TWI467233B - 投影系統使用的ｌｅｄ式高效能照明系統 - Google Patents

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Description

投影系統使用的LED式高效能照明系統
本發明是關於用以構建投影系統使用的LED式高效能照明系統之方法、裝置以及系統。
數位高清晰度(HD)視訊技術之出現使得對具有高亮度特性之大螢幕尺寸HD電視(HDTV)以及HD顯示設備產生顯著的需求。若干顯示技術隨時準備著解決此需求，包括電漿顯示面板(PDP)、液晶顯示器(LCD)以及背投影顯示(RPD)設備，此等設備使用微顯示成像器，諸如數位微鏡設備(DMD)或矽上液晶(LCOS)設備。後者之顯示技術之成本以及亮度性能高度依賴於其使用的照明系統之效能。此類顯示系統之設計者不斷地尋找將提供高亮度、更具成本效益且更為有效的照明系統。諸如發光二極體(LED)設備之高亮度光源技術的最新進展使得此等光源成為用於RPD系統中之良好候選設備。然而，此等光源之發光特性一般為朗伯式的(Lambertian)或近朗伯式的，從而使得在將此等光源用於一般使用小型微顯示成像器之RPD系統中時難以達成適當的照明效能。就朗伯式而言，吾人是指光源發出之光之分佈自任何角度檢視時均具有相同亮度或照度。
出於此背景論述之目的，下述術語將用於照明系統性能之定量分析：－發光通量(Φ)由能量/時間(流明)給出，其自光源或給定面積(S)之孔徑發射至立體角(Q)中。
－發光強度(I)為每單位立體角之通量(流明/球面度)之分佈。
－作為亮度之物理度量的照度(B)為遍佈於給定面積上時之光強度，定義為B＝發光強度/光源或孔徑之表面積(流明/球面度/m2 )。
－幾何延伸度(Geometric extent)或“光學幾何面(etendue)”(G)為光傳播所到達的立體角Q上之發射表面或孔徑之面積S的積分，定義為：G＝π n2 s sin2 Ω，(1)
其中Ω為面積S所對著的角度的一半，而n為光傳播時所經過的介質之折射率。發光通量可表示為照度乘以光學幾何面：Φ＝B G (2)
圖1說明微顯示式背投影顯示系統100之典型組態，其中系統100包括發射面積為S之光源110、照明系統120、反射面積為S'之微顯示成像器130以及一組投影光學器件140。在圖1中，自光源110盡可能多地收集光以及將其偏轉至微顯示成像器130中從而在微顯示成像器130上覆蓋指定接受角的功能是由照明系統120執行的。如圖1所述，自光源110發出並由照明系統120收集的光對著半角Ω，且微顯示成像器130需要在整個所對著的半值Ω'上之照明。在圖1中，若照明系統120能夠收集光源發出的光之最大量且將其收集的光之最大量導向微顯示成像器130，則照明系統120便能夠達成最大效能－光學幾何面守恆之情況下達成的一目標，即：n2 S sin2 Ω＝n' 2 S' sin2 Ω' (3)
其中n為照明系統120輸入孔徑與光源110之間的耦合物之折射率，而n'為照明系統120輸出孔徑與微顯示成像器130之間的耦合物之折射率。不幸地，在諸如100之微顯示式投影系統中難以達成此目標，其中此等系統使用朗伯式或近朗伯式光源110，諸如，發光二極體(LED)設備，此等光源一般具有實質上大於微顯示成像器130之光學幾何面的光學幾何面。在此類系統中，光源之光學幾何面可比微顯示成像器之光學幾何面大五至十倍，此使照明系統之效能且隨之使整個投影系統之效能極差。在先前技術之照明系統中，不可能在不損失光通量的情況下根據減小之光學幾何面與原始光學幾何面之比而按比例地降低光學幾何面。
參見圖1，當照明系統120中所用之光源110為LED設備時，將LED設備耦合至照明系統120之輸入孔徑一般是使用兩種技術(即氣隙耦合或指數匹配耦合(index matched coupling))中之一者來完成。在氣隙耦合中，將一細小氣隙保持於LED設備110之發光表面與照明系統120之輸入孔徑之間。在指數匹配耦合中，使用折射率等於LED設備頂部之丙烯酸窗之折射率的耦合凝膠將LED設備110之發光表面耦合至照明系統120之輸入孔徑上(參看下文論述，其給出LED設備之典型結構的簡要綜述)。假設耦合至照明系統120之輸入孔徑上之典型LED設備所發出的光具有朗伯式特性，則圖2是如下曲線圖：其中照明系統120之輸出/輸入表面積擴展率S'/S(垂直軸線210)為準直角Ω'(水平軸線220)之函數，在照明系統120藉由達成等式(3)中所表示之光學幾何面守恆條件而獲得最大效能時需要在照明系統120之輸出孔徑處達成該準直角Ω'。在圖2中，曲線230假設為氣隙耦合，曲線240假設為指數匹配耦合，且垂直虛線250展示所需準直角為12°時的輸出/輸入表面積擴展率S'/S，此準直角為可購得的微鏡成像器所需之準直角。
如圖2所示，為了達成12°的準直角，當使用氣隙耦合時照明系統120之輸出孔徑上的準直區域要比LED設備之發射表面大23倍，且當使用指數匹配耦合時則要比LED設備之發射表面大52倍。使用指數匹配耦合時照明系統120之輸出/輸入表面積擴展率S'/S的增加歸結於照明輸入光學幾何面增加了n2 倍(當n＝1.5時便為2.25倍)。
當考慮到現今可購得的LED設備可產生約每平方毫米(mm2 )50流明的通量且假設需要LED設備產生至少1,000流明時，LED之發射表面積便為大約20 mm2 。自圖2可以得出，為了達成典型微鏡成像器所需之12°的準直角，在使用氣隙耦合時照明系統120之輸出上的準直區域為460 mm2 ，且在使用指數匹配耦合時為1,350 mm2 。在進一步考慮到現今可購得的微鏡成像器(諸如，來自Texas Instruments之DLP成像器)具有13.68微米像素間距的情況下，使用此種成像器類型、具有SVGA或720p解析度的投影系統之典型成像器表面積分別為大約90 mm2 以及172 mm2 。因而斷定，對於諸如典型720p解析度微鏡成像器之投影系統而言，在使用氣隙耦合或指數匹配耦合時照明系統120可達成的最大效能分別為19.5%以及8.7%。對於使用SVGA解析度微鏡成像器之投影系統而言，在使用氣隙耦合或指數匹配耦合時照明系統120可達成的最大效能分別為37.5%以及16.6%。如此實例所表明的，與典型的投影系統成像器光學幾何面相比LED光源之一般更大的光學幾何面會使得LED式照明系統120具有較差的通量效能。如此專利申請案之實施方式部份所闡述的，本發明之照明系統能夠藉由如下方式達成更高的照明效能：使用光再循環構件來折疊照明系統之輸出上的光學幾何面以使其在面積及縱橫比方面均與投影系統成像器光學幾何面相匹配。
美國專利第6,144,536號展示了一種照明系統，此照明系統藉由使光源所發出之光之一部份進行再循環而增強具有反射發射表面之光源的照度。美國專利第6,689,206號以及第6,960,872號應用了美國專利第6,144,536號中所述的光再循環概念，來演示一種包括光反射空腔、圍封至少一個具有反射表面之發光二極體(LED)並且具有至少一個輸出孔徑的照明系統。美國專利第6,144,536號、第6,144,536號以及6,960,872號目標在於使用具有反射發射表面之光源之照明系統的照度增強態樣。此外，儘管美國專利第6,689,206號以及第6,960,872號提及將光準直光學元件置放於光反射空腔之輸出孔徑處，然而就總照明系統與指定輸出光學幾何面相匹配同時達成高效能的能力而言，此等專利並未解決總照明系統(包括光反射空腔以及光準直光學元件)的效能問題。事實上，可以看出，美國專利第6,689,206號以及第6,960,872號中所述之光反射空腔之輸出孔徑處的光之特性總是朗伯式的，從而使得總照明系統之效能實質上受限於置放在美國專利第6,689,206號以及第6,960,872號中所述之光反射空腔之輸出孔徑處之準直光學器件的效能。此外，照明系統之輸出孔徑處達成的光學幾何面高度依賴於有待達成的所要照度增益，從而使得即便不是不可能亦難以同時與所要的目標光學幾何面相匹配。
如實施方式部份所闡述的，藉由光之再循環而使得本發明之照明系統之效能改良是可能的。在先前技術中已認識到了使光進行再循環的益處(參看美國專利第6,144,536號、第6,144,536號、第6,960,872號以及第6,962,426號，“PC－LED Luminance Enhancement due to Phosphor Conversion”，W.Falicoff等人，Proceedings of SPIE，Vol.5942，2005年8月22日，以及“Remote Phosphor with Recycling Blue－pass Mirror”，B.Parklyn等人，Proceedings of SPIE，Vol.5942，2005年9月8日)。
在美國專利第6,144,536號、第6,144,536號以及第6,960,872號中，LED設備所產生之光藉由自LED設備反射表面以及包括LED設備之空腔的內部反射壁反射出去而進行再循環。當空腔內壁之反射率充分地高且輸出孔徑之面積充分地小於LED設備之發光表面積時，出自包括LED設備之反射空腔的輸出孔徑的光便具有高於耦合至反射空腔之LED設備之固有照度的照度。在考慮到通量守恆原理、所要求之照度增益的情況下，儘管未提及或未加闡述，然亦表明裝置在其輸出孔徑處的光學幾何面小於耦合至其反射空腔之LED設備之光學幾何面。然而，所述裝置之輸出孔徑處的光學幾何面仍然顯現LED光源的朗伯式特性，且如所表明的，必須藉由除了LED設備經耦合所在之反射空腔之外的額外構件進行準直並使其與投影系統的目標光學幾何面面積及縱橫比(target etendue area and aspect ratio)相匹配。
美國專利第6,962,426號主張藉由如下方式達成投影系統之增強亮度：使一次光源(在此情況下為高壓弧光燈)發出之某些未用光進行再循環，且由空間非均一濾光器將其反射回至容納燈源的燈總成中。如此一來，光之未用部份便被重新反射而透射過濾光器之不同空間區域，從而在將光源所產生之光耦合至投影系統中時產生大約30%的增強。然而，因為在燈總成內發生未用光之再循環，所以光學幾何面並未顯著降低。
“PC－LED Luminance Enhancement due to Phosphor Conversion”(W.Falicoff等人，Proceedings of SPIE，Vol.5942，2005年8月22日)描述了一種用於增強磷光體轉換LED(PC－LED)之照度的技術，此技術依靠如下方式：藉由將回散射光自LED之氮化鎵材料以及其回反射基板反射出去而使回散射光進行再循環。“Remote Phosphor with Recycling Blue－pass Mirror”(B.Parklyn等人，Proceedings of SPIE，Vol.5942，2005年9月8日)描述一種在參考案中被稱為遠距磷光體系統的系統，此系統使用光學構件將LED設備所產生之通量轉移至相同尺寸的遠距磷光體。“PC－LED Luminance Enhancement due to Phosphor Conversion”中所述之光學構件包括：準直器，其收集LED設備所產生之光；集光器，其將光聚焦在耦合至其輸入孔徑中之遠距磷光體；以及帶通二向色濾光器，其置放於準直器/集光器對之間。帶通二向色濾光器使來自遠距磷光體之回散射光進行再循環，從而增加自遠距磷光體之正向發射照度。儘管在“PC－LED Luminance Enhancement due to Phosphor Conversion”或“Remote Phosphor with Recycling Blue－pass Mirror”中未加描述，然此等參考案中所述之技術達成的照度增益是歸結於將磷光體正向與後向各向同性發射“折疊”成組合正向朗伯式發射。實際上，所述之技術降低了磷光體之光學幾何面，且在應用發光通量守恆原理時，光學幾何面之此降低會引起磷光體正向發射照度之對應增加。
美國專利第5,757,557號、第6,547,423號、第6,896,381號及第6,639,733號以及美國專利申請公開案第2005/0243570 A1號、第005/0088758 A1號及第2005/0129358 A1號描述了用於設計將LED設備用作光源之照明系統的若干技術。所有此等照明系統均受限於其藉由光學幾何面守恆原理可達成之效能，根據該光學幾何面守恆原理，照明系統之輸入與輸出孔徑處的光學幾何面必須實質上相等以達成最高可能效能－－此為在投影系統中很少遇到之情形，尤其是在意欲使用LED設備作為光源之彼等系統中，由此光源光學幾何面實質上大於成像器光學幾何面，如此導致照明系統無法達成超過成像器光學幾何面與光源光學幾何面之比的效能。
光之再循環通常亦用於LED晶粒自身之內部結構中，以改良其總效能。存在兩種主要方法用於改良LED效能：第一種方法在於增加內部量子效能，內部量子效能由晶體品質以及磊晶層結構判定；第二種方法在於增加光提取(extraction)效能。高值內部量子效能業已實現，所以進一步改良可能無法輕易達成。然而，光提取效能值之改良存在很大空間。鑒於GaN(n 2.5)以及空氣之折射率，光逃逸錐面之臨界角為約23°。逃逸錐面之外的光藉由全內反射(TIR)反射回至基板中，且在LED設備內部結構中重複反射，隨後由活性層或電極加以吸收，從而導致自LED設備表面發出之發光通量實質性降低。為了改良LED設備提取效能，LED設備之GaN結構常常置放於n＝1.5的頂部丙烯酸窗與具有大於90%之典型反射率的底部反射基板之間。將丙烯酸窗置放於GaN結構之頂部上使得將光逃逸錐面之臨界角增加至約36°，從而允許自LED之活性GaN層提取更多的光。此外，反射基板之置放允許TIR光進行再循環而可能有機會被再次提取，從而進一步改良提取效能。此“晶粒內”再循環型提取效能改良技術之結果是LED設備之表面變為反射性的。如本專利申請案之實施方式部份所闡述的，LED設備表面之此所得反射率將與本發明之其他態樣結合使用，以使光進行再循環，且折疊照明系統之輸出孔徑處的光學幾何面而使其與投影系統所用之成像器之光學幾何面相匹配，從而使得照明系統能夠達成實質上較高的效能。
為了達成提取效能之進一步改良，不再在LED設備與照明系統之輸入孔徑之間保持狹窄氣隙，LED設備通常使用折射率與LED設備之丙烯酸窗之折射率相匹配的指數匹配凝膠而耦合至照明系統之輸入孔徑上。此指數匹配耦合技術使得由於TIR而陷於LED設備結構中之光之份額實質性減小，此將使得提取效能隨之增加。與氣隙耦合相比，將LED設備以指數匹配方式耦合至照明系統之輸入孔徑上可使得自LED設備提取的通量為大約50%(亦即增加1.5倍)。然而，不幸地，先前技術中無法擁有此提取效能之改良，因為，即使所產生之通量增加1.5倍，但照明系統之輸入孔徑處的光學幾何面亦增加不成比例的n－2－ ＝2.25倍，從而導致照明系統效能之淨降低(參看圖2)。如本專利申請案之實施方式部份所闡述的，本發明之照明系統使用光再循環構件來折疊照明系統之輸出孔徑處的光學幾何面，以使其與投影系統所用之成像器之光學幾何面相匹配，從而使得可能有效地利用由於將LED以指數匹配方式耦合至照明系統之輸入孔徑而引起的提取效能改良。
美國專利申請公開案第2005/0051787 A1號描述了一種使用光子晶格來改良LED設備之提取效能的技術。在此公開案中，具有三角圖案式開口之金屬層(光子晶格)置放於LED晶粒結構之頂部上。將光子晶格置放於LED晶粒之頂表面上使得其頂表面具有根據光子晶格之選定參數而變化的介電功能。光子晶格之參數包括開口之深度、開口之直徑以及開口之間距。所述之三角形頂表面圖案與均一間距之理想圖案失諧，從而使得光子晶格開口之間的中心至中心距離隨機地改變較小份額。LED設備頂層之三角形圖案之失諧引起LED設備提取效能之改良。將光子晶格置放於LED設備之頂部上的附加效果在於LED設備之表面變為高度反射性的。如本專利申請案之實施方式部份所闡述的，LED設備表面之此所得反射率將與本發明之其他態樣結合使用，以使光進行再循環並折疊照明系統之輸出孔徑處的光學幾何面而使其與投影系統所用之成像器之光學幾何面相匹配，從而使得照明系統能夠達成實質上較高的效能。
因此，本發明之目標在於闡明一種用於照明系統之裝置以及方法，其中此照明系統使用光學幾何面大於投影系統成像器光學幾何面的朗伯式或近朗伯式LED光源，此光源在照明且與投影系統所用之微顯示成像器之較小光學幾何面相匹配時可達成較高的總效能。達成此目標將具有實質性的商業價值，因為其使得LED式投影系統之效能增加，如此又導致減小總投影系統成本。
自下文參考所附諸圖而對本發明之較佳實施例所展開的實施方式將清楚地看到本發明之額外目標以及優點。
本發明以下實施方式中對“一個實施例”或“一實施例”的參考意謂結合此實施例所描述的特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一個實施例中。在此實施方式中多處出現的短語“在一個實施例中”並不必須均指代同一實施例。
本文描述投影系統使用的高效能照明系統。在下文之說明中，出於解釋之目的，陳述許多特殊細節以提供對本發明之全面瞭解。然而熟習此項技術者將清楚地看到，本發明可以不同特殊細節而實施。在其他情況下，用方塊圖形式展示若干結構以及設備，以避免使本發明模糊不清。
圖3A說明本文所述之高效能照明系統，其被稱為“光學幾何面折疊照明系統”。應瞭解，圖3A之圖式僅表示本發明之光學幾何面折疊照明系統之基本結構，其目的是為了便於解釋本發明之光學幾何面折疊照明系統之運作以及性能特性。圖3A說明本發明之光學幾何面折疊照明系統300之一個實施例的橫截面圖。如圖3A所述，光學幾何面折疊照明系統300包括至少一個空心或固體介電質反射器310，介電質反射器310具有互反的輸入/輸出特性，且將包括具有多種顏色之多個發光二極體(LED)晶粒之光源320耦合至其輸入孔徑315中，且將反射孔徑光闌330耦合至其輸出孔徑325中，該反射孔徑光闌330具有通光孔徑335，通光孔徑335之準直角、面積及縱橫比與目標光學幾何面之對應參數相匹配(一般目標光學幾何面為投影系統使用的微顯示成像器之光學幾何面)。
在圖3A中，反射器310可為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、複合橢圓面集光器(CEC)或錐形光管(TLP)。藉由適當地選擇其設計參數，此類反射器可將由耦合至其輸入孔徑315中之LED光源320所產生光準直至任何所要的準直角。圖3A所述之橫截面圖展示CPC之典型抛物面輪廓。下文中，CPC將用於闡明本發明之光學幾何面折疊照明系統之設計態樣以及特性。熟習此項技術者將輕易地知道如何用另一類型之反射器取代CPC之使用。
如圖3A所述，反射器310之垂直橫截面具有複合抛物面輪廓(參看“Nonimaging Optics”，第4章以及第五章，第50頁至第99頁，R.Winston等人，Elsevier Academic Press，2005)。視輸出孔徑325處準直錐面之所要角形特性而定，反射器310之水平橫截面可為圓形的、正方形的或矩形的。然而，為了最大化LED光源320與輸入孔徑315之間的耦合效能，反射器310之水平橫截面一般經設計以與LED光源320之發射表面之面積及縱橫比相匹配。圖3B以及圖3C說明分別使用正方形橫截面之CPC反射器310以及圓形橫截面之CPC反射器311而實施的本發明之光學幾何面折疊照明系統。在本發明之光學幾何面折疊照明系統之此等實施例之兩者中，反射器310以及311均經設計以達成投影系統成像器所需之準直角Ω'，例如，典型微鏡成像器所需之12°準直角。在參看圖3B以及圖3C的情況下，自等式(3)可以得出，光學幾何面守恆時，反射器310在輸出孔徑325處的側面尺寸或反射器311在輸出孔徑325處的直徑表示為：a' ＝a/sin Ω' ，(4)
其中“a”表示反射器310在輸入孔徑315處的側面尺寸或反射器311在輸入孔徑315處的直徑。反射器310或311之準直長度LC 表示為：LC ＝(a＋a' )/2 tan Ω' (5)
如上文等式(4)以及(5)所表明的，輸出孔徑325之側面尺寸或直徑以及反射器310或311之總長度與準直角Ω'之所要值成反比。圖3B以及圖3C所述之正方形橫截面反射器310以及圓形橫截面反射器311之設計均可將LED光源320產生之光準直至實質上具有所要準直角Ω'之準直錐面中。然而，具有正方形發光表面積之典型LED光源320之耦合將獲得對於圖3C之正方形橫截面反射器310之正方形輸入孔徑315的更為有效之使用，因此，除了能夠在輸出孔徑325上達成更高水準的光均一性之外，還能夠將LED光源320所產生之通量更為有效地耦合至輸入孔徑315中。另外，圖3B之正方形橫截面反射器310與圖3C之圓形橫截面反射器311的設計特性實質上類似且為熟習技術者所知。
為了瞭解本發明之光學幾何面折疊照明系統300所提供之效能優點，有利的是首先簡要論述此類反射器310或311作為單獨照明器的效能限制。如先前技術部份所闡述的，將作為單獨照明器之此類反射器310或311用於投影系統時的基本限制在於：為了提供投影系統所需之發光通量，LED光源之典型光學幾何面將顯著地大於投影系統所用之成像器之光學幾何面，結果，投影系統使用的LED式照明系統可達成之效能便較差。將作為單獨照明器之此類反射器310或311用於投影系統時的另一限制是由投影系統所用之典型成像器之縱橫比引起的，此等成像器一般為矩形的而且縱橫比為4：3或16：9。使投影系統成像器縱橫比與作為單獨照明器之此類反射器310或311相匹配將導致另一類型之效能降級，稱為“漸暈(vignetting)”。圖4說明在將圓形橫截面反射器311以及正方形橫截面反射器310用來產生對於縱橫比為4：3或16：9之投影系統成像器之照明路徑時由於漸暈所引起的效能降級。參見圖4，陰影區域410表示將圓形橫截面反射器311用來產生4：3縱橫比之照明路徑時的漸暈，陰影區域420表示將圓形橫截面反射器311用來產生16：9縱橫比之照明路徑時的漸暈，陰影區域430表示將正方形橫截面反射器310用來產生4：3縱橫比之照明路徑時的漸暈，且陰影區域440表示將正方形橫截面反射器310用來產生16：9縱橫比之照明路徑時的漸暈。如圖4所述，除了由於源與成像器之光學幾何面失配而引起的效能降級之外，縱橫比失配亦會將作為單獨照明器之反射器310以及311可達成之效能限制在下文表1所概述之數值。
可能藉由使反射器310之橫截面具有與成像器130之縱橫比相匹配的矩形形狀而達成一些效能改良。除實質上增加設計反射器310的困難之外，此情形亦導致輸入孔徑315變為矩形的，如此而由於矩形輸入孔徑315與LED光源320之典型正方形縱橫比之間的失配而引起一些效能降級。因此，作為單獨照明器之反射器310之總效能高度取決於在使其輸入孔徑315之縱橫比與光源320之縱橫比相匹配與使其輸出孔徑325之縱橫比與成像器130之縱橫比相匹配之間達成恰當的平衡。光源320、反射器310之橫截面以及成像器130之縱橫比之間的此緊密耦合一般會阻止作為單獨照明器之反射器310獲得最高可能效能。
將作為單獨照明器之此類反射器310或311用於投影系統時的另一限制在於此類反射器310或311在其輸出孔徑325上可達成的均一性(亦即通量之空間分佈，稱為“輻照度”。在典型投影系統100中，成像器130之孔徑上需要10%至15%的最大至最小輻照度變化。儘管經設計以達成典型投影系統100所需等級之準直角(例如，使用微鏡成像器之典型投影系統所需之12°準直角)的反射器310或311具有能夠使其達成足夠均一性的足夠長度，然而當此等反射器用於色序型投影系統且其將包括具有多種顏色之多個LED晶粒的LED光源320耦合至其輸入孔徑315中時，針對每一色彩可達成之均一性往往降級至所述之可接受限制值之下。為了克服此限制，反射器310或311之長度一般利用垂直壁加以延伸，此等垂直壁充當均勻化長度，用LH 表示，此長度將反射器310或311之輸出孔徑處的均一性改良至所需數值範圍內。反射器310之總長度(包括均勻化長度)將變為(LC ＋LH )。為了達成投影系統一般所需的均一性水準，均勻化長度LH 應足以使準直光兩至三倍地反射至延伸的垂直壁上。因此，均勻化長度LH 可根據輸出孔徑325直徑a'以及準直角Ω'來表示：LH ＝K a' /tan Ω' ；其中K＝1,2
根據以上表達式，可以得到，根據準直長度LC ，均勻化長度LH 可表示成：LH ＝K a' LC /{a＋a' }；其中K＝1,2
根據上述表達式，為了達成投影系統一般所需的均一性水準，照明系統之總長度(LC ＋LH )需要變為準直長度LC 之至少兩倍，此一般會降低照明系統之緊密性且增加其成本。
在業已概述了將作為單獨照明器之此類反射器310或311用於投影系統時的限制的情況下，下文論述之目標在於闡明本發明之光學幾何面折疊照明系統300克服此等限制的能力。參見圖3A，在使用反射器310之互反輸入/輸出特性的情況下，反射孔徑光闌330之置放將具有使反射器310能夠同時充當正向方向上之準直器以及反向方向上之集光器的作用。亦即，耦合至反射器310之輸入孔徑315上之光在其傳向輸出孔徑325時經準直，且反之，反射孔徑光闌330所反射之光將藉由反射器310之輸出孔徑325重新進入反射器310並在其傳向輸入孔徑315時集中。充當集光器之反射器310將反射孔徑光闌330所反射之光之部份中繼(relay)至其發出時的原樣光學幾何面上，其中此光由LED設備320之反射表面反射且與LED設備320所產生之光耦合在一起至反射器310之輸入孔徑315上。在正向方向上，充當準直器之反射器310將準直由LED設備320產生及反射並耦合至其輸入孔徑315上之組合光，且將此光中繼至輸出孔徑325。實際上，離開反射器310之輸出孔徑325之光為LED設備320所產生之光與反射孔徑光闌330所反射之光的準直組合光，且藉由反射器310進行反向再循環。
將反射孔徑光闌330耦合至反射器310之輸出孔徑325的淨效應在於與反射孔徑光闌330之反射部份相關聯的光學幾何面將折回至反射器310上，從而使得與通光孔徑335相關聯之小很多的光學幾何面變為包括反射器310、LED設備320以及反射孔徑光闌330的照明系統300之離開(輸出)光學幾何面。此將允許通光孔徑335之小很多的光學幾何面經設計以有效地與投影系統成像器面積、縱橫比以及其他所需特性相匹配。此外，此亦會使通光孔徑335之縱橫比特性與反射器310之輸入孔徑315以及輸出孔徑325的縱橫比特性去耦合，從而允許通光孔徑335經設計以有效地與投影系統成像器相匹配，同時獨立地允許輸入孔徑315以及輸出孔徑325且因此而允許反射器310之橫截面經設計以有效地與LED光源320之縱橫比相匹配。
由於藉由將反射孔徑330耦合至反射器310之輸出孔徑325上而達成光學幾何面折疊，因此在下文中反射器310與耦合至其輸出孔徑325上之反射孔徑光闌330的組合將被稱為折疊準直器/集光器340。下文論述之意圖在於使上述之光學幾何面折疊照明系統300之運作的概念具體化。
圖5為本發明之光學幾何面折疊照明系統300之穩定狀態光通量再循環態樣的方塊圖表示。參見圖5，LED設備320所產生的且耦合至光學幾何面折疊照明系統300之輸入孔徑315的通量510表示為Φin ，且離開通光孔徑335之通量540表示為Φout 。亦即，Φin 為光學幾何面折疊照明系統300之輸入通量且Φout 為其輸出通量。藉由反射孔徑光闌330進行再循環、由反射器310集中至輸入孔徑315上、由LED設備320反射並隨後往回耦合至輸入孔徑315的通量501表示為Φr 。如圖5所述，耦合至輸入孔徑315上的總整合通量502可表示為：Φc ＝Φin ＋Φr (6)
在耦合至反射器310之輸入孔徑315上的情況下，總整合通量502隨後由反射器310進行準直，以在其到達反射器310之輸出孔徑325時達成投影系統100之成像器130所需之準直角。當準直光到達反射孔徑光闌330時，其一部份將離開通光孔徑335而餘部將由反射孔徑光闌330之反射區段進行反射。在使用反射器310輸出孔徑325之面積的上文標號S'且將通光孔徑335之面積表示為St 的情況下，離開通光孔徑335之通量部份可表示為：Φout ＝Φc (Sc /S' )＝Φc (π St sin2 Ω' /π S' sin2 Ω' )
其中Ω'表示反射器310之輸出孔徑處的準直角，其亦為投影系統100使用的成像器130所需之準直角。
在使用等式(3)中表示的、自反射器310之輸入孔徑315至輸出孔徑325之光學幾何面守恆原理的情況下，上述表示可改寫為：Φout ＝Φc (π St sin2 Ω' /π n2 S sin2 Ω)＝Φc (Gt /Gs ) (7)
其中S表示LED設備320之表面積，Gt 表示需要由光學幾何面折疊照明系統300達成的目標光學幾何面(在此情況下為投影系統100使用的成像器130之光學幾何面)，且Gs 表示LED設備320之光學幾何面。熟習此項技術者知道比(Gt /Gs )為目標對光源(target－to－source)光學幾何面比(TSER)，且在圖5中由符號“g”表示，亦即：g△ (Gt /Gs ) (8)
根據定義，TSER之最大值為一，且在本發明中光源光學幾何面遠遠大於目標光學幾何面的相關情況下，TSER之值總是遠遠小於一。
在重新耦合至反射器310之輸入孔徑315之前，由反射孔徑光闌330之反射部份反射且耦合至反射器310之輸出孔徑325中的通量503由於反射孔徑光闌330、反射器310之反射壁以及LED設備320之表面的複合反射率而衰減為等於(1－g)ΦC 。在圖5中，此複合反射率由符號“R”表示，其可表達為：R＝RA RW RS
其中RA 表示反射孔徑光闌330之反射率，RW 表示反射器310之壁之反射率，且RS 表示LED設備320之表面之反射率。可利用可購得的反射塗佈技術而達成的反射率RA 之典型值範圍為0.9至0.98。當反射器310填充有固體介電質時，其壁之反射率一般藉由全內反射(TIR)達成，全內反射將使得RW 在此情況下等於一。在反射器310為空心反射器的情況下，可利用可購得的反射塗佈技術而達成的反射率RW 之典型值範圍為0.9至0.98。RS 之典型值可視LED設備320之類型而改變，且在隨後段落中將論述使光學幾何面折疊照明系統300獲得其設計目標所需的最小值。
如圖5所述，耦合至反射器310之輸入孔徑315的再循環通量可表示為：Φr ＝R(1－g)Φc (9)
自等式(6)、(7)以及(9)中可以得出，光學幾何面折疊照明系統300之輸出通量Φout 可根據由LED設備320產生且耦合至其輸入孔徑315的輸入通量Φin 而表示為：Φout ＝Φin g/{1－R(1－g)} (10)
根據上述表達式，光學幾何面折疊照明系統300之通量效能(由ε表示)可表達為：ε△ (Φout /Φin )＝g/{1－R(1－g)} (11)
自等式(2)、(8)以及(10)可以得出，光學幾何面折疊照明系統300之通光孔徑335處的輸出照度Bout 可根據LED設備320之輸入照度Bin 而表示為：Bout ＝Bin /{1－R(1－g)} (12)
根據上述表達式，光學幾何面折疊照明系統300之照度增益(由λ表示)可表達為：λ△ (Bout /Bin )＝1/{1－R(1－g)} (13)
基於等式(11)以及(13)，光學幾何面折疊照明系統300可達成的通量效能ε以及照度增益λ在圖6中描繪為目標對光源光學幾何面比“g”的函數，且是針對複合反射率因數“R”之多種數值而描繪。參見圖6，水平軸線610表示目標對光源光學幾何面比“g”之數值範圍，左手邊垂直軸線620展示如等式(11)所給出的通量效能ε之值，且右手邊垂直軸線630展示如等式(13)所給出的照度增益λ之值。曲線組640展示等式(11)所給出的針對複合反射率因數“R”之多種數值的通量效能ε，且曲線組650展示等式(13)所給出的針對複合反射率因數(R)之多種數值的照度增益。
圖6亦描繪了反射率因數R等於零的極限情況(點線)，此情況在孔徑光闌330並非反射性時(即在反射器310結合具有與目標光學幾何面相匹配之通光孔徑的非反射孔徑光闌，而用作單獨照明器時之情況)便會發生，在此情況下，通量效能ε等於目標對光源光學幾何面比“g”。此極限情況用作將本發明之光學幾何面折疊照明系統300之通量效能與包括單獨反射器310之習知照明系統之通量效能性能相比較的根據。基於等式(11)，相對於習知照明系統之通量效能而言光學幾何面折疊照明系統300之通量效能的改良等於光學幾何面折疊照明系統300所獲得的照度增益λ。因而，圖6表明本發明之光學幾何面折疊照明系統300之通量效能實質上高於將相同反射器310用作單獨照明器的習知照明系統之通量效能。圖6亦表明本發明之光學幾何面折疊照明系統300之通量效能的改良隨著反射率因數R的增加而增加。
根據等式(11)以及(13)，本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成之通量效能與包括單獨反射器310之習知照明系統之通量效能的比等於光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益。於是可以得出，為了本發明之光學幾何面折疊照明系統300之設計達成λt 倍的通量效能改良，反射率因數R必須滿足：
自上述表達式可以得出，LED設備320之表面之反射率RS 必須滿足：
當目標對光源光學幾何面比g＝0.3時且在典型的商業上可達成之數值RA ＝RW ＝0.98的情況下，等式(14)暗示，當LED設備320表面反射率RS 0.74(此是許多可購得的LED設備所獲得的表面反射率值，特別是併入有先前技術部份中所述之光提取改良構件的LED設備，其中此等光提取改良構件包括LED晶粒內再循環構件以及光子晶格構件)時，本發明之光學幾何面折疊照明系統300相對於包括單獨反射器310之習知照明系統而言能夠達成2倍的通量效能改良，亦即，λt ＝2。
本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的通量效能改良是其可達成之照度增益的直接結果，與先前技術之照明系統相比照度增益是其最重要最獨特的特徵之一。如圖6所示，本發明之光學幾何面折疊照明系統300與不存在再循環之極限情況相比可達成照度增益，此極限情況在孔徑光闌330並非反射性時(即在反射器310結合具有與目標光學幾何面相匹配之通光孔徑的非反射孔徑光闌，而用作單獨照明器時之情況)便會發生。在此情況下，照明系統輸出通光孔徑處的照度將等於耦合至其輸入孔徑315中之LED源的照度。如圖6所示，本發明之光學幾何面折疊照明系統300之通光孔徑335處的照度實質上高於耦合至其輸入孔徑315中之LED源320的照度。如圖6中亦展示的，本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益隨著反射率因數R的增加而增加。
本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益以及所得之通量效能改良為先前技術之照明系統所不享有的非凡特徵－－其同樣需要合理化。本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益以及所得之通量效能改良是其光學幾何面折疊特性之直接結果。如早先所闡述的，將反射孔徑光闌330耦合至反射器310之輸出孔徑325上的淨效應在於與反射孔徑光闌330之反射部份相關聯之光學幾何面將折回至反射器310上，從而使得與通光孔徑335相關聯之小很多的光學幾何面變為照明系統300之離開(輸出)光學幾何面。此暗示，僅通量份額g＝(Gt /Gs )可離開輸出孔徑335，而通量餘部(1－g)將往回循環至折疊準直器/集光器340中。實際上，折疊準直器/集光器340以及耦合至輸入孔徑315中之LED設備320之反射表面將充當LED設備320所產生之通量的“洩漏整合器”，此“洩漏整合器”將具有等於Φc ＝Φin /{1－R(1－g)}之整合通量，此整合通量得自LED設備320的相同光學幾何面值Gs ，但比LED設備320所產生之通量高[1/{1－R(1－g)}]倍。使用等式(2)時，因為Φc 以及Φin 均得自相同光學幾何面值Gs ，所以，較高值的整合通量Φc 將轉換成[1/{1－R(1－g)}]倍的對應照度增加，此表示光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益。基於上文之解釋，本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的照度增益以及所得之通量效能改良充分地符合光學幾何面以及通量守恆原理。
與先前技術之照明系統相比而言，本發明之光學幾何面折疊照明系統300可達成的通量效能改良歸因於如下事實：不再使超過可被耦合至目標光學幾何面Gt 中之通量的通量(其等於(1－g))漸暈，本發明之光學幾何面折疊照明系統300藉由折疊準直器/集光器340以及耦合至其輸入孔徑315上之LED設備320的反射表面使此過量通量進行再循環而使此過量通量守恆。下文之表2展示在不同數值的目標對光源光學幾何面比(g)以及不同數值的反射率因數(R)下，與包括單獨反射器310之先前技術照明系統相比而言，本發明之光學幾何面折疊照明系統300的通量效能以及照度增益優點。
表2：光學幾何面折疊照明系統300之效能改良。
表2中之性能對比實例並未慮及一般會發生在先前技術之投影系統(諸如，作為單獨照明器之反射器310)中的效能損失，此效能損失歸因於LED光源320以及輸入孔徑315之縱橫比之間的失配。因此，包括單獨反射器310之先前技術照明系統的效能性能一般低於表2中所概述之數值。如隨後論述所闡述的，光學幾何面折疊照明系統300不會經受此等效能損失，因為其輸入孔徑315與其輸出通光孔徑335之特性實質上是去耦合的，從而使得光學幾何面折疊照明系統300能夠實質上獲得表2所概述之通量效能性能。
如表2中之性能對比實例所示，與包括單獨反射器310之先前技術照明系統相比，光學幾何面折疊照明系統300可獲得實質性的通量效能改良，甚至在反射率因數R之中等值下亦是如此。此外，光學幾何面折疊照明系統300可達成的通量效能改良隨著反射率因數R的增加而增加。值得注意的是，根據上述表2之性能對比以及類似於包括單獨反射器310之先前技術照明系統之情況的圖5，本發明之光學幾何面折疊照明系統300之通量效能隨著目標對光源光學幾何面比(g)之值的增加而改良，此暗示與光組合構件結合使用的多個折疊準直器/集光器340可用來將構成光學幾何面折疊照明系統300之每一折疊準直器/集光器340之目標對光源光學幾何面比(g)的值保持在將最大化總照明系統所達成之通量效能的範圍內。下文之段落將陳述本發明之其他實施例，此等實施例說明光學幾何面折疊照明系統300之多種實施情形，此等實施情形包括與光組合構件結合使用以最大化通量效能之多個折疊準直器/集光器340。
表2中所述的之前實例展示本發明之光學幾何面折疊照明系統300可如何用於達成小於LED設備320之光學幾何面的所要目標光學幾何面，同時達成先前技術照明系統無法達成的通量效能以及照度增益。如早先所提及的，本發明之光學幾何面折疊照明系統300之另一優點在於可使其通光孔徑335不僅與目標光學幾何面之值而且與其縱橫比相匹配。如早先所闡述的，照明系統輸出孔徑與投影系統所用之成像器的縱橫比失配將導致先前技術照明系統可達成的通量效能之降級(參看表1)。下文之表3展示在一般用於投影系統中的不同縱橫比下與包括單獨反射器310之先前技術照明系統相比，本發明之光學幾何面折疊照明系統300的通量效能與照度增益優點。表3之對比實例是針對使用正方形橫截面反射器310或圓形橫截面反射器311的照明系統而展示的。在表3之實例中，比較是在不同數值的反射率因數(R)下進行的，且目標對光源光學幾何面比(g)之值經選定以使得包括單獨反射器310之先前技術照明系統達成可能的最大通量效能。
如表3中之性能對比實例所示，因為光學幾何面折疊照明系統300可獨立地與目標光學幾何面以及LED光源之縱橫比相匹配，所以與包括單獨反射器310之先前技術照明系統相比其可獲得實質性的通量效能改良，甚至在反射率因數(R)之中等值下亦是如此。此外，光學幾何面折疊照明系統300可達成的通量效能改良隨著反射率因數(R)的增加而增加。
表3之性能對比實例並未慮及一般會發生在先前技術之投影系統(諸如，作為單獨照明器之反射器310)中的效能損失，此效能損失歸因於LED光源320以及輸入孔徑315之縱橫比之間的失配。因此，包括單獨反射器310之先前技術照明系統的效能性能一般低於表3中所概述之數值。如早先所闡述的，LED光源320、反射器310之橫截面以及成像器130之縱橫比之間的緊密耦合一般會阻止包括作為單獨照明器之反射器310的先前技術系統獲得最高可能效能。相比之下，光學幾何面折疊照明系統300之光學幾何面折疊以及光再循環態樣使得能夠實質上獨立於折疊準直器/集光器340之橫截面之縱橫比而與輸出通光孔徑335處的目標光學幾何面之縱橫比相匹配，從而允許折疊準直器/集光器340之橫截面之縱橫比經設計以使得輸入孔徑315之縱橫比實質上與LED光源320之縱橫比相匹配。實際上，光學幾何面折疊照明系統300之光學幾何面折疊以及光再循環能力使得可能實質上將光學幾何面折疊照明系統300之輸入孔徑315以及輸出孔徑335的縱橫比去耦合。此去耦合允許光學幾何面折疊照明系統300與其輸出孔徑335處的目標光學幾何面之縱橫比相匹配，同時獨立地與其輸入孔徑315處的LED光源320之縱橫比相匹配。除允許光學幾何面折疊照明系統300不經受先前技術系統中普遍存在的輸入孔徑315以及LED光源320縱橫比失配之外，此去耦合還允許折疊準直器/集光器340之橫截面經最佳化以與耦合至其輸入孔徑315上的LED光源320之縱橫比相匹配，從而使得光學幾何面折疊照明系統300能夠實質上獲得表3所概述之通量效能性能。
在早先陳述的所有實例中，均假設氣隙耦合用於將LED設備320耦合至反射器輸入孔徑315上。如先前技術部份所闡述的，為了改良LED設備320之提取效能，指數匹配耦合常常與填充有固體介電質之反射器310結合使用以將LED源320耦合至反射器輸入孔徑315中。然而，如早先所闡述的，先前技術之照明系統並不擁有提取效能之此改良，因為，即使在使用指數匹配耦合的情況下所產生之通量可增加1.5倍，但照明系統之輸入孔徑處的光學幾何面亦增加不成比例的n2 ＝2.25倍，從而導致照明系統效能之淨降低。與包括單獨反射器310之先前技術照明系統不同，光學幾何面折疊照明系統300之光學幾何面折疊能力補償使用指數匹配所導致的光學幾何面增加，從而允許照明系統受益於指數匹配耦合可達成的通量增加。表4提供在習知照明系統以及光學幾何面折疊照明系統300之多種數值的目標對光源光學幾何面下使用指配匹配耦合可達成之通量效能與使用氣隙耦合可達成之通量效能的對比。
表4：光學幾何面折疊照明系統300之提取改良
如表4之性能實例所示，由於與指數匹配耦合相關聯之通量以及光學幾何面不成比例地增加，因此LED設備320為經指數匹配耦合且包括單獨反射器310的先前技術照明系統之通量輸出將僅為LED設備為氣隙耦合的可比較照明系統之三分之二，即使自LED設備提取的通量高1.5倍亦是如此。如表4所示，由於其使源以及目標光學幾何面之面積及縱橫比特性去耦合的能力，而使得本發明之光學幾何面折疊照明系統300能夠輸出自指數匹配式LED設備320提取的額外通量之實質性部份，尤其在目標對光源光學幾何面值之較高值下更是如此。表4所示之結果表明使用指數匹配來耦合LED設備在包括與光組合構件相結合之多個折疊準直器/集光器340的照明系統中是有益的，在此等照明系統種折疊準直器/集光器340之每一者可在較高值的目標對光源光學幾何面比(g)下運作。
由於光學幾何面折疊照明系統300之使源以及目標光學幾何面之面積及縱橫比特性去耦合的能力而存在的另一優點在於，能夠調整其輸出通光孔徑335之形狀以與傾斜角度下的目標光學幾何面之形狀相匹配。在典型的先前技術投影系統中，所用之成像器之照明軸線一般相對於成像器之反射表面而傾斜，此將導致照明系統產生之照明路徑由於梯形畸變效應而變得與成像器之目標反射區域之形狀失配，從而由於漸暈而導致額外的通量效能降級。在先前技術之照明系統中，由於照明軸線傾斜而引起的漸暈一般由複式光學構件進行補償。在本發明之光學幾何面折疊照明系統300的情況下，藉由簡單地使輸出通光孔徑335之形狀等同於藉由照明軸線之傾斜角度投射至輸出通光孔徑335之平面上的成像器區域之形狀而消除由於照明軸線之傾斜而引起的漸暈，從而達成進一步的通量效能改良。
如早先所闡述的，經設計以達成投影系統100所使用的典型成像器所需之準直角的反射器310(例如，使用微鏡成像器的典型投影系統所需之12°準直角)將具有足夠的長度以使其能夠達成足夠的均一性。然而，當此反射器310用於色序型投影系統中且將包括具有多種色彩之多個LED晶粒的LED光源320耦合至其輸入孔徑315中時，其針對每一色彩可達成的均一性往往降級至所述的可接受限制之下。為了克服此限制，反射器310之長度一般藉由附加垂直壁進行延伸，此等垂直壁充當均勻化長度LH ，此長度將均一性改良至所要水準。如早先所闡述的，為了達成投影系統一般所需的均一性水準，照明系統之總長度(LC ＋LH )需要變為準直長度LC 的至少兩倍，此將降低照明系統之緊密性且增加其成本。由於其光學幾何面折疊以及光再循環特性，本發明之光學幾何面折疊照明系統300克服了此缺陷，因為光會在折疊準直器/集光器340之壁與LED設備320之反射表面之間進行多次再循環。因為僅整合通量Φc 之份額g＝(Gt /Gs )可離開通光孔徑335且通量之餘部(1－g)將向回再循環至折疊準直器/集光器340中，所以實際上，反射器310長度LC 除用作準直長度之外還用作均勻化長度，且典型光線束在其離開通光孔徑335之前所經歷的再循環往返之平均數目(由符號Kave 表示)為：Kave ＝R(1－g)/(1－R(1－g))
此暗示，當反射率因數R＝0.75且目標對光源光學幾何面比(g)大於或等於0.67時，出自LED設備320的典型光線束在其離開通光孔徑335之前將藉由折疊準直器/集光器340平均再循環至少一次，此一般將足以達成典型投影系統所需之輸出準直光均一性之位準。與包括具有附加均勻混合長度之反射器310的典型先前技術照明系統相比，本發明之光學幾何面折疊照明系統300之有效地將反射器310長度LC 用於準直以及均勻化的能力將允許其更為緊密且成本更低。
如早先所闡述的，在需要高通量的投影系統應用中，當使用包括單反射器之照明系統時，目標對光源光學幾何面比之值將往往隨著LED設備晶粒之所需數目的增加而降低。結果，無論其包括單獨反射器310還是光學幾何面折疊照明系統300，照明系統可產生的通量效能均會降低。在此等設計情況下達成較高通量效能之典型方法在於藉由對多個反射器(諸如，反射器310)之間所用的LED晶粒之總數進行分配而增加目標對光源光學幾何面比之工作值，隨後使用組合構件組合來自所用的多個反射器之輸出通量。在依照此方法達成通量效能之進一步改良的情況下，圖7A展示本發明之第二實施例，由此折疊準直器/集光器之兩者與光組合構件結合使用以獲得本發明之光學幾何面折疊照明系統之通量效能性能的進一步改良。
參見圖7A之橫截面圖，多準直器/集光器光學幾何面折疊照明系統700包括兩個折疊準直器/集光器740與742以及一組合總成750。折疊準直器/集光器740包括反射器710，反射器710在其輸出孔徑725上耦合有反射孔徑光闌730且在其輸入孔徑715上耦合有包括多個綠色LED晶粒之光源720，其中，反射孔徑光闌730併入有面積及縱橫比與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的通光孔徑735。折疊準直器/集光器742包括反射器712，反射器712在其輸出孔徑727上耦合有反射孔徑光闌732且在其輸入孔徑717上耦合有包括多個紅色以及藍色LED晶粒之光源722，其中，反射孔徑光闌732併入有面積及縱橫比與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的通光孔徑737。LED晶粒至折疊準直器/集光器740以及742之輸入孔徑上的耦合可為氣隙耦合或指數匹配耦合。折疊準直器/集光器740以及742每一者可具有經設計以與耦合至其輸入孔徑中之此組LED晶粒之面積及縱橫比相匹配的圓形、正方形或矩形橫截面。圖7A展示光學幾何面折疊照明系統700之橫截面頂視圖，此圖說明兩個通光孔徑735以及737經設計以與典型投影系統之4：3或16：9目標光學幾何面相匹配。
圖7B所述之組合總成750安裝於兩個通光孔徑735以及737頂上，且經設計以將兩個折疊準直器/集光器740以及742之輸出耦合至目標光學幾何面上。參見圖7B，組合稜鏡總成750包括三種不同類型的稜鏡，每一種均具有直角三角形橫截面，此橫截面具有兩個相等的短邊以及一個長邊；由此稜鏡751其短邊面752實質上等於通光孔徑735以及737之面積及縱橫比且其長邊面753塗覆有反射塗層，稜鏡754其長邊面755實質上等於通光孔徑735以及737之面積及縱橫比且其短邊面757塗覆有綠色反射二向色塗層，且稜鏡758其長邊面759實質上等於通光孔徑735以及737之面積及縱橫比且其短邊面760塗覆有紅色以及藍色反射二向色塗層。如圖7B所述，四個稜鏡754以及758經組配而使得其短邊面757以及760彼此面對且其長邊面755面向稜鏡751之短邊面761。在稜鏡751、754以及758之此配置的情況下，組合總成750能夠將出自通光輸出孔徑735以及737的光中繼至至光學幾何面折疊照明系統700之輸出孔徑739上，由此：(1)出自通光孔徑735的綠光首先由稜鏡751之長邊面753上之反射塗層反射，隨後由稜鏡754之綠色二向色塗佈面757反射向光學幾何面折疊照明系統700之輸出孔徑739；以及，(2)出自通光輸出孔徑737的紅光或藍光首先由稜鏡751之長邊面753上之反射塗層反射，隨後由稜鏡758之紅色/藍色二向色塗佈面760反射向光學幾何面折疊照明系統700之輸出孔徑739。熟習此項技術者知道如何設計具有不同鏡子以及二向色性配置且可用來將兩個折疊準直器/集光器740以及742之輸出耦合至目標光學幾何面中的替代組合總成。此等替代組合總成實質上實現圖7B所示之總成之相同組合功能，且可產生光學幾何面折疊照明系統700之不同的總形態因數。
參見圖7B，兩個通光孔徑735以及737之面積小於兩個折疊準直器/集光器740以及742之頂部橫截面面積將允許置放兩個通光孔徑735以及737，以使得自兩個折疊準直器/集光器740以及742耦合至組合總成750上的光將經歷實質上相等的路徑長度。如此緩解對用以均衡兩個折疊準直器/集光器740以及742之輸出光之路徑長度的額外光學構件之需要，從而使得光學幾何面折疊照明系統700變得更為緊密且更具成本效益。此外，圖7B所述之組合總成750之設計允許兩個折疊準直器/集光器740與742並列組配於同一平面中，此進一步減小光學幾何面折疊照明系統700之形態因數且允許利用圖7A所述之共同散熱片780而進行更為緊密之熱設計。
在將產生目標通量所需之晶粒總數劃分成兩組LED晶粒且每一組LED晶粒與另一組LED晶粒實體分離時，光學幾何面折疊照明系統700將獲得改良之熱效能，此熱效能使每一個別組的LED晶粒能夠在較低接面(junction)溫度下運作，從而使得每一組LED晶粒所提供的運作效能(就每瓦所產生之通量而言)產生改良。光學幾何面折疊照明系統700將獲得高於諸如光學幾何面折疊照明系統300之單反射器照明系統的熱效能，因為在其組態中產生目標通量所需之晶粒總數被劃分成兩組實體分離的LED晶粒。
除了藉由利用多個反射器增加目標對光源光學幾何面比而產生的效能改良之外，光學幾何面折疊照明系統700亦提供可比得上早先針對單反射器光學幾何面折疊照明系統300而論述之彼等改良的效能、漸暈、提取以及均一性改良。為了說明此點，若與單反射器結合使用的LED晶粒總數產生0.2的目標對光源光學幾何面比，則根據表3，單一先前技術照明系統之效能將為0.2，且具有反射率因數R＝0.75之單反射器光學幾何面折疊照明系統300的效能將為0.5。在使用雙反射器組態的情況下，目標對光源光學幾何面比將增加至0.4，結果，雙反射器先前技術照明系統將獲得0.4的效能，然而，雙反射器光學幾何面折疊照明系統700之效能將為0.75。與雙反射器先前技術照明系統相比，雙反射器光學幾何面折疊照明系統700將分別提供可比得上表3以及表4所給之效能以及漸暈的效能以及漸暈，且目標對光源光學幾何面值(g)經調整以慮及所用反射器之數目。應注意，額外實施損失將由於附加光組合構件而發生，此對於雙反射器先前技術照明系統之情況以及雙反射器光學幾何面折疊照明系統700之情況而言具有可比性。然而，光學幾何面折疊照明系統700之有效地與目標光學幾何面面積及縱橫比相匹配的能力是獨特的，且不為包括多個反射器之任何先前技術照明系統所享有。此外，光學幾何面折疊照明系統700之有效地與兩個折疊準直器/集光器740以及742之準直輸出光之光學路徑長度相匹配的能力減少了漸暈且進一步改良了光學幾何面折疊照明系統700之總效能以及形態因數。
圖8A說明本發明之第三實施例，由此，本發明之三個折疊準直器/集光器與光組合構件結合使用以獲得照明系統之通量效能性能之進一步改良。參見圖8A之橫截面圖，多準直器/集光器光學幾何面折疊照明系統800包括三個折疊準直器/集光器840、842及844以及組合總成850。折疊準直器/集光器840包括反射器810，反射器810在其輸出孔徑825上耦合有反射孔徑光闌830且在其輸入孔徑815上耦合有包括多個綠色LED晶粒之光源820，其中，反射孔徑光闌830併入有面積及縱橫比與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的通光孔徑835。折疊準直器/集光器842包括反射器812，反射器812在其輸出孔徑827上耦合有反射孔徑光闌832且在其輸入孔徑817上耦合有包括多個紅色LED晶粒之光源822，其中，反射孔徑光闌832併入有面積及縱橫比與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的通光孔徑837。折疊準直器/集光器844包括反射器814，反射器814在其輸出孔徑829上耦合有反射孔徑光闌834且在其輸入孔徑819上耦合有包括多個藍色LED晶粒之光源824，其中，反射孔徑光闌834包括有面積及縱橫比與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的通光孔徑839。
LED晶粒820、822以及824分別至折疊準直器/集光器840、842以及844之輸入孔徑的耦合可為氣隙耦合或指數匹配耦合。折疊準直器/集光器840、842以及844各可具有(例如)經設計以與耦合至其輸入孔徑中之此組LED晶粒之面積及縱橫比相匹配的圓形、正方形或矩形橫截面。圖8A展示光學幾何面折疊照明系統800之橫截面頂視圖，此圖說明經設計以與大多數投影系統中較為典型的4：3或16：9的目標光學幾何面相匹配的三個通光孔徑835、837以及839。
圖8B所述之組合總成850安裝於三個通光孔徑835、837以及839頂上，且經設計以將三個折疊準直器/集光器840、842以及844之輸出耦合至目標光學幾何面上。參見圖8B，組合總成850包括四稜鏡總成851、兩個反射鏡852與853以及兩個中繼透鏡854與855。被組合的反射鏡852與中繼透鏡854經設計以將折疊準直器/集光器842之輸出光耦合至四稜鏡總成851上，而被組合的反射鏡853與中繼透鏡855則經設計以將折疊準直器/集光器844之輸出光耦合至四稜鏡總成851上。四稜鏡總成851包括兩種不同類型的稜鏡，每一種均具有直角三角形橫截面，此橫截面具有兩個相等的短邊以及一個長邊；由此，稜鏡856其短邊面857塗覆有藍色反射二向色塗層，且稜鏡858其短邊面859塗覆有紅色反射二向色塗層。如圖8B所述，四個稜鏡856以及858經組配而使得其短邊面857以及859彼此面對且其長邊面851面向兩個中繼透鏡854以及855。在稜鏡856以及858與兩個中繼透鏡854及855以及兩個反射鏡852及853相結合的此配置下，組合總成850能夠將出自通光輸出孔徑835、837以及839的光中繼至光學幾何面折疊照明系統800之輸出孔徑833上，由此：(1)出自通光孔徑835的綠光將直接傳送至光學幾何面折疊照明系統800之輸出孔徑833上；(2)出自通光輸出孔徑837的紅光首先由鏡子852反射，隨後由稜鏡856之紅色二向色塗佈面859反射向光學幾何面折疊照明系統800之輸出孔徑833；以及，(3)出自通光輸出孔徑839的藍光首先由鏡子853反射，隨後由稜鏡858之藍色二向色塗佈面857反射向光學幾何面折疊照明系統800之輸出孔徑833。熟習此項技術者知道如何設計具有不同鏡子以及二向色性配置且可用來將三個折疊準直器/集光器840、842以及844之輸出耦合至目標光學幾何面上的替代組合總成。此等替代組合總成實質上實現圖8B所示之組合總成850之相同組合功能，且可產生光學幾何面折疊照明系統800之不同的總形態因數。
為了達成包括多個反射器之典型先前技術照明系統中之準直光的有效組合，多個反射器之設計特性必須實質上相同。此要求耦合至每一反射器之LED設備之發光表面的尺寸、其準直角且因此反射器輸出孔徑的面積必須實質上相同。在包括三個反射器之典型先前技術照明系統中，此限制對可供使用的綠色LED晶粒之總數產生限制，從而限制照明系統可產生的色域，或使照明系統必須使用比產生全(平衡)色域所需之紅色以及藍色LED晶粒更多的紅色以及藍色LED晶粒，此往往增加照明系統之總成本。光學幾何面折疊照明系統800並不受此限制，因為三個折疊準直器/集光器840、842以及844之每一者之輸出光學幾何面可經設計以實質上相等，而無論耦合至其輸入孔徑之每一者中的LED晶粒之數目如何。實際上，三個折疊準直器/集光器840、842以及844之每一者可經設計以在不同的目標對光源光學幾何面比(g)下運作，從而使得光學幾何面折疊照明系統800能夠以有效及具成本效益之方式進行設計以在所需目標光學幾何面下產生全色域。
為了能夠產生全色域，與耦合至折疊準直器/集光器842之紅色LED晶粒之數目或耦合至折疊準直器/集光器844之藍色LED晶粒之數目相比，圖8A所述之折疊準直器/集光器840通常在其輸入孔徑815上耦合有兩倍的綠色LED晶粒。因而，折疊準直器/集光器842以及844長度小於折疊準直器/集光器840。圖8A所述之光學幾何面折疊照明系統800之設計表明了用於組合具有不同長度之三個折疊準直器/集光器840、842以及844之準直光輸出的緊密形態因數之設計。熟習此項技術者將知道如何設計將使用具有不同長度之三個折疊準直器/集光器840、842以及844的替代照明系統組態。
在圖8A所述之光學幾何面折疊照明系統800之設計中，為了均衡折疊準直器/集光器842以及844之光輸出所經歷之較長光學路徑長度之影響，其輸出準直角經設計而略微小於目標光學幾何面所需之準直角，且兩個中繼透鏡853附加於組合總成850內以使得在耦合至組合二向色稜鏡854以及855之前其光學幾何面等於所需之目標光學幾何面。在使折疊準直器/集光器842以及844之準直角略微小於目標光學幾何面所需之準直角的情況下，其長度便會增加，且為了達成至組合總成850之有效耦合，其長度藉由附加垂直反射壁811而延伸以使得如圖8A所述三個折疊準直器/集光器840、842以及844之總長度實質上相等。圖8B所述之組合總成850之設計允許三個折疊準直器/集光器840、842以及844並列組配於同一平面中，此進一步減小光學幾何面折疊照明系統800之形態因數且允許利用圖8A所述之共同散熱片880而進行更為緊密之熱設計。
在將產生目標通量所需之晶粒總數劃分成三組LED晶粒且每一組LED晶粒與其他組LED晶粒實體分離的情況下，光學幾何面折疊照明系統800將獲得改良之熱效能，此熱效能使每一個別組LED晶粒能夠在較低接面溫度下運作，從而使得由每一組LED晶粒所提供之運作效能(就每瓦產生之通量而言)產生改良。光學幾何面折疊照明系統800將獲得比諸如光學幾何面折疊照明系統700之其他多反射器照明系統更高的熱效能，因為在其組態中，產生目標通量所需之晶粒總數被劃分成三組實體分離的LED晶粒。
除了其以具成本效益之方式產生全色域的能力之外，光學幾何面折疊照明系統800亦將獲得藉由使用多個反射器而產生的且可比得上早先針對光學幾何面折疊照明系統700所論述之彼等改良的通量效能改良。為了說明此點，若與單反射器結合使用的LED晶粒總數產生0.2的目標對光源光學幾何面比，則根據表3，單一先前技術照明系統之效能將為0.2，且具有反射因數R＝0.75之單反射器光學幾何面折疊照明系統300之效能將為0.5。在使用光學幾何面折疊照明系統800之三反射器照明系統組態的情況下，折疊準直器/集光器840之目標對光源光學幾何面比將增加至0.4，且折疊準直器/集光器842以及844之目標對光源光學幾何面比將增加至0.8，且結果，光學幾何面折疊照明系統800將達成0.84的效能。與三反射器先前技術照明系統相比，三反射器光學幾何面折疊照明系統800將分別提供可比得上表3以及表4所給之效能以及漸暈的效能以及漸暈，且目標對光源光學幾何面比(g)之值經調整以慮及所用反射器之數目以及三個折疊準直器/集光器840、842以及844之每一者所貢獻的總通量。應注意，額外實施損失將由於附加光組合構件而產生，此對於三反射器先前技術照明系統之情況以及三反射器光學幾何面折疊照明系統800之情況而言具有可比性。然而，光學幾何面折疊照明系統800之有效地與目標光學幾何面面積及縱橫比相匹配的能力是獨特的且不為包括多個反射器之任何其他先前技術照明系統所享有。此外，光學幾何面折疊照明系統800之有效地將不同數目的LED晶粒耦合於其折疊準直器/集光器之每一者中同時有效地與目標光學幾何面面積及縱橫比相匹配的能力亦是獨特的且不為包括多個反射器之任何先前技術照明系統所享有。
圖9說明本發明之第四實施例，由此，本發明之四個折疊準直器/集光器用來實現在更為緊密之形態因數下藉由光學幾何面折疊而得到的性能優點。如圖9所述，光學幾何面折疊照明系統900包括四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913，折疊準直器/集光器910、911、912以及913以平鋪(tiled)組態配置，且其高度加以延伸並聯合而形成組合主幹(stem)914，且其反射孔徑光闌聯合成單反射孔徑光闌930，由此，四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913每一者在其輸入孔徑926、927、928以及929上耦合有包括具有相同或多種顏色之多個LED晶粒的光源921、922、923、924，且其聯合反射孔徑光闌930併入有輸出通光孔徑935，輸出通光孔徑935實質上位於聯合反射孔徑光闌930之中心且具有與目標光學幾何面之對應參數相匹配的準直角、面積及縱橫比特性。
多個LED晶粒可用指數匹配方式或氣隙方式耦合至輸入孔徑926、927、928以及929上，且可具有不同數目，並且可均包括達成光學幾何面折疊照明系統900之輸出處的所需色彩平衡而需要的單色LED晶粒或多色LED晶粒。如圖9所述，四個折疊準直器/集光器910、911、912以及914就其橫截面之形狀以及耦合至其輸入孔徑中之LED晶粒數目而言展示為實質上彼此相同。然而，四個折疊準直器/集光器910、911、912以及914之每一者之橫截面形狀可為與耦合至其輸入孔徑926、927、928以及929之多個LED晶粒921、922、923以及924之縱橫比相匹配的正方形形狀或矩形形狀。
如圖9所述，反射孔徑光闌930具有實質上等於四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913之輸出孔徑916、917、918以及919之聯合面積的面積及縱橫比，且併入有與目標光學幾何面面積及縱橫比相匹配的通光孔徑935。類似於本發明之前述實施例，將反射孔徑光闌930耦合至四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913之輸出孔徑上會使得並未離開通光孔徑935之準直光往回反射且耦合至孔徑916、917、918以及919上，隨後由四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913加以集中並耦合至其輸入孔徑926、927、928以及929上，在此等輸入孔徑926、927、928以及929處此光由LED設備921、922、923以及924之反射表面反射且與出自LED晶粒921、922、923以及924的光進行組合，並隨後於其返程路上由四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913準直而射向反射孔徑光闌930。實際上，將反射孔徑光闌930耦合至四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913之聯合輸出孔徑上會使得光學幾何面折疊照明系統900具有實質上與光學幾何面折疊照明系統300、700以及800之光學幾何面折疊以及光再循環能力相類似的光學幾何面折疊以及光再循環能力。
光學幾何面折疊照明系統900之附加優點在於其不需要使用二向色鏡總成來組合其四個反射器之輸出，因而，光學幾何面折疊照明系統900將比在輸入孔徑上耦合有相同數目LED晶粒的其他照明系統更為緊密且更具成本效益。此外，圖9所述之光學幾何面折疊照明系統900之設計允許四個反射器910、911、912以及913並列組配，如此將減小光學幾何面折疊照明系統900之形態因數且允許利用共同散熱片而進行更為緊密之熱設計。
此外，在將產生目標通量所需之LED晶粒總數劃分成多組LED晶粒且每一組LED晶粒與其他組LED晶粒實體分離的情況下，光學幾何面折疊照明系統900將獲得改良之熱效能，此熱效能使每一個別組LED晶粒能夠在較低接面溫度下運作，從而使得由每一組LED晶粒所提供之運作效能(就每瓦所產生之通量而言)產生改良。光學幾何面折疊照明系統900將獲得比包括多個反射器之其他照明系統(諸如光學幾何面折疊照明系統700以及800)更高的熱效能，因為在其組態中，產生目標通量所需之晶粒總數被劃分成更多組實體分離的LED晶粒。
除了能夠獲得可比得上早先針對單反射器光學幾何面折疊照明系統300所述之彼等改良的效能、漸暈、提取以及均一性改良之外，光學幾何面折疊照明系統900亦能夠獲得實質上減小之形態因數。為了說明此點，若需要與具有所要目標對光源光學幾何面比之光學幾何面折疊照明系統300結合使用的LED晶粒總數被劃分成四組，且每一組具有相等數目的LED晶粒且此等四組LED晶粒中之一組中之每一者均耦合至經設計以達成相同準直角之四個相同反射器的輸入孔徑中，則根據等式(4)可以得出，此等四個反射器之頂側以及高度尺寸將為與光學幾何面折疊照明系統300結合使用的反射器之側面及高度尺寸之一半。在如圖9所述而配置此等四個折疊準直器/集光器910、911、912以及913的情況下，其聯合輸出孔徑之側面尺寸將等於光學幾何面折疊照明系統300之側面尺寸，且包括此等四個折疊準直器/集光器之光學幾何面折疊照明系統900之高度將為光學幾何面折疊照明系統300之高度的一半加上組合主幹914之附加高度，此一般遠遠小於構成光學幾何面折疊照明系統900之四個反射器的高度。熟習此項技術者知道光學幾何面折疊照明系統900可利用四個以上反射器進行建構，且其亦知道，將達成目標通量所需之LED晶粒總數劃分成耦合至四個以上反射器之輸入孔徑中的四個以上的晶粒組會導致光學幾何面折疊照明系統900之高度的進一步減小。
在用微鏡設備作為成像器之投影系統中，需要準直角沿著僅一條軸線即垂直於微鏡鉸鏈軸之軸線(本文稱為準直軸線)相對較小，而在其他方面準直角不受限制。在此等投影系統中，照明系統能夠產生與成像器光學幾何面面積及縱橫比以及其準直軸線有效匹配之照明光斑(illumination patch)是有益的。與成像器之準直軸線相匹配所獲得的益處在於實質上減少漸暈損失，特別是在16：9的高清晰度縱橫比的情況下。先前技術之照明系統無法達成此目標。
圖10說明本發明之第五實施例－能夠達成此目標之光學幾何面折疊照明系統1000。參見圖10，光學幾何面折疊照明系統1000包括空心或固體介電質矩形橫截面反射器1010，反射器1010在其輸入孔徑1015上耦合有包括具有多種色彩之多個LED晶粒的光源1020，且在其輸出孔徑1025上耦合有具有通光孔徑1035之反射孔徑光闌1030，其中通光孔徑1035之準直角、準直軸線1036、面積及縱橫比與目標光學幾何面相匹配(一般地，目標光學幾何面為投影系統使用的微鏡成像器之光學幾何面)。反射器1010之矩形橫截面之長邊經設計以沿準直軸線1036在輸出孔徑1025處達成所要的準直角。反射器1010之矩形橫截面之短邊經設計以至少等於沿該軸線在輸出孔徑1025處的目標光學幾何面尺寸。實際上，反射器1030之矩形橫截面經設計以沿垂直於準直軸線1036之軸線來壓擠LED設備1020之光學幾何面，從而與目標光學幾何面之縱橫比進行最佳匹配且達成最小漸暈。
在光源光學幾何面大於目標光學幾何面的典型投影系統中，經壓擠之光學幾何面的尺寸遠遠大於沿準直軸線之目標光學幾何面之尺寸，此會由於漸暈而導致過度的通量效能降級。然而，反射器1010與耦合至其輸出孔徑1025中之反射孔徑光闌1035以及耦合至其輸入孔徑1015中之反射LED光源的組合所達成之光學幾何面折疊態樣將允許圖10所述之光學幾何面折疊照明系統1000達成可比得上早先針對單反射器光學幾何面折疊照明系統300所述之彼等效能改良的效能改良，同時能夠與目標光學幾何面準直角以及面積及縱橫比以及其所需之準直軸線相匹配。特別地，因為經壓擠之光學幾何面僅沿一條軸線限制準直角，所以可以得出，此目標光學幾何面一般比在整個面積上限制準直角之目標光學幾何面大(1/sinΩ')倍。因此，在能夠於其輸出通光孔徑處產生經壓擠光學幾何面的情況下，光學幾何面折疊照明系統1000亦能夠在目標對光源光學幾何面比“g”之增加值下運作，且因此能夠獲得更高值的通量效能。
圖11A說明本發明之第六實施例，此實施例利用本發明用以實現高度緊密形態因數之光學幾何面折疊照明系統1100的光學幾何面折疊態樣，其中光學幾何面折疊照明系統1100能夠達成高水準的輸出通量同時能夠有效地與目標光學幾何面之準直角、面積及縱橫比相匹配。參見圖11A，光學幾何面折疊照明系統1100包括空心或填充有固體介電質的圓形橫截面反射器1110，反射器1110在其環形輸入孔徑1115上以氣隙或指數匹配方式耦合有各包括具有多種色彩之一個或多個LED晶粒之多個光源1120，且在其輸出孔徑1125上耦合有反射孔徑光闌1130，其中反射孔徑光闌1130具有通光孔徑1135，其準直角、面積及縱橫比與目標光學幾何面相匹配。
參見圖11A，反射器1110具有三維(3－D)內表面1117以及三維(3－D)外表面1118，此等表面藉由圖11B所述將兩個並列反射器橫截面1112之垂直橫截面1150圍繞位於兩個反射器橫截面1112中間的垂直軸線1122旋轉180°而產生。參見圖11B，內表面1117藉由將兩個反射器橫截面1112之兩個內側1123圍繞垂直軸線1122旋轉180°而產生，且外表面1118藉由將兩個反射器橫截面1112之兩個外側1124圍繞同一垂直軸線1122旋轉180°而產生。兩個反射器橫截面1112之每一者之輸入端1126的寬度經設計以與耦合至光學幾何面折疊照明系統1100之輸入孔徑上之LED晶粒1120的寬度相匹配，且兩個反射器橫截面1112之每一者之輸出端1127的寬度經設計以達成光學幾何面折疊照明系統1100之輸出通光孔徑1135處所需的準直角。兩個反射器橫截面1112之兩個內側1123之高度1128經設計以達成光學幾何面折疊照明系統1100之輸出通光孔徑1135處的準直角，且兩個反射器橫截面1112之兩個外側1124之高度1129經設計以達成光學幾何面折疊照明系統1100之輸出通光孔徑1135處的所需均一性水準。
參見圖11B，輸入寬度1126(由符號a表示)經設計以與LED設備1120之寬度相匹配。中心至中心的寬度1127(由符號a'表示)經設計以基於等式(4)而達成所需之準直角Ω'，且兩個內側1123之相交點處的內高度1128(由符號Linner 表示)是基於等式(5)而設計。圖11B所述之垂直橫截面1150圍繞其垂直軸線1122旋轉180°將產生具有環形形狀的且內徑以及外徑分別等於(a'－0.5a)以及(a'＋0.5a)的輸入孔徑1115，以及具有等於2a'之半徑1133的圓形輸出孔徑1125。
反射器1110之外側1118之高度1129(由符號Louter 表示)經設計以達成光學幾何面折疊照明系統1100之輸出通光孔徑處的所需均一性水準，且一般為內高度之兩倍：Louter ＝2 Linner (17)
其中，基於等式(5)，反射器1110之內高度1132 Linner 表示為：Linner ＝(a＋a' )/2 tan Ω' (18)
光學幾何面折疊照明系統1100之圖11A頂視橫截面圖示展示耦合至環形輸入孔徑1115上之多個LED設備1120，且亦展示併入於圓形輸出孔徑1125中且與目標光學幾何面之面積及縱橫比相匹配的矩形通光孔徑1135。圖11A頂視橫截面圖示展示部份裝填有LED設備1120之環形輸入孔徑1115，其中環形輸入孔徑1115以及在所耦合之LED設備1120之間的區域1131在光學幾何面折疊照明系統1100填充有固體介電質的情況下塗覆有反射材料，或在光學幾何面折疊照明系統1100為空心的情況下以反射表面圍封。
當完全裝填有LED設備1120時，可耦合至環形輸入孔徑1115上之LED設備1120之總數(由符號N表示)將由如下等式給出：N＝int[π/tan－1 {sin Ω' /(1－sin Ω' )}] (19)
其中int[x]表示x之整數值。
當耦合至環形輸入孔徑1115上之LED設備1120之數目為小於N之n時，光學幾何面折疊照明系統1100之反射率因數便表示為：R＝RA RW {RS (n/N)＋RB (1－n/N)} (20)
其中RB 表示環形輸入孔徑1115之未裝填有LED設備1120之區域1131的反射率。可購得的反射塗佈技術可達成的反射率RB 之典型值範圍為0.9至0.98。
在光學幾何面折疊照明系統1100中，未離開通光孔徑1135之光將分別藉由反射器1110之反射孔徑光闌1130、部份或完全裝填有具有反射表面之LED設備1120的反射環形輸入孔徑1115以及內表面及外表面1117及1118之間的反射而進行再循環。類似於本發明之其他實施例，反射器1110充當出自部份或完全裝填有LED設備1120之反射環形輸入孔徑1115的光之準直器，且亦充當由反射孔徑光闌1125之反射部份所反射的光之集光器。光學幾何面折疊照明系統1100可達成的通量效能以及照度增益分別由等式(11)以及(13)給出，其中反射率因數R由等式(20)給出且目標對光源光學幾何面比g由等式(8)給出，其中被完全裝填之輸入孔徑的Gs 為耦合至環形輸入孔徑1115中之LED設備的組合光學幾何面之值。
除了能夠獲得可比得上早先針對單反射器光學幾何面折疊照明系統300所述之彼等改良的效能、漸暈、提取以及均一性改良之外，光學幾何面折疊照明系統1100亦能夠獲得實質上減小之形態因數。為了說明此點，若所需準直角為12°，則基於等式(19)，總共12個LED晶粒可耦合至光學幾何面折疊照明系統1100之環形輸入孔徑1115中。若12個1x1 mm LED晶粒耦合至環形輸入孔徑1115中，則光學幾何面折疊照明系統1100之基圓半徑以及頂圓半徑將分別為5.3 mm以及8.2 mm，且其高度將為27.3 mm。相比而言，若12個1x1 mm LED晶粒作為單組晶粒耦合至先前技術之圓形橫截面照明系統的匹配輸入孔徑中，則其基圓半徑以及頂圓半徑將分別為2.5 mm以及12 mm，且其高度將為68 mm。另一方面，若12個LED晶粒被劃分成三組，且每一組包括四個紅色、四個綠色以及四個藍色LED晶粒及每一組四個LED晶粒耦合至圓形橫截面照明系統之輸入孔徑中且三個照明系統之輸出與二向色反射器總成相組合，則照明系統總成之最大寬度將為大約41 mm且其高度將為大約52 mm。自前述實例可以看出，光學幾何面折疊照明系統1100之徑向組態與比照的先前技術照明系統之任一組態相比將達成更小的總形態因數。此在諸如攜帶型投影儀以及投影陣列系統之緊密投影系統應用中尤為重要。
自等式(15)至(20)得出的光學幾何面折疊照明系統1100之設計經最佳化以在整個輸出通光孔徑1125上均一地達成所需準直角。熟習此項技術者將瞭解，其他設計標準可用來設計將產生與上述設計實例不同之尺寸的光學幾何面折疊照明系統1100。
光學幾何面折疊照明系統1100之附加優點在於其無需使用二向色鏡總成來組合耦合至其環形輸入孔徑1115中之多個LED設備的輸出，因而光學幾何面折疊照明系統900將比輸入孔徑上耦合有相同數目LED晶粒的其他照明系統更為緊密且更具成本效益。此外，光學幾何面折疊照明系統1100之附加優點在於，耦合至其環形孔徑1115中之LED晶粒之空間分離將獲得改良之熱效能，此熱效能將使每一個別LED晶粒能夠在較低接面溫度下運作，從而使得由LED晶粒之每一者提供的運作效能(就每瓦所產生之通量而言)產生改良。
總而言之，本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例原則上用作“光學幾何面調適器”，其輸入孔徑處的光學幾何面與光源之光學幾何面相匹配且其輸出孔徑處的光學幾何面與所要的小得多的目標光學幾何面相匹配。本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例能夠達成比先前技術照明系統更高的發光通量效能，因為其輸入孔徑處之光源所產生的落在其輸出孔徑之收集區域之外的發光通量反向再循環至光源光學幾何面，且與輸入發光通量整合而非永久性損失掉。具有此特徵，本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例能夠有效地將具有較大光學幾何面之光源(諸如，發光二極體(LED))所產生之光耦合至具有小得多的光學幾何面之微顯示成像器(諸如，投影系統中使用的彼等成像器)中，而不會造成過度的通量損失。在達成高的發光通量效能(有效地使發光通量守恆)同時能夠將其輸入處之較大光學幾何面映射至較小的輸出光學幾何面中的情況下，本發明之照明系統之多個實施例能夠在其輸出孔徑處達成比耦合至其輸入孔徑上之LED光源之照度更高的照度，亦即，本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例能夠達成照度增益。
此外，本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例克服了以投影系統應用為目標之先前技術LED式照明系統的多個弱點，且提供若干優點，包括：1.能夠有效地將包括多個LED晶粒之光源的典型較大光學幾何面與典型投影系統使用的成像器之小得多的光學幾何面相耦合；2.能夠與目標成像器光學幾何面相匹配同時使通量之守恆最大化；3.能夠實質上使輸入孔徑以及輸出孔徑之縱橫比去耦合，從而使得能夠有效地與輸入孔徑處的LED光源之縱橫比相匹配，同時獨立且有效地與輸出孔徑處的目標光學幾何面之縱橫比相匹配；4.能夠與目標成像器面積、準直角、縱橫比以及準直軸線方位相匹配，從而實質上減少由於漸暈而引起的通量效能降級；5.能夠調整所產生之照明光斑的形狀以補償照明軸線傾斜；6.能夠有效地利用在使用指數匹配耦合時可由光提取改良產生的通量增加；7.能夠在無需額外均勻化構件的情況下達成較為均一之輻照輪廓；8.能夠在不使用二向色組合鏡的情況下達成產生自多色LED晶粒之光的有效組合，從而更具成本效益；9.能夠允許耦合至輸入孔徑中之LED晶粒之間的空間分離，從而允許LED設備以較高熱效能運作；以及10.能夠達成較小形態因數，此對多個投影系統應用均是有益的。
在前文之實施方式中，已參考本發明之特殊實施例而對其進行了描述。然而，應清楚地看到，在不脫離本發明之廣泛精神以及範疇的情況下可對其進行變更以及修改。因此，設計細節以及圖式應看作是說明性的而非限制性的。
熟習此項技術者將認識到，本發明之若干部份可採用與上文針對較佳實施例所述之實施情形不同的方式來實施。舉例而言，熟習此項技術者將瞭解，本發明之光學幾何面折疊照明系統之多個實施例可在對如下各項作出許多改變的情況下實施：所用反射器之數目、反射器之特殊設計細節、用於組合所用之多個反射器之光輸出的構件之特殊細節，以及將LED晶粒耦合至所用反射器之孔徑上的構件之特殊設計細節及特殊的熱管理設計細節。熟習此項技術者亦將瞭解，可在不脫離本發明之基本原理的情況下對本發明之上述實施例之細節進行修改。所以，本發明之範疇僅由隨附申請專利範圍來確定。
100．．．典型投影系統
110．．．光源
120．．．照明系統
130．．．成像器
140．．．投影光學器件
210．．．垂直軸線
220．．．水平軸線
230．．．氣隙耦合曲線
240．．．指數匹配耦合曲線
250．．．垂直虛線
300．．．光學幾何面折疊照明系統
310．．．反射器
311．．．反射器
315．．．輸入孔徑
320．．．光源
325．．．輸出孔徑
330．．．反射孔徑光闌
335．．．通光孔徑
340．．．折疊準直器/集光器
410．．．漸暈陰影區域
420．．．漸暈陰影區域
430．．．漸暈陰影區域
440．．．漸暈陰影區域
501．．．通量
502．．．總整合通量
503．．．通量
510．．．通量
540．．．通量
610．．．水平軸線
620．．．左手邊垂直軸線
630．．．右手邊垂直軸線
640．．．曲線組
650．．．曲線組
700．．．光學幾何面折疊照明系統
710．．．反射器
712．．．反射器
715．．．輸入孔徑
717．．．輸入孔徑
720．．．光源
722．．．光源
725．．．輸出孔徑
727．．．輸出孔徑
730．．．反射孔徑光闌
732．．．反射孔徑光闌
735．．．通光孔徑
737．．．通光孔徑
739．．．輸出孔徑
740．．．折疊準直器/集光器
742．．．折疊準直器/集光器
750．．．組合總成
751．．．稜鏡
752．．．稜鏡751之短邊面
753．．．稜鏡751之長邊面
754．．．稜鏡
755．．．稜鏡754之長邊面
757．．．稜鏡754之短邊面
758．．．稜鏡
759．．．稜鏡758之長邊面
760．．．稜鏡758之短邊面
761．．．稜鏡751之短邊面
780．．．散熱片
800．．．光學幾何面折疊照明系統
810．．．反射器
811．．．垂直反射壁
812．．．反射器
814．．．反射器
815．．．輸入孔徑
817．．．輸入孔徑
819．．．輸入孔徑
820．．．光源
822．．．光源
824．．．光源
825．．．輸出孔徑
827．．．輸出孔徑
829．．．輸出孔徑
830．．．反射孔徑光闌
832．．．反射孔徑光闌
833．．．輸出孔徑
834．．．反射孔徑光闌
835．．．通光孔徑
837．．．通光孔徑
839．．．通光孔徑
840．．．折疊準直器/集光器
842．．．折疊準直器/集光器
844．．．折疊準直器/集光器
850．．．組合總成
851．．．四稜鏡總成
852．．．反射鏡
853．．．反射鏡
854．．．中繼透鏡
855．．．中繼透鏡
856．．．稜鏡
857．．．稜鏡之短邊面
858．．．稜鏡
859．．．稜鏡之短邊面
880．．．散熱片
900．．．光學幾何面折疊照明系統
910．．．折疊準直器/集光器
911．．．折疊準直器/集光器
912．．．折疊準直器/集光器
913．．．折疊準直器/集光器
914．．．組合主幹
916．．．輸出孔徑
917．．．輸出孔徑
918．．．輸出孔徑
919．．．輸出孔徑
921．．．LED晶粒/光源
922．．．LED晶粒/光源
923．．．LED晶粒/光源
924．．．LED晶粒/光源
926．．．輸入孔徑
927．．．輸入孔徑
928．．．輸入孔徑
929．．．輸入孔徑
930．．．聯合反射孔徑光闌
935．．．通光孔徑
1000．．．光學幾何面折疊照明系統
1010．．．反射器
1015．．．輸入孔徑
1020．．．光源
1025．．．輸出孔徑
1030．．．反射孔徑光闌
1035．．．通光孔徑
1036．．．準直軸線
1100．．．光學幾何面折疊照明系統
1110．．．反射器
1112．．．反射器橫截面
1115．．．輸入孔徑
1117．．．反射器內表面
1118．．．反射器外表面
1120．．．光源/LED晶粒
1122．．．垂直軸線
1123．．．橫截面1112之內側
1124．．．橫截面1112之外側
1125．．．輸出孔徑
1126．．．橫截面1112之輸入端
1127．．．橫截面1112之輸出端
1128．．．內側1123之高度
1129．．．外測1124之高度
1130．．．反射孔徑光闌
1131．．．LED晶粒之間的區域
1135．．．通光孔徑
1150．．．垂直橫截面
g．．．目標對光源光學幾何面比
R．．．反射率因數
S．．．面積
S'．．．反射面積
Ω．．．角度
Ω'．．．準直角
圖1說明投影系統中使用的先前技術之背照明系統。
圖2說明用於達成使用LED光源之先前技術照明系統之最大效能的條件。
圖3A說明本發明之照明系統之第一實施例的橫截面圖。
圖3B說明本發明之照明系統之第一實施例的等角視圖，其中此第一實施例具有正方形橫截面。
圖3C說明本發明之照明系統之第一實施例的等角視圖，其中此第一實施例具有圓形橫截面。
圖4說明在與投影系統縱橫比相匹配時由於漸暈所引起的效能降級。
圖5說明本發明之照明系統之光再循環態樣的方塊圖表示。
圖6說明本發明之照明系統之發光通量效能以及照度增益特性。
圖7A說明本發明之照明系統之第二實施例的橫截面圖。
圖7B說明本發明之照明系統之第二實施例之組合總成的橫截面圖。
圖8A說明本發明之照明系統之第三實施例的橫截面圖。
圖8B說明本發明之照明系統之第三實施例之組合總成的橫截面圖。
圖9說明本發明之照明系統之第四實施例的等角視圖。
圖10說明本發明之照明系統之第五實施例的等角視圖。
圖11A說明本發明之照明系統之第六實施例的橫截面圖以及等角視圖。
圖11B說明本發明之照明系統之第六實施例的垂直橫截面圖。
1100．．．光學幾何面折疊照明系統
1110．．．反射器
1115．．．輸入孔徑
1117．．．反射器內表面
1118．．．反射器外表面
1120．．．光源/LED晶粒
1125．．．輸出孔徑
1130．．．反射孔徑光闌
1131．．．LED晶粒之間的區域
1135．．．通光孔徑

Claims (70)

  1. 一種用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，具有輸入孔徑，其界定一在所述折疊準直器/集光器的第一端的輸入孔徑區域；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器亦具有一反射內表面；反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比；發光二極體(LED)設備，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑，所述發光二極體設備包括至少一發光二極體晶粒，其具有一與所述輸出孔徑相面對的平坦反射表面，其中，所述至少一發光二極體晶粒的所述平坦反射表面因為包括晶粒內光再循環或光子晶格之使用之至少其一而具反射功能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述LED晶粒之所述平坦反射表面具有至少0.7的表面反射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述發光二極體設備包括多個LED晶粒，且所述多個LED晶粒之間的所述 輸入孔徑區域具有與所述輸出孔徑相面對的反射表面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器具有矩形的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中：所述LED設備所產生之光通量是與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述平坦反射表面反射所得的光通量進行整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述折疊準直器/集光器中並在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述LED設備之所 述光學幾何面為所述至少一LED晶粒之全體發光表面，且所述至少一LED晶粒之所述表面藉由併入有光通量提取改良構件而成為具有反射性。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器充當光學幾何面調適器，其將所述LED設備之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器以及所述反射孔徑中之光通量之所述整合、準直、再循環以及集中等等共同地使得所述光學幾何面折疊照明系統能夠經組態以實質上使其輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED設備以指數匹配方式耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑，從而藉由改良提取效能而增加所述光通量。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器經組態以在所述LED設備產生之所述光通量離開所述輸出通光孔徑之前使所述光通量均勻化而不需額外的均勻化構件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學 幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其中所述輸出通光孔徑具有朝向所述目標光學幾何面的一傾斜角度，所述輸出通光孔徑被形成為以進行照亮的一形狀。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之用以照射目標光學幾何面之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  14. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：兩個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述兩個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有具有多個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括多個紅色以及藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；以及 反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑之每一者，每一反射孔徑光闌都具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述組合總成經組態以將出自所述兩個折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑的光中繼至所述光學幾何面折疊照明系統之所述輸出孔徑上，且包括耦合至所述兩個折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑上的六稜鏡總成，所述六個稜鏡每一者具有直角三角形橫截面且具備三種類型，其中所述橫截面具有兩個相等短邊以及一個長邊；第一類稜鏡其短邊面具有實質上等於各別折疊準直器/集光器之所述各別輸出通光孔徑之面積及縱橫比，且其長邊面塗覆有反射塗層；第二類稜鏡其長邊面具有實質上等於各別折疊準直器/集光器之所述各別輸出通光孔徑之面積及縱橫比，且其短邊面塗覆有綠色反射二向色塗層；以及第三類稜鏡其長邊面具有實質上等於各別折疊準直器/集光器之所述各別輸出通光孔徑之面積及縱橫比，且其短邊面塗覆有紅色以及藍色反射二向色塗層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中每一折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集 光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器之每一者之所述輸出通光孔徑小於所述各別折疊準直器/集光器之鄰近橫截面面積，所述兩個輸出通光孔徑經置放以使得自所述兩個折疊準直器/集光器耦合至所述光組合總成中之光通量經歷實質上相等的光學路徑長度。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述多個綠色LED晶粒與所述多個紅色以及藍色LED晶粒實體分離。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  19. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：兩個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述兩個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或 指數匹配方式耦合有具有多個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括多個紅色以及藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；以及反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑之每一者，每一反射孔徑光闌都具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質且所述LED晶粒以氣隙方式耦合至其輸入孔徑上；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述各別輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環 光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述兩個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中每一折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器之每一者之所述輸出通光孔徑小於所述各別折疊準直器/集光器之鄰近橫截面面積，所述兩個輸出通光孔徑經置放以使得自所述兩個折疊準直器/集光器耦合至所述光組合總成中之光通量經歷實質上相等的光學路徑長度。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述多個綠色LED晶粒與所述多個紅色以及藍色LED晶粒實體分離。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  24. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：兩個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述兩個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有具有多個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括多個紅色以及藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；以及反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑之每一者，每一反射孔徑光闌都具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中： 所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED晶粒以指數匹配方式耦合至其輸入孔徑上，以藉由改良提取效能而增加所述光通量；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述各別之輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述兩個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中每一折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器之每一者之所述輸出通光孔徑小於所述各別折疊準直器/集光器之鄰近橫截面面積，所述兩個輸出通光孔徑經置放以使得自所述兩個折疊準直器/集光器耦合至所述光組合總成中之光通量經歷實質上相等的光學路徑長度。
  27. 如申請專利範圍第24項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述多個綠色LED晶粒與所述多個紅色以及藍色LED晶粒實體分離。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  29. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：三個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者都具有反射內 表面；光組合總成，其經組態以將所述三個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個紅色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第三折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；以及反射孔徑光闌，耦合至所述第一折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述組合構件經組態以將出自所述三個折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑的光中繼至所述光學幾何面折疊照明系統之所述輸出孔徑上，且包括如下的總 成，所述總成包括四個組合稜鏡、兩個反射鏡以及兩個中繼透鏡；第一組反射鏡與中繼透鏡經組態以將所述第二折疊準直器/集光器之輸出光耦合至所述組合稜鏡總成中；第二組反射鏡與中繼透鏡經組態以將所述第三折疊準直器/集光器之輸出光耦合至所述組合稜鏡總成中；所述稜鏡總成包括兩種不同類型之稜鏡，每一種具有直角三角形橫截面，其中所述橫截面具有兩個相等的短邊以及一個長邊；以及第一類稜鏡其短邊面之一者塗覆有藍色反射二向色塗層，且第二類稜鏡其短邊面之一者塗覆有紅色反射二向色塗層。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述三個折疊準直器/集光器之每一者為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀，且在其輸出孔徑上耦合有反射孔徑光闌，所述反射孔徑光闌併入有所述各別折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中：所述第二準直器/集光器以及所述第三準直器/集光器每一者具有小於所述目標光學幾何面之準直角的準直 角；所述第二準直器/集光器以及所述第三準直器/集光器之高度利用垂直反射壁進行延伸；以及由此，使得自所述三個準直器/集光器之所述通光孔徑至所述組合稜鏡總成中的耦合之光學路徑長度實質上相等。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中包括至少一個綠色LED晶粒的所述光源、包括至少一個紅色LED晶粒的所述光源、以及包括至少一個藍色LED晶粒的所述光源彼此實體分離。
  33. 如申請專利範圍第29項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  34. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：三個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者都具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述三個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或 指數匹配方式耦合有包括至少一個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個紅色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第三折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；以及反射孔徑光闌，耦合至所述第一折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中所述三個折疊準直器/集光器之每一者實質上具有相同的通光孔徑特性且具有不同的目標對光源光學幾何面比，且耦合至所述第一折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑上的綠色LED晶粒之數目實質上等於耦合至所述第二折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑上的所述紅色LED晶粒之數目加上耦合至所述第三折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑上的所述藍色LED晶粒之數目，從而允許所述光學幾何面折疊照明系統在所述目標光學幾何面下產生全色域。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述三個折疊準直器/集光器之每一者為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀，且在其輸出孔徑上耦合有反射孔徑光闌，所述反射孔徑光闌併入有所述各別折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑。
  36. 如申請專利範圍第34項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  37. 如申請專利範圍第34項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中包括至少一個綠色LED晶粒的所述光源、包括至少一個紅色LED晶粒的所述光源、以及包括至少一個藍色LED晶粒的所述光源彼此實體分離。
  38. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：三個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者都具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述三個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系 統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個紅色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第三折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；以及反射孔徑光闌，耦合至所述第一折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，且所述LED晶粒以氣隙方式耦合至其輸入孔徑上；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合； 所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述各別的輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取構件而為反射性的。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述三個折疊準直器/集光器之每一者為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀，且在其 輸出孔徑上耦合有反射孔徑光闌，所述反射孔徑光闌併入有所述各別折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑。
  40. 如申請專利範圍第38項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中包括至少一個綠色LED晶粒的所述光源、包括至少一個紅色LED晶粒的所述光源、以及包括至少一個藍色LED晶粒的所述光源彼此實體分離。
  41. 如申請專利範圍第38項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  42. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：三個折疊準直器/集光器，每一者具有輸入孔徑，其在所述折疊準直器/集光器的第一端；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器每一者都具有反射內表面；光組合總成，其經組態以將所述三個折疊準直器/集光器之光通量輸出耦合至所述光學幾何面折疊照明系統之輸出孔徑中；第一折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個綠色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第二折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或 指數匹配方式耦合有包括至少一個紅色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；第三折疊準直器/集光器在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括至少一個藍色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面；所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；以及反射孔徑光闌，耦合至所述第一折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED晶粒以指數匹配方式耦合至其輸入孔徑上，以藉由改良提取效能增加所述光通量；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述各別的輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相 同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述三個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取構件而為反射性的。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中所述三個折疊準直器/集光器之每一者為空心的或填充有固體介電質，具有選自由圓形、正方形以及矩形組成之組的橫截面，具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀，且在其輸出孔徑上耦合有反射孔徑光闌，所述反射孔徑光闌併入有所述各別折疊準直器/集光器之所述輸出通光孔徑。
  44. 如申請專利範圍第42項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中包括至少一個綠色LED晶粒的所述光源、包括至少一個紅色LED晶粒的所述光源、以及包括至少一個藍色LED晶粒的所述光源彼此實體分離。
  45. 如申請專利範圍第42項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  46. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：四個折疊準直器/集光器，其以平鋪組態而配置著，每一折疊準直器/集光器具有位於所述折疊準直器/集光器之第一端之輸入孔徑，所述折疊準直器/集光器的高度經延伸並聯合以便在所述折疊準直器/集光器的與第一端為相反側的第二端上形成具有單一聯合反射輸出孔徑之組合主幹(stem)，所述折疊準直器/集光器每一者具有反射內表面；所述折疊準直器/集光器之每一者在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括多個同色或多色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔徑相面對的平坦反射表面，所述四個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，且所述LED晶粒以氣隙方式耦合至其輸入孔徑上； 所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述四個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  47. 如申請專利範圍第46項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中每一折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有選自由正方形以及矩形組 成之組的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  48. 如申請專利範圍第46項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中對於所述折疊準直器/集光器之每一者的所述光源與對於所述折疊準直器/集光器之其他的所述光源實體分離。
  49. 如申請專利範圍第46項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，不包括二向色鏡總成。
  50. 如申請專利範圍第46項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照明之影像的投影裝置。
  51. 一種用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其包括：四個折疊準直器/集光器，其以平鋪組態而配置著，每一折疊準直器/集光器具有位於所述折疊準直器/集光器之第一端之輸入孔徑，所述折疊準直器/集光器的高度經延伸並聯合以便在所述折疊準直器/集光器的與第一端為相反側的第二端上形成具有單一聯合反射輸出孔徑之組合主幹(stem)，所述折疊準直器/集光器每一者具有反射內表面；所述折疊準直器/集光器之每一者在其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有包括多個同色或多色LED晶粒之光源，每一LED晶粒都具有一與其輸出孔 徑相面對的平坦反射表面，所述四個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑之所述區域的至少一部份為反射性的；反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED晶粒以指數匹配方式耦合至其輸入孔徑上，以藉由改良提取效能而增加所述光通量；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之由所述孔徑光闌之所述反射部份反射的一部份重新耦合至所述折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減 小漸暈損失，以及實質上使輸入以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為耦合至所述四個準直器/集光器之每一者之所述輸入孔徑上的所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  52. 如申請專利範圍第51項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中每一折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有選自由正方形以及矩形組成之組的橫截面，且具有選自由複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、以及複合橢圓面集光器(CEC)組成之形狀組的形狀。
  53. 如申請專利範圍第51項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其中對於所述折疊準直器/集光器之每一者的所述光源與對於所述折疊準直器/集光器之其他的所述光源實體分離。
  54. 如申請專利範圍第51項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，不包括二向色鏡總成。
  55. 如申請專利範圍第51項所述之用以照射目標之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照明之影像的投影裝置。
  56. 一種光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，其具有位於所述折疊準直器/集光器之第一端之輸入孔徑；以及輸出孔徑，其位於所 述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器具有反射內表面；光源，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑，所述光源具有多個單色或多色發光二極體(LED)晶粒，所述LED晶粒將光通量提供至所述折疊準直器/集光器中，所述LED晶粒具有一與所述輸出孔徑相面對的平坦反射表面；以及反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質且所述LED晶粒以氣隙方式耦合至其輸入孔徑上；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之一部份由所述孔徑光闌之所述反射部份反射並重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環 光通量之集光器，及用以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入孔徑以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取構件而為反射性的。
  57. 如申請專利範圍第56項所述之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有矩形橫截面，且為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、或複合橢圓面集光器(CEC)，且來自所述LED晶粒之所述光通量藉由氣隙或指數匹配耦合而耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑中。
  58. 如申請專利範圍第56項所述之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  59. 一種光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，其具有位於所述折疊準直器/集光器之第一端之輸入孔徑；以及輸出孔徑，其位於所述折疊準直器/集光器的與所述第一端為相反側的第二端，所述折疊準直器/集光器具有反射內表面；光源，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔 徑，所述光源具有多個單色或多色發光二極體(LED)晶粒，所述LED晶粒將光通量提供至所述折疊準直器/集光器中，所述LED晶粒具有一與所述輸出孔徑相面對的平坦反射表面；以及反射孔徑光闌，耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸出孔徑，所述反射孔徑光闌具有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，其中：所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED晶粒以指數匹配方式耦合至其輸入孔徑上，以藉由改良提取效能而增加所述光通量；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之一部份由所述孔徑光闌之所述反射部份反射並重新耦合至所述各別折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，及用以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾 何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入孔徑以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取構件而為反射性的。
  60. 如申請專利範圍第59項所述之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，具有矩形橫截面，且為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、或複合橢圓面集光器(CEC)，且來自所述LED晶粒之所述光通量藉由氣隙或指數匹配耦合而耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑中。
  61. 如申請專利範圍第59項所述之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  62. 一種光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有多個單色或多色發光二極體(LED)晶粒，且其具有反射輸出孔徑光闌，所述反射輸出孔徑光闌併入有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，所述輸入孔徑面向所述輸出孔徑，且所述輸入孔徑之區域之至少一部份為反射性的，其中所述折疊準直器/集光器具有環形輸入孔徑，由此所述輸入孔徑的在所述經耦合 之LED晶粒之間的區域在所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質時塗覆有反射材料，或在所述折疊準直器/集光器為空心時以反射表面圍封。
  63. 如申請專利範圍第62項所述之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，且其內表面為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、複合橢圓面集光器(CEC)或錐形光管(TLP)。
  64. 如申請專利範圍第62項所述之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  65. 一種光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有多個單色或多色發光二極體(LED)晶粒，且其具有反射輸出孔徑光闌，所述反射輸出孔徑光闌併入有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，所述輸入孔徑面向所述輸出孔徑，至少所述多個LED晶粒之一具有反射表面，其中：所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質且所述LED晶粒以氣隙方式耦合至其輸入孔徑上；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準 直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之一部份由所述孔徑光闌之所述反射部份反射並重新耦合至所述折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，及用以使所述光通量均勻化，且充當光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入孔徑以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  66. 如申請專利範圍第65項所述之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，且其內表面為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、複合橢圓面集光器(CEC)或錐形光管(TLP)。
  67. 如申請專利範圍第65項所述之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
  68. 一種光學幾何面折疊照明系統，其包括：折疊準直器/集光器，其輸入孔徑上以氣隙或指數匹配方式耦合有多個單色或多色發光二極體(LED)晶粒，且其具有反射輸出孔徑光闌，所述反射輸出孔徑光闌併入有輸出通光孔徑，其具有準直角、面積及縱橫比，所述輸入孔徑面向所述輸出孔徑，至少所述多個LED晶粒之一具有反射表面，其中：所述折疊準直器/集光器填充有固體介電質，且所述LED晶粒以指數匹配方式耦合至所述折疊準直器/集光器之所述輸入孔徑上，以藉由改良提取效能而增加所述光通量；所述LED晶粒產生之光通量與藉由所述反射孔徑光闌進行再循環以及由所述LED晶粒之所述反射表面反射所得的光通量整合；所述整合光通量由所述折疊準直器/集光器加以準直，直至到達所述反射孔徑光闌，其中所述整合光通量之一部份離開所述輸出通光孔徑，且所述整合光通量之一部份由所述孔徑光闌之所述反射部份反射並重新耦合至所述折疊準直器/集光器中，且在其返程路上被所述折疊準直器/集光器集中至其原先所出自的相同反射源光學幾何面；所述折疊準直器/集光器以及反射孔徑光闌充當光通量整合器、所述整合光通量之準直器以及所述再循環光通量之集光器，及用以使所述光通量均勻化，且充當 光學幾何面調適器，以將所述LED式光源之所述光學幾何面轉變成較小的目標光學幾何面從而改良光通量效能及減小漸暈損失，以及實質上使輸入孔徑以及輸出通光孔徑之所述縱橫比去耦合；每一光源之所述光學幾何面為所述多個LED晶粒之全體發光表面，且所述LED晶粒之所述反射表面由於併入有光通量提取改良構件而為反射性的。
  69. 如申請專利範圍第68項所述之光學幾何面折疊照明系統，其中所述折疊準直器/集光器為空心的或填充有固體介電質，且其內表面為複合抛物面集光器(CPC)、複合雙曲面集光器(CHC)、複合橢圓面集光器(CEC)或錐形光管(TLP)。
  70. 如申請專利範圍第68項所述之光學幾何面折疊照明系統，其更包括用以投射由所述光學幾何面折疊照明系統照射之影像的投影裝置。
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