用于投影显示系统的有效光聚集器技术方案

一种用于弧光灯的光聚集系统，包括具有第一和第二抛物面反射器部件的抛物面反射器，第二抛物面反射器被分成子部件，产生多个弧光图像。光聚集系统结合高效率和保持光学径角性孔径整形，并在投影显示系统中特别有用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光聚集系统，更具体地涉及用于聚集来自强光源例如弧光灯的光的光聚集系统，其光将在投影显示系统中被采用。
技术介绍
投影显示系统采用强光源，以便光在被一个或多个光阀调制之后为在观看屏上亮显示而提供足够的光。通常用于这个目的的光源包括弧光灯，例如UHP和氙灯。这种灯的拉长形状的弧光，对设计者提供用于聚集和整形出射光以进行后续的调制和显示的有效光学系统是一种挑战。投影时最通用的光聚集方法是基于抛物面反射器或椭圆面反射器和柱镜阵列以校正光源的不均匀性。由于这些反射器类型的典型大像差和光源与柱镜几何结构之间的不匹配，不能保持光学径角性(etendue)。这导致目前的投影仪光利用差，特别是在小光阀的情况下。在2001年5月15日授予Li的美国专利US6,231,199教导了一种用于将一个或多个弧光灯的光聚集和会聚成小尺寸点以耦合到诸如单光纤输入端面的目标的光学系统。该系统包括用于使弧光灯的光输出有效翻倍的后向反射器(retroreflector)，和多个凹抛物面反射器。在申请人的图1A-1C示出了使用两个背对背抛物面反射器以接近单位放大倍率地形成弧光图像(arc image)的示例性装置。图1A是用于具有拉长弧光14的弧光灯光源12的光聚集系统10的纵向截面图。该图对应于弧光14的轴向像平面。光聚集系统包括后向反射器16和复合抛物面反射器18，复合抛物面反射器18由第一抛物面反射器部件18a和第二抛物面反射器部件18b组成。用光线R1和R2表示的灯光被后向反射器16反向反射回弧光14上。抛物面反射器部件18a和18b同轴，弧光14位于第一抛物面反射器部件18a的焦点。用光线R3和R4表示的来自弧光14的光在第二抛物面反射器部件18b的焦点形成弧光图像20，在这里设置光纤22的入射面22a。因为该装置的对称性，大大地消除抛物面的巨大像差。从弧光出射的光的锥角取决于灯的辐射特性。目前的UHP灯的锥角非常大。如图1B和1C所示，在轴向像平面的锥角ψ和在径向平面(从AA’看)的锥角π分别是大约90度和180度，形成变形的锥形。锥角这样大不能用传统的成像光学系统处理下游。非成像整形装置(例如，抛物面反射器)将再导入抛物面像差，使该概念失效。因此，尽管图1的装置使弧光图像20易接近，不能解决如何有效地和以保持etendue的方式从那里传输光的问题。
技术实现思路
根据本专利技术，第二抛物面部件分成片段，每个片段纵向地(沿弧光轴)或径向地(绕弧光轴)移动，使得形成相对于弧光轴相应地移动的多个弧光图像(每个片段一个)。与每个片段有关的光锥可以任意小，使得每个弧光图像可以适应传统光学系统。但是，优选每个来自光聚集系统的弧光图像直接耦合到低损耗、保持光学径角性光导，这种光导在转让给本受让人的未决美国专利申请序列号______，申请日_____(代理人文档号(AttorneyDocket)PHUS 020,170)中描述。通过提供分离的光导输入部件，用于具有尺寸符合弧光图像的输入面的每个弧光图像，然后分别将图像输入到尺寸符合弧光图像阵列的公共输入面的光导主体部件，可以实现孔径成形，例如，通过首尾相相连对准它们来连接分离图像，以匹配单板滚动彩色投影仪所要求的条纹几何结构。“符合”光导是一种具有尺寸符合单弧光图像或弧光图像阵列的输入面的光导，阵列图像邻接或部件地交叠，但不完全叠加。根据本专利技术的一方面，光聚集系统包括抛物面反射器，抛物面反射器包括第一抛物面反射器部件和第二抛物面反射器部件，这些部件是抛物面部件并且彼此相互同轴定位，因此，设置在第一抛物面反射器部件焦点的物体成像在第二抛物面反射器部件的焦点，其特征在于第二抛物面反射器部件分成多个片段，其中对于每个片段形成分离的图像。根据本专利技术的另一方面，提供用于投影显示系统的光引擎，光引擎包括本专利技术的光聚集系统，具有多个输入面和输出面的低损耗、保持光学径角性光管，各个输入面设置成输入由光聚集系统形成的多个图像之一。根据本专利技术的又一方面，提供投影显示系统，该系统包括本专利技术光引擎，至少一个用于调制来自光引擎的光以根据显示信号产生显示的光阀，和用于将显示投影到显示表面的投影透镜。本专利技术的光聚集系统提供低像差反射光学元件，其可以低成本复制并能够高效光聚集和孔径整形而不损失光学径角性。这公开用小尺寸光阀高效投影的方法。特别是，用窄条照明的单板滚动彩色系统将从本专利技术获益。附图说明图1A和1B是现有技术使用弧光灯光源、具有第一和第二抛物面部件的复合抛物面反射器的光聚集系统的纵向截面图，图1C是现有技术使用弧光灯光源、具有第一和第二抛物面部件的复合抛物面反射器的光聚集系统的横向截面图。图2A表示根据本专利技术第二抛物面部件的改型的图1A和1B的复合抛物面反射器的纵向截面图。图2B是与图1C类似的横向截面图，表示根据本专利技术第二抛物面部件的另一改型。图2C是本专利技术复合抛物面反射器的复合第二抛物面部件的纵向截面图。图3A是用于低损耗地引导来自图2B和2C所示聚集系统的光的光导的一个实施例的正视图。图3B和3C分别是图3A所示光导的输出面和输入面的端视图。图4A，4B和4C是用于低损耗地引导来自图2B和2C所示聚集系统的光的光导的另一实施例的正视图，图4D是用于低损耗地引导来自图2B和2C所示聚集系统光的光导的另一实施例的端视图。图5是用于低弯曲损耗的光导实施例的正视图。图6是包括本专利技术的光聚集系统和低损耗光导的光引擎的示意图。图7是包括图6所示光引擎的光阀投影显示系统的示意图。具体实施例方式图2A-2C图示从径向和轴向将第二抛物面反射器分成多个片段的一种方式。图2A(复合抛物面反射器30的纵向截面图)表示如何沿纵轴L从位置C到位置D移动第二抛物面反射器部件32b离开抛物面反射器部件32a，导致弧光34的图像沿轴线L从位置C′移到位置D′。图2C表示通过将第二抛物面反射器部件32b分成片段32e和32f，并轴向移动这些片段离开第一抛物面反射器32a，沿轴L产生图像阵列(42，44)。片段32e和32f用环形带32g连接。因为较小角度范围的光锥(分别用光线R6和R13，R8和R14限定)与每个片段有关，由这些光锥产生的图像可以更容易地用下游的光学系统来单独处理，例如，通过图3，4和5所示的光导。图2B(截面图BB′)表示将第二抛物面反射器部件32b分成片段32c和32d，径向移动这些片段彼此分开，分别在轴L两侧上由角度范围φ的光锥(由光线R9和R10，R11和R12限定)形成分离图像阵列(38，40)。甚至将第二抛物面反射器部件分成更小的片段并沿轴向或径向移动每个片段，能够形成与任意小角度范围的每个图像相关的光锥，这样各个图像可以容易适应“传统”光学系统。但是，优选的图像处理方式是直接将每个图像耦合到合适的光导中。这种光导在我的共同未决美国专利申请序列号______，申请日______(代理人文档号(Attorney Docker)PHUS 020,170)，题为“包括弯曲的低损耗保持光学径角性光导)中描述，该公开在此并入作为参考。图3示出适于聚集多个图像的符合光导的一个实施例.光导50具有一对输入部件52和54，被间隔开以便分别在输入面52a和52b输入来自图2C的第二抛物面反射器部件32b的弧光图像4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光聚集系统，包括抛物面反射器，该抛物面反射器包括第一抛物面反射器部件和第二抛物面反射器部件，这些部件是抛物面部件并彼此相互同轴设置，以便位于第一抛物面反射器部件焦点的光源成像在第二抛物面反射器部件的焦点，其特征在于第二抛物面反射器部件被分成多个片段，由此对于每一片段产生分离的图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PJ杨森，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]