CN100417959C - 具有偏振恢复和合成的多灯照明系统 - Google Patents

具有偏振恢复和合成的多灯照明系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种照明系统，用于组合两个或多个光源(13、14)。多个光源照射随机偏振光(1、5)。多个采集光管(11、12)与多个光源对应。每一个采集光管具有朝向各自光源设置的入口端(11a、12a)。采集光管横向偏移，并且在各自入口端的相反处重叠。组合光管(16)与采集光管垂直设置。偏振光束分离器(20、21)和反射镜(22、23)顺次地排列在每一个采集光管中实质上与入口端相反的位置，用于分别将第一偏振光(2、6)和第二偏振光(4、8)向上引导至组合光管。组合光管在每一个采集光管的偏振光束分离器和反射镜之上具有入口端(16a)，以采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。

Description

具有偏振恢复和合成的多灯照明系统
该申请要求在2004年3月11日提交的美国临时申请No.60/522,284、标题为“Multiple Lamp Illumination System withPolarization Recovery and Integration”的优先权益，将其一并在此作为参考。
技术领域
本发明总体上涉及一种与微显示器一起使用的光投影系统。
背景技术
在现有的光投影系统中，典型地，存在最佳亮度与灯寿命之间的折衷。解决该问题的一个方法是提供具有两个灯的系统。然而，当这样的系统适于与微显示器一起使用时，没有适合的装置用于均匀照明和偏振恢复。这些系统也局限于两个灯，并需要两个中继透镜，增加了成本和空间需求。
发明内容
根据本发明的示例性实施例，提供了一种照明系统，用于组合两个或多个灯源。照明系统包括照射随机偏振光的多个光源、以及光管系统，光管系统组合来自光源的光，并且提供高亮度的均匀照明。所述光管系统包括与多个光源相对应的多个采集光管。每一个采集光管具有朝向各个光源的入口端。采集光管横向偏移，并且在各自的入口端重叠。组合光管与采集光管垂直。偏振光束分离器和反射镜实质上与入口端相对地顺次排列每一个采集光管中，分别向上引导第一偏振光和第二偏振光至组合光管。组合光管在每一个采集光管的偏振光束分离器和反射镜之上具有入口端，来采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。
根据本发明的一个方面，提供一种用于照明系统的光管系统，所述光管系统包括：至少一对采集光管，具有相对定向的入口端，并且底端重叠；偏振光束分离器，接近于每一个采集光管的底端，通过第一矩形区域沿与所述采集光管垂直的方向引导偏振光；反射镜，与每一个采集光管中的所述偏振光束分离器相邻，通过第二矩形区域，将穿过所述偏振光束分离器的光沿与所述采集光管垂直的方向反射；所述采集光管对横向偏移，使得所述采集光管对中的一个光管的所述第一和第二矩形区域分别与所述采集光管对中的另一个光管的所述第二和第一矩形区域相邻；以及组合光管，与所述采集光管垂直，并在所述矩形区域之上具有入口端。
根据本发明的另一个方面，提供一种照明系统，包括：多个光源，用于照射随机偏振光；与所述多个光源相对应的多个采集光管；每一个采集光管具有朝向各个光源设置的入口端；所述采集光管横向偏移，并且在所述采集光管各自的入口端的相反处重叠；组合光管，与所述采集光管垂直；偏振光束分离器和反射镜，与入口端相对地顺次排列在每一个采集光管内，分别将第一偏振光和第二偏振光向上引导至所述组合光管；所述组合光管在每一个采集光管的所述光束分离器和反射镜之上具有入口端，以采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。
根据本发明的再一个方面，提供一种照明系统，包括：多个光源，用于照射随机偏振光；多个采集光管，与所述多个光源对应；每一个采集光管具有朝向各个光源设置的入口端；偏振光束分离器，与入口端相对地排列在每一个采集光管内，将第一偏振光向上引导至组合光管；反射镜，与所述偏振光束分离器相邻地设置在每一个采集光管内，用于将穿过所述偏振光束分离器的光反射至所述组合光管；和所述组合光管与所述采集光管垂直，所述组合光管在每一个采集光管的所述偏振光束分离器和反射镜之上具有入口端，以采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。
本发明的示例性实施例提供一种在诸如数码相机之类需要更大亮度的应用产品中更有效地增加亮度的技术方案。另外，本发明的示例性实施例提供一种恢复诸如在液晶显示器中通常会失去的光偏振的技术方案。
附图说明
将参照附图对本发明进行描述，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的照明系统的透视图；以及
图2A-2C分别示出了图1中示出的照明系统的相对的侧视图和顶视图。
具体实施方式
在需要非常高亮度的应用中，例如数字电影院中，会期望在照明系统中使用多于一个的灯，用于显著地增强光吞吐量。该公开描述了这样的结构，具有为发送高亮度均匀照明而恢复偏振并集合光束的优点。然而，为了低成本并使系统更加紧凑，该系统需要减少的透镜数。
图1-2C示出了双灯系统1，然而下列讨论还可以应用于四灯系统。在双灯方案中，将燃烧器设置在光采集器/光反射器9、10中，用于两个相对定向的灯13、14中的每一个，其中，光管系统15位于灯13、14之间。椭圆的反射器非常适合作为采集器，但是采集装置可以不同。存在采集光管11、12，在光聚焦的每一个光采集器9、10的第二焦点处具有入口端11a、12a。如图2C所示，第二灯1 4和光管11从第一灯13和光管12处横向偏离了光管的宽度。相对于入口端11a、12a，每一个光管具有底端(terminal end)11b、12b，底端11b、12b沿采集光管11、12的轴向方向重叠。
采集器/反射器9将来自每一个燃烧器的随机偏振光1、5在入口端11a、12a处注入相应的光管11、12。如图2A-2B所示，随机偏振光1、5通过反射在第一和第二采集光管11、12内部混合。由于存在垂直于采集光管11、12延伸的组合光管16，并且组合来自第一和第二采集光管11、12的光，所以第一和第二采集光管11、12不需要非常长。在每一个采集光管11、12中接近与入口11a、12a相对的端，具有45度偏振光束分离器(PBS)20、21，向上反射s偏振光2、6，并让p偏振光3、7通过。然后，通过与PBS 20、21相邻设置的反射镜22、23来向上反射p偏振光3、7，并通过位于反射镜上方并与反射光路径垂直的半波板(HWP)26、27，将p偏振光3、7转换为s偏振光4、8。因此，光管系统15在组合来自两灯13、14的光的同时，恢复了相反的偏振光(即，p偏振光3、7)。
如图2A-2C所示，PBS的20、21和反射镜22、23/HWP的26、27形成四个矩形区域，用于向上照射s偏振光至组合光管16。组合光管16具有入口端16a，位于四个矩形区域之上，以便实质上引导所有光向上进入组合光管16。组合光管16通过反射来组合光，以在输出处得到空间和光谱上的均匀照明。然后，来自组合光管16的输出会在具有中继镜(未示出)的一个或多个微显示器(未示出)上形成图像。因此，两灯13、14只需要一个中继镜，并不需要两个独立的中继镜。
如果要被照明的系统是“二包含一(one in two)”的成像器系统，则不需要偏振恢复，以及向上翻折的(upwards folding)系统能够只由45度的反射镜组成，而不是PBS和反射镜的组合。采集光管11、12的横截面是矩形，选择维数以具有这样的纵横比，即，使组合光管16的最终横截面具有成像器的纵横比。通常，组合光管16将具有4/3或16/9的纵横比。
图1所描述的系统执行三个功能以获得高亮光输出：(1)将圆形光束转换为矩形均匀光束，更加适于照明微显示器，(2)恢复如果照明用于基于液晶的设备则通常会丢失的、光的一个偏振，以及(3)组合来自两个或多个灯的光。

Claims (16)

1. 一种用于照明系统的光管系统，所述光管系统包括：
至少一对采集光管，具有相对定向的入口端，并且底端重叠；
偏振光束分离器，接近于每一个采集光管的底端，通过第一矩形区域沿与所述采集光管垂直的方向引导偏振光；
反射镜，与每一个采集光管中的所述偏振光束分离器相邻，通过第二矩形区域，将穿过所述偏振光束分离器的光沿与所述采集光管垂直的方向反射；所述采集光管对横向偏移，使得所述采集光管对中的一个光管的所述第一和第二矩形区域分别与所述采集光管对中的另一个光管的所述第二和第一矩形区域相邻；以及
组合光管，与所述采集光管垂直，并在所述矩形区域之上具有入口端。
2. 如权利要求1所述的光管系统，还包括与每一个反射镜相邻的半波板，用于将穿过所述相邻偏振光束分离器的光转换为相反的偏振光，使得每一个矩形区域照射相同的偏振光。
3. 如权利要求1所述的光管系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为4/3的较大矩形区域。
4. 如权利要求1所述的光管系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为16/9的较大矩形区域。
5. 一种照明系统，包括：
多个光源，用于照射随机偏振光；
与所述多个光源相对应的多个采集光管；每一个采集光管具有朝向各个光源设置的入口端；所述采集光管横向偏移，并且在所述采集光管各自的入口端的相反处重叠；
组合光管，与所述采集光管垂直；
偏振光束分离器和反射镜，与入口端相对地顺次排列在每一个采集光管内，分别将第一偏振光和第二偏振光向上引导至所述组合光管；所述组合光管在每一个采集光管的所述光束分离器和反射镜之上具有入口端，以采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。
6. 如权利要求5所述的照明系统，其中，每一个光源具有将光聚焦在第二焦点上的采集器，以及每一个采集光管的入口端位于对应采集器的所述第二焦点上。
7. 如权利要求5所述的照明系统，其中，所述偏振光束分离器和反射镜形成四个矩形区域，将光向所述组合光管照射，所述矩形区域进行组合，以形成与所述组合光管的入口端对应的较大矩形区域。
8. 如权利要求7所述的照明系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为4/3的较大矩形区域。
9. 如权利要求7所述的照明系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为16/9的较大矩形区域。
10. 如权利要求7所述的照明系统，还包括与每一个反射镜相邻的半波板，用于将穿过所述相邻偏振光束分离器的光转换为相反的偏振光，使得每一个矩形区域照射相同的偏振光。
11. 一种照明系统，包括：
多个光源，用于照射随机偏振光；
多个采集光管，与所述多个光源对应；每一个采集光管具有朝向各个光源设置的入口端；
偏振光束分离器，与入口端相对地排列在每一个采集光管内，将第一偏振光向上引导至组合光管；
反射镜，与所述偏振光束分离器相邻地设置在每一个采集光管内，用于将穿过所述偏振光束分离器的光反射至所述组合光管；和
所述组合光管与所述采集光管垂直，所述组合光管在每一个采集光管的所述偏振光束分离器和反射镜之上具有入口端，以采集和组合来自每一个偏振光束分离器和反射镜的光。
12. 如权利要求11所述的照明系统，其中，每一个光源包括在第二焦点处引导光的采集器，并且所述每一个采集光管的所述入口端位于对应光源的所述采集器的所述第二焦点处。
13. 如权利要求11所述的照明系统，其中，所述偏振光束分离器和反射镜形成四个矩形区域，用于向所述组合光管照射光，所述矩形区域进行组合，以形成与所述组合光管的入口端相对应的较大矩形区域。
14. 如权利要求13所述的照明系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为4/3的较大矩形区域。
15. 如权利要求13所述的照明系统，其中，所述矩形区域进行组合，以形成具有纵横比为16/9的较大矩形区域。
16. 如权利要求13所述的照明系统，还包括与每一个反射镜相邻的半波板，用于将穿过所述相邻偏振光束分离器的光转换为相反的偏振光，使得每一个矩形区域照射相同的偏振光。
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