專利名稱：光束制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于照明系統(tǒng)如圖像投影系統(tǒng)中的光束制備裝置，本發(fā)明尤其涉及一種可在照明系統(tǒng)中提供帶有附加光復(fù)原(lightrecovery)裝置的光閥的彩色順序和彩色再現(xiàn)照明的光束制備裝置。
背景技術(shù)：
在一種投影系統(tǒng)中，利用至少在光閥的有效區(qū)域上為近似均勻的光束來(lái)照明光閥。例如，美國(guó)專利No.5625738介紹了一種用于光束成形和均勻化的光隧道(light tunnel)。涂覆有高反射涂層的光隧道內(nèi)表面上的多重反射層提供了在光隧道出口處為近似均勻的光強(qiáng)分布。另外，光隧道將照明光束從光隧道入口處的圓形形狀轉(zhuǎn)換成光隧道出口處的矩形形狀。
基于色序制成像的投影儀僅具有一個(gè)光閥，并且色序光束被引導(dǎo)到該單個(gè)光閥上。美國(guó)專利No.5448314公開了一種投影用光閥的場(chǎng)序制彩色照明的方法。在該方法中，來(lái)自白光源的光通過色輪的傳輸周邊而傳播。該周邊包括多個(gè)不同的濾色器。因此，當(dāng)色輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不同的顏色便可順序地傳輸。光閥被驅(qū)動(dòng)成使得光閥所形成的實(shí)際圖像對(duì)應(yīng)于照明用光的實(shí)際傳輸顏色。如果色輪轉(zhuǎn)動(dòng)得足夠快且光閥也相應(yīng)地切換得足夠快，那么人眼就無(wú)法分辨屏幕上的不同圖像，從而留下了彩色圖像的印象。


圖1顯示了具有光隧道111的已知投影儀101，其采用場(chǎng)序制彩色照明的方法。白光源115(如發(fā)光器件和反射鏡)在投影儀101內(nèi)朝向光隧道111向下游發(fā)光。通常來(lái)說，光的前行稱為流路徑。光向下聚焦成光束以便進(jìn)入光隧道111。當(dāng)光束傳輸通過光隧道111時(shí)，光束被轉(zhuǎn)換成具有至少近似均勻的強(qiáng)度分布。光束的形狀適合于位于更下游處的光閥121的有效區(qū)域的形狀(如矩形)。
從光隧道111中出來(lái)的矩形均勻光束投射到色輪105上。在色輪105上設(shè)有多個(gè)濾色器，各濾色器可傳輸不同的波長(zhǎng)范圍。因此，色輪105根據(jù)光束投射在色輪105上的位置而傳輸預(yù)定的波長(zhǎng)間隔。未被傳輸通過色輪的光被反射回來(lái)。色輪105安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)107的軸線106上。當(dāng)色輪105旋轉(zhuǎn)時(shí)，不同的顏色就順序地傳輸。
當(dāng)光束從色輪105中前行時(shí)，光束已經(jīng)準(zhǔn)備好了用作光閥121的輸入，光閥121可被操作以用于場(chǎng)序制彩色照明。透鏡117位于色輪105的下游，并用于對(duì)光隧道111的出口112成像，或者對(duì)基于光閥121的有效區(qū)域上的CW的SCR技術(shù)的色譜成像。在透鏡117與光閥121之間設(shè)有棱鏡結(jié)構(gòu)119，以將光束反射到光閥121上。
用于形成圖像的光束中的光被光閥121反射成使其通過棱鏡119而往回傳輸。該傳輸光被傳播到投影透鏡123上，投影透鏡123又將圖像投影到屏幕(未示出)上。未用于成像的光被光閥121反射成使其未被傳播到投影透鏡123上。
如圖1所示，光隧道111和色輪105分開地安裝在投影儀101的外殼103上。具體而言，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐了色輪105的電機(jī)107的固定件109是與用于光隧道的固定件113不同的部件。實(shí)際上，用于光隧道111的固定件113與用于電機(jī)107的固定件109很好地分開。然而，出于光學(xué)方面的原因，將光隧道111的入口或出口設(shè)置成盡可能地靠近色輪105是有利的，并且在某些應(yīng)用中是比較重要的。
光隧道111在投影儀101中的安裝要求執(zhí)行第一組精確而因此比較昂貴的調(diào)節(jié)程序。色輪105在投影儀101中的安裝要求執(zhí)行第二組不同的精確而因此比較昂貴的調(diào)節(jié)程序。如果投影儀101的外殼103產(chǎn)生變化的話，則必須要在新的布置工作中執(zhí)行這兩組調(diào)節(jié)程序。由于市場(chǎng)的需要，外殼103的這種變化是常有的。商用或消費(fèi)者用的投影儀需要較小。要求較小的一個(gè)原因是投影儀的小尺寸是一項(xiàng)重要的銷售因素。這種小尺寸使得獨(dú)立于色輪105的光隧道111的組裝和調(diào)節(jié)更加復(fù)雜。
發(fā)明概要根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束。該裝置包括位于光源下游的光隧道，其可在隧道的輸入端處接收光束，并將該光束轉(zhuǎn)換成在隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。該裝置包括位于流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各部分具有不同的光學(xué)特性。該裝置包括可使該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)單元。該裝置包括可將光隧道剛性地直接連接到驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束。位于光源下游的光隧道在隧道的輸入端處接收光束，并將該光束轉(zhuǎn)換成在隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。位于流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元具有多個(gè)部分，各部分具有不同的光學(xué)特性。驅(qū)動(dòng)單元可使該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)。還設(shè)有裝置來(lái)控制光隧道的溫度。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束。位于光源下游的光隧道在隧道的輸入端處接收光束，并將該光束轉(zhuǎn)換成在隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。位于流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元具有多個(gè)部分，各部分具有不同的光學(xué)特性?？尚D(zhuǎn)單元與光隧道的第二端部間隔開一段距離。驅(qū)動(dòng)單元可使該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)。還設(shè)有裝置來(lái)控制光隧道的第二端部與可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束。位于光源下游的光隧道在隧道的輸入端處接收光束，并將該光束轉(zhuǎn)換成在隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。位于流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元具有多個(gè)部分，各部分具有不同的光學(xué)特性?？尚D(zhuǎn)單元與光隧道的第二端部間隔開一段距離。驅(qū)動(dòng)單元可使該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)。還設(shè)有裝置來(lái)控制光隧道與可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束。位于光源下游的光隧道在隧道的輸入端處接收光束，并將該光束轉(zhuǎn)換成在隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。位于流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元具有多個(gè)部分，各部分具有不同的光學(xué)特性。驅(qū)動(dòng)單元可使該可旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)。氣流從該光隧道中通過。
附圖簡(jiǎn)介在閱讀了下述描述并參考了附圖之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚本發(fā)明的上述和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是已知的單面板投影儀的示意性頂視圖；圖2a是用于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中的復(fù)原型光隧道和螺旋型色輪的一部分的示意性側(cè)視圖；圖2b是沿圖2a中的線2b-2b的視圖；圖3是包括了本發(fā)明若干方面的光束制備裝置的示意性側(cè)視圖；圖4是包括了本發(fā)明至少一個(gè)方面的光隧道和相關(guān)進(jìn)入窗口的示意性側(cè)視圖；圖5a是包括了本發(fā)明至少一個(gè)方面的光隧道的示意性側(cè)視圖5b顯示了包括有本發(fā)明至少一個(gè)方面的光隧道的端視圖；圖6是包括了本發(fā)明至少一個(gè)方面的光束制備裝置的示意性后視圖；圖7是包括了本發(fā)明至少一個(gè)方面的光束制備裝置的示意性側(cè)視圖；圖8是包括了本發(fā)明至少一個(gè)方面的光束制備裝置的示意性側(cè)視圖。
示例性實(shí)施例的介紹本發(fā)明涉及一種可用于照明系統(tǒng)如圖像投影系統(tǒng)中的光束制備裝置。在下文中，用語(yǔ)“投影儀”在本文中指的是照明系統(tǒng)，并且應(yīng)當(dāng)被廣義地解釋。由于本發(fā)明可用于這種投影儀中，因此本發(fā)明與圖1所示結(jié)構(gòu)中的一些部分具有某些類似性。同樣，在一個(gè)示例中，本發(fā)明可用于具有與圖1所示投影儀類似結(jié)構(gòu)的投影儀中。可以理解，一些類似的結(jié)構(gòu)特征可存在于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中或與之相關(guān)，并且針對(duì)圖1的相關(guān)描述也適用于本發(fā)明。例如，圖1顯示了一種投影儀系統(tǒng)，其具有可與本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例相結(jié)合地來(lái)使用的部件。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于圖1所示投影儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。
本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有裝置中已知存在的困難。例如可以理解，根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種在安裝于投影儀外殼內(nèi)的過程中僅需要一個(gè)調(diào)節(jié)步驟的光制備裝置。作為另一示例，可以理解，根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種光制備裝置，其在操作期間具有穩(wěn)定的抗熱沖擊或抗紫外光沖擊的性能，即便在使用了高強(qiáng)度光源和要求具有長(zhǎng)期性能時(shí)也是如此。
可以理解，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了緊湊且易于裝配的光制備裝置。這種裝置能夠?qū)A形的任意入射白光光束轉(zhuǎn)換成具有色序特性的均勻的矩形出射光束。這種光制備裝置可在一個(gè)步驟中裝配到投影儀的外殼上，這使得容易實(shí)現(xiàn)任何所需的調(diào)節(jié)?？梢岳斫?，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這種光制備裝置可通過將用于光隧道的固定件安裝或集成到電機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)示例中，光制備裝置包括用于色輪的電機(jī)、色輪本身、用于光隧道的固定件以及光隧道本身。在將光隧道裝配到電機(jī)上的過程中，可以最終實(shí)現(xiàn)光隧道相對(duì)于色輪的調(diào)節(jié)，根本不涉及投影儀的外殼。通常來(lái)說，于外殼之外進(jìn)行的調(diào)節(jié)是比較容易進(jìn)行的。例如，在光制備裝置處于外殼之外時(shí)，裝置是敞開的，用工具就可以夠得著。同樣，對(duì)于初期生產(chǎn)和其他的后續(xù)加工而言也存在成本效率合算的現(xiàn)實(shí)可能性。因此可以理解，所得到的光制備裝置小且緊湊，并且可容易地結(jié)合到各種設(shè)計(jì)的投影儀外殼中。
本發(fā)明的另一方面涉及到因光在光隧道中的傳播和反射而導(dǎo)致的光隧道的發(fā)熱。幾乎70％的光在復(fù)原型光隧道中至少傳播三次。光隧道內(nèi)的反射次數(shù)顯著地增加，并且復(fù)原型光隧道內(nèi)的每次反射都會(huì)導(dǎo)致一些光能量被吸收。這也適用于進(jìn)入光隧道中的紫外光。將紫外光反射回到白光源處是不行的，因?yàn)檫@將最終導(dǎo)致燈在一定時(shí)間之后損壞。光隧道的發(fā)熱以及光隧道內(nèi)的紫外光吸收是在投影儀內(nèi)的光隧道應(yīng)用中常見的問題。本發(fā)明提供了針對(duì)發(fā)熱的解決方案。一個(gè)通用的創(chuàng)造性方面是通過結(jié)構(gòu)/配置的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱控制。另一通用的創(chuàng)造性方面通過冷卻流體如空氣形式的氣體等的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱控制。為了方便討論，在下文中將冷卻流體稱為氣體。然而，該用語(yǔ)應(yīng)被賦于廣義的理解。
本發(fā)明的另一方面涉及到控制和穩(wěn)定光隧道與色輪之間的距離。一個(gè)通用的創(chuàng)造性方面是通過氣流來(lái)控制光隧道與色輪之間的距離。因此，光隧道與色輪保持對(duì)齊。另外，還利用了流動(dòng)氣體所產(chǎn)生的氣體壓力和/或壓差。在一個(gè)示例中，氣流在靠近色輪的光隧道出口處產(chǎn)生了伯努利效應(yīng)的作用力。用于伯努利效應(yīng)的氣體可以是用于冷卻光隧道的同一氣體。
下面將結(jié)合特定的示例、實(shí)施例等來(lái)介紹這些廣義的創(chuàng)造性概念。應(yīng)當(dāng)理解，這些特定示例并非試圖限制這些廣義的創(chuàng)造性概念。
現(xiàn)在來(lái)看與本發(fā)明示例相關(guān)的詳細(xì)描述。圖2a和圖2b顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面并可用于新型單面板投影儀中的光制備裝置的一部分。在圖2a和圖2b的示例中，顯示了整個(gè)光制備裝置的光隧道141和螺旋型色輪145。在該示例中，光隧道141是特殊的復(fù)原型光隧道，其包括有進(jìn)入孔143。進(jìn)入孔143的面積小于光隧道143在其長(zhǎng)度范圍上的截面積。
可以理解，在包括有光隧道141的示例中，成像是基于場(chǎng)序制彩色照明方法，然而由色輪145反射回來(lái)的一部分光被復(fù)原。另外，色輪145是螺旋型色輪145，它是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的單元，并包括多個(gè)濾色帶(例如147，147’，147”)，各濾色帶在螺旋型色輪的表面149上形成了一個(gè)螺旋。然而應(yīng)當(dāng)理解，濾色帶(例如147，147’，147”)只是光束投射于其上的色輪的多個(gè)部分之間的不同光學(xué)特性的一個(gè)例子。也可以構(gòu)思出其他的色輪設(shè)置。
圖2b以虛線顯示了重疊在色輪145上的復(fù)原型光隧道141的出口151(圖2a)的截面。該重疊顯示了投射在色輪145上的光束的投射印跡。當(dāng)螺旋型色輪145旋轉(zhuǎn)時(shí)，濾色帶147，147’，147”等穿過復(fù)原型光隧道141的出口151的截面。在各個(gè)時(shí)刻，至少有三種顏色的濾色帶(例如147，147’，147”)會(huì)覆蓋在出口151的截面上。
被螺旋型色輪145反射的光傳播回到復(fù)原型光隧道141中。這些光很有可能在復(fù)原型光隧道141的進(jìn)入孔143處被反射，并被第二次傳播到色輪145中。進(jìn)入孔143、復(fù)原型光隧道141的側(cè)壁以及螺旋型色輪表面149需要形成一個(gè)長(zhǎng)方體，這是因?yàn)榈诙瓮渡湓诼菪蜕?45上的光的角分布與第一次投射在螺旋型色輪145上的光的角分布相同。因此，不需要改變角分布就可以使光復(fù)原。
保持復(fù)原光的角分布是一件難事。色輪145相對(duì)于光隧道141的對(duì)齊是很關(guān)鍵的，其要求有精密的公差。很難在安裝到投影儀外殼(類似于103)上的期間實(shí)現(xiàn)這種對(duì)齊，并且即使在安裝期間精確地實(shí)現(xiàn)了這種對(duì)齊，在投影儀(類似于101)的工作期間也有可能因熱影響或機(jī)械影響而導(dǎo)致色輪145相對(duì)于光隧道141未對(duì)齊。
至于發(fā)熱方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱現(xiàn)象在復(fù)原型光隧道內(nèi)的進(jìn)入孔143處最為突出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，進(jìn)入孔143涂覆有不含金屬層的涂層。這種非金屬涂層吸收較少的光。該結(jié)構(gòu)特征是可行的，這是因?yàn)楸贿M(jìn)入孔143反射的光是在較小入射角(如低于40°)下被反射的，因此不需要使用金屬層就可避免對(duì)角度和偏振的依賴性。這種復(fù)原型光隧道141在其側(cè)壁處仍包含有金屬涂層，以便在較大入射角(如高于60°)下反射光以實(shí)現(xiàn)偏振。
在一個(gè)特定示例中，在進(jìn)入孔143的構(gòu)建中使用了普通玻璃材料，例如硼硅酸鹽。然而可以設(shè)想，優(yōu)選可以使用導(dǎo)熱率比硼硅玻璃更高的材料。在這種導(dǎo)熱率較高的材料中，所吸收的能量將在整個(gè)孔表面上散布得更快，并且溫度梯度的形成沒有那么顯著。這例如可以是金屬材料如鋁或鋼。也可以使用藍(lán)寶石襯底，其具有比硼硅玻璃高近50倍的導(dǎo)熱率。還可以使用具有比硼硅玻璃更高的溫度穩(wěn)定性的材料(例如玻璃陶瓷)。
在本發(fā)明的另一方面中，通過利用光隧道的通風(fēng)來(lái)減輕發(fā)熱問題。在一個(gè)通用示例中，通過為光隧道的入口設(shè)置用于冷卻氣體的供給管線而實(shí)現(xiàn)了該發(fā)熱的解決方案。與該示例的這種供給管線相關(guān)的是允許光從光源進(jìn)入光隧道中的透明窗口。在該示例的一個(gè)實(shí)施例中，窗口的法線傾斜于光的主傳播方向，并且窗口涂覆有紫外線反射濾光材料。投射在該傾斜的紫外線濾光窗口上的紫外光不會(huì)進(jìn)入到光隧道中，而是被反射。然而，由于傾斜的原因，光被反射得遠(yuǎn)離白光源，不會(huì)對(duì)光源造成任何損壞。
作為另一通用示例，可采用傾斜的紫外線濾光器來(lái)使光隧道實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，甚至不需要設(shè)置供給管線。具體而言，如果冷卻氣體從適當(dāng)?shù)囊粋?cè)被引導(dǎo)至紫外線濾光器上，那么一部分氣流將被引導(dǎo)至光隧道的入口處。
作為另一示例，在復(fù)原型光隧道的情況下，進(jìn)入孔可通過氣隙而與光隧道的其余部分隔開。該氣隙可用于引入冷卻氣體，并因此有效地對(duì)光隧道進(jìn)行通風(fēng)。該氣隙通常選擇成小于1毫米，以避免過多的光經(jīng)由該氣隙而離開系統(tǒng)。盡管使用了氣隙，然而還可以采用例如位于角部處的進(jìn)入孔，或者例如沿著側(cè)壁角部的進(jìn)入狹槽?？梢圆捎脙?yōu)選位于角部處的所有不同類型的開口幾何形狀，甚至可利用供給管線來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)。
來(lái)看光隧道與相鄰色輪之間的相對(duì)位置控制，在一個(gè)示例中，光隧道的出口被平行于色輪的至少一個(gè)板包圍，被泵送到光隧道中的氣體在板與色輪之間形成了氣流?；诖吮憬⒘瞬?yīng)，其可用于控制板與色輪之間的距離以及對(duì)齊。
下面將參考圖3-8來(lái)更詳細(xì)地介紹這些創(chuàng)造性概念的示例。
圖3顯示了包括有若干上述方面的光制備裝置1的一個(gè)例子。光制備裝置1包括色輪3、電機(jī)5和光隧道7。在圖3的示例中，光隧道7是復(fù)原型光隧道，并可與圖2a所示的光隧道141相似或相同。一般而言，光隧道7(圖3)處于光源的下游，在光隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在光隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布。色輪3是可旋轉(zhuǎn)的，電機(jī)5是用于轉(zhuǎn)動(dòng)色輪3的驅(qū)動(dòng)單元。色輪3可與圖2a所示的色輪145相似或相同。
在所示示例(例如見圖2a)中，色輪3位于光隧道141的下游。然而，色輪3也可位于光隧道141的上游和光源的下游。這樣，色輪3處于光的流路徑中，并且光束投射在其上。在色輪3位于光源與光隧道之間的示例中，除了紫外線濾光器之外，還可對(duì)色輪施加涂層。此外，可使色輪3傾斜，以便不會(huì)將紫外光或所反射的可見光反射回?zé)糁小?br> 光制備裝置1(圖3)還包括固定件9，其用于將光隧道7牢固地安裝到電機(jī)5上。這樣，固定件9將光隧道7剛性地直接安裝到電機(jī)5上。在一個(gè)示例中，固定件9包括用于在最后固定前將光隧道7相對(duì)于已安裝色輪3進(jìn)行精確調(diào)節(jié)的裝置。如上所述，這種調(diào)節(jié)可在投影儀的外殼之外進(jìn)行。由于這種裝配所用的工具在投影儀的外殼變化時(shí)也不必更換，因此甚至可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的裝配。一旦將光隧道7、色輪3和電機(jī)5裝配在一起以形成光制備裝置1之后，就可利用一次對(duì)齊步驟來(lái)將該光制備裝置1安裝在投影儀中。
圖6顯示了另一改進(jìn)，它涉及到將光隧道7固定到色輪3的電機(jī)5上。具體而言，圖6顯示了在一個(gè)方面中，用于將光隧道7安裝到電機(jī)5上的固定件9’可與用于將電機(jī)安裝到投影儀外殼上的固定件結(jié)合在一起。具體而言，光隧道7和電機(jī)均連接在固定件9’上，并且該固定件具有多個(gè)用于連接到外殼上的位置10a-10c。另外，作為另一方面，圖6顯示了光隧道7具有中心軸線，固定件9’在圍繞著該軸線12的多個(gè)位置10a-10c處連接到外殼上。更具體而言，多個(gè)連接位置10a-10c各自設(shè)置成離軸線12為相同的徑向距離r。這樣，連接位置10a-10c相對(duì)于光隧道7的中心軸線12是同心的。
回到圖3所示的示例，光隧道7包括至少一個(gè)用于冷卻氣體的供給管線11。冷卻氣體通過該供給管線11在入口處進(jìn)入到光隧道7中，吸收在投影儀的工作期間形成于光隧道7中的一些熱量，并在光隧道7的出口處離開光隧道7。在圖3中，沿著供給管線11和光隧道7的長(zhǎng)度范圍的箭頭顯示了第一冷卻操作模式的氣流。這是通過將冷卻氣體泵送到供給管線11中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，如果在供給管線11上施加低于環(huán)境壓力的壓力(例如負(fù)壓或抽氣)，則氣流反向，并且冷卻在第二冷卻操作模式下進(jìn)行。在該第二操作模式中，被加熱的氣體進(jìn)入到供給管線11中以從光隧道7中離開。被加熱的氣體之后可通過冷卻裝置來(lái)冷卻(例如被冷卻到環(huán)境溫度下)。
出于成本的原因，優(yōu)選采用空氣作為冷卻氣體，然而也可采用所有類型的不同氣體。用于冷卻的氣體可在進(jìn)入光隧道7之前被冷卻到室溫以下，然而，即使處于室溫下的氣體也可以實(shí)現(xiàn)顯著的冷卻效果，這是因?yàn)楣馑淼?內(nèi)的溫度在操作期間比室溫高很多。
為了允許光進(jìn)入光隧道7，供給管線11包括透明的進(jìn)入窗口15。該進(jìn)入窗口15優(yōu)選傾斜成使得從該窗口中反射出來(lái)的光不會(huì)傳播回光源中?？稍诖翱谏贤扛部狗瓷渫繉印Ｈ欢?，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)入窗口15涂覆有紫外線反射涂層，優(yōu)選是介質(zhì)薄膜涂層。通過這種紫外線反射涂層，光的紫外線分量既不會(huì)進(jìn)入到光隧道7中，也不會(huì)傳播回光源中。
另外如圖3的示例所示，在光隧道7和供給管線11上設(shè)有與它們相關(guān)的另外的板13。具體而言，板13圍繞著光隧道7的出口，并且處于光隧道7出口的截面平面中。雖然在該示例中僅顯示了一個(gè)板，然而可以理解，也可以使用多個(gè)板或其它的結(jié)構(gòu)。
除了使用板13之外，色輪3與電機(jī)5相連，并且在相對(duì)于沿著電機(jī)軸線17運(yùn)動(dòng)的方面和相對(duì)于軸向偏移的方面具有一定的自由度。色輪3與板13之間的冷卻氣體流動(dòng)通過伯努利效應(yīng)而在板13與色輪3之間產(chǎn)生了吸引力。這樣就可以控制光隧道7與色輪3之間的距離，并且光隧道與色輪保持對(duì)齊。如果在第一冷卻操作模式下操作氣流，就可以穩(wěn)定和控制該至少一個(gè)板13與色輪3之間的距離，這是因?yàn)榭赏ㄟ^氣體的流率來(lái)確定和控制伯努利效應(yīng)的強(qiáng)度。
圖4顯示了包括有若干上述方面的結(jié)構(gòu)的示例。具體而言，圖4顯示了具有入口端的復(fù)原型光隧道7’，其入口端具有用于冷卻用途的入口氣隙160。冷卻氣流在被另一窗口15’反射后通過入口氣隙160以及進(jìn)入孔而進(jìn)入到光隧道7’中。圖4中的箭頭顯示了氣流。
圖5a顯示了帶有改進(jìn)的光隧道壁163的復(fù)原型光隧道7”的側(cè)視圖。該改進(jìn)是設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)用于冷卻氣流的另外的進(jìn)入開口164。這些開口164位于光隧道7”的角部處，以便減小光的損失。
圖5b顯示了光隧道7”和相關(guān)進(jìn)入孔165的端視圖。通過觀看圖5b可以理解，進(jìn)入孔165是改進(jìn)的進(jìn)入孔。具體而言，設(shè)有進(jìn)入孔165的結(jié)構(gòu)的角部167被去除了。因此，可通過圖5b的示例來(lái)實(shí)現(xiàn)與由圖5a的示例所實(shí)現(xiàn)的類似效果。
另外，圖5b的示例表明，可以利用光隧道壁中的缺口167以促進(jìn)冷卻。圖5b的兩個(gè)方面可一起或單獨(dú)地使用。
重新回到光隧道內(nèi)的發(fā)熱問題上，圖7顯示了用于控制光隧道7a的溫度的裝置的另一示例。如圖7所示，熱管20具有與光隧道7a接觸的第一端部22，以及設(shè)置成遠(yuǎn)離光隧道的第二端部24。熱管20也可稱為散熱器。熱管20是用于控制熱量的裝置的一個(gè)示例，它包括有傳熱部件，該傳熱部件在其一部分處與光隧道接觸，以便吸收來(lái)自光隧道的熱量并將這些熱量傳遞到傳熱部件的另一部分。
如上所述，各個(gè)示例顯示了本發(fā)明的各個(gè)方面。利用本發(fā)明，就可通過穩(wěn)定和/或成本效率合算和/或緊湊的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)用于照明的光束成形、光束均勻化和/或顏色制備。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面都屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，即使在單獨(dú)地利用且未與本發(fā)明的一些其它方面相結(jié)合時(shí)也是如此。
應(yīng)當(dāng)理解，將光束成形裝置、光束均勻化裝置和顏色管理裝置應(yīng)用在一個(gè)緊湊的光制備裝置中是有創(chuàng)造性的，其既不限于投影系統(tǒng)也不限于與色輪一起使用。例如，本發(fā)明的創(chuàng)造性方面可應(yīng)用到基于彩色轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中。在同樣意義上，本發(fā)明的創(chuàng)造性方面并不限于所示的中空光隧道。例如，圖8顯示了可使用無(wú)小尺寸孔的光隧道7a。這種光隧道7a可結(jié)合任何上述示例來(lái)一起使用。這可以通過參見圖7而容易地理解，圖7顯示了所利用的這種光隧道7a。另外，本發(fā)明的創(chuàng)造性方面完全不限于中空的光隧道。例如，該創(chuàng)造性方面也可應(yīng)用于緊湊的積分器桿中。
作為另一方面，光源也可剛性地連接到電機(jī)5上。這種結(jié)構(gòu)提供了同樣可安裝在外殼之外的很好的照明單元。
通過入口處的供給管線11來(lái)冷卻光隧道的創(chuàng)意并不限于復(fù)原型光隧道或用于投影儀的照明系統(tǒng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，它涵括采用了其中對(duì)光隧道的內(nèi)部進(jìn)行冷卻被證明是有利的中空光隧道的所有應(yīng)用。一般來(lái)說，在包括有光進(jìn)入窗口的光隧道入口處設(shè)置供給管線被認(rèn)為是屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。其部分原因是，通過本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，光隧道內(nèi)的氣流可以建立成不會(huì)影響光隧道的光學(xué)特性。可以理解，在本文中僅闡述了如何利用氣流的兩個(gè)示例?？梢岳斫猓@種氣流的其它應(yīng)用也是可以的，并且屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
同樣可以理解，本文所公開的各種其它特征應(yīng)被理解為是有創(chuàng)造性的。例如，使紫外線濾光器傾斜以防止所反射的紫外光傳播回光源中而造成損害的方面也是有創(chuàng)造性的。
從本發(fā)明的上述介紹中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)到各種改進(jìn)、變化和修改。所附權(quán)利要求涵蓋了屬于本領(lǐng)域內(nèi)的這種改進(jìn)、變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束，所述裝置包括位于所述光源下游的光隧道，其可在所述隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在所述隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布；位于所述光的流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各所述部分具有不同的光學(xué)特性；可使所述可旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元；和可將所述光隧道剛性地直接連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定件是第一固定件，所述裝置包括外殼，以及將所述驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)傂缘剡B接在所述外殼上的第二固定件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括外殼，所述光隧道具有軸線，所述固定件在圍繞所述軸線的多個(gè)位置處連接在所述外殼上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)連接位置設(shè)置在離所述軸線為相同徑向距離的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光隧道的輸入端具有孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光隧道的輸入端沒有孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置可制備用于可提供圖像的應(yīng)用的光束。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道的溫度的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述用于控制的裝置包括通過所述中空光隧道的氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述用于控制的裝置包括傳熱部件，所述傳熱部件在其一部分處與所述光隧道接觸，以便吸收來(lái)自所述光隧道的熱量并將這些熱量傳遞到所述傳熱部件的另一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述控制裝置包括所述中空光隧道內(nèi)的非金屬涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)單元處于所述光隧道的下游，并與所述光隧道的輸出端間隔開一段距離，所述裝置包括用于控制所述光隧道的輸出端與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述用于控制距離的裝置包括流動(dòng)氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道與可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光源剛性地連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上。
16.一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束，所述裝置包括位于所述光源下游的光隧道，其可在所述隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在所述隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布；位于所述光的流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各所述部分具有不同的光學(xué)特性；可使所述可旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元；和用于控制所述光隧道的溫度的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述用于控制的裝置包括通過所述中空光隧道的氣流。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述用于控制的裝置包括傳熱部件，所述傳熱部件在其一部分處與所述光隧道接觸，以便吸收來(lái)自所述光隧道的熱量并將這些熱量傳遞到所述傳熱部件的另一部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述控制裝置包括所述中空光隧道內(nèi)的非金屬涂層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括可將所述光隧道剛性地直接連接在所述驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括外殼，所述光隧道具有軸線，所述固定件在圍繞所述軸線的多個(gè)位置處連接在所述外殼上。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)連接位置設(shè)置在離所述軸線為相同徑向距離的位置處。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)單元處于所述光隧道的下游，并與所述光隧道的輸出端間隔開一段距離，所述裝置包括用于控制所述光隧道的輸出端與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述用于控制距離的裝置包括流動(dòng)氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述光源剛性地連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上。
27.一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束，所述裝置包括位于所述光源下游的光隧道，其可在所述隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在所述隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布；位于所述光的流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各所述部分具有不同的光學(xué)特性，所述可旋轉(zhuǎn)單元與所述光隧道的輸出端間隔開一段距離；可使所述可旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元；和用于控制所述光隧道的輸出端與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述用于控制距離的裝置包括流動(dòng)氣體。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括可將所述光隧道剛性地直接連接在所述驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括外殼，所述光隧道具有軸線，所述固定件在圍繞所述軸線的多個(gè)位置處連接在所述外殼上。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)連接位置設(shè)置在離所述軸線為相同徑向距離的位置處。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道的溫度的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述用于控制溫度的裝置包括通過所述中空光隧道的氣流。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，所述用于控制的裝置包括傳熱部件，所述傳熱部件在其一部分處與所述光隧道接觸，以便吸收來(lái)自所述光隧道的熱量并將熱量傳遞到所述傳熱部件的另一部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊的裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，所述光源剛性地連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上。
37.一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束，所述裝置包括位于所述光源下游的光隧道，其可在所述隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在所述隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布；位于所述光的流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各所述部分具有不同的光學(xué)特性，所述可旋轉(zhuǎn)單元與所述光隧道的輸出端間隔開一段距離；可使所述可旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元；和用于控制所述光隧道與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述用于控制對(duì)齊的裝置包括可將所述光隧道剛性地直接連接在所述驅(qū)動(dòng)單元上的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)單元處于所述光隧道的下游，所述用于控制對(duì)齊的裝置包括用于通過使用流動(dòng)氣體來(lái)控制所述光隧道的輸出端與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離的裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括可將所述光隧道剛性地直接連接在所述驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括外殼，所述光隧道具有軸線，所述固定件在圍繞所述軸線的多個(gè)位置處連接在所述外殼上。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)連接位置設(shè)置在離所述軸線為相同徑向距離的位置處。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)單元處于所述光隧道的下游，所述裝置包括用于控制所述光隧道的輸出端與所述可旋轉(zhuǎn)單元之間的距離的裝置。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述用于控制距離的裝置包括流動(dòng)氣體。
45.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于控制所述光隧道的溫度的裝置。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述光隧道是中空的，所述用于控制溫度的裝置包括通過所述中空光隧道的氣流。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述用于控制溫度的裝置包括傳熱部件，所述傳熱部件在其一部分處與所述光隧道接觸，以便吸收來(lái)自所述光隧道的熱量并將熱量傳遞到所述傳熱部件的另一部分。
48.根據(jù)權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于，所述光源剛性地連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上。
49.一種光束制備裝置，其可在光束從光源中沿著流路徑朝向被利用的位置前行時(shí)制備光束，所述裝置包括位于所述光源下游的光隧道，其可在所述隧道的輸入端處接收光束，并將光束轉(zhuǎn)換成在所述隧道的輸出端處具有所需的強(qiáng)度分布；位于所述光的流路徑中且光束投射在其上的可旋轉(zhuǎn)單元，它具有多個(gè)部分，各所述部分具有不同的光學(xué)特性；可使所述可旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元；和通過所述光隧道的氣流。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括可將所述光隧道剛性地直接連接在所述驅(qū)動(dòng)單元上的固定件。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括外殼，所述光隧道具有軸線，所述固定件在圍繞所述軸線的多個(gè)位置處連接在所述外殼上。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)連接位置設(shè)置在離所述軸線為相同徑向距離的位置處。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，所述光源剛性地連接到所述驅(qū)動(dòng)單元上。
全文摘要
一種光束制備裝置，包括光隧道、可旋轉(zhuǎn)單元和驅(qū)動(dòng)單元。一方面，固定件將光隧道剛性地直接連接在驅(qū)動(dòng)單元上。另一方面，對(duì)光隧道的溫度進(jìn)行控制。另一方面，可旋轉(zhuǎn)單元與光隧道間隔開一段距離，并且對(duì)該距離進(jìn)行控制。另一方面，對(duì)光隧道與可旋轉(zhuǎn)單元之間的對(duì)齊進(jìn)行控制。另一方面，光隧道是中空的，并且氣體從該光隧道中流過。
文檔編號(hào)G03B21/56GK1659464SQ03813462
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者J·哈格爾蒂, S·卡佩洛, A·哈夫納, C·海涅-坎普肯斯, R·施佩格爾, J·達(dá)爾 申請(qǐng)人:尤納克西斯巴爾策斯有限公司