CN112213863A - 折叠式积分棒装置 - Google Patents

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CN112213863A CN202010661731.6A CN202010661731A CN112213863A CN 112213863 A CN112213863 A CN 112213863A CN 202010661731 A CN202010661731 A CN 202010661731A CN 112213863 A CN112213863 A CN 112213863A
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阿卜杜勒·瓦希德·萨利米
米歇尔·普劳夫
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Abstract

提供了一种折叠式积分棒装置，包括：多个基本上平行且在基本上垂直于其纵向轴线的方向上彼此相邻串联布置的积分棒，该串联中的相邻的积分棒对经由全内反射在各自的光学耦合端处光学耦合，除第一积分棒之外，多个积分棒中的每个的各自横截面都大于该串联中的前面相邻的积分棒的各自横截面，该串联中的第一积分棒包括被配置为接收光的光入射面，该光入射面与第一积分棒的光学耦合端相对，以及该串联中的最后积分棒包括被配置为发射光的光出射面，该光出射面与最后积分棒的相应光学耦合端相对。

Description

折叠式积分棒装置
技术领域
背景技术
光的均匀化，例如用于投影仪的光的均匀化，可以使用积分棒完成。例如，在光与光调制器相互作用之前，使用积分棒将来自诸如一个或多个椭圆灯和/或一个或多个激光器阵列等光源的光在投影仪中均匀化(和/或成形)。为了实现光的最佳均匀化(例如，均匀性)，积分棒的长度必须足够长以提供充足的内部反射。由于包括积分棒的光学系统的尺寸(例如长度)将随着积分棒的长度的增加而增加，因此这可能带来后勤方面的挑战。因此，对于至少紧凑的投影仪，这通常会增加其长度。
发明内容
附图说明
为了更好地理解本文所述的各种实施例，并且为了更清楚地示出如何可实现各实施例，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：
图1示出了根据非限制性示例的用于投影仪的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图2示出了根据非限制性示例的折叠式积分棒装置的端部示意图。
图3示出了根据非限制性示例的折叠式积分棒装置的两个积分棒的几何形状的细节。
图4示出了根据非限制性示例的适于包括安装板的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图5示出了根据非限制性示例的包括两个积分棒的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图6示出了根据非限制性示例的包括五个积分棒的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图7示出了根据非限制性示例的包括棱镜的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图8示出了根据非限制性示例的包括棱镜的替代的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图9示出了根据非限制性示例的包括棱镜和锥形积分棒的替代的折叠式积分棒装置的侧视示意图。
图10示出了根据非限制性示例的包括单个螺旋状积分棒的替代的积分棒装置的侧视示意图。
具体实施方式
光的均匀化，例如用于投影仪的光的均匀化，可以使用积分棒完成。例如，在光与光调制器相互作用之前，使用积分棒将来自诸如一个或多个椭圆灯和/或一个或多个激光器阵列等光源的光在投影仪中均匀化(和/或成形)。为了实现光的最佳均匀化(例如，均匀性)，积分棒的长度必须足够长以提供充足的内部反射。由于包括积分棒的光学系统的尺寸(例如长度)将随着积分棒的长度的增加而增加，因此这可能带来后勤方面的挑战。因此，对于至少紧凑的投影仪，这通常会增加其长度。
为了解决这个问题，本说明书提供了一种装置，包括：多个基本上平行的积分棒，其在与其纵向轴线基本上垂直的方向上彼此相邻串联布置，该串联中的相邻的积分棒对经由全内反射在各自的光学耦合端处光学耦合，除第一积分棒之外，多个积分棒中的每个的各自横截面都大于该串联中前面相邻的积分棒的各自横截面，该串联中的第一积分棒包括被配置为接收光的光入射面，该光入射面与第一积分棒的光学耦合端相对，以及该串联中的最后积分棒包括被配置为发射光的光出射面，该光出射面与最后积分棒的各自光学耦合端相对。
因此，本说明书提供了一种折叠式积分棒装置，在该装置中，通过经由在基本上平行的积分棒的端部处的全内反射经由“折叠”穿过多个基本上平行的积分棒的光路来发生光的均匀化。本折叠式积分棒装置的长度可以为标准(例如非折叠式)积分棒的长度的约1/3，以实现相同程度的均匀化，例如使用三个基本上平行的积分棒。特别地，每个基本上平行的积分棒具有比前面的基本上平行的积分棒更大的横截面。
特别地，在本说明书的一方面，一种装置，包括：多个基本上平行且在基本上垂直于其纵向轴线的方向上彼此相邻串联布置的积分棒，该串联中的相邻的积分棒对经由全内反射在各自的光学耦合端处光学耦合，除第一积分棒之外，多个积分棒中的每个的各自横截面都大于该串联中的前面相邻的积分棒的各自横截面，该串联中的第一积分棒包括被配置为接收光的光入射面，该光入射面与第一积分棒的光学耦合端相对，以及该串联中的最后积分棒包括被配置为发射光的光出射面，该光出射面与最后积分棒的各自光学耦合端相对。
接下来关注图1，其示出了用于投影仪和/或投影仪系统的折叠式积分棒装置100的侧视示意图。换句话说，折叠式积分棒装置100通常用作用于投影仪和/或投影仪系统的积分棒和/或光均化装置。此后，折叠式积分棒装置100可互换地称为装置100。
如图所示，装置100包括在基本上垂直于其纵向轴线103(例如，示出了一个纵向轴线103)的方向102上彼此相邻串联布置的多个基本上平行的积分棒101-1、101-2、101-3(下文中可互换地统称为棒101，并且通常称为棒101)。如图所示，装置100包括三个棒101，然而，装置100可以包括少至两个棒101(例如，参见下面描述的图5)，或者大于三个的任何合适数量的棒101(例如，参见下面描述的图6)。
此外，尽管棒101各自被示出为接触相邻的棒101，但是在其他示例中，棒101中的一个或多个之间可存在间隙(例如，参见下面描述的图3)。
通常，串联中的相邻的积分棒101对经由全内反射在各自的光学耦合端105-1、105-21、105-22、105-3(下文中可互换地统称为光学耦合端105，并且通常称为光学耦合端105)处光学耦合，如下面更详细地描述。由于存在三个棒101，因此在装置100中有两对棒101(例如，棒101-1、101-2形成第一对，并且棒101-2、101-3形成第二对)。
通常，串联中的第一积分棒101-1包括被配置为接收光(例如，光106-1、106-2、106-3，下文中可互换地通常称为并且统称为光106)的光入射面107，该光入射面107与第一积分棒101-1的光学耦合端105-1相对，例如沿着其纵向轴线103。光学耦合端105-1通常与积分棒101-1的上壁和下壁成角度。
通常，串联中的最后积分棒101-3包括被配置为发射光106(例如，作为均匀化的光)的光出射面109，该光出射面109与最后积分棒101-3的各自光学耦合端105-3相对，例如沿着其纵向轴线103。
光106可以包括进入第一积分棒101-1的光入射面107的红光(例如，光106-1)、绿光(例如，光106-2)和蓝光(例如，光106-3)。尽管将光106示出为进入光入射面107的光线，但应理解，光106具有各自的集光率并且通常包括光锥；例如，所示出的光106的每束光线可以指示各自的光锥的中心。此外，当光106的每束光线以不同的各自角度进入光入射面107时，光106可以以相同的角度和/或任何合适的角度进入光入射面107。实际上，光106的角度和/或集光率和/或锥度通常可以取决于产生光106的一个或多个光源(未示出)(例如一个或多个椭圆灯、一个或多个激光器阵列等)，以及一个或多个光源和光入射面107之间的光学器件(未示出)。此外，尽管关于三种不同颜色的光(例如红光、绿光和蓝光)描述了本示例，但是光106可以具有任何合适的颜色和/或一种或多种颜色(例如，包括但不限于白光)。
在图1中示出了光106的路径(例如，光106的光线)。通常，光106进入光入射面107，传播通过第一积分棒101-1，直到光106到达第一积分棒101-1的光学耦合端105-1。尽管未示出，但是光106在传播通过第一积分棒101-1的壁时通常从第一积分棒101-1的壁反射。实际上，尽管未示出，但是光106在传播通过所有棒101的壁时通常从所有棒101的壁反射，例如也经由全内反射。在一些示例中，棒101的壁可以涂覆有反射材料以防止光106从中射出。
通过从第一积分棒101-1的光学耦合端105-1反射，光106被反射到第二积分棒101-2中。
因此，光学耦合端105-1相对于光106成内反射角；在一些示例中，光学耦合端105-1可以相对于第一积分棒101-1的纵向轴线103成约45°(或任何其他合适的角度)，这通常可以促使光学耦合端105-1相对于入射到其上的光106成全内反射角。实际上，应当理解，光106进入光入射面107的角度是已知的，并且棒101的折射率也是已知的(它们可以彼此相同或不同)；因此，可以选择光学耦合端105-1的角度，使得光学耦合端105-1相对于光106成内反射角。
如图所示，光106进入第二积分棒101-2，并从第二积分棒101-2的第一光学耦合端105-21通过第二积分棒101-2反射到与第一光学耦合端105-21相对的第二积分棒101-2的第二光学耦合端105-22。这样，与第一积分棒101-1相比，在第二积分棒101-2中，光106的路径和/或光106的行进方向基本上反向。
相应地选择第二积分棒101-2的长度和形状，包括光学耦合端105-21、105-22的角度。特别地，可以选择光学耦合端105-21、105-22的角度(例如，相对于棒101-2的各自纵向轴线103)，使得光学耦合端105-21、105-22各自相对于光106成内反射角，与光学耦合端105-1类似。
因此，例如，选择棒101-1、101-2的各自光学耦合端105-1、105-21，使得光106在从第一积分棒101反射之后进入第二积分棒101-2，并从第一光学耦合端105-21朝向第二光学耦合端105-22反射。这样，串联中的棒101中的相邻的积分棒101-1、101-2对经由全内反射在各自的光学耦合端105-1、105-21处光学耦合。
类似地，光106从第二光学耦合端105-22反射到第三积分棒101-3中，并且从第三积分棒101-3的光学耦合端105-3朝着光出射面109反射(例如，与光学耦合端105-3相对)。可以选择光学耦合端105-3的角度，使得光学耦合端105-3相对于光106成内反射角，与其他光学耦合端105类似。
这样，串联中的棒101中的相邻的积分棒101-2、101-3对经由全内反射在各自的光学耦合端105-22、105-3处光学耦合。此外，与第二积分棒101-2相比，在第三积分棒101-3中，光106的路径和/或光106的行进方向基本上反向。
因此，通常，串联中的棒101中的相邻的积分棒101对经由全内反射在各自的光学耦合端105处光学耦合，以在光106从一对中的第一相邻积分棒101反射到该对中的下一相邻积分棒101时，使光106的行进方向基本上反向。
此外，多个积分棒101中的每个在各自的光学耦合端105处以全内反射角成角度，以经由全内反射光学地耦合各自的光学耦合端105。
以这种方式，光106通过从棒101的壁反射而来回穿过装置100；通过棒101的传播通常使光106均匀。这样，棒101中的每个包括使光均匀的任何合适的材料，诸如熔融石英等。
此外，假定棒101中的每个具有大约相同的长度，并且在光106的路径被来回“折叠”通过装置100时，光106的路径的长度并因此均匀度与具有与棒101相同的光学均匀特性的积分棒类似，但是该积分棒的长度是棒101的三倍。因此，装置100的长度(例如，在纵向轴线103的方向上)可以为这种积分棒的相应长度的约三分之一。
如图所示，选择光106-2的路径以从光学耦合端105-1的与棒101-2的其余部分的壁相邻的边缘111反射(例如，如图所示，并且尽管装置100可以处于任何合适的取向，但是相对于图1的页面是上壁)。还应当理解，相邻的光学耦合端105-1、105-21的边缘113被选择为彼此大致对准。这样，选择棒101-2的尺寸(例如其高度)以定位光学耦合端105-21的下边缘114以将光106-2反射到棒101-2中，使得光106-2不以其他的方式通过棒101-2的下壁射出(例如，因为棒101-2的下壁不会相对于光106-2成全内反射角)。然而，棒101的壁可替代地可以涂覆有反射材料。
类似地，如图所示，选择光106-1的路径以从光学耦合端105-22的与棒101的其余部分的壁相邻的边缘115反射(例如，如图所示，尽管装置100可以处于任何合适的取向，但是相对于图1的页面是上壁)。还应当理解，相邻的光学耦合端105-22、105-3的边缘117被选择为彼此大致对准。这样，选择棒101-3的尺寸(例如其高度)以定位光学耦合端105-3的下边缘116以将光106-1反射到棒101-3中，使得光106-2不以其他的方式通过棒101-3的下壁射出(例如，因为棒101-3的下壁不会与光106-1成全内反射角)。然而，棒101的壁可替代地可以涂覆有反射材料。
实际上，从光学耦合端105-1、105-22的极端边缘反射的光106-1、106-2代表装置100中的最坏情况，并且如下面将更详细说明的，相应地选择棒101的尺寸。
接下来关注图2，其示出了装置100的端视图，该端视图示出了包括第一积分棒101-1的光入射面107的端部，并且分别示出了第二积分棒101-2的光学耦合端105-22和第三积分棒101-3的光学耦合端105-3。特别地，棒101中的每个具有各自的横截面201-1、201-2、201-3，每个横截面包括各自的高度尺寸(在图2中标记为“高度”)和大于各自的高度尺寸的各自的宽度尺寸(在图2中标记为“宽度”)。例如，第一积分棒101-1具有横截面201-1，第二积分棒101-2具有横截面201-2，以及第三积分棒101-3具有横截面201-3。横截面201-1、201-2、201-3在下文中可互换地统称为横截面201，并且通常称为横截面201。
如在图2中清楚地看到的，除第一积分棒101-1之外，多个积分棒101中的每个的各自横截面201都大于串联中的棒101中的前面相邻积分棒101的相应横截面201。因此，例如，串联中的棒101中的第二积分棒101-2的横截面201-2大于第一(例如，前面相邻的)积分棒101-1的横截面201-1；类似地，串联中的棒101中的第三积分棒101-3的横截面201-3大于第二(例如，前面相邻的)积分棒101-2的横截面201-2。换句话说，多个积分棒101中的每个的各自的高度尺寸和各自的宽度尺寸中的每个可以大于串联中的棒101中的前面相邻的积分棒101的各自的高度尺寸和各自的宽度尺寸。具体地，如以下关于图3更详细地描述的，串联中的棒101中的每个相继的积分棒101的高度根据因素的数量而增加；串联中的棒101中的每个相继的积分棒101的宽度可以根据光106入射到光入射面107上的入射角以及棒101之间的间隙(例如，当存在时)而增加。然而，当两个相邻的棒101之间的间隙接近零时，它们之间的宽度增加也接近零；换句话说，虽然相继的相邻棒101的高度大于前面的相邻棒101的高度，但是当它们之间的间隙为零时，它们的宽度可以为类似的。
因此，通常，棒101的高度可以以比宽度更快的速率增加(例如，在串联中的棒101中从棒101到棒101)；然而，最后棒101-3的光出射面109的纵横比通常可以具有与光调制器相关联的纵横比；这样的与光调制器相关联的纵横比可以与从出射面109射出的光106被传送到其的光调制装置的纵横比相同和/或类似(例如，通过光学器件，未示出，在出射面109和光调制装置之间)。然而，与光调制器相关联的纵横比可以不是从出射面109射出的光106被传送到其的光调制装置的确切的纵横比，但是与光调制器相关联的纵横比可以近似为这样的纵横比；换句话说，射出出射面109的光的纵横比可以通过投影仪中的光学器件进一步成形；和/或射出出射面109的光的纵横比可以具有使光照射从出射面109射出的光106被传送到其的光调制装置的纵横比，使得光被光调制装置调制以形成图像。
如图所示，多个积分棒101进一步被布置为使得它们的各自的高度尺寸在串联中的棒101的基本上垂直的方向102上对准。换句话说，各自的高度尺寸通常彼此平行并且沿着基本上垂直的方向102布置。
返回图1，很明显，从示出棒101的相对的各自的高度尺寸的一侧示出了棒101。特别地，如上所述，棒101的各自高度尺寸随着串联中的棒101中的每个棒101而增加，以适应光106从光学耦合端105的极端边缘的反射。换句话说，棒101的各自高度尺寸随着串联中的棒101中的每个棒101而增加，以延伸给定棒101的各自光学耦合端105(例如，相对于前面的棒101的各自光学耦合端105)，以确保从前面棒101的各自光学耦合端105的边缘反射的光被各自的光学耦合端105反射，并且不会以其他方式射出给定的棒101(例如，当壁未涂覆有反射材料时)。尽管可以通过增加高度尺寸而不必增加棒101的宽度尺寸来实现相同的效果(例如，当它们之间的间隙为零时)，但是宽度尺寸也可以随着它们之间的间隙增大而增大。然而，如前所述，将最后棒101-3的出射面109的纵横比选择为与光调制器相关联的纵横比。
接下来关注图3，其示出了棒101-1、101-2的几何形状的细节。如图所示，仅示出了棒101-2的包括光学耦合端105-21的一部分。此外，如图所示，在棒101-1、101-2之间存在间隙302，然而，此后将假设间隙302为“0”(即棒101-1、101-2在接触)。特别地，光306(其可以包括但不限于光106-1、光106-2和光106-3中的任何一个)以入射角“i”(例如，相对于光入射面107的法线311)进入棒101-1的光入射面107，并且由于斯涅尔定律(例如，基于棒101的折射率“n”；实际上，在所示的示例中，两个棒101-1、101-2的折射率均为“n”)而以“i”角度折射。
尽管未示出来自棒101-1的壁的反射，但是在图3中假设光306传播穿过棒101-1，从壁反射并最终从光学耦合端105-1的边缘111反射，如上所述，这代表光与光学耦合端105-1相互作用的最坏情况。为了解决这种最坏情况，选择棒101-2的几何形状，并且特别是其高度(例如，当非零值时也可以考虑间隙302)，使得棒101-2的光学耦合端105-21的下边缘114被定位成将光306反射到棒101-1中。棒101-2的几何形状的确定在下文中描述。
如图所示，棒101-1的高度为“a”，并且光学耦合端105-1与棒101-1的下壁321形成角度θ1。应当理解，下壁321为棒101-1的与棒101-2相邻并沿纵向轴线103延伸的壁。
为了完整起见，还指示了棒101-1的上壁322；应当理解，上壁322与下壁321相对和/或为棒101-1的与棒101-2相对并且沿纵向轴线103延伸的壁。
壁321、322通常可大致平行，但不必平行和/或精确平行；实际上，壁321、322可以相对于彼此至少部分地渐缩。然而，如图所示，壁321、322各自与光入射面107大致垂直。棒101-1的边缘111应理解为在上壁322与光学耦合端105-1的相交处，以及棒101-1的边缘113应理解为在下壁321与光学耦合端105-1的相交处。
如图所示，线323与棒101-1的下边缘113形成90°角，并且与光学耦合端105-1形成角度θ2(例如，θ1+θ2＝90°)。因此，使用基本几何形状，并且知道光学耦合端105-1的高度为“a”(例如，棒101-1的高度)，光学耦合端105-1的长度(例如，沿着纵向轴线103)为a'＝a*tan(θ2)。
还示出了与边缘111相交的下壁321的法线331，并且该法线331与光学耦合端105-1形成角度θ3(例如，θ3＝θ2)。还示出了边缘111处的光学耦合端105-1的法线341。从几何形状，光306以相对于法线341的角度i'从光学耦合端105-1反射，角度i'通常取决于角度i、折射率n和角度θ2和/或角度θ3。还示出了光306在反射时与法线331形成的角度θ4以及在光306通过下壁321射出棒101-1时光306与下壁321形成的角度θ5。
假设棒101-2的下壁321和上壁351(例如，邻近棒101-1的下壁321)大致平行，则光306与上壁351形成角度θ6＝180°-θ5。
实际上，应当理解，上壁351为棒101-2的与棒101-1相邻并沿纵向轴线103延伸的壁。还应当理解，下壁352与上壁351相对和/或为棒101-2的与棒101-1相对(和/或与棒101-3相邻，在图3中未示出，但被理解为存在)并且沿着纵向轴线103延伸的壁。壁351、352通常可大致平行，但不必平行和/或精确平行；实际上，壁351、352可以相对于彼此渐缩。棒101-2的边缘113应理解为在壁351与光学耦合端105-2的相交处，以及棒101-2的边缘114应理解为在壁352与光学耦合端105-21的相交处。
为了完整起见，还示出了光学耦合端105-21与棒101-2的上壁351形成的角度θ7，以及光306与光学耦合端105-21形成的角度θ8。
还示出了棒101-2的距离和/或高度；例如，距离“H”为棒101-2的壁351、352之间的垂直距离。为了完整起见，示出了与棒101-2的上壁351形成90°角的线353，该线353与光学耦合端105-21形成角度θ9(例如，θ7+θ9＝90°)；同样为了完整起见，角度θ10被指示为光学耦合端105-21与棒101-2的下壁352之间的锐角。
如图所示，由边缘113反射的光306也从边缘114反射。
无论如何，从所示的几何形状可以得出高度“H”为：
Figure BDA0002578816540000081
其中
Figure BDA0002578816540000082
然而，尽管距离H相对于θ1、θ5表示，但是距离H可以相对于棒101-1的其他角度表示。
此外，在等式(1)和等式(2)中假设角度θ1、θ7相同；然而，在其他示例中，通过相应地调整等式(1)和等式(2)，角度θ1、θ7可以不同。
此外，可以以类似的方式选择棒101-3的几何形状。
尽管如本文所述，光学耦合端105沿着棒101的高度尺寸成角度，但是在其他示例中，光学耦合端105可以沿着棒101的宽度尺寸成角度，其中棒101各自相对于图1、图2和图3的示例旋转90°，并且其中装置100的几何形状的其余部分被相应地调整。
接下来关注图4，图4示出了基本上类似于装置100的装置400的透视图，其中相似的部件具有相似的编号，然而以“400”串联而不是以“100”串联。因此，装置400包括积分棒401-1、401-2、401-3(下文中可互换地统称为棒401，并且通常称为棒401)，它们类似于棒101相对于彼此串联布置。
棒401-1包括光学耦合端405-1，棒401-2包括光学耦合端405-21、405-22，以及棒401-3包括光学耦合端405-3。下文中将光学耦合端405-1、405-21、405-22、405-3可互换地统称为光学耦合端405，并且通常称为光学耦合端405。
棒401-1进一步包括光入射面407，并且棒401-3进一步包括光出射面409。
尽管未示出，但是通过相应地选择(例如，如上所述)棒401-2的几何形状，光进入棒401-1的光入射面407并且穿过棒401-1传播到光学耦合端405-1，光学耦合端405-1经由全内反射将光反射到棒401-2中，并且朝向光学耦合端405-21反射。光从光学耦合端405-21反射，该光学耦合端405-21通过棒401-2经由全内反射将光朝向光学耦合端405-22反射。通过相应地选择棒401-3的几何形状，光从光学耦合端405-22反射，该光学耦合端405-22经由全内反射将光朝向光学耦合端405-3反射到棒401-3中。光从光学耦合端405-3反射，该光学耦合端405-3经由全内反射将光通过棒401-3朝向光出射面409反射。
因此，装置400具有与装置100类似的功能。
然而，与装置100相反，装置400包括安装板450，通过使用安装部件的任何合适的组合，将棒401安装到安装板450上。棒401被安装成使得光入射面407与板450的第一边缘大约对准，并且使得光入射面409与板450的第二边缘大约对准，第二边缘452与第一边缘451相对。因此，装置400可以为可以出售和/或提供以结合到投影仪中的部件，其中板450被定位成使得光入射面407接收来自光源的光，并且光出射面409被定位成使得均匀化的光进入光学器件等，该光学器件等将均匀化的光传送到光调制装置，诸如数字微镜装置等。
与装置100进一步相反，装置400包括光学部件499，其位于棒401-2和棒401-3之间的间隙中，并且与光学耦合端405-22、405-3对准，使得从光学耦合端405-22(例如，朝向光学耦合端405-3)反射的光穿过光学部件499。尽管未示出，但是装置400可以进一步包括第二光学部件，该第二光学部件位于棒401-1和棒401-2之间的间隙中，并且与光学耦合端405-1、405-21对准，使得从光学耦合端405-1(例如，朝向光学耦合端405-21)反射的光穿过其中；可替代地，光学部件499可以位于棒401-1与棒401-2之间，而不位于棒401-1与棒401-2之间。
在一些示例中，光学部件499在一对相邻的积分棒401中的至少一个的各自的光学耦合端405之间包括漫射体和均匀性改善光学部件中的至少一个。实际上，通常，装置400可以包括至少一个光学部件499，该光学部件499改变一对相邻的积分棒401中的至少一个的各自的光学耦合端405之间的光。例如，至少一个光学部件可以包括以下中的一个或多个：漫射体；均匀性改善光学部件；消偏振器；偏振器；对比度改变光学部件和光圈，然而，任何合适的光学部件都在本说明书的范围内。
装置100和装置400均包括第一积分棒(棒101-1、401-1)、最后积分棒(例如棒101-3、401-3)与在第一积分棒和最后积分棒之间的积分棒(例如棒101-2、401-2)。装置100和装置400的第一积分棒和最后积分棒之间的积分棒包括：第一光学耦合端(例如，光学耦合端105-21、405-21)和第二光学耦合端(例如，光学耦合端105-22、405-22)，第一光学耦合端被配置为接收来自第一积分棒的光并将光朝向第二光学耦合端反射，第二光学耦合端被配置为接收来自第一光学耦合端的光并将光朝向最后积分棒反射。
然而，其他示例在本说明书的范围内。
例如，接下来关注图5，其示出了装置500，该装置500包括第一积分棒501-1和最后积分棒501-2，其间没有其他积分棒。装置500在其他方面类似于装置100，其中相似的部件具有相似的编号，然而以“500”串联而不是以“100”串联。
因此，装置500包括积分棒501-1、501-2(下文中可互换地统称为棒501，并且通常称为棒501)，它们类似于棒101相对于彼此串联布置。
此外，棒501-1包括光学耦合端505-1，以及棒501-2包括光学耦合端505-2。下文中将光学耦合端505-1、505-2可互换地统称为光学耦合端505，并且通常称为光学耦合端505。
棒501-1进一步包括光入射面507，并且棒501-2进一步包括光出射面509。
尽管未示出，但是如在装置100中那样，通过相应地选择(例如，如上所述)棒501-2的几何形状，光进入棒501-1的光入射面507并且穿过棒501-1传播到光学耦合端505-1，该光学耦合端505-1经由全内反射将光反射到棒501-2中，并且朝向光出射面509反射。光作为均匀化的光从光出射面509射出。
因此，装置500具有与装置100类似的功能。然而，均匀化的光在与装置100相反的方向上射出装置500。因此，例如，装置500可以适于包括反射镜、棱镜等，以例如在与进入光入射面507的光相同的方向上和/或朝向光学器件等重定向射出光出射面509的均匀化的光，该光学器件将均匀化的光传送到光调制装置，诸如数字微镜装置等。
其他示例在本说明书的范围内。
例如，接下来关注图6，其示出了装置600，该装置600包括串联布置的第一积分棒601-1、第二积分棒601-2、第三积分棒601-3、第四积分棒601-4和最后积分棒601-5。装置600在其他方面类似于装置100，其中相似的部件具有相似的编号，然而以“600”串联而不是以“100”串联。
因此，装置600包括积分棒601-1、601-2、601-3、601-4、601-5(下文中可互换地统称为棒601，并且通常称为棒601)，其类似于棒101相对于彼此串联布置。
此外，棒601中的每个包括至少一个光学端605，该光学端605被配置为将光反射到下一积分棒601中或从前面的积分棒601接收光。棒601-1进一步包括光入射面607，并且棒601-5进一步包括光出射面609。
尽管未示出，但是如在装置100中那样，光进入棒601-1的光入射面607并且穿过棒601-1传播到各自的光学耦合端605，该光学耦合端605经由全内反射将光反射到棒601-2中，在棒601-2中，光被对应的光学耦合端605朝向相对的光学耦合端605反射，该光学耦合端605继而将光反射到棒601-3中。光以这种方式传播穿过棒601和光学耦合端605，直到光进入棒601-5并被朝向光出射面609反射(例如，通过棒601-5的各自光学耦合端605)。光作为均匀化的光从光出射面609射出。
因此，装置600具有与装置100类似的功能。然而，装置600包括在第一棒601-1和最后棒601-5之间的三个棒601，而不是一个棒601。此外，棒601中的每个的横截面大于串联中的棒601中的前面相邻的积分棒601的各自横截面。
换句话说，多个积分棒601的子集(例如，棒601-2、602-3、601-4)位于串联中的棒601的第一积分棒601-1和最后积分棒601-5之间。多个积分棒601的子集(例如，棒601-2、602-3、601-4)各自包括第一光学耦合端605和第二光学耦合端605，第一光学耦合端605被配置为接收来自前面相邻的积分棒601的光并将光朝向第二光学耦合端605反射，第二光学耦合端605被配置为接收来自第一光学耦合端605的光并将光朝向串联中的棒601中的下一相邻的积分棒601反射。
实际上，尽管在第一积分棒601-1和最后积分棒601-5之间有三个积分棒601，但是装置600可以在第一积分棒601-1和最后积分棒601-5之间包括任何合适数量的棒601。当第一积分棒601-1和最后积分棒601-5之间的棒601的数量为奇数(例如，如图所示，并且也类似于装置100)时，光在相同的方向上进入和射出装置600。然而，当第一积分棒601-1和最后积分棒601-5之间的棒601的数量为“零”或偶数(例如，类似于装置500)时，光在相反的方向上进入和射出装置600。
其他示例在本说明书的范围内。
例如，接下来关注示出装置700的图7。装置700在其他方面类似于装置100，其中相似的部件具有相似的编号，然而以“700”串联而不是以“100”串联。装置700包括第一积分棒701-1、第二积分棒701-2和最后积分棒701-3(下文中可互换地统称为棒701，并且通常称为棒701)，它们类似于棒101彼此相对布置。棒701进一步包括各自的光学耦合端705，棒701-1包括光入射面707，以及棒701-3包括光出射面709。
然而，与装置100相反，多个积分棒701包括位于各自光学耦合端705处的棱镜715，棱镜715被配置为经由全内反射来光学耦合各自的光学耦合端705。
因此，棒701中的每个包括至少一个棱镜715(例如，与光学耦合端705成一一对应的关系)和棒部分716，尽管棱镜715和棒部分716可以由相同的材料制成。尽管装置700包括比装置100更多的零件，但装置700的各个零件可以比装置100的各个零件更易于制造。
在又一示例中，可以使用更少的棱镜将积分棒光学地耦合在一起。例如，接下来关注图8，图8示出了包括多个积分棒801-1、801-2、801-3(下文中可互换地统称为棒801，并且通常称为棒801)的装置800，上述积分棒类似于装置100以串联方式布置。然而，棒801对与从第一棒801接收光并将光传送到下一棒801的各自棱镜815耦合在一起，其中每对棒801都设置一个棱镜815(例如，三个棒801形成两对棒801)。因此，光进入第一棒801的光入射面807，并且经由棱镜815被传送通过棒801，并从最后棒801-3的光出射面809射出。与装置100进一步相反，棒801可以具有类似的横截面；然而，在一些示例中，棒801的壁可以涂覆有反射材料以防止光从其中射出。
在另外的示例中，积分棒可以为锥形的。例如，接下来关注图9，图9示出了包括多个串联布置的积分棒901-1、901-2、901-3(下文中可互换地统称为棒901，并且通常称为棒901)的装置900，其中棒901对与从第一棒901接收光并将光传送到下一棒901的各自棱镜915耦合在一起，每对棒901都设有一个棱镜915(例如，三个棒901形成两对棒901)。因此，光进入第一棒901的光入射面907，并经由棱镜915被传送通过棒901，并从最后棒901-3的光出射面90射出。在一些示例中，棒901的壁可以涂覆有反射材料以防止光从其中射出。
然而，与装置800相反，装置900的棒901沿着它们的各自纵向轴线903渐缩，例如，棒901-1的横截面从光入射面907到与各自的棱镜915相邻的相对端减小。类似地，棒901-2的横截面从光进入棒901-2的第一棱镜915到光射出901-2的相对端减小。类似地，棒901-3的横截面从光进入棒901-3的棱镜915到光出射面909减小。棱镜915的几何形状相应地适应。
迄今为止描述的示例装置中的任一个可以适于包括相邻的积分棒之间的间隙，和/或适于使得相邻的积分棒接触。此外，迄今为止描述的示例装置中的任一个可适于包括至少一个光学部件，该至少一个光学部件在至少一对相邻的积分棒的各自的光学耦合端之间改变光。
在另外的示例中，积分棒的其他形状和/或几何形状可以用于减小用于使光均匀化的长度。例如，关注图10，其示出了装置1000，该装置1000包括单个积分棒1001，该积分棒1001以螺旋形状布置，例如绕纵向轴线1003并具有半径“R”。棒1001具有光入射面1007和光出射面1009。光进入光入射面1007并在棒1001周围螺旋传播，在射出光出射面1009之前随着光传播而均匀化。棒1001的螺旋形状允许光在比单个积分棒更紧凑的空间中传播和均匀化。
在本说明书中，元件可被描述为“配置为”执行一个或多个功能或“配置用于”此类功能。通常，被配置为执行或配置用于执行功能的元件被启用以执行该功能，或者适于执行该功能，或者被适配为执行该功能，或者可操作以执行该功能，或者能够以其他方式执行该功能。
应当理解，出于本说明书的目的，“X、Y和Z中的至少一个”和“X、Y和Z中的一个或多个”的语言可以解释为仅X、仅Y、仅Z或两个或更多个项目X、Y和Z(例如，XYZ、XY、YZ、XZ等)的任何组合。在任何出现“至少一个…”和“一个或多个…”语言的情况，类似的逻辑都可以应用于两个或更多个项目。
术语“约”、“基本上”、“本质上”、“近似”等被定义为“接近”，例如，如本领域技术人员所理解的。在一些实施例中，该术语应理解为“相差在10％以内”，在其他实施例中，“相差在5％以内”，在其他实施例中，“相差在1％以内”，以及在其他实施例中，“相差在0.5％以内”。
本领域技术人员将理解，还有更多可能的替代实施例和修改，并且以上示例仅是一个或多个实施例的说明。因此，范围仅由所附权利要求限制。

Claims (14)

1.一种装置，包括：
多个积分棒，所述多个积分棒基本上平行并且在与其纵向轴线基本上垂直的方向上彼此相邻串联布置，
所述串联中的相邻积分棒对经由全内反射在各自的光学耦合端处光学耦合，
除第一积分棒之外，所述多个积分棒中的每个的各自横截面都大于所述串联中的前面相邻的积分棒的所述各自横截面，
所述串联中的所述第一积分棒包括被配置为接收光的光入射面，所述光入射面与所述第一积分棒的光学耦合端相对，以及
所述串联中的最后积分棒包括被配置为发射所述光的光出射面，所述光出射面与所述最后积分棒的相应的光学耦合端相对。
2.根据权利要求1所述的装置，所述串联中的所述相邻积分棒对经由全内反射在所述各自的光学耦合端处光学耦合，以在所述光从一对中的第一相邻积分棒反射到所述对中的下一相邻积分棒时，使所述光的行进方向基本上反向。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个积分棒中的每个在所述各自的光学耦合端处以全内反射角成角度，以经由全内反射来光学地耦合所述各自的光学耦合端。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述各自的横截面包括各自的高度尺寸和大于所述各自的高度尺寸的各自的宽度尺寸，所述多个积分棒进一步被布置为使得其各自的高度尺寸在所述串联的所述基本上垂直的方向上对准。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述各自的横截面包括所述多个积分棒的各自的高度尺寸和各自的宽度尺寸，使得所述多个积分棒中的每个的所述各自的高度尺寸和所述各自的宽度尺寸中的每个大于所述串联中的所述前面相邻的积分棒的所述各自的高度尺寸和所述各自的宽度尺寸。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个积分棒仅包括所述第一积分棒和与所述第一积分棒相邻的所述最后积分棒。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个积分棒包括所述第一积分棒、所述最后积分棒以及在所述第一积分棒和所述最后积分棒之间的积分棒，在所述第一积分棒和所述最后积分棒之间的所述积分棒包括：第一光学耦合端和第二光学耦合端，所述第一光学耦合端被配置为接收来自所述第一积分棒的所述光并将所述光朝向所述第二光学耦合端反射，所述第二光学耦合端被配置为接收来自所述第一光学耦合端的所述光并将所述光朝向所述最后积分棒反射。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，位于所述串联中的所述第一积分棒和所述最后积分棒之间的所述多个积分棒的子集每个包括第一光学耦合端和第二光学耦合端，所述第一光学耦合端被配置为接收来自所述前面相邻积分棒的所述光并将所述光朝向所述第二光学耦合端反射，所述第二光学耦合端被配置为接收来自所述第一光学耦合端的所述光并将所述光朝向所述串联中的下一相邻积分棒反射。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述相邻积分棒对中的至少一对的所述各自的光学耦合端之间的漫射体和均匀性改善光学部件中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个光学部件，所述至少一个光学部件改变所述相邻积分棒对中的至少一对的所述各自的光学耦合端之间的所述光。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述至少一个光学部件包括以下中的一个或多个：漫射体；均匀性改善光学部件；消偏振器；偏振器；对比度改变光学部件；以及光圈。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个积分棒包括位于所述各自的光学耦合端处的棱镜，所述棱镜被配置为经由全内反射光学地耦合所述各自的光学耦合端。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述多个积分棒中的一个或多个沿着其各自的纵向轴线渐缩。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述最后积分棒的所述光出射面具有与光调制器相关联的纵横比。
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