用于均勻分配光的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及投影儀，并且具體地涉及一種用于均勻分配光的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用激光作為光源的投影系統(tǒng)中，將來自紅色、綠色和藍(lán)色激光器的光傳送到公共的光纖中以產(chǎn)生白光，所述白光被輸送到投影系統(tǒng)以在形成用于投影的圖像中使用。因此，需要三個獨(dú)立的電氣驅(qū)動器，三個獨(dú)立的熱管理系統(tǒng)和三個獨(dú)立的光路。這是個復(fù)雜的系統(tǒng)，由于材料和制造復(fù)雜性，所述系統(tǒng)會導(dǎo)致高成本。此外，分配所述光到不同的投影儀而不損失光可能是復(fù)雜的和/或難以實(shí)現(xiàn)的和/或低效的。例如，來自單一光源的光以相同的強(qiáng)度分配到兩個或更多個通道中，同時在此過程中損失很少或不損失光是具有挑戰(zhàn)性的。類似地，調(diào)節(jié)和/或調(diào)整到多個投影儀的光強(qiáng)度同時損失很少或不損失光也是具有挑戰(zhàn)性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一般來說，本發(fā)明涉及一種使用單一顏色光源(包括但不限于，產(chǎn)生白光的紅色、綠色和藍(lán)色光源的組合，和/或燈泡)的系統(tǒng)，并且具有光分配系統(tǒng)，所述光分配系統(tǒng)配置為分配來自光源的光到多個投影儀以在形成用于投影的圖像中使用。在一些實(shí)施方式中，藍(lán)色激光可以作為光源，并且光分配系統(tǒng)可以將藍(lán)色激光分配到顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將藍(lán)色激光轉(zhuǎn)換為其他顏色，例如紅光或綠光。使用藍(lán)色激光作為光源，而不是來自紅色、綠色和藍(lán)色激光的光的組合，結(jié)果是單一電氣驅(qū)動類型，單一熱管理系統(tǒng)，具有單一目標(biāo)冷卻溫度，以及單一光路。光分配系統(tǒng)可以是不可知的光的顏色，并且可以用于分配白光，紅光，綠光，藍(lán)光和/或其組合。光分配系統(tǒng)可以配置為通過將積分器的圖像劃分為具有光學(xué)擴(kuò)展量(etendue)的子區(qū)域而均勻分配光到多個投影儀和/或顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述光學(xué)擴(kuò)展量從源到光纖(并因此相應(yīng)的投影儀)是相匹配的?？商娲?，光分配系統(tǒng)可以配置為使用可調(diào)反射/可調(diào)傳動裝置分配光到多個投影儀和/或顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本文描述的每個光分配系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所述各自的功能而很少或幾乎沒有損失光。
[0004]在本說明書中，元件可以被描述為“配置為”執(zhí)行一個或多個功能或“配置用于”所述功能。在一般情況下，配置為執(zhí)行或配置用于執(zhí)行功能的元件配置為執(zhí)行該功能，或適用于執(zhí)行該功能，或適合于執(zhí)行該功能，或可操作執(zhí)行該功能，或以其他方式能夠執(zhí)行該功會K。
[0005]在本說明書中，措辭“X，Y和Z中的至少一個”和“X，Y和Z中的一個或多個”可以被解釋為僅X，僅Y，僅Z，或兩個或多個項目X，Y，Z的任意組合(例如，XYZ, XYY, YZ, ZZ等)。類似的邏輯可應(yīng)用于在措辭“至少一個...”和“一個或多個...”中出現(xiàn)的任意兩個或多個項目。
[0006]本說明書中提供了一種系統(tǒng)，包括:積分棒，所述積分棒包括輸出端和相反的輸入端，所述積分棒配置為在所述輸出端發(fā)射在所述輸入端接收的光的積分圖像，在距所述輸出端的給定距離，所述積分圖像具有光學(xué)擴(kuò)展量Eimg和面積A img以及，包括位于所述給定距離的輸入側(cè)的裝置，所述裝置配置為:在所述輸入側(cè)從所述積分棒的所述輸出端接收所述積分圖像；將所述積分圖像拆分為N個子圖像，所述N個子圖像中的每個子圖像具有面積Asub和光學(xué)擴(kuò)展量E sub，使得Aimg大約是N*A sub以及E img大約是N*E sub;以及中繼所述子圖像。Aimg可以等于N*A sub° Eimg可以等于N*E sub。
[0007]所述裝置可以包括:與N個子圖像成一對一關(guān)系的多個子積分棒，每個所述多個子積分棒配置為形成相應(yīng)的一個子圖像，多個子積分棒包括在給定距離彼此相鄰的相應(yīng)的輸入端，形成所述裝置的輸入側(cè)，相應(yīng)的輸入端鄰近積分棒的輸出端，相應(yīng)輸入端的總面積和輸出端的輸出面積都與積分圖像的面積Aimg相近。每個相應(yīng)輸入端的相應(yīng)面積可以是大約彼此相等。積分圖像可以形成在多個積分棒的相應(yīng)輸入端。每個子積分棒的相應(yīng)光學(xué)擴(kuò)展量Erod可以約等于子圖像的光學(xué)擴(kuò)展量E sub。多個子積分棒的相應(yīng)輸入端可以堆疊。多個子積分棒可以堆疊，使得多個子積分棒的相應(yīng)縱向軸線大致平行。每個所述多個子積分棒可以具有不同的長度，同時每個所述多個子積分棒的相應(yīng)輸出端可以配置為中繼相應(yīng)的子圖像到不同的相應(yīng)位置。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括與多個子積分棒成一對一關(guān)系的多個中繼透鏡，每個所述多個中繼透鏡位于一個不同的相應(yīng)位置，每個所述多個中繼透鏡配置為進(jìn)一步中繼相應(yīng)的子圖像。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括與多個中繼透鏡成一對一關(guān)系的多個光纖，所述多個光纖的每個配置為接收由相應(yīng)的中繼透鏡中繼的子圖像。
[0008]所述裝置可以包括:與N個子圖像成一對一關(guān)系的小透鏡陣列，每個小透鏡配置為形成相應(yīng)的一個子圖像，小透鏡陣列包括在給定距離彼此相鄰的相應(yīng)的輸入端，形成所述裝置的輸入側(cè)；以及，位于積分棒的輸出端和小透鏡陣列之間的遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)，所述遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)配置為中繼積分圖像到小透鏡陣列的相應(yīng)輸入端，相應(yīng)輸入端的總面積大約是積分圖像在給定距離的面積Aimg。相應(yīng)輸入端的總面積可以小于積分圖像在給定距離的面積AifflgO通過遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)，在小透鏡的相應(yīng)輸入端可以形成積分圖像。每個小透鏡的相應(yīng)光學(xué)擴(kuò)展量Elmslet可以約等于子圖像的光學(xué)擴(kuò)展量E subo遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)可以配置為放大積分圖像以增加或減少積分圖像在給定距離的面積Aimg。積分棒的輸出端可以位于遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)的圖像位置，同時小透鏡陣列的相應(yīng)輸入端位于遠(yuǎn)心中繼系統(tǒng)的圖像位置，與給定的距離一致。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括與小透鏡陣列成一對一關(guān)系的多個光纖，每個所述多個光纖配置為通過相應(yīng)的小透鏡接收和中繼相應(yīng)的子圖像。每個所述多個光纖可以具有光學(xué)擴(kuò)展量Efibw，所述光學(xué)擴(kuò)展量Efibw約等于子圖像的光學(xué)擴(kuò)展量E sub。小透鏡陣列可以包括整體結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的另一方面提供一種方法，包括:從積分棒的輸出端接收積分圖像；將所述積分圖像拆分為N個子圖像，所述N個子圖像中的每個子圖像具有面積Asub和光學(xué)擴(kuò)展量Esub，使得所述積分圖像在距所述輸出端的給定距離處的面積Aimg大約是N*A sub以及所述積分圖像的光學(xué)擴(kuò)展量Eimg大約是N*E sub;以及中繼所述子圖像。
【附圖說明】
[0010]為了更好的理解本文所述的各種實(shí)施方式，以及更清楚地示出所述實(shí)施方式如何付諸實(shí)施，將僅通過示例的方式參照附圖，其中:
[0011]圖1示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配光到多個投影儀的系統(tǒng)。
[0012]圖2示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配藍(lán)色激光到多個投影儀的系統(tǒng)。
[0013]圖3示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于圖2中的系統(tǒng)的顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
[0014]圖4示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配藍(lán)色激光到多個投影儀的系統(tǒng)。
[0015]圖5示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于圖1、2和4中的系統(tǒng)的光分配系統(tǒng)。
[0016]圖6示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的圖5中用于均勻分配光到多個投影儀的裝置的端視圖。
[0017]圖7示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的操作中的圖5中的系統(tǒng)。
[0018]圖8示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于圖1、2和4中的系統(tǒng)的可替代光分配系統(tǒng)。
[0019]圖9示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的圖8中用于均勻分配光到多個投影儀的裝置的端視圖。
[0020]圖10示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的操作中的圖8中的系統(tǒng)。
[0021]圖11示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配和調(diào)整沿多個光路提供的光的強(qiáng)度的系統(tǒng)。
[0022]圖12示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的第二反射光學(xué)器件。
[0023]圖13示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的可變中性密度濾光片，其中反射率是旋轉(zhuǎn)可變的。
[0024]圖14示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的可變中性密度濾光片1400A和1400B，其中反射率是線性可變的。
[0025]圖15示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的可變中性密度濾光片，其中反射率在垂直方向、橫向方向和對角方向是線性可變的。
[0026]圖16示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配和調(diào)整沿多個光路提供的光的強(qiáng)度的系統(tǒng)。
[0027]圖17示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)包含用于分配和調(diào)整沿多個光路提供的光的強(qiáng)度的系統(tǒng)。
[0028]圖18示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的最后反射光學(xué)器件，其包含在圖17所示的投影系統(tǒng)中。
[0029]圖19示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配和調(diào)整沿多個光路提供的光的強(qiáng)度的方法的流程圖。
[0030]圖20示出了根據(jù)非限制性實(shí)施方式的用于分配和調(diào)整沿多個光路提供的光的強(qiáng)度的系統(tǒng)，其中一個或多個反射光學(xué)元件包括數(shù)字微鏡元件(DMD)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出了用于分配光到多個投影儀的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括:光源101 ;多個光纖103-1，103-2，103-3...103-n ;光分配系統(tǒng)105，其配置為從光源101接收光，并且分配所述光到多個光纖103-1，103-2，103-3...103-n ；以及，多個投影儀107-1，107-2，107-3...107-m，其配置為從多個光纖103-1，103-2，103-3...103-n中的一個或多個接收光，以用于投影圖像。
[0032]在下文中，多個光纖103-1，103-2，103-3...103_n將共同地被稱為光纖103，并且統(tǒng)稱為光纖103 ;類似地，在下文中，多個投影儀107-1，107-2，107-3...107-m將共同地被稱為投影儀107，并且統(tǒng)稱為投影儀107。
[0033]雖然示出了“η”個光纖103和“m”個投影儀107，但是任何數(shù)量的光纖103和投影儀107都在本實(shí)施方式的范圍內(nèi)。此外，光纖103的數(shù)量“η”和投影儀107的數(shù)量“m”可以是相同或不同的:如圖所示，光纖103的數(shù)量“η”和投影儀107的數(shù)量“m”是相同的(即，“n”=“m”)。然而，在其他實(shí)施方式中，其中光纖103的數(shù)量“η”和投影儀107的數(shù)量“m”是不相同的，多于一個的光纖103可以中繼光到單個投影儀107(即，“n”此外，使用光纖“Y”線纜，分叉的光纖線纜等，光纖103可以中繼光到多于一個的投影儀107(即，
[0034]此外，雖然每個光纖103被描述為單一的光纖，但是每個光纖103可以包括多個光纖和/或光纖束，例如當(dāng)光纖101包括白色光源和/或白色激光光源(即，紅色、綠色和藍(lán)色激光的組合)。
[0035]光分配系統(tǒng)105可以包括相等強(qiáng)度光分配系統(tǒng)，其配置為大約均勻分配來自光源101的光到每個光纖103。下面參照圖5-10描述相等強(qiáng)度光分配系統(tǒng)的非限制性實(shí)施方式。另外，光分配系統(tǒng)105可以包括可配置的光分配系統(tǒng)，其配置為以可控制和/或可改變和/或可配置的量從光源101向光纖103分配光。下面參照圖11-20描述可配置強(qiáng)度光分配系統(tǒng)的非限制性實(shí)施方式。
[0036]光源101可以包括白色光源，該白色光源進(jìn)而可以包括至少一個紅色激光、至少一個綠色激光和至少一個藍(lán)色激光；在這些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100包括用于接收紅光、綠光和藍(lán)光并且將其組合成白光的光學(xué)元件；所述組件可以位于光源101、光分配系統(tǒng)105或兩者之間，例如在光源101和光分配系統(tǒng)105之間的光路109上。然而，當(dāng)光源101包括三種不同類型的激光時，每種激光類型通常在不同條件下操作，包括但不限于，不同的電氣條件和不同的溫度條件，并且因此系統(tǒng)100然后還包括三種不同類型的電氣驅(qū)動器和三種不同的熱管理系統(tǒng)等，這同時增加了系統(tǒng)100的材料成本和制造復(fù)雜性。
[0037]然而，復(fù)雜性和材料成本可以通過使用藍(lán)色激光光源作為光源101和顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)而減少，所述顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于將所述藍(lán)色激光轉(zhuǎn)換為其他顏色的光(例如，紅光和綠光)，之后所述其他顏色的光可以與藍(lán)光組合以在投影儀中用于投影圖像。例如，接下來參照圖2，其示出了基本上類似于系統(tǒng)100的系統(tǒng)200，其中類似的元件具有類似的標(biāo)號，但是前面加“2”而不是“I”。系統(tǒng)200包括:藍(lán)色激光光源201 ;多個光纖203-1，203-2,203-3...203-n ;光分配系統(tǒng)205，其配置為從藍(lán)色激光光源201 (例如，通過光路209)接收藍(lán)色激光，并且分配所述藍(lán)色激光到多個光纖203-1，203-2，203-3...203-n ；多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211-1,211-2,211-3...211-p,每個配置為:從所述多個光纖203-1，203-2,203-3...203-n中的至少一個接收藍(lán)色激光，并且將藍(lán)色激光轉(zhuǎn)換為不同于藍(lán)色激光的至少一種其他顏色的光；以及，多個投影儀207-1，207-2，207-3...207_m，其配置為(例如，沿著相應(yīng)的光路213-1，213-2，213-3...213-m)從多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211-1，212，211-3...211-p接收至少一種其他顏色的光，以用于投影圖像。
[0038]因此，系統(tǒng)200類似于100，但是系統(tǒng)200包括藍(lán)色激光光源201，而不是，例如，白色光源，同時系統(tǒng)200還包括多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211-1，2112，211-3...211_p，用于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為其他顏色的光，例如紅光和綠光。
[0039]在下文中，多個光纖203-1，203-2，203-3...203_n將共同地被稱為光纖203，并且統(tǒng)稱為光纖203 ;類似地，在下文中，多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211-1，212，211-3...211-p將共同地被稱為顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211，并且統(tǒng)稱為顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211 ;類似地，在下文中，多個投影儀207-1，207-2，207-3...207_m將共同地被稱為投影儀207，并且統(tǒng)稱為投影儀207。在下文中，多個光路213-1，213-2，213-3...213_m將共同地被稱為光路213，并且統(tǒng)稱為光路213。
[0040]雖然示出了 “η”個光纖203，“m”個投影儀207，和“p”個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211，但是任何數(shù)量的光纖203，投影儀207和顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211都在本實(shí)施方式的范圍內(nèi)。此外，上述光纖203的數(shù)量“n”，投影儀207的數(shù)量“m”和顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211的數(shù)量“P”都可以是相同或不同的:如圖所示，光纖203的數(shù)量“n”，投影儀207的數(shù)量“m”和顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211的數(shù)量“P”是相同的(即，“n” = “m” = “p” )。
[0041]然而，光纖203的數(shù)量“η”可以大于或小于顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211的數(shù)量“P”。例如，多于一個的光纖203可以中繼光到單個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211 (即，“η” >“ρ”)。此外，使用光纖“Y”線纜等，光纖203可以中繼光到多于一個的顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211 (即，“η” < “ρ”)。
[0042]此外，雖然每個光纖203被描述為單一的光纖，但是每個光纖203可以包括多個光纖和/或光纖束。然而，如下所述，每個光纖203可以包括跳線，其通常比光纖束便宜。
[0043]在所示的實(shí)施方式中，多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211與投影儀207成一對一的關(guān)系，使得給定的顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211僅用于提供至少一種其他顏色的光到給定的投影儀207。
[0044]然而，在其他實(shí)施方式中，顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211的數(shù)量“P”可以小于投影儀207的數(shù)量“η”，其中一個或多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211沿著多于一個的光路213中繼光到多于一個的投影儀207。在其他實(shí)施方式中，顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211的數(shù)量“P”可以大于投影儀207的數(shù)量“η”，其中一個或多個投影儀207沿著多于一個的光路213從多于一個的顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211接收光。因此，一般地，一個或多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211可以為一個或多個投影儀207提供光。
[0045]此外，每個光路213可以包括光學(xué)元件，該光學(xué)元件配置為從一個或多個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211中繼光到一個或多個投影儀207，包括但不限于，透鏡，棱鏡，反射鏡，光纖等。
[0046]每個顏色轉(zhuǎn)換系統(tǒng)211