CN102929087A

CN102929087A - 一种用于微型照明的高效混合光源

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Publication number: CN102929087A
Application number: CN2012104287764A
Authority: CN
Inventors: 孙鸣捷; 于康龙; 欧攀; 林志立; 孟照魁; 张春熹
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种用于微型照明的高效混合光源，包括DPL光源、DPL整形透镜组、LD光源、LD整形透镜组、合光镜A、LED光源、LED整形透镜组和合光镜B；DPL光源发射绿色激光，通过DPL整形透镜组，输出至合光镜A，LD光源发射红色激光，通过LD整形透镜组，输出至合光镜A，合光镜A中绿色激光和红色激光进行汇合叠加，输出至合光镜B；LED光源发射蓝色激光，通过LED整形透镜组输出至合光镜B，合光镜B中合光镜A输出的光与蓝色激光进行汇合叠加，输出光。本发明中蓝光比例较少，采用单个单色LED照明，区别于传统LED阵列，在满足微型投影照明需求前提下，体积较小，同时解决了微型照明系统中的散热问题。

Description

一种用于微型照明的高效混合光源

技术领域

本发明涉及一种用于微型照明的高效混合光源，属于照明光源技术领域。

背景技术

随着目前各类数码产品的小型化及人们对显示设备性能和便携性要求的不断提高，微型照明系统在半导体技术迅速发展的条件下已经成为电子消费行为的研究热点。目前成熟化的灯泡光源远远不能满足小型化的需求，为了克服这一缺点，使用尺寸相对较小的激光光源作微型照明的技术和结构正在得到积极开发。

DPL（Diode Pumped Solid-state Laser，半导体泵浦固体激光器）作为一种以半导体激光器为泵浦源的固体激光器，具有优势：1）工作时间长，2）低功耗高转换效率，3）体积小等优点。目前，相干公司成型的DPL激光器发光点大小1mm×1mm，其光学扩展量只有7.84×10^-7mm·steradin。

LD（Laser Diode，激光二极管）作为目前一种已经很成熟的激光二极管，具有优势：1）线偏振性好，2）高亮度点发光，3）具有理想的光谱分布，4）体积较小，非常适合微型照明光源。

随着科学技术的不断进步，LED（light emitting diode，发光二极管）光源已经从当初的新兴光源变成了如今的主流光源，且各波段、尤其是三基色LED光源的发光光谱很窄，单色性好，能产生大色域。且寿命可达10万小时。但是其每单位光学扩展量的效率较低（尤其是投影显示配色中需要能量最大的绿色LED的能量效率低），限制着其应用。

以激光三基色光源作为照明光源的微型照明系统是可预见的最理想方案，但目前世面上的激光产品尚不成熟，尤其是蓝光波段的激光光源，不但种类稀少罕见，而且价格昂贵。因此，混合光源作为一种微型照明方案十分可取，目前阶段具有实际应用价值。

微型混合高效照明光源的关键技术是选择三基色对应光源的波段和整形透镜组，以完成三基色的按比例叠加。

通过调研发现，现有微型照明光源，主要有两种方案，一是采用三色LED光源；二是采用激光光源。因LED能量效率低，达到应用照明水平必须采用LED阵列，不仅体积大，散热问题很难解决，且其本身色彩还原能力差，不能满足投影仪等数码产品的需求；而激光光源也存在着成本高，产业化困难等问题；这些问题限制着微型照明光源的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于微型照明的高效混合光源，DPL作为绿基色光源，LD作为红基色光源，LED作为蓝基色光源，通过整形混合叠加完成微型混合高效照明的光源系统，该光源系统尺寸较小，光谱选择合理，叠加后光场分布均匀，满足微型投影等应用场合的照明需求，且发热量小，制造成本低。

一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，包括DPL光源、DPL整形透镜组、LD光源、LD整形透镜组、合光镜A、LED光源、LED整形透镜组和合光镜B；

DPL光源为绿基色光源，发射绿色激光，DPL整形透镜组包括扩束镜和准直镜A，扩束镜紧贴DPL光源输出面放置，准直镜A放置在扩束镜后，绿色激光经过DPL整形透镜组扩束整形后进入合光镜A；

LD光源与DPL光源垂直放置，LD光源为红基色光源，发射红色激光，LD整形透镜组包括柱面镜和准直镜B，柱面镜紧贴LD光源输出面放置，准直镜B放置在柱面镜后，红色激光经过LD整形透镜组压缩整形后进入合光镜A；

合光镜A中的绿色激光和红色激光进行汇合叠加，输出至合光镜B；

LED光源与DPL光源垂直放置，LED光源为蓝基色光源，发射蓝色激光，LED整形透镜组为整形光阑，整形光阑放置在LED光源输出面后，蓝色激光经过LED整形透镜组压缩整形后进入合光镜B；

合光镜B中合光镜A输出的光与蓝色激光进行汇合叠加，输出光即为满足微型照明的均匀白色照明光。

本发明的优点在于：

（1）红基色光和绿基色光采用激光光源照明，照明效率高；

（2）微型照明中蓝光比例较少，因此采用单个单色LED照明，区别于传统LED阵列，在满足微型投影照明需求前提下，体积较小，同时解决了微型照明系统中的散热问题；

（3）针对不同光源的光束特性，采用不同整形透镜组；

（4）相对于传统只采用LED或者LD的光源，本发明更多的考虑实际需求，能提供更高的照明效率和亮度，体积更小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明DPL整形透镜组结构示意图；

图3是本发明LD整形透镜组结构示意图；

图中：

1—DPL光源 2—DPL整形透镜组 3—LD光源

4—LD整形透镜组 5—合光镜A 6—LED光源

7—LED整形透镜组 8—合光镜B 9—扩束镜

10—准直镜A 11—柱面镜 12—准直镜B

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种用于微型照明的高效混合光源，如图1所示，包括DPL光源1、DPL整形透镜组2、LD光源3、LD整形透镜组4、合光镜A5、LED光源6、LED整形透镜组7和合光镜B8。

DPL光源1为绿基色光源，发射绿色激光，DPL整形透镜组2如图2所示，由两片透镜组成，包括一片扩束镜9和一片准直镜A10，扩束镜9紧贴DPL光源1输出面放置，准直镜A10放置在扩束镜9后，绿色激光通过扩束镜9和准直镜A10，完成对DPL光源1发射绿色激光的扩束和准直，绿色激光经过DPL整形透镜组2扩束整形后进入合光镜A5。

LD光源3与DPL光源1垂直放置，LD光源3为红基色光源，发射红色激光，LD整形透镜组4如图3所示，由两片透镜组成，包括一片柱面镜11和一片准直镜B12，柱面镜11紧贴LD光源3输出面放置，准直镜B12放置在柱面镜11后，红色激光通过柱面镜11和准直镜B12，完成对LD光源3发射红色激光的压缩和准直，红色激光经过LD整形透镜组4压缩整形后进入合光镜A5。

合光镜A5中的绿色激光和红色激光进行汇合叠加，输出至合光镜B8。

LED光源6与DPL光源1垂直放置，LED光源6为蓝基色光源，发射蓝色激光，LED整形透镜组7由一个整形光阑组成，整形光阑放置在LED光源6输出面后，蓝色激光通过整形光阑，完成对LED光源6发射蓝色激光的压缩和准直，蓝色激光经过LED整形透镜组7压缩整形后进入合光镜B8。

合光镜B8中合光镜A5输出的光与蓝色激光进行汇合叠加，输出光即为满足微型照明的均匀白色照明光。

其中，所述的DPL光源1为单个单色（红色）DPL光源；

其中，所述LD光源3为单个单色（绿色）LD光源；

其中，所述LED光源6为单个单色（蓝色）LED光源。

传统的灯泡光源照明存在着无法克服的体积问题，而激光光源照明中蓝基色激光光源又价格昂贵，LED作为一种可替代光源其现阶段能量效率还不能达到要求。而根据国际照明委员会规定的标准色度学系统1931CIE-RGB规定，用RGB三原色匹配相等能量的白光时，R、G、B的单位三刺激值的光亮度为1.00:4.59:0.06，因此假设需照明屏幕面积A，要求的屏幕照度为E，假设系统总的能量利用率为P，则可推算处三原色光源出射的光通量分别为：

Φ_{R} = 0.177 \frac{EA}{P}

Φ_{G} = 0.812 \frac{EA}{P}

Φ_{B} = 0.0106 \frac{EA}{P}

其中：Φ_R为红基色光源出射光通量，Φ_G为蓝基色光源出射光通量，Φ_B为绿基色光源光通量，EA为屏幕照明所需的总的光通量。

因此，采用DPL光源1作为绿基色光源，LD光源3作为红基色光源，单色单个LED光源6作为照明系统中对光通量需求最少的蓝基色光源，而非采用阵列，解决了微型照明系统中散热问题。

本发明中DPL光源1采用典型的端面泵浦激光器，波长为532nm，发光效率为600lm/W，DPL整形透镜组2光轴与系统光轴完全重合，整形透镜组由扩束镜9和准直镜A10组成，两者限制出射光束的宽度和角度。

本发明中LD光源3采用量子阱激光二极管，波长为635nm，发光效率为300lm/W，LD整形透镜组4中柱面镜11压缩LD激光器y方向的发散角，准直镜B12限制出射光束的宽度。

本发明中采用的LED光源6封装折射率为1.56，波长为435nm，发光效率为30lm/W，区别于常用的LED阵列模式，本系统采用单色单个LED光源，LED整形透镜组7采用孔径光阑限制出射光束宽度。

本发明中合光镜A5、合光镜B6采用微透镜阵列或者积分棒。

Claims

1.一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，包括DPL光源、DPL整形透镜组、LD光源、LD整形透镜组、合光镜A、LED光源、LED整形透镜组和合光镜B；

2.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的DPL光源、LD光源、LED光源出射的光通量分别为：

Φ_{R} = 0.177 \frac{EA}{P}

Φ_{G} = 0.812 \frac{EA}{P}

Φ_{B} = 0.0106 \frac{EA}{P}

其中：A为需照明屏幕面积，E为要求的屏幕照度，P为光源系统总的能量利用率，Φ_R为红基色光源出射光通量，Φ_G为蓝基色光源出射光通量，Φ_B为绿基色光源光通量，EA为屏幕照明所需的总的光通量。

3.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的DPL光源采用端面泵浦激光器，波长为532nm，发光效率为600lm/W。

4.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的DPL整形透镜组的光轴与光源的光轴重合。

5.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的LD光源采用量子阱激光二极管，波长为635nm，发光效率为300lm/W。

6.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的LD整形透镜组中柱面镜压缩LD光源y方向的发散角。

7.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的LED光源封装折射率为1.56，波长为435nm，发光效率为30lm/W。

8.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的LED整形透镜组采用孔径光阑限制出射光束宽度。

9.根据权利要求1所述的一种用于微型照明的高效混合光源，其特征在于，所述的合光镜A、合光镜B采用微透镜阵列或者积分棒。