專利名稱：不同的顏色通道具有分離光路的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及可應(yīng)用于(例如)投影系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)。更具體地說，本公開涉及不同的顏色通道具有至少部分分離光路的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
典型的投影系統(tǒng)通常包含光源、照明光學(xué)裝置、一個(gè)或多個(gè)成像裝置、投影光學(xué)裝置和投影屏。照明光學(xué)裝置收集一個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出的光，并且將所收集的光以預(yù)定的方式導(dǎo)入到一個(gè)或多個(gè)成像裝置中。由經(jīng)過了電調(diào)節(jié)和處理的數(shù)字視頻信號(hào)或其它輸入數(shù)據(jù)所控制的成像裝置產(chǎn)生與所述視頻信號(hào)或數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的圖像。然后，投影光學(xué)裝置放大圖像并將該圖像投影到投影屏上。與顏色保持系統(tǒng)結(jié)合使用的白光光源(例如弧光燈)一直并仍將用作投影顯示系統(tǒng)的主流光源。然而，近來，人們引入發(fā)光二極管(LED)作為可供選用的另一種光源。LED光源的一些優(yōu)點(diǎn)包含較長(zhǎng)的使用壽命、較高的效率和優(yōu)異的熱特性。
經(jīng)常用于投影系統(tǒng)中的成像裝置的一個(gè)例子是數(shù)字微反射鏡裝置或數(shù)字光處理裝置(DLP)。DLP的主要特征在于可傾斜的微反射鏡陣列。各反射鏡的傾斜度由加載到與各反射鏡相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)單獨(dú)控制，從而由反射鏡控制反射光并將視頻數(shù)據(jù)的像素空間映射到投影屏的像素上。處于ON狀態(tài)的反射鏡所反射的光通過投影光學(xué)裝置并投影到屏上，從而產(chǎn)生明視場(chǎng)。另一方面，處于OFF狀態(tài)的反射鏡所反射的光沒有進(jìn)入投影光學(xué)裝置，從而產(chǎn)生暗視場(chǎng)?？梢杂脝蝹€(gè)DLP按色序產(chǎn)生彩色圖像，或者，可供選用的另一方式是，可以用三個(gè)DLP產(chǎn)生彩色圖像，其中每一個(gè)DLP各自由一種原色照明。
成像裝置的其它例子包含液晶面板，例如硅基液晶(LCoS)器件。在液晶面板中，按照由與視頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所確定的逐步遞增方式(像素到像素逐漸遞增)控制液晶材料的配向。隨著液晶材料的配向發(fā)生變化，可以借助于液晶結(jié)構(gòu)而改變?nèi)肷涔獾钠?。因此，在適當(dāng)使用偏振器或偏振分束器的情況下，可以產(chǎn)生與輸入的視頻數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的明暗區(qū)域。使用液晶面板以與DLP相似的方式(即采用一個(gè)LCoS器件的色序方式或者對(duì)于每一種原色使用不同的LCoS器件的方式)形成彩色圖像。
另一種類型的成像裝置是高溫多晶硅液晶裝置(HTPS-LCD)。HTPS-LCD也具有液晶層，在所述液晶層中，按照由與視頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)所確定的逐步遞增方式(像素到像素逐漸遞增)控制液晶材料的配向。液晶層夾置于玻璃基板和透明電極陣列之間，從而適合用于透射模式工作。在每個(gè)HTPS-LCD像素的角上都有微薄膜晶體管。
發(fā)明概述本公開涉及一種包含不同顏色的照明通道的照明系統(tǒng)。每個(gè)照明通道均包含光源組，所述光源組包含至少一個(gè)具有光焦度的光學(xué)元件。這種照明系統(tǒng)還包含成像裝置，所述成像裝置被設(shè)置用來接受來自多個(gè)照明通道中的至少一個(gè)通道的照明。至少一個(gè)所述照明通道中的至少一個(gè)光學(xué)元件不與其它照明通道共用，該光學(xué)元件針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。
另外，本公開還涉及一種包含不同顏色的照明通道的照明系統(tǒng)，每個(gè)照明通道均包含光源組。這種照明系統(tǒng)具有至少一個(gè)光學(xué)元件，所述的至少一個(gè)光學(xué)元件可以是具有光焦度的光學(xué)元件或均勻化光學(xué)元件，其被設(shè)置在一個(gè)照明通道中，所述的光學(xué)元件不與其它照明通道共用，并且針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。這些照明系統(tǒng)還包含成像裝置，所述成像裝置被設(shè)置用來接受來自至少一個(gè)照明通道的照明。
本公開還涉及一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包含第一顏色照明通道和第二顏色照明通道。第一顏色照明通道包含與第一成像裝置光學(xué)連接的第一光源組，而第二顏色照明通道包含與第二成像裝置光學(xué)連接的第二光源組。這種照明系統(tǒng)還包含設(shè)置在一個(gè)照明通道中的光學(xué)元件，例如具有光焦度的光學(xué)元件或均勻化光學(xué)元件，所述光學(xué)元件不與任何其它照明通道共用，并且針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。
另外，本公開還涉及一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包含第一顏色照明通道、第二顏色照明通道、成像裝置和光學(xué)元件系統(tǒng)，所述第一顏色照明通道包含第一光源組，所述第二顏色照明通道包含第二光源組，所述成像裝置與所述第一光源組和所述第二光源組光學(xué)連接。所述光學(xué)元件系統(tǒng)包含積分器和二向色反射鏡，所述二向色反射鏡置于所述第一光源組和所述積分器之間，以便將所述第一照明通道的光和所述第二照明通道的光組合。在這種照明系統(tǒng)中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)光學(xué)元件，所述光源和所述光學(xué)元件被構(gòu)造用來形成多個(gè)目標(biāo)通道。
根據(jù)下面的詳細(xì)說明以及附圖，本發(fā)明的照明系統(tǒng)的上述這些方面和其它方面對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。
附圖的簡(jiǎn)要說明為了使本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更容易理解如何實(shí)施本發(fā)明以及使用本發(fā)明，下面將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其中

圖1示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)的3面板投影系統(tǒng)的一部分；圖2A示意性地示出適合用于根據(jù)本公開構(gòu)造的某些照明系統(tǒng)中的示例性的光源組，該光源組包含由六個(gè)有形反射器部分形成的反射器主體；圖2B示意性地示出圖2A中所示結(jié)構(gòu)的光源組的橫截面；圖2C示意性地示出適合用于根據(jù)本公開構(gòu)造的某些照明系統(tǒng)中的示例性的光源組，該光源組包含由四個(gè)有形反射器部分形成的反射器主體；
圖3示意性地示出適合用于根據(jù)本公開構(gòu)造的某些照明系統(tǒng)中的另一個(gè)示例性光源組的立體圖，其中，LED或相似的光源與折射陣列和聚光器組合使用；圖4示意性地示出適合用于根據(jù)本公開構(gòu)造的某些照明系統(tǒng)中的另一個(gè)示例性光源組的立體圖，其中，LED或相似的光源與折射陣列組合使用以形成目標(biāo)通道；圖5A示出與采用四個(gè)棱鏡的一種細(xì)分孔徑(subdividedaperture)裝置組合使用的光源組的示例性的排列方式；圖5B示出與采用四個(gè)棱鏡的另一種細(xì)分孔徑裝置組合使用的光源組的示例性的排列方式；圖5C示出與采用三個(gè)棱鏡的一種細(xì)分孔徑裝置組合使用的光源組的示例性的排列方式；圖6A示出光源組相對(duì)于積分器的另一種示例性的排列方式；圖6B更詳細(xì)地示出適合用于圖6A所示排列方式中的光源組的示例性結(jié)構(gòu)；圖7示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)的另一種3面板投影系統(tǒng)的一部分；圖8示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)的另一種示例性的3面板投影系統(tǒng)的一部分；圖9A示意性地示出多向光學(xué)元件的立體圖；圖9B示意性地示出圖9A所示的多向光學(xué)元件沿方向9B-9B的剖視圖；圖10示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)的單面板投影系統(tǒng)的一部分；圖11示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)的另一種單面板投影系統(tǒng)的一部分；圖11A示出圖6A和圖6B所示的具有非徑向?qū)ΨQ孔徑的示例性光源組相對(duì)于與圖11所示系統(tǒng)相似的系統(tǒng)中的二向色反射鏡的位置；圖12A表示隨機(jī)偏振光的反射率與波長(zhǎng)的圖，示出平面平行板上的二向色反射涂層相對(duì)于大約12度和大約24度的兩個(gè)光錐而言的性質(zhì)；圖12B示意性地示出圖12A中所描述的二向色反射涂層相對(duì)于入射照明的取向；圖13示出適合用于將具有不同色調(diào)(shade)的綠光LED組合到同一顏色通道的二向色組合器的透射模式和反射模式的性能；圖14示出兩組具有不同色調(diào)的綠光LED的光譜，這兩組綠光LED各自位于具有圖13所示性能的二向色組合器的前面(用實(shí)線表示其光譜)和后面(用點(diǎn)線表示其光譜)；圖15示出相同類型的一組綠光LED的發(fā)射光譜(實(shí)線)和兩組具有不同的顏色色調(diào)(具有偏移的峰值波長(zhǎng))的LED經(jīng)二向色反射鏡組合后的光譜(點(diǎn)線)的比較；圖16示出通過組合具有圖14和圖15所示性能的兩組LED而實(shí)現(xiàn)的凈光通量增量(以小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值表示)與LED光譜的峰與峰之間的間距的函數(shù)關(guān)系的圖。
發(fā)明詳述本公開的示例性實(shí)施方案可以依據(jù)這樣一種方式給微顯示投影儀提供照明，所述方式為在至少一部分從光源或光源集合延伸到照明目標(biāo)的光路中，不同顏色的照明通道是物理分開的。例如，圖1示意性地示出包含根據(jù)本公開構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)100的3面板投影系統(tǒng)10的一部分，其中，每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路的至少一部分不與其它顏色通道共用。具體而言，圖1中所示的示例性照明系統(tǒng)100包含與不同原色對(duì)應(yīng)的通道，即紅色通道105、綠色通道115和藍(lán)色通道125。適合于特定應(yīng)用而采用其它顏色的光源和通道的照明系統(tǒng)也在本公開的范圍內(nèi)。
紅色通道105包含紅光光源組102(例如紅光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器104)、中繼光學(xué)裝置106(例如一個(gè)或多個(gè)透鏡或具有光焦度的其它光學(xué)元件)、以及成像裝置108。圖1所示的示例性投影系統(tǒng)10包含透射式成像裝置(例如HTPS-LCD)，但是本公開的其它示例性實(shí)施方案可以包含反射式成像裝置(例如LCoS裝置或DLP)。綠色通道115包含綠光光源組112(例如綠光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器)114、中繼光學(xué)裝置116(例如一個(gè)或多個(gè)透鏡或具有光焦度的其它光學(xué)元件)、以及成像裝置118。藍(lán)色通道125相應(yīng)地包含藍(lán)光光源組122(例如藍(lán)光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器)124、中繼光學(xué)裝置126(例如一個(gè)或多個(gè)透鏡或具有光焦度的其它光學(xué)元件)、以及成像裝置128。
適合用在本公開的合適的示例性實(shí)施方案中的積分器在(例如)美國(guó)專利No.5,625,738和6,332,688中有所描述，該專利所公開的那些不與本公開的內(nèi)容相抵觸的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。積分器起到使光源組(例如102、112和122)的輸出達(dá)到均勻的作用。適合用于本公開的實(shí)施方案中的積分器的例子包括反射鏡隧道(例如實(shí)心或中空的長(zhǎng)方形隧道)、或者由實(shí)心玻璃棒構(gòu)成的通過全內(nèi)反射來傳輸光的細(xì)長(zhǎng)型隧道。本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員可以理解積分器入口端和出口端的多種形狀以及多種形狀組合都在本公開的范圍內(nèi)。然而，在照明目標(biāo)(例如成像裝置)為長(zhǎng)方形的情況下，使用其長(zhǎng)方形出口端的縱橫比與該照明目標(biāo)的縱橫比相同的積分器尤其有利。在本公開的某些實(shí)施方案中，中繼光學(xué)裝置106、116和126這樣構(gòu)造，使得積分器104、114和124的出口端分別成像到成像裝置108、118和128上。
進(jìn)一步參照?qǐng)D1，可以使用二向色組合器12、將透射通過紅光成像裝置并由其調(diào)制的光與透射通過藍(lán)光成像裝置并由其調(diào)制的光組合在一起，該二向色組合器可以是(或者可以包含)一個(gè)或多個(gè)二向色反射鏡。在該示例性實(shí)施方案中，二向色組合器包含二向色反射鏡12，該二向色反射鏡這樣構(gòu)造，使得它透射可見光光譜的紅色區(qū)，而對(duì)可見光光譜的藍(lán)色區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的反射率。使用反射鏡16和另一個(gè)二向色反射鏡14，可以使透射通過綠光成像裝置并由其調(diào)制的光加入到紅光和藍(lán)光的組合光束中。在該示例性實(shí)施方案中，二向色反射鏡14這樣構(gòu)造，使得它透射可見光光譜的紅色和藍(lán)色區(qū)，而對(duì)可見光光譜的綠色區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的反射率。然后，經(jīng)調(diào)制的紅光、綠光和藍(lán)光的組合光束由投影光學(xué)裝置18(其可包含一個(gè)或多個(gè)透鏡)收集，以便發(fā)送給屏幕(圖中未示出)或另一光學(xué)元件、系統(tǒng)或裝置以用于進(jìn)一步處理。
如上所述，適合用于根據(jù)本公開構(gòu)造的照明系統(tǒng)中的示例性光源包括LED。雖然可利用的輸出功率較高的LED越來越多，但是大多數(shù)微顯示投影照明應(yīng)用需要大量LED，以便在目標(biāo)平面(例如屏)上達(dá)到強(qiáng)度足夠高的照明效果。目前典型可用的單個(gè)LED的亮度通常不足以照明典型的投影系統(tǒng)。因此，重要的是對(duì)大量LED的排列方式進(jìn)行有效地構(gòu)造并加以裝配，使得LED組件發(fā)出的光以給定的光學(xué)徑角(etendue)被有效地收集，然后以給定的立體角被導(dǎo)入到特定的照明目標(biāo)區(qū)域上。
在光源組102、112和122包含LED或類似光源的情況下，所述光源可以被設(shè)置成各種結(jié)構(gòu)，包括陣列、簇和其它合適的幾何排列方式。在本公開的適當(dāng)實(shí)施方案中，這種光源組按照與積分器(例如積分器104、114和124)形成某些幾何關(guān)系的方式排列。圖2A-圖4示意性地示出可以有效地收集光的、各種具有合適結(jié)構(gòu)和排列方式的光源組。例如，圖2A、圖2B和圖2C示出了結(jié)合在具有光焦度的有形側(cè)反射器組件中的LED或類似光源。示例性的有形側(cè)反射器在共同轉(zhuǎn)讓的2003年11月4號(hào)提交的標(biāo)題為“Side Reflector forIllumination Using Light Emitting Diode”的美國(guó)申請(qǐng)No.10/701,201中有所描述，該專利所公開的那些不與本公開的內(nèi)容相抵觸的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
圖2A示意性地示出示例性的光源組1440，該光源組具有有形反射器主體1444，所述反射器主體由六個(gè)有形反射器部分1424形成。有形反射器部分可以是中空的或?qū)嵭牡?，并且它們可具有與(例如)橢圓體、拋物體或其它類型的旋轉(zhuǎn)表面中的至少一部分相符的反射表面。光源1402相對(duì)于有形反射器部分1424這樣排列，使得由光源1402發(fā)射的光被相應(yīng)的有形反射器部分1424反射并導(dǎo)向照明目標(biāo)1450上，如光線1446所示。
圖2B示意性地示出圖2A中所示結(jié)構(gòu)的光源組的橫截面，光源組1500具有有形反射器主體1504以及光源1502a和1502b，該反射器主體包含有形反射器部分1504a和1504b。每個(gè)有形反射器部分1504a和1504b由反射表面1510a或1510b形成，所述的反射表面與繞其各自旋轉(zhuǎn)軸1512a和1512b而形成的旋轉(zhuǎn)表面相符。光源1502a和1502b向有形反射器部分1504a和1504b發(fā)射光線1506a和1506b，所述光線分別被反射成光線1514a和1514b。光源的軸1508a和1508b通常與各自的旋轉(zhuǎn)軸1512a和1512b不平行，并且這樣定位，使得光線1514a和1514b導(dǎo)向照明目標(biāo)1516。有形反射器1504a和1504b可以相對(duì)于軸1518對(duì)稱布置。旋轉(zhuǎn)軸1512a和1512b與反射器主體的軸1518可相交于同一交點(diǎn)上，也可以不相交于同一交點(diǎn)上，并且可以與反射器主體的軸1518成相同的角度，也可以成不同的角度。
具有有形反射器主體的光源組可以包含不同數(shù)目的有形反射器部分和不同數(shù)目的光源。例如，圖2C所示的光源組1600具有由四個(gè)有形反射器部分1604形成的有形反射器主體和四個(gè)光源1602，所述的四個(gè)光源相對(duì)于所述的有形反射器部分1604排列，從而為照明目標(biāo)1606提供光。在本公開的合適的實(shí)施方案中，照明目標(biāo)1450、1516和1606可以是積分器(例如，積分器104、114和124)的入口端。
圖3示意性地示出另一個(gè)示例性的光源組1000，其中，LED或類似的光源與折射元件陣列和聚光器組合使用。這種光源組的例子在2004年2月11日提交的共有的美國(guó)申請(qǐng)No.10/776,152(標(biāo)題為“Illumination System”)和2004年2月11日提交的共有的美國(guó)申請(qǐng)No.10/776,390(標(biāo)題為“Light-Collecting Illumination System”)中有所描述。這兩項(xiàng)申請(qǐng)所公開的那些不與本公開的內(nèi)容相抵觸的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
圖3所示的光源組1000包含由諸如LED或類似光源組成的光源集合1112(圖中表示為光源1172、1172’、1172”)和光學(xué)元件系統(tǒng)1115。光學(xué)元件系統(tǒng)1115包含第一透鏡組1114(包含子透鏡1174、1174’、1174”)、第二透鏡組1116(包含子透鏡1176、1176’、1176”)和聚光器1118(例如平凸透鏡或其它類型的一個(gè)或多個(gè)透鏡)。一對(duì)子透鏡(一個(gè)屬于第一組1114，一個(gè)屬于第二組1116，這對(duì)子透鏡可以是凹凸透鏡或具有光焦度的其它光學(xué)元件)可以與光源集合1112中各自的光源相關(guān)聯(lián)。光源集合1112的多種結(jié)構(gòu)、單個(gè)光源的類型、透鏡組1114和1116中的子透鏡或具有光焦度的其它光學(xué)元件的數(shù)目和類型以及透鏡組的數(shù)目都在本公開的范圍內(nèi)，這些取決于具體應(yīng)用、所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)尺度和系統(tǒng)的輸出亮度。例如，透鏡組1114和1116可以被構(gòu)造成雙層的密堆積陣列，或者可以具有其它合適的結(jié)構(gòu)，其中，光源集合1112的結(jié)構(gòu)優(yōu)選基本上與透鏡組的結(jié)構(gòu)相符。
圖4示意性地示出另一個(gè)示例性的光源組2000，其中，LED或類似光源與折射陣列、反射器組件或具有光焦度的其它光學(xué)元件組合使用，以形成將光導(dǎo)向照明目標(biāo)(例如積分器2104的入口端2104a)的各個(gè)的目標(biāo)通道。這種光源組的例子在2004年2月11日提交的共有的美國(guó)申請(qǐng)No.10/776,152(標(biāo)題為“Illumination System”)和2004年2月11日提交的共有的美國(guó)申請(qǐng)No.10/776,155(標(biāo)題為“Reshaping Light Source Modules and Illumination Systems Using theSame”)中有所描述。這兩項(xiàng)申請(qǐng)所公開的那些不與本公開的內(nèi)容相抵觸的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
圖4所示的示例性實(shí)施方案具有多個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)通道，其包含一個(gè)或多個(gè)與各自的光源相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件，例如將光源發(fā)射的至少一部分光導(dǎo)向并聚焦在照明目標(biāo)上的一個(gè)或多個(gè)透鏡。具體而言，光源組2000包含光源集合2022(例如光源2072、2072’)和光學(xué)元件系統(tǒng)2025。例如，通過將光源集合2022以與球面成切線并沿著球面的方式排列，而對(duì)準(zhǔn)各個(gè)目標(biāo)通道。例如，可以通過將光源安裝到球形表面上，并且將光源各自與虛擬球面基本上成切線地安裝，或者可以通過任何其它合適的技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)所述的排列。光學(xué)元件系統(tǒng)2025優(yōu)選采用至少一個(gè)折射光學(xué)元件陣列，例如透鏡2054、2054’。在這種示例性的實(shí)施方案中，一個(gè)光源及其關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)折射元件(例如光源2072和透鏡2054)形成一個(gè)目標(biāo)通道。
隨著具體應(yīng)用、所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)尺度發(fā)生改變，光源以及與光源相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件的數(shù)目和類型都會(huì)改變。例如，在本公開的其它示例性實(shí)施方案中，每個(gè)目標(biāo)通道均可以構(gòu)造成如參照?qǐng)D2A-2C所述的那樣。在這種示例性實(shí)施方案中，一個(gè)光源及其關(guān)聯(lián)的有形反射器部分(例如，圖2B所示的光源1502a、1502b及其各自關(guān)聯(lián)的反射器部分1504a、1504b)可以形成單獨(dú)的目標(biāo)通道。
為了提高包含積分器的照明系統(tǒng)的亮度，一種用于將更多的光耦合到積分器中的技術(shù)涉及到細(xì)分積分器的入口孔徑。例如，如圖5A-5C中所示的那樣。圖5A示出與細(xì)分孔徑裝置3000組合在一起的光源組3100，其中，積分器3104具有被四個(gè)棱鏡3144a、3144b、3144c和3144d細(xì)分的入口端3104a。在細(xì)分孔徑裝置3000中，每個(gè)棱鏡的一個(gè)小面設(shè)置在入口端3104a之上，每一個(gè)棱鏡的另一個(gè)小面可以接受來自光源裝置(例如參照?qǐng)D2A-圖4所述的裝置)的光。在某些示例性裝置3000中，棱鏡3144a、3144b、3144c和3144d的對(duì)角面涂布有反射涂層，從而產(chǎn)生反射表面，各涂層可以針對(duì)具體顏色被優(yōu)選構(gòu)造，例如，通過使之具有特定顏色反射率的方法來構(gòu)造。示例性的光源組3100包含四個(gè)如圖2C所示結(jié)構(gòu)的光源子組件3124a、3124b、3124c和3124d。這四個(gè)子組件這樣設(shè)置，使得來自子組件3124a、3124b、3124c和3124d中的每一個(gè)子組件的光分別導(dǎo)向棱鏡3144a、3144b、3144c和3144d的透光小面(open facet)、在棱鏡的對(duì)角表面上受到反射、并通過入口端3104a導(dǎo)入積分器3104中。
圖5B示出與細(xì)分孔徑裝置4000組合在一起的另一個(gè)示例性光源組4100的排列方式，其中，積分器4104具有被四個(gè)棱鏡4144a、4144b、4144c和4144d細(xì)分的入口端4104a，每一個(gè)棱鏡的一個(gè)小面設(shè)置成與積分器4104的入口端4104a的平面基本垂直，每一個(gè)棱鏡的另一個(gè)小面背離入口端4104a。每個(gè)棱鏡的對(duì)角面可以接受并反射來自光源組(例如參照?qǐng)D2A-圖4所述的那些光源組)的光。在某些示例性裝置4000中，棱鏡4144a、4144b、4144c和4144d的對(duì)角面涂布有反射涂層，從而形成反射表面，各涂層可針對(duì)具體顏色被優(yōu)選構(gòu)造，例如，通過使之具有特定顏色反射率的方法來構(gòu)造。示例性的光源組4100包含四個(gè)如圖2C所示結(jié)構(gòu)的光源子組件4124a、4124b、4124c和4124d。這四個(gè)子組件這樣設(shè)置，使得來自子組件4124a、4124b、4124c和4124d中的每一個(gè)子組件的光分別導(dǎo)向棱鏡4144a、4144b、4144c和4144d的對(duì)角面，并且棱鏡的對(duì)角表面反射從各自的光源子組件所接收到的光、使之通過入口端4104a并導(dǎo)入積分器4104中。
圖5C示出與細(xì)分孔徑裝置5000組合在一起的另一個(gè)示例性光源組5100，該細(xì)分孔徑裝置具有三個(gè)棱鏡5144a、5144b和5144c，這三個(gè)棱鏡設(shè)置在積分器5104的入口端5104a上，使得入口端5104的一部分保留為透明的，從而形成通光部分(open portion)5104d。每一個(gè)棱鏡的一個(gè)小面設(shè)置在入口端5104a上，而每一個(gè)棱鏡的另一個(gè)小面可以接受來自光源組(例如參照?qǐng)D2A-圖4所述的那些光源組)的光。在某些示例性裝置5000中，棱鏡5144a、5144b和5144c的對(duì)角面上涂布有反射涂層，從而形成反射表面，各涂層可針對(duì)具體顏色被優(yōu)選構(gòu)造，例如，通過使之具有特定顏色反射率的方法來構(gòu)造。
光源組5100包含四個(gè)如圖2C所示結(jié)構(gòu)的光源子組件5124a、5124b、5124c和5124d，前三個(gè)子組件這樣設(shè)置，使得它們的光分別導(dǎo)向棱鏡5144a、5144b和5144c的長(zhǎng)方形透光小面、并且在棱鏡的對(duì)角表面上反射、通過入口端5104a并導(dǎo)入積分器5104中。第四個(gè)子組件5124d這樣設(shè)置，使得它的光導(dǎo)向通光部分5104d并進(jìn)入積分器5104中。如果該積分器是實(shí)心的話，則該通光部分5104d可以涂布有抗反射涂層，該抗反射涂層針對(duì)具體顏色的照明光而被優(yōu)選構(gòu)造，例如通過使之具有特定顏色反射率的方法來構(gòu)造。優(yōu)選的是，將子組件5124d基本上沿積分器5104的縱向軸設(shè)置。
本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員很容易理解盡管附圖示出了細(xì)分成四個(gè)子孔徑，但是也可以分成其它數(shù)目的子孔徑，并且這種細(xì)分孔徑裝置也在本公開的范圍內(nèi)。隨著具體應(yīng)用、積分器的尺寸和形狀、光源組的尺寸和形狀以及其它因素的改變，棱鏡的結(jié)構(gòu)和尺寸也可以改變。例如，在細(xì)分孔徑裝置中使用倒梯形和四邊形棱鏡也在本公開的范圍內(nèi)。某些示例性實(shí)施方案可以包含反射鏡或具有細(xì)分積分器入口端的反射表面(反射鏡或TIR)的其它合適部件，這種反射鏡或具有反射表面的其它合適部件可以針對(duì)具體顏色的照明光被優(yōu)選構(gòu)造，例如通過使用具有顏色特異性的反射涂層或抗反射涂層的方法來構(gòu)造。
另外，光源組的結(jié)構(gòu)(例如光源組子組件的結(jié)構(gòu)、數(shù)目和位置)可以改變，以適合于具體應(yīng)用的情況。在本文所述的示例性的細(xì)分孔徑裝置中，可以(例如)使用膠水將棱鏡、反射鏡或具有反射表面的其它部件安裝在位于積分器的入口端之前的合適的外殼中。在某些示例性實(shí)施方案中，可以將棱鏡、反射鏡或其它部件安裝在積分器的外殼中；可供選用的另一方式是，可以用合適的透明膠水將它們粘附到實(shí)心的積分器上，或者可以作為積分器的部件一體地形成。
圖6A示出光源組相對(duì)于積分器的另一種示例性的排列方式。這種示例性的排列方式在Magarill等人的共同轉(zhuǎn)讓并本申請(qǐng)同日提交的代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)為59729US002的美國(guó)申請(qǐng)(標(biāo)題為“IlluminationSystem With Non-Radially Symmetrical Aperture”)中有所描述，該申請(qǐng)所公開的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。圖6A示出示例性的照明系統(tǒng)90，其包含光源組92、可任選的附加集光光學(xué)裝置94、積分器96、中繼光學(xué)裝置98和成像裝置97。示例性的積分器96具有大體正方形的入口端96a和大體長(zhǎng)方形的出口端96b。
在某些實(shí)施方案中，入口端96a的縱橫比為大約1∶1，出口端96b的縱橫比為大約16∶9，因此該入口端的縱橫比與目前可得到的典型LED的發(fā)射表面的縱橫比基本上一致，該出口端的縱橫比與目前可得到的典型成像裝置(例如LCoS或DLP)的縱橫比基本上一致。其它示例性實(shí)施方案可以包括具有不同形狀的入口端(例如該入口端為矩形，其中入口端的至少一個(gè)尺度小于出口端的相應(yīng)尺度)和具有其它縱橫比的出口端的積分器。在某些示例性實(shí)施方案中，中繼光學(xué)裝置98這樣構(gòu)造，使得積分器的出口端96b成像在成像裝置97上。在大多數(shù)實(shí)施方案中，出口端96b的較長(zhǎng)尺度方向應(yīng)當(dāng)與成像裝置97的較長(zhǎng)尺度方向基本上平行。
進(jìn)一步參照?qǐng)D6A，光源組92這樣構(gòu)造，使得它具有非徑向?qū)ΨQ(通常是大體橢圓形的)孔徑93，其中較短的尺度A基本上沿系統(tǒng)90的Y軸定位，較長(zhǎng)的尺度B基本上沿系統(tǒng)90的X軸定位。在該示例性實(shí)施方案中，積分器出口端96b的較長(zhǎng)尺度和成像裝置97的較長(zhǎng)尺度基本上沿系統(tǒng)90的X軸定位，而它們的較短尺度基本上沿系統(tǒng)90的Y軸定位。這種結(jié)構(gòu)會(huì)在積分器入口端96a的空間中產(chǎn)生用93a表示的非徑向?qū)ΨQ的角強(qiáng)度分布的照明光束，該角度分布具有較長(zhǎng)的角尺度和較短的角尺度，這與孔徑93的大體形狀是對(duì)應(yīng)的。在這種示例性實(shí)施方案中，該角強(qiáng)度分布中的較長(zhǎng)角尺度方向應(yīng)當(dāng)與積分器的出口端96b的較大尺度方向平行。由于該積分器96所具有的幾何結(jié)構(gòu)，該積分器96以這樣的方式處理光束，使得光束按93b所示的徑向較為對(duì)稱的角強(qiáng)度分布從出口端96b射出。為了避免由投影光學(xué)裝置導(dǎo)致部分光束丟失，在積分器的出口端處角分布的徑向?qū)ΨQ性更強(qiáng)通常是投影系統(tǒng)中所需的，所述角分布通常是大體圓對(duì)稱的。
在積分器具有其它形狀的入口端和出口端的示例性實(shí)施方案中，積分器入口端處的照明的角強(qiáng)度分布中的較長(zhǎng)的角尺度方向，應(yīng)當(dāng)與包含這樣一個(gè)維度的平面基本上平行，其中所述積分器的尺度從所述入口端到出口端的增大在該維度上增加得較多。在圖6A和圖6B所示的實(shí)施方案中，所述的增大得較多的方向基本上沿X軸取向，其中，積分器96的大體正方形的入口端96a的一邊轉(zhuǎn)變成積分器96的大體長(zhǎng)方形的出口端96b的較長(zhǎng)邊。
圖6B示出適合用于具有圖6A所示的非徑向?qū)ΨQ孔徑的照明系統(tǒng)中的光源組192的示例性結(jié)構(gòu)。光源組192包含光源集合120(例如光源172、172’、172”)、第一折射元件組140(例如凹凸透鏡174、174’、174”)和第二折射元件組160(例如平凸透鏡或雙凹透鏡176、176’、176”)。在某些示例性實(shí)施方案中，第一組元件140中的元件包含具有大體圓形外形的透鏡，而第二組元件160中的元件具有大體正方形或六邊形的外形，從而使它們可以密堆積在一起以便使它們之間的空隙區(qū)域最小。如圖6B所示，將光源集合120、第一折射元件組140和第二折射元件組160這樣設(shè)置，使得形成具有大體橢圓形外形的孔徑。優(yōu)選的是，這種光源組這樣構(gòu)造，使得形成各個(gè)單獨(dú)的目標(biāo)通道，如參照?qǐng)D4所述的那樣。但是，在本公開的合適實(shí)施方案中，可以使用具有不同形狀和尺寸的各種合適的不同光源以及各種具有光焦度的光學(xué)元件，例如折射光學(xué)元件和反射光學(xué)元件。
圖7示出本公開的另一個(gè)實(shí)施方案。圖7示意性地示出包含示例性照明系統(tǒng)200的3面板投影系統(tǒng)20的一部分，在該照明系統(tǒng)中，每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路的至少一部分與其它顏色通道不共用。具體而言，示例性的照明系統(tǒng)200包含與不同的原色對(duì)應(yīng)的通道，圖7中示出紅色通道205、綠色通道215和藍(lán)色通道225。適合于具體應(yīng)用而采用其它顏色的光源和通道的照明系統(tǒng)也在本公開的范圍內(nèi)。
紅色通道205包含紅光光源組(圖中未示出)(例如紅光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器204)、中繼光學(xué)裝置(例如透鏡206a和206b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、折疊反射鏡207以及成像裝置208。與圖1所示的示例性相似，示例性投影系統(tǒng)20包含透射式成像裝置(例如HTPS-LCD)。綠色通道215包含綠光光源組(圖中未示出)(例如綠光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器214)、中繼光學(xué)裝置(例如透鏡216a和216b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、以及成像裝置218。藍(lán)色通道225相應(yīng)地包含藍(lán)光光源組(圖中未示出)(例如藍(lán)光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器224)、中繼光學(xué)裝置(例如透鏡226a和226b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、折疊反射鏡227以及成像裝置228。在本公開的某些實(shí)施方案中，將中繼光學(xué)裝置構(gòu)造成使得積分器204、214和224的出口端成像到照明目標(biāo)208、218和228上。
可以使用二向色組合器24將透射通過紅光、綠光和藍(lán)光成像裝置并由紅光、綠光和藍(lán)光成像裝置調(diào)制的光組合在一起，該二向色組合器優(yōu)選是交叉二向色組合器(cross dichroic combiner)，例如已知的由涂有二向色涂層的直角棱鏡組成的組合器。然后，經(jīng)調(diào)制的紅光、綠光和藍(lán)光的組合光束由投影光學(xué)裝置28(例如一個(gè)或多個(gè)透鏡)收集，以便發(fā)送給屏幕(圖中未示出)或另一光學(xué)元件或裝置以用于進(jìn)一步處理。
圖8示出本公開的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，其特別適合于與反射式成像裝置(例如LCoS)一起使用。圖8示意性地示出包含示例性照明系統(tǒng)300的3面板投影系統(tǒng)30的一部分，在該照明系統(tǒng)中，每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路的至少一部分與其它顏色通道不共用。具體而言，示例性的照明系統(tǒng)300包含與不同原色對(duì)應(yīng)的通道，圖8中示出紅色通道305、綠色通道315和藍(lán)色通道325。適合于具體應(yīng)用而采用其它顏色的光源和通道的照明系統(tǒng)也在本公開的范圍內(nèi)。
紅色通道305包含紅光光源組(圖中未示出)(例如紅光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器304)、中繼光學(xué)裝置(例如中繼透鏡306a和306b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、偏振分束器309以及成像裝置308。中繼透鏡306b可以被截平(如圖所示)以得到更為緊湊的系統(tǒng)。綠色通道315包含綠光光源組(圖中未示出)(例如綠光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器314)、中繼光學(xué)裝置(例如透鏡316a和316b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、折疊反射鏡317、偏振分束器319以及成像裝置318。藍(lán)色通道325相應(yīng)地包含藍(lán)光光源組(圖中未示出)(例如藍(lán)光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器324)、中繼光學(xué)裝置(例如透鏡326a和326b或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、偏振分束器329以及成像裝置328。
偏振分束器可以用于包含需要偏振光以進(jìn)行適當(dāng)操作的成像裝置(例如LCoS)的示例性投影系統(tǒng)中。適合用于本公開的合適的示例性實(shí)施方案中的笛卡爾偏振分束器在(例如)Bruzzone等人的美國(guó)專利No.6,486,997中有所描述，該專利所公開的那些不與本公開的內(nèi)容相抵觸的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。這種笛卡爾偏振分束器通常包含包裝在玻璃立方體中的反射偏振器?？晒┻x用的另一方式是，可以使用傳統(tǒng)的MacNeille或其它合適的偏振分束器。
綠色通道315和藍(lán)色通道325二者包含多向光學(xué)元件330，該多向光學(xué)元件設(shè)置在綠色光束和藍(lán)色光束的相交處。這種多向光學(xué)元件在Magarill等人的共同轉(zhuǎn)讓并與本申請(qǐng)同日提交的代理機(jī)構(gòu)案卷號(hào)為59658US002的美國(guó)申請(qǐng)(標(biāo)題為“Multi-Directional OpticalElement”)中有所描述，該申請(qǐng)所公開的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。圖9A和圖9B更詳細(xì)地示出了構(gòu)造用于圖8的系統(tǒng)30中的多向光學(xué)元件330。圖9A示出多向光學(xué)元件330的立體圖，圖9B示出沿圖9A所示的方向截取的橫截面的剖視圖。
多向光學(xué)元件具有沿第一主方向相互大體相對(duì)設(shè)置的側(cè)面352和356、以及沿第二主方向相互大體相對(duì)設(shè)置的側(cè)面354和358。側(cè)面352和354可以彼此相鄰設(shè)置，并且可以具有第一曲率半徑，而側(cè)面356和358可以彼此相鄰設(shè)置，并且可以具有第二曲率半徑。多向光學(xué)元件330還可以具有兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面353和355，這兩個(gè)側(cè)面沿第三方向相互大體相對(duì)設(shè)置。側(cè)面352和354可以具有不同的曲率半徑，側(cè)面356和358也可以具有不同的曲率半徑。根據(jù)應(yīng)用，相對(duì)的側(cè)面353和355可以基本上是平面，或者也可以是曲面。在某些實(shí)施方案中，側(cè)面353和355具有安裝表面結(jié)構(gòu)，例如被適當(dāng)成形的凸起、凹陷或者二者。
在多向元件330的示例性實(shí)施方案中，側(cè)面352和354是凸的，而側(cè)面356和358是凹的。在某些實(shí)施方案中，多向光學(xué)元件330這樣構(gòu)造，使得入射在側(cè)面356上的光從與其相對(duì)的側(cè)面352中射出，基本上沿第一方向傳播，而入射在側(cè)面358上的光從與其相對(duì)的側(cè)面354中射出，基本上沿第二方向傳播。在典型的實(shí)施方案中，光沿兩個(gè)不同方向上的基本上相等的光路傳播通過多向元件，并且以基本上相同的方式折射。優(yōu)選的是，這兩個(gè)方向彼此形成大約90度的角度，如圖9B中軸X和Y所示的方向，但是可用于具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的這兩個(gè)方向之間的其它角度也在本公開的范圍內(nèi)。在本公開的某些實(shí)施方案中，光也可以沿第三方向傳播通過多向元件330，例如從側(cè)面353到側(cè)面355，或者從側(cè)面355到側(cè)面353。
因?yàn)閬碜圆煌ǖ赖恼彰鞴庋夭煌姆较騻鞑ネㄟ^多向元件，所以多向元件330可以針對(duì)這些通道的具體顏色被優(yōu)選構(gòu)造。例如，多向元件330在側(cè)面356和352中的至少一個(gè)側(cè)面上包含針對(duì)綠顏色的抗反射涂層，并且在側(cè)面354和358中的至少一個(gè)側(cè)面上具有針對(duì)藍(lán)顏色的抗反射涂層。在本公開的某些實(shí)施方案中，任何一個(gè)或多個(gè)側(cè)面的曲率對(duì)于不同顏色可以不同，從而更有效地減少色像差。因此，多向光學(xué)元件330可以幫助減少漸暈，有助于構(gòu)造更小型的系統(tǒng)，并且有助于形成照明通道的顏色特異性的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
在本公開的某些實(shí)施方案中，將中繼光學(xué)裝置構(gòu)造成使得各個(gè)積分器304、314和324的出口端分別成像到成像裝置308、318和328上。可以使用參照?qǐng)D7所述的交叉二向色組合器34來組合由紅光、綠光和藍(lán)光成像裝置308、318和328調(diào)制的光。然后，經(jīng)調(diào)制的紅光、綠光和藍(lán)光的組合光束由投影光學(xué)裝置38收集，以便發(fā)送給屏幕(圖中未示出)或另一光學(xué)元件或裝置以用于進(jìn)一步處理。
本公開的某些實(shí)施方案這樣構(gòu)造，使得來自兩個(gè)或多個(gè)顏色通道的光發(fā)送給單一一個(gè)成像裝置。這種實(shí)施方案示于圖10和圖11中。圖10示意性地示出包含根據(jù)本公開所構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)400的單面板投影系統(tǒng)40的一部分，在該照明系統(tǒng)中，每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路的至少一部分與其它顏色通道不共用。具體而言，示例性的照明系統(tǒng)400包含與不同原色對(duì)應(yīng)的通道，圖10中示出紅色通道405、綠色通道415和藍(lán)色通道425。適合于具體應(yīng)用而采用其它顏色的光源和通道的照明系統(tǒng)也在本公開的范圍內(nèi)。
紅色通道405包含紅光光源組(圖中未示出)(例如紅光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器404)、以及二向色反射鏡434。綠色通道415包含綠光光源組(圖中未示出)(例如綠光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器414)、以及二向色反射鏡432和434。藍(lán)色通道425相應(yīng)地包含藍(lán)光光源組(圖中未示出)(例如藍(lán)光LED)、均勻化光學(xué)元件(例如積分器424)、以及二向色反射鏡432和434。二向色反射鏡432這樣構(gòu)造，使得它透射可見光光譜的綠色區(qū)，而對(duì)可見光光譜的藍(lán)色區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的反射率。因此，二向色反射鏡432透射從綠光積分器414中射出的綠光，同時(shí)反射從藍(lán)光積分器424中射出的光，從而形成綠光和藍(lán)光的組合光束并入射在二向色反射鏡434上。相應(yīng)的是，二向色反射鏡434透射可見光光譜的綠色和藍(lán)色區(qū)，而對(duì)可見光光譜的紅色區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的反射率。因此，二向色反射鏡434透射從綠光和藍(lán)光積分器中射出的綠光和藍(lán)光，同時(shí)反射從紅光積分器404中射出的紅光，從而形成綠光、藍(lán)光和紅光的組合光束。
投影系統(tǒng)40的照明系統(tǒng)400還包含中繼光學(xué)裝置(例如中繼透鏡45a和45b，或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、折疊反射鏡47(被設(shè)置在中繼透鏡45a和45b之間)、TIR棱鏡組件44和成像裝置46(例如DLP)。投影系統(tǒng)40還包含投影光學(xué)裝置48。在本公開的某些實(shí)施方案中，照明系統(tǒng)可以這樣構(gòu)造，使得中繼光學(xué)裝置將積分器404、414和424的出口端成像到成像裝置46上。TIR棱鏡組件44(例如)通過在界面44a上的反射，而起到使得從中繼光學(xué)裝置中射出的光改變方向并導(dǎo)入到成像裝置46上的作用。經(jīng)成像裝置46調(diào)制的光通過TIR棱鏡組件44并由投影光學(xué)裝置48收集，以發(fā)送給屏幕(圖中未示出)或另一光學(xué)元件或裝置以用于進(jìn)一步處理。
圖11示出單面板投影系統(tǒng)的另一個(gè)示例性實(shí)施方案。圖11示意性地示出包含根據(jù)本公開所構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)500的單面板投影系統(tǒng)50的一部分，在該照明系統(tǒng)中，每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路的至少一部分與其它顏色通道不共用。具體而言，示例性的照明系統(tǒng)500包含與不同原色對(duì)應(yīng)的通道，圖11中示出紅色通道505、綠色通道515和藍(lán)色通道525。適合于具體應(yīng)用而采用其它顏色的光源和通道的照明系統(tǒng)也在本公開的范圍內(nèi)。
紅色通道505包含紅光光源組502(例如紅光LED)、以及二向色反射鏡534。綠色通道515包含綠光光源組512(例如綠光LED)、以及二向色反射鏡532和534。藍(lán)色通道525相應(yīng)地包含藍(lán)光光源組522(例如藍(lán)光LED)、以及二向色反射鏡532和534。與圖10中所示的示例性實(shí)施方案一樣，二向色反射鏡532這樣構(gòu)造，使得它透射可見光光譜的綠色區(qū)，而對(duì)可見光光譜的藍(lán)色區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的反射率。因此，二向色反射鏡532透射從綠光光源組512中發(fā)出的綠光，同時(shí)反射從藍(lán)光光源組522中發(fā)出的光，從而形成綠光和藍(lán)光的組合光束并入射在二向色反射鏡534上。
相應(yīng)的是，二向色反射鏡534透射可見光光譜的綠色區(qū)和藍(lán)色區(qū)，而對(duì)光譜的紅色區(qū)表現(xiàn)出較高的反射率。因此，二向色反射鏡534透射從光源組512和522入射到其上的綠光和藍(lán)光，同時(shí)反射從紅光光源組502發(fā)出的紅光，從而形成綠光、藍(lán)光和紅光的組合光束并入射到公共積分器52的入口上。在所示的示例性實(shí)施方案中，以參照?qǐng)D4所示和所述的方式構(gòu)造光源組，但是其它合適結(jié)構(gòu)的光源組(包含參照?qǐng)D2A-圖3所示和所述的那些光源組)也可以用于本公開的這個(gè)實(shí)施方案和其它實(shí)施方案中。如果將光源及其關(guān)聯(lián)的折射元件以大體上沿球形表面并與該球形表面相切的方式設(shè)置，則所述表面的中心優(yōu)選位于積分器52的入口端處。
投影系統(tǒng)50的照明系統(tǒng)500還包含中繼光學(xué)裝置(例如中繼透鏡55a和55b，或者具有光焦度的其它光學(xué)元件)、折疊反射鏡57(被設(shè)置在中繼透鏡55a和55b之間)、TIR棱鏡組件54和成像裝置56(例如DLP)。投影系統(tǒng)50還包含投影光學(xué)裝置58。在本公開的某些實(shí)施方案中，照明系統(tǒng)可以這樣構(gòu)造，使得中繼光學(xué)裝置將積分器52的出口端成像到成像裝置56上。TIR棱鏡組件54起到使得從中繼光學(xué)裝置中射出的光(例如通過在面54a上的反射)改變方向并導(dǎo)入到成像裝置56上的作用。由成像裝置56調(diào)制的光通過TIR棱鏡組件54并由投影光學(xué)裝置58(該投影光學(xué)裝置可以是或者可以包含一個(gè)或多個(gè)透鏡)收集，以發(fā)送給屏幕(圖中未示出)或另一光學(xué)元件、系統(tǒng)或裝置以用于進(jìn)一步處理。
在本公開的采用位于成像裝置上游的二向色反射鏡的示例性實(shí)施方案(例如圖10和圖11所示)中，將二向色反射鏡設(shè)置在遠(yuǎn)心空間中，這樣有助于避免色彩不均勻性或色移。另外，本公開的示例性照明系統(tǒng)(例如圖10和圖11所示的那些照明系統(tǒng))可以這樣構(gòu)造，使得二向色反射鏡的角取向造成入射角在相對(duì)較小的范圍(例如大約2度或更小)內(nèi)，這樣通常會(huì)減少與偏振相關(guān)的反射波長(zhǎng)和透射波長(zhǎng)的移位。
在采用具有非徑向?qū)ΨQ孔徑的光源組(例如圖6A和圖6B中所示的那些光源組)的示例性實(shí)施方案中，在與圖11所示系統(tǒng)相似的系統(tǒng)中，光源組的較長(zhǎng)尺度的方向應(yīng)當(dāng)布置成與二向色反射鏡的旋轉(zhuǎn)(或傾斜)軸(所述軸在圖11中用R表示)基本上平行，并且與圖平面大體上垂直地取向。這種取向和布置方式更詳細(xì)地示于圖11A中，因?yàn)楣庠唇M的較長(zhǎng)尺度與入射光錐的較大角度對(duì)應(yīng)，所以這種取向和布置方式是理想的。減少入射在二向色反射鏡上的入射角的變化，可以幫助減小色移。
另外，本公開的示例性實(shí)施方案允許在玻璃/空氣界面上使用二向色反射鏡。這樣是有利的，因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中，隨機(jī)偏振光的反射特性對(duì)入射角的依賴性減少，從而實(shí)現(xiàn)更有效的色彩組合。為了說明這種想法，圖12A示出隨機(jī)偏振光的反射率與波長(zhǎng)的圖，顯示出平面平行板上的典型二向色涂層相對(duì)于大約12度和大約24度的兩個(gè)光錐而言的性能。該平板與照明主光線呈大約45度的角度θ取向，如圖12B所示。從圖12A中顯然可知，只要稍微增大入射光的錐角，二向色性(或者通過波長(zhǎng)來分離光的能力)就會(huì)下降。另一方面，對(duì)于入射角為大約45度的隨機(jī)偏振光，典型的實(shí)心玻璃二向色組合器的性能通常比較差。
如上所述，根據(jù)本公開所構(gòu)造的示例性照明系統(tǒng)具有不同的顏色通道，使得每一種顏色(這里指紅色、綠色和藍(lán)色)通道的光路中均至少有一部分不與其它顏色通道共用。因此，不同的顏色通道不共用的光學(xué)元件就不必針對(duì)不同通道的顏色進(jìn)行校色，從而明顯節(jié)省了成本并提高了制造容易度。此外，對(duì)于僅位于一個(gè)顏色通道的光路中的光學(xué)元件或所述光學(xué)元件構(gòu)成的系統(tǒng)，可以針對(duì)該照明通道的顏色進(jìn)行優(yōu)選構(gòu)造、優(yōu)選定位、或者既優(yōu)選構(gòu)造又優(yōu)選定位。
在本公開的上下文中，術(shù)語“優(yōu)選構(gòu)造”和“優(yōu)選定位”包括光學(xué)元件的任何特征或定位，該術(shù)語是指至少在某種程度上改善某一顏色通道的性能(例如透射性或像差校正)。更具體地說，對(duì)于光學(xué)元件，針對(duì)其照明通道的顏色優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位，如果將所述照明通道中的這種元件構(gòu)造或定位成另一照明通道的相應(yīng)元件(如果有的話)，則該通道的性能將會(huì)下降。例如，針對(duì)照明通道的顏色，可以通過對(duì)積分器涂覆具有顏色特異性的涂層來對(duì)積分器進(jìn)行優(yōu)選構(gòu)造，與Unaxis公司研發(fā)的涂有目前可得的寬帶反射SILFLEX-VISTM涂層的積分器相比較，這樣其通過率可提高大約8％。
另外，或者可供選用的另一方式是，對(duì)于具有光焦度的光學(xué)元件(例如本文所示和所述的折射元件和反射元件)，可以通過涂覆具有顏色特異性的抗反射涂層或其它涂層來對(duì)該光學(xué)元件進(jìn)行優(yōu)選構(gòu)造，這樣也會(huì)提高光通過該系統(tǒng)的透射率。此外，對(duì)于不同的顏色通道不共用的這種光學(xué)元件或所述光學(xué)元件構(gòu)成的系統(tǒng)，可以通過使其針對(duì)不同顏色具有不同結(jié)構(gòu)的方式，針對(duì)其各自通道的顏色進(jìn)行優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。例如，為了減少像差，在不同的顏色通道中光學(xué)元件的形狀、位置和/或數(shù)目可以不同。因此，本公開使得提高照明系統(tǒng)(例如用于投影應(yīng)用中的照明系統(tǒng))的亮度的靈活性增強(qiáng)。
在諸如投影電視之類的應(yīng)用中，典型的照明系統(tǒng)應(yīng)該使用具有一定比例的紅、綠和藍(lán)主分量的光，以在屏上提供所需的色溫。通常，這些分量中的一個(gè)分量是系統(tǒng)性能的限制因素。在對(duì)于不同顏色通道具有至少部分分離的光路的某些示例性照明系統(tǒng)中，可以通過引入在特定顏色通道的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有不同色調(diào)的光源(或光源集合)來得到附加亮度。每個(gè)這種光源或光源集合均具有不同的峰值波長(zhǎng)，并且它們的照明光可以經(jīng)波長(zhǎng)選擇元件(例如二向色反射鏡)或者衍射光學(xué)裝置(例如衍射光柵)組合?？梢允褂霉庾V比較窄的任何光源，例如，LED、激光或磷光材料。
圖13示出適合用于將不同色調(diào)的綠光LED組合到同一顏色通道中的二向色反射鏡的透射模式和反射模式的特性。這種二向色反射鏡適合放置于LED組之間，以組合它們的照明，如已經(jīng)針對(duì)本公開的適當(dāng)?shù)氖纠詫?shí)施方案中組合不同顏色的照明所描述的那樣。該二向色反射鏡被模制成32層的薄膜涂層，其主光線的入射角為大約45度，入射光錐為大約+/-6度。所示的透射曲線和反射曲線是針對(duì)P偏振而做的，這適合用于使用偏振光的LCoS系統(tǒng)和其它系統(tǒng)。圖14示出兩組具有不同色調(diào)的綠光LED的光譜，所述綠光LED位于具有圖13所示性能的二向色反射鏡之前(用實(shí)線表示其光譜)和之后(用點(diǎn)線表示其光譜)。所示的這兩組LED光譜是通過對(duì)LuxeonTMLXHL-PM09綠光發(fā)光器(得自Lumileds Lighting公司)的測(cè)量光譜按需進(jìn)行移位而得到的，使得組合光譜的平均波長(zhǎng)提供所需的顏色。
圖15示出包含同一類型的任意數(shù)目N的綠光LED的一組LED的發(fā)射光譜(實(shí)線)和兩組具有不同的顏色色調(diào)(具有偏移的峰值波長(zhǎng))的LED(每一組具有N個(gè)LED)經(jīng)二向色反射鏡組合后的光譜(點(diǎn)線)的比較。因此，通過組合兩組LED，可以得到總流明通量的凈增益，如圖16所示。圖16示出通過組合兩組具有圖14和圖15所示性能的LED而實(shí)現(xiàn)的凈光通量增量計(jì)算值(以小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值表示)與LED光譜的峰與峰之間的間距的函數(shù)關(guān)系的圖。不同的曲線對(duì)應(yīng)于充當(dāng)理想階梯濾光器的二向色反射鏡、充當(dāng)用于實(shí)際應(yīng)用的大約6度入射光錐半角的濾光器的二向色反射鏡以及充當(dāng)用于實(shí)際應(yīng)用的大約12度入射光錐半角的濾光器的二向色反射鏡的模擬性能。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著峰間距從大約0nm增大到大約40nm，以小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)值表示的凈光通量增量的計(jì)算值也增加。因此，對(duì)于圖13-15中所描述的模擬的示例性光源(大約20nm的峰與峰之間的間距和大約6度的光錐半角)，通過使用具有不同色調(diào)的LED的照明系統(tǒng)，多提供了大約22％的流明。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，LED的峰間距在綠色通道的色坐標(biāo)未達(dá)到SMPTE C色度學(xué)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之前可以上升到高達(dá)40nm。因此，通過產(chǎn)生比單個(gè)光源的光譜更寬的組合光譜，可以在損失一定量的色飽和度的情況下使更多的光耦合到系統(tǒng)中。因?yàn)閱蝹€(gè)典型的高亮度LED的光譜通常足夠窄，使得所得到的通道的色飽和度比常規(guī)投影電視應(yīng)用所需的色飽和度更好，所以可以使用額外的光譜區(qū)域來耦合來自不同色調(diào)的附加LED中的光。這樣，就應(yīng)當(dāng)對(duì)組合光譜的寬度和可接受水平的色飽和度進(jìn)行權(quán)衡。
基于圖8，可以根據(jù)本公開來構(gòu)造示例性的照明系統(tǒng)，其具有紅色、綠色和藍(lán)色通道，這些通道具有已經(jīng)由模擬方法所確定的如下示例性參數(shù)。相對(duì)于參照?qǐng)D5C所示和所述的積分器314，構(gòu)造和設(shè)置綠光光源組。圖2C所示結(jié)構(gòu)的每個(gè)反射器子組件包含四個(gè)LED光源1602，例如可得自Lumileds Lighting公司的LuxeonTMIII發(fā)光器LXHL-PM09。細(xì)分孔徑裝置(例如圖5C所示的裝置)包含尺寸為大約4.5×4.5×4.5mm的三個(gè)直角棱鏡，這三個(gè)棱鏡置于積分器314的入口孔徑的前面。作為棱鏡的對(duì)角面的反射表面涂布有綠光反射涂層，例如介質(zhì)或金屬反射涂層。
在此所述的反射器基本上是橢圓的并由丙烯酸類樹脂制成，其可以是中空的或?qū)嵭牡?。兩個(gè)示例性的橢圓反射器基本上具有相同形狀的帶涂層的反射表面，其半徑為大約10.8mm，錐體常量為大約-0.64。橢圓反射器的長(zhǎng)軸半徑為大約30mm，短軸半徑為大約18mm，將LED設(shè)置在橢圓的長(zhǎng)徑上離橢圓中心大約24mm處并使之位于反射器的主焦點(diǎn)上。通過沿與長(zhǎng)徑成大約20度的角度截掉橢圓的四分之一來形成獨(dú)立的反射器部分。在實(shí)體型的綠光反射器中，制成半徑為大約2.8mm的切口以容納LED，并且沿球形表面截?cái)喾瓷淦?，截面半徑為大約24mm、并以第二焦點(diǎn)為圓心。所述橢圓反射器的第二焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)棱鏡的入口側(cè)(例如小面)的中心或者積分器入口端的通光部分的中心上。
藍(lán)色通道和紅色通道具有類似結(jié)構(gòu)的光源組，例如圖2A中所示的那些光源組。紅光光源組和藍(lán)光光源組均包含6個(gè)LED，例如用于紅色通道的LuxeonTM發(fā)光器LXHL-PD01和用于藍(lán)色通道的LuxeonTMIII發(fā)光器LXHL-PR09。在此所述的紅光反射器和藍(lán)光反射器基本上是橢圓的并由丙烯酸類樹脂制成，其可以是中空的或?qū)嵭牡?。兩個(gè)示例性的橢圓反射器基本上具有相同形狀的帶涂層的反射表面，其半徑為大約10.5mm，錐體常量為大約-0.723。橢圓反射器的長(zhǎng)軸半徑為大約38mm，短軸半徑為大約20mm，LED設(shè)置在橢圓長(zhǎng)徑上離橢圓中心大約32.1mm處。通過沿與長(zhǎng)徑成大約18度的角度截掉橢圓的四分之一來形成獨(dú)立的反射器部分。在實(shí)體型的綠光反射器中，制成半徑為大約2.8mm的切口以容納LED，并且沿球形表面截?cái)喾瓷淦?，截面半徑為大約32.31mm、并以第二焦點(diǎn)為圓心。該橢圓反射器的第二焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于其相應(yīng)積分器入口端的中心上。
該示例性實(shí)施方案的所有積分器都具有相同的幾何形狀入口端大約9.0×9.0mm，長(zhǎng)大約75.0mm，出口端大約9.0×16.0mm。但是，用于不同顏色通道的積分器被覆有不同的具有顏色特異性的涂層，所述涂層針對(duì)具體顏色的照明被優(yōu)選構(gòu)造?？梢詫⒏郊拥恼郫B反射鏡插入到位于中繼透鏡326b和四面元件330之間的藍(lán)色通道中以及位于中繼透鏡306a和306b之間的紅色通道中。下面表1-5示出用于綠色、藍(lán)色和紅色通道的其它示例性光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)。
表1綠色通道

表2示例性中繼透鏡316b的非球面系數(shù)

表3藍(lán)色通道

表4示例性中繼透鏡326b的非球面系數(shù)

表5紅色通道

可供選用的另一方式是，具有紅色、綠色和藍(lán)色通道的如圖8所示的照明系統(tǒng)的總布置可以擴(kuò)展成包含LED光源組，例如綠光LuxeonTMIII發(fā)光器LXHL-PM09、紅光LuxeonTM發(fā)光器LXHL-PD01和藍(lán)光LuxeonTMIII發(fā)光器LXHL-PR09，將這些光源組針對(duì)參照?qǐng)D6A和圖6B所示和所述的其相應(yīng)的積分器進(jìn)行構(gòu)造和設(shè)置。紅光、綠光和藍(lán)光光源組基本上都構(gòu)造成圖6B所示的那樣，并且每個(gè)光源組都包含沿球形表面設(shè)置的13個(gè)LED。將第一透鏡和第二透鏡(例如174和176)如所示的那樣設(shè)置在每個(gè)LED的前面。每個(gè)第二透鏡的頂點(diǎn)離積分器入口端96a的中心的距離為大約50.0mm。LED光源組和積分器的其它設(shè)計(jì)參數(shù)示于表6中。
表6LED光源組和積分器的設(shè)計(jì)參數(shù)

通過將LED及其關(guān)聯(lián)的聚光器子組件的第一透鏡和第二透鏡圍繞積分器入口窗進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，來將光源組布置在球形表面上。XZ和YZ平面的旋轉(zhuǎn)角示于表7，單位為度。
表7元件簇的角坐標(biāo)

該示例性實(shí)施方案的所有積分器都具有相同的幾何形狀入口端大約6.1×6.1mm，長(zhǎng)大約50.0mm，出口端大約6.1×10.7mm。但是，用于不同顏色通道的積分器被覆有不同的具有顏色特異性的涂層，所述涂層針對(duì)具體顏色被優(yōu)選構(gòu)造?？梢詫⒏郊拥恼郫B反射鏡插入到位于中繼透鏡326b和四面元件330之間的藍(lán)色通道中以及位于中繼透鏡306a和306b之間的紅色通道中。下面表8-10示出用于綠色、藍(lán)色和紅色通道的其它示例性光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)。
表8綠色通道

表9示例性中繼透鏡316b的非球面系數(shù)

表10藍(lán)色通道

表11示例性中繼透鏡326b的非球面系數(shù)

表12 紅色通道

根據(jù)本公開構(gòu)造的照明系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，這種照明系統(tǒng)尤其方便與LED光源一起使用，與傳統(tǒng)的高壓汞弧燈相比較，這樣可延長(zhǎng)使用壽命、降低成本、并具有更優(yōu)的環(huán)境特性，并且不發(fā)射紅外光或紫外光，因此不需要UV濾光器和冷光反射鏡。另外，LED由低壓DC電源驅(qū)動(dòng)，與驅(qū)動(dòng)弧光燈的高壓AC鎮(zhèn)流器相比較，這樣就使得對(duì)敏感型顯示電子設(shè)備產(chǎn)生電干擾的可能性大大降低。此外，由于LED的帶寬比較窄，所以LED在沒有降低亮度的情況下提供了較好的色飽和度。
雖然已經(jīng)參照特定的示例性實(shí)施方案描述了本公開的照明系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將容易理解，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變形。例如，用于本公開的各個(gè)實(shí)施方案中的光學(xué)元件系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)可以根據(jù)特定應(yīng)用和照明目標(biāo)的性質(zhì)及尺寸而改變。而且，如本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員所知道的那樣，本公開涉及在根據(jù)本公開構(gòu)造的照明系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案中沒有附加光學(xué)元件以及包含附加光學(xué)元件的情況。例如，本公開的一些實(shí)施方案可以包含具有光焦度的附加光學(xué)元件、折疊反射鏡、TIR棱鏡、PBS和偏振器中的一個(gè)或多個(gè)。
本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員還容易認(rèn)識(shí)到，本公開的示例性實(shí)施方案可以與各種結(jié)構(gòu)的光源組一起使用，包含(但不限于)圖2A-6B中所示的結(jié)構(gòu)。另外，本公開的示例性實(shí)施方案可以與各種光源一起使用。這種光源包含其它顏色的LED、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和其它類型的激光二極管、磷光光源和其它合適的發(fā)光裝置。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包含多個(gè)不同顏色的照明通道，每個(gè)照明通道均包含一個(gè)光源組，所述光源組包含至少一個(gè)具有光焦度的光學(xué)元件；以及成像裝置，所述成像裝置被設(shè)置用來接受來自至少一個(gè)所述照明通道的照明；其中，至少一個(gè)所述照明通道中的所述至少一個(gè)光學(xué)元件不與其它照明通道共用，并且所述光學(xué)元件針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含被結(jié)合到反射器組件中的多個(gè)光源，并且所述反射器組件是所述那至少一個(gè)針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件。
3.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件包含由多個(gè)中空的或?qū)嵭牡挠行畏瓷淦鞑糠中纬傻姆瓷淦髦黧w，每個(gè)反射器部分均與旋轉(zhuǎn)表面相符。
4.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件的形狀是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的。
5.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件還包含針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的涂層。
6.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)折射光學(xué)元件，并且至少一個(gè)所述折射光學(xué)元件是所述那至少一個(gè)針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件。
7.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述折射光學(xué)元件的形狀是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的。
8.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述折射光學(xué)元件還包含針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的涂層。
9.如權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)光源和所述多個(gè)折射光學(xué)元件這樣構(gòu)造，使得不同的折射光學(xué)元件與各自的光源相關(guān)聯(lián)。
10.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)光學(xué)元件，并且所述光源和所述光學(xué)元件被構(gòu)造用來形成多個(gè)目標(biāo)通道。
11.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，每個(gè)照明通道還包含積分器，所述積分器設(shè)置在其相應(yīng)通道的光源組和所述成像裝置之間，每個(gè)積分器均具有與所述光源組光學(xué)連接的入口端以及與所述成像裝置光學(xué)連接的出口端。
12.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述積分器的所述入口端包含細(xì)分孔徑裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)反射表面，并且該相應(yīng)通道的光源組包含多個(gè)光源子組件，所述反射表面和所述子組件這樣構(gòu)造，使得來自每一個(gè)所述光源子組件的光中的至少一部分均被所述反射表面中的一個(gè)接受并反射到所述積分器中。
14.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)反射涂層，該反射涂層設(shè)置在至少一個(gè)所述反射表面上，并針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造。
15.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡均具有兩個(gè)小面和一個(gè)對(duì)角面，所述棱鏡靠近所述積分器的入口端設(shè)置，并且，其中所述棱鏡的所述對(duì)角面是接受來自所述光源子組件的光并使該光反射到所述積分器中的所述反射表面。
16.如權(quán)利要求15所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)反射涂層，該反射涂層設(shè)置在所述棱鏡的所述對(duì)角面中的至少一個(gè)上，并且針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造。
17.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡均具有兩個(gè)小面和一個(gè)對(duì)角面，所述棱鏡靠近所述積分器的入口端設(shè)置，使得所述入口端的一部分仍為透明的，從而形成通光部分，其中所述棱鏡的所述對(duì)角面是接受來自所述光源子組件的光并使該光反射到所述積分器中的所述反射表面，并且，其中該相應(yīng)照明通道的所述光源組包含被構(gòu)造用來照明所述通光部分的光源子組件。
18.如權(quán)利要求17所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)具有顏色特異性的涂層，該涂層設(shè)置在所述棱鏡的所述對(duì)角面中的至少一個(gè)上或者在所述通光部分上。
19.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述積分器具有這樣一個(gè)維度，積分器的尺度從所述入口端到出口端的增大在該維度上增加得較多，其中同一照明通道的所述光源組被構(gòu)造用來形成具有較長(zhǎng)尺度和較短尺度的非徑向?qū)ΨQ的孔徑，從而產(chǎn)生具有非徑向?qū)ΨQ角強(qiáng)度分布的照明，所述角強(qiáng)度分布具有較長(zhǎng)的角尺度和較短的角尺度，并且，其中在所述積分器入口端處，所述角強(qiáng)度分布中的較長(zhǎng)的角尺度方向與所述積分器的尺度增加得較多的那個(gè)維度基本上平行。
20.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述積分器是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的。
21.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明系統(tǒng)還包含二向色組合器，所述二向色組合器設(shè)置在所述成像裝置和所述積分器之間，以便將至少兩個(gè)所述照明通道的照明組合到所述的成像裝置上。
22.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明系統(tǒng)還包含一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述積分器的出口端和所述成像裝置之間的下列元件中繼光學(xué)裝置、TIR棱鏡、PBS、折疊反射鏡和偏振器。
23.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含與其相應(yīng)通道的顏色的色調(diào)不同的光源。
24.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)第一色調(diào)的光源、多個(gè)第二色調(diào)的光源以及用于將所述第一色調(diào)的光和所述第二色調(diào)的光組合起來的二向色組合器。
25.如權(quán)利要求24所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一色調(diào)的光源發(fā)射具有第一峰值波長(zhǎng)的光，所述第二色調(diào)的光源發(fā)射具有第二峰值波長(zhǎng)的光，并且，其中所述第一峰值波長(zhǎng)和所述第二峰值波長(zhǎng)之間的間距不超過大約40nm。
26.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含積分器，所述積分器設(shè)置在所述光源組和所述成像裝置之間，所述積分器具有與所述光源組光學(xué)連接的入口端以及與所述成像裝置光學(xué)連接的出口端。
27.如權(quán)利要求26所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含二向色組合器，所述二向色組合器設(shè)置在所述光源組和所述積分器的入口端之間，以便將來自至少兩個(gè)照明通道的照明組合到所述積分器中。
28.如權(quán)利要求26所述的照明系統(tǒng)，其中，所述積分器具有這樣一個(gè)維度，積分器的尺度從所述入口端到出口端的增大在該維度上增加得較多，其中至少一個(gè)光源組被構(gòu)造用來形成具有較長(zhǎng)尺度和較短尺度的非徑向?qū)ΨQ孔徑，并且，其中所述孔徑的所述較長(zhǎng)的尺度方向、所述二向色反射鏡的旋轉(zhuǎn)軸以及所述積分器的尺度增加得較多的那個(gè)維度基本上平行。
29.一種投影系統(tǒng)，包含如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)以及與所述成像裝置光學(xué)連接的投影光學(xué)裝置。
30.一種照明系統(tǒng)，包含多個(gè)不同顏色的照明通道，每個(gè)照明通道均包含一個(gè)光源組；選自具有光焦度的光學(xué)元件和均勻化光學(xué)元件中的至少一個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件設(shè)置在所述照明通道中的一個(gè)通道中，所述的光學(xué)元件不與其它照明通道共用，并且針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位；以及成像裝置，所述成像裝置被設(shè)置用來接受來自至少一個(gè)所述照明通道的照明。
31.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含被結(jié)合到反射器組件中的多個(gè)光源。
32.如權(quán)利要求31所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件包含由多個(gè)中空的或?qū)嵭牡挠行畏瓷淦鞑糠中纬傻姆瓷淦髦黧w，每個(gè)反射器部分均與旋轉(zhuǎn)表面相符。
33.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)折射光學(xué)元件。
34.如權(quán)利要求33所述的照明系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)光源和所述多個(gè)折射光學(xué)元件這樣構(gòu)造，使得不同的折射光學(xué)元件與各自的光源相關(guān)聯(lián)。
35.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)光學(xué)元件，并且其中所述光源和所述光學(xué)元件被構(gòu)造用來形成多個(gè)目標(biāo)通道。
36.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件具有針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的形狀。
37.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件包含具有顏色特異性的涂層。
38.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件是折射光學(xué)元件或反射光學(xué)元件。
39.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件是積分器，所述積分器設(shè)置在其相應(yīng)通道的光源組和成像裝置之間，所述積分器具有與所述光源組光學(xué)連接的入口端以及與所述成像裝置光學(xué)連接的出口端。
40.如權(quán)利要求39所述的照明系統(tǒng)，其中，所述積分器的所述入口端包含細(xì)分孔徑裝置。
41.如權(quán)利要求40所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)反射表面，并且所述相應(yīng)通道的光源組包含多個(gè)光源子組件，所述反射表面和所述子組件這樣構(gòu)造，使得來自每一個(gè)所述光源子組件的光中的至少一部分均被所述反射表面中的一個(gè)接受并反射到所述積分器中。
42.如權(quán)利要求41所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)反射涂層，該反射涂層設(shè)置在至少一個(gè)所述的反射表面上，并針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造。
43.如權(quán)利要求41所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡均具有兩個(gè)小面和一個(gè)對(duì)角面，所述的棱鏡靠近所述積分器的入口端設(shè)置，并且，其中所述棱鏡的所述對(duì)角面是接受來自所述光源子組件的光并使該光反射到所述積分器中的所述反射表面。
44.如權(quán)利要求43所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)反射涂層，該反射涂層設(shè)置在所述棱鏡的所述對(duì)角面中的至少一個(gè)上，并且針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造。
45.如權(quán)利要求41所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置包含多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡均具有兩個(gè)小面和一個(gè)對(duì)角面，所述的棱鏡靠近所述積分器的入口端設(shè)置，使得所述入口端的一部分仍為透明的，從而形成通光部分，其中所述棱鏡的所述對(duì)角面是接受來自所述光源子組件的光并使該光反射到所述積分器中的所述反射表面，并且，其中相應(yīng)照明通道的所述光源組包含被構(gòu)造用來照明所述通光部分的光源子組件。
46.如權(quán)利要求45所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的細(xì)分孔徑裝置還包含至少一個(gè)具有顏色特異性的涂層，該涂層設(shè)置在所述棱鏡的所述對(duì)角面中的至少一個(gè)上或者在所述通光部分上。
47.如權(quán)利要求39所述的照明系統(tǒng)，其中，所述積分器具有這樣一個(gè)維度，積分器的尺度從所述入口端到出口端的增大在該維度上增加得較多，其中同一照明通道的所述光源組被構(gòu)造用來形成具有較長(zhǎng)尺度和較短尺度的非徑向?qū)ΨQ孔徑，從而產(chǎn)生具有非徑向?qū)ΨQ角強(qiáng)度分布的照明，所述角強(qiáng)度分布具有較長(zhǎng)的角尺度和較短的角尺度，并且，其中所述角強(qiáng)度分布中的較長(zhǎng)的角尺度方向與所述積分器的尺度增加得較多的那個(gè)維度基本上平行。
48.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明系統(tǒng)還包含一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述光源組和所述的成像裝置之間的下列元件中繼光學(xué)裝置、TIR棱鏡、PBS、折疊反射鏡和偏振器。
49.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含與其相應(yīng)通道的顏色的色調(diào)不同的光源。
50.如權(quán)利要求30所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)第一色調(diào)的光源、多個(gè)第二色調(diào)的光源以及用于將所述第一色調(diào)的光和所述第二色調(diào)的光組合起來的二向色組合器。
51.如權(quán)利要求50所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一色調(diào)的光源發(fā)射具有第一峰值波長(zhǎng)的光，所述第二色調(diào)的光源發(fā)射具有第二峰值波長(zhǎng)的光，并且，其中所述第一峰值波長(zhǎng)和所述第二峰值波長(zhǎng)之間的間距不超過大約40nm。
52.一種照明系統(tǒng)，包含第一顏色照明通道，所述第一顏色照明通道包含與第一成像裝置光學(xué)連接的第一光源組；第二顏色照明通道，所述第二顏色照明通道包含與第二成像裝置光學(xué)連接的第二光源組；以及選自具有光焦度的光學(xué)元件和均勻化光學(xué)元件中的光學(xué)元件，該光學(xué)元件設(shè)置在所述照明通道中的一個(gè)通道中，并且不與任何其它照明通道共用，所述的光學(xué)元件針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。
53.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含被結(jié)合到反射器組件中的多個(gè)光源。
54.如權(quán)利要求53所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件包含由多個(gè)中空的或?qū)嵭牡挠行畏瓷淦鞑糠中纬傻姆瓷淦髦黧w，每個(gè)反射器部分均與旋轉(zhuǎn)表面相符。
55.如權(quán)利要求53所述的照明系統(tǒng)，其中，所述反射器組件是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的所述光學(xué)元件。
56.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)折射光學(xué)元件。
57.如權(quán)利要求56所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述的折射光學(xué)元件是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的所述光學(xué)元件。
58.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)光學(xué)元件，并且其中所述光源和所述光學(xué)元件被構(gòu)造用來形成多個(gè)目標(biāo)通道。
59.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件具有針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造的形狀。
60.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件包含具有顏色特異性的涂層。
61.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件是折射光學(xué)元件或反射光學(xué)元件。
62.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的光學(xué)元件是積分器，所述積分器設(shè)置在所述照明通道的一個(gè)中并位于該通道的光源組和該通道的所述成像裝置之間，所述積分器具有與所述光源組光學(xué)連接的入口端以及與相應(yīng)通道的所述成像裝置光學(xué)連接的出口端。
63.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述光源組和所述成像裝置之間的下列元件中繼光學(xué)裝置、TIR棱鏡、PBS、折疊反射鏡和偏振器。
64.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含與其相應(yīng)通道的顏色的色調(diào)不同的光源。
65.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)第一色調(diào)的光源、多個(gè)第二色調(diào)的光源以及用于將所述第一色調(diào)的光和所述第二色調(diào)的光組合起來的二向色組合器。
66.如權(quán)利要求65所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一色調(diào)的光源發(fā)射具有第一峰值波長(zhǎng)的光，所述第二色調(diào)的光源發(fā)射具有第二峰值波長(zhǎng)的光，并且，其中所述第一峰值波長(zhǎng)和所述第二峰值波長(zhǎng)之間的間距不超過大約40nm。
67.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一照明通道還包含設(shè)置在所述第一光源組和所述第一成像裝置之間的第一積分器，所述第一積分器具有與所述第一光源組光學(xué)連接的入口端以及與所述第一成像裝置光學(xué)連接的出口端，并且，其中所述第二照明通道還包含設(shè)置在所述第二光源組和所述第二成像裝置之間的第二積分器，所述第二積分器具有與所述第二光源組光學(xué)連接的入口端以及與所述第二成像裝置光學(xué)連接的出口端。
68.如權(quán)利要求67所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一積分器和所述第二積分器中的至少一個(gè)的所述入口端包含細(xì)分孔徑裝置。
69.如權(quán)利要求67所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一積分器和所述第二積分器中的至少一個(gè)具有這樣一個(gè)維度，積分器的尺度從所述入口端到出口端的增大在該維度上增加得較多，其中同一照明通道的所述光源組被構(gòu)造用來形成具有較長(zhǎng)尺度和較短尺度的非徑向?qū)ΨQ孔徑，從而產(chǎn)生具有非徑向?qū)ΨQ的強(qiáng)度分布的照明，所述強(qiáng)度分布具有較長(zhǎng)的角尺度和較短的角尺度，并且，使得所述積分器入口端處的照明的較長(zhǎng)的角尺度方向與所述積分器的尺度增加得較多的那個(gè)維度基本上平行。
70.如權(quán)利要求67所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一積分器和所述第二積分器中的至少一個(gè)是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的所述光學(xué)元件。
71.如權(quán)利要求67所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一照明通道還包含設(shè)置在所述第一積分器和所述第一成像裝置之間的第一中繼光學(xué)裝置，并且，所述第二照明通道還包含設(shè)置在所述第二積分器和所述第二成像裝置之間的第二中繼光學(xué)裝置。
72.如權(quán)利要求71所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一中繼光學(xué)裝置和所述第二中繼光學(xué)裝置中的至少一個(gè)是針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的。
73.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一照明通道和所述第二照明通道還包含多向光學(xué)元件，所述多向光學(xué)元件設(shè)置在所述第一光源組和所述第一成像裝置之間以及所述第二光源組和所述第二成像裝置之間，使得來自所述第一光源組的光被所述多向光學(xué)元件沿第一方向折射，并且使得來自所述第二光源組的光被所述多向光學(xué)元件沿第二方向折射。
74.如權(quán)利要求73所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第一方向與所述第二方向成大約90度的角度。
75.如權(quán)利要求73所述的照明系統(tǒng)，其中，所述多向光學(xué)元件是針對(duì)所述第一照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或沿所述第一方向優(yōu)選定位的。
76.如權(quán)利要求73所述的照明系統(tǒng)，其中，所述多向光學(xué)元件是針對(duì)所述第二照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或沿所述第二方向優(yōu)選定位的。
77.如權(quán)利要求52所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含第三光源組以及與所述第三光源組光學(xué)連接的第三成像裝置。
78.如權(quán)利要求77所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含具有入口端和出口端的第三積分器，所述第三積分器這樣設(shè)置，使得其入口端與所述第三光源組光學(xué)連接，其出口端與所述第三成像裝置光學(xué)連接。
79.如權(quán)利要求78所述的照明系統(tǒng)，其中，所述第三積分器是針對(duì)所述第三照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的。
80.如權(quán)利要求78所述的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)還包含設(shè)置在所述第三積分器的出口端和所述第三成像裝置之間的第三中繼光學(xué)裝置。
81.如權(quán)利要求80所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的第三中繼光學(xué)裝置包含平截式折射光學(xué)元件。
82.如權(quán)利要求80所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的第三中繼光學(xué)裝置是針對(duì)所述第三照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位的。
83.一種照明系統(tǒng)，包含第一顏色照明通道，所述第一顏色照明通道包含第一光源組；第二顏色照明通道，所述第二顏色照明通道包含第二光源組；光學(xué)元件系統(tǒng)，所述光學(xué)元件系統(tǒng)包含具有入口端的積分器和第一二向色反射鏡，所述第一二向色反射鏡設(shè)置在所述第一光源組和所述積分器之間，以便將所述第一照明通道和所述第二照明通道的照明組合起來；以及成像裝置，所述成像裝置與所述第一光源組和所述第二光源組光學(xué)連接；其中，至少一個(gè)所述光源組包含多個(gè)光源和多個(gè)光學(xué)元件，所述光源和所述光學(xué)元件被構(gòu)造用來形成多個(gè)目標(biāo)通道。
84.如權(quán)利要求83所述的照明系統(tǒng)，其中，所述照明系統(tǒng)還包含第三顏色照明通道，所述第三顏色照明通道包含第三光源組和第二二向色反射鏡，所述第二二向色反射鏡設(shè)置在所述積分器和所述第一二向色反射鏡之間，以便將所述第三顏色的照明與所述第一顏色及所述第二顏色的照明組合起來。
85.如權(quán)利要求83所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的多個(gè)光源基本上沿球形表面設(shè)置，所述的球形表面以所述積分器的入口端為中心，并且所述的多個(gè)光學(xué)元件包含多個(gè)折射光學(xué)元件。
86.如權(quán)利要求83所述的照明系統(tǒng)，其中，所述的多個(gè)光學(xué)元件包含有形反射器組件，并且所述多個(gè)光源被結(jié)合到所述的反射器組件中。
全文摘要
本發(fā)明披露照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包含不同顏色的照明通道和至少一個(gè)成像裝置。每個(gè)照明通道又包含光源組，所述成像裝置被設(shè)置用來接受來自至少一個(gè)照明通道的照明。至少一個(gè)照明通道包含不與任何其它照明通道共用的光學(xué)元件，例如具有光焦度的光學(xué)元件或均勻化光學(xué)元件，并且該光學(xué)元件針對(duì)其照明通道的顏色被優(yōu)選構(gòu)造或優(yōu)選定位。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1954618SQ200580015413
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者西蒙·馬加里爾, 托德·S·拉瑟福德 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司