DE102004059118A1 - Reflektierendes Beleuchtungssystem - Google Patents

Reflektierendes Beleuchtungssystem Download PDF

Info

Publication number
DE102004059118A1
DE102004059118A1 DE102004059118A DE102004059118A DE102004059118A1 DE 102004059118 A1 DE102004059118 A1 DE 102004059118A1 DE 102004059118 A DE102004059118 A DE 102004059118A DE 102004059118 A DE102004059118 A DE 102004059118A DE 102004059118 A1 DE102004059118 A1 DE 102004059118A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
reflective
arrangement
concave lens
smaller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102004059118A
Other languages
English (en)
Inventor
Clark Simi Valley Pentico
Unsig Westlake Village Min
Weimin Thousand Oaks Shi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viavi Solutions Inc
Original Assignee
JDS Uniphase Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JDS Uniphase Corp filed Critical JDS Uniphase Corp
Publication of DE102004059118A1 publication Critical patent/DE102004059118A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0605Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0019Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors)
    • G02B19/0023Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors) at least one surface having optical power
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0905Dividing and/or superposing multiple light beams
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938Using specific optical elements
    • G02B27/0977Reflective elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Diese Erfindung offenbart ein reflektierendes Beleuchtungssystem zum Zuführen eines Strahls optischer Strahlung entlang eines gefalteten Pfades zum Beleuchten eines planaren Objekts. Das System umfasst eine Strahlungsquelle und zwei einander zugewandte parabolische schüsselförmige Anordnungen parabolischer oder schüsselförmiger Reflektoren. Von der Lichtquelle empfangenes divergierendes Licht, welches auf eine erste der Anordnungen fällt, wird als größerer kollimierter Strahl umfassend eine Vielzahl von getrennten Teilstrahlen reflektiert. Jeder der Reflektoren oder jede der Facetten aus der ersten Anordnung lenkt einen der Teilstrahlen auf eine Facette auf der zweiten Anordnung. Die zweite Anordnung reflektiert das Licht, welches sie empfängt, mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Intensität auf einen rechteckigen Zielort.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein reflektierendes Beleuchtungssystem, um einen Strahl optischer Strahlung entlang eines gefalteten Pfades zum Beleuchten eines planaren Objekts zuzuführen. Das System umfasst eine Strahlungsquelle und eine Reflektoranordnung. Diese Erfindung bezieht sich zudem auf eine Bildprojektionsvorrichtung, welche ein derartiges Beleuchtungssystem zum Beleuchten mindestens eines Bildanzeigefeldes, mittels welchem ein Bild erzeugt wird, umfasst.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist ein Ziel vieler bei Projektionsanzeigen benutzter Beleuchtungssysteme nach dem Stand der Technik, eine gleichförmige Lichtquelle mit im Wesentlichen gleichförmiger Intensität über einen Ort eines planaren Ziels, welcher typischerweise senkrecht zu der Strahlrichtung der Lichtquelle angeordnet ist, bereitzustellen. In den meisten Fällen weist dieser Zielort eine rechteckige Form auf.
  • Verschiedene Patente haben dieses Problem behandelt, indem sie versuchten, das Licht in Lichtrohren oder im freien Raum zu mischen, um später das gemischte Licht homogen über ein gewünschtes Ziel gleichmäßig zu verteilen. Beispielsweise umfasst das US-Patent 5,098,184, hier durch Bezugnahme aufgenommen und am 24. März 1992 im Namen von van den Brandt erteilt, ein System, bei welchem von einer Lichtquelle gelenktes und von einem Parabolreflektor aufgefangenes Licht derart neu verteilt wird, dass das neu verteilte Licht an seinem Ziel mit einer homogeneren Intensitätsverteilung über das Zielgebiet ankommt. Wie van den Brandt et al in ihrer Beschreibung beschreiben, „ein Parabolreflektor hat aus sich selbst heraus den Vorteil, dass er einen großen Teil der Quellenstrahlung einfängt. Der von diesem Reflektor gebildete Strahl einer Strahlung weist jedoch eine inhomogene Verteilung der Beleuchtungsintensität auf. Es stimmt, dass eine homogenere Verteilung erreicht werden kann, indem die Strahlungsquelle außerhalb des Brennpunktes der Parabel angeordnet wird, aber dann weist der Strahl eine große Winkelapertur auf, so dass das Projektionslinsensystem eine große numerische Apertur haben muss. Die Beleuchtungsintensitätsverteilung kann homogener gemacht werden, indem die Linsenplatten in einem Beleuchtungssystem mit einem Parabolreflektor benutzt werden." 1 zum Stand der Technik stellt ein in dem Patent von van den Brandt et al gezeigtes System dar, bei welchem zwei Linsenanordnungen in Serie derart angeordnet sind, dass die erste Anordnung einen divergierenden Eingangsstrahl in mehrere Teilstrahlen aufteilt, und wobei die zweite Anordnung, in Serie mit einer Linse, das von der ersten Anordnung empfangende Licht mischt, um es später auf eine Zielebene zu fokussieren. Obwohl dieses System angemessen zu funktionieren scheint, gibt es ein Bedürfnis nach einer viel kompakteren Struktur mit weniger Komponenten, welche weniger teuer herzustellen ist.
  • Das US-Patent 5,909,316, hier durch Bezugnahme eingeschlossen und am 1. Juni 1999 im Namen Watanabes erteilt, ist in vielerlei Beziehung dem System von van den Brandt ähnlich, Watanabe benutzt jedoch ein durchlässiges gekrümmtes Linsenelement mit einer Lenslet-Anordnung, um eingehendes Licht zu mischen oder zu homogenisieren. Die gekrümmte Linsenanordnung bündelt und trennt geeigneterweise einen einzelnen empfangenen Lichtstrahl in eine Vielzahl von konvergierenden Strahlen. Dies ist in mancherlei Beziehung ein Fortschritt gegenüber dem System von van den Brandt. Nichtsdestotrotz ist das System von Watanabe, welches in einer Transmissionsanordnung aufgebaut ist, komplex, und es erfordert Linsen.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung ein Element bereitzustellen, welches sowohl Licht von einer Lichtquelle einfangen kann als auch das eingefangene Licht in eine Vielzahl von Teilstrahlen zur weiteren Verarbeitung in einem bildgebenden System reflektieren kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen kompakten, gefalteten Lichtdiffusor mit mindestens einer Spiegelanordnung zum Falten von zu mischenden Lichtstrahlen bereitzustellen, wodurch ein Mischen von eingehendem Licht, welches die Intensität über eine gewünschte Zieloberfläche gleichmäßiger macht, bereitgestellt wird.
  • Es ist zudem eine Aufgabe dieser Erfindung, ein kostengünstiges und kompaktes Lichtsystem zum Homogenisieren von empfangenem Licht und zum gleichmäßigeren Abbilden des homogenisierten Lichts über eine rechteckige Bildebene bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird ein optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht und zum Bereitstellen von gemischtem Licht an einem Zielort bereitgestellt, welches umfasst: eine Lichtquelle, und
    eine erste reflektierende Konkavlinse, welche angeordnet ist, Licht von der Lichtquelle zu empfangen und welche aus einer zweidimensionalen Anordnung von kleineren reflektierenden Konkavlinsen gebildet ist, welche in einer schüsselähnlichen Anordnung angeordnet sind, so dass die erste Konkavlinse dazu dient, auf sie einfallendes von der Lichtquelle empfangenes divergierendes Licht zu fokussieren oder zu kollimieren, wobei die zweidimensionale Anordnung kleinerer reflektierender Konkavlinsen angeordnet ist, Teilstrahlen aus dem auf sie einfallenden von der Strahlungsquelle empfangenen Licht bereitzustellen, wobei die erste reflektierende Konkavlinse das Lenken des einfallenden Strahls zu dem Zielort unterstützt, wobei die Konkavität jeder der kleinen Linsen wesentlich größer als die Konkavität der ersten reflektierenden Linse ist, das heißt einen kleineren Krümmungsradius aufweist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung wird ein optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht und zum Bereitstellen gemischten Lichtes an einem Zielort bereitgestellt, welches umfasst: eine Lichtquelle, und
    eine erste Fliegenaugenanordnung reflektierender Elemente, um einfallendes Licht in Form eines Lichtstrahls von der Lichtquelle zu empfangen und das empfangene Licht als eine Vielzahl von fokussierten Teilstrahlen zu reflektieren und zu fokussieren,
    ein Reflexionsmittel zum Empfangen der fokussierten Strahlen und zum Abbilden der fokussierten Strahlen zu dem Zielort hin, so dass sich die Strahlen an dem Zielort überlappen.
  • Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht und zum Bereitstellen von gemischtem Licht an einem Zielort bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, und
    eine erste Anordnung gekrümmter Reflektoren zum Empfangen einfallenden Lichts und zum Reflektieren und Fokussieren des empfangenen Lichts als eine Vielzahl von fokussierten Teilstrahlen,
    ein Reflexionsmittel, welches optisch mit der ersten Anordnung gekrümmter Reflektoren gekoppelt ist,
    wobei entweder die erste Anordnung oder das Reflexionsmittel Licht von der Lichtquelle empfangen und das Licht dem anderen der Reflexionsmittel und der ersten Anordnung bereitstellen, um es dem Zielort bereitzustellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun in Übereinstimmung mit der Zeichnung beschrieben, wobei:
  • 1 ein transmissiver Lichtdiffusor ist, welcher in dem US-Patent 5,098,184 gezeigt und beschrieben ist,
  • 2 ein Diagramm eines Beleuchtungssystems mit zwei Anordnungen entsprechend einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
  • 3 ein Diagramm des in 2 gezeigten Systems ist, wobei eine der Anordnungen detaillierter gezeigt wird, wobei schüsselartige Facetten, deren Mittelpunkte auf einer Parabel liegen, gezeigt sind,
  • 4a eine dreidimensionale Ansicht des in 2 und 3 gezeigten Systems ist,
  • 4b eine alternative dreidimensionale Ansicht des Systems in Ubereinstimmung mit dieser Erfindung ist,
  • 5 ein Diagramm ist, welches das als 15 getrennte Bilder, welche Licht auf jeder von 15 Facetten einer Spiegelanordnung des Beleuchtungssystems entsprechen, gezeigte Intensitätsmuster darstellt,
  • 6 ein Diagramm ist, welches die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung in der Bildebene darstellt,
  • 7 ein Diagramm eines weniger bevorzugten Ausführungsbeispiels eines gefalteten Beleuchtungssystems ist, welches flache Spiegelanordnungen mit Linsen benutzt,
  • 8 ein Diagramm eines weniger bevorzugten Hybridausführungsbeispiels eines gefalteten Beleuchtungssystem ist, welches eine flache Spiegelanordnung und Linsen in Kombination mit einer gekrümmten Anordnung in Ubereinstimmung mit dieser Erfindung benutzt,
  • 9 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung ähnlich demjenigen von 2 ist, wobei die Lichtquelle hinter der zweiten Anordnung liegt und wobei die zweite Anordnung eine Öffnung aufweist, um es Licht von der Lichtquelle zu ermöglichen, hindurchzugehen,
  • 10 ein Diagramm ist, welches eine Polarisationsauswahleinheit zum Bereitstellen einer einzigen Polarisation darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Bezug nehmend nun auf 1 zum Stand der Technik ist ein eine Lampe 20, welche Licht in Richtung des Anzeigenfeldes 1 sowie in die Rückwärtsrichtung (in 1 links) emittiert, umfassendes Beleuchtungssystem gezeigt. Ein sphärischer Reflektor 21, welcher das rückwärts emittierte Licht empfängt und ein Bild dieser Lampe bildet, ist an der hinteren Seite der Lampe angeordnet. In 1 fällt das Bild der Lampe, welches durch den Reflektor 21 gebildet ist, mit dieser Lampe zusammen. Es wurde angenommen, dass die Lampe für ihr eigenes Licht transparent ist. Dies wird in der Praxis oft nicht der Fall sein. In diesem Fall wird sichergestellt, dass das Bild der Lampe neben der Lampe angeordnet ist. Das von der Lampe und ihrem Bild emittierte Licht wird von einem Sammellinsensystem 22 empfangen, welches dieses Licht zu einem parallelen Strahl bündelt, in anderen Worten, es bildet die Lampe ins Unendliche ab. Der parallele Strahl fällt auf eine erste Linsenplatte 25. Die Seite dieser Platte, welche der Quelle zugewandt ist, ist mit einer Matrix von Linsen 26 versehen, und die andere Seite 27 ist bevorzugt flach. Jede dieser Linsen 26 bildet die Quelle 20 auf eine zugeordnete Linse 29 einer zweiten Linsenplatte 28 ab. Die der Quelle zugewandte Seite 30 dieser Platte ist flach, während die von der Quelle entfernte Seite eine Matrix von Linsen 29 trägt. Die Anzahl von Reihen und Spalten von Linsen der Platte 28 entspricht der Anzahl der Linsen der Platte 25. Um die Strahlungsquelle auf die verschiedenen Linsen 29 mittels der entsprechenden Linsen 26 abzubilden, wird jeweils ein anderer Teil des auf die Platte 25 einfallenden Strahls benutzt. Jede Linse 29 stellt sicher, dass ein auf der entsprechenden Linse 26 geformter Strahlungsspot auf das Anzeigefeld 1 abgebildet wird. Eine Linse 31, welche sicherstellt, dass alle wiederholten Bilder in der Ebene des Anzeigefeldes übereinander überlagert werden, ist hinter der zweiten Linsenplatte 28 angeordnet. Dies führt dazu, dass die Beleuchtungsintensitätsverteilung in dieser Ebene die gewünschte Gleichförmigkeit hat, wobei der Grad an Gleichförmigkeit von der Anzahl von Linsen der Platten 25 und 28 bestimmt wird.
  • Bezug nehmend nun auf 2 ist eine 3-D-Ansicht eines kompakten Beleuchtungssystems in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt, welches weniger Elemente als das in 1 gezeigte System gemäß dem Stand der Technik aufweist, um im Wesentlichen dieselbe Funktion, die des Homogenisierens einer Lichtquelle, so dass sie mit im Wesentlichen gleichförmiger Intensität auf ein quadratisches oder rechteckiges Ziel trifft, durchzuführen. Zur Vereinfachung und zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung stellt 2 einen Fall dar, bei welchem Beleuchtung von einer Punktquelle erzeugt wird. Im Folgenden dargestellte anschließende Figuren zeigen eine genauere Darstellung einer ausgedehnten Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen. Das Ziel kann ein Bildgeber oder eine Mikroanzeige 119 sein und in Verlängerung ein Betrachtungsschirm bei Projektionsanzeigenanwendungen. Eine Lichtquelle 110 stellt einen Strahl einer ersten reflektierenden Fliegenaugenanordnung 112 aus kleinen reflektierenden schüsselähnlichen oder konkaven Elementen 114 in Form reflektierender konkaver rechteckiger Linsen oder rechteckiger reflektierender Facetten, welche selbst derart angeordnet sind, dass ihre Mittelpunkte einer dreidimensionalen gekrümmten Oberfläche oder Parabel folgen, bereit. Die rechteckigen Facetten 114 weisen jeweils ein elliptisches Oberflächenprofil auf und sind zueinander benachbart oder zusammenhängend ohne einen Zwischenraum zwischen ihnen angeordnet. Die Facettenanordnung 112 dient dazu, divergierendes Licht von der Lichtquelle zu empfangen und den empfangenen Strahl als Vielzahl von Teilstrahlen, welche zusammen einen im Wesentlichen kollimierten größeren Strahl bilden, zu reflektieren, wobei die Anzahl der Teilstrahlen innerhalb des größeren Strahls der Anzahl von schüsselähnlichen reflektierenden Facetten 114 entspricht. Die Gesamtkrümmung der durch das die zusammengesetzte Anordnung von Facetten 114 gebildeten parabelförmigen Schüssel dient dazu, den von der Lichtquelle empfangenen divergierenden Strahl im Wesentlichen zu kollimieren, in der Tat führt diese Struktur 112 die Funktion einer getrennten Fischaugenanordnung und diejenige einer kollimierenden Linse, wie in dem Stand der Technik von 1 gezeigt, aus. Die durch die Facetten 114 gebildeten Teilstrahlen enden jeweils auf einem unterschiedlichen rechteckigen reflektierenden Element oder einer Facette 116, welche zusammen ein Reflexionsmittel in Form einer zweiten Anordnung 118 von reflektierenden Elementen 116 bilden, welche eine Größe und Form aufweist, Licht auf den Bildgeber oder das Mikrodisplay 119 an dem Zielort zu reflektieren und im Wesentlichen das meiste des Bildgebers oder Mikrodisplays 119 abzudecken. Die zweite Reflektoranordnung rechteckiger Facetten oder Elemente 116 ist der Anordnung 112 zugewandt, um die Teilstrahlen von dieser zu empfangen.
  • Jedes der reflektierenden rechteckigen Elemente 116 ist konkav, ähnlich den Elementen oder Facetten 114, der Krümmungsradius der zweiten Anordnung 118 und der Krümmungsradius der einzelnen Facetten 116 kann jedoch verschieden von denjenigen der ersten Anordnung 112 und ihrer Facetten 114 sein, um das Licht korrekt auf die rechteckige Bildebene abzubilden. Simulationssoftwareprogramme können benutzt werden, und die Größe und Form der Anordnungen zu optimieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel geschieht das Mischen des Lichtes oder Mischen der getrennten auf die zweite Anordnung 118 einfallenden Strahlen zwischen der Anordnung 118 und dem Anzeigefeld derart, dass sich die Strahlen im Wesentlichen und idealerweise vollständig miteinander überlappen, wenn sie auf das Anzeigefeld 119 gelenkt werden. Zusätzlich zu der in 2 gezeigten Struktur kann ein Farbrad oder ein anderes Filtermittel in dem Pfad zwischen der Lichtquelle und der ersten Anordnung 112 angeordnet sein, um eine erforderliche Farbe oder Lichtwellenlänge durch Vorfilterung des Lichtes, bevor es den Zielort erreicht, wie erfordert bereitzustellen. Ein bevorzugter Ort für das Farbrad ist dort, wo der Strahl als im Wesentlichen fokussiert in 4 zwischen dem Reflektor 400 und der ersten Anordnung 412 gezeigt ist.
  • 3 ist eine dreidimensionale Darstellung eines reflektierenden Lichthomogenisierers entsprechend dieser Erfindung. Es ist jedoch zu bemerken, dass die gezeigte erste Anordnung 112 den bei den einzelnen rechteckigen Reflektoren vorhandenen Unterschied des Krümmungsradius nicht zeigt, wobei derjenige der größeren Parabel durch die Gesamtheit der Elemente 114 definiert ist. Die zweite Anordnung 118 ist jedoch klarer gezeigt, um die einzelnen Facetten 116 mit ihren entlang einer Parabel 121 angeordneten Mittelpunkten darzustellen. Die Parabel kann eine tatsächliche Struktur sein oder eine Vorlage oder ein Konstrukt sein, entlang dessen die Mittelpunkte der Facetten in einer fixierten Position liegen. Die Facetten der ersten Anordnung sind ähnlich angeordnet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel des Standes der Technik verringert oder beseitigt die Benutzung von reflektierenden Elementen oder Facetten anstelle einer Vielzahl von durchlässigen Linsen die chromatische Dispersion, welche typischerweise durch durchlässige Linsen hervorgerufen wird. Es ist zudem zu sehen, dass die bei diesem Ausführungsbeispiel erforderliche Anzahl von Komponenten verglichen mit der oben erwähnten in 1 gezeigten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik dramatisch verringert ist. Dies verringert zudem die Herstellungskosten und vereinfacht die Konstruktion.
  • Eine dreidimensionale Ansicht des Abbildungssystems in Übereinstimmung mit der Erfindung ist in 4a gezeigt. Eine Lichtquelle mit einem parabelförmigen Reflektor 400 fokussiert Licht aus einer darin liegenden Lampe an einen Ort zwischen dem parabelförmigen Reflektor 400 und der ersten Anordnung 412 reflektierender Facetten. Der Reflektor 400 fokussiert den Strahl, welcher dann stark divergierend wird, während er sich zu der ersten Anordnung 412 hin ausbreitet, welche in einer Entfernung angeordnet ist, in welcher das gesamte Licht aufgefangen wird. Die gesamte Krümmung der kombinierten Anordnung der Facetten 412 kollimiert dieses divergente Licht im Wesentlichen und reflektiert es als kollimierten Strahl, welcher aus kleineren Teilstrahlen gebildet ist, deren Eigenschaften von der Form und Größe der einzelnen Facetten abhängen. Obwohl der von der ersten Anordnung zu der zweiten Anordnung gelenkte Strahl im Wesentlichen kollimiert ist, konvergieren die einzelnen Teilstrahlen auf der zweiten Anordnung 418. Die zweite Anordnung 418 reflektierender Linsen, welche als gekrümmte reflektierende Facetten ausgebildet sind, ist derart ausgestaltet, dass empfangenes Licht auf eine gemeinsame rechteckige Zielebene 422 mit im Wesentlichen gleicher Intensität über diese reflektiert wird.
  • Die Anzahl der Facetten in jeder der Anordnungen beträgt typischerweise zwischen 10 und 150, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurden jedoch Anordnungen von 6·8 Elementen benutzt, wobei die Abmessung jeder Facette 12,67 mm·8 mm mit einem Seitenverhältnis von 1,58 war. Die Abmessung von Sammelgebieten oder Pixeln an dem Bildgeber waren 17,73 und 11,2 mit einem Seitenverhältnis von 1,58. Das Größenverhältnis der Facette zu dem Bildgeberpixel war 1,4.
  • 5 ist eine graphische Darstellung, welche dem Intensitätsbeitrag jedes Reflektoranordnungselements der 3·5-elementigen Anordnung 412 entspricht, wenn er auf die gesamte Zielebene abgebildet wird. Obwohl 5 als eine 3·5 Anordnung von Elementen erscheint, wird dieses Format nur benutzt, um die Analyse von 15 Fällen der gesamten Bildebene oder Zielebene darzustellen, wobei jeder Fall oder jedes Rechteck in 5 den Beitrag eines anderen einzelnen reflektierenden Anordnungselements in der ersten Anordnung 412 darstellt. Zum Beispiel stellt das Element in der oberen linken Ecke von 5 den Beitrag von einem einzelnen Reflektor in der Anordnung 112 über die gesamte Bildebene dar. Das nächste benachbarte Element in 5 auf der rechten Seite des ganz links stehenden Elements stellt den Beitrag von einem anderen Reflektor in der 3·5 Anordnung 412 von Elementen wie in 4a gezeigt über die gesamte Bildebene dar. Daher müsste man, um das gesamte in der Bildebene zu einem Zeitpunkt vorhandene Licht, das heißt den Beitrag jeder Facette der Anordnung 412 auf der Bildebene, zu berücksichtigen, die in allen 15 Darstellungen von 5 gezeigten Verteilungen kombinieren, als ob sie übereinander gestapelt wären. Günstigerweise ergibt die Symmetrie in der Darstellung von 5 eine im Wesentlichen homogene Intensität über die Bildebene, wenn alle 15 Darstellungen gestapelt werden. Die vier durch die vier Ecken der Darstellung von 5 dargestellten Fälle ergeben, wenn sie übereinander abgebildet werden, eine im Wesentlichen gleichförmig beleuchtete Bildebene. Um 5 vollständiger zu verstehen, sollten die Intensitätsbeiträge aller 15 Rechtecke auf ein gleiches Einziges der 15 Rechtecke in additiver Weise abgebildet sein.
  • 6 ist ein Diagramm, welches die Beleuchtungsgleichmäßigkeit in einer Bildebene für ausgewählte Orte über sie darstellt. Wie bemerkt werden kann, übertrifft die Gleichförmigkeit einen 96% ANSI-Standard und zeigt eine hervorragende Ausleuchtung in den Ecken von 106% unter Benutzung einer Reflektorfacette von 12,67 mm·8 mm mit einem Seitenverhältnis von 1,58 mit Sammelregionen oder Pixeln bei dem Bildgeber von 17,73 und 11,2 mit einem Seitenverhältnis von 1,58 an.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wie in 4a gezeigt stellen eine Lichtquelle und zwei geeignet dimensionierte und voneinander beabstandete parabolische Reflektorenanordnungen, welche einander zugewandt sind, eine geeignete und wenig teure gefaltete Architektur bereit, welche die in dem oben erwähnten Stand der Technik gezeigte komplexe Linsenanordnung überflüssig macht.
  • Es wird zudem angenommen, dass die Reflektoranordnung 112 mit schüsselförmigen reflektierenden Facetten oder Elementen, welche in einer schüsselähnlichen Anordnung angeordnet sind, neu ist und in anderen Anordnungen zum Mischen von Licht nützlich ist.
  • Beispielsweise kann in Fällen, bei welchen eine vollständige gefaltete Konfiguration nicht nötig ist, das heißt in Fällen, bei denen es nicht nötig ist, eine zweite reflektierende Anordnung zu haben, um Licht von der ersten Anordnung zu sammeln und zu reflektieren, die erste Anordnung 112 nach wie vor einige Vorteile bieten. Auf diese Weise kann eine weniger bevorzugte Hybridvorrichtung in Erwägung gezogen werden, welche die erste Anordnung 112 mit einer Lenslet-Anordnung oder mit Watanabes durchlässigem Element wie in dem Stand der Technik gezeigt oder mit van den Brandts durchlässiger Linsenanordnung wie in 8 gezeigt kombiniert. Abhängig von den Erfordernissen bietet dies Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. In 8 dient eine planare Anordnung von Reflektoren 82 und eine Linse 84 dazu, die von der ersten Anordnung 112 empfangenen Strahlen zu lenken.
  • Bei einem noch weniger bevorzugten Ausführungsbeispiel können zwei reflektierende Anordnungen flacher Spiegel mit Linsen benutzt werden, was eine gefaltete Vorrichtung bietet, welche kürzer als die im Stand der Technik gelehrte ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist in 7 dargestellt, wo ein Eingangsstrahl von einer Linse 700 im Wesentlichen kollimiert wird. Eine Anordnung planarer Spiegel 742 empfängt das kollimierte Licht und reflektiert das Licht auf eine zweite Anordnung von Spiegeln 744. Eine zweite Linse 746 fokussiert das von der zweiten Anordnung von Spiegeln 744 empfangene Licht und lenkt das gemischte Licht homogener auf den Zielort 748. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel einen kompakten gefalteten Lichtdiffusor bereitstellt, ist es komplizierter und kostspieliger herzustellen als das in 2 gezeigte, welches keine getrennte Linsen erfordert.
  • Natürlich kann man sich zahlreiche andere Ausführungsbeispiele vorstellen, ohne von dem Geist und dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise stellt 9 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei die Lichtquelle 90 hinter einer von zwei Anordnungen 92, welche einer Anordnung 94 zugewandt sind, angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen funktionell äquivalent zu dem Ausführungsbeispiel von 2.
  • 10 zeigt eine Einheit zum Sicherstellen, dass eingehendes Licht in einen gleichen Polarisationszustand umgewandelt wird. Bevorzugt wird diese in einer Eingangsstufe zwischen der Lichtquelle und der ersten Anordnung von Reflektoren 112 benutzt. Ein Polarisationsstrahlteiler (PBS) 200 mit einem Retarder 202 in Form einer Wellenplatte oder einem Rotator stellt diese Funktionalität bereit.

Claims (10)

  1. Optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht und zum Bereitstellen von Licht an einem Zielort umfassend: eine erste reflektierende Konkavlinse mit einem Krümmungsradius, welche angeordnet ist, Licht von einer Lichtquelle zu empfangen, wobei die erste reflektierende Konkavlinse aus einer zweidimensionalen Anordnung kleinerer reflektierender Konkavlinsen, welche in einer schüsselähnlichen Konfiguration derart angeordnet sind, dass die erste reflektierende Konkavlinse dazu dient, darauf einfallendes von der Strahlungsquelle empfangenes Licht zu fokussieren oder zu kollimieren, gebildet ist, wobei die zweidimensionale Anordnung kleinerer reflektierender Konkavlinsen angeordnet ist, Teilstrahlen von dem darauf einfallenden von der Strahlungsquelle empfangenem Licht zu dem Zielort zu lenken, wobei die Konkavität jeder der kleineren Konkavlinsen wesentlich größer als die Konkavität der ersten reflektierenden Linse ist, so dass der Krümmungsradius jeder der kleineren Linsen kleiner als der Krümmungsradius der ersten reflektierenden Linse ist.
  2. Optisches Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Multiwellenlängenlichtquelle, um der ersten reflektierenden Konkavlinse Licht bereitzustellen, wobei die zweidimensionale Anordnung von Linsen dazu dient, auf sie fallendes Licht in eine Anzahl von Teilstrahlen verhältnismäßig zu der Anzahl kleinerer reflektierender Konkavlinsen aufzuteilen.
  3. Optisches Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 2, weiterhin umfassend ein reflektierendes Mittel zum Empfangen der Teilstrahlen und zum Reflektieren der Teilstrahlen zu dem Ziel derart, dass sie sich überlappen, um an dem Zielort einen einzigen Strahl zu bilden.
  4. Optisches Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die erste Anordnung n gekrümmte Reflektoren aufweist und wobei das reflektierende Mittel ein parabolischer Reflektor ist, welcher zumindest n reflektierende Facetten aufweist, wobei jeder der n gekrümmten Reflektoren ausgestaltet ist, im Wesentlichen das meiste des darauf treffenden Lichtes auf eine andere der n reflektierenden Facetten zu lenken, wobei n > 15.
  5. Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, wobei die erste Anordnung einen parabolischen Reflektor mit einem anderen Basisradius als der durch das reflektierende Mittel gebildete parabolische Reflektor bildet.
  6. Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend eine zweite reflektierende Konkavlinse, welche angeordnet ist, Licht über die erste reflektierende Konkavlinse von der Lichtquelle zu empfangen, wobei die zweite reflektierende Konkavlinse aus einer zweidimensionalen Anordnung kleinerer reflektierender Konkavlinsen, welche in einer schüsselähnlichen Anordnung derart angeordnet ist, dass die zweite reflektierende Konkavlinse dazu dient, auf sie fallendes von der ersten reflektierenden Konkavlinse empfangenes Licht im Wesentlichen gleichförmig auf den Zielort zu lenken, gebildet ist.
  7. Optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht gemäß Anspruch 5, wobei die Konkavität jeder der kleineren Konkavlinsen wesentlich größer ist als die Konkavität der zweiten reflektierenden Konkavlinse ist, so dass der Krümmungsradius jeder der kleineren Konkavlinsen kleiner ist als der Krümmungsradiums der zweiten reflektierenden Konkavlinse ist.
  8. Optisches Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend ein Polarisationsauswahlmittel zum Umwandeln des eingehenden Lichtes in polarisiertes Licht.
  9. Gefaltetes optisches Beleuchtungssystem von zum Mischen von Licht und zum Bereitstellen gemischten Lichts an einem Zielort, umfassend: eine Lampe zum Bereitstellen von zu mischendem Licht, eine erste schüsselartige Anordnung gekrümmter reflektierender Facetten zum Empfangen von divergierendem einfallenden Licht und zum Reflektieren und Fokussieren des empfangenen Lichts als eine Vielzahl von konvergierenden Teilstrahlen, eine zweite schüsselartige Anordnung gekrümmter reflektierender Facetten, welche optisch mit der ersten Anordnung gekrümmter reflektierender Facetten gekoppelt ist und welche angeordnet ist, die konvergierenden Teilstrahlen zu empfangen, und zum Reflektieren empfangenen Lichts derart ausgestaltet ist, dass jede der Vielzahl konvergierender Strahlen, welche auf die zweite schüsselartige Anordnung fällt, reflektiert wird, um im Wesentlichen einen Abschnitt eines gleichen rechteckigen Zielgebiets an dem Zielort abzudecken.
  10. Optisches Beleuchtungssystem zum Mischen von Licht gemäß Anspruch 9, wobei die reflektierenden Facetten der zweiten schüsselartigen Anordnung und die gekrümmten Reflektoren der ersten schüsselartigen Anordnung entlang einer Parabel angeordnete Mittelpunkte aufweisen.
DE102004059118A 2003-12-08 2004-12-08 Reflektierendes Beleuchtungssystem Withdrawn DE102004059118A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52768003P 2003-12-08 2003-12-08
US60/527,680 2003-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004059118A1 true DE102004059118A1 (de) 2005-07-28

Family

ID=34710067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004059118A Withdrawn DE102004059118A1 (de) 2003-12-08 2004-12-08 Reflektierendes Beleuchtungssystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7212347B2 (de)
JP (1) JP2005182013A (de)
CN (1) CN1683990A (de)
DE (1) DE102004059118A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015116447B4 (de) 2014-09-30 2022-11-24 Canon Kabushiki Kaisha Optische Einheit, optische Vorrichtung, die dieselbe verwendet, Lichtquellenvorrichtung und Projektionsanzeigevorrichtung

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030218726A1 (en) * 2002-05-23 2003-11-27 Huibers Andrew G. Light recapture projection system
AU2008205373B2 (en) * 2007-01-10 2011-09-15 Xtreme Energetics, Inc. Non-imaging facet based optics
US9203513B2 (en) * 2008-05-15 2015-12-01 Teledyne Scientific & Imaging, Llc SNR enhancement in modulating retroreflector optical communication links
GB0913911D0 (en) 2009-08-10 2009-09-16 Optos Plc Improvements in or relating to laser scanning systems
GB201100555D0 (en) * 2011-01-13 2011-03-02 Optos Plc Improvements in or relating to Ophthalmology
US9074746B2 (en) * 2012-08-22 2015-07-07 Osram Sylvania Inc. Non-uniform multi-faceted reflector for rear combination lamp providing sparkle effect
US9482408B2 (en) 2014-06-06 2016-11-01 Terralux, Inc. Light source for uniform illumination of an area
US9978140B2 (en) 2016-04-26 2018-05-22 Optos Plc Retinal image processing
US10010247B2 (en) 2016-04-26 2018-07-03 Optos Plc Retinal image processing
DE102016108234A1 (de) * 2016-05-03 2017-11-09 Pch Innovations Gmbh Lichtreflektierendes Objekt und Verfahren zum Bereitstellen eines solchen Objekts
JP6663890B2 (ja) * 2017-09-06 2020-03-13 矢崎総業株式会社 バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置
TWI772030B (zh) * 2021-05-20 2022-07-21 怡利電子工業股份有限公司 指向性背光式顯示裝置
TWI783622B (zh) * 2021-08-12 2022-11-11 怡利電子工業股份有限公司 反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8901077A (nl) * 1989-04-28 1990-11-16 Koninkl Philips Electronics Nv Optische belichtingsstelsel en projectie-apparaat voorzien van een dergelijk stelsel.
TW374857B (en) * 1996-06-19 1999-11-21 Toshiba Corp Display device, liquid crystal display panel, and a projection type display using a liquid crystal display panel
US6604436B1 (en) * 1998-01-13 2003-08-12 Midwest Research Institute Ultra-accelerated natural sunlight exposure testing facilities
US6527393B1 (en) * 1999-07-28 2003-03-04 Seiko Epson Corporation Illumination optical system and projector using same
FR2806214B1 (fr) * 2000-03-10 2003-08-01 Agence Spatiale Europeenne Antenne reflectrice comportant une pluralite de panneaux

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015116447B4 (de) 2014-09-30 2022-11-24 Canon Kabushiki Kaisha Optische Einheit, optische Vorrichtung, die dieselbe verwendet, Lichtquellenvorrichtung und Projektionsanzeigevorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005182013A (ja) 2005-07-07
US7212347B2 (en) 2007-05-01
US20050122575A1 (en) 2005-06-09
CN1683990A (zh) 2005-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69834532T2 (de) Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung
DE102014213371B3 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines objektbereichs
DE60309400T2 (de) Beleuchtungsvorrichtung und Bildprojektionsgerät mit dieser Vorrichtung
DE69725957T2 (de) Optisches Element und seine Verwendung
EP2087394B1 (de) Vorrichtung zur homogenisierung von strahlung mit nicht regelmässigen mikrolinsenarrays
DE112014000523B4 (de) Projektionsgerät
DE69634001T2 (de) Beleuchtungssystème
DE60015627T2 (de) Gerät zur Polarisationswandlung, Beleuchtungssystem und projektor
DE102004059118A1 (de) Reflektierendes Beleuchtungssystem
DE112006001819T5 (de) Erreichen von konvergenten Lichtstrahlen, die von einer planaren Anordnung von Lichtquellen emittiert werden
DE112012004100T5 (de) Programmierbare Voll-Frame-Hyperspektral-Abbildungsvorrichtung
DE69724698T2 (de) Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp
DE102021004183B3 (de) Beleuchtungsgerät
DE112017000946T5 (de) Head-up-anzeigevorrichtung
DE102017217345A1 (de) Optischer Strahlformer
DE10230652A1 (de) Optische Vorrichtung mit einer Beleuchtungslichtquelle
DE102016111600A1 (de) Beleuchtungsanordnung
WO2012107097A1 (de) Optisches bauelement und zugehörige beleuchtungs-vorrichtung
DE102016124871A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
EP2080053A1 (de) Beleuchtungsanordnung
DE69826950T2 (de) Dunkelfeld-Projektionsanzeigegerät
EP2795400B1 (de) Projektionssystem mit mehreren lichtemittierenden elementen
EP0819966B1 (de) Lichtprojektionsanordnung mit einem Linsenplattenintegrator
DE10256712A1 (de) Beleuchtungsverfahren und- vorrichtung für ein Projektionssystem
WO2011063939A1 (de) Bildaufnehmer, bilderzeugungseinrichtung sowie spektroskop für die ortsaufgelöste spektroskopie

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110701