CN102084177B - 光源模块 - Google Patents

光源模块 Download PDF

Info

Publication number
CN102084177B
CN102084177B CN2009801261754A CN200980126175A CN102084177B CN 102084177 B CN102084177 B CN 102084177B CN 2009801261754 A CN2009801261754 A CN 2009801261754A CN 200980126175 A CN200980126175 A CN 200980126175A CN 102084177 B CN102084177 B CN 102084177B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
source module
lens
light source
exit facet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009801261754A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102084177A (zh
Inventor
威廉·E·菲利普斯
雅各比·莫斯科维奇
貟智省
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of CN102084177A publication Critical patent/CN102084177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102084177B publication Critical patent/CN102084177B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033—LED or laser light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0994—Fibers, light pipes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光源模块。所述光源模块包括发光器、实心积分光学部件和透镜，所述发光器具有光出射表面，所述实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从发光器发出的光并将光传送到出射面，所述透镜被对准以接受来自出射面的光。所述透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分，所述实心积分光学部件的出射面具有出射面对角线。所述曲率半径与所述出射面对角线的比率大于0.7。所述实心积分光学部件和透镜各具有折射率，所述透镜的折射率与所述实心积分光学部件的折射率的比率大于1。

Description

光源模块
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种光源模块。该光源模块包括发光器、实心积分光学部件和透镜，发光器具有光出射表面，实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从发光器发出的光并将光传送到出射面，透镜被对准以接受来自出射面的光。透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分，实心积分光学部件的出射面具有出射面对角线。该曲率半径与出射面对角线的比率大于0.7。实心积分光学部件和透镜各具有折射率，透镜的折射率与实心积分光学部件的折射率的比率大于1。
在另一方面，本发明提供了一种照明***。该照明***包括至少一个光源模块。光源模块包括发光器、实心积分光学部件和透镜，发光器具有光出射表面，实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从发光器发出的光并将光传送到出射面，透镜被对准以接受来自出射面的光。透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分，实心积分光学部件的出射面具有出射面对角线。该曲率半径与出射面对角线的比率大于0.7。实心积分光学部件和透镜各具有折射率，透镜的折射率与实心积分光学部件的折射率的比率大于1。所述照明***还包括光学元件，其被设置成将光从所述至少一个光源模块传送到照明目标。
在另一个方面，本发明提供了一种投影***。该投影***包括至少一个光源模块、和成像器。光源模块包括发光器、实心积分光学部件和透镜，发光器具有光出射表面，实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从发光器发出的光并将光传送到出射面，透镜被对准以接受来自出射面的光。透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分，实心积分光学部件的出射面具有出射面对角线。该曲率半径与出射面对角线的比率大于0.7。实心积分光学部件和透镜各具有折射率，透镜的折射率与实心积分光学部件的折射率的比率大于1。投影***还包括光学元件和投影透镜元件，光学元件被设置成将照明光从所述至少一个光源模块传送到成像器，投影透镜元件被设置成从成像器接收图像光并投影图像光。
在下面的具体实施方式中本公开的这些以及其他方面将是显而易见的。然而，在任何情况下都不应将以上的发明内容理解为对权利要求书保护的发明主题的限制。
附图说明
参照附图描述本发明，其中：
图1是投影***的示意剖视图。
图2是发光器的示意前视图。
图3是光源模块的示意剖视图。
图4a是实心积分光学部件的示意轴测图。
图4b是实心积分光学部件的示意前视图。
图5是另一个光源模块的示意剖视图。
图6a是表示从实心积分光学部件到具有相同折射率的透镜的光的示意图。
图6b是表示从实心积分光学部件到具有较高折射率的透镜的光的示意图。
图7是表示效率与R/d的关系的图。
具体实施方式
光源模块广泛用于照明***，可具有多种应用，其中包括投影显示器、液晶显示器的背光源以及其他应用。投影***可以包括光源、照明光学部件、成像器、投影光学部件和投影屏。照明光学部件收集来自于光源的光并以预定方式将其导向至一个或多个成像器。成像器(或者说图像形成装置)由经电子线路调整和处理的数字信号控制并产生对应于该信号的图像。随后投影光学部件放大图像并将其投影到投影屏上。作为投影显示***的光源，白光源(例如弧光灯)连同色轮一直以来并且至今仍然常常被使用。最近作为另一种方案采用了发光二极管(LED)，因其具有更长的寿命、更高的效率和优越的热特性。
在固态照明元件、光学元件和显示器元件中的最新进展使得可以生成极小的全彩色投影机。为了使这些彩色投影机足够小以便结合到例如移动电话的便携设备中，必需研究出非常高效且紧凑的合并颜色的装置。用单个成像器产生彩色投影的方法主要有两种。第一种方法称为“色序法”(Color-Sequential)，其中包括将来自(例如)各个红、绿和蓝光源的光叠加，并将这些颜色的光以特定的时序方式传送到单色成像器上。第二种方法称为“滤色法”(Color-Filtering)，其中包括将白色光源的光传送到具有红/绿/蓝色滤光器的成像器上。本发明的光源模块适用于色序类型或者是滤色类型的投影***。
图1为投影***100的一个实施例的示意剖视图。投影***100可以用于将静止或运动的图像投影到表面(例如投影屏幕)上。投影***100包括至少一个光源模块110和照明目标130。照明目标130可以是成像器，例如硅上液晶(LCOS)或者数字微镜器件(DMD)。照明目标130可以采用反射方式，例如如图1所示的实施例中，或者可以采用透射方式，例如透射式液晶显示成像器，在这种情况下，***100可以与图1所示的配置不同。无论照明目标130采用何种工作方式，投影***100通常可包括设置在光源模块110和照明目标之间的光学元件子***，如文中所述。光学元件子***可以将照明光部分地从光源模块110传送到照明目标130。此外，这些元件可以以其他方式作用于光或者说使光适合用于照明目标。将照明光传送到照明目标130的光源模块110(或多个模块)和任何光学元件都可看做一起包括在照明***中。光学元件子***的一部分或全部的也可在光入射到照明目标130之后和之前透射、反射、传送光或以其他方式处理光。
如图1所示，设置在光源模块110和照明目标130之间的光学元件子***可以包括一个或多个透镜140、一个或多个滤光器150(其例如可以是紫外线(UV)滤光器或者反射偏光器)、导光元件160和任何其他适合的光学元件。光学元件(如果有的话)的类型一般来讲可以取决于照明目标的特性和投影***100(这些元件是其一部分)的类型。例如，如果***100是其中照明目标130为LCOS成像器的投影***的一部分，则导光元件160可以是偏振光分光器，其例如包括多层偏振干涉叠堆。总体来说，图1中的导光元件160的表示是示意性的，在投影***100中使用的实际的导光元件可以非常地不同于图1所示的导光元件。例如，除了采用带有分光斜边的的立方体的形式，分光镜还可以在平板表面上或者在薄膜上形成，或者可以一般地采用任何其他的适合的物理形状。如果在另一个实例中，投影***100中的照明目标130是DMD成像器，则导光元件160可以是全内反射棱镜，其包括例如美国专利No.5,552,922(Magarill)、No.6,461,000(Magarill)和No.6,726,332(Cannon和Oehler)以及美国专利申请No.61/017,987(Magarill)中所描述的气隙。如果在又一个实例中，投影***100中的照明目标130是透射型LCD成像器，则导光元件160可以不存在。
投影***100还可以包括投影透镜170，其可以在图像已经(例如由成像器)施加在光上之后接收图像光，并将光投影在(例如)投影屏幕(未示出)上。投影透镜170可以包括任何适合的组成部分。设置在光源模块110和照明目标130之间的照明***的一些光学元件也可以设置在照明目标和投影透镜170之间，并且另外根据投影***100的设计，这些光学元件可以被看做是与投影透镜170结合的投影透镜***的一部分。
不仅光学元件可以用于多个***，例如照明***和投影透镜***，光学元件也可以用作多个光学功能。例如，导光元件160可以包括具有光焦度的非平面表面，使得导光元件除了提供导光功能外，还提供折射功能。
再来看图1的投影***100的光来源侧，光源模块110可以包括发光器111、实心积分光学部件112和透镜113。图2是可以在图1的投影***100的光源模块110或者任何其他类似的光源模块中使用的发光器211的示意前视图，示出了光出射表面214。光出射表面214可以包括单个发光区域，或者其可以包括具有多个发光区域215的阵列。如图2所示，光出射表面214的一个实施例包括具有四个发光区域215的阵列。根据应用的场合，阵列的发光区域可以相似或不相似。在一些实施例中，所有区域基本上发出相同颜色的光，例如，白光。在其他实施例中，发光区域发出三种或更多的颜色，例如红、绿和蓝，图2中用剖画线来表示。任何适合的技术都可以用于本发明的发光器。发光二极管和其他固态器件可能尤为适合。
图3为光源模块310的示意剖视图，其可以用于图1的投影***100或者任何其他可共用的投影或者照明***。光源模块310包括实心积分光学部件312，其具有入射面316和出射面317。入射面316和出射面317通常是矩形的，然而一般来说他们可以采用任何适合的形状。入射面316可被对准以接受发光器311的光出射表面314发出的光。入射面316的尺寸和形状可选择为基本上匹配光出射表面314的尺寸和形状。这种尺寸和形状上的匹配可以是三维的，倘若(例如)光出射表面314不是平面，或者入射面316和光出射表面的匹配也可以少于三维。在一些实施例中，入射面316是平面的。入射面316和光出射表面314可以用合适的粘合剂或其他材料粘合或连接。滤光器(例如本文所述的反射偏光器)可以位于光出射表面314和入射面316之间，可以结合成发光器、滤光器和实心积分光学部件的组合。一种可用来将光出射表面314和入射面316光学耦合的材料称为密封剂，当与发光器(特别是LED)一起使用时，其可以提供光学的、热学的、机械的或者其他的有益效果。密封剂例如在美国专利No.7,192,795(Boardman等人)中有所描述。
出射面317(是或不是平面均可)可以具有对应于照明目标(例如图1的照明目标130)的形状。例如，如果照明目标是用于视频投影机的成像器，则成像器和出射面317二者均可为具有4∶3、16∶9的长宽比的矩形或任何其他适合的形状。使出射面317的形状与成像器的形状匹配可以消除对于变形光学部件的需要，否则就可能需要在投影***中使用变形光学部件。图4a是实心积分光学部件412的示意轴测图，其可以作为实心积分光学部件312和112用于光源模块310和110以及其他光源模块。图4b是实心积分光学部件412沿着图4a中的向量V所指方向的示意前视图。实心积分光学部件412具有入射面416和出射面417。如图所示，入射面416的入射面表面积小于出射面417的出射面表面积。在其他实施例中，表面416、417的形状可以相同，并且/或者入射面表面积和出射面表面积可以相等。还有一些实施例中，入射面表面积可以大于出射面表面积。在图示的实施例中，出射面417具有适合与照明目标(例如16∶9格式的视频成像器)匹配的形状。当表面416和417的表面积不相等时，实心积分光学部件412可以在入射面和出射面之间成锥形。
图3的实心积分光学部件312具有连接入射面316和出射面317的一个或多个侧面318。通常，实心积分光学部件具有四个侧面，例如图4a和4b的实心积分光学部件412的侧面418。如图4a所示，每个侧面418都是平面的，但在其他实施例中，侧面可以采用非平面的形状。本文的实心积分光学部件的一个或多个侧面可以具有反射涂层或膜层，(例如)铝、银、其他金属、反射电介质、电介质叠堆、它们的组合、或任何其他合适的反射膜。侧面可以在其整个面上有涂层，或者可以没有涂层，或者可以部分地有涂层。当光入射在侧面的未涂覆部分之上时，菲涅耳反射(例如全内反射)可以有助于实心积分光学部件的功能。实心积分光学部件可以由任何适合的透明材料制成，其一般用折射率来表征。可能适合的材料包括：玻璃、丙烯酸类树脂、其他光学塑料、固体密封剂和密封剂凝胶。
实心积分光学部件可以将光从其入射面传输或递送到其出射面，相对于在入射面入射的光的初始空间均匀度而言，这样的传送可以提高从出射面出射的光的空间均匀度。由于多种原因，入射到入射面上的光可能是不均匀的。从图2的发光器211的光出射表面214发出的光(例如)可能随着从不同的发光区域215发出的光的不同颜色而变化。发光区域215可以同时发出不同的颜色，或者它们可以随时间推移而改变它们的光发射来提供(例如)色序光源。在一个实施例中，发光区域215发出红色、绿色和蓝色的混合光，当由实心积分光学部件均匀化时可以得到白光。在其他实施例中，一个或多个单色发光区域215同时照射，以致在实心积分光学部件的入射面上形成空间上高度不均匀的光，而在传过此光学部件后，在出射面处可以得到基本上均匀的光。在另一个实施例中，发光器(例如图1的发光器111)具有单个发光区域，由于发光器的物理性质其发出的光在空间上不均匀。例如，LED发光器可以具有导致空间上不均匀的模痕(die lines)、导电迹线或引线和/或其他结构上的变化。实心积分光学部件可以均匀化从其中通过的光，以使光的均匀程度适合于照射照明目标。
积分光学部件的几何形状和尺寸可以影响到从中通过的光被均匀化的程度。例如，光学设计师可以选择长度l的实心积分光学部件，如图3所示，以得到所传送的光的所需均匀度。发明人发现，例如对于具有以拜尔排列(Bayer pattern)布置的四个红-绿-蓝-绿发光区域(类似于图2所示)的光出射表面(尺寸为(1.4mm)2)，约5mm长的实心积分光学部件即可达到足够的均匀度。在测试中，相同尺寸的更均匀的发光器(例如单色发光器)仅需要约2mm长的积分光学部件。积分光学部件例如在美国专利No.5,625,738(Magarill)中有进一步描述。
如本文所公开的，在积分光学部件的出射面的光的空间均匀度考虑到设计照明***的可能性，设计成使得积分光学部件的出射面被该***成像在照明目标上，同时保持适合的照明的空间均匀度。相比之下，没有积分光学部件的照明***可能会采用将照明光散焦来防止空间上的不均匀因素成像到照明目标上，而这会导致效率降低。具有积分光学部件的***可达到比没有积分光学部件的***更高的效率。
图1的透镜113或者图3的透镜313可以是所选择的实现特定结果的任何适合的透镜或者透镜***。例如，透镜113和313可以包括会聚透镜以有助于从光源模块110或310产生准直(或者说较少发散)的光。在光源模块310(其可作为任何类似光源模块的模型(例如光源模块110))中，透镜313可以被附接、结合、粘合或者以其他方式贴近实心积分光学部件312并加以对准以接收来自积分光学部件的出射面317的光。临近实心积分光学部件的出射面317的透镜313的表面可以在出射面的整个区域上总体上适形于出射面的形状，其可以是平面的或者非平面的。透镜313可以具有对称轴，且透镜的对称轴可以与实心积分光学部件312的对称轴一致。滤光器(例如反射偏光器)可以设置在实心积分光学部件312和透镜313之间，积分光学部件、滤光器和透镜的组合可以用任何相容材料(例如粘合剂)结合而成。可以使用任何合适类型的反射偏光器，例如，多层光学膜反射偏光器；漫反射型偏光膜，例如连续相/分散相偏光片；线栅反射偏光器；或胆甾型反射偏光器。透镜313可以由任何适合的透明材料制成，其一般通过折射率来表征。可能适合的材料包括高折射率玻璃，例如产自Ohara Glass(Sagamihara，Japan)的S-LAH-79或者产自Schott Glass(Mainz，Germany)的LASF-35。
透镜313可以大致呈半球状。在一个实施例中，透镜313为精确的半球状，精确到适于制造的程度。在其他实施例中，透镜313可以不同于精确的半球形，但仍可认为大致呈半球状。如本领域的技术人员所理解的，透镜313的曲面可以为非球面，使其形状偏离精确的球面形状以(例如)将对于球差和其他像差的折射校正能力包括在内。无论是精确的半球状还是大致呈半球状，透镜313均具有半径R。对于不是精确半球状的透镜313，R可以用将透镜的外表面与精确球形表面最佳拟合时获得的拟合参数来定义。透镜的外表面是离实心积分光学部件312最远的曲面。
图5是另一个光源模块510的示意剖视图，其可以适用于投影***100或者任何其他的兼容照明***。图5的光源模块510例示了(例如)相比于图3的光源模块310在光源模块设计中的一些变化。例如，实心积分光学部件512的尺寸和比例总体上不同于实心积分光学部件312的的尺寸和比例。图5中所示的透镜513包括两个几何形状：大致半球状的部分520和圆柱形的部分519。透镜513的这两个分部形状可以由一种材料连续地形成。如概略图示的，大致半球状的部分520形成得稍微小于半球，但仍然基本上为半球。在其他实施例中，透镜的大致半球状的部分可以形成得稍微大于半球。图5的实心积分光学部件512图示为具有非平面的出射面517，透镜513的临近表面可与其适形。
图5进一步示出了光源模块的另一些设计变化。光源模块510包括在侧表面518的部分521上的反射涂层或膜层，而其他部分522未被涂覆。如图5所示，临近入射面的侧表面的部分521具有反射涂层或膜层，而临近出射面的部分522未被涂覆。例如，如果已知或者确信全内反射(TIR)可能在部分522更有效，而在部分521不那么有效，则可以进行这样的设计选择。图5示意性地示出形成这种差别的一个可能原因在于TIR的有效性。光源模块510包括密封剂523，其将发光器511光学耦合到实心积分光学部件512上。如所示，密封剂523可以不局限在光出射表面514和入射面516之间的空间，而是可接触到实心积分光学部件512的一个或多个侧面518，如果侧面518未被涂覆而只依靠TIR来保持光，密封剂可以在该处光学耦合从光学部件离开的光。在侧面518的部分521存在反射涂层或膜层可以防止来自实心积分光学部件512的光的这种不希望的损失。如文中所述，其他光源模块可包括其侧面的基本上整个区域上都有反射涂层或膜层的实心积分光学部件。
光源模块110、310、510各自包括实心积分光学部件112、312、512和透镜113、313、513。这些实心积分光学部件和透镜中的每一个可通过其形成材料的折射率来表征。介质之间折射率的不同一般会导致在介质之间通过的光的折射。图6a和6b是示意性地说明基于光源模块610和680的光线跟踪模拟的、对于从实心积分光学部件612、682分别到透镜613、683的光的这种效应的示意前视图。在图6a和6b中示出的效应适用于光源模块110、310、510，也适用于其他类似的光源模块。画阴影线的区域625、685表示当光通过实心积分光学部件612、682和透镜613、683从光源模块到平面627、687上传播时，由来自发光器611、681的光所占据的空间的体积。在图6a中，实心积分光学部件612和透镜613具有相同的折射率。在图6b中，相对于实心积分光学部件682，透镜683具有较高的折射率。至少部分由于在光学部件682和透镜683之间的界面处的折射，相比于出射光源模块610的光，光以更窄或更小的光锥从光源模块680出射。当投影到与模块610和680等距离的平面627、687时，出射光源模块680的光比出射光源模块610的光照射较小的区域。光源模块680的较窄的照明光锥和较小的面积尺寸特性可以使得更紧凑的照明***成为可能。
在一些实施例中，光源模块包括折射率为至少1.8或者至少2.0的透镜。在另一些实施例中，光源模块包括折射率不大于2.6的透镜。另外，光源模块可以包括其折射率在结合了任何前述的端值的范围内的透镜。
在一些实施例中，光源模块包括折射率不大于1.7或不大于1.5的实心积分光学部件。在另一些实施例中，光源模块包括折射率为至少1.3的实心积分光学部件。另外，光源模块可以包括其折射率在结合了任何前述的端值的范围内的实心积分光学部件。
在一些实施例中，透镜折射率与实心积分光学部件折射率的比率可以为至少1.05或者至少1.3。在另一些实施例中，透镜折射率与实心积分光学部件折射率的比率可以为1.5。在一些实施例中，透镜折射率与实心积分光学部件折射率的比率可以不大于2.0。另外，透镜折射率与实心积分光学部件折射率的比率可以为在结合了任何前述的端值的范围内。
对折射率的考虑可以涉及光源模块的其他组成部分，例如可以涉及设置在光出射表面和实心积分光学部件的入射面之间的密封剂。密封剂可起到将光源模块的元件在光学上耦合或结合的作用。文中关于实心积分光学部件和透镜的折射率所讨论的折射效应可以大致总结如下：当光从低折射率到高折射率越过界面时，其传播的角度范围(或者说锥角)变窄。因此，在本发明的光源模块中，可以使用其折射率小于透镜折射率的密封剂。此外，密封剂折射率可以等于或小于实心积分光学部件的折射率。
图6a和6b还用来表示用于光源模块的透镜的另一个方面。画阴影线的区域625、685表示实心积分光学部件612、682和透镜613、683中可以出现照明光的体积部分。透镜613、683的内部体积的没有画阴影线的部分以及照明光通常不出现的地方表示可以从透镜移除而基本上不会影响其光学功能的材料。就此而言，移除或缺失这样的材料的透镜在功能上与外部的材料没有移除的透镜相同，两种类型的透镜都执行相同的光学功能，因而也都完全在本发明的范围之内。例如，可以将透镜683描述为大致半球状，即使光不通过的材料的部分被移除或者以其他方式缺失。
除紧凑性以及其他属性以外，效率也可以是照明***设计上的重要考虑因素。效率可以通过将正对着传送到照明目标的光通量与从发光器耦合进实心积分光学部件的初始光通量相比来定量。在本发明的光源模块中，已经发现透镜的半径R与实心积分光学部件的出射面对角线(在图4a中的d)的比率可以影响光源模块的效率。进行了计算机模拟以研究R和d的比率变化时光源模块的效率。计算中假定透镜上有适当的抗反射涂层、介质之间的界面上的菲涅耳损耗以及在实心积分光学部件的所有侧面上的增强银反射涂层。由该模拟得到的数据示出在图7中，该图表示效率和R/d的关系。观察到在R/d接近1时效率有显著的增益，其后效率增益变缓。发明人认为(仅作为解释手段而并不希望因此被理论束缚)当透镜的半径相对于积分光学部件的出射面增大时的这种效率增益的一个原因是，随着该比率增加，照明光束以更接近法向的角度入射到透镜的外表面，与更倾斜的或掠射的角度入射的光线相比具有更低的菲涅耳损耗。大于0.7、0.8、0.9、1、1.1或者1.2的R/d比率可以有助于光源模块的效率。在一些实施例中，R/d比率不超过1.2。
提高效率的另一手段是在可能合适的任何表面上施加抗反射涂层。任何适合的抗反射涂层或膜层均可用于本文所公开的照明***。通常，可以在光在不同折射率的介质之间传播的任意界面处使用抗反射涂层。除了一些介质/空气界面，还可以例如在实心积分光学部件的出射面和透镜之间的界面上或者在发光器的光出射表面和实心积分光学部件的入射面之间的界面上使用抗反射涂层。

Claims (29)

1.一种光源模块，包括：
发光器，所述发光器包括光出射表面；
实心积分光学部件，所述实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从所述发光器发出的光并将光传送到所述实心积分光学部件的出射面，其中所述出射面具有出射面表面积和出射面对角线；以及
透镜，所述透镜被对准以接受来自所述实心积分光学部件的所述出射面的光，且所述透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分；其中
所述曲率半径与所述出射面对角线的比率大于0.7，并且不大于1.2；并且
所述实心积分光学部件具有实心积分光学部件的折射率，所述透镜具有透镜的折射率，而所述透镜的折射率与所述实心积分光学部件的折射率的比率大于1并且不大于2.0。
2.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述透镜的折射率与述实心积分光学部件的折射率的比率至少为1.3。
3.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述实心积分光学部件的折射率不大于1.7。
4.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述透镜的折射率为至少1.8。
5.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述曲率半径与所述出射面对角线的比率大于0.8。
6.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述透镜还包括柱形部分。
7.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述透镜的所述大致半球状的部分是非球状的。
8.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述透镜在基本上整个出射面表面积上与所述出射面相符。
9.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述光出射表面包括具有多个发光区域的阵列。
10.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述入射面的尺寸和形状基本上匹配所述光出射表面的尺寸和形状。
11.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述入射面是平面的。
12.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述出射面是平面的。
13.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述出射面是非平面的。
14.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述出射面的形状与成像器的形状基本上相同。
15.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述入射面的入射面表面积小于所述出射面表面积。
16.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述实心积分光学部件在所述出射面和所述入射面之间渐缩。
17.根据权利要求1所述的光源模块，还包括设置在所述光出射表面和所述实心积分光学部件之间的密封剂。
18.根据权利要求17所述的光源模块，其中所述密封剂的密封剂折射率小于所述透镜的折射率。
19.根据权利要求18所述的光源模块，其中所述密封剂折射率不大于所述实心积分光学部件的折射率。
20.根据权利要求1所述的光源模块，还包括设置在所述光出射表面和所述入射面之间的反射偏光器。
21.根据权利要求20所述的光源模块，其中所述光出射表面、反射偏光器和入射面被结合起来。
22.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述光出射表面和入射面被结合起来。
23.根据权利要求1所述的光源模块，还包括设置在所述出射面和所述透镜之间的反射偏光器。
24.根据权利要求23所述的光源模块，其中所述出射面、反射偏光器和透镜被结合起来。
25.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述出射面和透镜被结合起来。
26.根据权利要求1所述的光源模块，其中所述实心积分光学部件具有至少一个侧面，所述侧面在所述侧面的至少一部分上具有反射涂层。
27.根据权利要求1所述的光源模块，还包括设置在所述出射面和所述透镜之间的抗反射涂层。
28.一种照明***，包括：
至少一个光源模块，包括：
发光器，所述发光器包括光出射表面；
实心积分光学部件，所述实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从所述发光器发出的光并将光传送到所述实心积分光学部件的出射面，其中所述出射面具有出射面对角线；以及
透镜，所述透镜被对准以接收来自所述实心积分光学部件的所述出射面的光，且所述透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分；
其中
所述曲率半径与所述出射面对角线的比率大于0.7，并且不大于1.2；并且
所述实心积分光学部件具有实心积分光学部件的折射率，所述透镜具有透镜的折射率，而所述透镜的折射率与所述实心积分光学部件的折射率的比率大于1并且不大于2.0；以及
光学元件，所述光学元件被设置成将光从所述至少一个光源模块传送到照明目标。
29.一种投影***，包括：
至少一个光源模块，包括：
发光器，所述发光器包括光出射表面；
实心积分光学部件，所述实心积分光学部件被对准以在入射面上接受从所述发光器发出的照明光并将所述照明光传送到所述实心积分光学部件的出射面，其中所述出射面具有出射面对角线；以及
透镜，所述透镜被对准以接收来自所述实心积分光学部件的所述出射面的所述照明光，所述透镜包括具有曲率半径的大致半球状的部分，且所述透镜在基本上整个出射面表面积上与所述出射面相符；
其中
所述曲率半径与所述出射面对角线的比率大于0.7，并且不大于1.2；并且
所述实心积分光学部件具有实心积分光学部件的折射率，所述透镜具有透镜的折射率，而所述透镜的折射率与所述实心积分光学部件的折射率的比率大于1并且不大于2.0；
成像器；
光学元件，所述光学元件被设置成将所述照明光从所述至少一个光源模块传送到所述成像器；以及
投影透镜，所述投影透镜被设置成从所述成像器接收图像光并投影所述图像光。
CN2009801261754A 2008-05-05 2009-04-30 光源模块 Expired - Fee Related CN102084177B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5042408P 2008-05-05 2008-05-05
US61/050,424 2008-05-05
PCT/US2009/042349 WO2009137331A2 (en) 2008-05-05 2009-04-30 Light source module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102084177A CN102084177A (zh) 2011-06-01
CN102084177B true CN102084177B (zh) 2013-04-10

Family

ID=41265313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009801261754A Expired - Fee Related CN102084177B (zh) 2008-05-05 2009-04-30 光源模块

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8382293B2 (zh)
EP (1) EP2286144A2 (zh)
JP (1) JP2011524065A (zh)
KR (1) KR20110004887A (zh)
CN (1) CN102084177B (zh)
TW (1) TW200951371A (zh)
WO (1) WO2009137331A2 (zh)

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0522968D0 (en) 2005-11-11 2005-12-21 Popovich Milan M Holographic illumination device
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US11204540B2 (en) 2009-10-09 2021-12-21 Digilens Inc. Diffractive waveguide providing a retinal image
WO2011042711A2 (en) 2009-10-09 2011-04-14 Milan Momcilo Popovich Compact edge illuminated diffractive display
FR2952997A1 (fr) * 2009-11-25 2011-05-27 Guigan Franck Andre Marie Concentrateur de lumiere
JP5548153B2 (ja) * 2011-03-01 2014-07-16 株式会社ユーテクノロジー 発光ダイオード照明装置および発光ダイオード照明用部材
KR101254027B1 (ko) * 2011-03-30 2013-04-12 윤승남 Ｌｅｄ 집광 조명장치
WO2012136970A1 (en) 2011-04-07 2012-10-11 Milan Momcilo Popovich Laser despeckler based on angular diversity
US10670876B2 (en) 2011-08-24 2020-06-02 Digilens Inc. Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
EP2995986B1 (en) 2011-08-24 2017-04-12 Rockwell Collins, Inc. Data display
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
US8567997B2 (en) 2011-09-06 2013-10-29 Asia Optical International Ltd. Single piece light guide having light rod and lens
US8469571B2 (en) 2011-09-06 2013-06-25 Asia Optical International Ltd. Light guide and housing assembly
US9442356B2 (en) 2011-09-06 2016-09-13 Asia Optical Co., Inc. Light guide with region between light rod and lens
JP5703180B2 (ja) * 2011-09-20 2015-04-15 株式会社沖データ レンズ光学素子及び表示装置
WO2013102759A2 (en) 2012-01-06 2013-07-11 Milan Momcilo Popovich Contact image sensor using switchable bragg gratings
JP2013210518A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Toshiba Corp 電子機器及び映像投影方法
CN106125308B (zh) 2012-04-25 2019-10-25 罗克韦尔柯林斯公司 用于显示图像的装置和方法
WO2013167864A1 (en) 2012-05-11 2013-11-14 Milan Momcilo Popovich Apparatus for eye tracking
EP2856236B1 (en) * 2012-06-03 2019-08-07 Robe Lighting s.r.o. Collimation and homogenization system for an led luminaire
ES2776481T3 (es) * 2012-10-01 2020-07-30 Hoffmann La Roche Módulo de fuente de luz y procedimiento para modificar un instrumento analítico para analizar una muestra
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
US10209517B2 (en) 2013-05-20 2019-02-19 Digilens, Inc. Holographic waveguide eye tracker
CN103343924B (zh) * 2013-07-22 2015-08-05 济南弘毅格致科贸有限公司 一种基色可调的led射灯
CN103343907B (zh) * 2013-07-22 2015-09-30 济南弘毅格致科贸有限公司 一种基色可调的led球形灯
US9727772B2 (en) 2013-07-31 2017-08-08 Digilens, Inc. Method and apparatus for contact image sensing
DE102013215374A1 (de) * 2013-08-05 2015-02-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Beleuchtungsanordnung
WO2016020632A1 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Method for holographic mastering and replication
WO2016042283A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
WO2016046514A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 LOKOVIC, Kimberly, Sun Holographic waveguide opticaltracker
CN110274200B (zh) * 2014-10-01 2021-09-03 罗布照明公司 用于led照明装置的准直和均匀化***
CN111323867A (zh) 2015-01-12 2020-06-23 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
EP3245551B1 (en) 2015-01-12 2019-09-18 DigiLens Inc. Waveguide light field displays
CN107533137A (zh) 2015-01-20 2018-01-02 迪吉伦斯公司 全息波导激光雷达
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
WO2016146963A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Popovich, Milan, Momcilo Waveguide device incorporating a light pipe
WO2016156776A1 (en) 2015-03-31 2016-10-06 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for contact image sensing
TWI570499B (zh) * 2015-06-22 2017-02-11 佳世達科技股份有限公司 投影裝置及用於其之光積分柱
EP3359999A1 (en) 2015-10-05 2018-08-15 Popovich, Milan Momcilo Waveguide display
EP3398007A1 (en) 2016-02-04 2018-11-07 DigiLens, Inc. Holographic waveguide optical tracker
JP6895451B2 (ja) 2016-03-24 2021-06-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 偏光選択ホログラフィー導波管デバイスを提供するための方法および装置
WO2017172787A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 3M Innovative Properties Company Low-glare automotive headlight
JP6734933B2 (ja) 2016-04-11 2020-08-05 ディジレンズ インコーポレイテッド 構造化光投影のためのホログラフィック導波管装置
EP3548939A4 (en) 2016-12-02 2020-11-25 DigiLens Inc. UNIFORM OUTPUT LIGHTING WAVEGUIDE DEVICE
US10545346B2 (en) 2017-01-05 2020-01-28 Digilens Inc. Wearable heads up displays
KR102322461B1 (ko) * 2017-08-08 2021-11-05 에스엘 주식회사 차량용 헤드 램프
CN116149058A (zh) 2017-10-16 2023-05-23 迪吉伦斯公司 用于倍增像素化显示器的图像分辨率的***和方法
CN114217373A (zh) 2017-10-20 2022-03-22 3M创新有限公司 光学膜和偏振分束器
FR3074260B1 (fr) * 2017-11-30 2020-11-20 Valeo Vision Module lumineux pour vehicule automobile, et dispositif d'eclairage et/ou de signalisation muni d'un tel module
KR20200100066A (ko) 2017-12-20 2020-08-25 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광학 스택 및 편광 빔 스플리터
WO2019136476A1 (en) 2018-01-08 2019-07-11 Digilens, Inc. Waveguide architectures and related methods of manufacturing
JP7404243B2 (ja) 2018-01-08 2023-12-25 ディジレンズ インコーポレイテッド 導波管セル内のホログラフィック格子の高スループット記録のためのシステムおよび方法
CN112088332A (zh) 2018-03-16 2020-12-15 迪吉伦斯公司 包含双折射控制的全息波导及用于它们的制造的方法
WO2020023779A1 (en) 2018-07-25 2020-01-30 Digilens Inc. Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure
US20220004015A1 (en) 2018-12-07 2022-01-06 3M Innovative Properties Company Optical film and polarizing beam splitter
WO2020168348A1 (en) 2019-02-15 2020-08-20 Digilens Inc. Methods and apparatuses for providing a holographic waveguide display using integrated gratings
CN113728258A (zh) 2019-03-12 2021-11-30 迪吉伦斯公司 全息波导背光及相关制造方法
KR20220016990A (ko) 2019-06-07 2022-02-10 디지렌즈 인코포레이티드. 투과 및 반사 격자를 통합하는 도파관 및 관련 제조 방법
CN114341729A (zh) 2019-07-29 2022-04-12 迪吉伦斯公司 用于使像素化显示器的图像分辨率和视场倍增的方法和设备
WO2021041949A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Digilens Inc. Evacuating bragg gratings and methods of manufacturing
CN213750641U (zh) * 2020-12-02 2021-07-20 深圳光峰科技股份有限公司 Led光源结构和投影机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5532763A (en) * 1990-12-27 1996-07-02 North American Philips Corporation Single panel color projection video display
CN1786769A (zh) * 2004-12-09 2006-06-14 精工爱普生株式会社 投影机
US7322700B2 (en) * 2002-02-25 2008-01-29 Ricoh Company, Ltd. Image display apparatus

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5552922A (en) * 1993-04-12 1996-09-03 Corning Incorporated Optical system for projection display
US5625738A (en) 1994-06-28 1997-04-29 Corning Incorporated Apparatus for uniformly illuminating a light valve
US5829858A (en) * 1997-02-18 1998-11-03 Levis; Maurice E. Projector system with light pipe optics
DE19819713C2 (de) * 1998-05-02 2001-05-10 Daimler Chrysler Ag Lenksäule für ein Kraftfahrzeug
US6343862B1 (en) * 1998-11-20 2002-02-05 Minolta Co., Ltd. Projecting image display device
US6520646B2 (en) 1999-03-03 2003-02-18 3M Innovative Properties Company Integrated front projection system with distortion correction and associated method
US6568814B2 (en) 1999-03-03 2003-05-27 3M Innovative Properties Company Integrated front projection system with shaped imager and associated method
US6179426B1 (en) 1999-03-03 2001-01-30 3M Innovative Properties Company Integrated front projection system
US6530664B2 (en) 1999-03-03 2003-03-11 3M Innovative Properties Company Integrated front projection system with enhanced dry erase screen configuration
US6604829B2 (en) 1999-03-03 2003-08-12 3M Innovative Properties Company Compact integrated front projection system
JP4421009B2 (ja) 1999-06-02 2010-02-24 株式会社東芝 強誘電体メモリ
CN1322370C (zh) 1999-06-29 2007-06-20 3M创新有限公司 用于投影显示的光学***
US6461001B2 (en) * 2000-04-25 2002-10-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Illumination apparatus and projection type display apparatus
JP4158317B2 (ja) * 2000-05-31 2008-10-01 三菱電機株式会社 照明装置およびこの照明装置を用いた投写型表示装置
JP2003091045A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Mitsubishi Electric Corp 照明光学系及び投写型表示装置
WO2003046655A1 (en) 2001-11-28 2003-06-05 3M Innovative Properties Company Tir prism for dmd projector
KR100833230B1 (ko) * 2003-04-07 2008-05-28 삼성전자주식회사 조명 광학계 및 이를 구비한 화상 프로젝션 시스템
US7271964B2 (en) 2003-12-05 2007-09-18 3M Innovative Properties Company Projection display device for multimedia and wall display systems
AU2004297974A1 (en) 2003-12-05 2005-06-23 3M Innovative Properties Company Wide-angle projection lens and optical engine for a projection display device
US7123426B2 (en) 2003-12-05 2006-10-17 3M Innovative Properties Company Projection lens and display device
US7126767B2 (en) 2003-12-05 2006-10-24 3M Innovative Properties Company Wide-angle projection lens for front projection display systems
US7246923B2 (en) 2004-02-11 2007-07-24 3M Innovative Properties Company Reshaping light source modules and illumination systems using the same
KR100619039B1 (ko) * 2004-07-06 2006-09-01 삼성전자주식회사 조명 렌즈계 및 이를 채용한 프로젝션 시스템
US7192795B2 (en) 2004-11-18 2007-03-20 3M Innovative Properties Company Method of making light emitting device with silicon-containing encapsulant
US7280723B2 (en) * 2005-05-06 2007-10-09 Schott Corporation Illumination assembly including a rigid light-guiding element incorporating a numerical-aperture alteration taper
DE102005031336B4 (de) * 2005-05-13 2008-01-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Projektionseinrichtung
JP2008021271A (ja) 2006-07-14 2008-01-31 Eastman Kodak Co 画像処理装置、画像復元方法、およびプログラム
US8075140B2 (en) 2006-07-31 2011-12-13 3M Innovative Properties Company LED illumination system with polarization recycling
CN101496170B (zh) 2006-07-31 2011-06-29 3M创新有限公司 集成光源模块

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5532763A (en) * 1990-12-27 1996-07-02 North American Philips Corporation Single panel color projection video display
US7322700B2 (en) * 2002-02-25 2008-01-29 Ricoh Company, Ltd. Image display apparatus
CN1786769A (zh) * 2004-12-09 2006-06-14 精工爱普生株式会社 投影机
US7354162B2 (en) * 2004-12-09 2008-04-08 Seiko Epson Corporation Projector

Also Published As

Publication number Publication date
EP2286144A2 (en) 2011-02-23
WO2009137331A3 (en) 2010-02-18
JP2011524065A (ja) 2011-08-25
TW200951371A (en) 2009-12-16
US8382293B2 (en) 2013-02-26
WO2009137331A2 (en) 2009-11-12
US20110058350A1 (en) 2011-03-10
CN102084177A (zh) 2011-06-01
KR20110004887A (ko) 2011-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102084177B (zh) 光源模块
US9645480B2 (en) Light source module and projection apparatus having the same
US8116005B2 (en) Light combiner
US7331680B2 (en) Illumination unit and projection type image display apparatus employing the same
US20060139575A1 (en) Optical collection and distribution system and method
US7330314B1 (en) Color combiner for solid-state light sources
US10754162B2 (en) Projection apparatus and head-mounted display device
TW200538778A (en) Reshaping light source modules and illumination systems using the same
KR20060023946A (ko) 투사 시스템용 조사 배열체
CA2528793A1 (en) A light pipe based projection engine
WO2012039995A2 (en) Tilted dichroic color combiner ii
JP4644201B2 (ja) ｅｔｅｎｄｕｅを小さく抑えたカラービデオ投写装置の効率のよい照明装置
US9664988B2 (en) Light source system with light coupling module and display apparatus comprising the same
JP2007507755A (ja) ｅｔｅｎｄｕｅを小さく抑えたカラービデオ投写装置に使用する、補正光学系を利用した照明装置
US20100103380A1 (en) Critical abbe illumination configuration
JP2010511187A (ja) Ｌｅｄ利用照明モジュールを備えた投射型ディスプレイ
US20070091270A1 (en) Projector
TWI726073B (zh) 光學系統
KR101352036B1 (ko) 피코 프로젝터의 광학 시스템
US20060268417A1 (en) A Refractive Scheme for Dual Lamp High Brightness Projection System
WO2020199670A1 (zh) 光源***及投影设备
KR20100081194A (ko) 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치
CN221056819U (zh) 投影光机和ar显示装置
CN220154786U (zh) 投影光机
CN216696958U (zh) 一种投影***和投影仪

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130410

Termination date: 20140430