本公開涉及用于生成偏振多顏色光束的多級照明設(shè)備。

背景技術(shù)：

產(chǎn)生特定偏振的多顏色光的照明設(shè)備可以用于眾多應(yīng)用，例如聚光燈、舞臺照明系統(tǒng)、汽車頭燈、以及數(shù)字光投影儀。這種光源的示例是在us2008/0094577a1中公開的用于投影顯示的設(shè)備。在這一設(shè)備中，來自若干發(fā)光二極管的光被組合以形成用于產(chǎn)生投影圖像的偏振光。

根據(jù)應(yīng)用，照明設(shè)備必須滿足不同的技術(shù)要求。很多應(yīng)用要求所產(chǎn)生的光的強(qiáng)度高，并且因此對產(chǎn)生偏振多顏色光的高強(qiáng)度光源的開發(fā)是應(yīng)用研究的重要領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供用于產(chǎn)生偏振多顏色光的經(jīng)改善或者備選照明設(shè)備將是有利的。特別關(guān)注的一個方面是照明設(shè)備產(chǎn)生高強(qiáng)度光的能力。

為了更好地解決這一問題，在本發(fā)明的第一方面中，提供了用于生成偏振多顏色光束的多級照明設(shè)備，該多級照明設(shè)備包括兩個或者更多個光集中器和至少一個偏振分束器。每個光集中器具有被配置為將進(jìn)入光集中器的光轉(zhuǎn)換為具有更長波長的光的波長轉(zhuǎn)換器。至少一個偏振分束器被配置為將從光集中器耦合出來的轉(zhuǎn)換光分成具有不同偏振的兩個光束，光束中的一個光束被傳送到不同的光集中器，并且另一光束形成偏振多顏色光束的顏色分量。由不同光集中器的波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的光具有不同的波長。光集中器以轉(zhuǎn)換光的波長的遞增順序設(shè)置，第一光集中器被配置為接收來自至少一個光源的光。

“光集中器”意指適于收集和重新分布空間中的光從而增加光的強(qiáng)度的設(shè)備。“偏振多顏色光束的顏色分量”意指形成偏振多顏色光束的一部分并且具有特定顏色的光。

使用若干光集中器、每個光集中器向偏振多顏色光束貢獻(xiàn)顏色分量、并且來自一個光集中器的光傳送到另一光集中器，有助于增加偏振多顏色光束的強(qiáng)度。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，至少一個光源是固態(tài)光源，諸如半導(dǎo)體發(fā)光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管、聚合物發(fā)光二極管、或者激光二極管。這種光源能量效率高、相對便宜、并且壽命長。至少一個光源可以例如被配置為發(fā)射藍(lán)色光、紫色光、或紫外光。通過向波長轉(zhuǎn)換器提供藍(lán)色光，可以產(chǎn)生綠色光或者紅色光。通過向波長轉(zhuǎn)換器提供紫色光或者紫外光，可以產(chǎn)生藍(lán)色光或者具有比藍(lán)色光更長波長的光。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，兩個或者更多個光集中器被配置為接收來自至少一個相應(yīng)光源的光。使每個光集中器接收來自至少一個光源的光有助于增加偏振多顏色光束的強(qiáng)度。所有光源可以被配置為發(fā)射具有相同顏色的光。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換器包括發(fā)光材料。這一類材料包括很多具有不同吸收和發(fā)射光譜的物質(zhì)，使得更容易選擇與特定類型的光源一起良好工作的波長轉(zhuǎn)換器。發(fā)光材料可以是磷光體，諸如有機(jī)磷光體或者無機(jī)磷光體。發(fā)光材料可以是摻雜有稀土元素的釔鋁石榴石和/或摻雜有稀土元素的镥鋁石榴石。稀土元素可以是鈰。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換器包括若干量子點(diǎn)?！傲孔狱c(diǎn)”意指納米尺寸的半導(dǎo)體晶體，當(dāng)其被入射光激發(fā)時，其發(fā)射由晶體的尺寸和材料確定的顏色的光。量子點(diǎn)發(fā)射的光的窄發(fā)射帶和飽和顏色使得這些量子點(diǎn)特別適合本發(fā)明。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，至少一個偏振分束器是線偏振分束器。根據(jù)多級照明設(shè)備的備選實(shí)施例，至少一個偏振分束器是圓偏振分束器。因此，本發(fā)明與不同類型的偏振分束器一起良好工作，從而允許滿足不同應(yīng)用的特定要求。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，其包括用于將來自光集中器的光傳送到偏振分束器的至少一個輸出光學(xué)元件。輸出光學(xué)元件收集來自光集中器的光，并且為了偏振分束器更好地起作用而形成平行光束。

根據(jù)多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例，其包括用于將來自偏振分束器的光傳送到光集中器的至少一個輸入光學(xué)元件。輸入光學(xué)元件收集來自偏振分束器的光，并且將光聚焦在光集中器上，從而幫助減少從一個光集中器到另一光集中器的光傳送中的損耗。

根據(jù)一個實(shí)施例，至少一個偏振分束器與兩個相繼的光集中器集成，從而可以不包括輸入光學(xué)元件和輸出光學(xué)元件。對于某些應(yīng)用，這可能是有利的。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了用于生成偏振多顏色光束的方法。該方法包括按順序設(shè)置兩個或者更多個光集中器，每個光集中器具有被配置為將對應(yīng)的光集中器內(nèi)的光轉(zhuǎn)換到更長波長的波長轉(zhuǎn)換器，光集中器以轉(zhuǎn)換光的波長的遞增順序設(shè)置。該方法還包括：在每個光集中器處接收光；將每個光集中器內(nèi)的光轉(zhuǎn)換為具有更長波長的光；以及將轉(zhuǎn)換光從每個光集中器耦合出來。對于包括上游光集中器和下游光集中器的每對相繼的光集中器，該方法包括：將從上游光集中器耦合出來的轉(zhuǎn)換光分成具有不同偏振的兩個光束；將光束中的一個光束提供到下游光集中器；以及使用另一光束形成偏振多顏色光束的顏色分量。

本發(fā)明的第二方面提供與本發(fā)明的第一方面相同或者相似的技術(shù)效果。

要注意，本發(fā)明涉及在權(quán)利要求中記載的特征的所有可能組合。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些方面和其它方面。相同的附圖標(biāo)記通篇指代相同的元件。

圖1示出了具有兩個光集中器的多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。

圖2示出了具有三個光集中器的多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。

圖3示出了具有四個光集中器的多級照明設(shè)備的一個實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋為限于本文中闡述的實(shí)施例；更確切地說，這些實(shí)施例被提供用于透徹性和完整性，并且向技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。

作為如下面闡述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一部分的光源適于在操作中發(fā)射具有第一光譜分布的光。這一光隨后耦合到光導(dǎo)或者光集中器中。光導(dǎo)或者光集中器可以將第一光譜分布的光轉(zhuǎn)換為另一光譜分布(另一波長或者波長范圍)，并且將光引導(dǎo)到出射表面。光源原則上可以是任何類型的點(diǎn)光源，但是在一個實(shí)施例中是固態(tài)光源，諸如發(fā)光二極管(led)、激光二極管或者有機(jī)發(fā)光二極管(oled)、多個led或者激光二極管或者oled、或者led或者激光二極管或者oled的陣列、或者這些中的任何的組合。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的如下面闡述的光集中器通?？梢允前ㄔ诨ハ啻怪钡姆较蛏涎由斓母叨萮、寬度w以及長度l的桿狀的或者棒狀的光集中器，并且在實(shí)施例中是透明的、或者透明且發(fā)光的。光通常在長度l方向上被引導(dǎo)。高度h在一些實(shí)施例中<10mm，在另一些實(shí)施例中<5mm，在又一些實(shí)施例中<2mm。寬度w在一些實(shí)施例中<10mm，在另一些實(shí)施例中<5mm，在又一些實(shí)施例中<2mm。長度l在一些實(shí)施例中大于寬度w和高度h，在另一些實(shí)施例中是寬度w的至少2倍或者高度h的至少2倍，在又一些實(shí)施例中是寬度w的至少3倍或者高度h的至少3倍。高度h:寬度w的高寬比通常為1:1(對于例如一般光源應(yīng)用)或者1:2、1:3或者1:4(對于例如諸如頭燈之類的特殊光源應(yīng)用)或者4:3、16:10、16:9或者256:135(對于例如顯示應(yīng)用)。光集中器通常包括未設(shè)置在平行平面中的光輸入表面和光出射表面，并且在一些實(shí)施例中光輸入表面垂直于光出射表面。為了實(shí)現(xiàn)高亮度、集中的光輸出，光出射表面的面積可以小于光輸入表面的面積。光出射表面可以具有任何形狀，但是在一個實(shí)施例中被成形為正方形、長方形、圓形、卵形、三角形、五邊形或者六邊形。

通常桿狀的或者棒狀的光集中器可以具有任何橫截面形狀，但是在一些實(shí)施例中，具有正方形、長方形、圓形、卵形、三角形、五邊形或者六邊形的橫截面形狀。通常，光集中器是長方體，但是可以被提供有除長方體之外的不同形狀，其中光輸入表面具有一定程度的梯形形狀。通過這樣做，光通量還可以增強(qiáng)，這可能對于一些應(yīng)用有利。

光集中器還可以是柱狀的桿。在一些實(shí)施例中，柱狀的桿具有沿著桿的縱向方向的一個平化表面，并且光源可以定位在該表面處以用于由光源發(fā)射的光到光集中器中的高效率耦入。平化表面還可以用于放置散熱器。柱形光集中器還可以具有例如與彼此相對定位或者垂直于彼此定位的兩個平化表面。在一些實(shí)施例中，平化表面沿著柱形桿的縱向方向的一部分延伸。

在如下文闡述的一些實(shí)施例中，耦合結(jié)構(gòu)或者耦合介質(zhì)可以被提供用于將由光源發(fā)射的光高效率地耦合到光集中器或者波導(dǎo)中。耦合結(jié)構(gòu)可以是具有諸如例如形成波浪形結(jié)構(gòu)的突起和凹部之類的特征的折射結(jié)構(gòu)。耦合結(jié)構(gòu)的特征的典型尺寸是5μm到500μm。特征的形狀可以是例如半球形(透鏡)、棱柱形、正弦曲線形或者雜亂無章的(例如噴砂的)。通過選擇適當(dāng)?shù)男螤?，可以調(diào)諧耦合到光集中器中的光的量。折射結(jié)構(gòu)可以通過機(jī)械手段制作，諸如通過鐫刻、噴砂等。備選地，折射結(jié)構(gòu)可以通過在諸如例如聚合物或者溶膠凝膠材料之類的適當(dāng)材料中的復(fù)制來制作。備選地，耦合結(jié)構(gòu)可以是衍射結(jié)構(gòu)，其中衍射耦合結(jié)構(gòu)的特征的典型尺寸是0.2μm到2μm。衍射的光的量依賴于光柵結(jié)構(gòu)的形狀和高度。通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，可以調(diào)諧耦合到光集中器中的光的量。這種衍射結(jié)構(gòu)最容易地是通過復(fù)制通過例如電子束光刻或者全息術(shù)制成的結(jié)構(gòu)來制作。復(fù)制可以通過像軟納米壓印光刻那樣的方法完成。耦合介質(zhì)可以例如是空氣或者另一合適的材料。

圖1示意性地圖示了多級照明設(shè)備1的一個實(shí)施例，多級照明設(shè)備1具有固態(tài)照明設(shè)備形式的多個第一光源2。在一個不同實(shí)施例中，多級照明設(shè)備1具有單個第一光源2。

第一光源2安裝在載體3(例如印刷電路板)上，載體3向第一光源2提供必要的電路。散熱器4可以與第一光源2熱接觸，從而高效率地移除在第一光源2的操作期間生成的多余熱量。所有第一光源2可以被配置為發(fā)射具有相同顏色的光。例如，光源2可以被配置為發(fā)射藍(lán)色光、紫色光、或者紫外光。“藍(lán)色光”在這里意指具有在從大約450納米至大約500納米的范圍內(nèi)的波長的光，“紫色光”意指具有在從大約380納米至大約450納米的范圍內(nèi)的波長的光，并且“紫外光”意指具有小于大約380納米的波長的光。由第一光源2發(fā)射的光通常包括相對小范圍的波長。

第一光集中器5被配置為接收來自第一光源2的光。第一光集中器5具有細(xì)長形狀。第一光集中器5可以例如具有直管的形狀。第一光集中器5的橫截面可以是圓形的或者長方形的。

第一光集中器5適于作為波導(dǎo)操作，即光通過全內(nèi)反射在第一光集中器5內(nèi)被引導(dǎo)。為了這一目的，光集中器5可以被提供有諸如藍(lán)寶石之類的具有高折射率的透明材料。第一光集中器5具有被設(shè)置為接收由光源2發(fā)射的光的光接收表面6和被引導(dǎo)的光可以通過其離開的光輸出表面7。也就是說，通過全內(nèi)反射在第一光集中器5內(nèi)被引導(dǎo)的光可以經(jīng)由光輸出表面7耦合到第一光集中器5之外。光輸出表面7小于光接收表面6，因此離開第一光集中器5的光的強(qiáng)度大于進(jìn)入第一光集中器5的光。光接收表面6比光輸出表面7大得多。光接收表面6的面積可以例如是光輸出表面7的面積的至少十倍大，備選地至少一百倍大。第一光集中器5通常熱連接到散熱器，熱連接到與第一光源2相同的散熱器4或者熱連接到不同的散熱器。熱量例如通過第一光集中器5內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換生成。

第一光集中器5包括第一波長轉(zhuǎn)換器8，第一波長轉(zhuǎn)換器8被配置為將進(jìn)入第一光集中器5的光轉(zhuǎn)換為具有比進(jìn)入第一光集中器5的光更長的波長的光。第一波長轉(zhuǎn)換器8可以包括發(fā)光材料，諸如有機(jī)磷光體或者透明無機(jī)磷光體陶瓷。第一波長轉(zhuǎn)換器8可以包括發(fā)光材料的混合物。

適合于本發(fā)明的透明無機(jī)磷光體陶瓷的示例為鈰(ce)摻雜的釔鋁石榴石(y3al5o12)以及鈰摻雜的镥鋁石榴石(lu3al5o12)。其它示例是包括以下項(xiàng)的組中的材料：(m<i>(1-x-y)m<ii>xm<iii>y)3(m<iv>(1-z)m<v>z)5o12，其中m<i>從包括y、lu或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括gd、tb、la、yb或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括tb(當(dāng)m<ii>不是tb時)、pr、ce、er、nd、eu或者其混合物的組中選擇，m<iv>是a1，m<v>從包括ga、sc或者其混合物的組中選擇，諸如ce摻雜的釔鋁石榴石(yag,y3al5o12)和ce摻雜的镥鋁石榴石(luag)，并且0<x≤1、0<y≤0.1、0<z<1；(m<i>(1-x-y)m<ii>xm<iii>y)2o3，其中m<i>從包括y、lu或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括gd、la、yb或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括tb、pr、ce、er、nd、eu、bi、sb或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤1、0<y≤0.1；(m<i>(1-x-y)m<ii>xm<iii>y)s(1-z)se，其中m<i>從包括ca、sr、mg、ba或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括ce、eu、mn、tb、sm、pr、sb、sn或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括k、na、li、rb、zn或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.01、0<y≤0.05、0≤z<1；(m<i>(1-x-y)m<ii>xm<iii>y)o，其中m<i>從包括ca、sr、mg、ba或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括ce、eu、mn、tb、sm、pr或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括k、na、li、rb、zn或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；(m<i>(2-x)m<ii>xm<iii>2)o7，其中m<i>從包括la、y、gd、lu、ba、sr或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括eu、tb、pr、ce、nd、sm、tm或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括hf、zr、ti、ta、nb或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤1；(m<i>(1-x)m<ii>xm<iii>(1-y)m<iv>y)o3，其中m<i>從包括ba、sr、ca、la、y、gd、lu或者其混合物的組中選擇，m<ii>從包括eu、tb、pr、ce、nd、sm、tm或者其混合物的組中選擇，m<iii>從包括hf、zr、ti、ta、nb或者其混合物的組中選擇，并且m<iv>從包括al、ga、sc、si或者其混合物的組中選擇，并且0<x≤0.1、0<y≤0.1；或者其混合物。

合適于本發(fā)明的有機(jī)磷光體的示例是基于苝衍生物的有機(jī)發(fā)光材料，例如由basf以的名稱出售的化合物。合適的化合物的示例包括但不限于redf305、orangef240、yellowf083以及f170。波導(dǎo)或者光集中器可以通過將這些材料設(shè)置在諸如聚甲基丙烯酸甲酯之類的透明基體中形成。

第一波長轉(zhuǎn)換器8可以包括處于透明基體中的量子點(diǎn)。量子點(diǎn)是半導(dǎo)體材料的小晶體，通常具有僅幾個納米的寬度或者直徑。當(dāng)被入射光激發(fā)時，量子點(diǎn)發(fā)射由晶體的尺寸和材料確定的顏色的光。因此通過適配點(diǎn)的尺寸，可以產(chǎn)生特定顏色的光。大多數(shù)已知的具有在可見范圍內(nèi)的發(fā)射的量子點(diǎn)是基于具有諸如硫化鎘(cds)和硫化鋅(zns)之類的殼的硒化鎘(cdse)。還可以使用諸如磷化銦(inp)以及銅銦硫(cuins2)和/或銀銦硫(agins2)之類的無鎘量子點(diǎn)。量子點(diǎn)示出非常窄的發(fā)射帶，并且因此它們示出飽和顏色。此外，發(fā)射顏色可以通過適配量子點(diǎn)的尺寸被容易地調(diào)諧。本領(lǐng)域已知的任何類型的量子點(diǎn)都可以用于如下面闡述的本發(fā)明的實(shí)施例中。然而，由于環(huán)境安全和關(guān)注的原因，可能優(yōu)選使用無鎘量子點(diǎn)或者至少具有非常低的鎘含量的量子點(diǎn)。波導(dǎo)或者光集中器可以通過將這些材料設(shè)置在諸如聚甲基丙烯酸甲酯之類的透明基體中來形成。輸出光學(xué)元件9被設(shè)置為將經(jīng)由光輸出表面7從光集中器5耦合出來的光的大部分傳送到偏振分束器10。輸出光學(xué)元件9是可選的，并且可以被包括或者可以不被包括在不同實(shí)施例中。輸出光學(xué)元件9可以是折射元件，諸如透鏡。輸出光學(xué)元件9可以是復(fù)合拋物面集中器。偏振分束器10被配置為將入射光分成具有不同偏振的兩個光束，即第一偏振光束11和具有與第一偏振光束11不同的偏振的第二偏振光束12。偏振分束器10可以例如是線偏振分束器，使得第一偏振光束11和第二偏振光束12是線偏振的并且具有與彼此垂直的偏振。例如，相對于入射平面，第一偏振光束11可以是p偏振的并且第二偏振光束12可以是s偏振的，或者反之亦然。備選地，偏振分束器10可以是圓偏振分束器，使得第一偏振光束11和第二偏振光束12中的一個是左旋圓偏振的并且另一個是右旋圓偏振的。相應(yīng)地，第一偏振光束11和第二偏振光束12具有相反的偏振。偏振分束器10可以例如是高穩(wěn)定線柵偏振器、薄膜偏振器、或者膽固醇液晶偏振器。

第一偏振光束11經(jīng)由例如一個或者多個鏡14或者任何其它類型的用于將光重新導(dǎo)向的元件被傳送到多級照明設(shè)備1的光出射窗口13。第二偏振光束12被傳送到與第一光集中器5串聯(lián)設(shè)置的第二光集中器15。第一光集中器5和第二光集中器15因此形成一對相繼光集中器，第一光集中器5和第二光集中器15分別設(shè)置在上游和下游。在這一實(shí)施例中，輸入光學(xué)元件16被設(shè)置為將第二偏振光束12的大部分傳送到第二光集中器15。輸入光學(xué)元件16可以例如是折射元件，諸如透鏡。輸入光學(xué)元件16可以是復(fù)合拋物面集中器。輸入光學(xué)元件16是可選的，并且可以被包括或者可以不被包括在不同實(shí)施例中。在這一實(shí)施例中，第一光集中器5和第二光集中器15、輸入光學(xué)元件16和輸出光學(xué)元件9、以及偏振分束器10被設(shè)置在直線上，但是這不是必須的。在其它實(shí)施例中，第一光集中器5和第二光集中器15、輸入光學(xué)元件16和輸出光學(xué)元件9、以及偏振分束器10可以通過使用多種類型的用于將光重新導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)(諸如例如鏡或者任何其它反射或者重新導(dǎo)向元件)在空間中不同地設(shè)置。

第二光集中器15大體上與第一光集中器5相似。然而，與第一集中器5不同，第二光集中器15在一些實(shí)施例中可以不被配置為接收來自像第一光源2那樣的一個或者多個光源的光。然而，在這一實(shí)施例中，第二光集中器15被配置為接收來自多個第二光源17的光。第二光源17是固態(tài)光源。所有第二光源17通常被配置為發(fā)射具有相同顏色的光，例如藍(lán)色光、紫色光、或者紫外光。由第二光源17發(fā)射的光可以具有或者可以不具有與由第一光源2發(fā)射的光相同的顏色。

第二光集中器15具有光輸入表面18，第二偏振光束12可以通過光輸入表面18進(jìn)入。光輸入表面18可以包括二向色鏡，二向色鏡使具有第二偏振光束12的顏色的光通過并且阻擋具有不同顏色的光，使得第二光集中器15內(nèi)的射中光輸入表面18的這種光被反射回到第二光集中器15中。

第二光集中器15具有第二波長轉(zhuǎn)換器19，第二波長轉(zhuǎn)換器19被配置為將光轉(zhuǎn)換到與被第一波長轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換的光的波長不同的波長。更確切地說，被第二波長轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換的光具有比被第一波長轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換的光更長的波長。因此，第一光集中器5和第二光集中器15以由其相應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的光的波長的遞增順序設(shè)置。第二波長轉(zhuǎn)換器19可以由聯(lián)系對第一波長轉(zhuǎn)換器5的討論在上文陳述的發(fā)光材料中的一種或者多種發(fā)光材料和/或量子點(diǎn)中的一種或者多種類型量子點(diǎn)來形成。

第二光集中器15具有光輸出表面20，被引導(dǎo)到第二光集中器15內(nèi)的光通過光輸出表面20從第二光集中器15耦合出去。輸出光學(xué)元件21被設(shè)置為將耦出的光傳送到偏振器22，偏振器22被配置為形成具有與第一偏振光束11相同偏振的第三偏振光束23。輸出光學(xué)元件21可以例如是折射元件，諸如透鏡。輸出光學(xué)元件21可以是復(fù)合拋物面集中器。一個或者多個鏡24或者任何其它類型的用于將光重新導(dǎo)向的元件被設(shè)置為將第三偏振光束23導(dǎo)向到多級照明設(shè)備1的光出射窗口13，因此第一偏振光束11和第三偏振光束23被組合以便形成偏振多顏色光束25的相應(yīng)顏色分量。在不同的實(shí)施例中，偏振器22可以被設(shè)置為不僅接收從第二光集中器15耦合出來的光，而且接收第一偏振光束11，第一偏振光束11在抵達(dá)光出射窗口13之前(因?yàn)橐呀?jīng)被偏振)簡單地穿過偏振器22。

圖2示意性地圖示了具有第一、第二、以及第三光集中器5、15、26的多級照明設(shè)備39的一個實(shí)施例，第一、第二、以及第三光集中器5、15、26在這一示例中被設(shè)置在直線上或者串聯(lián)設(shè)置作為三個相繼的光集中器。第一光集中器5和第二光集中器15與參照圖1在上文描述的光集中器相似，并且還與那些光集中器相似地操作連接到彼此。

第三光集中器26相似于第一光集中器5和第二光集中器15，并且與它們串聯(lián)設(shè)置。偏振分束器27被設(shè)置為接收經(jīng)由輸出光學(xué)元件21(例如透鏡或者其它類型的折射元件)從第二光集中器15耦合出來的光。輸出光學(xué)元件21可以是復(fù)合拋物面集中器。偏振分束器27被配置為將入射光分成具有不同偏振的第三光束23和第四光束28。第三光束23具有與第一偏振光束11相同的偏振，并且第四偏振光束28的偏振與第三偏振光束23的偏振相反。一個或者多個鏡24或者任何其它類型的用于將光重新導(dǎo)向的元件被設(shè)置為將第三偏振光束23傳送到多級照明設(shè)備39的光出射窗口13。第三光集中器26的光輸入表面29被設(shè)置為經(jīng)由輸入光學(xué)元件30(例如透鏡或者其它類型的折射元件)接收第四光束28。輸入光學(xué)元件30可以是復(fù)合拋物面集中器。

第三光集中器26被配置為接收來自固態(tài)照明設(shè)備形式的多個第三光源31的光。在其它實(shí)施例中，可以不包括第三光源31。所有第三光源31通常被配置為發(fā)射具有相同顏色的光，例如藍(lán)色光、紫色光、或者紫外光。在這一實(shí)施例中，第一、第二和第三光源2、17、31都被配置為發(fā)射具有相同顏色的光。在其它實(shí)施例中，情況可以不是這樣。

第三光集中器26具有第三波長轉(zhuǎn)換器32，第三波長轉(zhuǎn)換器32被配置為將光轉(zhuǎn)換到與第一和第二波長轉(zhuǎn)換器8、19兩者不同的波長。更確切地說，被第三波長轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換的光具有比被第一和第二波長轉(zhuǎn)換器8、19轉(zhuǎn)換的光更長的波長。因此，第一、第二、以及第三光集中器5、15、26以由它們相應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的光的波長的遞增順序設(shè)置。例如，被第一、第二、以及第三波長轉(zhuǎn)換器8、19、32轉(zhuǎn)換的光可以分別是藍(lán)色、綠色、以及紅色的。第三波長轉(zhuǎn)換器32可以由聯(lián)系對圖1的討論在上文陳述的發(fā)光材料中的一種或者多種發(fā)光材料和/或量子點(diǎn)中的一種或者多種類型量子點(diǎn)來形成。

第三光集中器26具有光輸出表面33，被引導(dǎo)到第三光集中器26內(nèi)的光通過光輸出表面23可以耦合出去。輸出光學(xué)元件34被設(shè)置為將耦出的光傳送到偏振器35，偏振器35被配置為形成具有與第一偏振光束11和第三偏振光束23相同偏振的第五偏振光束36。輸出光學(xué)元件34可以例如是折射元件，諸如透鏡。輸出光學(xué)元件34可以是復(fù)合拋物面集中器。一個或者多個鏡37或者任何其它類型的用于將光重新導(dǎo)向的元件被設(shè)置為將第五偏振光束36傳送到多級照明設(shè)備39的光出射窗口13，因此第一、第三、以及第五偏振光束11、23、36被組合以便形成偏振多顏色光束25的相應(yīng)顏色分量。

圖3示意性地圖示了多級照明設(shè)備40的一個實(shí)施例。在這一實(shí)施例中，多級照明設(shè)備40具有被設(shè)置為形成環(huán)路的第一、第二、第三、以及第四光集中器5、15、26、38。這一實(shí)施例的光集中器相似于在上文參照圖1和圖2描述的光集中器。這一實(shí)施例的光集中器也經(jīng)由偏振分束器10與在上文參照圖1和圖2描述的光集中器相似地操作連接。多級照明設(shè)備40被配置為生成由第一、第三、第五、以及第六偏振光束11、23、36、41形成的偏振多顏色光束，這些偏振光束11、23、36、41中的每一個形成偏振多顏色光束25的顏色分量。

在多級照明設(shè)備1、39、40的操作期間，由第一光源2發(fā)射的光經(jīng)由光接收表面6進(jìn)入第一光集中器5。進(jìn)入第一光集中器5的光的大部分被第一波長轉(zhuǎn)換器8吸收，第一波長轉(zhuǎn)換器8因此發(fā)射具有比由第一光源2發(fā)射的光更長波長的非偏振光。第一波長轉(zhuǎn)換器8在隨機(jī)方向上發(fā)射非偏振光，并且所發(fā)射的光中的一些通過全內(nèi)反射在光集中器5內(nèi)被引導(dǎo)。換句話說，由第一波長轉(zhuǎn)換器8發(fā)射的光中的一些耦合到第一光集中器5中。

耦進(jìn)的光中的大部分經(jīng)由光輸出表面7從第一光集中器5耦合出來，并且被偏振分束器10分成第一偏振光束11和第二偏振光束12。第一偏振光束11和第二偏振光束12根據(jù)偏振多顏色光束25的期望偏振而具有不同的偏振。第一偏振光束11和第二偏振光束12可以例如是相反的方向上的圓偏振、或者是垂直于彼此的線偏振。

第一偏振光束11被傳送以形成多顏色光束25的顏色分量，并且第二偏振光束12被傳送到第二光集中器15。第一偏振光束因此借助于偏振分束器10被分接，并且第二偏振光束12被用于泵激第二光集中器15。第二偏振光束12經(jīng)由光輸入表面18進(jìn)入第二光集中器15。進(jìn)入第二光集中器15的光的大部分被第二波長轉(zhuǎn)換器19吸收。第二波長轉(zhuǎn)換器19也吸收由第二光源17發(fā)射的并且進(jìn)入第二光集中器15的光的大部分。與第一波長轉(zhuǎn)換器8一樣，第二波長轉(zhuǎn)換器19對光的吸收造成了具有比在隨機(jī)方向上發(fā)射的被吸收光更長波長的非偏振光。所發(fā)射的光中的一些耦合到第二光集中器15中，并且隨后經(jīng)由光輸出表面20耦出。

耦合到第二光集中器15外的光被偏振器22偏振成第三偏振光束23，第三偏振光束23具有與第一偏振光束11具有相同的偏振，并且被傳送到多級照明設(shè)備1、39、40的光出射窗口13，并且形成偏振多顏色光束25的顏色分量。偏振多顏色光束25的偏振因此與第一偏振光束11和第三偏振光束23的偏振相同。

備選地，從第二波長轉(zhuǎn)換器15耦合出來的光被偏振分束器27分成第三和第四偏振光束23、28，第三光束23具有與第一偏振光束11相同的偏振，并且第四偏振光束28的偏振與第三偏振光束23的偏振相反。在這一情形下，第三偏振光束23被傳送以形成多顏色光束25的顏色分量，并且第四偏振光束28被傳送到第三光集中器26。也就是說，第三偏振光束23被分接，并且第四偏振光束28被用于泵激第三光集中器26。

如果期望的話，則離開第三光集中器26的光可以被用于泵激第四光集中器38。明顯地，被包括在多級照明設(shè)備1、39、40中的光集中器的數(shù)目可以是大于2的任意數(shù)目。通過使用泵激彼此的不同數(shù)目的光集中器并且在光集中器之間分接不同顏色的偏振光，可以產(chǎn)生具有期望的偏振和期望數(shù)目的顏色分量的高強(qiáng)度偏振多顏色光束25。高強(qiáng)度白光可以例如由具有第一、第二、以及第三光集中器5、15、26的多級照明設(shè)備1、39、40產(chǎn)生，其中由第一、第二、以及第三波長轉(zhuǎn)換器8、19、32發(fā)射的光分別是藍(lán)色、綠色、以及紅色的。數(shù)字投影儀、液晶投影儀、聚光燈、舞臺照明系統(tǒng)、以及汽車頭燈是其中可以使用多級照明設(shè)備1、39、40的眾多照明系統(tǒng)和應(yīng)用中的一些。

本領(lǐng)域技術(shù)人員要意識到，本發(fā)明決不限于上文描述的優(yōu)選實(shí)施例。相反地，很多修改和變化在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)是可能的。例如，代替是直管，光集中器可以是彎管或者圓環(huán)面(tori)。

另外，對所公開的實(shí)施例的變化可以由技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明中，從學(xué)習(xí)附圖、公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求中理解和實(shí)現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元素或者步驟，并且不定冠詞“一(a)”或者“一個(an)”不排除多個。僅憑在互相不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的事實(shí)，不表示這些措施的組合不能被有利地使用。