專利名稱：提供均勻光源的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于投影顯示設備的照明系統(tǒng)和方法，特別涉及用于提供均勻光源的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
投影顯示設備一般包含光學元件以及為光學元件提供照明的均勻光源。然而，很多光源都沒有足夠的空間均勻性以照明投影顯示設備。光導管通常就被用來提高由這些非均勻光源產(chǎn)生的光的均勻性，因而為投影顯示設備的照明光學元件生成均勻光源。光導管通常有兩種形式(1)中空的通道，在其內(nèi)的管道具有高反射的內(nèi)壁(例如，內(nèi)壁涂有高度反射的涂層)；(2)實心的物體，在其內(nèi)的實心的玻璃桿含有光學透明介質(zhì)。在形式(2)中，光導管靠全內(nèi)反射(TIR，Total internal reflection)來容納實心介質(zhì)內(nèi)部的光。光導管還可以是(3)復合光導管。復合光導管是一種在光導管的周圍(端點除外)涂有薄薄的涂層或材料層(例如玻璃或塑料)的光導管。所述涂層或材料層相比所述光導管具有較低的折射率。光導管可以具有被設計成用于接收光的輸入端(或稱輸入表面)，所述光可以是來自非均勻光源，還具有用于發(fā)射光的輸出端(或稱輸出表面)。輸入和輸出端還可以帶有增透膜(anti-reflective coating)來提高光導管的傳輸效率。當光從輸入端傳輸?shù)捷敵龆藭r，光導管可以被配置成允許光通過多次反射進行干涉或者混合。結(jié)果，離開光導管輸出端的光可能實質(zhì)上比進入光導管輸入端的光在空間上更加均勻。因此，光導管實質(zhì)上改善了光源所供的光的穩(wěn)定性，最終得到一個高度均勻光源。在投影顯示設備中，光導管的輸出端通常成像到微型顯示設備，所述微型顯示設備然后由投影鏡頭再次成像到能夠被觀眾看到的屏幕上。采用實心光導管的缺點有，輸出表面可能含有結(jié)構(gòu)缺陷(例如擦傷、邊緣碎片或凹陷)、涂層缺陷(例如，變色)或表面污染(例如，灰塵、油、污垢、指紋等等)，所有這些都將改變屏幕上顯示的圖像。也就是說，邊緣碎片將導致漏光、圖像失真、出現(xiàn)偽像與暈影；而且灰塵將導致屏幕上出現(xiàn)黑暗區(qū)域。舉例來說，由于光導管的輸入和輸出表面的高溫，灰塵可能聚集并/或熔化在輸出表面上，這些灰塵將會在光導管輸出表面上產(chǎn)生黑暗區(qū)域，最后造成屏幕上出現(xiàn)黑暗區(qū)域，因而將會影響到觀眾觀賞圖像的質(zhì)量效果。過去，通過為光導管的輸入和輸出表面創(chuàng)建不粘塵的環(huán)境，黑暗區(qū)域已經(jīng)被減為最小。然而，這樣的解決方案通常不方便，并可能給光導管、光學元件以及整個投影顯示設備的外圍裝置增加較大費用與復雜性。使用傳統(tǒng)光導管的另一個缺點是，當使用微型顯示設備，例如數(shù)字微反射鏡設備(DMD)的時候運用了傾斜照明技術(shù)(舉例來說，在數(shù)字光處理器(DLP)投影儀中就使用了一個德州儀器公司的DMD)。在這樣的系統(tǒng)中，相對于射入的照明光以及照明系統(tǒng)的光軸，DMD平面是斜置的。實際上，這就意味著光導管輸出表面的圖像相對于DMD平面是斜置的，而且這兩個平面的焦點共線。在理想情況下，這兩個平面應該是重合的。由于這種斜置的照明系統(tǒng)以及非重合的焦點導致了不理想的效果，包括燈箱邊沿模糊、照明均勻性退化以及照明效率降低。因此，需要提供一種用于提供均勻光源的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明能夠滿足這一需求，同時還能夠滿足其它必要的要求。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種消除實心光導管端部的灰塵以及解決其涂層缺陷問題的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一個目的是為有效地照明斜置或離軸顯示裝置或者為有效地照明傾斜角度的顯示設備提供一種系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以包括從光源到微型顯示裝置的所有光學元件。這些光學元件可以包括但不僅限于下列元件微型顯示器、光學繼電器、濾光片、棱鏡、反射鏡、緩沖裝置以及偏振組件。本發(fā)明的一個實施例介紹了一種用于提供均勻光源的系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括光導管，所述光導管具有用于接收來自光源的光的輸入表面，和用于傳輸所述光的輸出表面。本系統(tǒng)還包括光學元件，所述光學元件具有鄰近所述光導管輸出表面而安裝的、用于接收所述光的入口表面，和用于傳輸所述光的出口表面。所述光導管的輸出表面成像于一個微型顯示設備。本發(fā)明的一個實施例介紹了一種照明系統(tǒng)，它包括光導管，所述光導管具有限定了第一平面并被設計成用來接收光的輸入表面，和被設計成用于傳播所述光的輸出表面。所述照明系統(tǒng)還包括光學元件，所述光學元件具有連接到所述光導管的所述輸出表面的入口表面，和限定了第二平面的出口表面，所述第二平面實質(zhì)上平行于所述第一平面。本發(fā)明的一個實施例介紹了一種光學系統(tǒng)，它包括用于產(chǎn)生光束的光源和光導管，所述光導管具有輸入表面和輸出表面，所述輸入表面限定了用于接收來自所述光源的所述光束的輸入平面，所述輸出表面限定了輸出平面。所述光學系統(tǒng)還包含光學裝置，所述光學裝置具有與所述光導管的所述輸出表面相接觸的入口表面，和限定了出口平面的出口表面，所述輸出平面相對于所述出口平面是傾斜的。因此，所述輸出平面與所述出口平面相交。


根據(jù)以下描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的本質(zhì)以及發(fā)明目的和優(yōu)點將變得顯而易見，在所述附圖中，相同的標號表示相同的元件，其中 圖1A是照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，照明系統(tǒng)包括光導管、被連接到所述光導管上或者鄰近所述光導管而安裝的光板； 圖1B是圖1A所示的照明系統(tǒng)的端視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，圖中所示為所述光導管的輸出表面以及所述光板的出口表面； 圖2A是照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，照明系統(tǒng)包括光導管、被連接到所述光導管上或者鄰近所述光導管而安裝的棱鏡； 圖2B是圖2A所示的照明系統(tǒng)的端視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，圖中所示為所述光導管的輸出表面以及所述棱鏡的表面； 圖3A是照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，照明系統(tǒng)包括光導管、被連接到所述光導管上或者鄰近所述光導管而安裝的透鏡； 圖3B是圖3A所示的照明系統(tǒng)的端視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，圖中所示為所述光導管的輸出表面以及所述透鏡的出口表面； 圖4A是照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，照明系統(tǒng)包括光導管、被連接到所述光導管上或者鄰近所述光導管而安裝的光楔； 圖4B是圖4A所示的照明系統(tǒng)的端視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，圖中所示為所述光導管的輸出表面以及所述光楔的出口表面； 圖5A是照明系統(tǒng)的側(cè)視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，照明系統(tǒng)包括光導管、被連接到所述光導管上或者鄰近所述光導管而安裝的楔形透鏡； 圖5B是圖5A所示的照明系統(tǒng)的端視圖，在本發(fā)明的一個實施例中，圖中所示為所述光導管的輸出表面以及所述楔形透鏡的出口表面； 圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)示例，所述照明系統(tǒng)可利用任一光導管和光學元件； 圖7A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光導管的輸出表面的剖面圖； 圖7B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，當光導管的輸出表面是長方形時，微型顯示裝置平面上被照亮區(qū)域的形狀，以及所述微型顯示裝置的有效顯示區(qū)域(active area)； 圖8A所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，光導管的成一定角度的輸出表面的剖面圖； 圖8B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，當光導管的輸出表面成一定角度且是長方形時，微型顯示裝置平面上被照亮區(qū)域的形狀，以及所述微型顯示裝置的有效顯示區(qū)域； 圖9A所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，光導管的成一定角度的、多邊形的輸出表面的剖面圖；和 圖9B所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，當光導管的輸出面成一定角度且是多邊形時，微型顯示裝置平面上被照亮區(qū)域的形狀，以及所述微型顯示裝置的有效顯示區(qū)域。
優(yōu)選實施例的詳細說明 下面將結(jié)合圖示實例介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。結(jié)合優(yōu)選實施例講述本發(fā)明時，應當理解為本發(fā)明的范圍不僅僅只限于這些實施例。相反，本發(fā)明的范圍覆蓋了可以被包括在由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)的替代物、改進物和等效物。在以下的詳細描述中，為了加強對本發(fā)明的徹底理解，給出了很多的具體細節(jié)。然而，沒有這些具體細節(jié)，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員也可以理解本發(fā)明是可以被實現(xiàn)的。在其它示例中，沒有詳細描述廣為人知的系統(tǒng)、元器件、實現(xiàn)方法和程序，以避免對本發(fā)明的重要方面引起不必要的誤解。在此將描述并用圖示意本發(fā)明的各種不同的實施例。
圖1A是照明系統(tǒng)100的側(cè)視圖，包括光導管105和被連接到光導管105上或者鄰近光導管105而安裝的光板110。光導管105具有用于接收來自光源的光的輸入表面115以及發(fā)射光的輸出表面120。輸入表面115限定了輸入平面，光從輸入表面115進入光導管105，通過多次內(nèi)部反射在光導管105內(nèi)部混合后，最后從輸出表面120射出光導管105。光導管105可以由實心的光傳導材料制成，比如玻璃、塑料或者其它具有全內(nèi)反射(TIR)性能并有折射率的光學材料。光導管105的外形可以被做成多邊形(舉例來說，四邊形)、梯形、平行四邊形、六邊形、正方形、矩形、圓桶形、橢圓形、圓形或者能夠用來傳輸光的任何其它形狀。
光板110具有用于接收來自光導管105的輸出表面120的光的入口表面125，以及用于射出光的出口表面130。光導管105的輸出表面120被成像到微型顯示裝置上。光板110的入口表面125鄰近光導管105的輸出表面120而安裝，優(yōu)選地，與光導管105的輸出表面120光學接觸。出口表面130限定了出口平面，它實際上是垂直于光軸，所述光軸由穿越所述光導管105的光所限定。輸出表面120限定了輸出平面。在有些實施例中，輸出平面可能相對于輸入平面和/或出口平面是傾斜或者平行放置的。在有些實施例中，輸入平面可能相對于輸出平面和/或出口平面是傾斜或者平行放置的。
光板110可以由實心的光傳導材料制成，比如玻璃、塑料或者其它具有全內(nèi)反射(TIR)特性并具有折射率的光學材料。優(yōu)選地，光板110所用材料與光導管105所用的材料相同。在一個實施例中，光板110的折射率實質(zhì)上與光導管105的折射率相同。兩種元件實質(zhì)上相似的折射率會將光導管105與光板110之間接口處的菲涅耳(Fresnel)反射損失減至最小。光板110的形狀可以被做成多邊形(舉例來說，四邊形)、梯形、平行四邊形、六邊形、正方形、矩形、圓桶形、橢圓形、圓形或者能夠用來傳輸光的其它任何形狀。
采用具有熱穩(wěn)定和光透射特性的粘合劑135，可以將輸出表面120與入口表面125粘合在一起。在一個實施例中，可以通過“光學接觸”完成粘合。在一個實施例中，利用由康乃迪克州托林頓的的DYMAX公司制造的光透射性的粘合劑135，可以將入口表面125與輸出表面120粘合起來。光透射性粘合劑135可以是一種透明的光學膠結(jié)劑，比如紫外線(UV)加工處理的光學膠結(jié)劑或者熱處理加工的光學膠結(jié)劑。通常情況下，光透性粘膠135是一層薄薄的透明涂料，應用在輸出表面120與入口表面125之間，光或者圖像通過光透性粘膠135(也就是，從光導管105傳到光板110)時能夠不被阻斷、損壞或者發(fā)生實質(zhì)的改變。光透性粘膠135可以修復填充光導管105的輸出表面120上出現(xiàn)的任何擦傷、邊沿碎片或者凹陷。
正如觀眾所看到的，通過避免在光導管105的輸出表面120上出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷和涂層瑕疵，光板110有利的改善了圖像的質(zhì)量。例如，光板110實質(zhì)上阻止灰塵聚集到光導管105的輸出表面120上。因此，灰塵只可能聚集在光板110的出口表面130上，此出口表面不是微型顯示裝置或者屏幕的共軛平面。光或顯示在輸出表面120上的圖像被成像到微型顯示裝置或者屏幕上。由于光板110的厚度很小(例如，最小厚度大約1.0毫米)，因此，光板110出口表面130上的任何結(jié)構(gòu)缺陷和涂層瑕疵將變得不清晰，觀眾幾乎分辨不出來。
除此之外，抗反射涂層可以從光導管105的輸出表面120被移到光板110的出口表面130，因而最終圖像上一部分或者全部的可見的不完美的偽像也可以被消除。這樣，光板110可以考慮省去一個或者更多的抗反射涂層(例如，一個是輸出表面120上的涂層和一個是入口表面125上的涂層)。光板110可以被連接到照明系統(tǒng)100的機械部分(圖中未顯示)，以便精確地放置光導管105，最終使得離開光導管105的輸出表面120的光或圖像能夠在微型顯示裝置或屏幕上被正確成像。這消除了機械部分與光導管105的連接的需要，而機械部分與光導管105的連接會影響或者破壞光導管105的全內(nèi)反射(TIR)性能。
圖1B是圖1A的照明系統(tǒng)100的端視圖，示出了光導管105的輸出表面120以及光板110的出口表面130。如圖1B所示，輸出表面120顯示為矩形形狀，出口表面130顯示為橢圓形。輸出表面120的形狀可以與光導管105的形狀完全一樣或者完全不同，輸出表面130的形狀也可以與光板110的形狀完全一樣或者不同。舉例來說，光導管105可以做成正方形，輸出表面120可以做成矩形。同時，光導管105的形狀也可以與光板110的形狀一樣。在一個實施例中。輸出表面120的表面區(qū)域比出口表面130的表面區(qū)域要小。在一個實施例中，輸出表面120的視野(perimeter)比出口表面130的視野要小。
圖2A是照明系統(tǒng)200的側(cè)視圖，它包括光導管205以及棱鏡210，棱鏡210被連接到光導管205上或者鄰近光導管205而安裝。棱鏡210的許多特性、特征和功能與光板110相同或相似。由于受到機械或者幾何學系統(tǒng)的限制而光必須折疊的情況下，可以使用棱鏡210，它能夠以f/l的f值或者甚至更低速度快速匯聚或者分散光束，這是使用其它方法例如放置在空氣中的高反射率的鏡子所不能達到的折疊效果。因此，棱鏡210允許光被折疊而仍然能夠保持本發(fā)明的優(yōu)勢。當光進入棱鏡210時，它由表面240向出口表面230反射并穿過出口表面230。表面240涂有高反射性涂層，或者在有些情形下通過全內(nèi)反射實現(xiàn)反射。圖2B是圖2A所示照明系統(tǒng)200的端視圖，示出了光導管205的輸出表面220以及棱鏡210的表面240。
圖3A是照明系統(tǒng)300的側(cè)視圖，它包括光導管305和被連接到光導管305上或者鄰近光導管305而安裝的透鏡310。透鏡310的許多特性、特征和功能與光板110相同或相似。透鏡310的一個優(yōu)點是，它組合了光板110的功能與中繼透鏡的光學元件的功能并形成一個單一的部件。這就可以考慮在照明系統(tǒng)300中省去一個或者更多的抗反射涂層，因而提高了系統(tǒng)的效率并降低了成本。圖3B是圖3A所示照明系統(tǒng)300的端視圖，示出了光導管305的輸出表面320、透鏡310的出口表面330。
圖4A是照明系統(tǒng)400的側(cè)視圖，它包括光導管405、被連接到光導管405上或者鄰近光導管405而安裝的光楔410。如圖4A所示的一個示范實施例，光導管405的輸出表面420被劈開、相對于光軸按一定角度或者傾斜放置，光軸由穿越光導管405的光所限定。為了能夠最佳成像到斜置的或者傾斜的、被照亮的影像面板上，斜置的輸出表面420可以充當傾斜的目標平面。光楔410的入口表面425被劈開、實質(zhì)上以相同的角度與光導管405的輸出表面420成一定的角度或者斜置。也就是說，設計光楔410，使得光楔410的入口表面425以光導管405的輸出表面420同樣的角度傾斜。這個傾斜角大約在0到90度之間，對于德州儀器公司的Mustang HD-2數(shù)字光處理器(DLP)微型顯示器而言，最佳傾斜角是在3到8度之間。如果輸出表面420不傾斜，那么入口表面425也相似的且實質(zhì)上不傾斜。光導管405可以粘合到光楔410上。
光楔410的出口表面430可以是不傾斜的，而且可以保持實質(zhì)上垂直于穿過光導管405的光的光軸。換句話說，輸入表面415定義為第一平面，出口表面430定義為第二平面，而第一平面實質(zhì)上與第二平面是平行的。出口表面430被涂上一層抗反射涂料或材料。光楔410的許多特性、特征和功能與光板110相同或相似。光導管405的輸出表面420被成像到微型顯示器上。傾斜的輸出表面420允許圖像與微型顯示器的平面重合。光楔410的一個優(yōu)點是，它為照明系統(tǒng)400提供了恰普斯基(Scheimpflug)修正。圖4B是圖4A所示照明系統(tǒng)400的側(cè)視圖，示出了光導管405的輸出表面420以及光楔410的出口表面430。如圖4B所示，輸出表面420是多邊形，這對優(yōu)化微型顯示平面的照明區(qū)域非常有利。
輸入表面415可能會被涂上一種抗反射的涂層以減少光損失。因此，通過全內(nèi)反射(TIR)，光被限制沿著光導管405傳輸，并經(jīng)過這樣的全內(nèi)反射，光被混合或變均勻，或者使得光在空間上比在輸入表面415進入光導管405的時候?qū)嵸|(zhì)上更均勻。因此，在光發(fā)射時，在被劈開的輸出表面420上，離開光導管405的光變得更加均勻，輸出表面420的形狀是多邊形。在一個實施例中，光導管405的輸出表面420可以不用涂層覆蓋。在一個實施例中，光導管405的橫截面是多邊形，此多邊形有一個或者多個邊以某個角度傾斜，以使得光導管405的輸出表面420的圖像平行于微型顯示裝置的邊。斜置的輸出表面420有利地為在傾斜的成像平面上成像提供了一個最佳的且改進的環(huán)境，比如在使用和不使用全內(nèi)反射棱鏡的DLP投影儀上的情況。
圖5A是照明系統(tǒng)500的側(cè)視圖，它包括光導管505，和被連接到光導管505上或者鄰近光導管505而安裝的楔形透鏡510。在一個實施例中，一種具有光功率的元件(例如，棱鏡210、透鏡310或者楔形透鏡510)可以鄰近光導管505的輸出表面520而安裝或者與光導管505的輸出表面520連接在一起，作為一種替代選擇，也可以使用不具光功率的元件(如，光板110)。將光功率元件鄰近光導管505的輸出表面520安裝或者與光導管505的輸出表面520連接在一起，這非常有利地將光板110、透鏡310以及光楔410的優(yōu)點結(jié)合到一個單一的元件中，并且使得照明光的傳輸變得簡單化和/或短程化，而且還能夠提高圖像質(zhì)量。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以將下列一項或幾項進行組合光板110、棱鏡210、透鏡310、光楔410以及楔形透鏡510。圖5B是圖5A所示照明系統(tǒng)500的端視圖，圖示說明了光導管505的輸出表面520以及楔形透鏡510的出口表面530。
圖6舉例說明了照明系統(tǒng)600的一個示范例，它能夠利用本發(fā)明這里所介紹的所有光導管和光學元件。照明系統(tǒng)600包括了從光源605到投影屏幕640的所有元件，這些元件包含但不僅限于下列組件光源605、光導管405、光楔410、中繼透鏡610和620、光欄(optical stop)615、棱鏡625(例如全內(nèi)反射TIR棱鏡)、被稱作微型顯示面板的微型顯示器630(例如數(shù)字微反射鏡器DMD)、投影鏡頭635以及投影屏幕640，照明系統(tǒng)600中還可以使用其它元件，如光學繼電器、濾光片、反射鏡、緩沖裝置以及偏振組件。
圖7A是光導管105的輸出表面120的剖面圖。如圖所示，輸出表面120的形狀是矩形。圖7B舉例說明了在光導管105的輸出表面120的形狀為矩形的情況下，微型顯示面板700上被照亮區(qū)域710的形狀以及微型顯示器630的有效顯示區(qū)域705的形狀，微型顯示器630的有效顯示區(qū)域705的形狀通常也是矩形。當輸出表面120是矩形時，微型顯示器面板700上顯示的圖像710是不規(guī)則的形狀，圖像710的外圍部分是模糊不清的。不規(guī)則的形狀和焦點問題是由于微型顯示器630的傾斜照明而導致的。因此，圖像有效顯示(也就是，焦點對準)區(qū)域705的光強度由于在圖像710的外圍部分有損失而被降低。
圖8A是光導管505的輸出表面520的剖面圖。如圖所示，輸出表面520成一定角度放置且形狀為矩形。圖8B舉例說明了當光導管505的輸出表面520以一定角度放置且形狀為矩形時，微型顯示器面板800上被照亮的區(qū)域810以及微型顯示器630的有效顯示區(qū)域805的形狀。微型顯示器630的有效顯示區(qū)域805的形狀一般是長方形。當輸出表面520以一定的角度放置，微型顯示器面板800上所顯示的圖像810形狀是不規(guī)則的但是實質(zhì)上保持的非常清晰。以一定角度放置輸出表面520非常有利地減少了圖像810在微型顯示器面板800上的溢出。因此，由于模糊不清的部分而導致的光損失減少了，結(jié)果就得到了對比度更高的圖像。
圖9A是光導管405輸出表面420的剖視圖。如圖所示，輸出表面420以一定的角度放置且外形為多邊形。圖9B舉例說明了當光導管405的輸出表面420以一定角度放置且形狀為多邊形時，微型顯示器面板900上被照亮的區(qū)域910以及微型顯示器630的有效顯示區(qū)域905的形狀。微型顯示器630的有效顯示區(qū)域905的形狀一般是長方形。當輸出表面420以一定的角度放置且剖面形狀為多邊形時，微型顯示器面板900上所顯示的圖像910形狀是矩形且實質(zhì)上非常清晰。以一定角度放置的、多邊形輸出表面420非常有利地提供了矩形外觀的圖像，并有效地減少了微型顯示器面板900上所顯示的圖像的溢出。因此，因以一定的角度放置且外形為多邊形的輸出表面420而出現(xiàn)圖像模糊不清部分而導致的光損失減少了，結(jié)果就得到更加均勻、更有效率、而且對比更強烈的照明系統(tǒng)。
本發(fā)明的一些優(yōu)點包括(1)當傾斜照明成像儀時，獲得了更高程度的圖像質(zhì)量；(2)照明中轉(zhuǎn)所需斜置的和偏心的光學元件減少了，簡化了設計，同時也降低了成本；(3)灰塵人工抑制；(4)抗反射涂層的數(shù)量減少；(4)光板是安裝光導管的很好的表面；(5)避免了涂層瑕疵傳遞到成像儀上；(6)離開光導管的光仍然保持遠心；(7)適用于帶有或者不帶有全內(nèi)反射(TIR)棱鏡的DLP投影系統(tǒng)；(8)增加DLP投影系統(tǒng)的流明輸出。因此，本發(fā)明能夠讓使用者更加有效地照亮斜置的成像儀或者傾斜地照亮成像儀，同時將由傳統(tǒng)光導管引起的照明失真減至最小。本發(fā)明可以應用于利用計算機演示的正面投影系統(tǒng)，而且還可以應用于包括帶有和不帶有TIR棱鏡的DLP投影儀在內(nèi)的背投監(jiān)視器以及電視產(chǎn)品中。本發(fā)明還被應用于高亮度的投影系統(tǒng)，例如應用于數(shù)字影院。因此，本發(fā)明改善了所得到的顯示系統(tǒng)的質(zhì)量。除此之外，對于正面投影和背投應用，本發(fā)明為DLP及其它傾斜照亮的微型顯示器提供了一種遠心且均勻的光源。本發(fā)明通過提供照明光學來保持同軸，也簡化了照明中繼光學機械的設計。對于傾斜的圖像來說，當傾斜或離軸照明元件減至最小時，使用光導管方案是最佳的選擇，這不僅能提高流明效率，而且能減低照明光學的成本。對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其它的優(yōu)點是很明顯的。
雖然已經(jīng)介紹并描述了本發(fā)明的示范實施例，但是除了有前面章節(jié)所提及的方案，許多其它的更改、組合、刪除、改進及替代方案也可以由本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下實現(xiàn)。因此，本發(fā)明不是被這些優(yōu)選實施例所限定，而是通過參考將其限定到附加的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種用于提供均勻光源的系統(tǒng)，包括光導管，所述光導管具有用于接收來自光源的光的輸入表面，和用于傳輸所述光的輸出表面；和光學元件，所述光學元件具有鄰近所述光導管輸出表面而安裝的、用于接收所述光的入口表面，和用于傳輸所述光的出口表面。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光導管具有第一折射率，所述光學元件具有第二折射率，所述第二折射率實質(zhì)上與所述第一折射率相同。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光導管的所述輸出表面與所述光學元件的所述入口表面相接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述出口表面定義了實質(zhì)上垂直于光軸的平面，所述光軸由穿越所述光導管的光所限定。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學元件可從由光板、棱鏡、透鏡、光楔和楔形透鏡所組成的一組元件中選擇。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述出口表面涂有二向色濾光涂層。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述出口表面包括偏振物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學元件的所述出口表面涂有增透膜。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出表面有第一表面區(qū)域，所述出口表面有比所述第一表面區(qū)域更大的第二表面區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出表面有第一視野，所述出口表面有比所述第一視野更大的第二視野。
11.一種照明系統(tǒng)包括光導管，所述光導管具有限定了第一平面并被設計成用來接收光的輸入表面，和被設計成用于傳播所述光的輸出表面；以及光學元件，所述光學元件具有連接到所述光導管的所述輸出表面的入口表面，和限定了第二平面的出口表面，所述第二平面實質(zhì)上平行于所述第一平面。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學元件可從由光板、棱鏡、透鏡、光楔和楔形透鏡所組成的一組元件中選擇。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光導管的所述輸出表面限定了與光軸成第一角度的平面，所述光軸由所述光導管所限定。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述入口表面限定了成第二角度的平面，所述第二角度實質(zhì)上與所述第一角度相同。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光導管的所述輸出表面限定了與光軸成第一角度的平面，所述光軸由穿越所述光導管的光所限定。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述入口表面限定了成第二角度的平面，所述第二角度實質(zhì)上與所述第一角度相同。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，利用一種具有光透射特性的粘膠，將所述光學元件的所述入口表面與所述光導管的所述輸出表面連接。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學元件具有光功率。
19.一種光學系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生光束的光源；光導管，所述光導管具有輸入表面和輸出表面，所述輸入表面限定了輸入平面，用于接收來自所述光源的所述光束的光，所述輸出表面限定了輸出平面；以及光學裝置，所述光學裝置具有與所述光導管的所述輸出表面連接的入口表面，和限定了出口平面的出口表面，所述輸出平面相對于所述出口平面是傾斜的。
20.如權(quán)利要求19所述的光學系統(tǒng)，還包括限定了顯示平面的微型顯示裝置，所述顯示平面連接到所述輸出平面。
21.如權(quán)利要求20所述的光學系統(tǒng)，還包括光學的放置在所述光學裝置與所述微型顯示裝置之間的光學中繼器。
22.如權(quán)利要求20所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出表面的形狀是多邊形，以使得顯示在所述微型顯示裝置上的所述輸出表面的圖像的形狀實質(zhì)上為長方形。
23.如權(quán)利要求19所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光學裝置可從由光板、棱鏡、透鏡、光楔和楔形透鏡所組成的一組元件中選擇。
24.如權(quán)利要求19所述的光學系統(tǒng)，還包括鄰近所述微型顯示裝置安裝的棱鏡。
25.如權(quán)利要求23所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡是全內(nèi)反射棱鏡。
26.如在權(quán)利要求19所述的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入平面實質(zhì)上平行于所述出口平面。
全文摘要
用于提供均勻光源的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括光導管，所述光導管具有用于接收來自光源的光的輸入表面和用于傳輸光的輸出表面。所述系統(tǒng)還包括光學元件，所述光學元件具有鄰近著光導管輸出表面安裝的用于接收光的入口表面和用于傳輸光的出口表面。
文檔編號G02B6/00GK1791818SQ200480013986
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月21日
發(fā)明者約翰·M.·費里, 卡爾·H.·杰恩思科 申請人:Jds 尤尼弗思公司