雙光源增強(qiáng)積分系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了一種雙光源增強(qiáng)積分系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：具有重疊光譜的第一光源和第二光源；光積分器，其被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，并且具有第一光入口面和第二光入口面；以及分束器系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自第一光源和第二光源中的每一個(gè)的光大約相等地分配到第一光入口面和第二光入口面中的每一個(gè)，使得來(lái)自第一光源和第二光源中的每一個(gè)的光在第一光入口面和第二光入口面中的每一個(gè)處大約相等地合成。
【專利說(shuō)明】
雙光源増強(qiáng)積分系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明總體涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，并具體地涉及一種雙光源增強(qiáng)積分(integrat1n)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)光的均勻化現(xiàn)有的方案使用積分棒或者復(fù)眼透鏡，這增加了照明光路的長(zhǎng)度。這種現(xiàn)有的方案還使用類似亮度和顏色均勻度的光源(例如燈具)以簡(jiǎn)化光均勻化的要求。但是，當(dāng)照明光源在顏色和強(qiáng)度上基本不同時(shí)，現(xiàn)有的積分器方案可能不能滿意地將兩種光源積分(integrate)為公共光束。具有基本不同顏色光源的應(yīng)用的示例是具有顏色缺乏的初級(jí)光源的投影儀，其需要另外的顏色(例如紅色)以實(shí)現(xiàn)所期望的輸出顏色點(diǎn)。當(dāng)照明光源的相應(yīng)的光譜重疊時(shí)，該問(wèn)題會(huì)變得更加難以解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本說(shuō)明書致力于一種系統(tǒng)，其中利用分束器(例如，50/50分束器和/或偏振分束器)和積分器的組合對(duì)來(lái)自發(fā)射不同顏色和具有重疊光譜的兩個(gè)光源的光進(jìn)行積分，所述積分器對(duì)在來(lái)自所述兩個(gè)光源的光經(jīng)分束器合成之后對(duì)其進(jìn)行積分。
[0004]在本說(shuō)明書中，元件可以描述成“被配置為”執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)功能或者“針對(duì)”這些功能“配置”。通常，被配置為執(zhí)行功能或?yàn)榱藞?zhí)行功能所配置的元件能夠執(zhí)行該功能，或者適合于執(zhí)行該功能，或者適應(yīng)于執(zhí)行該功能，或者可操作執(zhí)行該功能，或者能夠執(zhí)行該功會(huì)K。
[0005]理解的是，為了本說(shuō)明書的目的，語(yǔ)言“X、Y和Z中的至少一個(gè)”和“X、￥和2中的一個(gè)或更多個(gè)”可被解釋為僅X、僅Y、僅Z、或者X、Y和Z中的兩項(xiàng)或更多項(xiàng)的任意組合(例如XYZ、ΧΥ、ΥΖ、ΖΖ等)。類似的邏輯可應(yīng)用于出現(xiàn)“至少一個(gè)..和“一個(gè)或更多個(gè)..的任何情況下的兩個(gè)或更多個(gè)項(xiàng)。
[0006]本說(shuō)明書的一方面提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:第一光源，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光;第二光源，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，所述第二給定顏色不同于所述第一給定顏色，所述第一顏色和所述第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)的光譜互相重疊;光積分器，其包括:至少一個(gè)機(jī)體(body)，其被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，所述至少一個(gè)機(jī)體包括相應(yīng)的長(zhǎng)度和光出口端;第一光入口器件，其包括第一光入口面，所述第一光入口器件位于所述光出口端的遠(yuǎn)端;和第二光入口器件，其包括與所述第一光入口面平行的第二光入口面;所述第一光入口器件和所述第二光入口器件中的每一個(gè)被配置為接收光，并且將光偏轉(zhuǎn)到所述至少一個(gè)機(jī)體并朝向所述光出口端；以及分束器系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光大約相等地分布到所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)，使得來(lái)自所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光在所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)處大約相等地合成。
[0007]所述分束器系統(tǒng)可被進(jìn)一步配置為:將來(lái)自所述第一光源的所述第一給定顏色的光的大約一半透射至所述第一光入口面;將來(lái)自所述第一光源的所述第一給定顏色的光的其余一半反射至所述第二光入口面;將來(lái)自所述第二光源的所述第二給定顏色的光的大約一半透射至所述第二光入口面;并且，將來(lái)自所述第二光源的所述第二給定顏色的光的其余一半反射至所述第一光入口面。
[0008]所述分束器系統(tǒng)可包括分束器、以及一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)部件。
[0009]所述分束器系統(tǒng)可包括:一個(gè)或更多個(gè)50/50分束器和偏振分束器；以及一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)部件。
[0010]所述分束器系統(tǒng)可包括分束器以及以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)；至少一個(gè)鏡子、至少一個(gè)平面鏡;至少一個(gè)曲面鏡;至少一個(gè)透鏡；以及至少一組透鏡。
[0011 ]所述分束器系統(tǒng)可包括分束器、第一鏡子和第二鏡子，所述第一鏡子和所述第二鏡子中的每一個(gè)被配置為將來(lái)自所述分束器的相應(yīng)的光反射至相應(yīng)的光入口面。
[0012]所述分束器系統(tǒng)可包括分束器、第一組透鏡和第二組透鏡，所述第一組透鏡和所述第二組透鏡中的每一組被配置為將來(lái)自所述分束器的相應(yīng)的光引導(dǎo)至相應(yīng)的光入口面。
[0013]所述第一光入口面和所述第二光入口面可朝向相反的方向。
[0014]所述第一光入口面和所述第二光入口面可朝向相同的方向。
[0015]所述第一光入口面和所述第二光入口面可朝向相反的方向，并且所述光源和所述分束器系統(tǒng)可關(guān)于所述至少一個(gè)機(jī)體的縱軸物理對(duì)稱。
[0016]所述第一光入口面和所述第二光入口面可沿著所述相應(yīng)的長(zhǎng)度的縱軸彼此橫向設(shè)置(displace)，并且與垂直于所述第一光入口面的軸垂直。
[0017]所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)可被配置為發(fā)射準(zhǔn)直光。
[0018]所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括光學(xué)部件，所述光學(xué)部件被配置為對(duì)所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0019]從所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)到所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)的相應(yīng)的光路的長(zhǎng)度可大約相等。
[0020]所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光學(xué)擴(kuò)展量(etendue)可在另一個(gè)的大約40%內(nèi)。
[0021 ]所述至少一個(gè)機(jī)體可包括:第一機(jī)體，其被配置為將來(lái)自所述第一光入口器件的光朝向所述光出口端傳送;和第二機(jī)體，其被配置為將來(lái)自所述第二光入口器件的光朝向所述光出口端傳送。
【附圖說(shuō)明】
[0022 ]參考以下附圖描述實(shí)施方式，其中:
[0023]圖1描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的積分器。
[0024]圖2描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的來(lái)自具有不同顏色和重疊光譜的光源的、穿過(guò)圖1的積分器的橫截面的光的輪廓。
[0025]圖3描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的光積分系統(tǒng)的示意圖。
[0026]圖4描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的圖3中的光源的相應(yīng)光譜的示意圖。
[0027]圖5描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的操作中的圖3的系統(tǒng)。
[0028]圖6描述根據(jù)非限制實(shí)現(xiàn)的操作中的圖3的系統(tǒng)。
[0029]圖7描述根據(jù)另選的非限制實(shí)現(xiàn)的光積分系統(tǒng)的示意圖。
[0030]圖8描述根據(jù)另選的非限制實(shí)現(xiàn)的光積分系統(tǒng)的示意圖。
[0031 ]圖9描述根據(jù)另選的非限制實(shí)現(xiàn)的光積分系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]關(guān)注圖1，圖1描述光積分器150，光積分器150包括:至少一個(gè)機(jī)體151-1、151-2，其被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，至少一個(gè)機(jī)體151-1、151-2包括各自的長(zhǎng)度和光出口端153;第一光入口器件155-1，其包括第一光入口面157-1，第一光入口器件155-1位于光出口端153的遠(yuǎn)端;和第二光入口器件155-2，其包括平行于第一光入口面157-1的第二光入口面157-2;第一光入口器件155-1和第二光入口器件155-2中的每個(gè)被配置為接收光并將光偏轉(zhuǎn)到至少一個(gè)機(jī)體151-1、151-2中，并且朝向光出口端153。下文中，光入口器件155-1、155-2可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光入口器件155，通常稱為光入口器件155 ；類似地，光入口面157-1、157-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光入口面157，通常稱為光入口面157。特別地，在
【申請(qǐng)人】共同擁有的頒布的美國(guó)專利N0.8011815(其通過(guò)引用合并于此)中描述了光積分器150的各種實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，光積分器150的各種實(shí)現(xiàn)在包括以下實(shí)現(xiàn)的本實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi):其中每個(gè)光入口面157面向不同的方向、相同的方向(如所描述的)，沿著至少一個(gè)機(jī)體151-1、151-2的長(zhǎng)度位于相同的位置和/或沿著至少一個(gè)機(jī)體151-1、151-2位于不同的位置(如所描述的)。實(shí)際上，如所描述的，積分器150包括:第一機(jī)體151-1，其被配置為將光從第一光入口器件155-1向光出口端153傳送;和第二機(jī)體151-2，其被配置為將光從第二光入口器件155-2向光出口端153傳送。但是，在其它實(shí)現(xiàn)中，機(jī)體151-1、155-2可以被積分。下文中，機(jī)體151 -1、151 -2可以可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)機(jī)體151，通常稱為機(jī)體151。
[0033]盡管沒(méi)有描述，來(lái)自于不同光源的光可以入射到每個(gè)光入口面157上，并且例如采用反射涂層和/或全內(nèi)反射將光偏轉(zhuǎn)到機(jī)體151-1、151-2;在光從光出口端153出射之前，機(jī)體151-1、151-2的每一個(gè)分別對(duì)其中所接收的光進(jìn)行積分。然而，現(xiàn)在注意圖2，圖2示出積分器150的光出口端153和光穿過(guò)光出口端153的A-A截面的輪廓200，假設(shè)入射到每個(gè)光入口器件155的光具有不同顏色的但是具有重疊的光譜。如在輪廓200(輪廓200描述了總的輪廓201以及表示來(lái)自于兩個(gè)不同光源的光的強(qiáng)度的輪廓202、203)所看到的，在穿過(guò)由機(jī)體151的出射面構(gòu)成的光出口端153時(shí)可發(fā)生顏色強(qiáng)度的變化。例如，參看輪廓202、203?？偟墓鈴?qiáng)度(輪廓201)和顏色變化(輪廓202、203)在圖2中被描述成穿過(guò)截面A-A的距離的函數(shù)。當(dāng)進(jìn)入每個(gè)光入口面157的光具有相同顏色和/或相似的強(qiáng)度時(shí)，這種顏色變化可能不會(huì)有問(wèn)題，但是當(dāng)進(jìn)入光入口器件155的多個(gè)光源的顏色基本不同時(shí)，例如在采用這種積分器的投影裝置中，引起顏色不均勻的問(wèn)題。
[0034]當(dāng)光源具有不同顏色但是光譜重疊時(shí)，這種情況會(huì)加劇。例如，可以使用一個(gè)或更多個(gè)二向色鏡以將光從不同光源路由到光積分器150的每個(gè)入射表面157，但是因?yàn)檫@種二向色鏡對(duì)高于或者低于給定波長(zhǎng)的光進(jìn)行急劇地切斷，所以來(lái)自所述光源中的至少一個(gè)的在重疊區(qū)域中的光將會(huì)損失，這可以導(dǎo)致光產(chǎn)生系統(tǒng)的效率降低和熱量增加。
[0035]同樣地，接下來(lái)注意圖3，圖3描述了系統(tǒng)300的示意圖，系統(tǒng)300包括:第一光源301-1，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光;第二光源301-2，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，第二給定顏色與第一給定顏色不同，第一顏色和第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)光譜相互重疊;光積分器350，其包括:至少一個(gè)機(jī)體351(盡管如針對(duì)積分器150描述了兩個(gè)機(jī)體，但是為了方便僅指定一個(gè)機(jī)體)，至少一個(gè)機(jī)體351被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，至少一個(gè)機(jī)體351包括一長(zhǎng)度和光出口端353;包括第一光入口面357-1的第一光入口器件355-1，第一光入口器件355-1位于光出口端353的遠(yuǎn)端;包括第二光入口面357-2的第二光入口器件355-2，第二光入口面357-2平行于第一光入口面357-1;第一光入口器件355-1和第二光入口器件355-2中的每一個(gè)被配置為用于接收光并將光偏轉(zhuǎn)到至少一個(gè)機(jī)體351且朝向光出口端353 ；以及分束器系統(tǒng)，如所描述的，其包括分束器360、第一鏡子370-1和第二鏡子370-2，分束器系統(tǒng)被配置為:將來(lái)自第一光源301-1和第二光源301-2中的每一個(gè)的光大約均勻地分布到第一光入口面357-1和第二光入口面357-2中的每一個(gè)，從而使得來(lái)自于第一光源301-1和第二光源301-2中的每一個(gè)的光在第一光入口面357-1和第二光入口面357-2中的每一個(gè)處大約相等地合成。具體地，分束器系統(tǒng)被配置為將來(lái)自于第一光源301-1的第一給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第一光入口面357-1;將來(lái)自于第一光源301-1的第一給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第二光入口面357-2;將來(lái)自于第二光源301-2的第二給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第二光入口面357-2;將來(lái)自于第二光源301-2的第二給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第一光入口面357-1。系統(tǒng)300還包括位于光出口端353的可選的積分裝置399，積分裝置399可包括(但不限于)一個(gè)或更多個(gè)積分棒和具有反射內(nèi)壁的中空管。積分裝置399通常被配置為接收從光出口端353出射的光并且進(jìn)一步地對(duì)該光進(jìn)行積分；當(dāng)該光從積分裝置399出射時(shí)，該光可被傳送至例如投影裝置等中的光調(diào)制器等。雖然積分裝置399被描述為能從積分器350拆卸，但在其它實(shí)現(xiàn)中，積分裝置399可附接到積分器350的光出口端353。
[0036]在下文中，光源301-1、301-2可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光源301，通常稱為光源301:光入口器件355-1、355-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為這些光入口器件355，通常稱為光入口器件355;光入口面357-1、357-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光入口面357，通常稱為光入口面357 ；鏡子370-1、370-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)鏡子370，通常稱為鏡子370。
[0037]如所描述的，每個(gè)光源301包括一個(gè)橢圓形光源，其具有由此發(fā)射的光的光學(xué)擴(kuò)展量;通常，每個(gè)光源301的物理配置是相似的，包括具有相似的光學(xué)擴(kuò)展量的每個(gè)光源301，但是每個(gè)光源301發(fā)射不同顏色的光(例如來(lái)自一個(gè)光源301的紅色光和來(lái)自其它光源301的綠色光)。
[0038]與積分器150相反，積分器350的光入口器件355和光入口面357位于距光出口端353大約相同的距離處，并且進(jìn)一步地第一光入口面357-1和第二光入口面357-2是朝向相反的方向。這種實(shí)現(xiàn)可以以不同的方式被實(shí)現(xiàn)，例如，盡管所描述的，光入口面357是背對(duì)背的，但在其它實(shí)現(xiàn)中，光入口面357可以是并排的，鏡子370的位置因此被調(diào)整。此外，光源301和分束器系統(tǒng)(即，分束器360和鏡子370)關(guān)于機(jī)體351的縱軸物理對(duì)稱。
[0039]分束器系統(tǒng)包括分束器360、第一鏡子370-1和第二鏡子370-2，如下文中所描述的，第一鏡子370-1和第二鏡子370-2中的每一個(gè)被配置為將來(lái)自于分束器360的相應(yīng)的光反射到相應(yīng)的光入口面357。
[0040]特別地，分束器360包括一個(gè)或更多個(gè)50/50分束器、偏振分束器等，使得對(duì)于入射在分束器360的一側(cè)的光，光的大約一半從分束器360被反射，一半通過(guò)分束器360透射。[0041 ]雖然在圖3中沒(méi)有描述，但是系統(tǒng)300可進(jìn)一步地包括用于定位系統(tǒng)300的部件的任何適合的框架、裝置等。另外，盡管沒(méi)有描述，但是系統(tǒng)300可以包括光產(chǎn)生系統(tǒng)(例如，投影儀等的光產(chǎn)生系統(tǒng))的組件。
[0042]另外，參照?qǐng)D4，光源301-1的光譜401-1通常與光源301-2的光譜401-2重疊。如所描述的，光源301-1的光譜401-1通常包括紅光，光源301-2的光譜401-2通常包括綠光，但是光譜401-1的較低的波長(zhǎng)與光譜401-2的較高的波長(zhǎng)重疊。由于分束器360不區(qū)分波長(zhǎng)，僅透射每個(gè)光源301的光的大約一半，并反射每個(gè)光源301的光的大約一半，所以不會(huì)發(fā)生由于在這種反射和/或透射中對(duì)光急劇地切斷所導(dǎo)致的光能量的損失，如采用二向色鏡會(huì)發(fā)生。
[0043]現(xiàn)在將關(guān)于圖5和圖6對(duì)系統(tǒng)300的操作進(jìn)行描述，圖5和圖6中的每個(gè)與圖3基本相似，相似的元件具有相似的標(biāo)記，盡管為了清楚起見(jiàn)，光入口器件355和光入口面357沒(méi)有用數(shù)字表示，但是可以理解的是，盡管如此光入口器件355和光入口面357被理解為是存在的。特別地，圖5描述了來(lái)自光源301-1的光穿過(guò)系統(tǒng)300的光路，圖6描述了來(lái)自光源301-2的光穿過(guò)系統(tǒng)300的光路。
[0044]首先注意圖5，在圖5中，從光源301-1發(fā)射光440，光440入射到分束器360上，分束器360反射光440的大約一半并透射光440的大約一半(盡管光440的相對(duì)較小的一部分可被吸收)。分束器360和鏡子370-1被定位，使得反射光441入射到鏡子370-1上，鏡子370-1將光441反射到光入口面357-1。類似地，分束器360和鏡子370-1被進(jìn)一步定位，使得透射的光442入射在鏡子370-2上，鏡子370-2將光442反射到光入口面357-2。因此，來(lái)自光源301-1的光440在光入口面357之間被大約相等地分開(kāi)。
[0045]參照?qǐng)D6，對(duì)于從光源301-2發(fā)射的光540發(fā)生相似的情況，其具有與來(lái)自光源301-1的光440不同的顏色。例如，光源301-1可以被配置為發(fā)射紅光，而光源301-2可以被配置為發(fā)射綠光。
[0046]在任何情況下，光540從光源301-2發(fā)射，并入射到分束器360上，分束器360反射光540的大約一半，并透射光540的大約一半。分束器360和鏡子370-2被定位，使得反射的光541入射到鏡子370-2上，鏡子370-2將光541反射到光入口面357-2。類似地，分束器360和鏡子370-1被進(jìn)一步地定位，使得透射的光542入射到鏡子370-1，鏡子370-1將光542反射到光入口面357-1。因而，來(lái)自光源301-2的光540在光入口面357之間被大約相等地分開(kāi)。
[0047]選擇光源301、分束器360、鏡子370和光入口面357中的每一個(gè)的位置和角度，使得光440、540同時(shí)穿過(guò)圖5和6所描述的系統(tǒng)行進(jìn)。換句話說(shuō)，盡管為了清楚起見(jiàn)，圖5和6中的每個(gè)所述的過(guò)程被分開(kāi)繪制，但被理解為同時(shí)發(fā)生。
[0048]此外，因?yàn)楣庠?01和分束器系統(tǒng)(S卩，分束器360和反射器370)關(guān)于機(jī)體351的縱軸物理對(duì)稱，所以從第一光源301-1和第二光源301-2中的每個(gè)到第一光入口面357-1和第二光入口面357-2中的每一個(gè)的相應(yīng)光路的長(zhǎng)度大約相等。因而，由于路徑長(zhǎng)度散射造成的光源301之間的強(qiáng)度變化被最小化。在其它實(shí)現(xiàn)，從第一光源301-1和第二光源301-2中的每一個(gè)到第一光入口面357-1和第二光入口面357-2中的每一個(gè)的相應(yīng)光路的長(zhǎng)度可以大約在另一個(gè)的大約30%以內(nèi)。但是，通過(guò)沿著相應(yīng)光路中的一個(gè)或更多個(gè)使用一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)中繼系統(tǒng)可以增大路徑長(zhǎng)度的差異。
[0049]此外，可以選擇每個(gè)光源301的光學(xué)擴(kuò)展量在另一個(gè)的大約40%范圍內(nèi)以進(jìn)一步最小化其間的差異。
[0050]在任何情況下，因?yàn)楣庠?01發(fā)射不同顏色，并且因?yàn)閬?lái)自每個(gè)光源的光在每個(gè)光入口面357之間被大約相等地分開(kāi)，所以進(jìn)入兩個(gè)光入口面357的光將關(guān)于至少顏色和強(qiáng)度具有大約相同的特性。因而，在光出口端353出射的光中可能會(huì)發(fā)生的任何熱點(diǎn)關(guān)于至少顏色和強(qiáng)度將會(huì)是相似的。此外，光顏色分布的任何變化可以利用系統(tǒng)300來(lái)減少;例如，參考圖2，輪廓202、203可以被減小和/或輪廓202、203中的峰值可以被減小和/或輪廓202、203的形狀看上去與輪廓201相似。
[0051]本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，還有更多的可替換實(shí)現(xiàn)或可能的修改，并且上述示例僅是一個(gè)或更多個(gè)實(shí)現(xiàn)的說(shuō)明。
[0052]例如，接下來(lái)注意圖7，圖7描述了可替換的系統(tǒng)600，系統(tǒng)600與系統(tǒng)300基本相似，相似的元件具有相似的標(biāo)記，然而是在“600”系列而非“300”系列中。此外，為了清楚起見(jiàn)，系統(tǒng)600的特征沒(méi)有被全部標(biāo)記;例如，描述了與積分器350相似的積分器650，但是光入口器件、光入口面、機(jī)體和光出口端沒(méi)有標(biāo)記出，盡管被理解為是存在的。
[0053]在任何情況下，系統(tǒng)600包括:第一光源601-1，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光的；第二光源601-2，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，第二給定顏色與第一給定顏色不同，第一顏色和第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)光譜相互重疊;光積分器650以及分束器系統(tǒng)，光積分器650包括:機(jī)體，該機(jī)體被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，機(jī)體包括一定長(zhǎng)度和光出口端;第一光入口器件，其包括第一光入口面，第一光入口器件位于光出口端的遠(yuǎn)端；以及第二光入口器件，其包括第二光入口面，第二光入口面平行于第一光入口面;第一光入口器件和第二光入口器件中的每一個(gè)被配置為接收光并將光偏轉(zhuǎn)到機(jī)體且朝向光出口端，如所描述的，分束器系統(tǒng)包括分束器660、第一鏡子670-1和第二鏡子670-2，分束系統(tǒng)被配置為:使來(lái)自第一光源601-1和第二光源601-2中的每一個(gè)的光大約相等地分布至第一光入口面657-1和第二光入口面657-2的每一個(gè)，使得來(lái)自第一光源601-1和第二光源601-2中的每一個(gè)的光在第一光入口面657-1和第二光入口面657-2中的每個(gè)的位置處大約相等地合成。特別地，分束器系統(tǒng)被配置為:將來(lái)自第一光源601-1的第一給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第一光入口面;將來(lái)自第一光源601-1的第一給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第二光入口面;將來(lái)自第二光源601-2的第二給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第二光入口面;將來(lái)自第二光源601-2的第二給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第一光入口面。系統(tǒng)600還包括與積分器399相似的可選的第二積分器699。
[0054]下文中，光源601-1、601-2可交換地統(tǒng)稱為這些光源601，通常稱為光源601;鏡子670-1、670-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為這些鏡子670，通常稱為鏡子670。
[0055]系統(tǒng)600還包括光學(xué)部件680-1、680-2，光學(xué)部件680-1、680-2分別被配置為對(duì)來(lái)自第一光源601-1和第二光源601-2中的每一個(gè)的光進(jìn)行準(zhǔn)直。因而，與系統(tǒng)300相反，來(lái)自光源601的光被光學(xué)部件680-1、680-2準(zhǔn)直，如所述的，光學(xué)部件680-1、680-2包括相應(yīng)的多組透鏡。由于來(lái)自光源601的光被準(zhǔn)直，所以每個(gè)鏡子670是曲面的，選擇每個(gè)鏡子670的曲面使得從分束器660接收的準(zhǔn)直光被反射到積分器650的相應(yīng)光入口面。
[0056]圖7中還示出來(lái)自每個(gè)光源601的準(zhǔn)直光在被分束器660反射和/或透射穿過(guò)分束器660到鏡子670和到積分器650時(shí)的光路640-1、640-2。特別地，光路640-1用實(shí)線和/或?qū)嵓^表示，光路640-2用虛線和/或空心箭頭表示。
[0057]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)600可適合于通過(guò)用產(chǎn)生準(zhǔn)直光的光源取代光源601來(lái)移除光學(xué)部件680-1、680-2。換句話說(shuō)，在這樣的實(shí)施例中，系統(tǒng)600包括被配置為發(fā)射準(zhǔn)直光的第一光源和第二光源。
[0058]另外，進(jìn)一步的可替代的實(shí)現(xiàn)和修改在本實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。例如，本系統(tǒng)不需要是對(duì)稱的。同樣地，接著注意圖8，圖8描述與系統(tǒng)300實(shí)質(zhì)上相同的系統(tǒng)700，相似的元件具有相似的標(biāo)號(hào)，然而是在“700”系列而非“300”系列中。此外，為了清楚起見(jiàn)，系統(tǒng)700的特征沒(méi)有被全部標(biāo)記;例如，描述了與積分器350相似的積分器750，但是光入口器件、光入口面、機(jī)體和光出口端沒(méi)有標(biāo)記出，盡管被理解為是存在的。
[0059]在任何情況下，系統(tǒng)700包括:第一光源701-1，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光;第二光源701-2，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，第二給定顏色與第一給定顏色不同，第一顏色和第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)光譜相互重疊;光積分器750以及分束器系統(tǒng)，所述光積分器750包括:機(jī)體，機(jī)體被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，機(jī)體具有一定長(zhǎng)度和光出口端；第一光入口器件，其包括第一光入口面，第一光入口器件位于光出口端的遠(yuǎn)端;和第二光入口器件，其包括第二光入口面，第二光入口面平行于第一光入口面;第一光入口器件和第二光入口器件中的每一個(gè)被配置為接收光并將光偏轉(zhuǎn)到機(jī)體且朝向光出口端，如所描述的，分束器系統(tǒng)包括分束器760、鏡子770、第一組透鏡790-1和第二組透鏡790-2(所描述的每組透鏡790-1、790-2都包括一個(gè)透鏡)，分束器系統(tǒng)被配置為:將來(lái)自第一光源701-1和第二光源701-2中的每一個(gè)的光大約相等地分布到第一光入口面757-1和第二光入口面757-2的每一個(gè)，以使得來(lái)自第一光源701-1和第二光源701-2中的每一個(gè)的光在第一光入口面757-1和第二光入口面757-2中的每個(gè)處大約相等地合成。特別地，分束器系統(tǒng)被配置成:將來(lái)自第一光源701-1的第一給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第一光入口面;將來(lái)自第一光源701-1的第一給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第二光入口面;將來(lái)自第二光源701-2的第二給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第二光入口面;將來(lái)自第二光源701-2的第二給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第一光入口面。系統(tǒng)700還包括與積分器399相似的可選的第二積分器799。
[0060]下文中，光源701-1、701-2可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光源701，通常稱為光源701;以及，第一組透鏡790-1、第二組透鏡790-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)透鏡790，通常稱為透鏡組 790 0
[0061 ]與系統(tǒng)300、600相反，在系統(tǒng)700中，如在積分器150中一樣，積分器750的第一入口面和第二入口面朝向相同的方向；此外，第一光入口和第二光入口在沿著積分器7 50的機(jī)體的縱軸的方向上彼此橫向設(shè)置，并且與垂直于第一光入口面的軸垂直。另選地，第一光入口和第二光入口在通常與積分器750的機(jī)體的長(zhǎng)度和與第一光入口面垂直的軸都垂直的方向上彼此橫向設(shè)置。
[0062]此外，光源701被定位為彼此約90°，使得分別由光學(xué)部件780-1、780-2準(zhǔn)直的準(zhǔn)直光740-1、740-2在分束器760處彼此相交;分束器760定位為與準(zhǔn)直光740-1、740-2中的每一個(gè)光束約45°，并且位于光源701-1和積分器750的第一光入口面之間。特別地，光路740-1用實(shí)線和/或?qū)嵓^表示，光路740-2用虛線和/或空心箭頭表示。光740-1透射穿過(guò)分束器760，被分束器760成90°反射的光740-2入射到一組透鏡790-1上，該組透鏡790-1被配置為將準(zhǔn)直光聚焦到積分器的第一光入口面上。被分束器760成90°反射的光740-1、以及被分束器760透射的光740-2入射到鏡子770上，鏡子770也與透射的光740-2和反射的光740-1成45°角。因此，在鏡子770處接收的光740-1、740-2稱90°被反射到一組透鏡790-2中，該組透鏡790-2被配置為將準(zhǔn)直光聚焦進(jìn)入到積分器的第二光入口面上。
[0063]因此，系統(tǒng)700的分束系統(tǒng)包括分束器360、第一透鏡組790-1和第二透鏡組790-2，第一透鏡組790-1和第二透鏡組790-2中的每個(gè)被配置成將來(lái)自分束器360的相應(yīng)的光引導(dǎo)到相應(yīng)的光入口面。
[0064]因此，根據(jù)具有橫向設(shè)置的光入口面的積分器750的物理配置來(lái)選擇系統(tǒng)700的部件、部件的定位和/或位置。選擇部件及其定位，以使得光路長(zhǎng)度被選擇，從而光路長(zhǎng)度在彼此的大約30%以內(nèi)。
[0065]至今為止所描述的系統(tǒng)300、600、700的每一個(gè)中，光源包括一個(gè)或更多個(gè)的燈具、
橢圓燈具等。但是，這樣的燈具可以由其它類型的光源(包括但不限于，磷光體、量子點(diǎn)等等)替代。
[0066]例如，下面注意圖9，圖9描述了與系統(tǒng)700實(shí)質(zhì)上相似的系統(tǒng)800，相似的元件具有相似的標(biāo)記，但是用“800”系列替代“700”系列。此外，為了清楚起見(jiàn)，沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)800的所有的特征都進(jìn)行標(biāo)記;例如，描述了與積分器750相似的積分器850，但是光入口器件、光入口面、機(jī)體和光出口端沒(méi)有標(biāo)記出來(lái)，盡管被理解為是存在的。
[0067]在任何情況下，系統(tǒng)800包括:第一光源801-1，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光;第二光源801-2，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，第二給定顏色與第一給定顏色不同，第一顏色和第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)光譜相互重疊；光積分器850以及和分束器系統(tǒng)，所述光積分器850包括:機(jī)體，其被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，機(jī)體具有長(zhǎng)度和光出口端;第一光入口器件，其包括第一光入口面，第一光入口器件位于光出口端的遠(yuǎn)端;和第二光入口器件，其包括第二光入口面，第二光入口面平行于第一光入口面;第一光入口器件和第二光入口器件中的每一個(gè)被配置為接收光并將光偏轉(zhuǎn)到機(jī)體且朝向光出口端;如所描述的，分束器系統(tǒng)包括分束器860、鏡子870、第一組透鏡890-1和第二組透鏡890-2，分束器系統(tǒng)被配置為:將來(lái)自第一光源801-1和第二光源801-2中的每一個(gè)的光大約相等地分布到第一光入口面857-1和第二光入口面857-2中的每一個(gè)，使得來(lái)自第一光源801-1和第二光源801-2中的每一個(gè)的光在第一光入口面857-1和第二光入口面857-2中的每一個(gè)處大約相等地合成。特別地，分束器系統(tǒng)被配置為:將來(lái)自第一光源801-1的第一給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第一光入口面;將來(lái)自第一光源801-1的第一給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第二光入口面；將來(lái)自第二光源801-2的第二給定顏色光的大約一半引導(dǎo)至第二光入口面;將來(lái)自第二光源801-2的第二給定顏色光的其余一半引導(dǎo)至第一光入口面。系統(tǒng)800還包括與積分器399相似的可選的第二積分器899。
[0068]下文中，光源801-1、801-2可交換地統(tǒng)稱為多個(gè)光源801，通常稱為光源801;以及，第一組透鏡890-1、第二組透鏡890-2在下文中可交換地統(tǒng)稱為多組透鏡890，通常稱為一組透鏡890。
[0069]另外，描述了光路840-1、840-2，其相應(yīng)地實(shí)質(zhì)上與光路740-1、740-2相似。特別地，光路840-1用實(shí)線表不和/或?qū)嵓^，和光路840-2用虛線和/或空心箭頭表不。
[0070]與系統(tǒng)700相反，系統(tǒng)800進(jìn)一步包括激勵(lì)源893，激勵(lì)源893被配置為向鏡子870發(fā)射成45°并且位于鏡子870的與分束器860相反的一側(cè)的激勵(lì)光895。鏡子870被配置為透射激勵(lì)光895并反射來(lái)自每個(gè)光源801的光；例如，鏡子870可以包括二向色鏡，該二向色鏡被配置為透射激勵(lì)光895并且反射來(lái)自每個(gè)光源801的光。激勵(lì)光穿過(guò)鏡子870行進(jìn)到分束器860，分束器860將激勵(lì)光895的大約一半朝向光源801-1反射并且將激勵(lì)光895的大約一半朝向光源801-2透射。每個(gè)光源801被激勵(lì)光895激勵(lì)，并且作為響應(yīng)發(fā)射光，光以與參照系統(tǒng)700所描述的方式相似的方式沿著光路840-1、840-2傳輸。通常，激勵(lì)光源893包括激光源和/或藍(lán)色激光源，并且每個(gè)光源801可以包括相應(yīng)的磷光體、相應(yīng)的量子點(diǎn)等，光源801-2被配置為發(fā)射與光源801-1不同顏色的光。
[0071]系統(tǒng)300、600、700和800進(jìn)一步論證了各種分束器系統(tǒng)都在本實(shí)現(xiàn)的范圍內(nèi)。權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中分束器系統(tǒng)包括分束器和一個(gè)或更多個(gè)的光學(xué)部件。例如，此處所描述的分束器系統(tǒng)可包括一個(gè)或更多個(gè)50/50分束器和偏振分束器，以及一個(gè)或更多個(gè)的光學(xué)部件。這種光學(xué)部件可以包括，但不限于，下面中的一個(gè)或更多個(gè):至少一個(gè)鏡子;至少一個(gè)平面鏡;至少一個(gè)曲面鏡;至少一個(gè)透鏡;和至少一組透鏡。
[0072]在一些實(shí)現(xiàn)中，本文所述的原理可以擴(kuò)展到具有三個(gè)或更多個(gè)光源的系統(tǒng)。例如，本文所述的分束器系統(tǒng)可適合于將來(lái)自三個(gè)或更多個(gè)光源的光分配到與積分器150、650、750、850的任何一個(gè)類似的積分器的三個(gè)或更多個(gè)光入口面，其中三個(gè)或更多個(gè)光源中的至少兩個(gè)具有相應(yīng)的重疊光譜。實(shí)際上，只要具有至少兩個(gè)光源和至少兩個(gè)光入口面，光源的數(shù)量可以比光入口面的數(shù)量更多或者更少。但是，在一些實(shí)現(xiàn)中，光源的數(shù)量可等于光入口面的數(shù)量。當(dāng)使用兩個(gè)以上的光源和/或兩個(gè)以上的光入口面時(shí)，相關(guān)聯(lián)的分束器系統(tǒng)可以包括多于一個(gè)的分束器，選擇每一個(gè)分束器的透射和反射特性，選擇每個(gè)分束器的位置，以及選擇任何鏡子的位置，使得來(lái)自每個(gè)光源的光大約相等地分布到每個(gè)光入口面，這樣來(lái)自每個(gè)光源的光在每個(gè)光入口面處大約相等地合成。
[0073]在任何情況下，本文描述了這樣的系統(tǒng):利用分束器合成來(lái)自兩個(gè)光源的不同顏色的光，使得入射到具體特定配置的積分器的相應(yīng)的光入口面上的光大約相同；這里所描述的積分器在
【申請(qǐng)人】共同擁有發(fā)步的美國(guó)專利N0.8011815中描述。
[0074]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解還存在更多的替代實(shí)現(xiàn)和可能的修改，并且以上示例僅為一個(gè)或更多個(gè)實(shí)現(xiàn)的說(shuō)明。因而，本發(fā)明的范圍僅由這里所附的權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 第一光源，其被配置為發(fā)射第一給定顏色的光； 第二光源，其被配置為發(fā)射第二給定顏色的光，所述第二給定顏色不同于所述第一給定顏色，所述第一顏色和所述第二顏色中的每一個(gè)的相應(yīng)的光譜互相重疊； 光積分器，其包括:至少一個(gè)機(jī)體，其被配置為對(duì)光進(jìn)行積分，所述至少一個(gè)機(jī)體包括相應(yīng)的長(zhǎng)度和光出口端;第一光入口器件，其包括第一光入口面，所述第一光入口器件位于所述光出口端的遠(yuǎn)端;和第二光入口器件，其包括與所述第一光入口面平行的第二光入口面;所述第一光入口器件和所述第二光入口器件中的每一個(gè)被配置為接收光，并且將光偏轉(zhuǎn)到所述至少一個(gè)機(jī)體并朝向所述光出口端；以及 分束器系統(tǒng)，其被配置為將來(lái)自所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光大約相等地分布到所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)，使得來(lái)自所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光在所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)處大約相等地合成。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)被進(jìn)一步配置為:將來(lái)自所述第一光源的所述第一給定顏色的光的大約一半透射至所述第一光入口面;將來(lái)自所述第一光源的所述第一給定顏色的光的其余一半反射至所述第二光入口面;將來(lái)自所述第二光源的所述第二給定顏色的光的大約一半透射至所述第二光入口面;并且，將來(lái)自所述第二光源的所述第二給定顏色的光的其余一半反射至所述第一光入口面。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)包括分束器、以及一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)部件。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)包括:一個(gè)或更多個(gè)50/50分束器和偏振分束器;以及一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)部件。5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)包括分束器以及以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè);至少一個(gè)鏡子、至少一個(gè)平面鏡;至少一個(gè)曲面鏡;至少一個(gè)透鏡；以及至少一組透Ho6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)包括分束器、第一鏡子和第二鏡子，所述第一鏡子和所述第二鏡子中的每一個(gè)被配置為將來(lái)自所述分束器的相應(yīng)的光反射至相應(yīng)的光入口面。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分束器系統(tǒng)包括分束器、第一組透鏡和第二組透鏡，所述第一組透鏡和所述第二組透鏡中的每一組被配置為將來(lái)自所述分束器的相應(yīng)的光引導(dǎo)至相應(yīng)的光入口面。8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光入口面和所述第二光入口面朝向相反的方向。9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光入口面和所述第二光入口面朝向相同的方向。10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光入口面和所述第二光入口面朝向相反的方向，并且所述光源和所述分束器系統(tǒng)關(guān)于所述至少一個(gè)機(jī)體的縱軸物理對(duì)稱。11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光入口面和所述第二光入口面沿著所述相應(yīng)的長(zhǎng)度的縱軸彼此橫向設(shè)置，并且與垂直于所述第一光入口面的軸垂直。12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)被配置為發(fā)射準(zhǔn)直光。13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括光學(xué)部件，所述光學(xué)部件被配置為對(duì)所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光進(jìn)行準(zhǔn)直。14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，從所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)到所述第一光入口面和所述第二光入口面中的每一個(gè)的相應(yīng)的光路的長(zhǎng)度大約相等。15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光源和所述第二光源中的每一個(gè)的光學(xué)擴(kuò)展量在另一個(gè)的大約40%內(nèi)。16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)機(jī)體包括:第一機(jī)體，其被配置為將來(lái)自所述第一光入口器件的光朝向所述光出口端傳送;和第二機(jī)體，其被配置為將來(lái)自所述第二光入口器件的光朝向所述光出口端傳送。
【文檔編號(hào)】G03B21/20GK106054394SQ201610347436
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】D·R·阿德馬, J·馬, G·希爾
【申請(qǐng)人】美國(guó)科視數(shù)字系統(tǒng)公司