CN102770794B - 用于激光投影的照射系统 - Google Patents

Abstract

一种颜色组合装置具有第一颜色通道、第二颜色通道和第三颜色通道，各所述颜色通道具有可激励以将相应的第一波段、第二波段和第三波段的光分别朝向颜色组合元件导引的光源。所述颜色组合元件是至少具有相互不邻接的第一平坦涂覆表面和第二平坦涂覆表面的单件固体透明材料。所述第一平坦涂覆表面被处理以将所述第一波段的入射光反射到光轴上，并透射所述第二波段和所述第三波段的入射光。所述第二平坦涂覆表面被处理以反射所述第二波段的入射光，并透射所述第三波段的入射光。

Description

用于激光投影的照射系统

相关文件的交叉引用

本申请要求于2010年2月25日提交的、申请号为12/712,718的美国申请的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及电子彩色成像，更具体地，本发明涉及在投影仪或其它类型成像装置中用以组合来自固态光源的、不同波长的光的装置和方法。

背景技术

在诸如便携式投影仪等电子成像装置中，来自多种不同光谱带的光——传统地为红、绿和蓝（RGB），被组合以提供彩色图像。对于大型设备，独立的调制和光学投影器件可以用于各光谱带，以会聚各部分彩色图像从而将复合的多色图像形成在显示屏幕或其它显示表面上。然而，对于较便携的投影装置，将来自各通道的彩色光组合到共同光轴的同轴混合通常是更理想的。该同轴混合设置对各颜色通道采用相同的光学投影器件，并允许光学部件功能和光调制作用尽可能对各颜色通道共享，以节省空间和成本。

以前的电子成像装置使用灯光和其它多色光源以提供各颜色通道的有色光。已开发多种不同类型的光混合系统以支持用于这些早期系统的光组合功能，包括例如改装自彩色电视摄像机光学系统的复杂棱镜设置。随着诸如发光二极管和激光器等固态光源的出现，减小颜色混合部件的一些尺寸和成本并提高成像设备的整体性能、光学效率和色彩饱和度成为可能。为组合颜色，开发了各种设置方式的复合棱镜和分色膜，以用于投影仪和相似的成像装置。在与早期电子成像系统一起使用的更熟悉的方法是如图1所示的合色立方棱镜（X-cube）或X棱镜，以及相关的分色光学元件和飞利浦棱镜。非棱镜方法包括诸如申请号为6,676,260（Cobb等）、标题为“ProjectionApparatusUsingSpatialLightModulatorwithRelayLensandDichroicCombiner（使用带有中继透镜和分色组合器的空间光调制器的投影装置）”的美国专利申请等中提出的多套成角度是分色板。

参照图1A，合色立方棱镜10是由如插图E1中所示的四个棱镜元件10a、10b、10c和10d形成的复合棱镜，所述四个棱镜元件10a、10b、10c和10d被涂覆，然后胶合在一起形成单个颜色组合部件。所述合色立方棱镜组合来自诸如激光二极管等分别发射红光、绿光和蓝光的三个固态光源14r、14g和14b的光。如所组装的，合色立方棱镜10具有两个内部交叉的分色界面12a和12b，分色界面12a和12b被处理以选择性地反射和透射不同的波长。分色界面12a反射蓝色波长并透射绿色波长和红色波长。与分色界面12a邻接使得这两个界面沿通过合色立方棱镜中部直线交叉的分色界面12b反射红色波长并透射绿色和蓝色波长。所述各分色界面的交叉线与该图的平面正交，如在图1A中合色立方棱镜10所示。所述各颜色被组合到光轴OA上，在图1中为清晰显示，以分离的颜色路径示出，但是实际中各颜色是同轴的。

图1B所示的飞利浦棱镜70是用以组合各种颜色的更复杂的复合棱镜。飞利浦棱镜70由三个独立的棱镜——棱镜元件70a、70b和70c形成，并包括空气间隙72。设置成一定倾斜角的分色表面将来自固态光源14r、14g和14b的光导引到光轴OA上。

分色表面由各种介电材料的超薄涂膜的堆积层形成，并可以形成为选择性地反射和透射各波长的光。在合色立方棱镜和飞利浦棱镜设备和其它相关光谱组合器或分离器中，各种类型的分色膜提供这样的颜色选择机制，即，允许以高度控制的方式光谱式重组合光或分离光。

小的、手提式的投影仪和各种类型的嵌入式或附连投影仪通常使用用以将红色、绿色和蓝色激光混合到单个光轴上的分色表面的设置。然后所述设备快速地将所产生的光扫描在显示表面上。为减少电池使用和热量产生，这些设备通过直接调制各激光器从而仅产生用以形成图像本身的光而形成各像素。这些投影仪通过生成连续像素扫描线并在随后将之导引到显示表面而形成图像。

虽然手提式投影设备使用传统的颜色组合技术达到了好的效果，但是，仍旧存在许多问题。使用分色表面进行传统的颜色组合的一个问题涉及入射角。分色膜根据入射角和波长反射和透射光。由于入射角变化，所透射或反射的光的波长也会变化。对于以小角度（即以接近法线的角度）入射的光，这种在小角度范围中响应的变化相对于波长来说可能是非常小的，或是可以忽略的。然而，对于以较大角度入射的光，在一定角度范围内响应的变化可以是明显的，此减弱了分色膜的性能。这些分色膜在相对于法线的小入射角度时工作状态最好，而且设计和制造在入射光较大角度或在大范围的角度下产生均匀光效果的分色膜是昂贵的并且是困难的。如果分色膜必须接受宽范围角度的光，那么很容易导致可感知的颜色非均匀性。

现有颜色组合器的其它缺陷涉及光所入射到的表面的数量，无论光从该表面反射或透射通过该表面。各其它表面会带来一些效能损失和亮度减弱。另外，从分色表面反射或透射通过分色表面的光的相互作用会由于不理想的分色性能而引起一些损失。由于有一定量的漏光，无论表面是否涂覆有涂层，每次光入射到表面都会减弱对比度。例如，由于图1A中的合色立方棱镜10的设置方式，光束所入射到的表面不会少于三个。由于图1B中的飞利浦棱镜70的设置方式，光束所入射到的表面不会少于四个。

另一个要考虑的要素涉及偏振光的反射和透射。由于光在分色表面上的入射角变得更大，反射光的偏振处理中的差异变得更加明显。另外，由于具有来自多个激光源的入射偏振光，所以必须考虑激光二极管的独特的偏振特性。可以在各颜色通道中增加一个或多个相位延迟片，但是相位延迟片会增加成本和复杂度。设计和制造允许不同波长但相同偏振的激光进行组合的分色膜的任务会带来成本上相当大的挑战。

另一问题涉及激光束本身的尺寸特性。通常固态的激光束形状在横截面上是失真的，即更加地椭圆而不是圆形，且相对于其正交轴线变形。同时，光束的失真变形量会随颜色而不同，使得很难由三个组成色和降低的颜色质量而形成均匀尺寸的像素。

另一个问题是成本问题。如图1A和图1B所示，用于颜色混合的传统方法特征是分色表面和相关棱镜元件的复杂设置。对于该设置方式的实现，需要多个制造过程和精组装操作过程。在传统的生产中，形成两个或更多的独立棱镜元件，然后将分色膜涂覆到一个或多个外表面。一旦形成膜，便将两个或多个棱镜胶合在一起，或者在精确的几何设置中以其它方式安装在一起。由于此种组装方式，通常一个或多个分色膜位于颜色组合器内部，由形成独立棱镜元件的玻璃或其它透明材料所围绕。由于分色膜的公差、轻微的未对齐或者棱镜定位时的角度不准确性、不需要的空气间隙或缺陷以及其它因素，颜色混合的效果可能会减弱。

所以，需要用于固态光源的颜色混合方法，这种方法相对于传统方法节约了成本，并提供了数量减少的入射表面、减小的入射角度、改善的偏振反应和改善的光束成形。

发明内容

本发明提供了一种是颜色组合器，所述颜色组合器使用具有两个光学表面的单件透明材料，以将来自两个或三个固态光源的光组合到共同的光轴上。

本发明提供了一种颜色组合装置，包括：

第一颜色通道、第二颜色通道和第三颜色通道，各所述颜色通道具有可激励以将相应的第一波段、第二波段和第三波段的光分别朝向颜色组合元件导引的光源；

其中，所述颜色组合元件是具有至少相互不邻接的第一平坦涂覆表面和第二平坦涂覆表面的单件固体透明材料。

其中，所述第一平坦涂覆表面被处理以将所述第一波段的入射光反射到光轴上，并透射所述第二波段和所述第三波段的入射光；以及

其中，所述第二平坦涂覆表面被处理以反射所述第二波段的入射光，并透射所述第三波段的入射光。

本发明的特征是其使用了在两个外表面具有合适涂层的单件固体光学材料，以进行颜色组合。光仅入射到所述颜色组合元件的所述第一平坦涂覆表面和所述第二平坦涂覆表面；在其它表面上，没有光入射。

本发明的优势是其允许从三个颜色源到单光轴上的颜色组合，在分色表面上以小入射角入射。

本发明的另一优势是其允许偏振透射轴线的定向相同的三种颜色的组合。

本发明的这些或其它方面、目的、特征和优势将会通过以下具体实施方式和附属权利要求并参照附图而得到更好的理解。

附图说明

虽然本说明书由特别指出并明确要求本发明主题的权利要求所总结，但是应认为本发明将通过结合附图进行以下描述而得到更好的理解，其中：

图1A是示出了用作颜色组合器的X棱镜内的分色界面工作的示意图；

图1B是示出了用作颜色组合器的飞利浦棱镜内的分色界面工作的示意图；

图2是示出了用于传统微投影仪装置的颜色组合器的工作的示意图；

图3A是示出了根据本发明的实施例的具有平行涂覆表面的颜色组合器元件的透视图；

图3B是示出了根据本发明的实施例的具有倾斜涂覆表面的颜色组合器元件的透视图；

图4是示出了根据本发明的实施例的颜色组合装置的示意图；

图5是示出了根据本发明的可替换实施例的颜色组合装置的示意图；

图6是示出了根据本发明的另一可替换实施例的颜色组合装置的示意图；

图7是示出了根据本发明的另一可替换实施例的颜色组合装置的示意图；

图8是示出了用于图4中实施例的红色通道内光路的示意图；

图9是示出了用于图4中实施例的蓝色通道内光路的示意图；

图10是示出了用于图4中实施例的绿色通道内光路的示意图；

图11是示出了根据一个实施例使用直接激光调制的成像装置的示意图；

图12是示出了使用具有颜色顺序成像功能的空间光调制器的成像装置；

图13是示出了在一个颜色通道中具有折叠光路的颜色组合装置的可替换实施例的示意图；

图14是示出了根据本发明另一可替换实施例并设置有感光器的颜色组合装置的示意图；以及

图15是示出了光束相对于颜色组合元件定向以补偿光束失真的示意图。

具体实施方式

应当理解的是未明确示出并描述的元件可以采取本领域技术人员已知的各种形式。例如，常规的棱镜元件和其它光学部件由合适的玻璃基底块、透明塑料或具有应用中所需的折射率和所要求的其它光学特征的其它大体透明的固体材料形成。分色膜配方及其设计和定制对于涂装领域技术人员是众所周知的。

本文所示和所描述的附图被提供，以根据本发明说明关键的工作原理和沿部件各自的光学路径上各部件之间的关系，而不是意为示出其实际尺寸和比例。为强调基本结构关系、功能或工作原理，可能有必要对部件尺寸做一些放大。一些实现所述实施例所需要的常规部件，例如各种类型的光具座等，未在附图中示出，以简化对本发明本身的描述。在以下附图或文本中，相同的部件都标记为相同的附图标号，并且省略了对已描述的一些部件和部件之间设置或相互作用的相似说明。

如果使用“第一”“第二”等术语，那么这些并不必然表示任何序数关系和优先关系，而可能只是简单用于更清晰地区分各个部件。术语“邻接”的常规意义为接触或共有一个或多个边界。如果两个表面不是彼此接触的，那么这两个表面是不邻接的。

应认为，光入射到一个表面上，此时光或者从该表面反射，或者通过或穿过该表面。

本公开中使用的术语“倾斜”描述的是不平行或不正交的角度关系，即，该角度关系不是90度的整数倍。实际中，如果两个光学平面从平行或正交的关系偏移至少大约+/-2度或更大，则认为这两个光学平面相对于彼此是倾斜的。类似地，如果线和面之间从平行或正交的关系偏移至少大约+/-2度或更大，则认为该线和该面是彼此倾斜的。基本平行的平面在偏移角度为+/-2度之内是平行的。同样地，平行光束在偏移角度为+/-2度之内是平行的。

在本公开的上下文中使用的术语“颜色”和“波段”大体上是同义的。例如，激光器或其它固态光源通过其一般颜色如红色所引用，而不是通过其峰值输出波长（如635nm）或其波段（如630-640nm）所引用。在本公开的上下文中，不同波段应认为是完全不重叠的。

术语“直接激光调制”适用于通过组合激光信号形成图像各个像素的成像装置的实施例，使得成像激光器被快速开启和关闭，而且激光器的相对输出功率被控制用于图像的各个像素。例如，该形式的光调制用于传统类型的手提式投影机，并且由于其低功耗而是有利的，因为仅需要产生各特定像素所需要的光。成像的可替换方法包括将光导引到诸如数字微镜阵列等空间光调制器、诸如硅基液晶（LCoS）设备等液晶设备（LCD）或与扫描器一起使用的线性排列的机电光栅上的方法。本发明的颜色组合装置的实施例可以用于支持直接激光调制类型的成像方法，其中，扫描器是可致动的，以作为光调制器的部件，或者该实施例可以用于支持使用可致动以用诸如红、绿和蓝等顺序颜色光形成复合彩色图像的空间光调制器的成像方法。

在本文中使用的术语“棱镜”或“棱镜元件”，如在光学领域中所理解的，涉及总体形式为具有平坦表面的n边多面体并由能够折射光的透明固体材料形成的透明光学元件，其中，光入射到所述平坦表面。应当理解的是，就形状和表面轮廓而言，对组成棱镜的部分的光学理解比棱镜的正式几何定义具有更少的限制性。诸如前述的X棱镜和飞利浦棱镜等复合棱镜是由分别被制成并涂覆然后胶合在一起或者被设置或安装以提供颜色结合功能的两个或更多棱镜元件形成的组装棱镜。

为更好地理解本发明颜色组合设置的工作方式，首先有用的是回顾使用直接激光调制的手提式投影仪的常规颜色组合器工作，例如Watson等人在专利申请号为7,167,315、标题为“ApparatusandMethodforCombiningMultipleElectromagneticBeamsIntoaCompositeBeam（将多路电磁光束组合成复合光束的装置和方法）”的美国专利中所述以及图2的示意图中所示的。颜色组合器20是复合棱镜，该复合棱镜由分别制成并处理然后使用光学粘剂结合在一起的棱镜元件20a、20b和20c形成。颜色组合器20具有两个内部的、平坦的分色界面22a和22b，界面22a和22b是平行的平面。分色界面22a反射蓝色波长并透射绿色波长。分色界面22b反射红色波长并透射绿色波长和蓝色波长。通常，在各颜色通道中设置有准直透镜64。所述颜色被组合到光轴OA上，并为清晰，在图2中以分离的颜色路径示出，但是在实际中，这些颜色是同轴的。

图2中所示出的传统方法的问题是来自固态光源14r、14g和14b的光以相对大的角度入射。来自光源14r的光以45度角入射到一个分色界面22b上。来自光源14b的光以45度角入射到分色界面22a上，然后以45度角入射到分色界面22b上。来自光源14g的光也以45度角入射到分色界面22a和分色界面22b上。由于光在大约这些角度的范围入射，在各界面处会产生一些效能损失。另外，减反（AR）膜必须设置在其它接收入射光的未涂覆表面，为颜色组合器20的制造增加了成本和复杂度。

使用图2中的颜色组合器20的另一个问题涉及所要反射和透射的光所入射到的表面的数量。来自光源14r的光入射在三个表面上。来自光源14b和14g的光入射在四个表面上。如前所述，无论入射表面是否被涂覆，在各入射表面处都会产生一些效能损失。该传统方法的其它性能问题涉及如以下所述的偏振以及激光光源的总体失真的光束形状。

图2中所示用于颜色组合器20的传统方法的又一问题涉及制造。该设备的生产需要分色膜处理和组装工序。插图E2示出了颜色组合器20由棱镜元件20a、20b和20c制成的方法，其中，棱镜元件20a、20b和20c胶合在一起以提供嵌入于复合棱镜结构的分色界面22a和22b。

本发明的实施例提供将来自多个激光器或其它固态光源的光进行组合以形成彩色图像的单件式颜色组合元件。参照透视图3A，其示出了颜色组合元件30，所述颜色组合元件30由诸如块状玻璃或塑料等单个的整件固体透明材料形成，并具有两个位于外部的、彼此不相邻接的平坦涂覆分色表面32和34。在图3A所示的颜色组合元件30的实施例中，平坦涂覆分色表面32和34在相互平行的平面中。在图3B所示的颜色组合元件30的可替换实施例中，平坦涂覆分色表面32和34位于非平行平面上，并以楔角β倾斜于彼此设置。不同于传统的颜色组合器，颜色组合元件30使用具有两个外部分色表面32、34和未被包住的内部分色表面的单个整件透明材料片或材料块而形成。因为没有入射光从光源被导引到未涂覆表面的传输过程，所以，所述未涂覆表面可以具有任何合适的形状或形式，并且例如可以是毛玻璃或透明玻璃。颜色组合元件30的、与光轴正交的横截面的形状，如平行于涂覆表面32或34的横截面，可以是长方形、圆柱形、六边形或其它合适的形状。由于其简单的设置，所以一旦涂覆上涂膜就不需要专门的安装组件或胶合的过程。

图4中示意性框图示出了在本发明的一个实施例中用作颜色组合装置26的一部分的颜色组合元件30。在该实施例中，颜色组合元件30具有平行的涂覆表面32和34。三个固态光源14r、14g和14b朝向颜色组合元件30被导引。各光源都可激励以发射相应波段的光束，此处所示为红光、绿光和蓝光。

图5的示意性框图示出了颜色组合装置26的可替换实施例，其中，使用了具有平行涂覆表面32和34的颜色组合元件30。镜子76或其它类型的反射表面设置成将来自光源14g的光束朝颜色组合元件30重定向。该实施例示出了镜子76的、平行于颜色组合元件30的涂覆表面32和34的反射表面。该设置使得源于光源14r、14g和14b的光束能够平行设置，这对于发光设备的包装是有用的。相似地，图6中示意性示出的实施例是有利的，其再次使用绿色光束的光路中的镜子76，使得光源14r、14g和14b能够平行设置。如果使用诸如手持微投影仪等二极管激光器，那么这样设置可以是有利的。此种应用中用作光源14g的绿激光器相比于红激光器和蓝激光器，可以具有延长的长度，如康宁公司（CorningIncorporated）生产的绿激光器。图6所示实施例的其它优势涉及各个光束的小角度入射。由于三个光束沿平行路径开始入射，所以图6的实施例的简化对齐也是具有优势的。未涂覆的顶部表面35可以具有任何合适的形状。在图6的实施例中，例如，表面35所成的角度允许光源14g良好地定位。

如果形成有如图3B所示的不平行涂覆表面，颜色组合元件30可以提供良好的入射角以将来自多个激光源的光进行组合。参照图7的示意图，示出了作为颜色组合装置26的一部分而与固态光源14r、14g和14b一起工作的颜色组合元件30，各光源是可激励的以发射相应波段的光，此处分别为红光、绿光和蓝光。举例来说，适用于图4-6、且当使用颜色组合元件30时适用于图3A和图3B实施例，图8、图9和图10分别示出了由固态光源14r、14b和14g提供的各波段在各颜色通道24r、24b和24g内的光路。

在图8示出的颜色通道24r中，来自红光固态光源14r的光通过调光光学器件38朝向颜色组合元件30被导向，其中，所述光学器件38通常为透镜和任何其它的用于光束采集和成形的光学器件。分色表面32将红光进行反射，从而将红光重定向到光轴OA上。对于颜色通道24r，光束仅入射到颜色组合元件30的仅一个表面上。

在图9示出的颜色通道24b中，来自蓝光固态光源14b的光通过调光光学器件38朝向颜色组合元件30被导向。分色表面34将蓝光进行透射，蓝光穿过颜色组合元件30的棱镜材料时被折射到光轴OA上。分色表面32透射已被重定向的蓝光。对于颜色通道24b，光束入射到颜色组合元件30的仅两个表面上，即入射到表面32和表面34上各一次。

在图10示出的颜色通道24g中，来自绿光固态光源14g的光通过调光光学器件38朝向颜色组合元件30被导向。分色表面32将绿光进行透射，绿光穿过颜色组合元件30的棱镜材料时被折射。分色表面34将已被重定向的绿光反射回来，通过分色表面32并到达光轴OA上。对于颜色通道24g，绿光束入射到所示的表面32和表面34上；即入射到表面34上一次，入射到表面32上两次。由此，在绿光的光路中，光束总共要撞击或入射到三个表面。在分色表面32上，入射光束和出射光束在两个不同的、相互间隔的位置上对中。

如图7-10的实施例所示的颜色组合元件30的优势涉及光在分色表面32或分色表面34上的相对小的入射角度。在本实施例中，被反射的光的入射角等于颜色组合元件30的棱镜体的楔角β（图3B）或小于楔角β。例如，图8中的入射角θ1小于10度。图9中的入射角θ2大约为5度。图10中在透射分色表面32处的入射角θ3小于大约20度；在反射分色表面34处，由于颜色组合元件30体部内的折射而使该角度小于10度。

通过与图2所示传统颜色组合器方法对比，可以看到，使用颜色组合元件30不仅具有简单、单棱镜结构的优势，而且可以为各分色界面的反射光和透射光提供非常好的入射角。光轴OA相对于涂覆分色表面32和34是倾斜的。

参照图11的示意图，示出了诸如手提式投影仪等成像装置40，其使用了本发明的、使用直接激光机制的一个实施例中的颜色组合元件30。图3B所示的颜色组合元件30的构造用在图11到图13中；应当注意的是也可以使用图3A的颜色组合元件的可替换设置，其中对光源14r、14g和14b的定向和定位做必要的改变。在图11的设置中，扫描器46用作光调制器部件，可致动以形成连续多行像素，并将光朝显示表面28导引。各像素分别被记录，并且作为基本成分——红光、绿光和蓝光的组合而形成。为生成高速像素，在各颜色通道24r、24g和24b中的各固态光源14r、14g和14b分别具有与扫描器46同步运行的、相应的激光驱动器44r、44g和44b。例如，使用在如美国华盛顿州雷德蒙德的微视（Microvision）公司生产的微型投影仪显示器中的示例性高速像素生成和扫描计时模式。

图12示意性示出了可替换投影装置。成像装置50使用诸如数字微镜阵列或其它微机电成像阵列设备等空间光调制器52形成用于投影的图像，所述空间光调制器52如果被致动，则会使用反射和散射将光进行调制，并且所述空间光调制器52包括各种类型的机电光栅光调制器或诸如液晶设备等偏振调制设备。诸如蝇眼积分器、棒状积分器或其它合适类型的光均质器等光积分器元件54用以为调制提供均匀的光束。透镜56将光从沿着光轴导引到光积分器元件54（一次一种颜色），以形成以颜色顺序设置的图像。此处，颜色组合元件30的作用是将各固态光源一次一种地通过积分器元件54导引到空间光调制器52。投影透镜48用以将光朝向显示表面28导引。

如前所述，如果绿光固态光源14g是激光器，那么部件的包装问题是一个挑战。在绿光二极管激光器中，其它用以频率加倍的二次谐波生成部件增加了绿光激光器部件的尺寸，如图4到图13所示出的。图12和图13所示的可替换实施例有利于减少照射光或颜色组合所要求的相对面积或“覆盖面积”。

参照图13的示意图，其示出了颜色组合装置62的可替换实施例，其中，使用反射表面折叠绿色通道24g中的光路，在此示出的所述反射表面为折叠镜46。透射通过折叠镜46的漏光由诸如光电二极管或其它合适的传感器设备等可选传感器58所检测，然后所检测到的信号被用作控制固态光源14g的激光功率的反馈信号。诸如微处理器等逻辑控制处理器60被用于将图像数据提供到各激光器，并用于根据所述反馈信号调节绿光固态光源14g的输出功率。

仅在图13的实施例中示意性示出的逻辑控制处理器60也会在诸如图4到图12等所示的使用直接激光调制以形成像素的实施例中被要求获取图像数据并将图像数据提供给各激光器的驱动器44r、44g和44b。

如图13所示的实施例，颜色组合元件30可以使用不同的分色膜设置方式。在图13所示的实施例中，分色表面32反射绿光波段，并透射蓝光波段和红光波段。分色表面34透射红光波段并至少反射蓝光波段。如上对图6到图12的实施例所描述的，图13的实施例允许使用小入射角以在各分色表面透射并反射光。

图14是示出了根据本发明另一可替换实施例的颜色组合装置，其中，三个光通道24r、24g和24b的功率都可以被测量。传感器58定位成与颜色组合元件30的未涂覆表面37光学接触，或者使用光学粘剂保持在合适的位置。各杂散光束25r、25g和25b被导引到传感器58，由此使用由分色表面32的缺陷造成的轨迹错向的光。杂散光束25r是来自光源14r的小部分光，其从红光源14r被无意地透射通过分色表面32并且没有反射到光轴OA上。杂散光束25g是来自光源14g的痕量光，所述光没有透射通过分色表面32并到达光轴OA上，而是被反射。相似地，杂散光束25b是来自光源14b的痕量光，所述光没有透射通过分色表面32并到达光轴OA上，而是被反射。使用这样的构造，当相应的光源被激励时，可以测量用于各个颜色通道的功率。

光束形状注意事项

一般情况下固态激光器的发散是失真的，沿一个轴线的发散长于沿正交轴线的发散。例如，考虑图9所示的设置，图15示出了从蓝光激光光源14b发出的椭圆形光束的轮廓CS1的横截面视图，其沿y向（本例中是竖直的）具有小发散角，沿x向具有大发散角。优选地，该激光光束被定向使得其小发散角（y向）基本位于颜色组合元件30的楔角为β的平面，在本例中该平面是竖直的。该图示出了颜色组合元件30的侧视横截面视图和俯视横截面视图，同时该图示出了高度和宽度尺寸放大的光束路径。光束的竖直分量或y向分量“照射”楔状折射结构，相应地，楔状折射结构沿竖直方向将光束拉长。光束的正交水平或x分量穿过颜色组合元件30，而没有遇到该方向上的其它折射，如俯视图横截面所示。由此，最终光束轮廓CS2更加对称或呈圆形。

偏振注意事项

典型地，分色膜设计成透射p偏振光，其透射轴线平行于入射平面，并且分色膜还设计成反射正交偏振的s偏振光。该特征造成了颜色组合器的问题，其中一些颜色被反射，而其它颜色从分色表面被透射。例如，如果照射到通过选择性地改变各个像素的偏振状态而调制光的硅基液晶设备，那么正交偏振轴线是一个问题。在传统成像装置中，波片必须用以对此情况进行校正。通过颜色组合元件30的实施例，例如图6和图7的实施例所示，在分色表面保持小入射角有利于减少由于偏振引起的分色反应的不同。

制造

用于颜色组合元件30的基底的透明固体材料块基于多个因素而选择，其中包括成本、折射率和涂覆适用性。当其涉及来自激光源的光的入射角时，材料的折射率是重要的。例如，在图7的实施例中，材料的折射率在蓝光固态光源14b和绿光固态光源14g的角向定位中是一个重要因素。

分色表面32和34是平坦的表面。因为来自光源的光没有入射到颜色组合元件30的其它非涂覆表面上，该元件的所述其它非涂覆表面可以不是平坦的，如具有一些弯曲或其它形状，此在包装或安装过程中可能是有用的。在一些实施例中，毛玻璃表面是可以接受的。

虽然已参照特定优选实施例对本发明进行了详细的描述，但是应当理解的是可以在以上所述本发明的范围内且如附属权利要求所述，在不偏离本发明范围的情况下由本领域普通技术人员实现各种变体和修改。例如，虽然上述内容主要针对激光二极管，但是也可以将本发明的颜色组合元件30和包括其它激光器类型的其它彩色光源以及可激励以发射用以成像或其它需要光组合功能的、合适波段的光的固态光源一起使用。可以使用具有多个光发射器的阵列。一般来说，该方法会在具有提供窄光束准直光的光源时最好地工作。虽然颜色组合元件30被描述为用以混合可在入射到该颜色组合器之前不由空间光调制器调制的照射光，如图12实施例所示，可替换地，该方法可以用以将已在各颜色通道中通过使用独立的调制器阵列调制的光进行组合。然而对于组合已调制的光可能有一些实际的限制而不同于使用前述直接激光调制所调制的光，因为在各颜色通道中的变形会有很大不同。也应当注意的是，所示的示例性实施例描述了红、绿和蓝色通道，并示出了被制成以透射或反射具体颜色的分色表面的具体设置方式。然而，这些例子意为描述具体实施例，并且是非限制性的；可以使用其它用于分色表面行为的颜色组合，例如，互换各图中的颜色标记，并允许对所反射和透射的颜色进行不同的设置，或允许对不同于常规的红、绿和蓝光波段的其它波段进行不同的设置。

因而，本发明所提供的是在成像装置中用于将第一、第二和第三波段的光进行组合的装置和方法。

Claims (1)

1.一种颜色组合装置，包括：

第一颜色通道、第二颜色通道和第三颜色通道，所述第一颜色通道具有第一光源，所述第一光源带有第一调光光学器件且可激励以将第一波段的第一光束以第一入射角直接导引到颜色组合元件的第一涂覆表面上，所述第二颜色通道具有第二光源，所述第二光源带有第二调光光学器件且可激励以将第二波段的第二光束以第二入射角直接导引到颜色组合元件的第一涂覆表面上，所述第三颜色通道具有第三光源，所述第三光源带有第三调光光学器件且可激励以将第三波段的第三光束导引到颜色组合元件的第二涂覆表面上，各所述颜色通道具有可激励以将相应的第一波段、第二波段和第三波段的光分别朝向颜色组合元件导引的光源；其中，源自所述第一颜色通道、所述第二颜色通道和所述第三颜色通道的光束大体上是平行的；

所述颜色组合元件是至少具有相互不邻接的第一平坦涂覆表面和第二平坦涂覆表面的单件固体透明材料，所述第一平坦涂覆表面和所述第二平坦涂覆表面位于大体平行的平面中；

所述第一平坦涂覆表面被处理以将所述第一波段的入射光反射到光轴上，并透射所述第二波段和所述第三波段的入射光；

所述第二平坦涂覆表面被处理以反射所述第二波段的入射光，并透射所述第三波段的入射光；

以及

来自所述第三颜色通道的光束的路径中的反射表面，所述反射表面与所述颜色组合元件间隔开且大体平行于所述第二涂覆表面，且被设置成将来自所述第三颜色通道的光束朝向所述颜色组合元件进行反射。