在此披露了一种光多路复用系统，该系统包括色彩组合元件以及两个或更多个第一色彩通道、第二色彩通道和第三色彩通道。每个色彩通道包括光源，该光源朝向该色彩组合元件对应地引导具有相应第一波长带、第二波长带或第三波长带的光。该色彩组合元件包括第一和第二。该第一窗口和第二窗口是由固体透明材料制成并且共同地包括三个涂覆表面。这些表面可以是非邻接的。第一涂覆表面接收具有该第一波长带、第二波长带和第三波长带的光。该第一涂覆表面反射该具有该第一波长带的光并且透射该具有该第二波长带和第三波长带的光。第二涂覆表面接收由该第一涂覆表面透射的具有该第二波长带和第三波长带的光。该第二涂覆表面反射该具有第二波长带的光并且透射该具有该第三波长带的光。该第三涂覆表面接收由该第二涂覆表面透射的该具有该第三波长带的光并且将其反射。该所反射的第一波长带、第二波长带和第三波长带作为同轴光束离开该色彩组合元件的该第一表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请根据35U.S.C.§119要求在2013年12月12日提交的美国临时申请序列号61/915,126的优先权权益，该申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。
本披露涉及一种用于色彩成像、投影系统以及其他应用的光多路复用器。更具体地，本披露涉及一种用于将来自两个或更多个固态光源的具有不同波长的光组合来形成同轴多色光束以便递送到被配置用于投影或成像的光学系统的装置和方法。
技术介绍
电子成像和投影系统典型地包括若干色彩通道，这些色彩通道中的每一个提供具有不同光谱带(例如，红色、绿色和蓝色)的光。来自每个光谱带的光构成预期图像的色彩分量。将这些组分色图像混合(组合)以形成复合的多色图像。可以使用不同技术来混合这些组分色图像。对于大型系统，典型地针对每个组分色图像使用单独的调制和投影光学器件并且通过聚焦光学器件将这些组分色图像会聚到屏幕或其他显示表面上来使这些组分色图像混合。然而，对于紧凑且便携的系统，经常优选的是通过同轴混合来组合组分色图像。利用同轴混合，源自每个色彩通道的这些组分色图像在递送到屏幕或显示表面之前被组合并且合并到公共光轴上。组分色图像的同轴混合通过使用针对这些不同色彩通道的一组投影光学器件并且通过由这些不同
色彩通道共用调制和光学部件来节约空间和成本。早期电子成像系统采用灯具和其他多色光源来提供每个色彩通道的彩色光。开发了若干不同的光混合系统以便在早期系统(例如，从彩色电视摄像机光学装置适配而成的复杂棱镜安排)中将组分色图像组合。随着功率更大且更接近单色的光源(例如，发光二极管(LED)和激光)的出现，减少色彩混合部件的大小和成本以及改善成像系统的色域、光效率和整体性能变得可能。对于色彩混合，开发了复合棱镜和二向色涂层的不同安排以便在投影仪和类似成像系统中使用。在与早期电子成像系统一起使用的较熟悉的解决方案当中的是X立方体或X棱镜(图1A中示出)和相关二向色光学元件以及飞利浦棱镜(图1B中示出)。非棱镜解决方案包括多组成角度的二向色平板，诸如在(Cobb(科布)等人)标题为“使用具有中继透镜和二向色组合器的空间光调制器的投影装置(Projection Apparatus Using Spatial Light Modulator with Relay Lens and Dichroic Combiner)”的美国专利号6,676,260中所提出的那些。参考图1A，X立方体10是由四个单独的棱镜元件10a、10b、10c和10d形成的复合棱镜，如插图E1中所示，这些棱镜元件被涂覆并且然后胶粘在一起以形成单个色彩组合器元件。该X立方体将来自对应地发射红光、绿光和蓝光的三个固态光源14r、14g和14b(诸如激光二极管)的光组合。当组装时，X立方体10具有被处理以便选择性地反射并透射不同波长的两个内部交叉二向色界面12a和12b。二向色界面12a反射蓝色波长并且透射绿色波长和红色波长。二向色界面12b(其与二向色界面12a邻接，这样使得这两个界面沿着穿过该X立方体的中心的线相交)反射红色波长并且透射绿色波长和蓝色波长。这些二向色表面的相交线正交于附图的平面，如图1A显示的
X立方体10。这些色彩被组合到光轴OA上，为清楚起见该光轴在图1A中利用分开的色彩路径示出，但实际上是同轴的。图1B中示出的飞利浦棱镜70是用于组合色彩的更复杂的复合棱镜。飞利浦棱镜70是由三个单独的棱镜，即棱镜元件70a、70b和70c形成，并且包括气隙72。二向色表面成倾斜角度的安排将来自固态光源14r、14g和14b的光引导到光轴OA上。二向色表面是由不同电介质材料的超薄涂层的堆叠层形成并且可以进行配制以便针对不同波长的光提供选择性反射和透射。在X立方体和飞利浦棱镜设备以及其他相关光谱组合器或分离器中，不同类型的二向色涂层提供允许光以高度受控的方式在光谱上重新组合或分离的色彩选择机构。小型手提式投影仪以及不同类型的嵌入式或辅助式投影仪典型地使用二向色表面的安排来将红色、绿色和蓝色激光混合到单个光轴上。这些设备然后将所产生的光快速扫描到显示表面上。为了最小化电池使用和热发生，这些设备通过直接调制这些激光中的每一个来形成每个像素，从而仅产生用来形成图像本身的光。这些投影仪通过生成连续扫描的像素线来形成图像，这些像素线然后被引导到显示表面。虽然手提式投影设备使用常规的色彩组合技术实现了良好的结果，但是仍存在一些问题。使用二向色表面的常规色彩组合的一个问题涉及入射角。二向色涂层反射和透射的光随着入射角和波长而变化。当入射角改变时，所透射或反射的光的波长也改变。对于以较低角度(接近于法线的角度)入射的光，在小的入射角或波长范围内的响应变化可为非常低的或可忽
略的。然而，对于以较大角度入射的光，在一定角度范围内的响应变化可为显著的，从而损害了二向色涂层的性能。这些涂层在相对于法线的较小入射角下效果最佳，并且设计和制造在处于较大角度或大范围的角度内的入射光的情况下给出均匀结果的二向色涂层可能是昂贵且困难的。在二向色涂层必须接受在大范围角度内的光的情况下，可能容易导致可感知的色彩不均匀性。现存色彩组合器的其他缺点涉及光入射到其上的表面的数量，不管光是从该表面反射还是透射穿过该表面。每个入射表面显示出效率损失并且导致亮度降低。另外，由于不完整的二向色性能，来自二向色表面的每个光反射或穿过二向色表面的每个光透射导致一定损失。当光遇到表面时(无论被涂覆与否)，由于泄漏，对比度也会受损。在图1A中的X立方体10中，这些光束中的每一个入射在至少三个表面上，并且在图1B的飞利浦棱镜70中，这些光束中的每一个入射在至少四个表面上。高数量的表面损害了用于色彩混合的X立方体和飞利浦棱镜设备的性能。针对二向色涂层的另一个考虑涉及偏振光的反射和透射。随着光在该二向色表面上的入射角变得更大，针对不同偏振态的反射效率的差别变得越来越显著。此外，当入射偏振光源自多个激光二极管源时，必须考虑这些不同激光二极管的独特偏振特性。可以将一个或多个相位延迟器添加到这些不同的色彩通道，但是这以增加成本和复杂性为代价。设计并制造允许将具有不同波长但相同偏振的激光进行组合的二向色涂层的任务提出了相当大的挑战。由激光源提供的色彩混合的进一步复杂性涉及这些激光束的尺寸特
性。许多固态激光束的截面形状是变形的：波束截面在形状上更接近椭圆而非圆形，并且椭圆畸变的程度典型地根据不同色彩而变化。这使得难以由三个组分色形成均匀大小的像素并且导致色彩质量的退化。成本是常规色彩混合器的另一个问题。如图1A和图1B所示，用于色彩混合的常规设备包括二向色表面和棱镜元件的复杂安排。这些安排的实现需要一些制造和精密组装操作。在常规制造中，形成两个或更多个单独棱镜元件，将二向色涂层施加到这些棱镜元件的一个或多个外表面，并且然后将两个或更多个棱镜元件胶粘在一起或以其他方式结合成精密的几何安排。在典型的棱镜组件中，一个或多个二向色涂层是在该色彩组合器的内部，由玻璃或形成这些不同棱镜元件的其他透明材料围绕。色彩混合性能可能被涂层容差、棱镜定位的轻微未对准、气隙、表面缺陷以及其他因素损害。仍然存在对用于固态光源的色彩混合解决方案的需要，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光多路复用系统，该光多路复用系统包括：色彩组合元件，所述色彩组合元件包括：第一片固体透明材料，所述第一片固体透明材料具有第一表面和第二表面；第二片固体透明材料，所述第二片固体透明材料具有第三表面和第四表面；第一涂层，该第一涂层被布置在所述第一表面上；第二涂层，该第二涂层被布置在所述第二表面或所述第三表面上；以及第三涂层，该第三涂层被布置在所述第四表面上；第一色彩通道，该第一色彩通道具有第一光源，所述第一光源将第一光束引导到所述第一涂层上，所述第一光束包括第一波长带；第二色彩通道，该第二色彩通道具有第二光源，所述第二光源将第二光束引导到所述第一涂层上，所述第二光束包括第二波长带并且平行于所述第一光束；第三色彩通道，该第三色彩通道具有第三光源，所述第三光源将第三光束引导到所述第一涂层上，所述第三光束包括第三波长带并且平行于所述第二光束；其中所述第一涂层反射所述第一波长带并且透射所述第二波长带和所述第三波长带；其中所述第二涂层反射所述第二波长带并且透射所述第三波长带；并且其中所述第三涂层反射所述第三波长带。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 US 61/915,1261.一种光多路复用系统，该光多路复用系统包括：色彩组合元件，所述色彩组合元件包括：第一片固体透明材料，所述第一片固体透明材料具有第一表面和第二表面；第二片固体透明材料，所述第二片固体透明材料具有第三表面和第四表面；第一涂层，该第一涂层被布置在所述第一表面上；第二涂层，该第二涂层被布置在所述第二表面或所述第三表面上；以及第三涂层，该第三涂层被布置在所述第四表面上；第一色彩通道，该第一色彩通道具有第一光源，所述第一光源将第一光束引导到所述第一涂层上，所述第一光束包括第一波长带；第二色彩通道，该第二色彩通道具有第二光源，所述第二光源将第二光束引导到所述第一涂层上，所述第二光束包括第二波长带并且平行于所述第一光束；第三色彩通道，该第三色彩通道具有第三光源，所述第三光源将第三光束引导到所述第一涂层上，所述第三光束包括第三波长带并且平行于所述第二光束；其中所述第一涂层反射所述第一波长带并且透射所述第二波长带和所述第三波长带；其中所述第二涂层反射所述第二波长带并且透射所述第三波长带；
\t并且其中所述第三涂层反射所述第三波长带。2.如权利要求1所述的光多路复用系统，其中所述第二涂层与所述第二表面和所述第三表面直接接触。3.如权利要求1或2所述的光多路复用系统，其中所述第一片透明材料和所述第二片透明材料包括玻璃或塑料。4.如权利要求1-3中任一项所述的光多路复用系统，其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的第一个包括红光；其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的第二个包括蓝光；其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束中的第三个包括绿色波长。5.如权利要求4所述的光多路复用系统，其中所述第一光束包括红光，所述第二光束包括蓝光，并且所述第三光束包括绿光。6.如权利要求1-4中任一项所述的光多路复用系...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·科布，J·W·弗兰克维奇，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。