专利名称：合光装置和光源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光源领域，特别是涉及合光装置和利用该合光装置的光源。
背景技术：
目前，半导体光源以其节能环保、寿命长等优势已经越来越多的应用于各种照明领域。其中，在同时需要各种彩色光以及白光的场合，例如舞台灯光、投影显示等领域，半导体光源以其单色光良好的颜色表现能力，得到了广泛的青睐。例如图I所示的一种三色光源，其中发光芯片1、2、3分别表示绿色、红色和蓝色发光二极管芯片，它们分别经过各自的准直透镜6后形成近平行光，并通过合光装置5合为一束，再经过复眼透镜对7和聚光透镜8后聚焦于屏幕9上。在该光源中，可以通过分别控制三种发光二极管芯片的点亮和关闭以及亮度的高低，来调节出射于该光源的混合光的颜色和亮度，而复眼透镜对7用于将这三种单色光均匀的混合以形成均匀的形状可控的光斑。在该光源中，合光装置5由两片相互垂直并交叉放置的二向色片组合而成，它利用发光芯片1、2、3波长的不同将这三束光经过透射或反射而组合成为一束。该光源出射的单色光具有很好的效果，然而在实际应用中很多场合需要白光，此时就需要所有的发光芯片同时点亮以混合实现白光，此时的问题在于这样得到的白光的效率很低，因此该光源的白光亮度不足。为了解决这个问题，有人提出如图2所示的方案。与图I所示的方案不同的是，在绿色发光二极管周围，环绕有白光发光二极管4。由于白光发光二极管的光谱与红色、绿色、蓝色发光二极管的光谱均存在明显交叠，因此如果白光发光二极管4发出的光线入射于二向色片，则会至少部分的被合光装置中的二向色片反射而形成损失，因此在该方案中，白光发光二极管4发出的光从二向色片周围的空间透射而不经过二向色片。因此，在该方案中，与二向色片紧邻的四周都存在白光的光路，然而这在实际应用中会与该二向色片的定位产生矛盾，因为合光装置中包括的用于定位二向色片的支架往往是金属材料或塑料材料，对于光线是不透明或有较大损失的。因此，需要一种合光装置，以解决上述的方案中二向色片的支架对于白光的遮挡而造成效率下降的问题。
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合光装置，解决二向色片的支架对光线的遮挡问题。本实用新型提出一种合光装置，用于将至少两束入射光束合为一束，包括至少一、片二向色片和支架，该支架与二向色片之间存在空间；还包括分别与二向色片和支架固定连接的连接装置，该连接装置使二向色片与支架之间的空间在第一方向上的投影所形成的区域中，透光区域的面积比例大于等于60%。其中第一方向是至少一个入射光束的入射方向。[0010]本实用新型还提出一种光源，包括分别发射第一光束、第二光束和第三光束的第一光源、第二光源和第三光源，其中第一光束与第二光束的光路相平行，其第一光束排布在第二光束外围，和上述的合光装置。其中，第二光束与第三光束分别入射于该合光装置中的二向色片的两面并被该二向色片透射和反射而合为一束，第一光束透射合光装置中二向色片与支架之间的空间，并与第二光束和第三光束合为一束共同构成出射光。在本实用新型的合光装置和光源中，利用连接装置将二向色片和支架固定连接，在定位二向色片的同时保证了光线的无遮挡的通过。
图I是第一种现有技术的光源结构示意图；图2是第二种现有技术的光源结构示意图；图3a是第一实施例的光源爆炸图；图3b是第一实施例的光源的俯视截面图；图3c是第一实施例的光源的正视图；图4是第一实施例中的用于固定连接二向色片和连接装置的转接件的三维视图；图5是第二实施例中的合光装置中的二向色片和连接装置的正视图；图6a和6b分别是第三实施例中的合光装置中的二向色片和连接装置的侧视图和正视图；图7a和7b分别是第四实施例中的合光装置中的二向色片和连接装置的侧视图和正视图；图8是第五实施例中的合光装置中的二向色片和连接装置的正视图；图9a是第六实施例的光源爆炸图；图9b是第六实施例的光源的俯视截面图；图9c是第六实施例的光源的正视图；图IOa是第六实施例中的光源的合光装置中的二向色片和连接装置的三维视图；图IOb是第六实施例中的光源的另一种可能的合光装置中的二向色片和连接装置的三维视图；图IOc是第六实施例中的光源的第三种可能的合光装置中的二向色片和连接装置的三维视图。图IOd是第六实施例中的光源的第四种可能的合光装置中的二向色片和连接装置的三维视图。
具体实施方式
本实用新型提出一种光源，该光源包括分别发射第一光束、第二光束和第三光束的第一光源、第二光源和第三光源，其中第一光束与第二光束的光路相平行，且第一光束排布在第二光束外围；还包括一个合光装置，该合光装置中包括至少一片二向色片，使得第二光束与第三光束分别入射于该二向色片的两面并被该二向色片透射和反射而合为一束,第一光束穿过二向色片外围的空间，并与第二光束和第三光束合为一束共同构成出射光。下面使用实施例来具体的说明。本实用新型的第一实施例的光源300的爆炸图如图3a所75,俯视截面图如3b所7]^，迎向第一光束看过去的正视图则如图3c所不。其中第一光源、第二光源和第三光源都由发光二极管阵列构成，第一光源和第二光源的发光二极管固定于同一个基板301上，每一个发光二极管上方都放置一个准直透镜301a ;第三光源的发光二极管则固定于基板302上，每一个发光二极管上方都放置一个准直透镜302a。准直透镜301a和302a的形状可以是相同的，也可以不同，其目的在于将发光二极管发出的光线收集并以平行光出射。 在本实施例中，每一个发光二极管都唯一的对应一个准直透镜，而且在图中只标识出了准直透镜的位置，因此在后面的描述中，使用准直透镜的标识来指代发光二极管的位置。在本实施例中，第二光源的发光二极管3012安装于基板301的中间部位，如图3b所不，在其四周分布有第一光源的发光二极管3011。由于第二光源的发光二极管3012与第一光源的发光二极管3011分布于同一个平面内，而且其准直透镜的放置位置相同，因此其发出的第二光束362和第一光束361相平行；同时由于第一光源的发光二极管3011分布于第二光源的发光二极管3012的四周，第一光束361也将分布于第二光束362的四周。在本 实施例中，第三光源的发光二极管发出的第三光束363以与第一光束361和第二光束362垂直的方向传播。在本实施例中，合光装置包括一片二向色片321。第二光束362入射于该二向色片321的一面并透射，第三光束363入射于该二向色片321的另一面并被其反射，并与第二光束合为一束。第一光束361则从该二向色片321的四周直接出射并与第二光束362和第三光束363合为一束并共同构成该光源的出射光。具体举例来说，在本实施例中，第一光源发射白光，第二光源发射蓝光，第三光源则发射黄光，二向色片321被设置为具有反射黄光透射蓝光的光谱特性，因此二向色片321可以用来分别透射和反射第二光束和第三光束使其合为一束；同时如果第一光源发出的白光也与第二光束一起入射于二向色片321,则该白光中的黄光成分会被反射而形成损失,因此在本实施例中第一光源发出的光从二向色片321的四周穿过避免了这种损失。在实际应用中，为了定位二向色片321，本实施例中的合光装置还包括一个不与该二向色片321接触的支架311。出于成本的考虑，支架的材料主要是不透光的金属或塑料，因此在本实施例中二向色片321不与支架311直接接触，这避免了支架311对第一光束的遮挡。然而，为了定位二向色片，本实施例中的合光装置还包括分别与二向色片321和支架311固定连接的连接装置322，该连接装置322使二向色片321与支架311之间的空间在第一光束的传播方向上的投影所形成的区域中，透光区域的面积比例大于等于60%。在本实施例中，二向色片321与连接装置322的固定连接是通过转接件323实现的，转接件323的结构如图4所示。可以将二向色片321和连接装置322分别插入转接件323两侧上的开槽323a内，再在该开槽323a内点胶固定，保证二向色片321与连接装置322固定连接。在本实施例中，如图3a所示的爆炸图中，二向色片321的上下两个边缘均分别与一个连接装置322通过转接件323连接，并形成一个整体320。在本实施例中，连接装置322是透明的，其外形呈板状，可以利用透明玻璃或有机透明材料板(例如有机玻璃板)实现。参考图3a所示的爆炸图和图3b所示的俯视截面图，与二向色片321的上边缘固定连接的连接装置322可以固定于支架311的上表面上的凹槽312，与二向色片321的下边缘固定连接的连接装置322可以固定于支架311的下表面上的凹槽314和315 ;出于可靠性的考量，可以在凹槽312、314和315内点胶使连接装置322与支架311固定连接。综上所述，通过连接装置322分别与二向色片321和支架311的固定连接，使二向色片321最终固定连接于支架上，这起到了对二向色片321的固定和定位作用；同时，由于连接装置322是透明材料，因此第一光束361可以穿过而不造成显著损失。优选的，连接装置322表面镀有增透膜，这是为了提高第一光束361的透过率。优选的，转接件323也是由透明材料加工而成，第一光束或第二光束可以透射过去；如果二向色片和连接装置插入转 接件的凹槽中后，凹槽完全被折射率匹配的胶水填满，则转接件的凹槽对于入射的光线来说将基本不存在散射，这更加有利于光线的透射效率的提高。参考图3c，由几何知识可以理解，第一光束361中有多少光能够穿过二向色片的四周而形成出射光，取决于二向色片321与支架311之间的空间在第一光束的传播方向上的投影所形成的区域中，透光区域所占的面积比例。如果该比例过小，则第一光束中的大部分光线无法透射。当然，可以选择性的排布第一光源的发光二极管，使得其发光分别穿透透光区域而避开不透光的区域，但是如果透过区域的比例过小，则第一光源的发光二极管的数量被限制得很少，这样第一光源所发出的白光对于该光源300的出射光的增亮作用就会大打折扣。因此可以理解，二向色片321与支架311之间的空间在第一光束的传播方向上的投影所形成的区域中，透光区域所占的面积比例越大越好，但该比例至少应该大于等于60%，才能使第一光束有效的起到对光源300的出射光的增亮作用。因此可以理解，在该实施例中，连接装置也可以不是透明材料，例如可以是宽度较小的金属片，该金属片虽然影响第一光束的出射，但是只要其面积足够小，使得二向色片321与支架311之间的空间在第一光束的传播方向上的投影所形成的区域中，透光区域所占的面积比例大于等于60%，就属于本实用新型的保护范围。同时可以理解的，支架与二向色片也可以部分接触，只要支架与二向色片之间存在空间，就可以使第一光束通过。当然，支架与二向色片之间的间隙越大则第一光束通过的比例越高，对于光源亮度的帮助越大。实际上也可以通过在支架与二向色片相接触的位置将两者固定连接，但是出于光源亮度的考量这两者的接触面积一定比较小，因此该固定连接的可靠性不高。在本实施例中，如图3c所示，两个连接装置322分别与二向色片321的上下两个边缘固定连接，并同时分别与支架的上下两个面固定连接；这种方式只是一种举例，并不对本实用新型构成限制。例如，两个连接装置322也可以分别与支架的左右两个面固定连接，又例如，两个连接装置322也可以分别与二向色片321的左右两个边缘固定连接，并同时分别与支架的左右两个面固定连接。本领域的技术人员能够理解，只要修改支架的机械构造这些举例都是容易实现的，此处不赘述。在本实施例中，二向色片321与连接装置322通过转接件323固定连接在一起，实际上两者还可以通过其它方式固定连接，这将在下面的第二至第五实施例中举例说明。在本实用新型的第二实施例中，如图5所示，与第一实施例不同的是，连接装置522与二向色片521为在完整的一片玻璃或有机透明材料板上的不同区域上施加不同的镀膜处理加工而成。这是容易实现的，例如在镀膜时将连接装置522的区域使用一个掩膜(mask)遮蔽起来而只将二向色片521的区域露出来，这样就可以只在这部分露出来的区域镀膜以实现其分光的特性，而被掩膜遮蔽住的部分则仍然保持透明状态。优选的，还可以使用掩膜将二向色片521的区域遮蔽起来，并使连接装置522的区域露出来并在其上镀增透膜。相对于第一实施例来说该实施例的优势在于连接装置522与二向色片521之间天然的合为一体，因此不需要转接件来固定连接，这对于两者的连接可靠性和工艺的简化都是有好处的，但是同时本实施例的缺点在于，镀膜加工时不需要镀膜的部分在镀膜设备中同样占据着一定的空间，因此这种镀膜加工的产量会下降，这直接导致了单位产品镀膜成本的上升。在本实用新型的第三实施例中，如图6a的侧视图和6b的正视图所示，与第一实施 例不同的是，连接装置622与二向色片621通过在各自的边缘处进行交叠，并在该交叠的区域623处将两者粘接在一起以实现两者的固定连接。本实施例中，由于连接装置622与二向色片621不在同一个平面内，使得这两者与支架之间的装配的难度增大，但是其优点在于不需要转接件，降低了成本。在本实用新型的第四实施例中，如图7a的侧视图和7b的正视图所示，与第一实施例不同的是，连接装置722为一整块透明材料板，二向色片721固定于其表面上的特定区域。这样露出二向色片721的部分连接装置722就可以起到与支架固定连接的作用，并同时保证光线的通过。在本实施例中，将二向色片721固定与连接装置722的方法有多种，可以在二向色片721的正面涂敷透明的胶水并将其直接粘贴与连接装置722表面，也可以在二向色片721的四边和/或四角点胶使其粘接于连接装置722表面，当然也可以使用夹具夹持，这些都是现有技术，此处不赘述。在本实用新型的第五实施例中，如图8所示，与第一实施例不同的是，连接装置822的外形为条形，固定于二向色片821的左右边缘并突出于二向色片821的上下边缘，该条形连接装置的两端可以固定连接于支架以实现二向色片的定位和光线的穿过。与第一实施例相比，该实施例的优点在于在条形连接装置之间的部分不存在玻璃等介质，这样的光线透过率最高；但是其缺点在于透明的玻璃材料的条形连接装置加工难度较大，透明的有机玻璃材料的条形连接装置的可靠性不高，而不透明的条形连接装置对于光线存在损耗。在上述实施例中的光源的合光装置中，都只有一片二向色片，这样就只有两组不同颜色的光(第二光束和第三光束)可以通过该二向色片合光为一束。然而在实际应用中，往往需要三种甚至更多的不同颜色的光合光为一束，这就要求合光装置包含两片或以上的二向色片。下面具体举例说明。本实用新型的第六实施例的爆炸图如图9a所示，俯视截面图如9b所示，迎向第一光束看过去的正视图则如图3c所示。与第一实施例相同的是，在本实施例中同样包括第一光源的发光二极管9011和第二光源的发光二极管9012，它们全部固定于一块基板901上，且第一光源的发光二极管9011分布于第二光源的发光二极管9012的四周；同时还包括固定于基板902上的第三光源的发光二极管。二向色片921的作用等同于第一实施例中的二向色片321,用于反射第三光源发射的第三光束同时透射第二光源发射的第二光束并使两者合光为一束。第一光源发出的光则从二向色片921的四周穿过而不通过二向色片921。为了定位二向色片921，在本实施例中使用了连接装置922，连接装置922通过转接件923与二向色片921的上下两个边缘固定连接，同时连接装置922也与支架911的上下两个面固定连接，进而起到固定二向色片921的作用。可见连接装置922与第一实施例中的连接装置322的作用相同，转接件923与第一实施例中的转接件323作用相同，因此此处不做重复说明。与第一实施例不同的是，在本实施例中，还包括发射第四光束的第四光源，第四光源的发光二极管固定于基板903上；同时本实施例的光源中还包括第二二向色片925，其作用在于反射第四光束同时透射第二光束并使二者合光为一束，进而通过二向色片921和第二二向色片925的共同作用，使得第二光束、第三光束和第四光束合光为一束。因此在本实施例中，为了实现以上目的，二向色片921的属性在于能够透射第二光束和第四光束同时反射第三光束，而第二二向色片925的属性在于能够透射第二光束和第三光束同时反射第四光束。举例来说，在本实施例中，第二光束为绿光，第三光束为红光，第四光束为蓝光，第一光束则为白光，那么对应的二向色片921需要透射第二光束的绿光和第四光束的蓝光同时反射第三光束的红光，而第二二向色片925则需要透射第二光束的绿光和第三光束的红光同时反射第四光束的蓝光，这样第二光束的绿光、第三光束的红光、第四光束的蓝光就可·以合光为一束。同时，第一光束的白光则穿过二向色片921和第二二向色片925的四周出射，并与第二光束的绿光、第三光束的红光、第四光束的蓝光共同构成本光源的出射光。在本实施例中，为了定位第二二向色片925，与定位二向色片921的方法相似的，使用连接装置926与第二二向色片925的上下两个边缘固定连接，同时连接装置926在于支架911的上下两个表面固定连接。连接装置926与第二二向色片925的固定连接的方式也可以使用转接件927，而在本实施例中，转接件927与转接件923可以是一体成型加工的，这样能够更好的保证二向色片921与第二二向色片925之间的位置关系的精度；同时，为了保证系统的可靠性，在本实施例中，还包括一个固定件927，用于固定连接装置922和连接装置926边缘上的交叉处，使其固定得更可靠。在本实施例中，二向色片921与第二二向色片925是呈十字形交叉放置的，这样光学系统所占的空间最小。实际上二向色片921与第二二向色片925的相对位置存在多种可能性，只要能够保证这二者通过透射和反射将第二光束、第三光束、第四光束合为一束即可。这属于现有技术，例如另一种常用的排布方式是将二向色片和第二二向色片间隔一段距离并呈平行放置。综上，在本实施例与第一实施例的主要差别在于增加了另一组二向色片和连接装置，其工作原理并没有改变。两组二向色片与连接装置可以构成一个整体，而如第二实施例至第五实施例所示的二向色片与连接装置的固定连接方式，在本实施例中都可以直接予以应用。例如，本实施例中的二向色片与连接装置的组合如图IOa所示，它对应于图3a中的二向色片与连接装置的组合320。本实施例还可以使用如图IOa所示的二向色片与连接装置的组合的另一种变形，如图IOb所示。在该变形中，转接件变成一些小段1023，这些小段同样可以起到固定连接二向色片(第二二向色片)与其对应的连接装置的作用。这样做的好处在于减小光线通过连接装置时造成的损失，但是缺点在于其可靠性有所下降。图IOc显示了另一种可能的二向色片与连接装置的组合方式，它对应于如图8所示的单片二向色片与连接装置的固定连接方式。其工作原理通过上述的描述可以简单推导出来，此处不赘述。图IOd则显示另一种可能的连接装置的构造，在该例子中，连接装置1027是玻璃或有机透明材料块；该连接装置1027的一个面与二向色片1028和1029的一个边缘固定连接，该连接装置1027的另一个面与支架(图中为画出)固定连接。容易理解的，连接装置1027可以起到定位二向色片1028和1029的作用，同时光线也可以从该连接装置1027内穿过而不造成显著损耗。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。
权利要求1.一种合光装置，用于将至少两束入射光束合为一束，其特征在于，包括 至少一片二向色片； 支架，该支架与二向色片之间存在空间； 分别与二向色片和支架固定连接的连接装置，该连接装置使二向色片与支架之间的空间在第一方向上的投影所形成的区域中，透光区域的面积比例大于等于60% ;其中第一方向是至少一个所述入射光束的入射方向。
2.根据权利要求I所述的合光装置，其特征在于，所述二向色片与支架不接触。
3.根据权利要求I所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置对所述入射光束是透明的。
4.根据权利要求3所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置是玻璃或有机透明材料板。
5.根据权利要求4所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置表面镀有增透膜。
6.根据权利要求4所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置的一个边缘与所述二向色片的一个边缘固定连接，该连接装置的另一个边缘与所述支架固定连接。
7.根据权利要求6所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置与所述二向色片为在完整的一片玻璃或有机透明材料板上的不同区域上施加不同的镀膜处理加工而成。
8.根据权利要求6所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置与所述二向色片在各自的边缘通过转接件或胶水固定连接。
9.根据权利要求4所述的合光装置，其特征在于，所述二向色片的整面贴附于所述连接装置上，该连接装置的一个边缘与所述支架固定连接。
10.根据权利要求3所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置是玻璃或有机透明材料块；该连接装置的一个面与所述二向色片的一个边缘固定连接，该连接装置的另一个面与所述支架固定连接。
11.根据权利要求I所述的合光装置，其特征在于，所述连接装置的外形是条形，固定于二向色片的边缘并突出于二向色片，该条形连接装置的两端与所述支架固定连接。
12.根据权利要求I所述的合光装置，其特征在于，包括两片二向色片，这两片二向色片呈十字形交叉放置，或间隔一段距离并呈平行放置。
13.—种光源,其特征在于,包括 分别发射第一光束、第二光束和第三光束的第一光源、第二光源和第三光源，其中第一光束与第二光束的光路相平行，其第一光束排布在第二光束外围； 根据权利要求I至12中任意一项所述的合光装置； 所述第二光束与第三光束分别入射于该合光装置中的二向色片的两面并被该二向色片透射和反射而合为一束，第一光束透射所述合光装置中二向色片与支架之间的空间，并与第二光束和第三光束合为一束共同构成出射光。
专利摘要本实用新型提出一种合光装置和光源，包括至少一片二向色片和支架，该支架与二向色片之间存在空间；还包括分别与二向色片和支架固定连接的连接装置，该连接装置使二向色片与支架之间的空间在第一方向上的投影所形成的区域中，透光区域的面积比例大于等于60％。其中第一方向是至少一个入射光束的入射方向。在本实用新型的合光装置和光源中，利用连接装置将二向色片和支架固定连接，在定位二向色片的同时保证了光线的无遮挡的通过。
文档编号G02B27/10GK202472127SQ20122009611
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者张权, 杨义红, 胡飞 申请人:深圳市绎立锐光科技开发有限公司