CN101280893A - Led红、绿、蓝三色光的双通道合色系统 - Google Patents

Led红、绿、蓝三色光的双通道合色系统 Download PDF

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Abstract

一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，属光电照明和显示的技术领域。该系统由LED红、蓝光通道、LED绿光通道和双色片组成，LED红、蓝光通道含有棱柱棒、双色棱镜和中继透镜，LED绿光通道含有棱柱棒和中继透镜，两个通道的红、蓝和绿色出射光经双色片合色为白光。该系统有结构紧凑、便于制作、制造成本低、系统出射的白光合色均匀和光能量的利用率高的优点。该系统特别适用于各种仪器的三色光合色照明系统，作为LED光源照明模块用。

Description

LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统
技术领域
本发明涉及一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，属光电照明和显示的技术领域。
背景技术
现有的LED红、绿、蓝三色光的三通道合色系统如图1所示，该系统由红光LED、红光匀光棒、红光中继透镜、绿光LED、绿红光匀光棒、绿光中继透镜、蓝光LED、蓝光匀光棒、蓝光中继透镜和X-棱镜组成，三色光由三个方向射入X-棱镜，经X-棱镜合色，即合成白色光。X-棱镜中间制有两片正交的滤光膜f1和f2。滤光膜f1反射红光，透过蓝、绿光；滤光膜f2反射蓝光，透过红、绿光。当LED红、绿、蓝三色光从三个方向分别射入X-棱镜，经滤光膜f1和f2后，就合成白光出射。该白光特别适合于在显示系统中用作芯片照明。在X-棱镜中，LED红、绿、蓝三色光都是以45°角分别射入各自对应的滤光膜，这样大的入射角对滤光膜的制作带来很大的难度，滤光膜可应用相对孔径较小，尤其是对LED光源，更限制了大角度光线的光能量利用率，此外，X-棱镜由四个直角棱镜胶合而成，制作工艺要求高，成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，该系统有结构紧凑、便于制作、制造成本低、系统出射的白光合色均匀和光能量的利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。该系统由LED红、蓝光通道、LED绿光通道和双色片组成，LED红、蓝光通道含有棱柱棒、双色棱镜和中继透镜，LED绿光通道含有棱柱棒和中继透镜，两个通道的红、蓝和绿色出射光经双色片合色为白光。
现详细说明本发明的技术方案。
一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，含LED绿光通道，LED绿光通道含绿光LED发光芯片、绿光棱柱棒和绿光中继透镜，其特征在于，它还含LED红、蓝光通道和双色片，LED红、蓝光通道含红光LED发光芯片、红光棱柱棒、蓝光LED发光芯片、蓝光棱柱棒、双色棱镜和红蓝中继透镜，双色棱镜的胶合面上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，双色片的一个平面上镀有反射红、蓝光、透过绿光的分光膜，红光LED发光芯片、红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜和双色片依次排列，红光LED发光芯片、红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜的光轴重合，红光LED发光芯片、红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜的光轴与双色片的平面的交角为45°，蓝光LED发光芯片、蓝光棱柱棒和双色棱镜依次排列，蓝光LED发光芯片、蓝光棱柱棒和双色棱镜的光轴重合并与红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜的光轴垂直，绿光LED发光芯片、绿光棱柱棒、绿光中继透镜和双色片依次排列，绿光LED发光芯片、绿光棱柱棒、绿光中继透镜的光轴重合并与红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜的光轴垂直，绿光LED发光芯片、绿光棱柱棒、绿光中继透镜的光轴与红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜的光轴的交点位于双色片的分光膜膜面的中心。
本发明的进一步特征是双色棱镜的胶合面上的分光膜是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片的安装位置与蓝光LED发光芯片的安装位置互换。
本发明的进一步特征是，双色片的平面绕其自身的中心点向反时针方向转动θ角，0°≤θ≤15°，红光LED发光芯片、红光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜和它们的光轴一起绕双色片的平面的中心点向反时针方向转动2θ角。
本发明的进一步特征是，双色棱镜的胶合面上的分光膜是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片的安装位置与蓝光LED发光芯片的安装位置互换，双色片的平面绕其自身的中心点向反时针方向转动θ角，0°≤θ≤15°，蓝光LED发光芯片、蓝光棱柱棒、双色棱镜、红蓝中继透镜和它们的光轴一起绕双色片的平面的中心点向反时针方向转动2θ角。
本发明的进一步特征是，红光棱柱棒、蓝光棱柱棒与双色棱镜之间分别有第一空气隙和第二空气隙，第一空气隙和第二空气隙的宽度均介于0.01～1.0mm。
本发明的进一步特征是，双色棱镜由第一双色片代替，第一双色片的一个面上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，第一双色片的镀膜面与红光LED发光芯片、红光棱柱棒、红蓝中继透镜的光轴的交角为45°。
与背景技术相比，本发明的优点是：
1、LED红、蓝、绿三色光都能以小于45°的角度分别入射到双色棱镜7和双色片10的分光膜，有助于降低分光膜制作难度，提高分光膜的相对孔径，使双色棱镜7和双色片10易于制作，成本低。
2、红光棱柱棒4、蓝光棱柱棒5、绿光棱柱棒6和红蓝中继透镜8、绿光中继透镜9能有效地压缩LED发光芯片发出光线的发散角，并且提高了双色片10出射白光的合色均匀性和光能量的利用率。
3、LED红、蓝色光共用一组中继透镜，且和绿光的中继透镜相同，LED红、蓝、绿三色光从两个方向经双色片10出射合成白光，简化了光学系统，使光学系统的结构紧凑。
附图说明
图1是LED红、绿、蓝三色光三通道合色系统的结构示意图。
图2是LED红、绿、蓝三色光双通道合色系统的结构示意图。图中，1是红光LED发光芯片，2是蓝光LED发光芯片，3是绿光LED发光芯片，4是红光棱柱棒，5是蓝光棱柱棒，6是绿光棱柱棒，7是双色棱镜，8是红蓝中继透镜，9是绿光中继透镜，10是双色片。
图3是LED红、绿、蓝三色光双通道合色系统的实体图。
图4是实施例2的LED红、绿、蓝三色光双通道合色系统的结构示意图。
图5是实施例3的LED红、绿、蓝三色光双通道合色系统的结构示意图。
图6是实施例6的LED红、绿、蓝三色光双通道合色系统的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明技术方案和工作原理。
实施例1
一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，含LED绿光通道，LED绿光通道含绿光LED发光芯片3、绿光棱柱棒6和绿光中继透镜9，其特征在于，它还含LED红、蓝光通道和双色片10，LED红、蓝光通道含红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、蓝光LED发光芯片2、蓝光棱柱棒5、双色棱镜7和红蓝中继透镜8，双色棱镜7的胶合面M上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，双色片10的一个平面N上镀有反射红、蓝光、透过绿光的分光膜，红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8和双色片10依次排列，红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8的光轴重合，红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8的光轴与双色片10的平面N的交角为45°，蓝光LED发光芯片2、蓝光棱柱棒5和双色棱镜7依次排列，蓝光LED发光芯片2、蓝光棱柱棒5和双色棱镜7的光轴重合并与红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8的光轴垂直，绿光LED发光芯片3、绿光棱柱棒6、绿光中继透镜9和双色片10依次排列，绿光LED发光芯片3、绿光棱柱棒6、绿光中继透镜9的光轴重合并与红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8的光轴垂直，绿光LED发光芯片3、绿光棱柱棒6、绿光中继透镜9的光轴与红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8的光轴的交点位于双色片10的分光膜N膜面的中心。
本实施例的工作原理：提供一种LED红、蓝、绿三色光的双通道合色系统，该系统如图2所示：
在红蓝光照明的通道中，红光LED发光芯片1、蓝光LED发光芯片2、发出的红、蓝光以一定的发散角进入到能够压缩光线发散角的红光棱柱棒4、蓝光棱柱棒5，再经双色棱镜7、中继透镜8射到双色片10上，红、蓝光共用一个通道，共用一组中继透镜8，从中继透镜8出射的光线经双色片10反射，另一个通道是绿光LED发光芯片3发出的绿光以一定的发散角进入到能够压缩光线发散角的绿光棱柱棒6，绿光中继透镜9、透过双色片10，这两个通道的红、蓝和绿光合成白光。双色棱镜7的M面上镀有分光膜，可以透射红光、反射蓝光，合并LED红、蓝色光射到双色片10，双色片10的一个平面N上镀有分光膜，能反射LED红、蓝色光，透过LED绿色光，上述LED红、蓝色光和绿色光经过双色片10反射和透射后合成为白光。
实施例2
除以下不同外，其他部分与实施例1完全相同。
双色棱镜7的胶合面M上的分光膜M0是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片1的安装位置与蓝光LED发光芯片2的安装位置互换。见图4。
实施例3
除以下不同外，其他部分与实施例1完全相同。
双色片10的平面N绕其自身的中心点O向反时针方向转动15°角，红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、双色棱镜7、红蓝中继透镜8和它们的光轴一起绕双色片10的平面的中心点O向反时针方向转动30°角。见图5。
实施例4
除以下不同外，其他部分与实施例1完全相同。
双色棱镜7的胶合面M上的分光膜M0是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片1的安装位置与蓝光LED发光芯片2的安装位置互换，双色片10的平面绕其自身的中心点O向反时针方向转动15°角，蓝光LED发光芯片2、蓝光棱柱棒5、双色棱镜7、红蓝中继透镜8和它们的光轴一起绕双色片10的平面的中心点O向反时针方向转动30°角。
实施例5
除以下不同外，其他部分与实施例1完全相同。
红光棱柱棒4、蓝光棱柱棒5与双色棱镜7之间分别有第一空气隙Q1和第二空气隙Q2，第一空气隙Q1和第二空气隙Q2的寛度均为0.1mm。
实施例6
除以下不同外，其他部分与实施例1完全相同。
双色棱镜7由第一双色片11代替，第一双色片11的一个面上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，第一双色片11的镀膜面M1与红光LED发光芯片1、红光棱柱棒4、红蓝中继透镜8的光轴的交角为45°。见图6。
本发明的系统特别适用于各种仪器的三色光合色照明系统，作为LED光源照明模块用。

Claims (6)

1、一种LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，含LED绿光通道，LED绿光通道含绿光LED发光芯片(3)、绿光棱柱棒(6)和绿光中继透镜(9)，其特征在于，它还含LED红、蓝光通道和双色片(10)，LED红、蓝光通道含红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、蓝光LED发光芯片(2)、蓝光棱柱棒(5)、双色棱镜(7)和红蓝中继透镜(8)，双色棱镜(7)的胶合面(M)上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，双色片(10)的一个平面(N)上镀有反射红、蓝光、透过绿光的分光膜，红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)和双色片(10)依次排列，红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)的光轴重合，红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)的光轴与双色片(10)的平面(N)的交角为45°，蓝光LED发光芯片(2)、蓝光棱柱棒(5)和双色棱镜(7)依次排列，蓝光LED发光芯片(2)、蓝光棱柱棒(5)和双色棱镜(7)的光轴重合并与红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)的光轴垂直，绿光LED发光芯片(3)、绿光棱柱棒(6)、绿光中继透镜(9)和双色片(10)依次排列，绿光LED发光芯片(3)、绿光棱柱棒(6)、绿光中继透镜(9)的光轴重合并与红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)的光轴垂直，绿光LED发光芯片(3)、绿光棱柱棒(6)、绿光中继透镜(9)的光轴与红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)的光轴的交点位于双色片(10)的分光膜(N)膜面的中心。
2、根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，其特征在于，双色棱镜(7)的胶合面(M)上的分光膜(M0)是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片(1)的安装位置与蓝光LED发光芯片(2)的安装位置互换。
3、根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，其特征在于，双色片(10)的平面(N)绕其自身的中心点(O)向反时针方向转动15°角，红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)和它们的光轴一起绕双色片(10)的平面的中心点(O)向反时针方向转动30°角。
4、根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，其特征在于，双色棱镜(7)的胶合面(M)上的分光膜(M0)是能透过蓝光、反射红光的分光膜，红光LED发光芯片(1)的安装位置与蓝光LED发光芯片(2)的安装位置互换，双色片(10)的平面绕其自身的中心点(O)向反时针方向转动15°角，蓝光LED发光芯片(2)、蓝光棱柱棒(5)、双色棱镜(7)、红蓝中继透镜(8)和它们的光轴一起绕双色片(10)的平面的中心点(O)向反时针方向转动30°角。
5、根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，其特征在于，红光棱柱棒(4)、蓝光棱柱棒(5)与双色棱镜(7)之间分别有第一空气隙(Q1)和第二空气隙(Q2)，第一空气隙(Q1)和第二空气隙(Q2)的寛度均为0.1mm。
6、根据权利要求1所述的LED红、绿、蓝三色光的双通道合色系统，其特征在于，双色棱镜(7)由第一双色片(11)代替，第一双色片(11)的一个面上镀有透过红光、反射蓝光的分光膜，第一双色片(11)的镀膜面(M 1)与红光LED发光芯片(1)、红光棱柱棒(4)、红蓝中继透镜(8)的光轴的交角为45°。
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