一种多色光源的制作方法

1.本技术涉及到光学领域，具体而言，涉及一种多色光源。


背景技术：

2.目前，越来越多的场合需要能发射多色光光源系统。例如，多色荧光显微成像技术，借助不同的染料或荧光探针对生物的多种蛋白或组织进行特异性标记，可同时获得不同蛋白或组织的荧光图像进而开展相关研究，这就要求系统所用的led光源系统能发射用于激发这些染料或荧光探针的多色光。
3.在现有技术中，将多个不同波长的led芯片设置于同一基板上，可实现led光源的多波长输出。但由于这些芯片的空间位置不同，多束光束合束后的准直及同心效果将会受到影响；且封装后，led芯片更换难度大，严重降低了led光源自身的灵活性。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种多色光源，以至少解决现有技术中将不同波长的led芯片设置在同一基板上实现多色所导致的问题。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种多色光源，包括：n个单色光源，其中，所述n个单色光源包括：一个第一光源和至少一个第二光源，所述第一光源的出光方向为第一方向，所述第二光源的出光方向为第二方向或第三方向，所述第一方向为所述多色光源的出光方向，所述第二方向为一个与所述第一方向垂直的方向，所述第三方向为与所述第一方向平行的方向，每个所述单色光源发出的光的波长不同，所述n个单色光源同时全部或者部分发光；m个二向色镜，其中，所述m个二向色镜包括：至少一个设置在所述第一方向上的第一二向色镜和至少一个设置在所述第二方向上的第二二向色镜；所述第一二向色镜透传所述第一光源的光，并且将所述第二方向上射来的所述第二光源的光反射至所述第一方向；所述第二二向色镜透传所述第二方向上射来的所述第二光源的光，并且将第三方向上射来的所述第二光源的光反射至所述第二方向。
6.进一步地，还包括：n个菲涅尔透镜，每个所述菲涅尔透镜分别设置在每个所述单色光源和距离该单色光源最近的二向色镜之间。
7.进一步地，还包括：n个滤光片，每个所述滤光片分别设置在每个所述菲涅尔透镜和距离该菲涅尔透镜最近的二向色镜之间。
8.进一步地，还包括：平凸透镜，所述n个光源的光合束后通过所述平凸透镜。
9.进一步地，还包括：双凹透镜，通过所述平凸透镜的合束光通过所述双凹透镜。
10.进一步地，所述n大于3。
11.进一步地，所述m＝所述n减1。
12.进一步地，所述至少一个第二光源包括：两个出光方向为所述第二方向的光源，其余的所述第二光源的出光方向为所述第三方向。
13.进一步地，所述n为4，所述至少一个第二光源包括：两个出光方向为所述第二方向
的光源和一个出光方向为所述第三方向的光源，所述m个二向色镜分别设置两种不同色的光的垂直交叉处。
14.进一步地，所述光源包括以下至少之一：led光源、激光光源。
15.在本技术实施例中，采用了n个单色光源，其中，所述n个单色光源包括：一个第一光源和至少一个第二光源，所述第一光源的出光方向为第一方向，所述第二光源的出光方向为第二方向或第三方向，所述第一方向为所述多色光源的出光方向，所述第二方向为一个与所述第一方向垂直的方向，所述第三方向为与所述第一方向平行的方向，每个所述单色光源发出的光的波长不同，所述n个单色光源同时全部或者部分发光；m个二向色镜，其中，所述m个二向色镜包括：至少一个设置在所述第一方向上的第一二向色镜和至少一个设置在所述第二方向上的第二二向色镜；所述第一二向色镜透传所述第一光源的光，并且将所述第二方向上射来的所述第二光源的光反射至所述第一方向；所述第二二向色镜透传所述第二方向上射来的所述第二光源的光，并且将第三方向上射来的所述第二光源的光反射至所述第二方向。通过本技术解决了现有技术中将不同波长的led芯片设置在同一基板上实现多色所导致的问题，提供了一种更加灵活且效果更好的多色光解决方案。
附图说明
16.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
17.图1是根据本技术实施例的四色led光源系统的结构示意图；
18.图2是根据本技术实施例的四色led光源系统的控制方式及输出方式分类图。
19.附图标记说明：
20.a1、a2、a3、a4
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led光源，c5
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第一菲涅尔透镜，c6
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第二菲涅尔透镜，c7
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第三菲涅尔透镜，c8
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第四菲涅尔透镜，d9
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第一滤光片，d10
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第二滤光片，d11
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第三滤光片，12
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第四滤光片，b13、b14、b15
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二色向镜，16
‑
双凹透镜，e17
‑
平凸透镜。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
22.在以下实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品或者设备所固有的要素。
23.在本实施例中，提供了一种多色光源，包括：n个单色光源和m个二向色镜，其中，
24.n个单色光源包括：一个第一光源和至少一个第二光源，第一光源的出光方向为第一方向，第二光源的出光方向为第二方向或第三方向，第一方向为多色光源的出光方向，第二方向为一个与第一方向垂直的方向，第三方向为与第一方向平行的方向，每个单色光源发出的光的波长不同，n个单色光源同时全部或者部分发光；单色光源例如：led光源和/或激光光源。
25.m个二向色镜包括：至少一个设置在第一方向上的第一二向色镜和至少一个设置在第二方向上的第二二向色镜；第一二向色镜透传第一光源的光，并且将第二方向上射来
的第二光源的光反射至第一方向；第二二向色镜透传第二方向上射来的第二光源的光，并且将第三方向上射来的第二光源的光反射至第二方向。
26.在本实施例中，为了使光的质量更好，在光进行合束之前设置如下装置的至少之一：n个菲涅尔透镜，每个菲涅尔透镜分别设置在每个单色光源和距离该单色光源最近的二向色镜之间；n个滤光片，每个滤光片分别设置在每个菲涅尔透镜和距离该菲涅尔透镜最近的二向色镜之间。
27.对于合束之后的光，也可以通过如下装置的至少之一提高质量：平凸透镜，n个光源的光合束后通过平凸透镜。双凹透镜，n个光源的光合束后通过双凹透镜。作为一个可选的实施方式，在平凸透镜和双凹透镜均设置的情况下，合束光先通过平凸透镜再通过双凹透镜。
28.通过本实施例中的多色光源，利用二向色镜提供了一种更加灵活且效果更好的多色光解决方案。在一个可选的实施例，为了能够让本实施例的多色光源更容易与其他设备配合，本实施例中的多色光源还可以包括：还包括：光纤，用于将多个单色光源的光进行耦合后出光。
29.上述实施例可以应用于各种多色光源，尤其是n大于3，或者n为偶数的情况(例如n＝4)，此时比较优的m值等于n减1。在优选实施方式中，至少一个第二光源可以包括：两个出光方向为第二方向的光源，其余的第二光源的出光方向为第三方向。该优选方式光路结构简单且干扰较小。
30.在上述的实施例中，n可以为4，至少一个第二光源包括：两个出光方向为第二方向的光源和一个出光方向为第三方向的光源，m个二向色镜分别设置两种不同色的光的垂直交叉处。
31.下面结合一个优选的四色光源的实施例进行说明。
32.本优选实施例提供了一种多功能四色led光源系统，可实现单色输出、双色输出、三色输出和四色光输出等，还可实现连续输出和脉冲式输出，具有控制准确，灵活性强和功能多等特点。
33.本优选实施例中的多功能四色led系统包括：四个单色led光源，菲涅尔透镜，滤光片，二色向镜，双凹透镜以及平凸透镜，其中，菲涅尔透镜、双凹透镜以及平凸透镜构成的透镜组合，经过光学设计，可用于实现对四束led光束的准直。四个单色led光源发射的四束光分别穿过菲涅尔透镜以及相应波长的带通滤光片，然后经过多个二色向镜的透射或发射后被合为一束光；合后的光束最终被双凹透镜和平凸透镜进一步准直而后输出，双凹透镜可根据实际情况，用非球面磨砂透镜代替。四色led光源系统的输出控制，通过自行设计的硬件电路完成，可灵活实现多种输出方式。
34.本优选实施例中的四个单色led光源为四个输出波长不同的led光源，且最大输出功率不低于100mw。本优选实施例中的滤光片，均可以为带通滤光片，具体带宽根据对应的led光源波长及实验需求进行确定，可为25nm或者50nm。
35.本优选实施例中的，二向色镜呈45
°
置于光路中，表面平行度高，以保证其对光束的指向控制，同时在特定波长下的透过率及反射率不小于99.6％，以减少led光束在传输过程中的能量损失。作为一个可选的实施方式，二向色镜安装于可调节的调整架中，可以对反射光的方向实现准确调节和控制。
36.本优选实施例四色led光源系统的输出方式及控制方式可以如下：
37.控制方式：(a)内部触发控制，指通过控制面板或采用usb通讯结合控制软件对每个led光源的状态(即开关状态、输出功率及输出方式)进行控制；(b)外部触发控制，指通过在电路中外接信号对每个led光源的状态(即开关状态、输出功率及输出方式)进行控制。
38.输出方式：(a)单色输出、双色同时输出、三色同时输出以及四色同时输出；(b)连续式输出和脉冲式输出，其中，连续式输出表现为单个led光源发出的光不出现明暗交替的闪烁，脉冲式输出表现为单个led光源发出的光出现明暗交替的闪烁且闪烁频率与占空比可调。
39.优选实施例以单色led光源、菲涅尔透镜、滤光片、二色向镜、双凹透镜和平凸透镜等为主要元器件，设计研发一种多功能led光源系统，通过电路控制能实现多种输出方式及控制方式，可极大地满足不同场景对led光源的应用需求。
40.本优选实施例提出的四色led光源系统，综合了led光源自身的优势，光路简单并且易于实现。本优选实施例提出的四色led光源系统可以通过控制四个led光源中的任一led光源处于开的状态来实现单色输出，可以通过控制四个led光源中的任意两个led光源同时处于开的状态来实现双色输出，可以通过控制四个led光源中的任意三个led光源同时处于开的状态来实现三色输出，还可以通过控制四个led光源同时处于开的状态来实现四色输出。本优选实施例通过二色向镜实现了四束led光束的合束，优化了四束光的同心效果，更加有利于四束led光束的准直。本优选实施例采用四个独立的led光源可实现四色输出，且各个led光源可以根据实际需求去选择并安装，彼此不存在相互干扰：因此，本优选实施例所提出的四色led光源系统，具有更大的灵活性和兼容性。
41.本优选实施例提出的四色led光源系统，通过不同的控制方式可实现多种输出方式，能够极大满足不同实验场景对led光源系统的需求：因此，本优选实施例提出的四色led光源系统具有多功能性。
42.下面结合附图进行说明：
43.本实施例中，各单色led光源的开关状态、输出功率及输出方式，均可通过内部触发控制方式或者外部触发控制方式进行单独控制。各滤光片的中心波长为相应led光源的中心波长，带宽根据具体实验需求进行确定。
44.特别地，本实施例中所用的各二色向镜具有高表面平整度，且反射率和透过率在四个led的波段范围内不低于99.6％；菲涅尔透镜、双凹透镜和平凸透镜在四个led波长范围内的透过率内不低于99.6％，以减少led发出的光在传输过程中的损失。
45.图1是根据本技术实施例的四色led光源系统的结构示意图，如图1所示，四色led光源系统主要由四个单色led光源、菲涅尔透镜、滤光片、二色向镜，双凹透镜，平凸透镜等主要元器件组成。下面对本实施例的四色led光源系统的运行进行说明。
46.首先，led光源a1出射的光束先后穿过菲涅尔透镜c5、滤光片d9后入射至二色向镜b13的后表面(透射面)；led光源a3出射的光束先后穿过菲涅尔透镜c7、滤光片d11后入射至二色向镜b13的前表面(反射面)；led光源a1出射的光束在二色向镜b13的后表面发生透射后，与被二色向镜b13的前表面反射的led光源a2出射的光束汇合，之后共同入射至二色向镜b15的后表面(反射面)。
47.然后，led光源a2出射的光束先后穿过菲涅尔透镜c6、滤光片d10后入射至二色向
镜b14的后表面(反射面)；led光源a4出射的光束先后穿过菲涅尔透镜c8、滤光片d12后入射至二色向镜b14的前表面(透射面)；led光源a4出射的光束在二色向镜b14的前表面发生透射后，与被二色向镜b14的后表面反射的led光源a2出射的光束汇合，与之后共同入射至二色向镜b15的前表面(透射面)。
48.最后，led光源a2和led光源a4出射的光束在二色向镜b15的前表面发生透射后，与被二色向镜b15后表面反射的led光源a1和led光源a3出射的光束汇合后，穿过双凹透镜16和平凸透镜e17被准直而后输出至自由空间。
49.图2是根据本技术实施例的四色led光源系统的控制方式及输出方式分类图，如图2所示，本优选实施例的四色led光源系统在运行时，系统可实现的控制方式和输出方式如下：
50.输出方式o1：(a)单色输出、双色同时输出、三色同时输出以及四色同时输出，即可实现单个led发光输出，两个led同时发光输出、三个led同时发光输出以及四个led同时发光输出；(b)连续式输出和脉冲式输出，其中，连续式输出表现为单个led光源发出的光没有出现明暗交替的闪烁，脉冲式输出表现为单个led光源发出的光出现明暗交替的闪烁且闪烁频率与占空比可调。
51.控制方式p1：(a)内部触发控制，指通过控制面板或采用串口通讯结合控制软件对每个led光源的状态(即开关状态、输出功率及输出方式)进行单独控制；(b)外部触发控制，指通过在电路中外接信号对每个led光源的状态(即开关状态、重复频率及输出方式)进行单独控制。
52.本实施例提供的多功能四色led光源系统，结合光学系统设计将四个不同波长的单色led光源整合在一起，通过不同控制方式可灵活地实现单色输出、双色输出、三色输出和四色输出，还可实现led光的连续式输出和脉冲式输出，能广泛应用于多色荧光显微成像、光遗传调控等研究领域。该四色led光源系统综合了led光源的优势，经济环保，工作稳定，性能可靠，将在实际应用中发挥重要价值。
53.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。