具有非径向对称孔径的照明系统技术方案

本发明专利技术披露照明系统，所述照明系统包括具有非径向对称孔径的光源或光源组，所述非径向对称孔径具有较长尺度和较短尺度，从而所述光源或者光源组产生具有非径向对称的角强度分布的照明光，所述角强度分布具有较长的角尺度和较短的角尺度。所述照明系统包括具有入口端和出口端的积分器，所述入口端与所述光源组光学连接，并且所述积分器具有这样一个尺度，该尺度从所述入口端到所述出口端的增加量更大。所述积分器这样设置，使得所述增加量更大的尺度与产生在所述积分器的入口端处的照明光的较长的角尺度基本上朝向同一方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可应用于例如投影系统中的照明系统。更具体地说，本专利技术涉及在进入积分器之前光束具有非径向对称角强度分布的照明系统。
技术介绍
典型的投影系统包含光源、照明光学装置、一个或多个成像装置、投影光学装置和投影屏幕。照明光学装置收集一个或多个光源发出的光，并且将所收集的光以预定的方式引导至到一个或多个成像装置。由经过了电子调节和处理的数字视频信号或其它输入数据所控制的成像装置产生与所述视频信号或数据对应的图像。然后，投影光学装置放大图像并将该图像投影到投影屏幕上。与颜色保持系统结合使用的白光光源(例如弧光灯)一直并仍将用作投影显示系统的主流光源。然而，近来，人们引入发光二极管(LED)作为可选光源。LED光源的一些优点包含更长的使用寿命、更高的效率和优异的热特性。常用于投影系统中的成像装置的例子包括数字微反射镜装置、数字光处理装置(DLP)、硅基液晶(LCoS)器件和高温多晶硅液晶装置(HTPS-LCD)。常用的投影系统的照明光学装置通常包括积分器。积分器通常起到通过其内壁上的反射而使进入其输入端的光均匀化的作用。目前已知的积分器包括反射镜隧道(例如实心或者中空的矩形隧道)以及由实心玻璃棒构成的通过全内反射传输光的细长型隧道。专利技术概述本专利技术涉及照明系统，所述照明系统包括具有非径向对称孔径的光源或者光源组。所述孔径具有较长尺度和较短尺度，因此所述光源或者光源组产生具有非径向对称的角强度分布的照明光，所述角强度分布具有较长的角尺度(角维度，dimension)和较短的角尺度。该照明系统还包括积分器，所述积分器具有入口端和出口端，所述入口端与所述光源或光源组光学连接，并且所述积分器具有这样一个尺度(维度，dimension)，该尺度从所述入口端到所述出口端的增加量更大。所述积分器这样设置，使得所述积分器的增加量更大的尺度与产生在所述积分器的入口端处的照明光的较长的角尺度基本上朝向同一方向。本专利技术还涉及包括多个光源组的照明系统，每一个光源组具有非径向对称的孔径，所述孔径具有较长尺度和较短尺度。所述光源组产生具有非径向对称的角强度分布的照明光，所述角强度分布具有较长的角尺度和较短的角尺度。这种照明系统还包括积分器，所述积分器具有入口端和出口端，所述入口端与所述光源组光学连接，所述出口端具有较长尺度和较短尺度。所述积分器和所述光源组这样设置，使得所述积分器的出口端的较长尺度与产生在所述积分器的入口端处的照明光的各自较长的角尺度基本上朝向同一方向。根据下面的详细说明以及附图，本专利技术的照明系统的上述这些方面和其它方面对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。附图的简要说明为了使本专利技术所属领域的普通技术人员更容易理解如何实施本专利技术以及使用本专利技术，下面将参照附图详细地描述本专利技术的示例性实施例，其中附图说明图1是包括基本上为梯形的积分器的已知照明系统的示意性透视图；图2A至图2C表示在三个不同长度的梯形积分器中用反向光线追踪法得到的梯形积分器入口端处光的角强度分布，其对应于出口端处的圆形的角强度分布；图3是根据本专利技术构造的示例性照明系统的示意性透视图；图3A是适用于图3所示示例性照明系统中的光源组的示例性结构的透视图； 图4是根据本专利技术构造的另一个示例性照明系统的示意性剖视图；图4A示出在与图4所示系统相似的系统中具有非径向对称孔径的示例性光源组相对于二向色反射镜的位置；图5示出适合用于将具有不同色调(shade)的绿光LED组合到同一颜色通道中的二向色组合器的模拟透射和反射性能特性；图6示出两组具有不同色调的绿光LED的光谱，这两组绿光LED各自位于二向色组合器的前面(用实线表示其光谱)和后面(用点线表示其光谱)；图7示出相同类型的一组绿光LED的发射光谱(实线)和两组具有不同色调(具有偏移的峰值波长)的LED经过二向色反射镜组合之后的光谱(点线)的比较；以及图8示出通过组合两组LED而实现的净光通量的小数点后的数值增量(fractional increase)与LED光谱的峰对峰间距的函数关系。专利技术详述现在参照附图，在这些附图中相同的标记表示相似的元件，图1示出传统的照明系统10。该照明系统10包括具有基本圆形对称的孔径13的光源12、集光光学装置14、积分器16、中继光学装置18和照明目标17例如成像装置。在某些传统的照明系统中，积分器16具有梯形的形状，例如，具有大体正方形的入口端16a和大体矩形的出口端16b。这种梯形积分器16将通过其中的光的角强度分布整形，从而将入口端16a处的大体圆形对称的角强度分布(如13a所示)转变为积分器出口端16b处的非径向对称(通常为椭圆形)的角强度分布(如13b所示)。由于常用的投影光学装置(图中未示出)例如一个或者多个透镜是圆形的，所以，积分器出口端处的非径向对称角强度分布的光可能会被该投影光学装置削掉一些(clipping)，从而导致光损失，要不然这些损失的光将导向观看者、投影屏幕等等。假如需要在梯形积分器的出口端处得到大体圆形对称的角强度分布，可以通过反向光线追踪法确定积分器入口端处的角强度分布，该角强度分布导致在出口端处产生这种大体圆形对称的角强度分布。例如，对于具有约6.1×6.1mm的大体正方形入口端和约16.0×13.0mm的大体矩形出口端的空心积分器，如果其入口端处的角强度分布大体上如图2A至图2C所示，则在出口端处得到角度范围为大约±12.7度的大体圆形对称的角强度分布。图中所表示的非径向对称(这里，大体椭圆形)的形状具有较长的角尺度和较短的角尺度，使得该较长的角尺度与积分器出口端的较长尺度基本上朝向同一方向。图2A示出了对长度约75mm的积分器通过反向光线追踪得到的结果，其中，发现较长的角尺度为约±35度，较短的角尺度为约±28度。图2B和图2C分别示出对长度约100mm和200mm的积分器通过反向光线追踪得到的结果。图3表示根据本专利技术构造的示例性照明系统20的示意性透视图，使得光在积分器入口端处充满由图2A至图2C中所示的形状表示的角空间。该示例性照明系统20包括光源或者光源组22、积分器26和照明目标27例如成像装置。在某些实施例中，该照明系统还包括可任选的集光光学装置24和可任选的中继光学装置28中的一个或者二者。如图3所示的积分器26具有大体正方形的入口端26a和大体矩形的出口端26b，但是入口端和出口端的形状可以改变。例如，入口端26a可以具有大体矩形的形状，其中至少一个尺度小于出口端26b的至少一个尺度，并且，在某些实施例中，出口端26b可以具有大体正方形的形状，其中一边大于入口端26a的至少一个尺度。图3所示的结构特别适用于这样一种情况其中，一个或多个光源具有正方形的发射表面，并且，照明目标例如成像装置具有矩形的形状。因此，积分器入口端的形状可以与发射表面中的一个或者多个形状相匹配，而出口端的形状可以与照明目标的形状相匹配。在大多数的实施例中，出口端26b的较长尺度应当与成像装置27的较长尺度基本上朝向同一方向。本领域的普通技术人员很容易认识到，这样的尺度可以实现在照明目标附近所需的匹配状态，例如使用折叠反射镜或者其他改变光方向的光学装置(direction-alteringoptics)的情况。在某些示例性实施例中，出口端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明系统，包括：光源，其具有非径向对称的孔径，所述孔径具有较长尺度和较短尺度，所述光源产生具有非径向对称的角强度分布的照明光，所述角强度分布具有较长的角尺度和较短的角尺度；以及积分器，其具有入口端和出口端，所述入口端与所 述光源光学连接，所述出口端具有较长尺度和较短尺度，所述积分器这样设置，使得所述出口端的较长尺度与所述光源产生在所述积分器的入口端处的照明光的较长的角尺度基本上朝向同一方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙马加里尔，托德S拉瑟福德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]