目前，LED光源由于其壽命、高效率和低環(huán)境影響而在很多照明設(shè)計(jì)應(yīng)用中代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈或氣體放電燈。

然而，例如對(duì)于汽車領(lǐng)域或舞臺(tái)照明領(lǐng)域的光投射系統(tǒng)，LED光源由于其結(jié)構(gòu)而遭受使它們的使用在需要高強(qiáng)度和光束及其顏色渲染的精確管理的照明設(shè)計(jì)應(yīng)用中不適當(dāng)或在任何情況下非常復(fù)雜的問題。在這些情況下，事實(shí)上，LED光源提出與可被應(yīng)用的功率限制和高“擴(kuò)展度”(即，被限制為散布到寬立體角內(nèi)的光的明顯趨勢(shì))都聯(lián)系的問題。

為了克服LED光源中的這樣的固有限制，制造了光源，其中LED的發(fā)射通過“熒光粉轉(zhuǎn)換”系統(tǒng)與次級(jí)發(fā)射相關(guān)。由這樣的組合光源產(chǎn)生的光強(qiáng)級(jí)明顯更高，但由于LED半導(dǎo)體和激發(fā)熒光粉的發(fā)射光譜的組合而引起的較大光譜寬度使得到來自不同顏色的LED的光的有效顏色組合變得更難，因?yàn)榘l(fā)射光譜可彼此部分地重疊。

得到二向色濾光片或二向色濾光片結(jié)構(gòu)因此是必不可少的，這確保帶寬的急劇上升和下降，以便確保照明系統(tǒng)的必要的總效率。

特別是，二向色濾光片的截止點(diǎn)的不確定性的主要原因之一是光的偏振分量“P”和“S”的分離，其當(dāng)光在濾光片上的入射角增加時(shí)越來越明顯。

這個(gè)問題在用于重組起源于不同的LED光源的不同顏色的光輻射的二向色濾光片的經(jīng)典結(jié)構(gòu)配置中特別能被感覺到。

在圖5中示出的被稱為“X-立方體(X-cube)”配置的使用二向色濾光片的投射器的第一經(jīng)典常規(guī)配置，且在圖6中示出被稱為“連續(xù)(sequential)”配置的第二經(jīng)典常規(guī)配置。上面提到的兩個(gè)經(jīng)典配置都使用相對(duì)于入射光輻射以45°傾斜的二向色濾光片。

在這兩個(gè)經(jīng)典配置中，單獨(dú)的光束在與二向色濾光片的每次交互時(shí)(即，在每次透射或反射時(shí))被偏振。這引起多個(gè)偏振效應(yīng)的總和，其增加了管理單獨(dú)光束的困難。

雖然這樣的經(jīng)典配置在LED的發(fā)射光譜曲線是嚴(yán)格高斯的情況下是可接受的，但是考慮到光的相當(dāng)大的發(fā)射光譜擴(kuò)展，它們?cè)谝舶晒夥坜D(zhuǎn)換系統(tǒng)的光源的情況下是低效的。

此外，在二向色濾光片的“X-立方體”配置中和在“連續(xù)”配置中，光輻射之一通常是綠光輻射，其穿過二向色濾光片兩次，使得系統(tǒng)的總效率必然減小。除了由于在二向色濾光片上的入射光的相對(duì)較大的角度而引起的偏振分量“P”和“S”的分離的早些時(shí)候提到的問題，這個(gè)缺點(diǎn)是另一個(gè)問題。

綠光通道的效率的損失是非常成問題的，因?yàn)樗鹫迷谌搜鄣淖蠲舾泄庾V區(qū)中的效率的損失。因此，為了得到在能夠產(chǎn)生盡可能中性的白光的不同光輻射之間的組合，也將需要其它兩個(gè)通道——紅色通道和藍(lán)色通道的效率的減小，且總的來說整個(gè)投射系統(tǒng)的效率的損失是需要的。

本發(fā)明的目標(biāo)由提供解決上面提到的技術(shù)問題、消除缺點(diǎn)并克服已知技術(shù)的限制的LED投射系統(tǒng)組成。

在這個(gè)目標(biāo)內(nèi)，本發(fā)明的目的是提供優(yōu)化光的顏色組合且具有更好的光譜響應(yīng)的LED投射系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供特別適合于舞臺(tái)照明領(lǐng)域或汽車領(lǐng)域的LED投射系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供能夠在使用中提供可靠性和安全性的最寬保證的LED投射系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供相對(duì)于已知技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)且在經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力的LED投射系統(tǒng)。

在下文中將變得更明顯的這個(gè)目標(biāo)以及這些和其它目的由使用LED或熒光粉轉(zhuǎn)換光源的投射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該投射系統(tǒng)包括至少四個(gè)二向色濾光片，其特征在于，第一對(duì)二向色濾光片配置成透射包括在第一波長(zhǎng)區(qū)間中 的第一光輻射并反射包括在第二波長(zhǎng)區(qū)間中的第二光輻射，以及第二對(duì)二向色濾光片配置成透射包括在第三波長(zhǎng)區(qū)間中的第三光輻射并反射所述第一光輻射和所述第二光輻射，所述LED投射系統(tǒng)具有對(duì)稱軸，屬于所述第一對(duì)二向色濾光片的第一二向色濾光片和屬于所述第二對(duì)二向色濾光片的第二二向色濾光片關(guān)于所述對(duì)稱軸相對(duì)于屬于所述第一對(duì)二向色濾光片的第三二向色濾光片和屬于所述第二對(duì)二向色濾光片的第四二向色濾光片對(duì)稱地布置。

根據(jù)在附圖中為了非限制性例子的目的示出的LED投射系統(tǒng)的優(yōu)選但非排他的實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，其中：

圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的LED投射系統(tǒng)的實(shí)施方式；

圖2、3和4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的圖1中的LED投射系統(tǒng)，其中每個(gè)圖示出圖1所示的三個(gè)光輻射中的僅僅一個(gè)光輻射的路徑；

圖5和圖6示意性示出屬于已知的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的分別被定義為“X-立方體”配置和“連續(xù)”配置的兩個(gè)二向色濾光片LED投射系統(tǒng)。

參考圖1到4，總體上由參考數(shù)字1表示的使用LED或熒光粉轉(zhuǎn)換光源的投射系統(tǒng)包括至少四個(gè)二向色濾光片2、4、22、24。

根據(jù)本發(fā)明，第一對(duì)二向色濾光片2、22配置成透射包括在第一波長(zhǎng)區(qū)間中的第一光輻射3、23并反射包括在第二波長(zhǎng)區(qū)間中的第二光輻射5、25，而第二對(duì)二向色濾光片4、24配置成透射包括在第三波長(zhǎng)區(qū)間中的第三光輻射6、26并反射第一光輻射3、23和第二光輻射5、25。此外，LED投射系統(tǒng)1具有對(duì)稱軸7，使得屬于第一對(duì)二向色濾光片2、22的第一二向色濾光片2和屬于第二對(duì)二向色濾光片4、24的第二二向色濾光片4關(guān)于對(duì)稱軸7相對(duì)于屬于第一對(duì)二向色濾光片2、22的第三二向色濾光片22和屬于第二對(duì)二向色濾光片4、24的第四二向色濾光片24對(duì)稱地布置。

本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明，使用LED光源等效 于使用熒光粉轉(zhuǎn)換光源。

有利地，如在圖2中示出的，第一光輻射3、23相對(duì)于第二二向色濾光片4或第四二向色濾光片24的入射角小于45°。

有利地，如特別是在圖3中示出的，第二光輻射5、25相對(duì)于第一二向色濾光片2和/或相對(duì)于第二二向色濾光片4和/或相對(duì)于第三二向色濾光片22和/或相對(duì)于第四二向色濾光片24的入射角小于45°。

有利地，第一光輻射3、23或第二光輻射5、25或第三光輻射6、26相對(duì)于二向色濾光片2、4、22、24中的一個(gè)或多個(gè)的入射角小于45°，且優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上等于30°。

有利地，如在圖1和在圖2、3和4中示出的，所有光輻射3、23、5、25、6、26以小于45°、且優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上等于30°的入射角照射到相應(yīng)的二向色濾光片2、22、4、24。

LED投射系統(tǒng)1因此包括四個(gè)二向色濾光片2、4、22、24，其中有：關(guān)于對(duì)稱軸7與第一二向色濾光片2對(duì)稱的第三二向色濾光片22，其配置成透射包括在第一波長(zhǎng)區(qū)間中的另一第一光輻射23并反射包括在第二波長(zhǎng)區(qū)間中的另一第二光輻射25；以及，關(guān)于對(duì)稱軸7與第二二向色濾光片22對(duì)稱的第四二向色濾光片24，其配置成透射包括在第三波長(zhǎng)區(qū)間中的另一第三光輻射26并反射另一第一光輻射23和另一第二光輻射25。

有利地，因此第一二向色濾光片2和第二二向色濾光片4關(guān)于對(duì)稱軸7分別與第三二向色濾光片22和第四二向色濾光片24對(duì)稱地布置。

有利地，第一光輻射3、23包括在400和500納米之間包括的波長(zhǎng)區(qū)間中，第二光輻射5、25包括在500和600納米之間包括的波長(zhǎng)區(qū)間中，以及第三光輻射6、26包括在600和750納米之間包括的波長(zhǎng)區(qū)間中。

作為例子，第一光輻射3、23由藍(lán)色LED光源8、28產(chǎn)生。第二光輻射5、25由綠色LED光源9、29或由與綠色熒光粉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關(guān)的光源產(chǎn)生。第三光輻射6、26由紅色LED光源10、30或由與紅色熒光粉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關(guān)的光源產(chǎn)生。

LED投射系統(tǒng)1還可包括用于準(zhǔn)直起源于LED光源8、28、9、29、 10、30的LED光的輔助光學(xué)器件32以及適合于集中由二向色濾光片2、22、4、24輸出的光以便例如使它朝向薄板(Gobo)投影儀36的聚光器34。

LED投射系統(tǒng)還有利地包括適合于產(chǎn)生第一光輻射3、23的第一LED光源8、28、適合于產(chǎn)生第二光輻射5、25的第二LED光源9、29以及適合于產(chǎn)生第三光輻射6、26的第三LED光源10、30，其中第一光輻射3、23由第一對(duì)二向色濾光片2、22透射并由第二對(duì)二向色濾光片4、24反射，第二光輻射5、25由第一對(duì)二向色濾光片2、22和第二對(duì)二向色濾光片4、24反射，且第三光輻射6、26由第二對(duì)二向色濾光片4、24透射。

有利地，LED投射系統(tǒng)1包括：

-關(guān)于對(duì)稱軸7相互對(duì)稱的一對(duì)藍(lán)色LED光源8、28；

-關(guān)于對(duì)稱軸7相互對(duì)稱的一對(duì)綠色LED光源9、29；

-關(guān)于對(duì)稱軸7相互對(duì)稱的一對(duì)紅色LED光源10、30。

二向色濾光片和LED光源相對(duì)于對(duì)稱軸7對(duì)稱地布置的事實(shí)使減小所有顏色分量的光路變得可能，因而最小化與光束的殘余發(fā)散聯(lián)系的形狀中的差異。

有利地，優(yōu)選地由綠色LED光源產(chǎn)生的第二光輻射5、25在其經(jīng)過投射器結(jié)構(gòu)1的路徑中因?yàn)槎蛏珵V光片2、22、4、24的結(jié)果被反射兩次且未被透射。

有利地，優(yōu)選地由紅色LED光源產(chǎn)生的第三光輻射6、26在其經(jīng)過投射器結(jié)構(gòu)1的路徑中，通過第二對(duì)二向色濾光片4、24被透射僅僅一次。

如圖1所示，綠色LED光源9、29和紅色LED光源10、30有利地布置在相互平行的平面中，或在同一平面上，而藍(lán)色LED光源8、28布置成沿著相對(duì)于綠色和紅色LED光源的布置的平面具有大約30°的傾斜度的兩個(gè)平面。

有利地，第一二向色濾光片2平行于第二二向色濾光片4，正如第三二向色濾光片22平行于第四二向色濾光片24一樣。以這種方式，如圖3 所示，由LED光源9或29產(chǎn)生的照射到二向色濾光片2或22的光輻射5或25總是平行于由二向色濾光片4或24反射的輸出中的光輻射5或25。

使用LED或熒光粉轉(zhuǎn)換光源的投射系統(tǒng)的操作根據(jù)前述描述是清楚和明顯的。

特別是，由藍(lán)色LED光源8發(fā)射的第一光輻射3藍(lán)光由第一二向色濾光片2透射并到達(dá)它被反射的第二二向色濾光片4。由綠色LED光源9發(fā)射的第二光輻射5綠光由第一二向色濾光片2反射并與第一光輻射3藍(lán)光組合，它由第二二向色濾光片4反射，而由紅色LED光源發(fā)射的第三光輻射6紅光由第二二向色濾光片4透射，與光輻射3藍(lán)光和5紅光組合。

這些行為對(duì)關(guān)于對(duì)稱軸7對(duì)稱的LED投射系統(tǒng)1的兩個(gè)部分出現(xiàn)。

以這種方式，LED投射系統(tǒng)1能夠組合三個(gè)不同的顏色分量。事實(shí)上，當(dāng)從LED投射系統(tǒng)1輸出時(shí)，光輻射3、23、5、25、6、26已被重組。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的LED投射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)和目的，因?yàn)樗箍朔阎夹g(shù)的限制和缺點(diǎn)變得可能。

特別是，根據(jù)本發(fā)明的LED投射系統(tǒng)具有限定光的兩個(gè)相互對(duì)稱的重組路徑的優(yōu)點(diǎn)。不同于例如在二向色濾光片的“連續(xù)”配置中出現(xiàn)的現(xiàn)象，這樣的對(duì)稱有助于減小綠光的光路的長(zhǎng)度以及紅光和藍(lán)光輻射的光路的長(zhǎng)度。

此外，也可能方便地設(shè)置紅光和藍(lán)光的路徑的長(zhǎng)度的尺寸，以便使這三個(gè)光輻射的路徑的長(zhǎng)度盡可能短和類似。

事實(shí)上，考慮到光束的發(fā)散的自然趨勢(shì)，在每個(gè)光輻射的光路的長(zhǎng)度之間的差異傾向于在復(fù)合光束中產(chǎn)生色度非均勻性。在光路的長(zhǎng)度之間的差異的減小因此有助于限制這樣的非均勻性。

根據(jù)本發(fā)明的LED投射系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于它對(duì)于每個(gè)顏色分量使用在二向色濾光片上的減小的入射角，所以減小在偏振分量“P”和“S”之間的分離。

此外，三個(gè)光通道被去耦，且因此可能獨(dú)立地干預(yù)它們中的每一個(gè)。 特別是，可能方便地放置各種LED光源，以便確保不同光輻射中的每個(gè)的光路具有期望長(zhǎng)度。

另一優(yōu)點(diǎn)涉及下列事實(shí)：在投射器結(jié)構(gòu)中使用的二向色濾光片都作用于對(duì)綠光進(jìn)行反射，這最有助于LED投射系統(tǒng)的光強(qiáng)，因?yàn)榫G光是在人眼的敏感度曲線上最位于中心的光分量。事實(shí)上已知二向色濾光片的效率在反射中比在透射中大，且因此綠光不通過二向色濾光片透射的事實(shí)增加了系統(tǒng)的效率。

根據(jù)本發(fā)明的LED投射系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，它避免了每個(gè)單光輻射必須以透射方式穿過兩個(gè)不同的二向色濾光片的情況。事實(shí)上，如上面提到的，二向色濾光片的透射的效率低于反射的效率。

LED投射系統(tǒng)因此被設(shè)想容許都在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的很多修改和變化。

而且，所有細(xì)節(jié)可由其它技術(shù)上等效的元件代替。

在實(shí)踐中所使用的材料，只要它們與特定的使用和可能的尺寸和形狀兼容，就可以是根據(jù)要求的任何材料。