超高效率色彩组合装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了通过多色物质的方式组合光谱成分的色彩组合装置和方法。使用多色物质以将来自各源的多个射束组合成单个输出射束，从而提供对输出射束的亮度、色彩、色均匀性、发散角、准直度、偏振、焦距和束腰中的一个或多个特性的定义。源和多色物质的结合可用作隐私增强隐私显示器和用于将多个光谱成分的信号多路复用。在本发明专利技术的另外的实施方式中，多色物质用于衍射光谱成分以用于分光镜或解复用应用中。

Ultra high efficiency color combination device and method

The invention provides a color combination device and a method for combining spectral components in the form of a multicolor material. A plurality of beam combination to be from all sources into a single output beam using multicolor material, thus providing the definition of luminance and color and color of the output beam of one or more of the characteristics of homogeneity, divergence angle, collimation, polarization, and the focal length of the waist. The combination of source and multicolor material can be used as a privacy enhanced privacy monitor and for multiplexing signals of a plurality of spectral components. In another embodiment of the present invention, a multicolor material is used for the diffraction of spectral components for use in spectroscopic or demultiplexing applications.

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年9月16日的中国专利申请号为201180056979.9(国际申请号为PCT/US2011/051916)的题为“超高效率色彩混合和色彩分离”的国际申请的分案。本申请要求申请日为2010年9月27日的美国临时专利申请序列第61/404,062号的优先权，在此结合该申请作为参考。
本专利技术大体涉及用于组合或分离光的光谱成分的装置和方法，更具体地涉及为了任一上述目的使用多色物质。
技术介绍
对于应用于街道和汽车照明，至家用、LCD显示器和娱乐照明范围的多种应用中的白光照明的实现，色彩混合是必须的。通常通过以蓝光照射发出红和绿光的荧光材料而得到白光。当三种颜色混合时，总体发出的光看起来是白色的。在图1中示出了该方法，其中从p-n结发出的蓝光101照射发出红光103和绿光104的荧光体102。这三种颜色的混合产生白光。上述用于将不同颜色的光混合的方法具有以下三个主要缺点：●该荧光体随着时间趋于劣化。这对色彩输出寿命以及装置的整体效率造成不利影响。●该整体的装置的效率低于常规的3-色LED系统。这主要由于斯托克斯频移(非弹性散射)的热损失和与荧光体有关的劣化(degradation)问题。因此，没有实现LED的高固有效率。●该系统遭受差的色彩稳定性和渲染之害。利用此方法对高质量的照明进行色彩控制是很难的，因为其几乎不能控制不同颜色的相关光的输出。产生白光的另一个方法是使用三个为原色：红、绿和蓝(RGB)色的分离的LED。这允许独立地控制每种颜色的强度，从而实现输出光的更好的色域。在最简单的情况中，仅将三个LED封装在单个、密封的壳体里。由于没有提出高效率的三色混合的方法，因此三种颜色在传播期间混合并且产生白光。这在白光输出中产生了显著的非均匀性，且很难控制白光的质量。包括使用漫射体的调色方法受到由于漫射体中的光吸收和散射引起的固有效率损失。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供，与诸如发光二极管的彩色光源相结合地使用多色物质，用于照明、显示、光谱学和相关的应用中的非常有效的色彩混合。根据本专利技术的优选实施方式，提供了色彩组合装置，其具有多个照射源，每个照射源发出的射束特征在于不同的光谱范围。共同地，射束构成射束组。该装置还具有多色物质，其被配置成在多个照射源对该多色物质照射时定义在至少一个容积中的光输出特性。在本专利技术的多个实施方式中，多色物质被配置成在多个照射源对该多色物质照射时定义不仅仅是一个容积而是多个容积中的光输出特性。在多个容积中的至少两个容积中定义的光输出特性可以是相互不同的光输出特性。在本专利技术的另一个实施方式中，多色物质可用于将射束组结合到输出射束中。该多色物质可被进一步配置成定义输出射束的传播方向。在本专利技术的另一个实施方式中，该多色物质可被配置成定义在空间的特定容积中的至少一个光特性，其中一个特性选自包括以下特性的组：(i)亮度；(ii)色彩；(iii)色均匀性；(iv)偏振。其中形成输出射束，该多色物质可被配置成定义输出射束的至少一种特性，该一种特性选自包括以下特性的组：(i)亮度；(ii)色彩；(iii)色均匀性；(iv)发散角；(v)准直度；(vi)偏振；(vii)焦距；和(viii)束腰。在本专利技术的另一个实施方式中，各所述照射源的不同光谱范围在光谱上基本不重叠。所述色彩组合装置还包括设置在各照射源和所述多色物质之间的计算机生成的全息底板。所述多个源可以，但并不必须是，设置在非平面基底上。可提供至少一个控制器用于独立地控制各光源。所述多个源的子集至其整体，可共享公共电极。所述多色物质可制造在透明的材料上或在吸收材料上。所述多色物质可配置成以透射模式或以反射模式工作。所述多色物质可以是二元的、多级的或具有渐变的折射率分布指数。所述多色物质还包括镶拼的多色物质。本专利技术的另一实施方式还提供一种隐私增强显示器，其包括发出电磁辐射的多个源像素，各像素的特征在于发散角；和与各像素相邻设置的多色物质，用于将从远离所述源像素的位置看的辐射视野变窄。本专利技术的另一实施方式提供一种高效率LCD显示器，包括：偏振背光的源；基本设置在一个平面中的多个LCD像素；和设置在偏振背光的源与LCD像素的平面之间的多色物质，用于将背光分为一定的光谱成分。根据本专利技术的另一方面，提供一种方法用于组合色彩。该方法包括以下步骤：a.以来自多个源的电磁辐射照射多色物质，各源的特征在于不同的光谱范围；以及b.将来自多个源的电磁辐射组合，使得来自所述多色物质的辐射具有特定的色彩和功率均匀性以及准直度。在本专利技术的可选实施方式中，还可包括控制输出射束空间分布以产生要求的图案或纹理的步骤。根据本专利技术的另一方面，提供了用于对光信号进行复用和解复中的至少一个操作的方法，所述方法包括：a.以来自多个源的电磁辐射照射多色物质，各源的特征在于不同的光谱范围并发出不同的光谱成分；b.将来所述自多个源的电磁辐射组合以耦合至具有出口的光管道；以及c.将所述光管道的输出耦合至第二多色物质，用于将所述电磁辐射分离成不同的光谱成分。在本专利技术的另一方面，提供了一种用于高分辨率成像的方法，该方法包括：a.在样本中激发辐射，该辐射包括多个指示不同功能性的光谱成分；b.通过多色物质将所述多个光谱成分分离；c.将所述不同的光谱成分分别成像。根据本专利技术的另一实施方式，提供了对具有色散元件的光谱仪的改进，该色散元件用于将输入光的光谱成分分散，该改进包括以多色物质替代所述色散元件。所述多色物质被最优化用于实现特定的衍射效率或将光谱带指引至特定的探测器像素。所述多色物质被最优化以抑制特定的衍射级以及增加所述光谱仪的输入光接收。所述多色物质可用作被供能的衍射光学元件，将衍射光聚焦至探测器阵列上。附图说明本专利技术或申请文件包括以色彩绘制的至少一幅附图。可通过请求和支付必须的费用由专利和商标局(PatentandTrademarkOffice)提供该专利的具有色彩附图的复印件。参考附图，根据以下详细说明，本专利技术的前述特征将更容易理解，其中：图1示意性示出现有技术的LED，其具有蓝光源和用于产生其他色彩成分的荧光体，以得到色彩混合输出；图2是色混合系统的一个实施方式的示意性图示，根据本专利技术的一个实施方式，其中来自光源(如LED)阵列的不同色彩的光照射一组中间计算机生成的全息图(CGH)，其预处理光以接着照射多色物质，该多色物质将颜色混合产生混色输出；图3示出了根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色彩组合装置，包括：a.多个照射源，每个照射源发出特征在于不同的光谱范围的射束，多个不同的光谱范围的射束部分重叠；和b.多色物质，被配置成在所述多个照射源对所述多色物质照射时定义在至少一个容积中的光输出特性。

【技术特征摘要】
2010.09.27 US 61/404,0621.一种色彩组合装置，包括：
a.多个照射源，每个照射源发出特征在于不同的光谱范围的射束，多个不同的光谱范
围的射束部分重叠；和
b.多色物质，被配置成在所述多个照射源对所述多色物质照射时定义在至少一个容积
中的光输出特性。
2.如权利要求1所述的色彩组合装置，其中所述多色物质被配置成在所述多个照射源
对所述多色物质照射上定义多个容积中的光输出特性。
3.如权利要求2所述的色彩组合装置，其中在所述多个容积中的至少两个中定义的光
输出特性是相互不同的光输出特性。
4.如权利要求1所述的色彩组合装置，其中所述多色物质被配置成将所述一组射束合
成输出射束。
5.如权利要求1所述的色彩组合装置，其中所述多色物质被配置成定义所述输出射束
的传播方向。
6.如权利要求1所述的色彩组合装置，其中所述多色物质被配置成在空间的特定容积
中定义光的至少一个特性，所述一个特性选自包括以下特性的组：
(i)亮度；
(ii)色彩；
(iii)色均匀性；和
(iv)偏振。
7.如权利要求4所述的色彩组合装置，其中所述多色物质被配置成定义所述输出射束
的至少一个特性，所述一个特性选自包括以下特性的组：
(i)亮度；
(ii)色彩；
(iii)色均匀性；
(iv)发散角；
(v)准直度；
(vi)偏振；
(vii)焦距；和
(viii)束腰。
8.如权利要求1所述的色彩组合装置，还包括设置在各照射源和所述多色物质之间的
计算机生成的全息干板。
9.如权利要求1所述的色彩组合装置，其中所述多个源被设置在非平面基底上。
10.如权利要求1所述的色彩组合装置，还包括至少一个控制器，用于独立地控制各光
源。

【专利技术属性】
技术研发人员：J多敏格兹卡巴尔莱罗，R梅农，
申请(专利权)人：麻省理工学院，犹他大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US