[发明专利]一种光源装置以及生成混合色光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光源装置以及生成混合色光束的方法。本发明还涉及照 明系统领域，尤其涉及微型投影仪照明系统，尤其是提高亮度和发光效率的 投影技术。

背景技术

投光器的主要部分之一是照明系统。照明的要求是成像设备中照明的均 匀性以及高发光效率，即高出射光强度与光源的光强度比率。空间光调制器 (spatiallightmodulator，SLM)可作为成像设备。微型投影仪是尺寸极小的 投影系统，例如仅有几cm³。照明系统的又一要求是尺寸小。

双色十字形分色镜(十字形分色镜)用于将三种颜色主要是红绿蓝的光 束合并为一种混合色光束，例如白光束。准直、合并和均质化由独立的光学 元件产生。如图1所示，波导用于将光传递给十字形分色镜合并器，其中， 图1示出了美国专利US7325956中采用的用于具有不同色光源和光波导的 十字形分色镜照明100的总体方案。十字双色合并器107分别通过波导 104、105和106从红绿蓝发光二极管(lightemittingdiode，LED)101、102 和103接收光，并产生混合色光束。然而，由于照明的发光效率的降低和光 损，该方案不能提供满意的均匀照明。许多光被反射到了波导中，导致了更 多的光损。因此，需要额外的均质化光学元件。图2示出了美国专利 8192046所采用的包括具有球形表面的波导和球形十字形分色镜表面的照明 系统200。所述照明系统200包括光源11、镜片211、颜色合并介质24、入 射面2111、第一光导表面2112、第二光导表面2121、出射面2122、颜色合 并出射面244、光集成装置28、光集成入射面281和光集成出射面282。

图1和图2所描述的每个照明方案均仅是为具体类型的LED设计的， 因为LED的参数和波导必须互相对应，可能需要光束的额外均质化和形 成。仅使用波导不能提供满意的光束。需要额外的均质化。因为穿过波导的 光经历了许多反射，因此波导中会产生额外的损失。固体波导的使用也增大 了所述照明系统的重量，这对微型投影仪等紧凑系统很重要。

这些要求很难一起满足。若所述照明系统有良好的发光效率，则所述照 明系统的尺寸必须增大，反之亦然。若所述照明系统有良好的均匀性，则尺 寸大或发光效率差。所有的这些要求对微型投影仪技术是必要的，因为微型 投影仪技术应同时满足这些要求，且还要有极小的尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供在小尺寸情况下发光效率高的改善的照明系统设 计。

该目的是通过独立权利要求的特征来实现的。结合从属权利要求、说明 书和附图，更多的实现形式是显而易见的。

本发明基于发现将十字形分色镜和微透镜阵列合并为的一个光学元件， 其提供在小尺寸情况下发光效率高的改善的照明。将微透镜阵列置于十字形 分色镜表面允许照明系统中光学元件的数目的降低。因此，它允许该照明系 统在没有光损耗的情况下尺寸的降低。当为了采集光并对准光而将十字形分 色镜的表面制作为曲面形时，可以将准直透镜从光学方案中排除，从而节省 重量和空间。

为详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：

SLM：空间光调制器，

LED：发光二极管，

PMMA：聚甲基丙烯酸甲脂，

BK7：一种硼硅玻璃。

以下描述了十字形分色镜设备。十字形分色镜设备旨在将宽的红绿蓝光 束合并为一个集中的光束，且也能提供其他任意的颜色的混合。十字形分色 镜的对角线表面可由双色蒸镀覆盖。在一个示例中，在一个表面上发射红 光，在一个对角线表面上反射绿光，在第二对角线表面上反射蓝光。十字形 分色镜可具有双色表面以形成白光束。十字形分色镜允许提高光强度，因为 可以使用三色光源而不是单个白色光源。该设备广泛地使用于投影系统中。

以下描述了微透镜和微透镜阵列。微透镜是小透镜，即微透镜阵列的一 部分。微透镜阵列包括同一平面上的一组微透镜。每个微透镜通常具有相同 的焦距。微透镜阵列可以用于在不同应用中产生均匀的光束。微透镜阵列可 以实现为具有凸透镜，尤其是元件表面上的长方形球面凸透镜，的平玻璃 板。微透镜阵列的应用的主要领域之一涉及投影技术中的照明系统。