專利名稱：有透鏡的錐形光波導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波導(dǎo)管，該波導(dǎo)管集中和聚集光源發(fā)出的光，并在亮度損失最小的情況下使光在從輸入端到輸出端時(shí)轉(zhuǎn)變它們的面積和發(fā)散角。
相關(guān)技術(shù)的說明將電磁輻射集中、聚集和耦合到目標(biāo)上的系統(tǒng)例如標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管或者將電磁輻射輸出到投影機(jī)的輸入中的系統(tǒng)的目的是使得在目標(biāo)處的電磁輻射的亮度最大，該標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管例如單根光纖或光纖束。有多種普通系統(tǒng)用于集中和聚集由用于照射和投影用途的燈發(fā)出的光。
美國專利申請(qǐng)No.09/604921公開的一種光學(xué)集中和聚集系統(tǒng)提供了一種雙拋物面反射器系統(tǒng)，該專利申請(qǐng)的說明書被本文參引。如

圖1(a)所示，該光學(xué)集中和聚集系統(tǒng)采用兩個(gè)大致對(duì)稱的拋物面反射器10、11，這兩個(gè)拋物面反射器10、11布置成使第一反射器10反射的光由第二反射器11的相應(yīng)部分接收。尤其是，由光源12例如弧光燈發(fā)出的光由第一拋物面反射器10集中，并校準(zhǔn)為沿著朝第二反射器11的光學(xué)軸線。該第二反射器11接收校準(zhǔn)的光束，并使該光聚焦在位于焦點(diǎn)處的目標(biāo)13上。
圖1(a)的光系統(tǒng)可以與第一拋物面反射器10結(jié)合使用反向反射器14，以便捕獲由光源12發(fā)射的、沿遠(yuǎn)離第一拋物面反射器10的方向的輻射，并將該捕獲的輻射往回反射成通過該光源12。尤其是，反向反射器14為基本球形形狀，并有對(duì)著該第一拋物面反射器10的、位于基本靠近光源12的焦點(diǎn)(即在第一拋物面反射器的焦點(diǎn)處)，從而增加由該第一拋物面反射器校準(zhǔn)的射線的強(qiáng)度。
在圖1(a)中，表示了當(dāng)沿垂直于燈軸線的方向看時(shí)從光源12發(fā)出的三束不同射線(a、b和c)的光路。由燈發(fā)出的光對(duì)著(subtend)環(huán)繞垂直于燈的軸線的大約90°角度，如圖1(a)中的射線a和c所示。
另一方面，當(dāng)從平行于燈軸線的方向看時(shí)，由燈發(fā)出的光對(duì)著大約180°的錐角，如圖1(b)中的射線a’和c’所示。
上述軸向、雙拋物面光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，在目標(biāo)處，在射線a和c以及a’和c’之間產(chǎn)生較大角度。因此，射線以相對(duì)于目標(biāo)表面的較大入射角到達(dá)目標(biāo)13。這樣，目標(biāo)13的輸入的數(shù)值孔徑(NA)可以非常大，有時(shí)可高到1.0，而光在它上面聚焦的面積很小。較大數(shù)值孔徑與較小面積的組合可能不適于能夠與系統(tǒng)的光耦合的光學(xué)部件。當(dāng)希望有不同的數(shù)值孔徑時(shí)，例如希望數(shù)值孔徑較小時(shí)，某些以最小亮度損失來轉(zhuǎn)變光的面積和發(fā)散角的裝置可以包含在該裝置中。
轉(zhuǎn)變光的面積和發(fā)散角的代表性裝置是透鏡和錐形光波導(dǎo)管，該錐形光波導(dǎo)管也稱為錐形光導(dǎo)管(TLP)。盡管透鏡提供了轉(zhuǎn)變光的輸入面積和發(fā)散角的高效裝置，但是它們?cè)诓僮鲿r(shí)需要一定大小的空間。還有，它們并不能很好地適應(yīng)較大數(shù)值孔徑。因此，通常用錐形光導(dǎo)管來代替透鏡。不過，錐形光導(dǎo)管必須相對(duì)較長，以便高效轉(zhuǎn)變光。
在美國專利申請(qǐng)No.09/669841中，介紹了用于向較小光源目標(biāo)提供1∶1放大率的雙橢球形反射器系統(tǒng)。該高效集中和聚集系統(tǒng)如圖2所示，采用兩個(gè)大致對(duì)稱的橢球形反射器20、21，這兩個(gè)反射器20、21布置成使第一反射器20反射的光由第二反射器21的相應(yīng)部分接收。尤其是，光源22發(fā)出的光由第一橢球形反射器20集中，并朝著第二反射器21而聚焦在光學(xué)軸線25上。該第二反射器21接收聚焦的光束，并使該光重新聚焦在位于焦點(diǎn)處的目標(biāo)23上。
如圖2所示，雙橢球形系統(tǒng)有著與雙拋物面系統(tǒng)相同的缺點(diǎn)，即在目標(biāo)處，在射線a和射線c之間產(chǎn)生較大角度。因此，射線a和射線c也以相對(duì)于目標(biāo)表面的較大入射角到達(dá)目標(biāo)，從而需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變光的輸入面積和發(fā)散角。
雙橢球形系統(tǒng)的另一實(shí)施例如圖3所示。該雙橢球形系統(tǒng)有與上述雙拋物面和雙橢球形系統(tǒng)相同的缺點(diǎn)，即在目標(biāo)處，在射線a和射線c之間產(chǎn)生較大角度。因此，射線a和射線c也以相對(duì)于目標(biāo)表面的較大入射角到達(dá)目標(biāo)，從而需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變光的輸入面積和發(fā)散角。
實(shí)際上，根據(jù)亮度原理，具有這樣較大NA的光可以轉(zhuǎn)變成使NA較小而使面積較大。該轉(zhuǎn)變例如可以通過錐形光導(dǎo)管來進(jìn)行。
圖4(a)中表示的標(biāo)準(zhǔn)長錐形光導(dǎo)管40a有用于上述系統(tǒng)的扁平輸入表面41a。圖4(b)中表示的標(biāo)準(zhǔn)短錐形光導(dǎo)管40b有用于上述系統(tǒng)的扁平輸入表面41b。該長錐形光導(dǎo)管和短錐形光導(dǎo)管都可以用于將輸入口41處的、具有較小面積d1和較大數(shù)值孔徑NA1的光轉(zhuǎn)變成在輸出口42處的、具有較大面積d2和較小數(shù)值孔徑NA2的光。當(dāng)光43以較大入射角44照射在錐形光導(dǎo)管40上時(shí)，如圖4所示，光導(dǎo)管40的錐度將該較大輸入角40轉(zhuǎn)變成較小輸出角45。角度轉(zhuǎn)變的度數(shù)及取決于錐度大小。對(duì)于理想的錐形光導(dǎo)管，亮度保持不變。因此，對(duì)于理想的錐形光導(dǎo)管，光在輸入口41處的數(shù)值孔徑NA1和面積d1的乘積等于光在輸出口42處的數(shù)值孔徑NA2和面積d2的乘積。可以知道d1*NA1＝d2*NA2 (1)在實(shí)際應(yīng)用中，執(zhí)行優(yōu)化要求可能使得優(yōu)化的尺寸偏離理想情況。
對(duì)于特定系統(tǒng)，通過使錐形光導(dǎo)管與輸出裝置匹配而設(shè)計(jì)輸出角45。在錐形光導(dǎo)管的設(shè)計(jì)中，通常知道三個(gè)變量，并能夠計(jì)算第四變量在一個(gè)實(shí)施例中，長度為75.00mm的錐形光導(dǎo)管設(shè)計(jì)成使d1＝3.02mm，NA1＝0.7，且d2＝9.0mm。因此，輸出的數(shù)值孔徑，NA2預(yù)計(jì)為0.23。不過，在制造錐形光導(dǎo)管時(shí)，在輸出口處的實(shí)際數(shù)值孔徑為0.26，大于預(yù)計(jì)值0.23。這樣的較大數(shù)值孔徑將導(dǎo)致隨后光學(xué)元件中的耦合效率損失。但是當(dāng)輸入面積減小以減小輸出口處的數(shù)值孔徑時(shí)，首先更少的光將耦合到錐形光導(dǎo)管內(nèi)，從而減小了系統(tǒng)的總體集中效率。
在輸出口處的數(shù)值孔徑大于預(yù)計(jì)值的原因是由于公式(1)假設(shè)理想錐形光導(dǎo)管為無限長。對(duì)于無限長的錐形光導(dǎo)管，錐度角將為零。不過，實(shí)際上錐度角必須為大于零的一定數(shù)值，因?yàn)殄F形光導(dǎo)管的長度有限，因此，實(shí)際數(shù)值孔徑與通過公式的預(yù)計(jì)值不同。當(dāng)錐形光導(dǎo)管更長時(shí)，實(shí)際的數(shù)值孔徑將接近預(yù)計(jì)的數(shù)值孔徑。不過，較長的錐形光導(dǎo)管可能需要更大空間。
而且，當(dāng)通過將針孔布置成抵靠輸出表面來測量例如圖4中所示的錐形光導(dǎo)管的輸出數(shù)值孔徑時(shí)，將觀察到角度轉(zhuǎn)變，這顯示輸出光可能并沒有焦闌(telecentric)。
在圖5中表示了典型弧光燈的輻射包絡(luò)。輻射將由弧光燈以在平行于燈的軸線(圖5中的z軸線)的平面內(nèi)對(duì)著+-90°的角度的圖形內(nèi)發(fā)出，并360°環(huán)繞該燈的軸線。當(dāng)該包絡(luò)沿z軸線投射到平表面上時(shí)，它將顯示為圓形。由該燈發(fā)出通過反向反射器聚焦在雙拋物面或雙橢球形反射器結(jié)構(gòu)的目標(biāo)上的光例如可以有橢圓形的數(shù)值孔徑(NA)，該數(shù)值孔徑(NA)從沿z方向的1.0到例如沿x方向的0.7變化。
不過，圖1(a)中所示的系統(tǒng)(例如雙拋物面系統(tǒng))的數(shù)值孔徑(NA)可以為矩形，如圖6所示，而不是圓形或橢圓形。因此，沿輸入表面的橫截面的對(duì)角線方向的NA可能大于x方向的NA或z方向的NA。當(dāng)光通過例如TLP進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí)，在輸出口可以獲得類似的矩形或方形角度分布，如圖7所示，該圖表示了方形的實(shí)例。不過，因?yàn)橄到y(tǒng)的輻射輸入為圓形或橢圓形分布，因此，圓形NA或橢圓形NA可能更適于普通光學(xué)系統(tǒng)，該圓形NA如圖8中所示。
圖9表示了用于目標(biāo)的輸入孔的不同結(jié)構(gòu)。輸入孔的長寬比通常大于1。因此，輸入孔的長寬比可以形成為與從側(cè)面看時(shí)弧光燈的發(fā)射區(qū)域的長寬比相同。在目標(biāo)處的輸入孔與弧的匹配，不過，并不需要使它與最終輸出裝置例如光纖或投影機(jī)匹配。因此，希望轉(zhuǎn)變裝置將輸入光的長寬比和NA轉(zhuǎn)變成用于輸出裝置的、令人滿意的長寬比和NA。
因此，還需要提供用于在相對(duì)較短空間內(nèi)轉(zhuǎn)變光的輸入面積和發(fā)散角的高效裝置，這樣，輸出為焦闌(telecentric)，并有對(duì)稱的圓形或橢圓形NA分布。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于較大數(shù)值孔徑的集中和聚焦系統(tǒng)中的光學(xué)耦合元件。該光學(xué)耦合元件包括錐形光導(dǎo)管，該錐形光導(dǎo)管有輸入端和在輸出側(cè)的透鏡。輸入端可以為八邊形。光學(xué)耦合元件可以布置在光纖、光纖束或投影機(jī)的輸入端。錐形光導(dǎo)管和透鏡調(diào)節(jié)光的面積和它的數(shù)值孔徑，以便適應(yīng)該光纖、光纖束或投影機(jī)。該透鏡也可以偏振或校準(zhǔn)光，以便產(chǎn)生焦闌輸出。
尤其是，集中和聚焦系統(tǒng)包括電磁輻射源；光學(xué)耦合元件，該光學(xué)耦合元件將由該源發(fā)出的電磁輻射的至少一部分照射，該光學(xué)耦合元件包括在輸出端有彎曲表面的錐形光導(dǎo)管；反射器，該反射器有第一和第二焦點(diǎn)，該源位于靠近該反射器的第一焦點(diǎn)，以便產(chǎn)生產(chǎn)生從第一焦點(diǎn)向第二焦點(diǎn)反射的輻射射線，并基本會(huì)聚在第二焦點(diǎn)處；其中，錐形光導(dǎo)管的輸入端可以位于靠近該反射器的第二焦點(diǎn)，以便集中該電磁輻射。
通過將電磁輻射源基本布置在反射器的第一焦點(diǎn)上，從而使該源產(chǎn)生能夠由反射器反射并基本聚集在反射器的第二焦點(diǎn)上的輻射射線，由電磁輻射源發(fā)出的電磁輻射可以集中和聚焦在錐形光導(dǎo)管的輸入端上。光學(xué)耦合元件包括錐形光導(dǎo)管，該錐形光導(dǎo)管有彎曲輸出表面，該光學(xué)耦合元件可以布置成使錐形光導(dǎo)管的輸入端可以基本靠近反射器的第二焦點(diǎn)，從而使會(huì)聚的、由反射器反射的輻射射線通過錐形光導(dǎo)管和彎曲表面，這樣，光的發(fā)散角和面積可以調(diào)節(jié)成適合其它元件，例如光纖、波導(dǎo)管、偏振射束分流器或投影機(jī)。
通過下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更好地理解本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖描述圖1(a)是表示用于本發(fā)明實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)的示意圖；圖1(b)是表示沿反射器軸線看時(shí)圖1(a)中所示的實(shí)施例的燈和第一反射器的詳圖；圖2是表示用于本發(fā)明的實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)的示意圖；圖3是表示圖2中所示的集中和聚焦系統(tǒng)的變化形式的示意圖；圖4(a)和4(b)是表示普通錐形光導(dǎo)管的示意圖；
圖5是表示用于本發(fā)明實(shí)施例的燈的輻射包絡(luò)的視圖；圖6是表示典型數(shù)值孔徑的視圖；圖7是表示典型數(shù)值孔徑的視圖；圖8是表示典型數(shù)值孔徑的視圖；圖9表示了輸入孔的各種結(jié)構(gòu)；圖10a表示了根據(jù)本發(fā)明第一、第三和第四實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖10b表示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖11表示了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖12表示了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖13表示了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖14表示了根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖15表示了根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖16表示了根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖17表示了根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖18表示了根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖19表示了根據(jù)本發(fā)明第十三實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖20表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的某些典型錐形；圖21表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的輸出端的某些典型橫截面；圖22表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的輸入端的某些典型橫截面；圖23表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的輸入表面的某些典型橫截面；圖24表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的輸出表面的某些典型橫截面；圖25表示了用于本發(fā)明實(shí)施例的TLP；圖26表示了根據(jù)本發(fā)明第十五實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖27表示了根據(jù)本發(fā)明第十六實(shí)施例的集中和聚焦系統(tǒng)；圖28表示了圖27中所示實(shí)施例的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖10a和10b中表示了用于將電磁輻射1001發(fā)射到光學(xué)耦合元件1002中的集中和聚焦系統(tǒng)1000，該光學(xué)耦合元件1002包括在錐形光導(dǎo)管(TLP)1004的輸出端1015處的彎曲表面1003。TLP 1004例如可以是直線光導(dǎo)管(SLP)，如圖20a所示，或者它可以有一定的型面，例如有遞增的錐形，如圖20b所示，有遞減的錐形，如圖20c所示，或者為彎曲錐形，如圖20d和20e所示。
圖21中表示了輸出端1015的各種截面。輸出端1015例如可以有矩形截面，如圖21a所示，方形截面，如圖21b所示，橢圓形截面，如圖21c所示，圓形截面，如圖21d所示，八邊形截面，如圖21e所示，六邊形截面，如圖21f所示，或多邊形截面。彎曲表面1003例如可以為TLP 1004的整體部分，或者為牢固安裝在TLP 1004輸出端1015上的單獨(dú)透鏡。
TLP 1004有輸入端1007。圖22表示了輸入端1007的各種截面。輸入端1007例如可以有矩形截面，如圖22a所示，方形截面，如圖22b所示，橢圓形截面，如圖22c所示，圓形截面，如圖22d所示，八邊形截面，如圖22e所示，六邊形截面，如圖22f所示，或多邊形截面，或者適于使輻射高效耦合到TLP 1004中的其它截面。
在第一實(shí)施例中，如圖10a所示，集中和聚焦系統(tǒng)100有反射器1008，該反射器1008有第一焦點(diǎn)1010和第二焦點(diǎn)1011，該反射器1008布置成環(huán)繞電磁輻射1001源1006，因此，該源1006可以基本位于反射器1008的第一焦點(diǎn)1010附近。反射器1008例如可以為基本橢球形、環(huán)形、球形或旋轉(zhuǎn)拋物面。源1006產(chǎn)生電磁輻射1001射線，該射線由反射器1008朝著第二焦點(diǎn)1011反射，從而基本會(huì)聚在第二焦點(diǎn)1011處。
在第二實(shí)施例中，如圖10b所示，反射器1008包括第一反射器1008a，該第一反射器1008a有第一光學(xué)軸線1009a和基本在該第一光學(xué)軸線1009a上的第一焦點(diǎn)1010；以及第二反射器1008b，該第二反射器1008b有第二光學(xué)軸線1009b和基本在該第二光學(xué)軸線1009b上的第二焦點(diǎn)1011，該第二反射器1008b布置成基本與第一反射器1008a對(duì)稱。第一反射器1008a可以布置成環(huán)繞源1006，這樣，該源1006可以基本位于第一反射器1008a的第一焦點(diǎn)1010附近。第一光學(xué)軸線1009a基本與第二光學(xué)軸線1009b共線。源1006產(chǎn)生電磁輻射1001射線該射線由第一反射器1008a朝著第二反射器1008b反射，從而基本會(huì)聚在第二焦點(diǎn)1011處。
反射器1008a和1008b例如可以都為基本橢球形或旋轉(zhuǎn)拋物面。在可選實(shí)施例中，反射器1008a和1008b中的一個(gè)例如可以為基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面，而另一個(gè)反射器可以為基本旋轉(zhuǎn)雙曲面。
在任意一個(gè)上述實(shí)施例中，光學(xué)耦合元件1002可以布置成使輸入端1007基本靠近第二焦點(diǎn)1011，這樣，由源1006發(fā)出的至少一部分電磁輻射1001可以耦合到輸入端1007內(nèi)。
電磁輻射1001可以由TLP 1004傳送到彎曲表面1003，從而沿該TLP 1004的長度來改變光的面積和發(fā)散角。然后，彎曲表面1003進(jìn)一步調(diào)節(jié)光的發(fā)散角，以便更加與預(yù)計(jì)值匹配。彎曲表面1003也可以使光束從一點(diǎn)到另一點(diǎn)有更均勻的角度分布，從而使輸出基本焦闌或遠(yuǎn)心。在一個(gè)實(shí)施例中，TLP 1004的輸入端1007可以有八邊形形狀，這樣，輸出NA分布更加為圓形，如圖25所示。
根據(jù)特殊用途，TLP 1004的錐形過渡可以平直或彎曲。彎曲表面1003和TLP 1004可以形成為一件，或者分別制造并裝配在一起。當(dāng)彎曲表面1003和TLP 1004為單獨(dú)零件時(shí)，彎曲表面1003和TLP 1004之間的折射率應(yīng)當(dāng)匹配。TLP 1004可以有包層或沒有包層。TLP 1004的輸出表面也可以彎曲，以便與特定透鏡合適匹配。
反射器1008可以涂覆有涂層，該涂層只反射電磁輻射譜的預(yù)定部分。例如，該涂層可以只反射可見光輻射、預(yù)定波段的輻射或特定顏色的輻射。反射器1008還可以為基本橢球形、環(huán)形、球形或旋轉(zhuǎn)拋物面部分。
在第十五實(shí)施例中，如圖26所示，反射器2608a和2608b布置成以基本對(duì)稱的關(guān)系彼此相對(duì)。
第一反射器2608a的拐角2662a可以沿基本平行于第一光學(xué)軸線2609a的平面2660截去。這樣，第一反射器2608a的總寬度可以小于由第一反射器2608a的輸出側(cè)形成的半圓的直徑。
平面2660也可以基本平行于第二光學(xué)軸線2609b因?yàn)榈谝还鈱W(xué)軸線2609a可以基本與第二光學(xué)軸線2609b共線。第二反射器2608b的拐角2662b可以沿基本平行于第一光學(xué)軸線2609a的平面2660截去。這樣，第二反射器2608b的總寬度可以小于由第一反射器2608b的輸出側(cè)形成的半圓的直徑。
由于缺少拐角2662a和2662b而引起的輻射損失估計(jì)為大約10％或20％。盡管為了清楚，第一和第二反射器2608a和2608b表示為在它們之間有間隙，但是它們也可以布置成彼此接近。這使得第一和第二反射器2608a和2608b例如可以通過玻璃模制而形成為一件。
在圖27和28中表示了本發(fā)明第十六實(shí)施例的便攜式前投影系統(tǒng)2700。已經(jīng)截去拐角的第一反射器2708a和第二反射器2708b基本對(duì)稱地彼此相對(duì)布置。源2706布置成基本靠近第一反射器2708a的第一焦點(diǎn)2710，由該源2706發(fā)出的輻射2701朝著第二反射器2708b反射，從而再反射到第二反射器2708b的第二焦點(diǎn)2707。在錐形光導(dǎo)管(TLP)2704的輸出端2715處包括彎曲表面2703的光學(xué)耦合元件2702可以布置成使輸入端2711靠近第二焦點(diǎn)2707，以便將輻射2701集中和傳送給例如投射系統(tǒng)。
源2706可拆卸地布置在固定裝置2770中，這樣，該源2706可以在它的使用壽命到期時(shí)進(jìn)行拆卸和更換。固定裝置例如可以是在美國專利No.5598497中所述的“3∶2∶1”的固定裝置，該文獻(xiàn)的內(nèi)容被本文參引。
源2706的電源2772可以與電子元件以及合適的鎮(zhèn)流器一起布置成靠近該源2706。
在第三實(shí)施例中，如圖10a所示，反向反射器1012可以布置成將并不直接照射到反射器1008上的電磁輻射1001的至少一部分朝著反射器1008并通過第一焦點(diǎn)1010而反射回來，以便增加會(huì)聚射線的通量強(qiáng)度。在優(yōu)選實(shí)施例中，附加的反射器1012可以為球形反向反射器，該球形反向反射器布置在源1006的、與反射器1008相對(duì)的一側(cè)，以便將由源1006沿離開反射器1008的方向發(fā)出的電磁輻射朝著反射器1008并通過反射器1008的第一焦點(diǎn)1010而反射回來。
在一個(gè)實(shí)施例中，源1006可以為發(fā)光弧光燈。源1006例如可以為氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈或水銀燈。在可選實(shí)施例中，該源1006可以為白熾燈。
在第四實(shí)施例中，還如圖10a所示，由光學(xué)耦合元件1002集中和聚焦的電磁輻射1001可以與中間波導(dǎo)管1013耦合，該中間波導(dǎo)管1013例如單芯光纖、光纖束、熔合光纖束、多邊形桿或空心反射光導(dǎo)管。中間波導(dǎo)管1013的截面可以為圓形、多邊形、錐形或它們的組合。光學(xué)耦合元件1002和波導(dǎo)管1013可以由例如石英、玻璃、塑料或丙烯酸樹脂等材料制成。光纖1014可以通過在光學(xué)耦合元件1002處集中和聚焦的電磁輻射1001來進(jìn)行照射。
在第五實(shí)施例中，如圖11所示，由光學(xué)耦合元件1102集中和聚焦的電磁輻射1101可以與投影機(jī)1116耦合。
在第六實(shí)施例中，如圖12所示，光纖1214可以通過在光學(xué)耦合元件1202處集中和聚焦的電磁輻射1201來直接進(jìn)行照射。光纖1214傳送和釋放該集中和聚焦的電磁輻射1201，以便照射合適位置。
在第七實(shí)施例中，如圖13所示基于波導(dǎo)管的偏振回收系統(tǒng)1300可以布置成接收離開彎曲表面1303的光。偏振射束分流器1391包括與偏振膜1395接觸的兩個(gè)棱鏡1390、1392，該偏振射束分流器1391例如接收來自彎曲表面1303的非偏振光，并將它分解成一對(duì)垂直的偏振射束1398p和1398s。偏振射束1398p例如可以為TE偏振，它可以轉(zhuǎn)向至輸出光導(dǎo)管1399，而偏振射束1398s例如可以為TM偏振，它并不轉(zhuǎn)向至輸出光導(dǎo)管1399。偏振射束1398s實(shí)際上通過半波板1394，該半波板1394的軸線與TM平面成45°，因此，偏振射束1398s的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，從而與偏振射束1398p的偏振方向匹配。偏振射束1398s可以再通過棱鏡1396而轉(zhuǎn)向至輸出光導(dǎo)管1399。因此，在輸出光導(dǎo)管1399中的光可以都為基本相同的偏振方向。
在第八實(shí)施例中，如圖14所示，光強(qiáng)度分流器1490可以布置成接收離開彎曲表面1403的光。光強(qiáng)度分流器1490可以包括兩個(gè)或更多光學(xué)光導(dǎo)管。尤其是，兩個(gè)光導(dǎo)管，即第一和第二輸出光導(dǎo)管1492和1494可以布置成接收基本相同比例的、離開彎曲表面1403的光。
在第九實(shí)施例中，如圖15所示有輸入表面1518和輸出表面1520的第二光導(dǎo)管1516可以布置成使輸入表面1518接近TLP 1504的彎曲表面1503，以便集中和傳送基本全部所述輻射1501。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入表面1518可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彎曲表面1503。在優(yōu)選實(shí)施例中，輸入表面1518可以基本為所述彎曲表面1503的兩倍。
在一個(gè)實(shí)施例中，如圖15a所示，輸入表面1518可以由與彎曲表面1503共同延伸的第一區(qū)域1550以及并不與所述彎曲表面1503共同延伸的第二區(qū)域1552組成。在另一實(shí)施例中，第二區(qū)域1552可以涂覆有反射涂層，以便將輻射往回朝著輸出表面1520反射。
在另一實(shí)施例中，如圖15b所述，波形片可以在它的外表面有反射涂層的情況下布置成靠近第二區(qū)域1552，以便將輻射往回朝著輸出表面1520反射。這樣，例如從具有特定偏振方向的偏振器返回的輻射可以重新進(jìn)行偏振，例如進(jìn)行圓形偏振，并重新使用。
在另一實(shí)施例中，如圖15c所示彎曲表面1503有第一尺寸1558和第二尺寸1560，該第二尺寸1560基本垂直于第一尺寸1558。輸入表面1518有第三尺寸1562和第四尺寸1564，該第三尺寸1562基本垂直于第四尺寸1560。當(dāng)然，該第一、第二、第三和第四尺寸是任意的，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下可以互換。
第二光導(dǎo)管1516由例如石英、玻璃、塑料或丙烯酸樹脂等材料制成。第二光導(dǎo)管1516例如可以為SLP或TLP。第二光導(dǎo)管1516例如可以為基本空心。
第二光導(dǎo)管1516的輸入表面1518例如可以為矩形截面，如圖23a所示，方形截面，如圖23b所示，橢圓形截面，如圖23c所示，圓形截面，如圖23d所示，八邊形截面，如圖23e所示，六邊形截面，如圖23f所示，或多邊形截面。
輸出表面1520例如可以為矩形截面，如圖24a所示，方形截面，如圖24b所示，橢圓形截面，如圖24c所示，圓形截面，如圖24d所示，八邊形截面，如圖24e所示，六邊形截面，如圖24f所示，或多邊形截面。該輸出表面1520例如可以為基本凸形。
在第十實(shí)施例中，如圖16所示，第一反射器1622可以布置成靠近光導(dǎo)管1616的輸出表面1620。第一反射器1622傳送第一波段的輻射1624，同時(shí)反射第二和第三波段的輻射1626、1628。第二反射器1630也可以布置成靠近輸出表面1620，并靠近第一反射器1622。第二反射器1630傳送第二波段的輻射1626，同時(shí)反射第一和第三波段的輻射1624、1628。第三反射器1632也可以布置成靠近輸出表面1620，并靠近第一和第二反射器1622和1630。第三反射器1632傳送第三波段的輻射1628，同時(shí)反射第一和第二波段的輻射1624、1626。
第一、第二和第三波段的輻射1624、1626和1628例如可以為紅色、桔色、黃色、綠色、藍(lán)色、靛藍(lán)色、紫色、粉紅色、白色、洋紅色、紅外或紫外輻射。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一、第二和第三波段的輻射1624、1626和1628可以是紅色、綠色和藍(lán)色輻射，沒有特別的順序。
如圖16所示，第一、第二和第三反射器1622、1630和1632可以布置成彼此平行，盡管它們可以稍微重疊。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出表面1620可以分成第一、第二和第三區(qū)域1634、1636、1638。這時(shí)，第一反射器1622例如可以是在第一區(qū)域1634上的第一反射涂層1640。第二反射器1630例如可以是在第二區(qū)域1636上的第二反射涂層1642。第三反射器1632例如可以是在第三區(qū)域1638上的第三反射涂層1644。
在第十一實(shí)施例中，如圖17所示，第一、第二和第三反射器1722、1730和1732例如可以以色輪1748的方式環(huán)繞軸1746布置。色輪1748例如可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸1746上，并有包括第一、第二和第三區(qū)域1750、1752、1754的表面，該第一、第二和第三區(qū)域1750、1752、1754繞軸1746螺旋布置。這時(shí)，第一反射器1722例如可以是在第一區(qū)域1750上的第一反射涂層1740。第二反射器1730例如可以是在第二區(qū)域1752上的第二反射涂層1742。第三反射器1732例如可以是在第三區(qū)域1754上的第三反射涂層1744。
在第十二實(shí)施例中，如圖18所示，色輪1848例如可通過電馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸1846而旋轉(zhuǎn)，當(dāng)色輪1848旋轉(zhuǎn)時(shí)，入射在色輪1848上的輻射1801可以順序通過，從而產(chǎn)生滾動(dòng)的彩色帶。滾動(dòng)的彩色帶可以集中和聚焦在圖像投影系統(tǒng)1864上。該成像儀可以與色輪同步并進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生可以投影在屏幕上的圖像。
在第十三實(shí)施例中，如圖19所示，反射偏振器1966可以布置成靠近輸出表面1920，以便將基本全部輻射1910都集中和偏振成第一偏振方向1968和第二偏振方向1970。例如，第一偏振方向1968的輻射例如可以是P偏振輻射，而第二偏振方向1970的輻射例如可以是s偏振輻射。當(dāng)然，偏振方向的順序可以顛倒。在一個(gè)實(shí)施例中，反射偏振器1966例如可以為金屬絲柵格偏振器。
當(dāng)圖像投影系統(tǒng)1964例如為需要偏振光的類型時(shí)，例如為硅液晶(LCOS)成像儀時(shí)，可以采用反射偏振器1966。這時(shí)，當(dāng)圖像投影系統(tǒng)1964例如構(gòu)成為利用第一偏振方向1968的輻射時(shí)，P偏振輻射1968可以傳送給圖像投影系統(tǒng)1964，而不能由圖像投影系統(tǒng)1964直接利用的s偏振輻射1970可以基本朝著輸入反射回來。
S偏振輻射1970將通過第二焦點(diǎn)1911返向反射器1908，并最終到達(dá)第一焦點(diǎn)1910。某些s偏振輻射1970可以通過第一焦點(diǎn)1910并由反向反射器1912反射。因?yàn)榛厥盏膕偏振輻射1970沿通過第一焦點(diǎn)1910的通路運(yùn)動(dòng)，因此etendue基本沒有損失，因此看起來就象由源1906發(fā)射。
根據(jù)本發(fā)明的第十四實(shí)施例，用于集中通過電磁輻射源發(fā)出的電磁輻射和將該集中的輻射聚焦在目標(biāo)上的方法的步驟如下將電磁輻射源基本布置在第一反射器的第一焦點(diǎn)處；通過該源產(chǎn)生射線；通過第一反射器將輻射的射線向著第二反射器進(jìn)行反射；使輻射射線基本會(huì)聚在第二反射器的第二焦點(diǎn)上；布置基本TLP，使得它的輸入端(例如可以有矩形、橢圓形或八邊形的截面)可以基本接近第二反射器的第二焦點(diǎn)。布置彎曲表面，使得該彎曲表面的中心可以基本靠近TLP的輸出端；由反射器反射的輻射射線經(jīng)過光學(xué)耦合元件的基本TLP，并通向彎曲表面；當(dāng)光通過光學(xué)耦合元件的基本TLP并通向彎曲表面時(shí)，調(diào)節(jié)光的面積和發(fā)散角。
盡管上面已經(jīng)詳細(xì)介紹了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不局限于特定實(shí)施例。尤其是，上述實(shí)施例也可以用于標(biāo)準(zhǔn)的同軸橢球形和拋物面形反射器。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的思想的情況下，根據(jù)上述特殊實(shí)施例，可以進(jìn)行多種使用和變化。
權(quán)利要求
1.一種集中和聚集系統(tǒng)，包括光學(xué)耦合元件，所述光學(xué)耦合元件還包括TLP，該TLP由所述源發(fā)射的電磁輻射的至少一部分進(jìn)行照射，所述TLP有輸入端和輸出端；彎曲表面，該彎曲表面牢固布置在所述輸出端上；反射器，該反射器有第一和第二焦點(diǎn)；電磁輻射源，該電磁輻射源布置成靠近所述反射器的所述第一焦點(diǎn)，以便發(fā)出可以由所述反射器反射并基本聚集在所述第二焦點(diǎn)的輻射射線；以及其中，所述TLP的所述輸入端位于基本靠近所述反射器的所述第二焦點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述反射器包括第一反射器，該第一反射器有第一光學(xué)軸線，所述第一焦點(diǎn)是所述第一反射器的焦點(diǎn)，所述反射器還包括第二反射器，該第二反射器有第二光學(xué)軸線，且該第二反射器布置成基本與所述第一反射器對(duì)稱，這樣，所述第一和第二光學(xué)軸線基本共線，其中，所述第二焦點(diǎn)是所述第二反射器的焦點(diǎn)；以及其中，所述輻射射線由所述第一反射器朝著所述第二反射器反射，并基本會(huì)聚在所述第二焦點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述第一反射器的拐角沿基本平行于所述第一光學(xué)軸線的平面截去。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述第二反射器的拐角沿基本平行于所述第二光學(xué)軸線的平面截去。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述反射器有涂層，該涂層只反射電磁輻射譜的預(yù)定部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述輸入端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述輸出端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述TLP的型面從以下組中選擇平直錐形；遞增錐形；遞減錐形；以及彎曲錐形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述反射器有涂層，該涂層只反射電磁輻射譜的預(yù)定部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述涂層只反射可見光輻射、預(yù)定波段的輻射或特定顏色的輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述反射器包括至少一部分從以下組中選擇的旋轉(zhuǎn)表面基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；基本旋轉(zhuǎn)環(huán)形表面；基本旋轉(zhuǎn)球形表面；以及基本旋轉(zhuǎn)拋物面形表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，還包括反向反射器，該反向反射器布置成與所述反射器相對(duì)，以便將并不直接照射到所述反射器上的電磁輻射的至少一部分朝著所述反射器并通過所述反射器的第一焦點(diǎn)而反射回來，以便增加會(huì)聚射線的通量強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述反向反射器包括布置在所述源的、與所述第一反射器相對(duì)的一側(cè)的球形反向反射器，以便將所述源發(fā)出的、方向偏離所述第一反射器的電磁輻射朝著所述第一反射器并通過所述反射器的第一焦點(diǎn)反射。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述源包括發(fā)光弧光燈。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述弧光燈包括從以下組中選擇的燈氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈或水銀燈。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述源包括白熾燈。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，還包括投影機(jī)，布置成接收所述輻射。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述光學(xué)耦合元件還包括波導(dǎo)管，該波導(dǎo)管從以下組中選擇單芯光纖、光纖束、熔合光纖束、多邊形桿、空心反射光導(dǎo)管。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述波導(dǎo)管的截面從以下組中選擇圓形波導(dǎo)管、多邊形波導(dǎo)管、錐形波導(dǎo)管或它們的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)耦合元件還包括基于波導(dǎo)管的偏振回收系統(tǒng)，所述偏振回收系統(tǒng)包括偏振射束分流器，該偏振射束分流器布置成靠近所述彎曲表面，以便使第一偏振光射束轉(zhuǎn)向和使第二偏振光射束通過；半波板，該半波板布置成靠近所述偏振射束分流器，并在所述第二偏振光射束的通路內(nèi)；棱鏡，該棱鏡布置成靠近所述半波板，以便使所述第二偏振光射束轉(zhuǎn)向；以及輸出光導(dǎo)管，該輸出光導(dǎo)管布置在所述第一偏振光射束的通路中和所述第二偏振光射束的所述通路中。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述光學(xué)耦合元件還包括光強(qiáng)度分流器，所述光強(qiáng)度分流器包括第一輸出光導(dǎo)管，該第一輸出光導(dǎo)管布置成靠近所述彎曲表面；以及第二輸出光導(dǎo)管，該第二輸出光導(dǎo)管布置成靠近所述彎曲表面。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中所述TLP包括從以下組中選擇的材料石英、玻璃、塑料或丙烯酸樹脂。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中和聚集系統(tǒng)，其中還包括一個(gè)光纖，該光纖由集中和聚集在所述光學(xué)耦合元件的輻射所照射，所述光纖釋放出集中和聚集的輻射，以便為一個(gè)需要的位置提供照射。
26.一種用于集中由電磁輻射源發(fā)出的電磁輻射和基本將該集中的輻射聚焦在目標(biāo)上的方法，該方法包括如下步驟將所述電磁輻射源基本布置在第一反射器的第一焦點(diǎn)處；通過所述源產(chǎn)生射線；通過所述反射器將輻射射線基本朝著所述反射器的焦點(diǎn)輻射；使所述輻射射線基本會(huì)聚在所述反射器的所述第二焦點(diǎn)上；布置有輸入端和輸出端的基本TLP，這樣，所述輸入端基本接近反射器的第二焦點(diǎn)；布置彎曲表面，使得所述彎曲表面的中心基本接近TLP的輸出端；通過使由所述反射器反射的輻射射線經(jīng)過所述TLP的所述輸入端，并通向彎曲表面，從而調(diào)節(jié)所述輻射射線的面積或發(fā)散角。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的、用于集中電磁輻射的方法，其中所述反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)拋物面形表面。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的、用于集中電磁輻射的方法，其中所述反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面。
29.一種TLP，包括輸入端；基本凸形的輸出端，該輸出端基本透明地與所述輸入端相連；所述輸入端通過電磁輻射來照射；其中，所述輻射的第一NA通過所述TLP轉(zhuǎn)變成第二NA；以及所述第一NA基本與所述第二NA不相等。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的TLP，其中所述輸入端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的TLP，其中，所述輸出端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的TLP，其中，所述TLP的型面從以下組中選擇平直錐形；遞增錐形；遞減錐形；以及彎曲錐形。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的TLP，還包括所述電磁輻射的源，所述源包括反射器，該反射器有第一和第二焦點(diǎn)；所述源位于靠近所述反射器的所述第一焦點(diǎn)，以便提供由所述反射器反射并基本會(huì)聚在所述第二焦點(diǎn)處的輻射射線；以及所述TLP的所述輸入端位于靠近所述第二反射器的所述第二焦點(diǎn)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述反射器有涂層，該涂層只反射電磁輻射譜的預(yù)定部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述涂層只反射可見光輻射、預(yù)定波段的輻射或特定顏色的輻射。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述反射器包括至少一部分從以下組中選擇的旋轉(zhuǎn)表面基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；基本旋轉(zhuǎn)環(huán)形表面；基本旋轉(zhuǎn)球形表面；以及基本旋轉(zhuǎn)拋物面形表面。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述反射器包括第一反射器，該第一反射器有第一光學(xué)軸線，所述第一焦點(diǎn)是所述第一反射器的焦點(diǎn)，所述反射器還包括第二反射器，該第二反射器有第二光學(xué)軸線，且該第二反射器布置成基本與所述第一反射器對(duì)稱，這樣，所述第一和第二光學(xué)軸線基本共線，其中，所述第二焦點(diǎn)是所述第二反射器的焦點(diǎn)；以及其中，所述輻射射線由所述第一反射器朝著所述第二反射器反射，并基本會(huì)聚在所述第二焦點(diǎn)上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的TLP，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的TLP，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的TLP，其中所述第一反射器的拐角沿基本平行于所述第一光學(xué)軸線的平面截去。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的TLP，其中所述第二反射器的拐角沿基本平行于所述第二光學(xué)軸線的平面截去。
42.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，還包括反向反射器，該反向反射器布置成與所述反射器相對(duì)，以便將并不直接照射到所述反射器上的電磁輻射的至少一部分朝著所述反射器并通過所述第一焦點(diǎn)而反射回來，以便增加會(huì)聚射線的通量強(qiáng)度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的TLP，其中所述反向反射器包括布置在所述源的、與所述第一反射器相對(duì)的一側(cè)的球形反向反射器，以便將所述源發(fā)出的、方向偏離所述第一反射器的電磁輻射朝著所述第一反射器并通過第一焦點(diǎn)反射。
44.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述源包括發(fā)光弧光燈。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的TLP，其中所述弧光燈包括從以下組中選擇的燈氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈或水銀燈。
46.根據(jù)權(quán)利要求33所述的TLP，其中所述源包括白熾燈。
47.一種NA轉(zhuǎn)變裝置，包括多邊形的輸入端；輸出端，該輸出端基本透明地與所述多邊形輸入端相連；所述輸入端通過電磁輻射來照射；其中，所述輻射的第一NA通過所述TLP轉(zhuǎn)變成第二NA；以及所述第一NA基本與所述第二NA不相等。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述多邊形輸入端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述輸出端的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述TLP的型面從以下組中選擇平直錐形；遞增錐形；遞減錐形；以及彎曲錐形。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸出端為扁平。
52.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸出端為凸形。
53.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，還包括所述電磁輻射的源，所述源包括反射器，該反射器有第一和第二焦點(diǎn)；所述源位于靠近所述反射器的所述第一焦點(diǎn)，以便提供由所述反射器反射并基本會(huì)聚在所述第二焦點(diǎn)處的輻射射線；以及所述TLP的所述輸入端位于靠近所述第二反射器的所述第二焦點(diǎn)。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述反射器有涂層，該涂層只反射電磁輻射譜的預(yù)定部分。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述涂層只反射可見光輻射、預(yù)定波段的輻射或特定顏色的輻射。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述反射器包括至少一部分從以下組中選擇的旋轉(zhuǎn)表面基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；基本旋轉(zhuǎn)環(huán)形表面；基本旋轉(zhuǎn)球形表面；以及基本旋轉(zhuǎn)拋物面形表面。
57.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述反射器包括第一反射器，該第一反射器有第一光學(xué)軸線，所述第一焦點(diǎn)是所述第一反射器的焦點(diǎn)，所述反射器還包括第二反射器，該第二反射器有第二光學(xué)軸線，且該第二反射器布置成基本與所述第一反射器對(duì)稱，這樣，所述第一和第二光學(xué)軸線基本共線，其中，所述第二焦點(diǎn)是所述第二反射器的焦點(diǎn)；以及其中，所述輻射射線由所述第一反射器朝著所述第二反射器反射，并基本會(huì)聚在所述第二焦點(diǎn)上。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第一反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)雙曲線形表面；以及所述第二反射器包括至少一部分基本旋轉(zhuǎn)橢球形表面。
60.根據(jù)權(quán)利要求57所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第一反射器的拐角沿基本平行于所述第一光學(xué)軸線的平面截去。
61.根據(jù)權(quán)利要求57所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第二反射器的拐角沿基本平行于所述第二光學(xué)軸線的平面截去。
62.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置還包括反向反射器該反向反射器布置成與所述反射器相對(duì)，以便將并不直接照射到所述反射器上的電磁輻射的至少一部分朝著所述反射器并通過所述第一焦點(diǎn)而反射回來，以便增加會(huì)聚射線的通量強(qiáng)度。
63.根據(jù)權(quán)利要求47所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述反向反射器包括布置在所述源的、與所述第一反射器相對(duì)的一側(cè)的球形反向反射器，以便將所述源發(fā)出的、方向偏離所述第一反射器的電磁輻射朝著所述第一反射器并通過第一焦點(diǎn)反射。
64.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述源包括發(fā)光弧光燈。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述弧光燈包括從以下組中選擇的燈氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈或水銀燈。
66.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述源包括白熾燈。
67.根據(jù)權(quán)利要求53所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，還包括第二光導(dǎo)管，該第二光導(dǎo)管由輸入表面和輸出表面，所述第二光導(dǎo)管的所述輸入表面布置成靠近所述TLP的所述輸出端，以便集中和傳送基本全部所述輻射；第一反射器，該第一反射器布置成接近所述第二光導(dǎo)管的所述輸出表面，所述第一反射器傳送第一波段的所述輻射，并反射第二和第三波段的所述輻射；第二反射器，該第二反射器布置成接近所述第二光導(dǎo)管的所述輸出表面，所述第二反射器傳送第二波段的所述輻射，并反射第一和第三波段的所述輻射；第三反射器，該第三反射器布置成接近所述第二光導(dǎo)管的所述輸出表面，所述第三反射器傳送第三波段的所述輻射，并反射第一和第二波段的所述輻射；
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸入表面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述輸出端。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸入表面基本為所述輸出端的兩倍大。
70.根據(jù)權(quán)利要求68所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述輸入表面包括第一區(qū)域，該第一區(qū)域與所述輸出端共同延伸；第二區(qū)域，該第二區(qū)域并不與所述輸出端共同延伸；以及其中，所述第二區(qū)域由反射涂層覆蓋。
71.根據(jù)權(quán)利要求68所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述輸入表面包括第一區(qū)域，該第一區(qū)域與所述輸出端共同延伸；第二區(qū)域，該第二區(qū)域并不與所述輸出端共同延伸；以及其中，波形片布置成接近所述第二區(qū)域；所述波形片由反射涂層涂覆。
72.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸出端有第一尺寸和第二尺寸，所述第二尺寸基本垂直于所述第一尺寸；所述輸入表面有第三尺寸和第四尺寸，所述第三尺寸基本垂直于第四尺寸；所述第一尺寸基本等于第三尺寸；以及所述第四尺寸基本為所述第二尺寸的兩倍。
73.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸出表面包括第一、第二和第三區(qū)域；以及所述第一反射器是在所述第一區(qū)域上的第一反射涂層；所述第二反射器是在所述第二區(qū)域上的第二反射涂層；所述第三反射器是在所述第三區(qū)域上的第三反射涂層。
74.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，還包括色輪，該色輪可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸上，并有一表面，該表面包括繞所述軸螺旋布置的第一、第二和第三區(qū)域；以及全部所述輸入表面都基本透明；所述第一反射器是在所述第一區(qū)域上的第一反射涂層；所述第二反射器是在所述第二區(qū)域上的第二反射涂層；所述第三反射器是在所述第三區(qū)域上的第三反射涂層。
75.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第二光導(dǎo)管包括由以下組中選擇的材料石英、玻璃、塑料或丙烯酸樹脂。
76.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第二光導(dǎo)管從以下組中選擇SLP；以及TLP。
77.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述第二光導(dǎo)管為基本空心。
78.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中基本防反射的涂層涂覆在所述輸入表面上。
79.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中基本防反射的涂層涂覆在所述輸出表面上。
80.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸入表面的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
81.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述輸出表面的截面從以下組中選擇矩形；方形；橢圓形；圓形八邊形；六邊形；以及多邊形。
82.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中所述輸出表面基本為凸形。
83.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述第一波段從以下組中選擇紅外線；紅色；桔色；黃色；綠色；藍(lán)色；靛藍(lán)色；紫色；粉紅色；白色；洋紅色；以及紫外線。
84.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述第二波段從以下組中選擇紅外線；紅色；桔色；黃色；綠色；藍(lán)色；靛藍(lán)色；紫色；粉紅色；白色；洋紅色；以及紫外線。
85.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，其中，所述第三波段從以下組中選擇紅外線；紅色；桔色；黃色；綠色；藍(lán)色；靛藍(lán)色；紫色；粉紅色；白色；洋紅色；以及紫外線。
86.根據(jù)權(quán)利要求67所述的NA轉(zhuǎn)變裝置，還包括反射偏振器，該反射偏振器布置成靠近所述輸出表面，所述反射偏振器將基本全部所述輻射都集中和偏振成第一偏振方向和第二偏振方向；其中，所述第一偏振方向的所述輻射將透過；以及所述第二偏振方向的輻射將朝著所述輸出表面反射。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的光回收裝置，其中所述反射偏振器包括金屬絲柵格偏振器。
88.一種便攜式前投影系統(tǒng)，包括光學(xué)耦合元件，所述光學(xué)耦合元件還包括TLP，該TLP由所述源發(fā)出的電磁輻射的至少一部分來照射，所述TLP有輸入端和輸出端；彎曲表面，該彎曲表面牢固布置在所述輸出端上；第一反射器，該第一反射器有第一焦點(diǎn)和第一光學(xué)軸線；第二反射器，該第二反射器有第二焦點(diǎn)和第二光學(xué)軸線，該第二反射器布置成與所述第一反射器基本對(duì)稱，這樣，所述第一和第二光學(xué)軸線基本共線；電磁輻射源，該電磁輻射源布置成靠近所述第一焦點(diǎn)，以便發(fā)出可以由所述第一反射器向所述第二反射器反射并基本聚集在所述第二焦點(diǎn)的輻射射線，所述源可拆卸地布置在固定裝置內(nèi)；用于所述源的電源，該電源牢固布置在所述源附近；以及其中，所述TLP的所述輸入端布置得靠近所述第二焦點(diǎn)。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的便攜式前投影系統(tǒng)，其中所述第一反射器的拐角沿基本平行于所述第一光學(xué)軸線的平面截去。
90.根據(jù)權(quán)利要求88所述的便攜式前投影系統(tǒng)，其中所述第二反射器的拐角沿基本平行于所述第二光學(xué)軸線的平面截去。
91.根據(jù)權(quán)利要求88所述的便攜式前投影系統(tǒng)，還包括反向反射器，該反向反射器布置成與所述反射器相對(duì)，以便將并不直接照射到所述反射器上的電磁輻射的至少一部分朝著所述反射器并通過所述第一焦點(diǎn)而反射回來，以便增加會(huì)聚射線的通量強(qiáng)度。
92.根據(jù)權(quán)利要求88所述的便攜式前投影系統(tǒng)，其中所述反向反射器包括布置在所述源的、與所述第一反射器相對(duì)的一側(cè)的球形反向反射器，以便將所述源發(fā)出的、方向偏離所述第一反射器的電磁輻射朝著所述第一反射器并通過其第一焦點(diǎn)反射。
93.根據(jù)權(quán)利要求88所述的便攜式前投影系統(tǒng)，還包括投影機(jī)，該投影機(jī)布置成接收所述輻射。
全文摘要
一種光學(xué)耦合元件，用于較大數(shù)值孔徑的集中和聚集系統(tǒng)。該光學(xué)耦合元件包括在錐形光導(dǎo)管(TLP)輸出端處的彎曲表面例如透鏡。與彎曲表面組合的該TLP改變離開彎曲表面的光的發(fā)散角和面積。通過將電磁輻射源基本布置在第一反射器的第一焦點(diǎn)上，從而使該源產(chǎn)生能夠由第一反射器反射并基本聚集在第二反射器的第二焦點(diǎn)上的輻射射線，由電磁輻射源發(fā)出的電磁輻射可以集中和聚焦在目標(biāo)上。光學(xué)耦合元件布置成使它的輸入端基本靠近第二反射器的第二焦點(diǎn)。由第二反射器反射會(huì)聚的輻射射線通過輸入端，朝著彎曲表面?zhèn)魉停渲?，輻射射線的發(fā)散角和面積可以調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1511268SQ02802494
公開日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者肯尼思·K·利, 肯尼思 K 利 申請(qǐng)人:微陽有限公司