CN1637585A - 用于物体照明的装置 - Google Patents

用于物体照明的装置

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CN1637585A CNA2004100954961A CN200410095496A CN1637585A CN 1637585 A CN1637585 A CN 1637585A CN A2004100954961 A CNA2004100954961 A CN A2004100954961A CN 200410095496 A CN200410095496 A CN 200410095496A CN 1637585 A CN1637585 A CN 1637585A
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Abstract

本发明涉及一种装置，用于借助于其中心波长分别相当于红、绿和蓝的单发射体(LED)的平面装置和用于空间叠加光分量的装置来照明物体，特别是照明微型显示器。本发明的特征在于，具有单发射体(LED R+B)的第一平面装置和单发射体(LED G)的第二平面装置，其光分量借助于分光镜(Sp4)空间聚合，而且单发射体(LED R+B)的第一平面装置发射分别具有一个中心波长的两个光谱范围，其中，至少三个光分量(R，G，B)的功率比例这样确定，使空间叠加的光分量产生白色的照明光。

Description

用于物体照明的装置
技术领域
本发明涉及一种装置，用于借助于其中心波长分别相当于原色红、绿和蓝的单发射体的平面装置和用于空间叠加光分量的装置来照明物体，最好是照明微型显示器。
背景技术
WO99/64912 A1公开了一种用于投影机的具有多个平面延伸光源(例如LED)的照明单元。由红色、绿色和蓝色三个LED-阵列产生的光分量通过二向色性棱镜组合并输送到LCD-显示器。
将棱镜用于光聚合的缺点是，所使用的二向色性层嵌入玻璃和密封剂内，没有从玻璃到空气的折射率跃迁，由此只能取得比在向空气跃迁折射率时更低的性能。在层设计费用相同的情况下，被嵌入的二向色性层比向空气工作的层***具有更高的s-和p-分量分离，而且入射角上的边缘位移(Kantenschift)更大。
此外，从Habers，G.，Paolini，S.，Keuper，M.：″Performance of High-Power LEDIlluminator in Projection Displays″2003 International SID Symposium公知，选择性地通过各自具有二向色性层的且连续连接的板或者两个彼此交叉的玻璃板方式的二向色性反光镜进行光聚合。
两个连续连接的板需要更大的结构空间，并从光源直至投影装置上的联接端具有无益的不同行程差。图1示出这种投影机的基本结构。LED R和LED G的光通过第一二向色性反光镜Sp1结合。LED B的光通过第二二向色性反光镜Sp2与该光叠加。该光通过透镜阵列LA、聚光透镜KL、分光镜Sp3和场透镜FL到达所要照明的DMD-矩阵DMD上。为形成图像而从DMD-矩阵反射的光通过分光镜Sp3到达投影物镜OK。
此外介绍的利用交叉板的解决方案在机械固定方面非常复杂并在光程中还具有并无益处的残余间隙。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于物体照明的有效和比较简单的装置。机械装置应当比较简单。用于照明的装置应当具有较小的结构空间，并使所有光源到所要照明的单元上实现同样大小的行程距离。应当达到具有不同光谱特性曲线的光源所要求的功率比例的配合。
该目的依据本发明由此得以实现，即设有单发射体的第一平面装置和单发射体的第二平面装置，其光分量借助于分光镜空间聚合，而且至少单发射体的第一平面装置发射分别具有一个中心波长的两个光谱范围，其中，至少三个光分量的功率比例这样确定，使空间叠加的光分量产生白色的照明光。单发射体平面装置的意思是说，分布在一个平面的单发射体装置在一个衬底上。在此方面，每个单发射体却又是三维构成。
本发明满足了特别是投影***或者显微镜的照明***中为产生白色光需要均衡红、绿和蓝三个色道内的光学功率的要求。但红、绿和蓝三个相应单发射体的效率以及功率在多个因素上有所区别，从而特别是在LED或者激光二极管的情况下，各颜色的单发射体的数量不同。
然而在与本发明相联系的情况下也可以使用其他的颜色组合，例如黄、青和品红和/或者其他颜色。
单发射体的平面装置最好为平面延伸的有机LED、发光二极管、荧光二极管和/或者激光二极管。单发射体最好矩阵形布置在一个平面上。但单发射体也可以是其他有源发射光的元件，此外也可以布置在不同的平面上和/或者环形装置。
单发射体的两个平面装置各自构成一个模块，其中，第一模块包括至少一个蓝色单发射体以及至少一个红色单发射体，第二模块包括至少一个绿色单发射体。
最好一个模块包括四个绿色单发射体，另一个模块包括两个蓝色单发射体以及两个红色单发射体。红色和蓝色单发射体最好对角地相对装置。这样简单地保证了物体照明的良好均匀性。根据单个颜色的单发射体在哪个功率级内使用，在一个模块内也可以形成单个颜色的单发射体的其他组合。此外，每个模块内单发射体的数量可以相同或者不同，而且一个模块内可以包括少于四个或者多于四个单发射体。
此外，为光分量的聚合仅需使用一个二向色性分光镜，但它具有与两个模块上单发射体的组合相应的带通特性曲线。二向色性分光镜特别是最好由携带有朝向空气的二向色性层(高折射率跃迁)的玻璃载体板组成。
本发明有利的构成在于，单发射体平面装置的一个发射相当于绿松石色的中心波长约488nm的另一光谱范围。利用一个第四波长可以使物体的照明具有更大的颜色空间。这种效果特别是在图像显示时所希望的。
一个有利的构成在于，分光镜为二向色性的分光镜或者极化分光镜。在后一种情况下，一个波道的光优选s-极化，而另一个波道的光优选p-极化，然后进行组合。但也可以使用空间上结合多个不同颜色光束的其他元件。
最好其光分量功率被限制的单发射体的平面装置的光可通过二向色性分光镜的反射面射入。因为该光分量不必穿过二向色性分光镜的载体(玻璃板)，所以输入效率好于在透射时通过分光镜的其他颜色的光分量。
附图说明
下面借助附图对本发明进行说明。其中：
图1示出按现有技术用于照明DMD-矩阵的装置；
图2示出依据本发明用于物体照明的装置；
图3示出分别带有四个单发射体(R-G-B)LED-照明的装置；
图4示出分别带有四个单发射体(R-G-T-B)LED-照明的装置；
图5示出带有不同数量单发射体(R-G-T-B)LED-照明的装置；
图6示出依据图2装置的二向色性分光镜的透射曲线；
图7示出依据图2和6装置的LED的光谱；
图8示出采用LED-照明(R-G-T-B)的投影机；
图9示出依据图8装置的二向色性分光镜的透射曲线；
图10示出显微镜观察的物体照明；
图11示出依据图10装置的二向色性分光镜的透射曲线。
具体实施方式
图1示出如上面作为现有技术介绍的例如在带有DMD-矩阵的投影机上的一种用于照明的装置。
图2示出以分为两个LED-模块LED R+B和LED G为实施例的单发射体的平面装置，其发射的光分量通过二向色性分光镜Sp4空间叠加。所叠加的光分量用于照明物体OB。
第一LED-模块LED R+B包括蓝色的三个单发射体和红色的一个单发射体。第二LED-模块LED G包括绿色的四个单发射体(参见图3)。目前可掌握的LED的功率比例例如为红∶绿∶蓝＝6∶1∶2。绿色为限制的色道。在保持用于产生白色光的均衡输出功率的情况下，在一个模块中使用三个蓝色发射体和一个红色发射体。因此获得具有适当功率级中三个颜色的两个LED模块，在各自四个单发射体情况下它们以红∶绿∶蓝＝4.5∶4∶2的比例产生功率比例。然后为产生标准光类型D65(相当于中心波长的功率比例，例如：100％红色，97％绿色，67％蓝色)的白光控制发光二极管，一个红色LED为69％，四个绿色LED为100％和一个蓝色LED为46％。在这种组合下，绿色为限制功率的颜色。
具有双色发射体LED R-B的LED-模块的光通过具有图6所示带有带通特性曲线F的(在作为载体玻璃板上的)二向色性分光镜Sp4而与绿色LED-模块的光叠加，并输送到所要照明的物体OB。为组合三个颜色仅需这一个二向色性分光镜Sp4。F(26°)和F(48°)为+/-10°单发射体的散光波瓣的特性曲线。所有发射体均与处于分光镜Sp4平面上的入射点具有的几乎相同的距离。(图2所示的数量比例并不符合理想比例。实践中具有单发射体的模块的平面尺寸处于分光镜厚度的数量级上。)
图7平面标准化地示出了波长上不同颜色LED的相对强度。绿色LED-模块的光(这里为限制功率的颜色)有利地通过二向色性分光镜Sp4的反射面输送，因为这里在光穿过玻璃板时没有产生象差。二向色性分光镜反射时具有比传输时更高的效率。
此外，二向色性分光镜Sp4的带通特性曲线受其与单发射体光程的角位置的影响。
图5示出单发射体另一装置的实施例。在这里为发射红、绿和蓝三个原色的单发射体使用第四类型的单发射体，其发射绿松石色例如具有中心波长488nm的光。图4示出分别具有四个单发射体的两个LED-模块，其中一个模块携带红色和蓝色的单发射体，而另一个模块携带绿色和绿松石色的单发射体。二向色性分光镜Sp4滤光器必须与此相应具有适当的特性曲线F，如图9中与光源的光谱发射对比中所示。在该实施例中，二向色性分光镜Sp4的带边缘为了聚合蓝色和绿松石色而相当陡峭。
在图4的实施例中使用单发射体的下列组合：
  LED的颜色 单发射体的额定功率瓦(光学)   单发射体的数量(LED)   颜色的额定功率瓦(光学)
  红色     6     1     6
  绿色     1     3     3
  蓝色     2     3     6
  绿松石色     2     1     2
为产生标准光类型D65的白光(功率比例相当于：100％红色，86％绿色，88％蓝色和59％绿松石色)，调整额定功率为：红色的LED最大56％(3.4瓦)，绿色的三个LED最大97％(2.9瓦)，蓝色的三个LED最大75％(3瓦)以及绿松石色的LED最大100％(2瓦)。在该实施例中，绿松石色为限制功率的颜色。通过相应确定LED的功率以及通过适当地组合包括这些单发射体的两个分开模块上当时单发射体的数量以及布置，可以实现功率最佳化，从而尽可能使所有单发射体均以接近其例如80％的当时额定功率运行。低于额定功率的这种运行还可延长单发射体的使用寿命。
图8示出图4的LED-模块在投影机中的应用。将LED的借助于二向色性分光镜Sp4空间重叠聚合的光按照调制的时间顺序输送到该投影机***。为此无论是光混合杆还是透镜阵列均可以作为耦合部位。在图8的实施例中，光通过透镜阵列LA、聚光透镜KL、分光镜Sp3和场透镜FL到达所要照明的DMD-矩阵DMD上。由DMD-矩阵为形成图像而反射的光通过分光镜Sp3到达投影物镜OK。DMD-矩阵DMD在这里是受到照明的物镜OK。根据对单个颜色时间序列的持续时间的选择，单个颜色的上述功率分配必须得到配合，以便能够产生白色图像。
在图5的实施例中，LED-模块携带六个单发射体：红色R、蓝色B和绿松石色T各两个。另一个LED-模块具有绿色G的四个单发射体。
使用单发射体的下列组合：
  LED的颜色 单发射体的额定功率瓦(光学)   单发射体的数量(LED)   颜色的额定功率瓦(光学)
  红色     3     2     6
  绿色     1.3     4     5.2
  蓝色     2.3     2     4.6
  绿松石色     1.5     2     3
为产生标准光类型D65的白光，调整额定功率为：红色的两个LED最大5.08瓦，绿色的四个LED最大4.37瓦，蓝色的两个LED最大4.47瓦以及绿松石色的两个LED最大3瓦。在该实施例中，绿松石色为限制功率的颜色。
在图10的实施例中，单发射体的这种平面装置用于显微镜观察物镜OK时的物镜OK的照明装置中。二向色性分光镜Sp4和物体OB之间的光混合杆LM起到物体OB上照度分布均匀化的作用。
图11示出红色、绿色、绿松石色和蓝色光源的光谱强度。此外示出二向色性分光镜Sp4的带通特性曲线F。在该实施例中，分光镜的短波带边缘处于绿松石色单发射体LED T和绿色单发射体LED G的中心波长之间。
                            附图符号
R    红色
G    绿色
B    蓝色
T    绿松石色
LED  发光二极管
LA   透镜阵列
KL   聚光透镜
DMD DMD-阵列
FL   场透镜
OK   投影物镜
OB   物体
LM   光混合标杆
Sp1  二向色性反光镜
Sp2  二向色性反光镜
Sp3  分光镜
Sp4  二向色性反光镜
F    二向色性滤波器的透射曲线(带通滤波器特性曲线)

Claims (7)

1.一种装置，用于借助于其中心波长分别相当于红、绿和蓝的单发射体(LED)的平面装置和用于空间叠加光分量的装置来照明物体(OB)，特别是照明显示器(DMD)，其特征在于，设有单发射体(LED R+B)的第一平面装置和单发射体(LED G)的第二平面装置，其光分量借助于分光镜(Sp4)空间聚合，而且单发射体(LED R+B)的第一平面装置发射分别具有一个中心波长的两个光谱范围，其中，至少三个光分量(R，G，B)的功率比例这样确定，使得空间叠加的光分量产生白色的照明光。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，单发射体(LED R+B，LED G)的平面装置为平面延伸的有机LED、发光二极管、荧光二极管和/或者激光二极管。
3.按权利要求1所述的装置，其特征在于，单发射体(LED R+B，LED G)的两个平面装置各自构成一个模块，其中，一个模块包括至少一个绿色(G)单发射体，另一个模块包括至少一个蓝色(B)单发射体以及至少一个红色(R)单发射体。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，单发射体(LED R+B，LED G)的两个平面装置各自构成一个模块，其中，一个模块包括四个绿色(G)单发射体，另一个模块包括两个蓝色(B)单发射体以及两个红色(R)单发射体。
5.按权利要求1或3所述的装置，其特征在于，单发射体(LED R+B，LED G)的平面装置的一个发射相当于绿松石色(T)的、中心波长约488nm的另一光谱范围。
6.按权利要求1所述的装置，其特征在于，分光镜(Sp4)为二向色性的分光镜或者极化分光镜。
7.按权利要求1所述的装置，其特征在于，其光分量功率被限制的单发射体(R，G，T，B)的平面装置的光可通过二向色性分光镜(Sp4)的反射面射入。
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