包括反射镜，其中，泵浦光耦合到光学系统内的反射镜。

优选地，反射镜设置在光学系统的孔区域内并通过一部分光学系统朝荧光体元件反射至少一部分泵浦光。在这样的情况下，甚至可在透镜间设置除了泵浦光还反射转换光的反射镜，因为足够小的反射镜只能降低比如传输到出射孔的由光学系统传输的转换光的亮度。

此外，还可通过二向色反射镜把泵浦光耦合到光学系统，二向色反射比如反射泵浦光并传输转换光。有利的是，在孔区域内设置二向色反射镜，因为上述孔角度为转换光角度方位的最小值。此外，二向色反射镜的性能取决于入射角，这样，孔区域内小角度范围的入射角可获得好的性能。