CN100529517C - 多灯照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统，包括多个灯、多个第一光反射器、多个第二光反射器、以及输出光导。第一光反射器的每个被设置成将来自灯之一的光输出反射到第二光反射器之一的输入上，所述第二光反射器依次被设置成将来自第一光反射器之一的输出光引导到输出光导的输入，以使每个灯的输出被组合成单个输出。

Description

多灯照明系统
对相关申请的交叉引用
这个发明对于2002年6月21日提交的序号为60/390,124且被命名为“Multiple Lamp Illuminations for Projection Display”(用于投影显示的多灯照明)的美国临时申请提出受益要求，所述申请的内容在此被引入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于投影显示的灯装置。
背景技术
高功率投影设备经常采用在多千瓦范围的高功率氙气灯，以提供几千流明的屏幕输出。氙气灯效率低且在这些高输出功率下具有长弧隙。结果是，这样的单元昂贵且庞大。
作为可选方案，已经设计出包括几个较低功率灯的高功率投影器。例如，较低功率的金属卤化物或UHP(超高功率)类型的灯更加高效、具有较小的弧隙、并且成本较低。当与氙气灯系统相比较时，最后得到的投影器可以更加紧凑、成本更低、且可以产生相等或更高的输出。尽管如此，组合两个或更多个灯的输出通常导致来自灯的亮度的损耗，且因此降低了系统的效率。
因此，存在对用于投影显示的新的且经改善的灯照明系统的需求，所述灯照明系统已经改善了效率、大小和可支付性。
发明内容
根据本发明的实施例，照明系统包括多个灯、多个第一光反射器、多个第二光反射器、以及输出光导(light guide)。第一光反射器的每个被设置成将来自灯之一的光输出反射到第二光反射器之一的输入上。第二光反射器的每个被设置成将来自第一光反射器之一的输出光引导进入输出光导的输入内，以使每个灯的输出被组合成单个输出。
参考附图图示，下面对本发明的另外应用和优点加以讨论。
附图说明
图1是根据本发明实施例的灯照明系统图；
图2是根据本发明实施例的灯照明系统的透视图；
图3是根据本发明的另一实施例的使用光管和两个椭圆形反射器系统的灯照明系统图；
图4是根据本发明另一实施例沿着输出光管轴的照明系统视图；
图5是根据本发明另一实施例具有被添加到系统输入侧的额外连接光管的照明系统图；以及
图6是根据本发明另一实施例无输入光管的灯照明系统图。
具体实施方式
根据本发明，灯管系统被提供用于收集来自两个或更多个灯的输出并将其组合到单个输出光管，而没有亮度损耗。本发明极好地适合于用在双抛物面反射器系统，虽然本发明并不旨在被限制于这样的应用。带有聚焦透镜的传统椭圆形反射器系统或抛物面反射器系统也可以被使用。在这后述的两种情况下，在椭圆形和抛物面反射器中亮度被部分损失。然而，本发明仍然保留在这个系统输入处的光的亮度。
图1是根据本发明实施例使用两个双抛物面反射器系统的灯照明系统的示意图。系统100包括两组双抛物面反射器(DPR)系统102a和102b。每个DPR系统102(a，b)包括DPR 104(a，b)、灯106(a，b)、后向反射器(retro-reflectors)108(a，b)和锥形光管110(a，b)。锥形光管可被设计为具有凸输出表面以进一步增加效率。也可以使用平的输出。
来自每个灯106(a，b)的弧的光输出被后向反射器108(a，b)和DPR 104(a，b)反射且聚焦成单光束到每个锥形光管110(a，b)的输入处，并且被光管输出表面转换成所希望的面积和角度。由于机械约束，每个光管110(a，b)的输出可被反射器装置如棱镜114(a，b)反射90度，或其它适当的角度，并且被耦合进输出光管112。到输出光管的两个输入被混合并且产生最终的单个输出，所述输出保留弧的亮度及用于投影显示的均匀空间轮廓。
如所示，输出光管112可是直的，或取决于所希望的输出尺寸和角度可以使它成锥形。虽然实施例示出使用棱镜用于反射，但是可以使用其它的反射装置，如镜子。然而，棱镜是优选的，因为它们提供波导的连续，这比其它反射装置更加高效。取决于投影系统的数值孔径(NA)，每个棱镜114(a，b)的倾斜面可以是裸露的以提供内全反射或可以被涂层以用于反射。图1示出光管和棱镜之间的间隙。这些间隙可以被填充有透明环氧或空气，或可根本没有提供间隙。
图2示出根据本发明实施例的光照明系统的透视图。如所示，输入和输出光管110(a，b)是直的。还可以如上面参考图1所说明使光管成锥形。
总体上，到输入光管110(a，b)的光输入可以来自众多源，比如如图1中所示的DPR系统，或片(tile)传统的带有聚焦透镜的抛物面反射器或椭圆形反射器，或两者。每个灯106可以是相同类型的灯和瓦数，或可以是不同类型的灯和/或不同瓦数、不同种类等。例如，一个灯106可以是200W的氙气灯，而其它灯106可以是100UHF灯。在另一情况下，灯可被如此选择，以使其发射光谱可以是不同的，以允许以较大的自由度调节发射输出。
图2示出光管与棱镜之间的间隙。这些间隙可以被透明的环氧或空气填充，或可根本不提供间隙。
图3是本发明另一实施例的示图，其使用两个光管和两个椭圆形反射器系统。除了使用椭圆形反射器系统而不是DPR系统以外，这个实施例类似于图1中所示的实施例。来自灯106(a，b)的每个光输出经由椭圆反射器116(a，b)被反射到光管110(a，b)的输入。来自灯的输出经由棱镜114(a，b)和输出光导112被组合以产生单个输出。
图3示出光管与棱镜之间的小间隙。这些间隙可以被透明的环氧或空气填充，或可根本不提供间隙。
本发明并不旨在被限制于如上述在图1-3中所示的两个灯的配置，并且其它的多个灯配置已经被加以设想。例如，图4示出根据本发明另一实施例沿着输出光管轴的照明系统视图。在图4中，四个灯被组合成单个输出。在这种情况下，四个输入光管110(a-d)和四个棱镜114(a-d)将来自四个灯(未被示出)的光引导进入输出光管112。
像上面所说明的实施例，光管110可以是直的或是锥形的，并且光输入可以来自各种类型的反射器等，以产生所希望的输出。
图5示出根据本发明的另一实施例的照明系统的示意图，其中额外的连接光管被添加到系统的输入侧。连接光管118(a，b)起到改变输入方向的作用。取决于物理实施，可以用连接光管实施一个或更多个输入。根据本发明，这些可以被应用到上面所说明的2灯或4灯系统，或其它多灯系统。
本发明可以被应用到其它的多边形输入和输出光管。例如，三角形输出光管的输入面可以将输入分成三部分并且四面棱镜可以被用来将来自三角形输入光管的光反射到输出光管。通过设置具有五个三角形输入光管的五个四面棱镜，还可以实施5面的输出光管。可以以类似的方式实施其它的多边形输出光管。
虽然上述实施例示出输出光管112的输入被等分，以接收来自每个灯的等量的光，但是也可以实施不等分。例如，当使用具有不同弧大小的灯时，输出光管的输入面积可以被不等分，以使基于不等的输入将总输出最优化。
光管可以由固态玻璃、石英等制成，或可以是中空的。所使用的灯可以是金属卤化物、UHP、汞、高压汞、灯丝(filament)、钠、光发射二极管(LED)等。
人们应该理解到在上面所说明的实施例中，来自灯106的光可以被直接聚焦到棱镜上或其它组合装置上，而无需使用输入光导(锥形光管)110，如直接来自后向反射器108(a，b)和DPR 104(a，b)或经由附加的透镜等。例如，每个DPR 102可以被配置成将来自灯106的光输出直接聚焦到棱镜114上，或透镜(未被示出)可被添加以将光聚焦到棱镜上。举例来说，图6示出光直接输入到棱镜114a和114b，每个所述棱镜将输入光引导进输出光管112。
如图6中所示，在光管和棱镜之间置有间隙。这些间隙可以被透明的环氧或空气填充，或可根本不提供间隙。
因此，本发明已经参考所附示图被全面地加以说明。虽然基于这些优选的实施例已经对本发明加以说明，但是对本领域的那些普通技术人员将显然地是某些修改、变化和另选结构将是显而易见的，但仍然归于本发明的实质和范围内。因此，为了确定本发明的界限，应该参考所附的权利要求。

Claims (40)

1.一种灯照明系统，包括：
多个灯；
多个第一光反射器，每个第一光反射器包括后向反射器和双抛物面反射器；
多个第二光反射器；以及
输出光导；其中
所述多个第一光反射器的每个被设置成将来自所述多个灯之一的光输出反射到所述多个第二光反射器之一的输入上，所述多个第二光反射器的每个被设置成将来自所述多个第一光反射器之一的输出光引导进所述输出光导的输入内，以使所述多个灯的每个的输出被组合成单个输出。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括多个输入光导，并且其中每个所述多个第一光反射器被设置成将来自所述多个灯之一的光输出反射到所述多个输入光导之一的输入上，每个所述多个第二光反射器被设置成将来自所述多个输入光导之一的输出光引导进所述输出光导的输入内，以使每个所述多个光导的输出被组合成单个输出。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个灯由第一和第二灯组成，所述多个第一光反射器的每个第一光反射器由后向反射器、第一和第二双抛物面反射器组成，所述多个输入光导由第一和第二输入光导组成，以及所述多个第二光反射器由第一和第二棱镜组成；以及
所述第一和第二双抛物面反射器被设置成分别地将来自所述第一和第二灯的光输出分别反射到所述第一和第二输入光导的输入上，并且所述第一和第二棱镜被设置成将来自所述第一和第二输入光导的光分别引导到所述输出光导的输入上。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一和第二棱镜是相同的90度棱镜，并且被设置成将等量的光输入进所述输出光导。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一和第二灯包括相同类型的灯。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一灯包括与所述第二灯不同类型的灯。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个输入光导包括锥形的光导。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个输入光导包括直光导。
9.根据权利要求4所述的系统，其中每个所述第一和第二棱镜的输出侧将所述输出光导的输入等分。
10.根据权利要求3所述的系统，其中基于所述第一和第二灯的弧大小，所述输出光导的输入在所述第一和第二棱镜的第一和第二输出侧之间被分别按比例地分割。
11.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个输入光导包括三角形的输入光管，所述多个第二光反射器包括四面棱镜，以及所述输出光导包括三角形的输出光管，其中所述四面棱镜被设置成将来自输入光管的光反射到输出光管。
12.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个输入光导包括五个三角形输入光管，所述多个第二光反射器包括五个四面棱镜，并且所述输出光导包括五面输出光管，其中所述四面棱镜被设置成将来自输入光管的光反射到输出光管。
13.根据权利要求3所述的系统，其中分别在所述第一输入光导和所述第一棱镜之间、以及在所述第二输入光导和所述第二棱镜之间置有间隙。
14.根据权利要求3所述的系统，其中在所述第一棱镜和所述输出光导之间、以及在所述第二棱镜和所述输出光导之间置有间隙。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述间隙被填充有透明的环氧树脂。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述间隙被填充有透明的环氧树脂。
17.根据权利要求3所述的系统，其中分别在所述第一输入光导和所述第一棱镜之间、以及在所述第二输入光导和所述第二棱镜之间不存在间隙。
18.根据权利要求3所述的系统，其中在所述第一棱镜和所述输出光导之间、以及在所述第二棱镜和所述输出光导之间不存在间隙。
19.一种灯照明系统，包括：
多个双抛物面反射器系统，每个双抛物面反射器系统包括后向反射器和双抛物面反射器；
多个反射器；以及
输出光导；其中
每个所述多个双抛物面反射器系统被设置成产生光且将所述光聚焦到所述多个反射器之一的输入上，每个所述多个反射器被设置成将来自所述多个双抛物面反射器系统之一的输出光引导进所述输出光导的输入上，以使每个所述双抛物面反射器系统的输出被组合成单个输出。
20.根据权利要求19所述的系统，其中每个双抛物面反射器系统包括：
灯；其中
所述灯被以如此方式置于所述后向反射器和所述双抛物面反射器之间，以使来自灯的全部光输出大致聚焦到所述多个反射器之一的输入上。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述多个双抛物面反射器系统的第一双抛物面反射器系统和第二双抛物面反射器系统被如此设置，以使所述第一和第二双抛物面反射器系统的输出侧彼此面对。
22.根据权利要求19所述的系统，进一步包括多个输入光导，以及其中每个所述多个双抛物面反射器系统被设置成产生光并且将所述光聚焦到所述多个输入光导之一的输入上，每个所述多个反射器被设置成将来自所述多个输入光导之一的输出光引导进所述输出光导的输入上，以使每个所述多个光导的输出被组合成单个输出。
23.根据权利要求22所述的系统，其中每个双抛物面反射器系统包括：
灯；其中
所述灯被以如此方式放置在所述后向反射器和所述双抛物面反射器之间，以使来自灯的全部光输出大致聚焦到所述多个输入光导之一的输入上。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述多个双抛物面反射器系统的第一双抛物面反射器系统和第二双抛物面反射器系统被如此设置，以使所述第一和第二双抛物面反射器系统的输出侧彼此面对。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述多个输入光导的第一输入光导被设置成接收来自所述第一双抛物面反射器系统的光输出，以及所述多个输入光导的第二输入光导被设置成接收来自所述第二双抛物面反射器系统的光输出，所述第一和第二输入光导彼此平行且正交于所述输出光导。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述多个反射器的第一棱镜被设置成接收来自所述第一输入光导的光输出，以及所述多个反射器的第二棱镜被设置成接收来自所述第二输入光导的光输出，所述第一和第二棱镜被设置成彼此相邻以覆盖所述输出光导的输入面积。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一和第二输入光导是锥形的光导，其从输出侧到输入侧变窄，每个光导的所述输出侧大约与所述第一和第二棱镜的输入侧具有相同的面积，以及每个棱镜的输出侧具有大约等于所述输出光导的输入面积一半的面积。
28.根据权利要求19所述的系统，进一步包括被放置在所述多个双抛物面反射器系统和所述多个反射器之间的多个透镜，每个所述透镜被设置成将来自所述多个双抛物面反射器系统之一的光输出聚焦到所述多个反射器之一的输入上。
29.根据权利要求26所述的系统，其中分别在所述第一输入光导和所述第一棱镜之间、以及在所述第二输入光导和所述第二棱镜之间置有间隙。
30.根据权利要求26所述的系统，其中在所述第一棱镜和所述输出光导之间、以及在所述第二棱镜和所述输出光导之间置有间隙。
31.根据权利要求29所述的系统，其中所述间隙被填充有透明的环氧树脂。
32.根据权利要求30所述的系统，其中所述间隙被填充有透明的环氧树脂。
33.根据权利要求26所述的系统，其中分别在所述第一输入光导和所述第一棱镜之间、以及在所述第二输入光导和所述第二棱镜之间没有间隙。
34.根据权利要求26所述的系统，其中在所述第一棱镜和所述输出光导之间、以及在所述第二棱镜和所述输出光导之间没有间隙。
35.一种灯照明系统，包括：
用于产生光的多个光装置；
多个收集装置，用于收集并且聚焦来自每个所述光装置的光，每个收集装置包括用于收集来自所述每个光装置的光的后向反射器和双抛物面反射器；以及
组合装置，用于组合来自所述收集装置的被收集的光，且将所收集的光组合成单个输出。
36.根据权利要求35所述的系统，其中所述每个收集装置的后向反射器和双抛物面反射器用于将来自所述光装置的光反射到用于将反射光导向到所述组合装置的光导装置。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述组合装置包括反射器装置，所述反射器装置用于将来自所述光导装置的光反射进用于输出来自每个光装置的组合光的单个输出装置。
38.根据权利要求35所述的系统，其中所述多个光装置包括用于产生单光输出的多个双抛物面反射器装置。
39.根据权利要求35所述的系统，其中所述收集装置包括用于反射来自所述光装置的光的反射器装置。
40.根据权利要求39所述的系统，其中所述收集装置包括用于聚焦从所述反射器装置反射的光的聚焦装置。
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