[发明专利]高亮度固态光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态光源，该固态光源包括一个或几个发射具有第一波长的激光束的激光二极管以及布置在激光束的光束路径中的可旋转支撑，其中可旋转支撑的环形区域的一个或几个分段包括至少一种波长转换材料，该材料在激光束撞击时发射与第一波长不同的第二波长或者波长区的辐射。发射非相干高亮度光的这样的固态光源可以用于多个应用，例如用于像基于光阀的投影那样的低集光率（Etendue）光学系统，用于聚光照明，用于光纤照明，或者用于建筑照明应用。

背景技术

固态光源当前进入许多不同的照明应用并且代替白炽灯和气体放电灯。若干应用由光学系统的小集光率表征，例如数字保护、光纤、建筑、娱乐或者舞台照明。像例如UHP灯或氙灯那样的高强度气体放电灯当前用在这些要求高的应用中。然而，固态光源也非常期望作为这种类型的应用中的光源。LED仍然在其视亮度方面受限制，并且因此不能适于低集光率应用。激光器提供了比具有低集光率的光学应用的典型要求高若干数量级的视亮度。这意味着基本上不存在预期的收集损失，这使得激光器成为用于这样的应用的非常有吸引力的光源。然而，所有需要的发射波长下的适当激光器是不可用的。尤其是在绿色波长范围内，缺乏具有适当性能和成本的直接激光二极管。此外，激光投影仍然受散斑和其他干扰效应的阻碍，这些效应需要附加的措施以确保可接受的图片质量。这些效应与激光器的小带宽（或者高相干性）有关。

最近，提出了一种新型的用于投影的光源，其中激光激发置于转盘上的磷光体层。这允许设计混合RGB光源，其中蓝色光由激光二极管阵列生成，绿色光通过以时间顺序的方式使用蓝色光的部分激发磷光体并且从蓝色转换成绿色而生成，并且红色光利用发射红色的LED生成。为了将磷光体的温度保持在其中转换效率仍然良好的适当范围内，将磷光体置于转轮上。按照这种方式，撞击磷光体的平均激光功率展开，并且保持足够低，使得磷光体的温度保持在非临界（uncritical）的范围内。这种类型的光源充分地利用了激光性质，因为有可能将激光束聚焦为非常微小的光斑尺寸，并且仅仅激发磷光体上的小区域。光斑尺寸越小，则发射光的光学集光率越小，并且按照这种方式，实现了低集光率光源。取决于磷光体的类型，该光源发射相对较宽的频谱，并且不造成任何令人不安的散斑效应。

US 2011/0116253 A1公开了这样的固态光源，其包括磷光体覆盖的盘以及在半导体激光二极管的光束路径中旋转该盘的马达。盘由诸如石英玻璃之类的光学透明材料制成，并且围绕中心旋转轴旋转。光学透镜系统布置在转盘之后以便收集磷光体层发射的转换的辐射。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有更紧凑设计的高亮度的非常高效的非相干光源。

这个目的利用依照权利要求1的固态光源来实现。该光源的有利实施例是从属权利要求的主题，或者在说明书的后续部分和优选实施例中加以描述。

所提出的固态光源包括一个或几个发射具有第一波长的激光束的激光二极管、布置在激光束的光束路径中的可旋转支撑以及布置在激光二极管与可旋转支撑之间的反射器。可旋转支撑由安装成可围绕旋转轴旋转的环或者光学透明盘形成，使得在旋转期间激光束撞击到可旋转支撑的环形区域上。可旋转支撑的旋转轴优选地被布置成基本上平行于撞击激光束的光轴。环形区域的一个或几个片段包括至少一种波长转换材料，该材料在激光束撞击时发射与第一波长不同的第二波长或者波长区的辐射。该环形区域可以包括仅仅两个片段或分段，其中一个包括波长转换材料。另一个可以设计成对于撞击激光辐射是反射的，或者可以包括不同的波长转换材料。环形区域也可以具有超过两个包括不同波长转换材料的片段，这些材料将撞击激光辐射转换成不同的波长或者波长范围。这些波长范围也可以重叠。当细分成超过两个片段时，波长转换材料的片段或者反射分段也可以重复。在可旋转支撑由像例如石英玻璃盘那样的光学透明盘制成的情况下，只有小的环形区域包括波长转换材料或者反射性质，使得由环形区域包围的区域保持光学透明。环或者环形区域的宽度应当适于特定应用的集光率。对于作为实例的具有大约1000lm的光输出的典型商业投影仪而言，环或者环形区域的宽度优选地≤5mm。具有若干10000lm的光输出的电影投影仪会使用宽度优选地≤100mm的环或者环形区域。波长转换材料可以嵌入到可旋转支撑中，或者作为该支撑表面上的材料层而应用。这同样适用于反射片段。