專利名稱：用于光學投影儀的彩色光組合系統(tǒng)的制作方法
用于光學投影儀的彩色光組合系統(tǒng) 相關專利申請的交叉引用
本申請要求2007年5月18日提交的美國臨時專利申請 No.60/938,834和2008年4月10日提交的美國專利申請No.l2/100，577 的優(yōu)先權，這些專利的公開內容以引用的方式全部并入本文。
背景技術：
用于將圖像投影到屏幕上的投影系統(tǒng)可使用具有不同顏色的多色 光源，例如發(fā)光二極管(LED)，以生成照明光。在LED和圖像顯示 單元之間設置若干光學元件，用于將來自LED的光組合并轉移到圖像 顯示單元。圖像顯示單元可以使用多種方法來將圖像施加到光上。例 如，正如透射型或反射型液晶顯示器一樣，圖像顯示單元可以利用偏 振。
圖像亮度是投影系統(tǒng)的重要參數(shù)。彩色光源的亮度以及將光會聚、 組合、均質化并轉移到圖像顯示單元的效率都影響亮度。由于現(xiàn)代投 影儀系統(tǒng)的尺寸減小，因此在將彩色光源產生的熱保持在低水平(可 以在小型投影儀系統(tǒng)中擴散)的同時需要保持足夠的輸出亮度水平。 需要光組合系統(tǒng)以更高的效率組合多個彩色光，從而得到具有足夠亮 度水平的光輸出，而光源的功耗不大。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種彩色光組合系統(tǒng)。該彩色光組合系統(tǒng)包括偏振 分束器。該偏振分束器包括反射偏振膜。該偏振分束器包括接收第一 非偏振顏色光的第一棱鏡表面。該偏振分束器包括接收第二非偏振顏 色光的第二棱鏡表面。該偏振分束器包括提供第一組合光輸出的第三 棱鏡表面，該第一組合光輸出包括組合的p-偏振第一顏色光和s-偏振
6的第二顏色光。該偏振分束器包括具有反射器的第四表面。
該彩色光組合系統(tǒng)包括第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器。該第 一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器面對第三棱鏡表面。第一顏色選擇堆 疊延遲偏振濾光器提供第二組合光輸出，該第二組合光輸出包括被組 合的并且具有相同偏振的第一顏色光和第二顏色光。
根據(jù)一個方面，該彩色光組合系統(tǒng)產生約100流明范圍內的白光， 以供便攜式投影系統(tǒng)使用。
本發(fā)明的以上概述并不旨在描述本發(fā)明的每一個公開的實施例或 每一種實施方式。以下附圖和具體實施方式
更具體地舉例說明了示例 性實施例。


圖1A示出了示例性的兩色光組合系統(tǒng)的示意圖。
圖1B示出了識別圖1A中光線的偏振的圖例。
圖2示出了圖1中彩色組合系統(tǒng)中的發(fā)散光線。
圖3示出了圖1A中彩色組合系統(tǒng)的分解圖。
圖4示出了反射型示例性光源的示意圖。
圖5示出了包括多個反射型LED的示例性光源的示意圖。
圖6示出了光源發(fā)射的光線和鏡面反射光線的示意圖。
圖7示出了光源發(fā)射的光線和非鏡面反射光線的示意圖。
圖8示出了支撐板上示例性LED光源的示意圖。
圖9A示出了在圖1A的系統(tǒng)中從第一顏色光源循環(huán)的光偏振。
圖9B示出了識別圖9A中光線的偏振的圖例。
圖IOA示出了在圖1A的系統(tǒng)中從第二顏色光源循環(huán)的光偏振。
圖IOB示出了識別圖10A中光線的偏振的圖例。
圖11示出了示例性三色光組合系統(tǒng)的示意圖。
圖12示出了包括光通道的示例性兩色光組合系統(tǒng)的示意圖。圖13示出了包括光通道的示例性三色光組合系統(tǒng)的示意圖。 圖14示出了第一顏色光源、第二顏色光源和第三顏色光源被依次 供電的示例性時序圖。
圖15示出了使用具有不同光譜的兩個LED作為彩色光源。 圖16示出了示例性三色光組合系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)向圖像投影 系統(tǒng)提供經組合的三色光輸出。
具體實施例方式
在以下描述的實施例中，彩色光組合系統(tǒng)接收不同顏色的光，并 且產生經組合的光輸出，該光輸出偏振并且包括都同樣偏振的不同顏 色的光。通過偏振分束器中的反射偏振膜，根據(jù)偏振對兩個所接收顏 色的光都進行分光。根據(jù)一個方面，反射偏振膜包括多層光學膜。偏 振分束器產生第一組合光輸出，第一組合光輸出將p-偏振的第一顏色 光和s-偏振的第二顏色光組合在一起。第一組合光輸出穿過顏色選擇 堆疊延遲濾光器，當?shù)诙伾獯┻^該濾光器時，該濾光器選擇性地 改變第二顏色光的偏振。濾光器產生第二組合光輸出，第二組合光輸 出包括組合在一起具有相同偏振的第一顏色光和第二顏色光。第二組 合光輸出可用于調節(jié)偏振光來產生圖像的透射型或反射型顯示機制中 的照明。
根據(jù)一個方面，兩個這種彩色光組合器級聯(lián)地布置，用于產生白 光。第一顏色光組合器將第一顏色光和第二顏色光組合，以產生第一 組合顏色光。第二顏色光組合器將第一組合顏色光和第三顏色光組合， 以產生白光。
在一個組合中，第一顏色光包括紅光，第二顏色光包括藍光，并 且第一顏色組合器將紅光和藍光組合，以產生品紅光。以此組合，第 二顏色光組合器將品紅光和綠光組合，以產生白光。在另一個組合中， 藍光和綠光在第一顏色組合器中被組合從而產生青光；并且第二顏色
組合器將青光與紅光組合，從而產生白光。在又一個組合中，紅光和綠光在第一顏色組合器中被組合從而產生黃光；并且第二顏色組合器 將黃光與藍光組合，從而產生白光?？稍O想出任意次序的各種顏色組
根據(jù)另一個方面，系統(tǒng)包括彩色光源，并且偏振分束器包括與一 個表面相鄰的反射器。彩色光源具有至少部分光反射型的表面。彩色 光源安裝在也可以是至少部分光反射型的基底上。反射器表面、反射 型光源和可選的反射基底與偏振分束器一起協(xié)作地使光循環(huán)并且提高 效率。根據(jù)又一個方面，可以設置光通道，從而得到與單獨的光源與 偏振分束器之間的間距。可以設置積分器來提高組合光輸出的均勻度。
圖1A示出了兩色光組合系統(tǒng)100中光線的剖視圖。圖1B示出了 識別圖1A中光線的偏振的圖例102。
彩色光組合系統(tǒng)100包括第一偏振分束器104。偏振分束器104 包括棱鏡108、110和反射偏振膜106，反射偏振膜106設置在棱鏡108、 110的對角平面之間。使用反射偏振膜106使得偏振分束器具有使輸入 光線通過的能力，所述輸入光線沒有被充分準直并且相對于中央光束 軸偏離或歪斜。根據(jù)一個方面，反射偏振膜包括多層光學膜，這多層 光學膜包括電介質材料的復合膜。使用電介質膜的優(yōu)點在于光的低衰 減和通過光的高效率。根據(jù)另一個方面，多層光學膜可以包括諸如在 美國專利5,962,114 (Jonza等人)或美國專利6,721,096 B2 (Bruzzone 等人)描述的多層光學膜，這些專利的公開內容以引用的方式并入該 申請中。
偏振分束器104包括第一外部棱鏡表面112，第一外部棱鏡表面 112接收非偏振并且具有第一顏色Cl的第一顏色光114。第一顏色光 114是從第一顏色光源115接收的。根據(jù)一個方面，第一光源115包括 一個或多個發(fā)光二極管(LED)?？梢越Y合合適的集光器(collector)或反射 器來使用各種光源，例如激光器、激光二極管、有機LED(OLED)和諸如超高壓(UHP)鹵素燈或氙燈的非固態(tài)光源。偏振分束器104包括第二 外部棱鏡表面116,第二外部棱鏡表面116接收具有第二顏色C2的非 偏振的第二顏色光118。第二顏色C2具有與第一顏色Cl不同的色譜。 第二顏色光118是從第二顏色光源119接收的。根據(jù)一個方面，第二 顏色光源119包括一個或多個LED。根據(jù)一個方面，第一顏色包括紅 色而第二顏色包括藍色。
偏振分束器104包括第三棱鏡表面120，第三棱鏡表面120提供 第一組合光輸出122，第一組合光輸出122包括組合的p-偏振的第一顏 色光124和s-偏振的第二顏色光126。
根據(jù)一個方面，第一棱鏡表面112、第二棱鏡表面116和第三棱 鏡表面120是自由的被拋光的外部表面，它們沒有粘合到相鄰的光學 組件。使棱鏡表面112、 116、 120保持不粘合的狀態(tài)增強了棱鏡表面 112、 116和120的全內反射性質。根據(jù)另一個方面，偏振分束器104 的所有六個外部表面(包括頂表面和底表面)都是被拋光的表面，它 們提供偏振分束器104內傾斜光線的全內反射(TIR)。全內反射在偏振 分束器104中提供高效率。至少一部分光由于全內反射被捕獲在偏振 分束器104中，直到其通過棱鏡表面120離開為止。
根據(jù)一個方面，第一棱鏡表面112、第二棱鏡表面116和第三棱 鏡表面120是被拋光的外部表面，它們粘合到相鄰的光學組件。粘合 劑可以是光學粘合劑。在一個實施例中，光學粘合劑的折射率低于棱 鏡的折射率。保持光學粘合劑的折射率低于棱鏡的折射率保持了棱鏡 表面112、 116和120的一些全內反射性質。根據(jù)另一個方面，偏振分 束器104的所有六個外部表面(包括頂表面和底表面)都是被拋光的 表面，它們提供偏振分束器104內傾斜光線的全內反射(TIR)。全內反 射在偏振分束器104中提供高效率。至少一部分光由于全內反射而被 捕獲在偏振分束器104內，直到其通過棱鏡表面120離開為止。反射偏振膜106將非偏振的第一顏色光114分光成p-偏振的第一 顏色光124和s-偏振的第一顏色光125。反射偏振膜106將非偏振的第 二顏色光118分光成p-偏振的第二顏色光117和s-偏振的第二顏色光 126。反射偏振膜106將p-偏振的第一顏色光124和s-偏振的第二顏色 光126導出棱鏡表面120，由此來組合光。
要理解的是，雖然在附圖中示出了示例性的各個光線，但是諸如 114、 118的彩色光分別在基本上整個棱鏡表面112、 116上傳播。以類 似的方式，第一組合光輸出122在基本上整個第三表面120上傳播。 還要理解的是，p-偏振方向和s-偏振方向是表示相互垂直的方向，但是 在其它方面，p方向和s方向是任意的命名約定。將一個方向命名為p-偏振并且將垂直方向命名為s-偏振的命名方式可以互換。互相垂直的 偏振方向可以可供選擇地被描述為第一偏振方向和第二偏振方向。
光組合系統(tǒng)100包括第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器130。第 一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器130面向第三棱鏡表面120，并且提供 第二組合光輸出132，該第二組合光輸出132包括被組合在一起并且都 是p-偏振的第一顏色光和第二顏色光。在光輸出132中，第一顏色光 和第二顏色光具有相同的偏振態(tài)。p-偏振的第一顏色光124穿過濾光器 130而偏振沒有發(fā)生改變，并且從濾光器130出現(xiàn)作為p-偏振的第一顏 色光134。 s-偏振的第二顏色光126穿過濾光器130而偏振發(fā)生改變， 并且從濾光器130出現(xiàn)作為p-偏振的第二顏色光136。 p-偏振的第一顏 色光134和p-偏振的第二顏色光164 —起包括第二組合光輸出132。在 濾光器130中的偏振旋轉是具有顏色選擇性的。根據(jù)一個方面，濾光 器130包括得自ColorLink公司(Boulder,Colorado)的ColorSelect 濾光 器。根據(jù)另一個方面，第一顏色光114包括紅色，第二顏色光118包 括藍色，并且第一組合光輸出122和第二組合光輸出132都包括品紅 光。品紅光是紅光和藍光的附加顏色組合。
圖2示出了圖1A中彩色組合系統(tǒng)100中的發(fā)散光線。第一光源115提供了第一光114，第一光114是定向的，但是一定程度地偏離中 央方向軸140 (如圖所示)，并且因此沒有完全被準直。反射偏振膜 106用作發(fā)散光線的偏振分束器，并且彩色組合系統(tǒng)100組合沒有完全 準直的光，從而產生還是沒有完全準直的組合光輸出。根據(jù)一個方面， 彩色光組合系統(tǒng)100使空氣中接收到的第一顏色、第二顏色或者第一 顏色和第二顏色中的任一個的發(fā)散光線以高達近90度半角142的角度 通過。根據(jù)一個方面，半角142至少為80度。根據(jù)另一個方面，半角 142對應于F2至F2.8范圍內的光圈數(shù)。根據(jù)另一個方面，半角142在 12度至17度的范圍內。
圖3示出了圖1A中所示的彩色光組合系統(tǒng)100的分解視圖。如圖 3中所示，可以選擇棱鏡108、 110和濾光器130的寬度W和厚度L， 從而得到符合投影系統(tǒng)的所需的縱橫比L/W。如圖3中所示，第二組 合光輸出132包括大致與偏振的P-軸146對齊的p-偏振光。偏振的S-軸144垂直于S-軸146。
圖4示出了安裝在基底404上的光源402。光源402的發(fā)射表面 是至少部分反射型的，用于反射彩色光。該發(fā)射表面與光輸入表面406 (例如，圖1A中的棱鏡表面112或116)對齊。根據(jù)一個方面，光源 402包括LED。根據(jù)另一個方面，基底404是至少部分反射型的，用于 反射彩色光。
圖5示出了光源502。光源502包括具有至少部分反射型發(fā)射表 面的復合LED502A、 502B、 502C和502D。光源502安裝在至少部分 反射型的基底504上。發(fā)射表面與光輸入表面506對齊。
圖6示出了安裝在基底604上的光源602的側視圖。光源602產 生定向但沒有充分準直的彩色光606。光源602的發(fā)射表面是至少部分 反射型的，用于以鏡面方式反射光。
12圖7示出了安裝在基底704上的光源702的側視圖。光源702產 生定向但沒有充分準直的彩色光706。光源702的發(fā)射表面是至少部分 反射型的，用于以非鏡面的方式反射彩色光。
圖8示出了安裝在反射基底804上的光源802的斜視圖。根據(jù)一 個方面，反射基底804安裝到安裝板806，形成組件808。根據(jù)另一個 方面，光源802是至少部分反射型的。根據(jù)又一個方面，組件808包 括得自Luminus Device公司(Woburn, Massachusetts)的PhlatLight 器件。
圖9A示出了在彩色光組合系統(tǒng)900中第一顏色光源915的偏振循 環(huán)。圖9B示出了識別圖9A中光線的偏振的圖例。彩色光組合系統(tǒng)900 布置成與光組合系統(tǒng)100類似，并且還包括合作用來提供偏振循環(huán)的 另外的組件。彩色光組合系統(tǒng)卯0包括第一偏振分束器904。分束器 904包括棱鏡908、 910和反射偏振膜906，反射偏振膜906設置在棱 鏡908、 910的對角表面之間。光組合系統(tǒng)900包括第一顏色選擇堆疊 延遲偏振濾光器930。
彩色光組合系統(tǒng)900包括與第一棱鏡表面912相鄰設置的第一四 分之一波長板950。彩色光組合系統(tǒng)900包括與第二棱鏡表面916相鄰 設置的第二四分之一波長板952。彩色光組合系統(tǒng)900包括反射器(鏡 面表面)954。根據(jù)一個方面，反射器954包含偏振分束器904的外部 棱鏡表面956上的銀或另外的高反射性涂層。根據(jù)另一個方面，反射 器954包括與棱鏡表面956相鄰設置的鏡子。反射器954、反射型輸出 表面和四分之一波長板950、 952配合以使來自第一顏色光源915和第 二顏色光源919的光循環(huán)。
非偏振的第一顏色光914是從第一顏色光源915接收的。非偏振 的第一顏色光914穿過第一四分之一波長板950，而偏振沒有發(fā)生改變。 非偏振的第一顏色光914被反射偏振膜906分光(分開)成p-偏振光924 (相當于圖lA中的p-偏振光)和s-偏振光917 (相當于圖1A中的 s-偏振光117) 。 s-偏振光917被反射器954反射，從而產生s-偏振光 960。 s-偏振光960被反射偏振膜906反射，從而產生s-偏振光962。 s-偏振光962穿過第一四分之一波長板950 (慢軸相對于偏振分束器904 的偏振方向取向45度)，然后被光源915A的部分反射型發(fā)射表面反 射，并且第二次穿過四分之一波長板950。 s-偏振光962在二次穿過四 分之一波長板950(慢軸相對于偏振分束器904的偏振方向位于45度) 之后變成p-偏振。p-偏振光968穿過反射偏振膜906和濾光器930。 s-偏振光917因此循環(huán)成p-偏振光968。 p-偏振光968與p-偏振光924組 合，以增大光組合系統(tǒng)輸出的光。
圖10A示出了彩色光組合系統(tǒng)900中的第二顏色光源919(圖9A) 的光循環(huán)。圖10B示出了識別圖10A中光線的偏振的圖例。與圖9A 中使用的參考標號相同的圖10A中的參考標號表示相同的部件。
非偏振的第二顏色光970是從第二顏色光源919接收的。非偏振 的第二顏色光970穿過第二四分之一波長板952。非偏振的第二顏色光 970被反射偏振膜906分光(分開)成p-偏振光的第二顏色光972 (相 當于圖1A中的p-偏振光117)禾Q s-偏振光974 (相當于圖1A中的s-偏振光126)。p-偏振光972被反射器954反射，從而產生p-偏振光976。 s-偏振光974被反射偏振膜906反射。p-偏振光976穿過第二四分之一 波長板952，然后被光源919A的發(fā)射表面中的反射型發(fā)射表面反射， 并且第二次經過第二四分之一波長板952，該第二四分之一波長板952 相對于偏振分束器904的偏振方向取向為45度。這樣將光的偏振態(tài)正 交地變化，并且光984具有s-偏振。s-偏振光984被反射偏振膜906反 射，從而產生s-偏振光986。 p-偏振光972因此循環(huán)成s-偏振光986。 s-偏振光986與s-偏振光974組合起來，增加光組合系統(tǒng)900輸出的光。 濾光器930接收s-偏振光986、 974并且產生p-偏振光988、 990。
因此，圖9A和圖10A中所示的彩色光組合系統(tǒng)900的第二組合輸出992包括第一顏色光924、第一顏色循環(huán)光968、第二顏色光990 和第二顏色循環(huán)光988，這些光都沿著相同的方向偏振。圖9A、圖10A 中所示的光循環(huán)產生另外的光輸出，而沒有增加輸入光。光循環(huán)提高 了彩色光組合系統(tǒng)的效率。
圖11示出了三色光組合系統(tǒng)l 100的剖視圖。三色光組合系統(tǒng)1100 包括第一兩色光組合系統(tǒng)1102。根據(jù)一個方面，兩色光組合系統(tǒng)1102 如圖9A、圖10A中所示地布置。三色光組合系統(tǒng)1100包括第二兩色 光組合系統(tǒng)1104。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二兩色光組合系統(tǒng)1104 如圖9A、圖10A中所示地布置，不同的是第二兩色光組合系統(tǒng)1104 在從第一兩色組合系統(tǒng)接收光的表面上不包括四分之一波長濾光器， 例如四分之一波長濾光器950 (圖9A、圖10A)。
根據(jù)一個方面，第一兩色光組合系統(tǒng)1102組合來自紅光源1106 的第一顏色紅光Cl和來自藍光源1108的第二顏色藍光C2。第一兩色 光組合系統(tǒng)1102提供輸出表面1100的組合光輸出，包括品紅光。根 據(jù)另一個方面，第二兩色光組合系統(tǒng)104組合輸出面1110的品紅光與 來自綠光源1112的綠光C3。第二兩色組合系統(tǒng)104組合輸出面1110 的品紅光和來自綠光源1112的綠光C3。第二兩色組合系統(tǒng)104組合輸 出面1110的品紅光和來自光源1112的綠光，從而在輸出面1114產生 可用于投影的白色范圍內的顏色(例如，大致8500度K色溫)的光。 還設想出對其它白色的調節(jié)。
圖12示出了兩色光組合系統(tǒng)1200。兩色光組合系統(tǒng)1200近似于 在圖9A、圖10A中所示的兩色光組合系統(tǒng)900，不同的是，兩色光組 合系統(tǒng)1200另外包括第一和第二光管1202、 1204和光積分器1206。 第一光管1202設置在第一光源1208和第一四分之一波長板1210之間。 第二光管1204設置在第二光源1212和第二四分之一波長板1214之間。 光管1202、 1204避免了光源和偏振分束器1216之間的機械干擾。光 積分器1206增加了組合光輸出1208的均勻度。根據(jù)一個方面，四分之一波長板1210、 1214設置在各個光管1202、 1204與偏振分束器1216 之間。根據(jù)另一個方面，光管1202、 1204和四分之一波長板1210、 1214 的相對位置顛倒，使得四分之一波長板1210、 1214設置在各個光管 1202、 1204與各個光源1208、 1212之間。
圖13示出了三色光組合系統(tǒng)1300。三色光組合系統(tǒng)1300近似于 圖11中的三色光組合系統(tǒng)1100，不同的是，三色光組合系統(tǒng)1300包 括第一光管1302、第二光管1304和第三光管1306以及光積分器1308。 三色光組合系統(tǒng)1300包括第一兩色光組合系統(tǒng)1310，第一兩色光組合 系統(tǒng)1310近似于圖12中的兩色光組合系統(tǒng)1200。三色光組合系統(tǒng)1300 包括第二兩色光組合系統(tǒng)1312，該第二兩色光組合系統(tǒng)1312從第一兩 色光組合系統(tǒng)1310接收表面1314的組合兩色光輸出。第二兩色光組 合系統(tǒng)將表面1314的兩色光輸出與第三顏色組合，并且提供表面1316 的組合三色光輸出。根據(jù)一個方面，彩色光組合系統(tǒng)產生用于便攜式 投影系統(tǒng)的約IOO流明范圍內的白光。
圖14示出了給三色光源紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)供電的示例性 時序1400。如圖所示，三色光組合系統(tǒng)中的光源可以被依次供電。根 據(jù)一個方面，時序與投影系統(tǒng)中從三色光組合系統(tǒng)接收組合光輸出的 透射型或反射型成像裝置同步。根據(jù)一個方面，以足夠快的速率來重 復該時序，使得避免了投影圖像出現(xiàn)閃爍，并且避免了投影視頻圖像 中出現(xiàn)諸如色斷的運動偽影。
圖15示出了紅色、綠色和藍色的人類視覺感知隨單色光波長而變 化的曲線圖。如圖所示，第一 LED(LED1)產生藍色范圍內的第一波長 的光，并且第二LED(LED2)產生第二波長的光，第二波長與第一波長 不同但也在藍色范圍內。具有不同波長的LED可以與諸如以上結合圖 5描述的光源的單個光源組合。使用光源中的不同波長通過增大所產生 顏色的感知亮度，可以降低功耗。復合光譜LED可以用在紅色、藍色 或綠色范圍中的一個或多個中。
16因此，通過組合來自具有不同波長(通常在一個視覺感知顏色范 圍內但沒有精確地在一個感知顏色的理想波峰)的復合LED的光，該 顏色的感知亮度可以得以增強，而電功耗沒有對應增大。對組合其它 顏色的光而產生的白光的色純度的感知也得以增強。
圖16示出了包括三色光組合系統(tǒng)1602的投影儀1600。三色光組 合系統(tǒng)1602提供了 1604處的偏振的組合光輸出。1604處的組合光輸 出穿過光引擎光學件1606直至投影光學件1608。
光引擎光學件1606包括透鏡1622、 1624和反射器1626。投影光 學件1608包括透鏡1628、分束器1630和投影透鏡1632。 一個或多個 投影透鏡1632可以相對于分束器1630可移動，從而對投影圖像1612 提供對焦調節(jié)。反射型成像裝置1610調節(jié)投影光學件中的光，從而產 生投影圖像1612?？刂齐娐?614連接到反射型成像裝置1610并且連 接到光源1616、 1618和1620，從而將反射型成像裝置1619的操作與 光源1616、 1618和1620的次序同步。圖16中所示的布置是示例性的， 并且所公開的光組合系統(tǒng)也可以用于其它投影系統(tǒng)。根據(jù)一個可供選 擇的方面，可以使用透射型成像裝置。
根據(jù)一個方面，如上所述的彩色光組合系統(tǒng)產生三色(白色)輸 出。該系統(tǒng)具有高效率的原因在于，具有反射偏振膜的偏振分束器的 偏振性質(對s-偏振光的反射和對p-偏振光的透射)對于大范圍的光 源入射角的敏感性低。在光源應用到偏振分束器中的二向色性濾光器 之前，另外的準直組件可以用于改進光源的光的準直。如果沒有一定 程度的準直，由于二向色反射性隨著入射角(AOI)而變化，因此將存在 明顯的光損失。在本公開中，偏振分束器用作光管，用于使光由于全 內反射而被包含并且只通過所需表面射出。
盡管已經結合優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領域中的熟練工人將認識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進行形 式和細節(jié)的修改。
權利要求
1.一種彩色光組合系統(tǒng)，包括第一偏振分束器，所述第一偏振分束器包括反射偏振膜，包括分別接收第一非偏振顏色光和第二非偏振顏色光的第一棱鏡表面和第二棱鏡表面，包括提供第一組合光輸出的第三棱鏡表面，并且包括具有提供光循環(huán)的反射器的第四棱鏡表面，所述第一組合光輸出包括組合的沿著第一偏振方向偏振的第一顏色光和沿著第二方向偏振的第二顏色光；以及第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器，所述第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器面向所述第三棱鏡表面并且提供第二組合光輸出，所述第二組合光輸出包括被組合并且具有相同偏振方向的第一顏色光和第二顏色光。
2. 根據(jù)權利要求l所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中接收到的所述第一非偏振顏色光和所述第二非偏振顏色光包括從發(fā)散到會聚的范圍內的輸入光線，并且所述第二組合光輸出包括從發(fā)散到會聚的范圍內的 光輸出線。
3. 根據(jù)權利要求2所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述彩色光組合 系統(tǒng)使接收到的光線以在空氣中高達至少卯度半角的角度通過。
4. 根據(jù)權利要求l所述的彩色光組合系統(tǒng)，包括 第一顏色光源，所述第一顏色光源提供所述第一非偏振顏色光； 第一光源，所述第一光源具有至少部分反射型的發(fā)射表面； 四分之一波長板，所述四分之一波長板設置在所述第一光源和所述第一棱鏡表面之間，并且其中所述反射器、所述反射型發(fā)射表面和所述四分之一波長板配 合以使來自所述第一光源的光循環(huán)。
5. 根據(jù)權利要求l所述的彩色光組合系統(tǒng)，包括第一顏色光源，所述第一顏色光源提供所述第一非偏振顏色光；以及第一光管，所述第一光管設置在所述第一顏色光源和所述第一棱鏡表面之間
6. 根據(jù)權利要求1所述的彩色光組合系統(tǒng)，包括光積分器，所述光積分器設置在所述第三棱鏡表面和所述第一顏 色選擇堆疊延遲偏振濾光器之間。
7. 根據(jù)權利要求l所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中彩色光中的至少 一者由包括第一 LED和第二 LED的彩色光源產生，所述第一 LED具 有第一色譜，所述第二LED具有第二色譜，所述第二色譜與所述第一 色譜不同，所述第一色譜和所述第二色譜在能感知的顏色范圍內。
8. 根據(jù)權利要求1所述的彩色光組合系統(tǒng)，包括 第二偏振分束器，所述第二偏振分束器包括反射偏振膜，包括接收第二組合光輸出的第四棱鏡表面和接收第三非偏振顏色光的第五棱 鏡表面，并且包括提供第三組合光輸出的第六棱鏡表面，所述第三組 合光輸出提供與第三顏色光輸出組合的第二組合光輸出，所述第二組 合光輸出具有第一限定偏振態(tài)，所述第三顏色光輸出具有正交的偏振 態(tài)；以及第二顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器，所述第二顏色選擇堆疊延遲 偏振濾光器面向所述第六棱鏡表面并且提供第四組合光輸出，所述第 四組合光輸出組合具有相同偏振態(tài)的第一顏色光、第二顏色光和第三 顏色光。
9. 根據(jù)權利要求8的彩色光組合系統(tǒng)，包括 第一光積分器，所述第一光積分器設置在所述第三棱鏡表面和所述第二顏色選擇堆疊延遲濾光器之間。
10. 根據(jù)權利要求8的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述第四組合光輸 出按時序提供第一顏色光、第二顏色光和第三顏色光。
11. 根據(jù)權利要求8的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述組合光輸出提 供紅色光、綠色光和藍色光。
12. 根據(jù)權利要求8的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述第二組合光輸 出按時序提供第一顏色光和第二顏色光。
13. 根據(jù)權利要求8的彩色光組合系統(tǒng)，還包括接收所述第四組 合光輸出的光學投影系統(tǒng)。
14. 根據(jù)權利要求1所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述第一偏振 分束器的外部表面中的每個都被拋光。
15. 根據(jù)權利要求14所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述第一棱鏡 表面、所述第二棱鏡表面和所述第三棱鏡表面是沒有粘合到相鄰光學 組件的自由外部表面。
16. 根據(jù)權利要求14所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述第一棱鏡 表面、所述第二棱鏡表面和所述第三棱鏡表面利用光學粘合劑粘合到 相鄰的光學組件。
17. 根據(jù)權利要求16所述的彩色光組合系統(tǒng)，其中所述光學粘合 劑的折射率小于所述棱鏡的折射率。
18. —種彩色光組合系統(tǒng)，包括第一分束器，所述第一分束器包括設置在所述分束器的內表面之 間的反射偏振膜，接收第一非偏振顏色光和第二非偏振顏色光，并且提供包括p-偏振的第一顏色光和S-偏振的第二顏色光的第一組合光輸 出；第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器，所述第一顏色選擇堆疊延遲 偏振濾光器接收所述第一組合光輸出并且提供第二組合光輸出，所述 第二組合光輸出包括以相同偏振方向偏振的第一顏色光和第二顏色 光；第一顏色光源和第二顏色光源，所述第一顏色光源和所述第二顏 色光源分別提供所述第一非偏振顏色光和第二非偏振顏色光；第一反射基底和第二反射基底，所述第一反射基底和所述第二反 射基底分別與所述第一光源和所述第二光源相鄰；第一四分之一波長板和第二四分之一波長板，所述第一四分之一 波長板和所述第二四分之一波長板設置在所述第一反射基底和所述第 二反射基底與所述第一分束器之間；以及反射器，所述反射器設置在所述第一分束器上，其中所述反射器、 所述反射基底表面和所述四分之一波長板配合，以使來自所述第一光 源和所述第二光源的光循環(huán)。
19.根據(jù)權利要求18所述的彩色光組合系統(tǒng)，還包括接收所述第 二組合光輸出的光學投影系統(tǒng)。
全文摘要
一種彩色光組合系統(tǒng)包括偏振分束器，所述偏振分束器包括反射偏振膜；接收第一非偏振顏色光的第一棱鏡表面和接收第二非偏振顏色光的第二棱鏡表面；提供第一組合光輸出的第三棱鏡表面，所述第一組合光輸出包括組合的沿著第一方向偏振的第一顏色光和沿著第二方向偏振的第二顏色光。偏振分束器包括第四棱鏡表面上的反射器。顏色選擇堆疊偏振濾光器面對所述第三棱鏡表面。第一顏色選擇堆疊延遲偏振濾光器提供第二組合光輸出，所述第二組合光輸出包括被組合并且具有相同偏振方向的第一顏色光和第二顏色光。
文檔編號G02B27/10GK101681024SQ200880016610
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者大衛(wèi)·M·斯尼韋利, 西蒙·馬格利爾 申請人:3M創(chuàng)新有限公司