專利名稱：光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光源領(lǐng)域，特別是涉及一種基于發(fā)光器件合光的光源。
背景技術(shù)：
目前，合光技術(shù)在一些光源中有廣泛的應(yīng)用，例如在基于發(fā)光二極管的投影顯示光源中，需要紅色、綠色、藍(lán)色發(fā)光二極管，這三種顏色的光源利用其波長的不同使用波長合光器件合光為一束。這種技術(shù)的問題在于，由于工藝偏差等因素的存在，合光后的混合光的均勻性不佳。復(fù)眼透鏡的使用可以有效的解決這個問題。復(fù)眼透鏡一般成對使用，每一片復(fù)眼透鏡上包括多個透鏡單元，從第一片復(fù)眼透鏡上的每一個透鏡單元出射的光束聚焦于第二 片復(fù)眼透鏡上唯一的一個透鏡單元表面。復(fù)眼透鏡對上的透鏡單元將入射光束分割成很多子光束，并分別將這些子光束疊加地成像于后端的焦平面上，成像的形狀與第一片復(fù)眼透鏡的透鏡單元的外形相同；而由于總的成像是由多個子光束疊加而成的，所以成像的均勻性得以保證。在該方案中，兩片復(fù)眼透鏡之間的間距增大了整個光學(xué)系統(tǒng)的長度。為了解決這個問題，專利US20070253197提出一種方案將復(fù)眼透鏡對的兩片復(fù)眼透鏡分別放置于合光器件的光路兩端，即每個發(fā)光裝置的出光口都放置第一片復(fù)眼透鏡，從每一個發(fā)光裝置發(fā)出的光線先經(jīng)過第一片復(fù)眼透鏡后入射于合光裝置，并經(jīng)過后者的合光后出射并入射于第二片復(fù)眼透鏡，這樣就重復(fù)利用了合光裝置的空間而壓縮了光學(xué)系統(tǒng)的長度。專利US20070253197提出的方案，在實(shí)際應(yīng)用中存在這樣一個問題由于每一個發(fā)光裝置的外形基本相同，按照該方案中的擺放方式則各光源需要相互垂直的放置，如圖4所示。其中，發(fā)光器件411、412和413發(fā)出的三束光分別經(jīng)過復(fù)眼透鏡431、432和433后入射于合光裝置441，經(jīng)該合光裝置441合光后形成的出射光入射于第二片復(fù)眼透鏡434后出射。為了降低成本，每一個發(fā)光器件的外形相同。此時為了散熱，各發(fā)光器件分別使用了風(fēng)扇421、422和423為其散熱。在該方案中，由于各發(fā)光器件的發(fā)光方向必須面向合光器件441，導(dǎo)致其擺放方位不能一致，這使得整個系統(tǒng)的體積很大，同時由于每個發(fā)光器件的風(fēng)扇的吹風(fēng)方向不同，使得整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)變得困難。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的主要技術(shù)問題是提出一種光源的結(jié)構(gòu)，解決了上述的體積大和散熱設(shè)計(jì)困難的問題。本實(shí)用新型提出一種光源，包括至少兩個發(fā)光器件，該至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行；還包括用于將至少兩個發(fā)光器件發(fā)出的兩束光束合為一束的合光器件；還包括至少兩個第一透鏡陣列，該兩個第一透鏡陣列分別位于至少兩個發(fā)光器件與合光器件的光路之間；還包括位于合光器件光路后端的第二透鏡陣列，至少兩個第一透鏡陣列與該第二透鏡陣列之間的光程相等。[0008]在本實(shí)用新型的光源中，利用至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行，使得整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)變得容易；另外，利用至少兩個第一透鏡陣列與第二透鏡陣列之間的光程相等，保證了整個系統(tǒng)的光束的勻光效果。
圖I是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是第二實(shí)施例的一個變形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是利用現(xiàn)有技術(shù)的光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。該光源100中，包括兩個發(fā)光器件111和112，發(fā)光器件111的發(fā)光光束191與發(fā)光器件112的發(fā)光光束192的光軸方向相平行；還包括用于將光束191和192合為一束的合光器件141 ;還包括兩個第一透鏡陣列131和132,第一透鏡陣列131位于發(fā)光器件111與合光器件141的光路之間,第一透鏡陣列132位于發(fā)光器件112與合光器件141的光路之間。該光源100中還包括位于合光器件141光路后端的第二透鏡陣列133，第一透鏡陣列131與該第二透鏡陣列133之間的光程與第一透鏡陣列132與該第二透鏡陣列133之間的光程相等。在本實(shí)施例中，兩個發(fā)光器件111與112的發(fā)光方向相同，對于發(fā)光器件111來說，還需要一個位于發(fā)光器件111與合光器件141的光路之間的反射鏡151，該反射鏡151用于將該發(fā)光器件111發(fā)出的光束191反射至合光器件141。在本實(shí)施例中，第一透鏡陣列131和132都包括多個第一透鏡單元，第二透鏡陣列也包括多個第二透鏡單元，從每一個第一透鏡單元出射的光束聚焦地入射于唯一的第二透鏡單元的表面。優(yōu)選的，第一透鏡單元與第二透鏡單元一一對應(yīng)。根據(jù)背景技術(shù)中介紹的，光束191會經(jīng)過第一透鏡陣列131與第二透鏡陣列133的分割與疊加而實(shí)現(xiàn)光束的均勻化，同樣的，光束192也會經(jīng)過第一透鏡陣列132與第二透鏡陣列133的分割與疊加而實(shí)現(xiàn)光束的均勻化。光束191和192成像于整個光源的成像面上的光斑的外形與其各自的第一透鏡陣列131和132的第一透鏡單元的外形相同。因此優(yōu)選的，第一透鏡陣列131與第一透鏡陣列132中的第一透鏡單元的外形是全等的，這可以保證光束191與光束192所形成的光斑全等，進(jìn)而使得兩者合光形成的光束193所形成的光斑的形狀與兩光束191和192所分別形成的光斑的形狀相同，并保證了光束193形成的光斑的均勻性。值得指出的是，在很多應(yīng)用場合，例如投影顯示中，需要光斑形狀為長方形，因此在這些場合，第一透鏡陣列131和132的第一透鏡單元的外形為長方形。在實(shí)際應(yīng)用中，從實(shí)際效果和成本的角度考慮，第二透鏡陣列133的的第二透鏡單元與第一透鏡單元的外形也是全等的，這使得所有的透鏡陣列131、132、133都可以使用一個模具加工而成而節(jié)省成本，而且實(shí)驗(yàn)證明這樣實(shí)現(xiàn)的勻光效果也比較理想。在上述描述中，第一透鏡陣列131與該第二透鏡陣列133之間的光程指的是光線在這兩個器件之間傳播過程中所經(jīng)過介質(zhì)的折射率與在該介質(zhì)中傳播距離的乘積。在該實(shí)施例中，光線在第一透鏡陣列131與第二透鏡陣列133之間傳播過程中先后經(jīng)過反射鏡151的反射和合光裝置141的反射，而且在傳播過程中所處的介質(zhì)都是空氣(折射率近似等于I)，因此其光程就等于光線在第一透鏡陣列131與反射鏡151之間的傳播距離、光線在反射鏡151與合光裝置141之間的傳播距離、光線在合光裝置141與第二透鏡陣列133之間的傳播距離的和。同樣道理，第一透鏡陣列132與第二透鏡陣列133之間的光程，等于光線在第一透鏡陣列132與合光裝置141之間的傳播距離、光線在合光裝置141與第二透鏡陣列133之間的傳播距離之和。當(dāng)光線在傳播過程中經(jīng)過多種介質(zhì)時，則光程L的算法如下L = H1Cl^n2Cl2+n3d3+··· (I)其中，ηι、η2、η3分別代表多種介質(zhì)的折射率，“屯則分別代表光線在這些介質(zhì)中傳播的距離。因此，總的光程等于光在不同介質(zhì)中的傳播光程之和。利用這個公式，可 以理解，在光束的在空氣中傳播的傳播路徑上插入一塊高折射率的透明材料(例如玻璃)，則在空間長度不變的情況下可以增大光程，或者在保持光程不變的情況下可以減小空間長度。在本實(shí)用新型中，由于第一透鏡陣列131與該第二透鏡陣列133之間的光程與第一透鏡陣列132與該第二透鏡陣列133之間的光程相等，這保證了從發(fā)光器件111發(fā)出的光束經(jīng)過第一透鏡陣列131與第二透鏡陣列133的作用后得到的光束，與從發(fā)光器件112發(fā)出的光束經(jīng)過第一透鏡陣列132與第二透鏡陣列133的作用后得到的光束的均勻性和發(fā)散角度相同，從而保證了該光源100出射光束193的均勻性。在本實(shí)施例中，第一透鏡陣列131位于發(fā)光器件111的光出射口，第一透鏡陣列132位于發(fā)光器件112的光出射口。這有利于減小整個光學(xué)系統(tǒng)橫向的長度。在本實(shí)施例中，發(fā)光器件111發(fā)出的光束191與發(fā)光器件112發(fā)出的光束192都是線偏振光(例如激光)，且偏振方向相互垂直。此時，合光器件141為偏振合光器件,具體的，合光器件141是一個反射型偏振片，該反射型偏振片可以反射光束191同時透射光束192從而實(shí)現(xiàn)光束191和192的合光。實(shí)際上合光器件也可以利用光束波長的不同來實(shí)現(xiàn)合光，此時該合光器件為波長合光器件。該波長合光器件可以是一個分光濾光片或分光濾光片組，它利用發(fā)光器件發(fā)光波長的不同，對于不同波長的光進(jìn)行透射或反射從而實(shí)現(xiàn)合光。在本實(shí)施例中，兩個發(fā)光器件111和112具有相同的外形，而且發(fā)光器件111的發(fā)光光束191與發(fā)光器件112的發(fā)光光束192的光軸方向相平行,這就保證了發(fā)光器件111與發(fā)光器件112的擺放方向相同，這使得為發(fā)光器件111散熱的風(fēng)扇121所產(chǎn)生的空氣流與為發(fā)光器件112散熱的風(fēng)扇122產(chǎn)生的空氣流的流向相同，進(jìn)而使得整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)變得簡單。例如，可以使用一個大風(fēng)扇同時為發(fā)光器件111和112散熱。本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2a所示。與第一實(shí)施例不同的是，發(fā)光器件211和212分別經(jīng)過反射鏡251和252的反射對稱地入射于合光裝置241進(jìn)行合光，這樣的好處在于在圖中的橫向方向上系統(tǒng)的長度縮短了，同時整個系統(tǒng)在上下方向上對稱，更好的保證了兩個第一透鏡陣列分別與第二透鏡陣列之間的光程相等，但問題在于該系統(tǒng)在圖中上下方向上變長了，同時發(fā)光器件212的散熱風(fēng)道在發(fā)光器件211的散熱風(fēng)道的下游，此處的空氣已經(jīng)被發(fā)光器件211加熱過，因此發(fā)光器件212的散熱效果要差一些。在該實(shí)施例中，發(fā)光器件211與212都是線偏振光，且合光裝置241由兩個反射型線偏振片241a和241b呈十字型交叉組成，反射型偏振片241a透射發(fā)光器件211發(fā)出的偏振光同時反射發(fā)光器件212發(fā)出的偏振光，同時偏振片241b透射發(fā)光器件212發(fā)出的偏振光同時反射發(fā)光器件211發(fā)出的偏振光，以此來實(shí)現(xiàn)合光?？梢岳斫獾?，在本實(shí)施例中，合光裝置241也可以是波長合光裝置。這是現(xiàn)有技術(shù)，此處不贅述。 圖2b顯示了第二實(shí)施例的一個變形，與圖2a所示的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于，合光裝置換成了直角反射鏡249，該直角反射鏡249的兩個直角邊分別反射兩個發(fā)光器件的光束使其合為一束。與上述實(shí)施例不同的是，經(jīng)過這樣的合光裝置249合光后出射光的光斑直徑會擴(kuò)大，這雖然降低了光束的能量密度，但是該合光裝置249具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。與第一實(shí)施例不同的是，在本實(shí)施例中，包括三個發(fā)光器件311、312和313，發(fā)光器件311發(fā)出的光經(jīng)過第一透鏡陣列331和第二透鏡陣列334后被整形和均勻化，發(fā)光器件312發(fā)出的光經(jīng)過第一透鏡陣列332和第二透鏡陣列334后被整形和均勻化，發(fā)光器件313發(fā)出的光經(jīng)過第一透鏡陣列333和第二透鏡陣列334后被整形和均勻化，這三束光經(jīng)過合光裝置341合為一束。根據(jù)上述描述說明可以理解，只要第一透鏡陣列331、332和333分別與第二透鏡陣列334之間的光程相等，就能夠使該光源的出射光形成的光斑均勻，同時由于這三個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行，使得這三個發(fā)光器件的擺放方向相同，進(jìn)而使其散熱風(fēng)道相平行，使得系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)變得簡單。在該實(shí)施例中，三個發(fā)光器件的發(fā)光顏色不同，例如分別是紅光、綠光和藍(lán)光，此時合光器件341由相互交叉放置的分光濾光片組成，利用三種光的波長不同對這三種光分別進(jìn)行透射或反射而實(shí)現(xiàn)合光，這是現(xiàn)有技術(shù)，此處不贅述。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種光源，其特征在于，包括 至少兩個發(fā)光器件，該至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行； 用于將至少兩個發(fā)光器件發(fā)出的兩束光束合為一束的合光器件； 至少兩個第一透鏡陣列，該兩個第一透鏡陣列分別位于所述至少兩個發(fā)光器件與所述合光器件的光路之間； 位于所述合光器件光路后端的第二透鏡陣列，所述至少兩個第一透鏡陣列與該第二透鏡陣列之間的光程相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述至少兩個發(fā)光器件具有相同的外形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其特征在干，還包括位于至少一個發(fā)光器件與合光器件的光路之間的反射鏡，該反射鏡用于將該至少ー個發(fā)光器件發(fā)出的光束反射至合光器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述第一透鏡陣列包括多個第一透鏡單元，所述第二透鏡陣列包括多個第二透鏡單元，從每ー個第一透鏡單元出射的光束入射于唯一的第二透鏡單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其特征在干，所述第一透鏡單元與第二透鏡單元一一對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其特征在于，所述至少兩個第一透鏡陣列中的第一透鏡單元外形全等。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一透鏡單元的外形為長方形。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一透鏡單元將入射到其上的光束聚焦于第二透鏡單元的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述第一透鏡陣列位于發(fā)光器件的光出射ロ。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述至少兩個發(fā)光器件的波長不同，所述合光器件為波長合光器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源，其特征在于，所述至少兩個發(fā)光器件的偏振方向不同，所述合光器件為偏振合光器件。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種光源，包括至少兩個發(fā)光器件，該至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行；還包括用于將至少兩個發(fā)光器件發(fā)出的兩束光束合為一束的合光器件；還包括至少兩個第一透鏡陣列，該至少兩個第一透鏡陣列分別位于至少兩個發(fā)光器件與合光器件的光路之間；還包括位于合光器件光路后端的第二透鏡陣列，至少兩個第一透鏡陣列與該第二透鏡陣列之間的光程相等。在本實(shí)用新型的光源中，利用至少兩個發(fā)光器件的發(fā)光光束的光軸方向相平行，使得整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)變得容易；另外，利用至少兩個第一透鏡陣列與第二透鏡陣列之間的光程相等，保證了整個系統(tǒng)的光束的勻光效果。
文檔編號F21V5/04GK202629628SQ20122012066
公開日2012年12月26日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者胡飛 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司