CN114600037A - 使用全内反射器和中心反射器进行颜色混合 - Google Patents

Abstract

提供了一种颜色混合透镜组件。颜色混合透镜组件可以包括同心地布置在光学器件内的中心混合结构。中心混合结构可以被配置成从光接收结构接收电磁辐射的第一部分。中心混合结构可以包括电镀表面。中心混合结构可以包括同心地布置在中心混合结构内的中心反冲结构。中心反冲结构可以被配置成将电磁辐射的第一部分朝向电镀表面反射。中心混合结构可以被配置成将来自电镀表面的电磁辐射的第一部分反射穿过光学器件的出射表面。光学器件可以被配置成将从光接收结构接收的电磁辐射的第二部分反射穿过光学器件的出射表面。

Description

使用全内反射器和中心反射器进行颜色混合

技术领域

本公开总体上涉及颜色混合，具体地，涉及利用中心反射器的全内反射器（TIR）光学器件内的颜色混合应用。

背景技术

光的颜色混合通常涉及混合腔，该混合腔用于反射或折射由具有多个颜色源的光源生成的光，并在混合腔内重新分布该光，使得当光离开混合腔时，光的所呈现的图像基本上是均匀的，即不包括来自光源的多个颜色源的伪像（artifact）。典型的颜色混合腔可以与Koehler积分器耦合，以将给定的光谱或源照明均匀地扩展在视场或图像之上，从而混合光。其他应用利用由玻璃或硅树脂制成的混合棒来混合光，然后允许光前进到目标以进行照明。这两种方法都存在效率低或近场混合差的问题。

发明内容

本公开涉及一种颜色混合透镜组件和使用中心反射器及全内反射器（TIR）光学器件对电磁辐射进行颜色混合的方法。该组件将接收到的电磁辐射在其离开透镜之前分成两部分。辐射的第一部分被反射两次：首先通过中心混合结构内的中心反冲结构，并且其次通过中心混合结构的电镀表面。辐射的第二部分仅被TIR光学器件本身反射一次。本文讨论的组件的一个好处包括增强的颜色混合，因为由第一部分产生的双反射图像是由第二路径产生的单反射图像的镜像。

一般地，在一个方面中，提供了一种颜色混合透镜组件。颜色混合透镜组件可以包括至少一个光源。该至少一个光源可以被布置成产生第一电磁辐射和第二电磁辐射。

颜色混合透镜组件还可以包括光学器件。光学器件可以布置成围绕至少一个光源。光学器件可以包括光接收结构。光接收结构可以被配置成接收来自至少一个光源的第一和第二电磁辐射。

颜色混合透镜组件还可以包括中心混合结构。中心混合结构可以同心地布置在光学器件内。中心混合结构可以被配置成从光接收结构接收第一和第二电磁辐射的第一部分。

中心混合结构可以包括电镀表面。电镀表面可以是镜面涂层。

中心混合结构可以包括中心反冲结构。中心反冲结构可以同心地布置在中心混合结构内。中心反冲结构可以被配置成将第一和第二电磁辐射的第一部分朝向电镀表面反射。

中心混合结构可以被配置成将来自电镀表面的第一和第二电磁辐射的第一部分反射穿过光学器件的出射表面。

光学器件可以被配置成将从光接收结构接收的第一和第二电磁辐射的第二部分反射穿过光学器件的出射表面。

根据示例，中心反冲结构可以是光学结构的层。光学结构可以是圆锥形的。光学结构可以是棱柱形的。光学结构可以是棱锥形的。光学结构可以围绕该层径向布置。该层可以是全息膜。

根据示例，出射表面可以是微透镜。微透镜可以是有纹理的。

根据示例，第一和第二电磁辐射的第一部分可以穿过平坦表面离开光接收结构。

根据示例，中心混合结构可以是截头圆锥形的。

一般地，在另一方面中，提供了一种使用颜色混合透镜组件进行颜色混合的方法。该方法可以包括：（i）经由至少一个辐射源生成第一电磁辐射和第二电磁辐射；（ii）在光学器件的光接收结构处接收来自至少一个辐射源的第一电磁辐射和第二电磁辐射；（iii）由同心地布置在光学器件内的中心混合结构从光接收结构接收的第一和第二电磁辐射的第一部分；（iv）由中心反冲结构将第一和第二电磁辐射的第一部分朝向中心混合结构的电镀表面反射；（v）由电镀表面将第一和第二电磁辐射的第一部分反射穿过光学器件的出射表面；以及（vi）由光学器件将第一和第二电磁辐射的第二部分反射穿过光学器件的出射表面。

根据示例，中心反冲结构可以是光学结构的层。光学结构可以是圆锥形的。

根据示例，中心混合结构可以是截头圆锥形的。

应该领会，前述构思和下面更详细讨论的附加构思的所有组合（只要这样的构思不相互矛盾）都被设想是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾的所要求保护的主题的所有组合被设想是本文公开的发明主题的一部分。还应当领会，本文明确采用的也可能出现在通过引用并入的任何公开内容中的术语应被赋予与本文公开的特定构思最一致的含义。

附图说明

在附图中，类似的附图标记遍及不同的视图一般指代相同的部分。此外，附图不一定是按比例的，取而代之一般将重点放在说明各种实施例的原理上。

图1是根据本公开的颜色混合透镜组件的顶部透视示意性表示。

图2是大致沿图1中的线2-2截取的颜色混合透镜组件的示意性表示的侧立面视图。

图3是根据本公开的颜色混合透镜组件的示意性表示的侧立面视图。

图4是根据本公开的中心反冲结构的示意性表示的侧立面视图。

图5是示出根据本公开的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种颜色混合透镜组件和使用中心反射器及全内反射器（TIR）光学器件对电磁辐射进行颜色混合的方法。该组件将接收到的电磁辐射在其离开透镜之前分成两部分。辐射的第一部分被反射两次：首先通过中心混合结构内的中心反冲结构，并且其次通过中心混合结构的电镀表面。辐射的第二部分仅被TIR光学器件本身反射一次。

在一个方面中，并且参照图1和图2，提供了颜色混合透镜组件100。颜色混合透镜组件100可以包括至少一个光源102。该至少一个光源102可以被布置成产生第一电磁辐射104和第二电磁辐射106。第一电磁辐射104可以是第一颜色的可见光。第二电磁辐射106可以是第二颜色的可见光。例如，光源102可以包括两个发光二极管（LED），其中一个LED产生可见蓝光，并且另一个LED产生可见红光。在另一个示例中，光源102可以包括产生绿光、白光、蓝光和红光的四个LED的阵列。本领域普通技术人员将领会，可以使用彩色LED的任何组合。在另外的示例中，光源102可以是白光LED，其具有与光的输出角度对应的宽颜色变化光谱。如下所描述，颜色混合透镜组件100被配置成融合由LED发射的光，使得光源102作为一个整体看起来发射单一颜色的光。

颜色混合透镜组件100还可以包括光学器件108。光学器件108可以被配置成TIR光学器件。光学器件108可以是截头圆锥形或设计成便于入射到其内表面的电磁辐射的全内反射的任何其他形状。在一个示例中，光学器件108可以是中空的。在另一个示例中，光学器件108可以是硅树脂或玻璃。光学器件108的表面可以是经由计算机模拟设计的自由曲面（freeform surface）。光学器件108的表面可以是电镀的。

光学器件108可以布置成围绕至少一个光源102。光学器件108可以包括光接收结构110。光接收结构110可以被配置成接收来自至少一个光源102的第一和第二电磁辐射104、106。光接收源可以相对于光学器件108同心地布置。在一个示例中，光源102可以布置在光接收结构110内。如图3中所示，第一和第二电磁辐射104、106的第一部分114可以穿过平坦表面126离开光接收结构。平坦表面126可以布置在光接收结构110的顶侧上。在另外的示例中，光接收结构110的顶侧可以是抛物线形的。第一部分114可以被认为类似于电磁辐射的第一路径。如下所描述，第一部分114在离开光学器件108之前可以经历两次反射。第一和第二电磁辐射104、106的第二部分120可以穿过光接收结构110的其他表面之一（诸如穿过如图3中所示的弯曲侧）离开光源。像第一部分114一样，第二部分可以被认为类似于电磁辐射的第二路径。与第一部分114相反，第二部分120在离开光学器件108之前可以仅经历一次反射。

颜色混合透镜组件100还可以包括中心混合结构112。中心混合结构112可以布置在光学器件108内，并且相对于光学器件108同心。中心混合结构112可以是截头圆锥形的。中心混合结构112可以被配置成从光接收结构110接收第一和第二电磁辐射104、106的第一部分114，如图3中所示。中心混合结构112可以包括电镀表面128。电镀表面可以是镜面涂层和/或镜面层。电镀表面128可以是铝。电镀表面可以是增强的铝，其中铝层涂覆有多层介电层膜，该多层介电层膜被设计成优化在特定波长下的反射率。电镀表面128可以是银。电镀表面128可以是镍。替代地，电镀表面可以是能够反射由中心混合结构112接收的所发射的电磁辐射104、106的任何表面涂层。

中心混合结构112可以包括中心反冲结构116。中心反冲结构116可以同心地布置在中心混合结构112内。中心反冲结构116可以被配置成将第一和第二电磁辐射104、106的第一部分114朝向电镀表面128反射，以进行附加反射。根据示例，中心反冲结构116可以是光学结构122的层130。光学结构122的层130可以是圆形的。光学结构122的层130可以是六角形的。光学结构122的层130可以是螺旋形的（诸如Fibonacci螺旋）。光学结构122的层130可以是矩形的。在示例中，图1示出了光学结构122的圆形层130。

光学结构122可以被配置成既反射电磁辐射的第一部分114，又折射电磁辐射的第一部分114。光学结构122可以是圆锥形的。光学结构122可以是棱柱形的。光学结构122可以是棱锥形的。光学结构122可以围绕层130径向布置。在如图1和图4中所示的优选实施例中，中心反冲结构116是围绕层130径向布置的圆锥形光学结构122的层130。在另外的示例中，光学结构122可以以其他各种图案来布置，这些图案被配置成既反射辐射104、106的第一部分114，又折射辐射104、106的第一部分114。光学结构122的图案可以围绕一个或多个点或轴是对称的。光学结构122可以完全覆盖层130。在另外的优选实施例中，围绕层130的光学结构122的图案尽可能均匀。

如图4中所示，第一和第二电磁辐射104、106可以入射在中心反冲结构116上。圆锥形光学结构122最初反射辐射104、106，并然后折射辐射104、106。如图3中所示，这种反射和折射将辐射104、106引导朝向中心混合结构112的电镀表面128。中心反冲结构116可以以塑料或硅树脂物理地模制。层130可以是全息膜。全息膜可以通过层压形成。全息膜可以包括定制的光刻结构。

中心混合结构112可以被配置成将来自电镀表面128的第一和第二电磁辐射104、106的第一部分114反射穿过光学器件108的出射表面118。出射表面118可以是微透镜124。微透镜124可以是有纹理的。微透镜124的纹理可以用于进一步改善颜色混合透镜组件100的颜色混合。

光学器件108可以被配置成将从光接收结构110接收的第一和第二电磁辐射104、106的第二部分120反射穿过光学器件108的出射表面118。因为第一部分114被反射两次，而第二部分120仅被反射一次，所以在反射穿过出射表面118时，包括第一部分114的辐射104、106是包括第二部分120的辐射104、106的镜像。

在最佳颜色混合的优选实施例中，第一部分114的辐射104、106的量大致等于第二部分120的辐射104、106的量。为了适当地平衡第一部分114与第二部分120的辐射104、106，可以考虑电镀表面128和中心反冲结构116的反射损耗。在示例中，离开光接收结构110的辐射104、106的第一部分114可以大于对应的第二部分120，以补偿第一部分114由于中心反冲结构116而经受的附加反射和折射。在一个示例中，辐射104、106的第一部分114可以比第二部分120大20%。中心反冲结构116的损耗可能是由于以大入射角度下的反向散射和Fresnel反射造成的。

在另一方面中，提供了一种使用颜色混合透镜组件进行颜色混合的方法200。方法200可以包括：（i）经由至少一个辐射源生成202第一电磁辐射和第二电磁辐射；（ii）在光学器件的光接收结构处接收204来自至少一个辐射源的第一电磁辐射和第二电磁辐射；（iii）由同心地布置在光学器件内的中心混合结构从光接收结构接收206第一和第二电磁辐射的第一部分；（iv）由中心反冲结构将第一和第二电磁辐射的第一部分朝向中心混合结构的电镀表面反射208；（v）由电镀表面将第一和第二电磁辐射的第一部分反射210穿过光学器件的出射表面；以及（vi）由光学器件将第一和第二电磁辐射的第二部分反射212穿过光学器件的出射表面。

虽然本文已经描述和说明了若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易设想到用于执行功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且每个这样的变型和/或修改被认为在本文描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易领会，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置都意在是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明教导所用于的一个或多个特定应用。本领域技术人员将认识到，或者能够仅仅使用常规实验来断定本文描述的特定发明实施例的许多等同物。因此，要理解的是，前述实施例仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，发明实施例可以以除具体描述和要求保护之外的方式实践。本公开的发明实施例涉及本文描述的每个单独特征、系统、物品、材料、套件、和/或方法。此外，如果两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件、和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件、和/或方法的任何组合都被包括在本公开的发明范围内。

如本文在说明书中和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意味着这样结合的元素中的“任何一个或两个”，即在一些情况下结合存在并且在其他情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式解释，即这样结合的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论与那些具体标识的元素相关还是不相关。如本文在说明书中和权利要求书中使用的，“或”应当理解为具有与上面定义的“和/或”相同的含义。

还应当理解，除非明确相反指示，否则在本文要求保护的、包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限于该方法的步骤或动作被记载的顺序。

Claims (15)

1.一种颜色混合透镜组件（100），包括：

至少一个光源（102），布置成产生第一电磁辐射（104）和第二电磁辐射（106）；

光学器件（108），布置成围绕所述至少一个光源（102），所述光学器件（108）包括：

光接收结构（110），配置成接收来自所述至少一个光源的第一和第二电磁辐射（104，106）；

中心混合结构（112），同心地布置在所述光学器件（108）内并且被配置成接收来自所述光接收结构（110）的所述第一和第二电磁辐射（104，106）的第一部分（114），所述中心混合结构（112）包括：

电镀表面（128）；

中心反冲结构（116），同心地布置在所述中心混合结构（112）内，其中所述中心反冲结构（116）被配置成将所述第一和第二电磁辐射（104，106）的第一部分（114）朝向所述电镀表面（128）反射；

其中所述中心混合结构（112）被配置成将来自所述电镀表面（128）的所述第一和第二电磁辐射（104，106）的第一部分（114）反射穿过所述光学器件（108）的出射表面（118）；

其中所述光学器件（108）被配置成将从所述光接收结构（110）接收的所述第一和第二电磁辐射（104，106）的第二部分（120）反射穿过所述光学器件（108）的出射表面（118）。

2.根据权利要求1所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述中心反冲结构（116）是光学结构（122）的层（130）。

3.根据权利要求2所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述光学结构（122）是圆锥形的和/或棱锥形的。

4.根据权利要求2所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述光学结构（122）是棱柱形的。

5.根据权利要求2所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述层（130）是全息膜。

6.根据权利要求2所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述光学结构（122）围绕所述层（130）径向布置。

7.根据权利要求1所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述出射表面（118）是微透镜（124）。

8.根据权利要求7所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述微透镜（124）是有纹理的。

9.根据权利要求1所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述第一和第二电磁辐射（104，106）的第一部分（114）穿过平坦表面（126）而离开所述光接收结构（110）。

10.根据权利要求1所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述中心混合结构（112）是截头圆锥形的。

11.根据权利要求1所述的颜色混合透镜组件（100），其中所述电镀表面（128）是镜面涂层。

12.一种使用颜色混合透镜组件进行颜色混合的方法（200），所述方法包括：

经由至少一个辐射源生成（202）第一电磁辐射和第二电磁辐射；

在光学器件的光接收结构处接收（204）来自所述至少一个辐射源的第一电磁辐射和第二电磁辐射；

由同心地布置在所述光学器件内的中心混合结构从所述光接收结构接收（206）第一和第二电磁辐射的第一部分；

由中心反冲结构将所述第一和第二电磁辐射的第一部分朝向所述中心混合结构的电镀表面反射（208）；

由所述电镀表面将所述第一和第二电磁辐射的第一部分反射（210）穿过所述光学器件的出射表面；以及

由所述光学器件将所述第一和第二电磁辐射的第二部分反射（212）穿过所述光学器件的出射表面。

13.根据权利要求12所述的进行颜色混合的方法（200），其中所述中心反冲结构是光学结构的层。

14.根据权利要求13所述的进行颜色混合的方法（200），所述光学结构是圆锥形的。

15.根据权利要求12所述的进行颜色混合的方法（200），其中所述中心混合结构是截头圆锥形的。

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