CN202629628U

CN202629628U - 光源

Info

Publication number: CN202629628U
Application number: CN2012201206614U
Authority: CN
Inventors: 胡飞
Original assignee: Appotronics Corp Ltd
Current assignee: Shenzhen Appotronics Corp Ltd; Shenzhen Appotronics Technology Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-03-27

Abstract

本实用新型提出一种光源，包括至少两个发光器件，该至少两个发光器件的发光光束的光轴方向相平行；还包括用于将至少两个发光器件发出的两束光束合为一束的合光器件；还包括至少两个第一透镜阵列，该至少两个第一透镜阵列分别位于至少两个发光器件与合光器件的光路之间；还包括位于合光器件光路后端的第二透镜阵列，至少两个第一透镜阵列与该第二透镜阵列之间的光程相等。在本实用新型的光源中，利用至少两个发光器件的发光光束的光轴方向相平行，使得整个系统的散热设计变得容易；另外，利用至少两个第一透镜阵列与第二透镜阵列之间的光程相等，保证了整个系统的光束的匀光效果。

Description

光源

技术领域

本实用新型涉及光源领域，特别是涉及一种基于发光器件合光的光源。

背景技术

目前，合光技术在一些光源中有广泛的应用，例如在基于发光二极管的投影显示光源中，需要红色、绿色、蓝色发光二极管，这三种颜色的光源利用其波长的不同使用波长合光器件合光为一束。这种技术的问题在于，由于工艺偏差等因素的存在，合光后的混合光的均匀性不佳。

复眼透镜的使用可以有效的解决这个问题。复眼透镜一般成对使用，每一片复眼透镜上包括多个透镜单元，从第一片复眼透镜上的每一个透镜单元出射的光束聚焦于第二片复眼透镜上唯一的一个透镜单元表面。复眼透镜对上的透镜单元将入射光束分割成很多子光束，并分别将这些子光束叠加地成像于后端的焦平面上，成像的形状与第一片复眼透镜的透镜单元的外形相同；而由于总的成像是由多个子光束叠加而成的，所以成像的均匀性得以保证。

在该方案中，两片复眼透镜之间的间距增大了整个光学系统的长度。为了解决这个问题，专利US20070253197提出一种方案：将复眼透镜对的两片复眼透镜分别放置于合光器件的光路两端，即每个发光装置的出光口都放置第一片复眼透镜，从每一个发光装置发出的光线先经过第一片复眼透镜后入射于合光装置，并经过后者的合光后出射并入射于第二片复眼透镜，这样就重复利用了合光装置的空间而压缩了光学系统的长度。

专利US20070253197提出的方案，在实际应用中存在这样一个问题：由于每一个发光装置的外形基本相同，按照该方案中的摆放方式则各光源需要相互垂直的放置，如图4所示。其中，发光器件411、412和413发出的三束光分别经过复眼透镜431、432和433后入射于合光装置441，经该合光装置441合光后形成的出射光入射于第二片复眼透镜434后出射。为了降低成本，每一个发光器件的外形相同。此时为了散热，各发光器件分别使用了风扇421、422和423为其散热。在该方案中，由于各发光器件的发光方向必须面向合光器件441，导致其摆放方位不能一致，这使得整个系统的体积很大，同时由于每个发光器件的风扇的吹风方向不同，使得整个系统的散热设计变得困难。

实用新型内容

本实用新型解决的主要技术问题是提出一种光源的结构，解决了上述的体积大和散热设计困难的问题。

本实用新型提出一种光源，包括至少两个发光器件，该至少两个发光器件的发光光束的光轴方向相平行；还包括用于将至少两个发光器件发出的两束光束合为一束的合光器件；还包括至少两个第一透镜阵列，该两个第一透镜阵列分别位于至少两个发光器件与合光器件的光路之间；还包括位于合光器件光路后端的第二透镜阵列，至少两个第一透镜阵列与该第二透镜阵列之间的光程相等。

在本实用新型的光源中，利用至少两个发光器件的发光光束的光轴方向相平行，使得整个系统的散热设计变得容易；另外，利用至少两个第一透镜阵列与第二透镜阵列之间的光程相等，保证了整个系统的光束的匀光效果。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例的结构示意图；

图2a是本实用新型的第二实施例的结构示意图；

图2b是第二实施例的一个变形的结构示意图；

图3是第三实施例的结构示意图；

图4是利用现有技术的光源的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的第一实施例的结构示意图如图1所示。该光源100中，包括两个发光器件111和112，发光器件111的发光光束191与发光器件112的发光光束192的光轴方向相平行；还包括用于将光束191和192合为一束的合光器件141；还包括两个第一透镜阵列131和132，第一透镜阵列131位于发光器件111与合光器件141的光路之间，第一透镜阵列132位于发光器件112与合光器件141的光路之间。该光源100中还包括位于合光器件141光路后端的第二透镜阵列133，第一透镜阵列131与该第二透镜阵列133之间的光程与第一透镜阵列132与该第二透镜阵列133之间的光程相等。

在本实施例中，两个发光器件111与112的发光方向相同，对于发光器件111来说，还需要一个位于发光器件111与合光器件141的光路之间的反射镜151，该反射镜151用于将该发光器件111发出的光束191反射至合光器件141。

在本实施例中，第一透镜阵列131和132都包括多个第一透镜单元，第二透镜阵列也包括多个第二透镜单元，从每一个第一透镜单元出射的光束聚焦地入射于唯一的第二透镜单元的表面。优选的，第一透镜单元与第二透镜单元一一对应。根据背景技术中介绍的，光束191会经过第一透镜阵列131与第二透镜阵列133的分割与叠加而实现光束的均匀化，同样的，光束192也会经过第一透镜阵列132与第二透镜阵列133的分割与叠加而实现光束的均匀化。

光束191和192成像于整个光源的成像面上的光斑的外形与其各自的第一透镜阵列131和132的第一透镜单元的外形相同。因此优选的，第一透镜阵列131与第一透镜阵列132中的第一透镜单元的外形是全等的，这可以保证光束191与光束192所形成的光斑全等，进而使得两者合光形成的光束193所形成的光斑的形状与两光束191和192所分别形成的光斑的形状相同，并保证了光束193形成的光斑的均匀性。

值得指出的是，在很多应用场合，例如投影显示中，需要光斑形状为长方形，因此在这些场合，第一透镜阵列131和132的第一透镜单元的外形为长方形。在实际应用中，从实际效果和成本的角度考虑，第二透镜阵列133的的第二透镜单元与第一透镜单元的外形也是全等的，这使得所有的透镜阵列131、132、133都可以使用一个模具加工而成而节省成本，而且实验证明这样实现的匀光效果也比较理想。

在上述描述中，第一透镜阵列131与该第二透镜阵列133之间的光程指的是光线在这两个器件之间传播过程中所经过介质的折射率与在该介质中传播距离的乘积。在该实施例中，光线在第一透镜阵列131与第二透镜阵列133之间传播过程中先后经过反射镜151的反射和合光装置141的反射，而且在传播过程中所处的介质都是空气(折射率近似等于1)，因此其光程就等于光线在第一透镜阵列131与反射镜151之间的传播距离、光线在反射镜151与合光装置141之间的传播距离、光线在合光装置141与第二透镜阵列133之间的传播距离的和。同样道理，第一透镜阵列132与第二透镜阵列133之间的光程，等于光线在第一透镜阵列132与合光装置141之间的传播距离、光线在合光装置141与第二透镜阵列133之间的传播距离之和。

当光线在传播过程中经过多种介质时，则光程L的算法如下：

L＝n₁d₁+n₂d₂+n₃d₃+… (1)

其中，n₁、n₂、n₃分别代表多种介质的折射率，d₁、d₂、d₃则分别代表光线在这些介质中传播的距离。因此，总的光程等于光在不同介质中的传播光程之和。利用这个公式，可以理解，在光束的在空气中传播的传播路径上插入一块高折射率的透明材料(例如玻璃)，则在空间长度不变的情况下可以增大光程，或者在保持光程不变的情况下可以减小空间长度。

在本实用新型中，由于第一透镜阵列131与该第二透镜阵列133之间的光程与第一透镜阵列132与该第二透镜阵列133之间的光程相等，这保证了从发光器件111发出的光束经过第一透镜阵列131与第二透镜阵列133的作用后得到的光束，与从发光器件112发出的光束经过第一透镜阵列132与第二透镜阵列133的作用后得到的光束的均匀性和发散角度相同，从而保证了该光源100出射光束193的均匀性。

在本实施例中，第一透镜阵列131位于发光器件111的光出射口，第一透镜阵列132位于发光器件112的光出射口。这有利于减小整个光学系统横向的长度。

在本实施例中，发光器件111发出的光束191与发光器件112发出的光束192都是线偏振光(例如激光)，且偏振方向相互垂直。此时，合光器件141为偏振合光器件，具体的，合光器件141是一个反射型偏振片，该反射型偏振片可以反射光束191同时透射光束192从而实现光束191和192的合光。

实际上合光器件也可以利用光束波长的不同来实现合光，此时该合光器件为波长合光器件。该波长合光器件可以是一个分光滤光片或分光滤光片组，它利用发光器件发光波长的不同，对于不同波长的光进行透射或反射从而实现合光。

在本实施例中，两个发光器件111和112具有相同的外形，而且发光器件111的发光光束191与发光器件112的发光光束192的光轴方向相平行，这就保证了发光器件111与发光器件112的摆放方向相同，这使得为发光器件111散热的风扇121所产生的空气流与为发光器件112散热的风扇122产生的空气流的流向相同，进而使得整个系统的散热设计变得简单。例如，可以使用一个大风扇同时为发光器件111和112散热。

本实用新型的第二实施例的结构示意图如图2a所示。与第一实施例不同的是，发光器件211和212分别经过反射镜251和252的反射对称地入射于合光装置241进行合光，这样的好处在于在图中的横向方向上系统的长度缩短了，同时整个系统在上下方向上对称，更好的保证了两个第一透镜阵列分别与第二透镜阵列之间的光程相等，但问题在于该系统在图中上下方向上变长了，同时发光器件212的散热风道在发光器件211的散热风道的下游，此处的空气已经被发光器件211加热过，因此发光器件212的散热效果要差一些。

在该实施例中，发光器件211与212都是线偏振光，且合光装置241由两个反射型线偏振片241a和241b呈十字型交叉组成，反射型偏振片241a透射发光器件211发出的偏振光同时反射发光器件212发出的偏振光，同时偏振片241b透射发光器件212发出的偏振光同时反射发光器件211发出的偏振光，以此来实现合光。

可以理解的，在本实施例中，合光装置241也可以是波长合光装置。这是现有技术，此处不赘述。

图2b显示了第二实施例的一个变形，与图2a所示的实施例的结构的不同点在于，合光装置换成了直角反射镜249，该直角反射镜249的两个直角边分别反射两个发光器件的光束使其合为一束。与上述实施例不同的是，经过这样的合光装置249合光后出射光的光斑直径会扩大，这虽然降低了光束的能量密度，但是该合光装置249具有成本低的优点。

本实用新型的第三实施例的结构示意图如图3所示。与第一实施例不同的是，在本实施例中，包括三个发光器件311、312和313，发光器件311发出的光经过第一透镜阵列331和第二透镜阵列334后被整形和均匀化，发光器件312发出的光经过第一透镜阵列332和第二透镜阵列334后被整形和均匀化，发光器件313发出的光经过第一透镜阵列333和第二透镜阵列334后被整形和均匀化，这三束光经过合光装置341合为一束。根据上述描述说明可以理解，只要第一透镜阵列331、332和333分别与第二透镜阵列334之间的光程相等，就能够使该光源的出射光形成的光斑均匀，同时由于这三个发光器件的发光光束的光轴方向相平行，使得这三个发光器件的摆放方向相同，进而使其散热风道相平行，使得系统的散热设计变得简单。

在该实施例中，三个发光器件的发光颜色不同，例如分别是红光、绿光和蓝光，此时合光器件341由相互交叉放置的分光滤光片组成，利用三种光的波长不同对这三种光分别进行透射或反射而实现合光，这是现有技术，此处不赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种光源，其特征在于，包括：

至少两个发光器件，该至少两个发光器件的发光光束的光轴方向相平行；

用于将至少两个发光器件发出的两束光束合为一束的合光器件；

至少两个第一透镜阵列，该两个第一透镜阵列分别位于所述至少两个发光器件与所述合光器件的光路之间；

位于所述合光器件光路后端的第二透镜阵列，所述至少两个第一透镜阵列与该第二透镜阵列之间的光程相等。

2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述至少两个发光器件具有相同的外形。

3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述至少两个发光器件的发光方向相同。

4.根据权利要求3所述的光源，其特征在于，还包括位于至少一个发光器件与合光器件的光路之间的反射镜，该反射镜用于将该至少一个发光器件发出的光束反射至合光器件。

5.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一透镜阵列包括多个第一透镜单元，所述第二透镜阵列包括多个第二透镜单元，从每一个第一透镜单元出射的光束入射于唯一的第二透镜单元。

6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一透镜单元与第二透镜单元一一对应。

7.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述至少两个第一透镜阵列中的第一透镜单元外形全等。

8.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一透镜单元的外形为长方形。

9.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一透镜单元将入射到其上的光束聚焦于第二透镜单元的表面。

10.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述第一透镜阵列位于发光器件的光出射口。

11.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述至少两个发光器件的波长不同，所述合光器件为波长合光器件。

12.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述至少两个发光器件的偏振方向不同，所述合光器件为偏振合光器件。