CN102411205A - 光源、合光装置及带该光源的投影装置 - Google Patents

光源、合光装置及带该光源的投影装置 Download PDF

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Abstract

一种光源、合光装置，该光源包括用来引导来自不同入射方向的两路入射光以将该两路入射光合并为一路由第一光路出射的出射光的所述合光装置；尤其是，所述合光装置包括一引导件，用来引导第二路发光源的光汇入第一光路，同时还阻碍第一发光源的部分光进入第一光路，且该部分光的光通量少于该第一发光源的光进入第一光路的光通量。采用本发明的大功率高亮度光源可以有效地降低成本和取得较好的散热效果，尤其适用于投影装置。

Description

光源、合光装置及带该光源的投影装置
技术领域本发明涉及光源，尤其涉及组合多光源的光束的结构及装置。
背景技术随着光源技术的发展，光源不再满足于使用单一发光源。尤其固态光源发展到发光二极管(LED，Light Emitting Diode)和半导体激光器(LD，Laser Diode)逐渐步入照明和显示市场后，大功率光源已经普遍采用阵列排布的多个发光源，例如LED阵列或LD阵列，来自这些发光源的光经过合光处理后再作为该光源的大功率输出光。但是某些应用场合需要高亮度的光源，比如投影显示。如果单纯使用发光二极管阵列，其成本较低，但是其亮度还不能满足主流投影显示的需要。单纯使用半导体激光器阵列，其亮度足够，但是成本太高。如果一种光源能够合用发光二极管和半导体激光器，能够使其亮度达到需求，而且成本比单纯使用半导体激光器阵列具有优势，那么这种光源将具有良好的应用前景。
光学扩展量，即Etendue，被用来描述光在空间中的分布面积和角度。光源的平均亮度等于光源发出的光通量除以光源发光的光学扩展量。若两个发光源的发光光通量相同，发光的光学扩展量也相同(例如两个相同的LED光源)，采用几何的方式来合并这两个光源的发光，那么合光的结果是总发光通量比单个光源加倍，总发光的光学扩展量也比单个光源发光的光学扩展量加倍，其结果是合光的平均亮度比单个光源没有变化。
如果两个发光源的亮度有差异，比如发光二极管和激光二极管，也可以采用以上的光学扩展量来分析将这两个发光源合并的情况。可以假设发光二极管的发光光通量是Φ，发光的光学扩展量是E，平均亮度是Φ/E；激光二极管的发光光通量也是Φ，发光的光学扩展量是0.01E，平均亮度是100Φ/E。那么用这样一个发光二极管和一个激光二极管合光后，总发光通量是2Φ，总光学扩展量是1.01E，则平均亮度为1.98Φ/E。可见，用发光二极管和激光二极管合并光束能够提高合并光的平均亮度。将多个发光源同向组合在同一空间上能够实现光束合并，例如申请号为200810065453.7的中国专利申请所公开的一种混合封装光源，将多个LED和多个LD混合进行阵列排布来提供适合投影显示所用的高亮度光源。
如果两个发光源的波长有区别，则可以用另一种方式，即波长耦合方式，通过二向色滤光片来合并来自不同方向的发光源的光。如图1所示，采用这种合光方式的光源的发光源具有两种不同的发光波长的光，该两种不同的发光波长的光分别被二向色滤光片所反射和透射；因此，如图将峰值波长为420纳米的LED阵列2与峰值波长为465纳米的LED阵列1分置在二向色滤光片的两边来完成合光处理。现有技术一般用该方式来产生混合的白光或色光。可以假设峰值波长是420纳米的LED阵列的发光通量是Φ，发光的光学扩展量是E，平均亮度是Φ/E；同时假设峰值波长是465纳米的LED阵列的发光通量是Φ，发光的光学扩展量是E，平均亮度是Φ/E；那么用这样两种发光二极管合光后，总发光通量是2Φ，总光学扩展量是E，则平均亮度为2Φ/E。可见，采用二向色滤光片能够把两种光谱不重叠的光合并，其合光的光学扩展量与一种光的光学扩展量相同。合光的平均亮度是一种光的平均亮度的2倍。
上述第一种方式既可以用来混合同色光，也可以用来混合不同色光，但是具有一个显著的不足之处。该方式要求发光二极和激光二极管是并列封装在一起的，而且发光源的阵列需要紧密排列才能保证高亮度。激光二极管在高温下的寿命和可靠性急剧衰减，所以通常激光二极管需要加半导体制冷器来控制热沉温度。把激光二极管和发光与发光二极管并列封装，导致激光二极管的温度较高，要求整个光源配备半导体制冷器，否则激光二极管的寿命和可靠性将不能保证。这样一来成本和功耗都大大提高，所以这种合光方式不够经济，不够节能。第二种方式虽然解决了第一种方式的不足之处，却只适用于不同色光的合光处理；此外，二向色滤光片之使用增加了光源成本。
发明内容本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种光源及其合光装置，以新型合光方式来实现不同来源的相同或不同色光的高亮度合光。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种光源，包括第一发光源和第二发光源，还包括合并来自该第一和第二发光源的光为一束由第一光路出射的出射光的合光装置；尤其是，所述合光装置包括一引导件，第二发光源的光通过该引导件汇入所述第一光路；所述引导件还阻碍第一发光源的部分光进入第一光路，且该第一发光源的部分光的光通量少于该第一发光源的光通过合光装置进入第一光路的光通量。
具体地说，上述方案中，所述第一发光源的部分光的光通量小于第一发光源的光通过所述合光装置进入第一光路的光通量的1/5。第一发光源的光学扩展量大于第二发光源的光学扩展量，尤其是，所述第一发光源包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器。
所述合光装置包括透光装置及附设在该透光装置上的至少一个反光装置，第一发光源的光从该透光装置的第一侧入射并透过该透光装置上除了该反光装置以外的部分以进入第一光路；所述引导件包括所述反光装置，所述第一发光源的部分光被该反光装置反射而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述透光装置的第二侧入射到该反光装置并被该反光装置反射而汇入第一光路。其中所述透光装置包括透光板，且附设在该透光装置上的所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜或棱镜；或，所述透光装置包括斜面相胶合的两个棱镜，且附设在该透光装置上的所述反光装置为该两个棱镜未被胶合的部分斜面。
或者是，所述合光装置包括反光装置及形成在该反光装置上的至少一个透光装置，第一发光源的光从该反光装置的第一侧入射并被该反光装置上除了所述透光装置以外的部分反射以进入第一光路；所述引导件包括所述透光装置，所述第一发光源的部分光透过该透光装置而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述反光装置的第二侧入射到该透光装置并汇入第一光路。其中，所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜，且所述透光装置包括该反光装置上的通孔或透光孔；或，所述反光装置包括第一棱镜，且所述透光装置包括斜面胶合在第一棱镜部分斜面上的第二棱镜，第二棱镜小于第一棱镜。
或者是，所述合光装置包括曲面状反射罩及形成在该反射罩上的至少一个通孔或透光孔，第一发光源的光从该反射罩的第一侧入射并被该反射罩上除了所述通孔或透光孔以外的部分所反射以进入第一光路；所述引导件包括所述通孔或透光孔，所述第一发光源的部分光透过该通孔或透光孔而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述反射罩的第二侧入射到该通孔或透光孔而汇入第一光路。其中，第二发光源的光透过所述通孔或透光孔后，入射到第一发光源的发光面并被该发光面散射而汇入第一光路。当光源还包括光收集件时，所述反射罩呈半椭球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在该反射罩的不同焦点处；或者，所述反射罩呈半球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在紧邻该反射罩的球心的两对称点处。或者，当光源还包括光收集件时，第二发光源的光透过所述通孔或透光孔后，入射到该光收集件的入口；所述反射罩呈半椭球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在该反射罩的不同焦点处；或者，所述反射罩呈半球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在紧邻该反射罩的球心的两对称点处。
或者是，所述合光装置包括中空且侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的至少一个通孔或透光孔，第一发光源的光从该导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述通孔或透光孔以外的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；所述引导件为所述通孔或透光孔，第一发光源的部分光被所述通孔或透光孔透射而无法进入第一光路，第二发光源的光透过所述通孔或透光孔入射至所述导光装置的侧壁，并被该侧壁反射后向所述导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。
或者是，所述合光装置包括侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的至少一个楔形反射件，第一发光源的光从所述导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述楔形反射件的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；所述引导件为所述楔形反射件，第一发光源的部分光被所述楔形反射件反射而无法进入第一光路，第二发光源的光入射所述楔形反射件，并被该楔形反射件反射至所述导光装置之内后向导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。其中，所述导光装置呈中空状，且所述楔形反射件为一实心的楔形反射体；或，所述导光装置呈实心状，且所述楔形反射件为楔形反射槽。
上述方案中，所述导光装置为匀光棒。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种光源，包括第一发光源和第二发光源，第一和第二发光源的光合为一束由第一光路出射的出射光，尤其是，第一发光源包括由复数个阵列排布的发光器件所构成的发光模组，该模组包括至少一个通孔；第二发光源的光从所述发光模组的发光面的相对侧入射于所述通孔而汇入第一光路；所述通孔的面积小于所述发光模组的发光面的面积。具体来说，所述通孔的面积占所述发光模组的发光面的面积的比例小于1/5。第一发光源的发光器件包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器或半导体激光器阵列。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种光源，尤其是，第一发光源的发光面包括表面粗糙结构，第二发光源的光入射至该表面粗糙结构并被该表面粗糙结构散射而汇入第一发光源的光路，以形成所述光源的出射光的第一光路；第一发光源的部分光被第二发光源的入射光路所阻碍而无法进入所述第一光路，且该部分光的光通量少于该第一发光源的光进入第一光路的光通量。具体来说，第二发光源的光学扩展量小于第一发光源的光学扩展量的1/5。第一发光源包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器。更进一步，所述第二发光源的入射光路中存在一个反射装置，第二发光源的光经该反射装置反射往所述第一发光源的表面粗糙结构；第一发光源的部分光被所述反射装置反射而无法进入第一光路，且该部分光的光通量小于第一发光源的光进入第一光路的光通量的1/5。当所述光源还包括光收集件时，第一发光源的发光面位于所述光收集件的入口。
上述各方案中，第一发光源与第二发光源具有相同色光。
更进一步作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种合光装置，用来引导来自不同入射方向的两路入射光以将该两路入射光合并为一路；尤其是，包括一引导件，用来引导第二路入射光汇入第一光路，同时还阻碍第一路入射光的部分光进入第一光路，且该部分光的光通量少于该第一路入射光进入第一光路的光通量。具体来说，所述引导件对所述部分光的阻碍面积小于第一路入射光进入第一光路的无阻面积的1/5。
具体来说，该合光装置包括透光装置及附设在该透光装置上的用作为所述引导件的至少一个反光装置，第一路入射光将透过该透光装置上除了该反光装置以外的部分以进入第一光路。或者，该合光装置包括反光装置及形成在该反光装置上的用作为所述引导件的至少一个透光装置，第一路入射光被该反光装置上除了所述透光装置以外的部分反射以进入第一光路。或者，该合光装置包括曲面状反射罩及形成在该反射罩上的用作为所述引导件的至少一个通孔或透光孔，第一路入射光被该反射罩上除了所述通孔或透光孔以外的部分所反射以进入第一光路。或者，该合光装置包括中空且侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的用作为所述引导件的至少一个通孔或透光孔，第一路入射光将从该导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述通孔或透光孔以外的部分反射至导光装置的第二端。或者，该合光装置包括侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的用作为所述引导件的至少一个楔形反射件，第一路入射光从所述导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述楔形反射件的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种投影装置，尤其是，该投影装置包括任一种上述光源。
采用上述各技术方案以几何方式来实现合光，相对于采用二向色滤光片而言，具有光路简单、光学部件易于加工实现的优点。尤其是，能够合并同种色光来实现高亮度，并在保证高亮度的情况下降低成本；而若合并不同色光或合并主波长不同的同种色光，更可以通过控制不同光的亮度使合光的颜色调节获得更大自由度。此外，采用上述各技术方案亦可保证光源的散热效果。
附图说明图1为现有光源合光处理的光波长耦合方式的结构示意图；
图2为本发明中光源的一个实施例的结构示意图；
图3为图2中的合光光束的截面示意图；
图4为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图5为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图6为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图7为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图8为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图9为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图10为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图11为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图12为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图13为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图14为本发明中光源的另一实施例的结构示意图；
图15为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：采用分立的两种光源，这两种光源的亮度不同，他们各自有独立的封装、供电和散热系统；用光学的方式来合并来自这两种光源的光束，实现光的合并输出，目的是使得合并输出的光束的亮度高于原来两种光源中亮度较低的一种。由于不要求这样两种光源的光谱没有交叠，同时考虑降低合光处理的成本，所以不使用二向色滤光片。在不同发光源之间增加一个对不同发光源具有不同光学性质的合光装置则可实现本发明目的。无疑，最简单的该合光装置为经过特定反处理的透光片或反光片，即以几何区分的方式在透光片上实现局部反光，或在反光片上实现局部透光。理论上讲，两种发光源的光束可以完美合并，合并光束的光通量为两种发光源的光通量之和，合并光束的光学扩展量为两种发光源的光学扩展量之和。但是实际上，来自两种发光源的两束光很难做到完美拼接，因为光束的边缘很难做到非常锐利。同时，两种发光源的光束通常为圆形或者椭圆形，而圆形或者椭圆形的光束是不能做到完美拼接的。本发明考虑到光源光束的形状和均匀度对后续应用很重要，利用两种发光源的光学扩展量差异，采用合光装置来合并大光学扩展量的光源的大部分光，同时合并小光学扩展量光源的所有光。合光装置将牺牲少量的来自大光学扩展量的光源的光，但是保全了来自小光学扩展量的光源(高亮度光源)的发光，所以合光光束的总光通量小于但是接近两种发光源的发光通量之和。合光光束的形状将保持与大光学扩展量光源的光束一致，如图2所示，既小光学扩展量的光源(高亮度光源，比如激光二极管)所产生的光束汇入大光学扩展量光源所产生的光束。合光光束的光学扩展量因而也与大光学扩展量光源的光学扩展量相当。
采用上文中的光学扩展量的概念来计算，假设两种光源是一个发光二极管和一个激光二极管，发光二极管的发光通量是Φ，发光的光学扩展量是E，平均亮度是Φ/E；激光二极管的发光通量也是Φ，发光的光学扩展量是0.01E，平均亮度是100Φ/E。那么用本发明提出的合光装置之后，如果假设发光二极管的光束亮度均匀，发光二极管的光通量仅有有1％被牺牲掉，但是激光二极管的光通量Φ得到保全。这样合并光束的总光通量是1.99Φ，总光学扩展量是E，平均亮度为1.99Φ/E。
本发明光源的要点在于利用光的不同分布空间通过合光装置来实现合光，所适用的光源包括两个发光源310、340。该两个发光源可以包括发光器件，例如但不限于目前在显示和照明领域具有广阔前景的半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)。该两个发光源还可以包括由复数个阵列排布的发光器件所构成的发光模组。所谓合光装置是用来引导来自不同入射方向的两路入射光以将该两路入射光合并为一路由第一光路出射的出射光。本发明合光装置则还包括一引导件，第二路入射光(例如第二发光源的光)将通过该引导件汇入所述第一光路；同时，该引导件还阻碍第一发光源的部分光进入第一光路，且该部分光的光通量少于该第一发光源的光进入第一光路的光通量。
请参阅图2，图2为本发明中光源的一个实施例的结构示意图。本实施例中，光源包括第一发光源310、第二发光源340、透光装置320及附设在该透光装置320上用作为所述引导件的一个反光装置330，第一发光源310的光从透光装置320的第一侧并透过该透光装置320上除了该反光装置330以外的部分(为可透光的有效透光区)以进入第一光路，第二发光源340的光从透光装置320的第二侧入射到反光装置330并被该反光装置330反射而汇入第一光路。该实施例中，第一发光源310的部分光将被该反光装置330反射而无法进入第一光路。其关键在于，所述引导件对所述部分光的阻碍面积与第一路入射光进入第一光路的无阻面积之比越小，也就是透光装置320的所述有效透光区的面积与反光装置330的面积之比越大，则来自第一发光源310的光被反光装置330反射而损耗的光的比例越小，从而合光的效果越好。测试获知所述阻碍面积以小于所述无阻面积的1/5为宜，具体可以根据第二发光源的光学扩展量来定。相应地，第一发光源310被反光装置330反射而无法进入第一光路的光的光通量小于第一发光源310的进入第一光路的光的光通量的1/5。通常LED的光学扩展量大，而LD的光学扩展量小，使第一发光源的光学扩展量大于第二发光源的光学扩展量，如若本实施例中第一发光源310为LED光源，第二发光源340为LD光源，则可以尽量缩小反光装置330的面积。此外，图2所示的光源还包括光学器件350，用来将LD发光的发散角调整为与LED发光的发散角接近，这样可以更大限度地减小反光装置330的面积来使合光效果更好。
图2所示实施例中的合光装置包括透光装置320及附设在该透光装置上的用作为引导件的反光装置330，第一发光源310发出的光(第一路入射光)从该透光装置320的第一侧入射并透过该透光装置上除了该反光装置330以外的部分以进入第一光路；第二发光源340发出的光(第二路入射光)从该透光装置320的第二侧入射到反光装置330并被该反光装置反射而汇入第一光路。
具体来讲，透光装置320可以是透光板，例如但不限于一块双面镀有增透膜的玻璃板或者塑料板。反光装置330包括反光板、反射片或反射镜，例如但不限于一块镀有高反射率膜的玻璃片或者塑料片。为消除LD发光的相干性，反光装置330的反射面表面可以有粗糙结构。
请参阅图3，图3为图2中的合光光束的截面示意图。光斑321是第一发光源310通过透光装置320产生，光斑331是第二发光源340通过反光装置330产生。光斑321的面积与光斑331的面积之比越大越好，相应要求透光装置320的面积与反光装置330的面积之比越大越好。实际中，第一发光源310可以是包括多个LED的LED模组，第二发光源340可以是包括多个LD的LD模组，相应地，应在透光装置320上附设与LD相对应的复数个反光装置330。
请参阅图4，图4为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。本实施例与图2所示实施例的区别之处包括：反光装置为棱镜430。棱镜430可以利用全反射来反光，光的反射效率更高。棱镜430的斜面覆设于透光装置320上，该斜面与透光装置320之间可以但不限于留有空气隙，以保证不破坏棱镜430对光的全反射条件。任一棱镜430的直角面上可以设置有粗糙结构，以更好地消除LD发光的相干性。进一步也可以在棱镜430的斜面镀反射膜，来保证对第二发光源340的光反射。
请参阅图5，图5为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。本实施例与图4所示实施例的区别之处包括：透光装置包括斜面相胶合的两个棱镜510和520，反光装置为该两个棱镜未被胶合的部分斜面(反射区域530)，该反射区域530作为所述引导件。具体是用胶使该两个棱镜510和520在除反射区域530以外的部分实现胶合(从而破坏该部分的全反射条件)，而在反射区域530部分保留空气隙或镀高反膜。这样，第一发光源310的光可以大部分透射过该两个棱镜510和520，而第二发光源340的光则被反射区域530所反射。同理，面向第二发光源340的棱镜510的直角面表面可以有粗糙结构，尤其第二发光源340为LD发光源时。
上述各实施例中，当来自小光学扩展量的LD光源的光几乎无损地被加以利用，而来自大光学扩展量的LED光源的光因引导件而造成的损耗可以被忽略不计，则光源的合光亮度将得以提高。因为目前LED的亮度要远低于LD的亮度，但价格也远低于同种颜色的LD的价格，故本发明尤其还适用对具有相同色光的两个发光源进行合光，且本发明混合光源的亮度要高于单纯用LED的光源所能提供的亮度，同时价格又低于单纯用LD的光源的价格。该混光特征(第一发光源与第二发光源的相同色光进行合并混光)若无额外说明的话，将同样适用于本发明的其它各种光源实施例。
请参阅图6，图6为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。本实施例中，光源包括第一发光源310、第二发光源340、反光装置610及附设在该反光装置610上用作为所述引导件的一个透光装置630，第一发光源的光(第一路入射光)从该反光装置的第一侧入射并被该反光装置上除了所述透光装置以外的部分(为可反射光的有效反光区)反射以进入第一光路。所述第一发光源310的部分光透过该透光装置630而无法进入第一光路，第二发光源340的光从所述反光装置610的第二侧入射到该透光装置630并汇入第一光路。与图2实施例相类似，该实施例的关键在于，所述引导件对第一路入射光的阻碍面积与第一路入射光进入第一光路的无阻面积之比越小，也就是说反光装置610的有效反光区的面积与透光装置630透光面积之比越大，则来自第一发光源310的光损耗占比越小，合光的效果越好。同样，所述阻碍面积以小于所述无阻面积的1/5为宜，具体大小根据第二发光源的光学扩展量来定；光学器件350用来将第二发光源340的发散角调整为与第一发光源310的发散角接近，以最大限度地减小透光装置630的透光面积。
具体来说，反光装置610包括反光板、反射片或反射镜，例如但不限于一块镀有高反膜的玻璃板或塑料板，甚至金属板。透光装置630包括反光装置610上的通孔或反光装置610上的透光孔，甚至还包括设置于反光装置610上通孔之内的透射型散射片620，该透射型散射片620可以被设置为固定或可动，用以消除第二发光源340(例如LD光源)发光的相干性。
当第二发光源340为包括多个LD的LD模组时，同理可以在反光装置610上附设与LD相对应的复数个透光装置。
图6所示实施例中的合光装置包括反光装置610及形成在该反光装置上的用作为所述引导件的至少一个透光装置630，第一路入射光从该反光装置610的第一侧入射并被该反光装置上除了透光装置630以外的部分反射以进入第一光路，第二路入射光从该反光装置610的第二侧入射到该透光装置630并汇入第一光路。
请参阅图7，图7为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。本实施例与图6所示实施例的区别之处包括：反光装置为第一棱镜710，透光装置包括斜面胶合在第一棱镜710部分斜面上的第二棱镜720，第二棱镜720小于第一棱镜710。利用第一棱镜710的斜面的全反射现象来反光，使光反射效率更高。两个棱镜720与710的斜面紧密胶合在一起，以破坏该胶合处的光全反射条件，使得来自第二发光源340的光可透射该胶合处。同样，可以在棱镜720迎向入射光的直角面上设置粗糙结构来消除入射光的相干性。若在第一棱镜710除胶合处外的其它斜面部分镀高反膜，将更有利于保证光反射作用。
请参阅图8，图8为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。第一发光源310包括由复数个阵列排布的发光器件所构成的发光模组；在该模组上还包括至少一个(一个以外的其余部分未加以图示)通孔810。第二发光源340的光从所述发光模组的发光面的相对侧入射于所述通孔810而汇入第一发光源的光路；所述通孔810的面积小于所述发光模组的发光面的面积。最好所述通孔的面积占所述发光模组的发光面的面积的比例小于1/5。类似地，光学器件350用来将第二发光源340的发散角调整为与第一发光源310的发散角接近，以最大限度地减小通孔810的孔径。该实施例中第一发光源的发光器件可以包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器或半导体激光器阵列，从而该实施例与申请号为200810065453.7的中国专利申请所公开的现有技术相比所具有的优势是，第一发光源的发光模组与第二发光源的发光模组之间的散热相分离，且合光的光学扩展量得到控制。
请参阅图9，图9为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。合光装置包括曲面状反射罩920及形成在该反射罩920上用作为所述引导件的一个或一个以上(未加以图示)通孔930。第一发光源310的光(第一路入射光)从该反射罩920的第一侧入射并被该反射罩920上除了所述通孔930以外的部分所反射以进入第一光路。所述第一发光源310的部分光透过该通孔930而无法进入第一光路，第二发光源340的光从所述反射罩920的第二侧入射到该通孔930，再投射到第一发光源310表面。第一发光源310表面有粗糙结构，能够散射来自第二发光源340的发光。散射的发光部分被反射，通过反射罩920而汇入第一光路。散射的发光部分进入第一发光源310，通过光子循环，再出来，被反射罩920收集而汇入第一光路。该通孔930还可以被反射罩920上的去高反膜后形成的透光孔所等同替换，不再赘述。与图2或图6实施例所代表的类型相似，本实施例光源或合光装置的关键在于，所述引导件对第一路入射光的阻碍面积与第一路入射光进入第一光路的无阻面积之比越小，也就是曲面状反射罩920的有效反光区的面积与通孔或透光口930的面积之比越大，则合光的效率越高。故阻碍面积同样以小于无阻面积的1/5为宜，以使所述部分光的光通量小于第一发光源310的光进入第一光路的光通量的1/5。类似地，光学器件350用来控制第二发光源340的发散角，以最大限度地减小通孔930的孔径。
请参阅图10，图10为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。图10示意了图9的一个替换实施例。在该实施例中，第二发光源340的光透过所述通孔930后，直接射往光收集口，与被反射罩920所反射引导的第一光路中的第一发光源310的光汇合。同理，还可以用设置在通孔930内的透射型散射片620来破坏第二发光源(例如LD)340发光的相干性，透射型散射平620可以相对通孔930固定，也可以相对通孔930可动。此外，该实施例与图9实施例相比较，除了第二发光源340的光的不被导向第一发光源310的发光面外，通孔930的位置还偏离向了反射罩920的边缘。
请参阅图11，图11为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。图11示意了图9的一改进光源实施例。图11实施例增加了一光收集件1130，曲面状反射罩被具体为例如但不限于半球状或半椭球状反射器1110。所述引导件用设置在该反射器1110上的通孔1120来代表。当所述反射罩呈半椭球状时，将第一发光源310的发光面和所述光收集件1130的入口分别设置在该反射罩的不同焦点处。当所述反射罩呈半球状时，将第一发光源310的发光面和所述光收集件1130的入口分别设置在紧邻该反射罩的球心的两对称点处。第一发光源310的光被该半球状或半椭球状反射器1110引导往所述光收集件1130的入口，第一发光源310的部分光因透过通孔1120而损耗。该光源实施例其余与图9实施例相同的结构不再赘述。
请参阅图12，图12为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。图12示意了对图10进行的与图11类似的改进光源实施例。同样增加了所述光收集件1130，曲面状反射罩被具体为例如但不限于半球状或半椭球状反射器1110，所述引导件用设置在该反射器1110上的通孔1120来代表。本实施例与图11改进实施例的不同之处在于，本实施例中，第二发光源340的光透过所述通孔1120或透光孔后，直接入射到所述光收集件1130的入口，而非入射往第一发光源340的发光面。另外，本实施例还包括图示的一个设置在所述光收集件1130的入口的固定或可动的透射型散射片620，用来消除光(尤其是LD发光)的相干性。其它与图11实施例相同之处不再赘述。
请参阅图13，图13为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。在该实施例中，所述合光装置包括侧壁反射光的导光装置1310及形成在该侧壁上的用作为所述引导件的至少一个楔形反射件1320，第一发光源310的光(第一路入射光)从所述导光装置1310的第一端入射并经所述侧壁上除了所述楔形反射件1320以外的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；其中，第一发光源310的部分光被所述楔形反射件1320反射而无法进入第一光路。第二发光源340的光入射所述楔形反射件1320，并被该楔形反射件1320反射至所述导光装置1310之内后向导光装置1310的第二端传播从而汇入第一光路。设置在第二发光源340的光入射往楔形反射件1320的光路上的固定或可动的散光片620及光学器件350，因其作用在前述各实施例中已叙及，不在此赘述。
与图2、图6或图9实施例所代表的类型相似，本实施例光源或合光装置的关键在于，所述引导件对所述部分光的阻碍面积与第一路入射光进入第一光路的无阻面积之比越小，或者说，楔形反射件1320插入导光装置1310中的阻光面积与导光装置1310在该插入处的横截面面积之比越小，则合光的效果越好。同样，所述阻碍面积以小于所述无阻面积的1/5为宜，具体可以根据第二发光源的光学扩展量来定。
本实施例中，所述导光装置1310可以呈中空状，且所述楔形反射件1320为一实心的楔形反射体。所述导光装置1310还可以呈实心状，且所述楔形反射件1320为楔形反射槽，例如但不限于在槽斜面镀高反膜。更具体的说，所述导光装置例如但不限于为匀光棒。
请参阅图14，图14为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。图14示意了图13的替换实施例。合光装置被替换以一个中空且侧壁反射光的导光装置1410，可以但不限于是空心匀光棒或内壁具有高漫反射膜的光收集腔。形成在该侧壁上的至少一个通孔或透光孔1420用作为所述引导件，第一发光源310的光(第一路入射光)从该导光装置1410的第一端入射并经所述侧壁上除了所述通孔或透光孔1420以外的部分反射至导光装置1410的第二端，以进入第一光路。第一发光源310的部分光因透射所述通孔或透光孔而无法进入第一光路，第二发光源340的光透过所述通孔或透光孔1420入射至所述导光装置1410的侧壁，并被该侧壁反射后向所述导光装置1410的第二端传播从而汇入第一光路。同样，所述引导件对所述部分光的阻碍面积与第一路入射光进入第一光路的无阻面积之比越小，或者说，所述通孔或透光孔1420的面积与所述侧壁的面积之比越小，则合光的效果越好。第一发光源310的发光面可以紧贴所述第一端。还可以采用在导光装置1410内设置与通孔或透光孔1420相对的反光装置(未加以图示)来提高第二光通道对光的反射作用。设置在第二发光源340的光入射往所述通孔或透光孔1420的光路上的光学器件350，因其作用在前述各实施例中已叙及，不在此赘述。
请参阅图15，图15为本发明中光源的另一实施例的结构示意图。在该实施例中，第二发光源340包括半导体激光器LD，第一发光源310包括发光二极管LED。第一发光源的发光面包括表面粗糙结构，第二发光源340的光入射至该表面粗糙结构并被该表面粗糙结构散射而汇入第一发光源310的光路，以形成本发明光源的出射光的第一光路。第一发光源310的部分光被第二发光源340的入射光路所阻碍而无法进入所述第一光路，且该部分光的光通量少于该第一发光源310的光进入第一光路的光通量。同样，光学器件350用来调整第二发光源340的光的发散角，可以但不限于使来自第二发光源的光汇聚投射到所述表面粗糙结构上。
图15的具体实施例中，在所述第二发光源340的入射光路中设置一个反射装置1520，第二发光源340的光经该反射装置1520反射往所述第一发光源310的表面粗糙结构；同时第一发光源310的部分光被所述反射装置1520反射而无法进入第一光路，且该部分光的光通量小于第一发光源310的光进入第一光路的光通量的1/5。为使合光效果更好，第二发光源340的光学扩展量最好小于第一发光源310的光学扩展量的1/5。并可以如图15所示，在本实施例光源中增设光收集件1510，令第一发光源310的发光面位于所述光收集件1510的入口，以最大限度地提高第一发光源310的光进入第一光路的比例。
采用本发明上述各实施例光源的投影装置也将落入本发明的保护范围，尤其是两个发光源之一包括发光二极管阵列、另一包括半导体激光器阵列的投影装置。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (40)

1.一种光源，包括第一发光源和第二发光源，还包括合并来自该第一和第二发光源的光为一束由第一光路出射的出射光的合光装置；其特征在于：
所述合光装置包括一引导件，第二发光源的光通过该引导件汇入所述第一光路；所述引导件还阻碍第一发光源的部分光进入第一光路，且该第一发光源的部分光的光通量少于该第一发光源的光通过合光装置进入第一光路的光通量。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于：所述第一发光源的部分光的光通量小于第一发光源的光通过所述合光装置进入第一光路的光通量的1/5。
3.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：第一发光源的光学扩展量大于第二发光源的光学扩展量。
4.根据权利要求3所述的光源，其特征在于：
所述第一发光源包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器。
5.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：所述合光装置包括透光装置及附设在该透光装置上的至少一个反光装置，第一发光源的光从该透光装置的第一侧入射并透过该透光装置上除了该反光装置以外的部分以进入第一光路；所述引导件包括所述反光装置，所述第一发光源的部分光被该反光装置反射而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述透光装置的第二侧入射到该反光装置并被该反光装置反射而汇入第一光路。
6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于：
所述透光装置包括透光板，且附设在该透光装置上的所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜或棱镜；或，
所述透光装置包括斜面相胶合的两个棱镜，且附设在该透光装置上的所述反光装置为该两个棱镜未被胶合的部分斜面。
7.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：
所述合光装置包括反光装置及形成在该反光装置上的至少一个透光装置，第一发光源的光从该反光装置的第一侧入射并被该反光装置上除了所述透光装置以外的部分反射以进入第一光路；所述引导件包括所述透光装置，所述第一发光源的部分光透过该透光装置而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述反光装置的第二侧入射到该透光装置并汇入第一光路。
8.根据权利要求7所述的光源，其特征在于：
所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜，且所述透光装置包括该反光装置上的通孔或透光孔；或，
所述反光装置包括第一棱镜，且所述透光装置包括斜面胶合在第一棱镜部分斜面上的第二棱镜，第二棱镜小于第一棱镜。
9.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：
所述合光装置包括曲面状反射罩及形成在该反射罩上的至少一个通孔或透光孔，第一发光源的光从该反射罩的第一侧入射并被该反射罩上除了所述通孔或透光孔以外的部分所反射以进入第一光路；所述引导件包括所述通孔或透光孔，所述第一发光源的部分光透过该通孔或透光孔而无法进入第一光路，第二发光源的光从所述反射罩的第二侧入射到该通孔或透光孔而汇入第一光路。
10.根据权利要求9所述的光源，其特征在于：
第二发光源的光透过所述通孔或透光孔后，入射到第一发光源的发光面并被该发光面散射而汇入第一光路。
11.根据权利要求10所述的光源，其特征在于：
该光源还包括光收集件；
所述反射罩呈半椭球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在该反射罩的不同焦点处；或者，所述反射罩呈半球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在紧邻该反射罩的球心的两对称点处。
12.根据权利要求9所述的光源，其特征在于：
该光源还包括光收集件，第二发光源的光透过所述通孔或透光孔后，入射到该光收集件的入口；
所述反射罩呈半椭球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在该反射罩的不同焦点处；或者，所述反射罩呈半球状，第一发光源的发光面和所述光收集件的入口分别设置在紧邻该反射罩的球心的两对称点处。
13.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：
所述合光装置包括中空且侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的至少一个通孔或透光孔，第一发光源的光从该导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述通孔或透光孔以外的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；
所述引导件为所述通孔或透光孔，第一发光源的部分光被所述通孔或透光孔透射而无法进入第一光路，第二发光源的光透过所述通孔或透光孔入射至所述导光装置的侧壁，并被该侧壁反射后向所述导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。
14.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：
所述合光装置包括侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的至少一个楔形反射件，第一发光源的光从所述导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述楔形反射件的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；
所述引导件为所述楔形反射件，第一发光源的部分光被所述楔形反射件反射而无法进入第一光路，第二发光源的光入射所述楔形反射件，并被该楔形反射件反射至所述导光装置之内后向导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。
15.根据权利要求14所述的光源，其特征在于：
所述导光装置呈中空状，且所述楔形反射件为一实心的楔形反射体；或，
所述导光装置呈实心状，且所述楔形反射件为楔形反射槽。
16.根据权利要求15所述的光源，其特征在于：所述导光装置为匀光棒。
17.根据权利要求1或2所述的光源，其特征在于：第一发光源与第二发光源具有相同色光。
18.一种光源，包括第一发光源和第二发光源，第一和第二发光源的光合为一束由第一光路出射的出射光，其特征在于：第一发光源包括由复数个阵列排布的发光器件所构成的发光模组，该模组包括至少一个通孔；第二发光源的光从所述发光模组的发光面的相对侧入射于所述通孔而汇入第一光路；所述通孔的面积小于所述发光模组的发光面的面积。
19.根据权利要求18所述的光源，其特征在于：所述通孔的面积占所述发光模组的发光面的面积的比例小于1/5。
20.根据权利要求18或19所述的光源，其特征在于：第一发光源的发光器件包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器或半导体激光器阵列。
21.根据权利要求18或19所述的光源，其特征在于：第一发光源与第二发光源具有相同色光。
22.一种光源，包括第一发光源和第二发光源，其特征在于，第一发光源的发光面包括表面粗糙结构，第二发光源的光入射至该表面粗糙结构并被该表面粗糙结构散射而汇入第一发光源的光路，以形成所述光源的出射光的第一光路；第一发光源的部分光被第二发光源的入射光路所阻碍而无法进入所述第一光路，且该部分光的光通量少于该第一发光源的光进入第一光路的光通量。
23.根据权利要求22所述的光源，其特征在于，第二发光源的光学扩展量小于第一发光源的光学扩展量的1/5。
24.根据权利要求22或23所述的光源，其特征在于：第一发光源包括发光二极管，第二发光源包括半导体激光器。
25.根据权利要求22或23所述的光源，其特征在于，所述第二发光源的入射光路中存在一个反射装置，第二发光源的光经该反射装置反射往所述第一发光源的表面粗糙结构；第一发光源的部分光被所述反射装置反射而无法进入第一光路，且该部分光的光通量小于第一发光源的光进入第一光路的光通量的1/5。
26.根据权利要求22或23所述的光源，其特征在于，还包括光收集件，第一发光源的发光面位于所述光收集件的入口。
27.根据权利要求22或23中任一项所述的光源，其特征在于：第一发光源与第二发光源具有相同色光。
28.一种合光装置，用来引导来自不同入射方向的第一路入射光与第二路入射光，以将该两路入射光合并为一路出射光，该出射光从第一光路出射；其特征在于：
该合光装置包括一引导件，用来引导第二路入射光汇入第一光路，同时还阻碍第一路入射光的部分光进入第一光路，且该部分光的光通量少于该第一路入射光进入第一光路的光通量。
29.根据权利要求28所述的合光装置，其特征在于：所述部分光的光通量小于第一路入射光进入第一光路的光通量的1/5。
30.根据权利要求28或29所述的合光装置，其特征在于：该合光装置包括透光装置及附设在该透光装置上的用作为所述引导件的至少一个反光装置，第一路入射光从该透光装置的第一侧入射并透过该透光装置上除了该反光装置以外的部分以进入第一光路；第二路入射光从该透光装置的第二侧入射到所述反光装置并被该反光装置反射而汇入第一光路。
31.根据权利要求30所述的合光装置，其特征在于：
所述透光装置包括透光板，且附设在该透光装置上的所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜或棱镜；或，
所述透光装置包括斜面相胶合的两个棱镜，且附设在该透光装置上的所述反光装置为该两个棱镜未被胶合的部分斜面。
32.根据权利要求28或29所述的合光装置，其特征在于：
该合光装置包括反光装置及形成在该反光装置上的用作为所述引导件的至少一个透光装置，第一路入射光从该反光装置的第一侧入射并被该反光装置上除了所述透光装置以外的部分反射以进入第一光路，第二路入射光从该反光装置的第二侧入射到该透光装置并汇入第一光路。
33.根据权利要求32所述的合光装置，其特征在于：
所述反光装置包括反光板、反射片、反射镜，且所述透光装置包括该反光装置上的通孔或透光孔；或，
所述反光装置包括第一棱镜，且所述透光装置包括斜面胶合在第一棱镜部分斜面上的第二棱镜，第二棱镜小于第一棱镜。
34.根据权利要求28或29所述的合光装置，其特征在于：
该合光装置包括曲面状反射罩及形成在该反射罩上的用作为所述引导件的至少一个通孔或透光孔，第一路入射光从该反射罩的第一侧入射并被该反射罩上除了所述通孔或透光孔以外的部分所反射以进入第一光路；第二路入射光从该反射罩的第二侧入射到该通孔或透光孔而汇入第一光路。
35.根据权利要求34所述的合光装置，其特征在于：
所述反射罩呈半椭球状或半球状。
36.根据权利要求28或29所述的合光装置，其特征在于：
该合光装置包括中空且侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的用作为所述引导件的至少一个通孔或透光孔，第一路入射光从该导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述通孔或透光孔以外的部分反射至导光装置的第二端以进入第一光路；第二路入射光透过所述通孔或透光孔入射至所述导光装置的侧壁，并被该侧壁反射后向所述导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。
37.根据权利要求28或29所述的合光装置，其特征在于：
该合光装置包括侧壁反射光的导光装置及形成在该侧壁上的用作为所述引导件的至少一个楔形反射件，第一路入射光从所述导光装置的第一端入射并经所述侧壁上除了所述楔形反射件的部分反射至导光装置的第二端，以进入第一光路；第二路入射光入射所述楔形反射件，并被该楔形反射件反射至所述导光装置之内后向导光装置的第二端传播从而汇入第一光路。
38.根据权利要求37所述的合光装置，其特征在于：
所述导光装置呈中空状，且所述楔形反射件为一实心的楔形反射体；或，
所述导光装置呈实心状，且所述楔形反射件为楔形反射槽。
39.根据权利要求38所述的合光装置，其特征在于：所述导光装置为匀光棒。
40.一种投影装置，其特征在于：包括如权利要求1至27中任一项所述的光源。
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Address after: 518057, Guangdong, Nanshan District Shenzhen science and Technology Park, South Road, twelve square building, third floor

Applicant after: YLX Inc.

Address before: 518057, Guangdong, Nanshan District Shenzhen science and Technology Park, South Road, twelve square building, third floor

Applicant before: YLX (CHINA) Corp.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: YILI RUIGUANG SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT (SHENZHEN) CO., LTD. TO: SHENZHEN YILI RUIGUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171110

Address after: 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili town tea light road Shenzhen city integrated circuit design and application of Industrial Park 401

Patentee after: APPOTRONICS Corp.,Ltd.

Address before: 518057, Guangdong, Nanshan District Shenzhen science and Technology Park, South Road, twelve square building, third floor

Patentee before: YLX Inc.

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 518000 20-22, 20-22 headquarters building, 63 high tech Zone, Xuefu Road, Nanshan District, Guangdong Province, Guangdong.

Patentee after: APPOTRONICS Corp.,Ltd.

Address before: 518000 20-22, 20-22 headquarters building, 63 high tech Zone, Xuefu Road, Nanshan District, Guangdong Province, Guangdong.

Patentee before: SHENZHEN GUANGFENG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP03 Change of name, title or address

Address after: 518000 20-22, 20-22 headquarters building, 63 high tech Zone, Xuefu Road, Nanshan District, Guangdong Province, Guangdong.

Patentee after: SHENZHEN GUANGFENG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 518055 Guangdong province Shenzhen Nanshan District Xili town Cha Guang road Shenzhen integrated circuit design application Industrial Park 401

Patentee before: APPOTRONICS Corp.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address