CN115654430A - 一种采用led与激光混合光源的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用LED与激光混合光源的照明装置，包括分别发出第一LED光束和激光光束的光源组件，两种光束为同色光，还包括位于两种光束的交汇处的偏振分光元件；偏振分光元件能够将所述激光光束全部反射或全部透射，并且能够将第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束，第一透射子光束全部透过偏振分光元件，第一反射子光束全部被偏振分光元件反射。当所述激光光束被全部反射时，激光光束和第一透射子光束在经过偏振分光元件之后的出射方向相同；当激光光束被全部透射时，激光光束和第一反射子光束在经过偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束出射。本发明在低成本的前提下，有效提高了LED光的利用效率。

Description

一种采用LED与激光混合光源的照明装置

技术领域

本发明涉及照明领域，具体涉及一种采用LED与激光混合光源的照明装置。

背景技术

半导体发光二极管(LED)和半导体激光器作为照明光源，均具有电光转换效率高、工作寿命长、色彩饱和度高等优点。LED的不足在于每单位光学扩展量的亮度远低于激光光源，激光的不足在于每瓦光功率输出的成本远高于LED光源。

现有技术为结合LED光和激光两种光源的优势，在采用LED光和激光光源配合使用时，如中国专利申请CN201110253070.4，是在LED光和激光交汇处，设置供LED光穿过的透光板，而在该透光板另一侧的激光能够投射到的位置处，设置反射片，这样通过供LED透过的透光板、和反射激光的反射片的配合结构，使得LED光和激光在该配合结构之后汇合后成为复合光，该复合光相比于单独的LED光、激光的亮度更高，且不需要显著提升成本。但由于对于透光板来说，其设置有反射激光的反射片的部位遮挡了透光板的对应部分，故这部分不能够供LED光通过，被反射片挡住而不能通过的这部分LED光完全没有被利用到、完全不能去和激光复合以用于后续照明，由此明显浪费了LED光能量。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种采用LED与激光混合光源的照明装置，以克服背景技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种采用LED与激光混合光源的照明装置，包括第一LED光源组件和激光光源组件，所述第一LED光源组件发出第一LED光束，所述激光光源组件发出激光光束，所述第一LED光束和激光光束为同色光，

还包括偏振分光元件，所述偏振分光元件位于所述第一LED光束和所述激光光束的交汇处；

所述偏振分光元件具有偏振分光结构，所述偏振分光结构在所述激光光束投射到所述偏振分光元件时，将所述激光光束全部反射、或全部透射；所述偏振分光结构在所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件时，将所述第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束，所述第一透射子光束全部透过所述偏振分光元件，所述第一反射子光束全部被所述偏振分光元件反射；

当所述激光光束被全部反射时，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用；

当所述激光光束被全部透射时，所述激光光束和所述第一反射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用。

优选地，所述装置还包括发出第二LED光束的第二LED光源组件、发出第三LED光束的第三LED光源组件、二向色镜A和二向色镜F；

所述二向色镜F位于所述第二LED光束和所述第三LED光束的交汇处，所述二向色镜F能够使得所述第三LED光束全部穿过，同时能够将所述第二LED光束全部反射；所述第三LED光束穿过所述二向色镜F之后，与被所述二向色镜F反射的第二LED光束的出射方向相同，汇合成第一组合LED光束；

所述二向色镜A位于所述第一组合混合光束和所述第一组合LED光束的交汇处，所述二向色镜A能够使得所述第一组合混合光束全部穿过，同时能够将所述第一组合LED光束全部反射，所述第一组合混合光束穿过所述二向色镜A之后，与被所述二向色镜A反射的第一组合LED光束的出射方向相同，所述第一组合混合光束与所述第一组合LED光束汇合后出射。

优选地，所述装置还包括二向色镜A’和二向色镜F’；所述第一LED光源组件包括发出LED光束一的子LED光源组件一、发出LED光束二的子LED光源组件二和发出LED光束三的子LED光源组件三；

所述二向色镜F’位于所述LED光束二和LED光束三的交汇处，所述二向色镜F’能够使得所述LED光束三全部穿过，同时能够将所述LED光束二全部反射，所述LED光束三穿过所述二向色镜F’之后，与被所述二向色镜F’反射的LED光束二的出射方向相同，汇合成第二组合LED光束；

所述二向色镜A’位于所述第二组合LED光束与LED光束一的交汇处，所述二向色镜A’能够使得所述LED光束一全部穿过，同时能够将所述第二组合LED光束全部反射，所述LED光束一穿过所述二向色镜A’后，与被所述二向色镜A’反射的所述第二组合LED光束的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

优选地，所述装置还包括第一复眼透镜组和第二复眼透镜；

所述第一复眼透镜组包括两片相对平行设置的第一子复眼透镜和第二子复眼透镜，所述第一复眼透镜组在光路上位于所述二向色镜A’的下游、并垂直于所述第一LED光束；

所述偏振分光元件位于所述第一子复眼透镜和所述第二子复眼透镜之间，所述第一LED光束穿过所述第一子复眼透镜后，经过所述偏振分光元件而被分出第一透射子光束；

所述第二复眼透镜位于所述激光光源组件与所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第二复眼透镜后，被所述偏振分光元件反射后与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束，所述第一组合混合光束穿过所述第二子复眼透镜出射。

优选地，所述装置还包括第三复眼透镜组和第四复眼透镜；

所述第四复眼透镜在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件之间；

所述第一LED光束穿过所述第四复眼透镜后，经过所述偏振分光元件后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组包括相对平行设置的第三子复眼透镜和第四子复眼透镜，所述第三复眼透镜组在光路上位于所述激光光源组件和所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组后，被所述偏振分光元件反射，与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束。

优选地，所述装置还包括第三复眼透镜组和第五复眼透镜组；

所述第五复眼透镜组在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件之间，所述第五复眼透镜组包括相对平行设置的第五子复眼透镜和第六子复眼透镜；

所述第一LED光束穿过所述第五复眼透镜组后，经过所述偏振分光元件后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组包括相对平行设置的第三子复眼透镜和第四子复眼透镜，所述第三复眼透镜组在光路上位于所述激光光源组件和所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组后，被所述偏振分光元件反射，与所述第一透射子光束汇合成第一组合混合光束。

优选地，所述装置还包括第六复眼透镜；所述第六复眼透镜在光路上位于所述偏振分光元件之后，所述第一组合混合光束穿过所述第六复眼透镜后出射。

优选地，所述装置还包括发出第四LED光束的第四LED光源组件、二向色镜B和二向色镜C；所述第一LED光源组件包括发出LED光束四的子LED光源组件四和发出LED光束五的子LED光源组件五；

所述二向色镜B位于所述LED光束四和LED光束五的交汇处，所述二向色镜B能够使得所述LED光束五全部穿过，同时能够将所述LED光束四全部反射，所述LED光束五穿过所述二向色镜B之后，与被所述二向色镜B反射的LED光束四的出射方向相同，汇合成所述第一LED光束；

所述二向色镜C在光路上位于所述偏振分光元件的下游、且位于所述第一组合混合光束和第四LED光束的交汇处，所述二向色镜C能够使得所述第四LED光束全部穿过，同时能够将所述第一组合混合光束全部反射，所述第四LED光束穿过所述二向色镜C之后，与被所述二向色镜C反射的第一组合混合光束出射方向相同，二者汇合后出射。

优选地，所述装置还包括二向色镜H和二向色镜G；所述第一LED光源组件包括发出LED光束六的子LED光源组件六、发出LED光束七的子LED光源组件七和发出LED光束八的子LED光源组件八；

所述二向色镜H位于所述LED光束六和LED光束七的交汇处，所述二向色镜H能够使得所述LED光束六全部穿过，同时能够将所述LED光束七全部反射，所述LED光束六穿过所述二向色镜H之后，与被所述二向色镜H反射的LED光束七的出射方向相同，汇合成第三组合LED光束；

所述二向色镜G位于所述第三组合LED光束与LED光束八的交汇处，所述二向色镜G能够使得所述第三组合LED光束全部穿过，同时能够将所述LED光束八全部反射，所述第三组合LED光束穿过所述二向色镜G后，与被所述二向色镜G反射的所述LED光束八的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

优选地，所述偏振分光元件外围设有反射元件，所述反射元件能够在所述第一LED光束投射于其上时，将所述第一LED光束完全反射，被所述反射元件完全反射的第一LED光束的出射方向与所述第一组合混合光束相同。

优选地，所述激光光源组件包括激光器或激光器阵列、会聚透镜、消散斑元件和准直透镜，所述激光器或激光器阵列、会聚透镜、消散斑元件和准直透镜依次排列。

优选地，所述偏振分光元件在所述激光光束的入射光路上的、垂直于所述激光光束的主光线的投影面的面积与所述第一LED光束的横截面面积的比小于或者等于0.5。

优选地，所述偏振分光元件为偏振分光镜、偏振分束棱镜、金属线栅偏振片中的一种，所述偏振分光结构为分束膜系或金属线栅。

第二方面，本发明提供了一种DLP投影仪，包括如上所述的照明装置。

本发明通过在第一LED光源组件和激光光源组件发出的两种光束的交汇处，设置偏振分光元件，偏振分光元件具有偏振分光结构，所述偏振分光结构在所述激光光束投射到所述偏振分光元件时，将所述激光光束全部反射/全部透射；所述偏振分光结构在所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件时，将所述第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束，所述偏振分光元件能够实现将激光完全反射/完全透射的同时，将上游投射到该偏振分光元件自身的LED光也利用到一部分(利用第一透射子光束或第一反射子光束)，使得激光和被利用的这一部分LED光的出射方向相同，二者复合后供照明使用，明显降低了LED光的浪费损失，对LED光能量的利用效果显著提升，在同样低成本的前提下，更加显著地提高照明装置的亮度。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为本发明所提供的照明装置的工作原理的一个示意图；

图2为本发明所提供的照明装置的一种优选实施方式的示意图；

图3为本发明所提供的照明装置的另一种优选实施方式的示意图；

图4为本发明所提供的照明装置的另一种优选实施方式的示意图；

图5为本发明所提供的照明装置的另一种优选实施方式的示意图；

图6为本发明所提供的照明装置的另一种优选实施方式的示意图；

图7为本发明所提供的照明装置的另一种优选实施方式的示意图；

图8为本发明所提供的照明装置的工作原理的另一个示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称	标号	名称
						100	激光光源组件	400	第二LED光源组件	612	第二子复眼透镜
110	会聚透镜	300	第三LED光源组件	620	第二复眼透镜
						120	消散斑元件	500	第四LED光源组件	710	第三复眼透镜组
130	准直透镜	510	子LED光源组件四	711	第三子复眼透镜
						200	第一LED光源组件	520	子LED光源组件五	712	第四子复眼透镜
210	子LED光源组件一	10	偏振分光元件	720	第四复眼透镜
						220	子LED光源组件二	610	第一复眼透镜组	820	第六复眼透镜
230	子LED光源组件三	611	第一子复眼透镜	900	迎光面
						910	子LED光源组件六	920	子LED光源组件七	930	子LED光源组件八
20	反射元件

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

【说明】在附图1中，示意性地展示了偏振分光元件10将激光光束全部反射，并将所述第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同的光路情况。在该附图中，采用水平方向的实线光线表示第一LED光束中的光线，实际上一束光束中光线不可计数，在该附图中仅是作出其中几条以供示意，本领域技术人员可以理解地，在水平方向的最上和最下光线之间的区域内，均有第一LED光束中的光线存在。同样地，在竖直方向中的位于偏振分光元件10上方的虚线光线表示激光光束中的光线的情况下，在最左和最右的激光光线之间的区域内，均有激光光束中的光线存在。

第一方面，结合附图1，本发明提供了一种采用LED与激光混合光源的照明装置，包括第一LED光源组件和激光光源组件，所述第一LED光源组件发出第一LED光束(见附图1中水平方向中的实线光线)，所述激光光源组件发出激光光束(见附图1中的竖直方向中的位于偏振分光元件10上方的虚线光线)，所述第一LED光束和激光光束为同色光，

还包括偏振分光元件10，所述偏振分光元件10位于所述第一LED光束和所述激光光束的交汇处；

所述偏振分光元件10具有偏振分光结构，所述偏振分光结构在所述激光光束投射到所述偏振分光元件10时，将所述激光光束全部反射、或全部透射；所述偏振分光结构在所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件10时，将所述第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束(第一反射子光线见附图1中竖直方向中的位于偏振分光元件10下方的虚线光线)，所述第一透射子光束全部透过所述偏振分光元件10，所述第一反射子光束全部被所述偏振分光元件10反射；

当所述激光光束被全部反射时(即附图1所示出的情况)，所述激光光束和所述第一透射子光束在所述偏振分光元件10之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用(例如，照射在附图1的迎光面900之上)；

当所述激光光束被全部透射时，所述激光光束和所述第一反射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用。

具体地，本发明的照明装置中，采用了LED与激光混合光源，第一LED光源组件发出的第一LED光束和激光光源组件发出的激光光束包含了相同的可利用光谱成分，即，所述第一LED光束和激光光束为同色光。

所述偏振分光元件10位于所述第一LED光束和激光光束的交汇处，即两束光的交点位置处。

所述偏振分光元件10根据第一LED光源组件和激光光源组件所发出的同色光的波长来选择，将二者发出的同色光的波长区间命名为第一范围，所选择的偏振分光元件10在光学性能上，能够反射波长在第一范围内的一种偏振方向的光(如S偏振光)，透射波长在第一范围内的另一种偏振方向的光(如P偏振光)。其中，S偏振光指的是偏振方向垂直于入射面的光，P偏振光指的是偏振方向平行于入射面的光。

所述激光光源组件发出偏振光，本发明的偏振分光元件10包括偏振分光结构，偏振分光结构例如可以是镀在作为偏振分光元件的偏振分光镜上的偏振分束膜系；也可以是作为偏振分光元件的偏振分束棱镜中，镀在两个棱镜贴合表面中的其中一个表面上的偏振分束膜系；也可以是作为偏振分光元件的金属线栅偏振片中，位于透明衬底上的金属线栅。

偏振分光结构在所述激光光束投射到所述偏振分光元件时，能够将所述激光光束全部反射、或全部透射，还能够将所述激光光束部分反射部分透射，反射、透射的比例(是反射100％，是透射100％，还是透射反射比为其它比例)，取决于激光偏振方向和偏振分光元件透振方向之间的夹角，夹角发生变化，反射光和透射光强度的比例就会发生变化，偏振分光元件对该激光光束的传播方向调整结果就会发生变化。

LED光本身是非偏振光，偏振分光结构在所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件时，将所述第一LED光束分为两束偏振方向不同的光束，其中一束是第一透射子光束、另一束是第一反射子光束。在一种典型的情况中，第一透射子光束的偏振方向平行于入射面(是为P光)，能够完全透过所述偏振分光元件10而出射；而第一反射子光束的偏振方向垂直于入射面(是为S光)，能够完全被所述偏振分光元件10反射。当然，在第一LED光源组件较大、第一LED光束范围较广时(参考附图1)，第一LED光束除了包括投射到偏振分光元件10上的部分光线之外、也包括未投射到偏振分光元件10上的另一部分光线，此时，该另一部分光线由于光路未受到偏振分光元件10的影响，可以正常向前出射。

可通过调节激光光源组件、偏振分光元件和第一LED光源组件之间的相对布局设置，使得激光光束被所述偏振分光元件10反射之后的出射方向，与所述第一LED光束经所述偏振分光元件10分出的第一透射子光束的出射方向相同，二者汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用；或者使得激光光束被所述偏振分光元件10透射之后的出射方向，与所述第一LED光束经所述偏振分光元件10分出的第一反射子光束的出射方向相同，二者汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用。根据实际使用情况需要，在第一组合混合光束的出射途径上，还可以设置其它的光学处理元件(如会聚透镜、反射镜等等)对第一组合混合光束的出射传播情况进行后处理。

本领域技术人员可以理解，本发明中所述的“全部/完全反射”、“全部/完全透射”中的“全部/完全”不包括光传播过程中不可避免的损失。

由上可见，偏振分光元件10能够在将投射到其上的激光光束全部反射/全部透射的同时，还能够利用到投射到该偏振分光元件10上的LED光的一部分(如利用到第一透射子光束或第一反射子光束)。本发明能够使得激光和投射到该偏振分光元件上的LED光的一部分复合后供照明使用，明显降低LED光的浪费损失，对LED光能量的利用效果显著提升，在同样低成本的前提下，更加显著地提高照明装置的亮度。

在一个具体的示例中，所述第一LED光源组件和所述激光光源组件二者垂直设置，将所述偏振分光元件10设置在相互垂直的第一LED光束和激光光束的交点位置，所述偏振分光元件10分别与所述第一LED光束和所述激光光束分别呈现出有45度的夹角。这样，激光光束经过所述偏振分光元件10反射之后，出射方向与透过该偏振分光元件10的第一透射子光束的出射方向在实现了完全一致的汇合的同时，还能够使得照明装置中在所述偏振分光元件10之前的光路是方正的，便于第一LED光源组件、激光光源组件和偏振分光元件10的排布设计和装配制造。

优选地，参见附图2，所述装置还包括发出第二LED光束的第二LED光源组件400、发出第三LED光束的第三LED光源组件300、二向色镜A和二向色镜F；

所述二向色镜F位于所述第二LED光束和所述第三LED光束的交汇处，所述二向色镜F能够使得所述第三LED光束全部穿过，同时能够将所述第二LED光束全部反射；所述第三LED光束穿过所述二向色镜F之后，与被所述二向色镜F反射的第二LED光束的出射方向相同，汇合成第一组合LED光束；

所述二向色镜A位于所述第一组合混合光束和所述第一组合LED光束的交汇处，所述二向色镜A能够使得所述第一组合混合光束全部穿过，同时能够将所述第一组合LED光束全部反射，所述第一组合混合光束穿过所述二向色镜A之后，与被所述二向色镜A反射的第一组合LED光束的出射方向相同，所述第一组合混合光束与所述第一组合LED光束汇合后出射。

附图2示出的技术方案属于激光光束被全部反射，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束的情况。在该技术方案中，所述第一LED光源组件200、第二LED光源组件400和第三LED光源组件300发出的光的颜色可以不限，根据实际使用效果需要具体选择设置即可。

在该技术方案的一个具体示例(以下称为“示例一”)中，第一LED光源组件200可为单色光源组件，例如为红光光源；第二LED光源组件400和第三LED光源组件300则可为另外两种单色光源组件，例如分别为绿光光源、蓝光光源。

以下承接上述示例一进行说明：

在第一LED光源组件为红光光源时，激光光源组件也发出同样的红色光。此时，第一LED光源组件200和激光光源组件100在经过所述偏振分光元件10之后混合成的第一组合混合光束也为红光。

在第二LED光束(绿光)和第三LED光束(蓝光)的交汇处设置二向色镜F，能够使得第三LED光束(蓝光)完全透过、而第二LED光束(绿光)完全被反射。所述二向色镜F与第二LED光源组件、第三LED光源组件之间的设置位置关系满足在第三LED光束(蓝光)被透过、而第二LED光束(绿光)被反射后，两束光线的出射方向相同，能够汇合成第一组合LED光束。

所述第一组合LED光束是蓝光和绿光的混合光束，而照明装置最终输出的光线往往被需求为白光，故通过在第一组合LED光束(蓝光和绿光的混合光束)和第一组合混合光束(红光)的交汇处，设置二向色镜A，该二向色镜A的设置位置、设置方式满足能够将第一组合LED光束(蓝光和绿光的混合光束)完全反射、而使得第一组合混合光束(红光)完全透过，且第一组合LED光束(蓝光和绿光的混合光束)和第一组合混合光束(红光)在经过所述二向色镜A之后的出射方向相同，二者汇合后混合成常见的白光出射，供照明使用。

优选地，参见附图3，所述装置还包括二向色镜A’和二向色镜F’；所述第一LED光源组件包括发出LED光束一的子LED光源组件一210、发出LED光束二的子LED光源组件二220和发出LED光束三的子LED光源组件三230；

所述二向色镜F’位于所述LED光束二和LED光束三的交汇处，所述二向色镜F’能够使得所述LED光束三全部穿过，同时能够将所述LED光束二全部反射，所述LED光束三穿过所述二向色镜F’之后，与被所述二向色镜F’反射的LED光束二的出射方向相同，汇合成第二组合LED光束；

所述二向色镜A’位于所述第二组合LED光束与LED光束一的交汇处，所述二向色镜A’能够使得所述LED光束一全部穿过，同时能够将所述第二组合LED光束全部反射，所述LED光束一穿过所述二向色镜A’后，与被所述二向色镜A’反射的所述第二组合LED光束的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

附图3示出的技术方案属于激光光束被全部反射，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束的情况。在该技术方案中，所述子LED光源组件一210、子LED光源组件二220和子LED光源组件三230发出的光的颜色可以不限，根据实际使用效果需要具体选择设置即可。

在该技术方案的一个具体示例(以下称为“示例二”)中，子LED光源组件一210可为单色光源组件，例如为蓝光光源；子LED光源组件二220和子LED光源组件三230则可为另外两种单色光源组件，例如分别为红光光源、绿光光源。

以下承接上述示例二进行说明：

在子LED光源组件二220发出的LED光束二(红光)和子LED光源组件三230发出的LED光束三(绿光)的交汇处设置二向色镜F’，能够使得LED光束三(绿光)完全透过、而LED光束二(红光)完全被反射。所述二向色镜F’与子LED光源组件二220、子LED光源组件三230之间的设置位置关系满足在LED光束三(绿光)被透过、而LED光束二(红光)被反射后，两束光线的出射方向相同，能够汇合成第二组合LED光束(绿光和红光的混合光束)。

所述第二组合LED光束是绿光和红光的混合光束，而照明装置最终输出的光线往往被需求为白光，故通过在第二组合LED光束(绿光和红光的混合光束)和LED光束一(蓝光)的交汇处，设置二向色镜A’，该二向色镜A’的设置位置、设置方式满足能够将第二组合LED光束(绿光和红光的混合光束)完全反射、而使得LED光束一(蓝光)完全透过，且第二组合LED光束(绿光和红光的混合光束)和LED光束一(蓝光)在经过所述二向色镜A’之后的出射方向相同，二者汇合后混合成所述第一LED光束，在红、蓝和绿光的比例合适的情况下，该第一LED光束此时为白光。

当第一LED光束为白光时，在该示例二中，激光光源组件也发出白光。此时，第一LED光束和激光光束在经过所述偏振分光元件10之后混合成的第一组合混合光束也为白光。

优选地，参见附图3，所述装置还包括第一复眼透镜组610和第二复眼透镜620；

所述第一复眼透镜组610包括两片相对平行设置的第一子复眼透镜611和第二子复眼透镜612，所述第一复眼透镜组610在光路上位于所述二向色镜A’的下游、并垂直于所述第一LED光束；

所述偏振分光元件10位于所述第一子复眼透镜611和所述第二子复眼透镜612之间，所述第一LED光束穿过所述第一子复眼透镜611后，经过所述偏振分光元件10而被分出第一透射子光束；

所述第二复眼透镜620位于所述激光光源组件100与所述偏振分光元件10之间，所述激光光束穿过所述第二复眼透镜620后，被所述偏振分光元件10反射后与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束，所述第一组合混合光束穿过所述第二子复眼透镜612出射。

在光学领域，复眼透镜/复眼透镜组的设置能够起到对光线进行匀光的作用，使得光线分布更加均匀，有利于实现均匀照明。一般情况下，可以用树脂，也可以用玻璃材质来制作复眼匀光构件，在采用玻璃材质时，通常用一对分立式的复眼透镜组来实现匀光功能；在采用树脂材质时，通常用一体式的单个复眼透镜来实现匀光功能。

具体地，在该技术方案中，采用的实际上为两个复眼透镜组，通过该技术方案中对各个光学元件特定的布局设置，使得第二复眼透镜620和第一复眼透镜组610中的第二子复眼透镜612也形成了一个复眼透镜组。

具体地，该技术方案在二向色镜A’的下游设置包括第一子复眼透镜611和第二子复眼透镜612的第一复眼透镜组610，偏振分光元件10位于所述第一子复眼透镜611和第二子复眼透镜612之间。

第一子复眼透镜611是第一LED光束经过的第一片复眼透镜，第一LED光束经过第一子复眼透镜611后，经过偏振分光元件10被分出第一透射子光束。

第二复眼透镜620位于所述激光光源组件100和所述偏振分光元件10之间，第二复眼透镜620是激光光束经过的第一片复眼透镜，激光光束经过第二复眼透镜620后，被所述偏振分光元件10反射。

第一透射子光束和被所述偏振分光元件10反射后的激光光束汇合成第一组合混合光束，第一组合混合光束穿过第二子复眼透镜612出射，出射后的光线有着高均匀度的光学效果。

优选地，参见附图4，所述装置还包括第三复眼透镜组710和第四复眼透镜720；

所述第四复眼透镜720在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件10之间；

所述第一LED光束穿过所述第四复眼透镜720后，经过所述偏振分光元件10后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组710包括相对平行设置的第三子复眼透镜711和第四子复眼透镜712，所述第三复眼透镜组710在光路上位于所述激光光源组件100和所述偏振分光元件10之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组710后，被所述偏振分光元件10反射，与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束。

具体地，在该技术方案中，对激光光束和第一LED光束分别进行匀光，在二者均被匀光之后，再使得二者分别投射到所述偏振分光元件10上。

对激光光束，采用一个复眼透镜组，即第三复眼透镜组710进行匀光；对所述第一LED光束，采用一个复眼透镜，即第四复眼透镜720进行匀光。在对激光光束和第一LED光束的匀光分别完成之后，所述激光光束投射到所述偏振分光元件10上，所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件10上被分出第一透射子光束，第一透射子光束和被偏振分光元件10反射的激光光束汇合成第一组合混合光束有着高均匀度的光学效果。

优选地，所述装置还包括第三复眼透镜组和第五复眼透镜组；

所述第五复眼透镜组(附图未示出)在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件10之间，所述第五复眼透镜组包括相对平行设置的第五子复眼透镜和第六子复眼透镜；

所述第一LED光束穿过所述第五复眼透镜组后，经过所述偏振分光元件10后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组包括相对平行设置的第三子复眼透镜和第四子复眼透镜，所述第三复眼透镜组在光路上位于所述激光光源组件和所述偏振分光元件10之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组后，被所述偏振分光元件10反射，与所述第一透射子光束汇合成第一组合混合光束。

具体地，在该技术方案中，对激光光束和第一LED光束分别进行匀光，在二者均被匀光之后，再使得二者分别投射到所述偏振分光元件10上。

对激光光束，采用一个复眼透镜组，即第三复眼透镜组进行匀光；对所述第一LED光束，也采用一个复眼透镜组，即第五复眼透镜组进行匀光(可以理解为，采用包括了一对相互平行的第五子复眼透镜和第六子复眼透镜的复眼透镜组，代替了上一个技术方案中的单个的第四复眼透镜)。在对激光光束和第一LED光束的匀光分别完成之后，所述激光光束投射到所述偏振分光元件10上，所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件10上被分出第一透射子光束，第一透射子光束和被偏振分光元件10反射的激光光束汇合成第一组合混合光束有着高均匀度的光学效果。

优选地，参见附图5，所述装置还包括第六复眼透镜820；所述第六复眼透镜820在光路上位于所述偏振分光元件10之后，所述第一组合混合光束穿过所述第六复眼透镜820后出射。

具体地，在该技术方案中，是先使得激光光束被偏振分光元件10完全反射、而第一LED光束被偏振分光元件10分出第一透射子光束，在第一透射子光束和被偏振分光元件10反射的激光光束汇合成第一组合混合光束后，再使得第一组合混合光束穿过一单个设置的复眼透镜进行匀光，以获得高均匀度的光学效果。

优选地，参见附图6，所述装置还包括发出第四LED光束的第四LED光源组件500、二向色镜B和二向色镜C；所述第一LED光源组件包括发出LED光束四的子LED光源组件四510和发出LED光束五的子LED光源组件五520；

所述二向色镜B能够使得所述LED光束五全部穿过，同时能够将所述LED光束四全部反射，所述LED光束五穿过所述二向色镜B之后，与被所述二向色镜B反射的LED光束四的出射方向相同，汇合成所述第一LED光束；

所述二向色镜C在光路上位于所述偏振分光元件10的下游、且位于所述第一组合混合光束和第四LED光束的交汇处，所述二向色镜C能够使得所述第四LED光束全部穿过，同时能够将所述第一组合混合光束全部反射，所述第四LED光束穿过所述二向色镜C之后，与被所述二向色镜C反射的第一组合混合光束出射方向相同，二者汇合后出射。

该技术方案属于激光光束被全部反射，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束的情况。在该技术方案中，所述第四LED光源组件500、子LED光源组件四510和子LED光源组件五520发出的光的颜色可以不限，根据实际使用效果需要具体选择设置即可。

在该技术方案的一个具体示例(以下称为“示例三”)中，第四LED光源组件500一可为单色光源组件，例如为绿光光源；子LED光源组件四510和子LED光源组件五520则可为另外两种单色光源组件，例如分别为蓝光光源、红光光源。

以下承接上述示例三进行说明：

在子LED光源组件四发出的LED光束四(蓝光)和子LED光源组件五发出的LED光束五(红光)的交汇处设置二向色镜B，能够使得LED光束五(红光)完全透过、而LED光束四(蓝光)完全被反射。所述二向色镜B与子LED光源组件四、子LED光源组件五之间的设置位置关系满足在LED光束五(红光)被透过、而LED光束四(蓝光)被反射后，两束光线的出射方向相同，能够汇合成第一LED光束(红光和蓝光的混合光束)。

所述激光光源被选为能够发出和该第一LED光束颜色相同的光的光源组件，第一LED光束经所述偏振分光元件10分出第一透射子光束后，和被所述偏振分光元件10反射的激光光束汇合成第一组合混合光束。所述二向色镜C设置在所述第一组合混合光束传播的下游位置上、且位于所述第一组合混合光束和第四LED光束交汇的位置上，所述二向色镜C能够使得所述第四LED光束全部透过、而将所述第一组合混合光束完全反射，所述第一组合混合光束和第四LED光束在所述二向色镜C之后汇合出射，供照明使用。

优选地，参见附图7，所述装置还包括二向色镜H和二向色镜G；所述第一LED光源组件包括发出LED光束六的子LED光源组件六910、发出LED光束七的子LED光源组件七920和发出LED光束八的子LED光源组件八930；

所述二向色镜H位于所述LED光束六和LED光束七的交汇处，所述二向色镜H能够使得所述LED光束六全部穿过，同时能够将所述LED光束七全部反射，所述LED光束六穿过所述二向色镜H之后，与被所述二向色镜H反射的LED光束七的出射方向相同，汇合成第三组合LED光束；

所述二向色镜G位于所述第三组合LED光束与LED光束八的交汇处，所述二向色镜G能够使得所述第三组合LED光束全部穿过，同时能够将所述LED光束八全部反射，所述第三组合LED光束穿过所述二向色镜G后，与被所述二向色镜G反射的所述LED光束八的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

附图7示出的技术方案属于激光光束被全部透射，所述激光光束和所述第一反射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束的情况。在该技术方案中，所述子LED光源组件六910、子LED光源组件七920和子LED光源组件八930发出的光的颜色可以不限，根据实际使用效果需要具体选择设置即可。

在该技术方案的一个具体示例中，子LED光源组件六910可为单色光源组件，例如为蓝光光源；子LED光源组件七920和子LED光源组件八930则可为另外两种单色光源组件，例如分别为红光光源、绿光光源。

在子LED光源组件七920发出的LED光束七(红光)和子LED光源组件六910发出的LED光束六(蓝光)的交汇处设置二向色镜H，能够使得LED光束七(红光)完全透过、而LED光束六(蓝光)完全被反射。所述二向色镜H与子LED光源组件七920、子LED光源组件六910之间的设置位置关系满足在LED光束七(红光)被透过、而LED光束六(蓝光)被反射后，两束光线的出射方向相同，能够汇合成第三组合LED光束(蓝光和红光的混合光束)。

所述第三组合LED光束是蓝光和红光的混合光束，而照明装置最终输出的光线往往被需求为白光，故通过在第三组合LED光束(蓝光和红光的混合光束)和LED光束八(绿光)的交汇处，设置二向色镜G，该二向色镜G的设置位置、设置方式满足能够将第三组合LED光束(蓝光和红光的混合光束)全部穿过、而使得LED光束八(绿光)完全反射，且第三组合LED光束(蓝光和红光的混合光束)和LED光束八(绿光)在经过所述二向色镜G之后的出射方向相同，二者汇合后混合成所述第一LED光束，在红、蓝和绿光的比例合适的情况下，该第一LED光束此时为白光。

当第一LED光束为白光时，激光光源组件也发出白光。此时，第一LED光束和激光光束在经过所述偏振分光元件10之后混合成的第一组合混合光束也为白光。

优选地，参见附图7，所述偏振分光元件10外围设有反射元件20，所述反射元件20能够在所述第一LED光束投射于其上时，将所述第一LED光束完全反射，被所述反射元件20完全反射的第一LED光束的出射方向与所述第一组合混合光束相同。

相对于激光光束来说，第一LED光束范围通常相对较广，其除了包括投射在所述偏振分光元件10上的部分LED光线，还会包括其它部分LED光线，本发明为了充分利用这其它部分光线，在所述偏振分光元件外围、对应这其它部分光线的投射位置设置反射元件20，将该其它部分LED光线完全反射；通过调整该反射元件与第一LED光源组件的相对位置，使得所述反射元件20完全反射的第一LED光束的出射方向与所述第一组合混合光束相同，共同出射供照明使用。

结合附图8的光路示意图来对该技术方案的实质进一步说明如下：

在附图8中，光线a、b、c和d均为LED光线，其中，光线a和光线d是LED光束最外围的两条光线；光线e和光线f则为激光光线，是激光光束最外围的两条光线。激光光束的范围相对较窄，均投射在虚线示出的偏振分光元件10之上、并完全透过该偏振分光元件10出射。LED光束的范围相对较大，其中对LED光线b和LED光线c来说，其投射在虚线示出的偏振分光元件10之上，被该偏振分光元件10分为第一透射子光束和第一反射子光束，第一反射子光束和激光光束的出射方向相同、二者汇合成第一组合混合光束；而对LED光线a和LED光线d来说，其沿着正常传播路径不会投射在偏振分光元件10之上，而是投射在位于该偏振分光元件10外围的、实线示出的反射元件20之上，被该反射元件20完全反射，反射后的光线方向与第一组合混合光束相同，共同出射供后续照明之用。

本发明中，“反射元件20位于偏振分光元件10的外围”包括反射元件20位于偏振分光元件10的上侧、下侧、左侧、右侧，也包括反射元件20对偏振分光元件10整体三百六十度环绕、或对偏振分光元件10以任意角度部分环绕的情况。

优选地，参见附图3，所述激光光源组件100包括激光器或激光器阵列、会聚透镜110、消散斑元件120和准直透镜130，所述激光器或激光器阵列、会聚透镜110、消散斑元件120和准直透镜130依次排列。

所述消散斑元件120配合所述激光器或者激光器阵列使用，能够消除激光器/激光器阵列带来的散斑。

优选地，所述偏振分光元件10在所述激光光束的入射光路上的、垂直于所述激光光束的主光线的投影面的面积与所述第一LED光束的横截面面积的比小于或者等于0.5。

具体地，本发明意图在于控制所述偏振分光元件10的尺寸，使得其在能够完全将投射于其上的激光光束完全反射的同时，面积不会过大，具体来说，一方面，通过使得上述投影面的轮廓略大于所述激光光束的外轮廓，使得所述偏振分光元件10不会有激光光束未投射其上的部分；另一方面，相比于所述第一LED光束投射在所述偏振分光元件10上的部分，第一LED光束有更多的部分未被所述偏振分光元件10半透半反，而是能够毫无遮挡地向前传播。由此，有效提高了对LED光能量的使用效率。

优选地，所述偏振分光元件为偏振分光镜、偏振分束棱镜、金属线栅偏振片中的一种，所述偏振分光结构为分束膜系或金属线栅。

具体地，在偏振分光元件为偏振分光镜或偏振分束棱镜时，所述偏振分光结构为分束膜系。在所述偏振分光元件为金属线栅偏振片时，所述偏振分光结构为金属线栅。

第二方面，本发明提供了一种DLP投影仪，包括如上所述的照明装置。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种采用LED与激光混合光源的照明装置，包括第一LED光源组件和激光光源组件，所述第一LED光源组件发出第一LED光束，所述激光光源组件发出激光光束，所述第一LED光束和激光光束为同色光，

其特征在于，

还包括偏振分光元件，所述偏振分光元件位于所述第一LED光束和所述激光光束的交汇处；

所述偏振分光元件具有偏振分光结构，所述偏振分光结构在所述激光光束投射到所述偏振分光元件时，将所述激光光束全部反射、或全部透射；所述偏振分光结构在所述第一LED光束投射到所述偏振分光元件时，将所述第一LED光束分为第一透射子光束和第一反射子光束，所述第一透射子光束全部透过所述偏振分光元件，所述第一反射子光束全部被所述偏振分光元件反射；

当所述激光光束被全部反射时，所述激光光束和所述第一透射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用；

当所述激光光束被全部透射时，所述激光光束和所述第一反射子光束在经过所述偏振分光元件之后的出射方向相同，汇合成第一组合混合光束，出射后供照明使用。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述装置还包括发出第二LED光束的第二LED光源组件、发出第三LED光束的第三LED光源组件、二向色镜A和二向色镜F；

所述二向色镜F位于所述第二LED光束和所述第三LED光束的交汇处，所述二向色镜F能够使得所述第三LED光束全部穿过，同时能够将所述第二LED光束全部反射；所述第三LED光束穿过所述二向色镜F之后，与被所述二向色镜F反射的第二LED光束的出射方向相同，汇合成第一组合LED光束；

所述二向色镜A位于所述第一组合混合光束和所述第一组合LED光束的交汇处，所述二向色镜A能够使得所述第一组合混合光束全部穿过，同时能够将所述第一组合LED光束全部反射，所述第一组合混合光束穿过所述二向色镜A之后，与被所述二向色镜A反射的第一组合LED光束的出射方向相同，所述第一组合混合光束与所述第一组合LED光束汇合后出射。

3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述装置还包括二向色镜A’和二向色镜F’；所述第一LED光源组件包括发出LED光束一的子LED光源组件一、发出LED光束二的子LED光源组件二和发出LED光束三的子LED光源组件三；

所述二向色镜F’位于所述LED光束二和LED光束三的交汇处，所述二向色镜F’能够使得所述LED光束三全部穿过，同时能够将所述LED光束二全部反射，所述LED光束三穿过所述二向色镜F’之后，与被所述二向色镜F’反射的LED光束二的出射方向相同，汇合成第二组合LED光束；

所述二向色镜A’位于所述第二组合LED光束与LED光束一的交汇处，所述二向色镜A’能够使得所述LED光束一全部穿过，同时能够将所述第二组合LED光束全部反射，所述LED光束一穿过所述二向色镜A’后，与被所述二向色镜A’反射的所述第二组合LED光束的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一复眼透镜组和第二复眼透镜；

所述第一复眼透镜组包括两片相对平行设置的第一子复眼透镜和第二子复眼透镜，所述第一复眼透镜组在光路上位于所述二向色镜A’的下游、并垂直于所述第一LED光束；

所述偏振分光元件位于所述第一子复眼透镜和所述第二子复眼透镜之间，所述第一LED光束穿过所述第一子复眼透镜后，经过所述偏振分光元件而被分出第一透射子光束；

所述第二复眼透镜位于所述激光光源组件与所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第二复眼透镜后，被所述偏振分光元件反射后与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束，所述第一组合混合光束穿过所述第二子复眼透镜出射。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三复眼透镜组和第四复眼透镜；

所述第四复眼透镜在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件之间；

所述第一LED光束穿过所述第四复眼透镜后，经过所述偏振分光元件后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组包括相对平行设置的第三子复眼透镜和第四子复眼透镜，所述第三复眼透镜组在光路上位于所述激光光源组件和所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组后，被所述偏振分光元件反射，与所述第一透射子光束汇合成所述第一组合混合光束。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三复眼透镜组和第五复眼透镜组；

所述第五复眼透镜组在光路上位于所述二向色镜A’与所述偏振分光元件之间，所述第五复眼透镜组包括相对平行设置的第五子复眼透镜和第六子复眼透镜；

所述第一LED光束穿过所述第五复眼透镜组后，经过所述偏振分光元件后分出所述第一透射子光束；

所述第三复眼透镜组包括相对平行设置的第三子复眼透镜和第四子复眼透镜，所述第三复眼透镜组在光路上位于所述激光光源组件和所述偏振分光元件之间，所述激光光束穿过所述第三复眼透镜组后，被所述偏振分光元件反射，与所述第一透射子光束汇合成第一组合混合光束。

7.如权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述装置还包括第六复眼透镜；所述第六复眼透镜在光路上位于所述偏振分光元件之后，所述第一组合混合光束穿过所述第六复眼透镜后出射。

8.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述装置还包括发出第四LED光束的第四LED光源组件、二向色镜B和二向色镜C；所述第一LED光源组件包括发出LED光束四的子LED光源组件四和发出LED光束五的子LED光源组件五；

所述二向色镜B位于所述LED光束四和LED光束五的交汇处，所述二向色镜B能够使得所述LED光束五全部穿过，同时能够将所述LED光束四全部反射，所述LED光束五穿过所述二向色镜B之后，与被所述二向色镜B反射的LED光束四的出射方向相同，汇合成所述第一LED光束；

所述二向色镜C在光路上位于所述偏振分光元件的下游、且位于所述第一组合混合光束和第四LED光束的交汇处，所述二向色镜C能够使得所述第四LED光束全部穿过，同时能够将所述第一组合混合光束全部反射，所述第四LED光束穿过所述二向色镜C之后，与被所述二向色镜C反射的第一组合混合光束出射方向相同，二者汇合后出射。

9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述装置还包括二向色镜H和二向色镜G；所述第一LED光源组件包括发出LED光束六的子LED光源组件六、发出LED光束七的子LED光源组件七和发出LED光束八的子LED光源组件八；

所述二向色镜H位于所述LED光束六和LED光束七的交汇处，所述二向色镜H能够使得所述LED光束六全部穿过，同时能够将所述LED光束七全部反射，所述LED光束六穿过所述二向色镜H之后，与被所述二向色镜H反射的LED光束七的出射方向相同，汇合成第三组合LED光束；

所述二向色镜G位于所述第三组合LED光束与LED光束八的交汇处，所述二向色镜G能够使得所述第三组合LED光束全部穿过，同时能够将所述LED光束八全部反射，所述第三组合LED光束穿过所述二向色镜G后，与被所述二向色镜G反射的所述LED光束八的出射方向相同，汇合成为所述第一LED光束。

10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述偏振分光元件外围设有反射元件，所述反射元件能够在所述第一LED光束投射于其上时，将所述第一LED光束完全反射，被所述反射元件完全反射的第一LED光束的出射方向与所述第一组合混合光束相同。

11.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述激光光源组件包括激光器或激光器阵列、会聚透镜、消散斑元件和准直透镜，所述激光器或激光器阵列、会聚透镜、消散斑元件和准直透镜依次排列。

12.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述偏振分光元件在所述激光光束的入射光路上的、垂直于所述激光光束的主光线的投影面的面积与所述第一LED光束的横截面面积的比小于或者等于0.5。

13.如权利要求1-12任一项所述的照明装置，其特征在于，所述偏振分光元件为偏振分光镜、偏振分束棱镜、金属线栅偏振片中的一种，所述偏振分光结构为分束膜系或金属线栅。

14.一种DLP投影仪，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的照明装置。

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