專利名稱：用于使用具有一個或更多個光源的光導(dǎo)管增加亮度的再循環(huán)系統(tǒng)和方法以及結(jié)合其的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過將來自一個或更多個光源的光有效耦合到輸出而在屏幕上 提供更高亮度的系統(tǒng)和方法，尤其是通過使用具有一個或更多個光源的光導(dǎo)管進行再循環(huán) 來增加亮度并且將其結(jié)合在投影儀中。
背景技術(shù)：
在所有類型的照明和投影應(yīng)用中均使用光源。多種應(yīng)用都要求在很小有效發(fā)射區(qū) 域內(nèi)具有高亮度等級的照明系統(tǒng)。這種高亮度等級傳統(tǒng)上可以通過增加更多光源來實現(xiàn)。 然而，如果用于集成光源的空間有限，則技術(shù)上是不可能的，并且由于集成和使用多個光源 是昂貴的，所以在經(jīng)濟上很難實施。從而，本發(fā)明基于不增加光源數(shù)量的情況下增加光源的 亮度的希求來進行。例如，基于微型顯示器的電視(MDTV)具有低成本和大屏幕尺寸的潛力。傳統(tǒng)MDTV 通常由弧光燈照明。但是該光源在最低成本中是最亮的，但是將白光分離為三種顏色的需 要和短壽命是不太理想的。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，必須考慮在MDTV中將LED用作光源，以贏 得LED的長使用壽命特征和其他益處，諸如瞬間接通。然而，目前，對于使用小成像面板或 具有較大屏幕的低成本應(yīng)用，LED不足夠亮?？梢允褂肔ED再循環(huán)方案來增強光源的亮度， 參見Zimmerman等人發(fā)表的U. S.專利6，869，206。然而，Zimmerman等人描述了將LED包 括在具有一個光輸出孔的光反射腔中。而且，Zimmerman等人發(fā)表的U. S.專利6，144，536 描述了具有玻璃殼的熒光燈，熒光體涂層包圍氣體填充的中空內(nèi)部。由熒光體涂層生成的 一部分光被循環(huán)反饋回熒光體涂層。要求保護的發(fā)明基于在屏幕上提供更高亮度的希求， 通過將來自一個或更多個光源的光有效耦合到輸出，特別是通過使用具有一個或更多個光 源的光導(dǎo)管進行再循環(huán)來增加亮度并且將其結(jié)合到投影儀中來進行。例如，LED是在諸如一般照明、建筑照明的多種照明應(yīng)用(最近尤其是在投影電 視)中使用的一種光源類型。由于LED的亮度低，大多數(shù)顯示器或投影儀系統(tǒng)的延伸性有 限，其通常在屏幕處將最高限度設(shè)置到最大輸出。當例如在投影儀中使用時，LED必須以高 亮度等級在小有效發(fā)射區(qū)域中發(fā)光，以在投影儀屏幕上提供必需的高光輸出。特別地，LED 必須提供如將在投影儀中使用的小發(fā)射面積中以小立體角以流明為單位測量的強亮光。雖然發(fā)光二極管(LED)開發(fā)已經(jīng)取得了巨大進展，但是當前可用LED的輸出亮度 仍然不足以用于大多數(shù)投影應(yīng)用。多種方法已經(jīng)被提出用于結(jié)合LED的原色與輸出光的再 循環(huán)以增加亮度。然而，這些方法中的大多數(shù)涉及利用昂貴的部件和/或?qū)е麓笄冶恐氐?裝置，這大大限制了它們的應(yīng)用。從而，要求保護的發(fā)明基于提供用于增加亮度的系統(tǒng)和方 法的希求，通過使用解決這些問題的具有一個或更多個光源(包括但不限于LED、弧光燈、 UHP燈、微波燈等)的光導(dǎo)管進行再循環(huán)并且提供結(jié)合其的投影儀來進行。要求保護的發(fā)明 的投影儀還可以復(fù)用顏色，以提供彩色像素顯示和時序顯示。

發(fā)明內(nèi)容
從而，要求保護的發(fā)明的目標在于提供用于使用具有一個或更多個光源的光導(dǎo)管 來增加亮度的再循環(huán)系統(tǒng)和方法。要求保護的發(fā)明的另一目標在于提供結(jié)合前述再循環(huán)系統(tǒng)的投影儀。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，再循環(huán)系統(tǒng)和方法使用具有至少一個光源 的至少一個再循環(huán)光導(dǎo)管來增加光輸出的亮度。再循環(huán)光導(dǎo)管的輸出端將第一部分光反射 回光源，將第二部分光反射回再循環(huán)光導(dǎo)管的輸入端，并且發(fā)射其余部分光作為輸出。再 循環(huán)系統(tǒng)被結(jié)合到投影儀中，以提供亮度增加的彩色投影圖像。光源可以是白色LED、彩色 LED以及雙拋物面反射器(DP 燈。要求保護的發(fā)明的多種其他目標、優(yōu)點和特征將從隨后的詳細說明變得更加明 顯，并且新特征將在所附權(quán)利要求中特別指出。


通過示例給出并且不旨在將要求保護的發(fā)明單獨地限制至其的以下詳細說明，將 結(jié)合附圖最好地理解，其中，多個圖中的類似部件或特征由類似參考標號表示。圖1示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括光導(dǎo)管1000的再循環(huán)系統(tǒng) 的透視圖；圖2(a)-(C)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖3示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖，該再循環(huán) 系統(tǒng)包括六面光束組合器和至少兩個光導(dǎo)管；圖4(a)_(c)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的涂覆有部分反射涂層或 空間反射部分的六面光束組合器的對角線表面的透視圖；圖5和圖6示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的結(jié)合至少兩個圖1的光導(dǎo) 管的圖3的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖7示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的具有以線性方式放置的光學(xué)部 件的圖6的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖8示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括至少三個圖1的光導(dǎo)管的圖 6-圖7的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖9示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括至少四個圖1的光導(dǎo)管和至 少兩個六面光束組合器的再循環(huán)系統(tǒng)的透視圖；圖10是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括光束組合器、兩個光導(dǎo)管以 及兩個基于DPR的光源的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖11是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的光束組合器的透視圖；圖12是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括反射偏振器的圖1的再循環(huán) 系統(tǒng)的截面圖；圖13是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括反射偏振器的圖7的再循環(huán) 系統(tǒng)的截面圖；圖14是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)和 Dra燈的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖15(a)是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的圖14的漸縮形偏振光導(dǎo)管系 統(tǒng)的截面圖；圖15(b)是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的圖15(a)的漸縮形偏振光導(dǎo)管 系統(tǒng)的反射孔的透視圖；圖16是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括至少兩個圖14的漸縮形偏振 光導(dǎo)管系統(tǒng)和光束組合器的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖17是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的結(jié)合再循環(huán)系統(tǒng)的LED投影儀的 截面圖；圖18是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的結(jié)合再循環(huán)系統(tǒng)的LED投影儀的 截面圖；圖19是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的利用兩個LED的圖18的LED投影 儀的截面圖；圖20是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的裝配在散熱基板上的兩個和四個 LED的透視圖；圖21是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的作為固體光學(xué)部件的的再循環(huán)反 射器的截面圖；圖22-圖M是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括小透鏡陣列的光投影 儀的截面圖；圖25-圖27是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括光束分離器/組合 (BSC)系統(tǒng)的再循環(huán)系統(tǒng)的截面圖；圖觀(a) - (f)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的LED或LED芯片的多種
配置；圖四是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的RGB順序投影儀的截面圖；以及圖30是根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的光源的截面圖。
具體實施例方式參考附圖，現(xiàn)在描述要求保護的發(fā)明的示例性實施例。這些實施例示出了本發(fā)明 的原理，并且不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍。將來自一個或更多個光源的光有效耦合到輸出而在屏幕上提供更高亮度。雖然光 源的亮度在標準照明系統(tǒng)中不能增加，但是要求保護的發(fā)明利用光源的再循環(huán)和組合，在 屏幕上提供更高輸出強度。要求保護的發(fā)明通過來自一個或更多個光源的輸出的再循環(huán)和 組合，提供來自一個或更多個光源的高輸出。可應(yīng)用于要求保護的發(fā)明的多種配置和實施 例的光源是弧光燈、UHP燈、LED、微波燈等?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例示出了包括光導(dǎo)管1100的再 循環(huán)系統(tǒng)1000。光導(dǎo)管1100可以是實心的或者空心的。光導(dǎo)管1100可以是直的或者漸縮 形的。光導(dǎo)管1100的輸入端1200包括反射輸入表面或反射輸入部分1210以及輸入孔或 透射部分1220。反射輸入表面1210包括能夠反射以反射光的輸入端1200的一部分，并且 輸入孔1220包括透明的以將輸入光透射至光導(dǎo)管1100的輸入端1200的其余部分。根據(jù) 要求保護的發(fā)明的一個方面，輸入孔1220可以是矩形的、圓形的、或者任何合適形狀，并且反射輸入表面1210可以包括支持偏振光系統(tǒng)的可選波片(未示出)。光導(dǎo)管1100的輸出端1300包括反射輸出表面或反射輸出部分1310以及輸出孔 或透射輸出部分1320。反射輸出表面1310包括能夠反射以反射光的輸出端1300的一部 分，并且輸出孔1320包括透明的以透射或輸出來自光導(dǎo)管1100的光的輸出端1300的其余 部分。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，輸出孔1320可以是矩形的、圓形的或任何合適形 狀，并且反射輸出表面1310可以包括支持偏振光系統(tǒng)的可選波片(未示出)。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，輸出孔1320可以被形成為與所要求照明 或投影系統(tǒng)的形狀與尺寸匹配。例如，輸出孔1320可以是圓形或者縱橫比為6 9或4 3 的矩形。通過輸入孔1220進入光導(dǎo)管1100的輸入光被透射至光導(dǎo)管1100的輸出端1300， 并且通過輸出孔1320從光導(dǎo)管1100部分地出去。即，部分光被反射回輸入端1200，并且部 分光通過輸出孔1320從光導(dǎo)管1100出去。光導(dǎo)管1100將部分光從輸入孔1220反射至輸 出孔1320?？梢栽谳斎肟?220處使用的光源可以是LED，來自光導(dǎo)管的輸出，來自由LED 或激光器激勵的熒光體的輸出，或來自LED或激光器所泵浦的上轉(zhuǎn)換材料的輸出。光源還 可以是弧光燈、微波燈、或者具有反射器的燈。圖2(a)_(c)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的實施例的再循環(huán)系統(tǒng)1000的多種示例。 圖2(a)示出包括具有LED 1400的漸縮形光導(dǎo)管1100的再循環(huán)系統(tǒng)1000的截面圖。輸入 到漸縮形光導(dǎo)管1100的光來自LED 1400。漸縮形光導(dǎo)管1100的輸出端1300包括用于透 射一部分光的輸出孔1320和用于使其余部分光再循環(huán)的反射輸出表面1310。從LED 1400 輸出的光被耦合至漸縮形光導(dǎo)管1100，并且一部分光被反射回LED 1400。一部分光作為光 輸出由LED 1400反射(或再循環(huán))回漸縮形光導(dǎo)管1100。圖2(b)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的實施例的再循環(huán)系統(tǒng)1000的另一示例，其中， 漸縮形光導(dǎo)管1100的輸入端1200大于LED 1400。輸入到漸縮形光導(dǎo)管1100的光來自LED 1400。漸縮形光導(dǎo)管1100的輸出端1300包括用于透射一部分光的輸出孔1320和用于使 其余部分光再循環(huán)的輸出反射表面1310。輸入端1200的剩余區(qū)域或反射輸入表面1210可 以反射用于使部分光再循環(huán)，如圖1所示。圖2(c)示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的實施例的再循環(huán)系統(tǒng)1000的示例，其中，到光 導(dǎo)管1100的輸入光來自與光源(例如，雙拋物面反射器系統(tǒng)、橢圓系統(tǒng)等)耦合的輸入光 導(dǎo)管1500(其可以是直的、漸縮形的、空心的或者實心的，類似于光導(dǎo)管1100)的輸出。雖然 未示出，但是要求保護的再循環(huán)系統(tǒng)1000可以利用其他光源，包括但不限于LED、微波燈、 由短波長LED或激光器激勵的熒光體、或由長波長LED或激光器激勵的上轉(zhuǎn)換材料等?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，示出了根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的再循環(huán)系統(tǒng)2000。 再循環(huán)系統(tǒng)2000包括六面光束/光組合器2100和至少兩個光導(dǎo)管(標記為LP1和LP2)。 LP1和LP2基本類似于圖1中的再循環(huán)系統(tǒng)1000的光導(dǎo)管1100。再循環(huán)系統(tǒng)2000可以 組合多個光源。在圖3中，再循環(huán)系統(tǒng)2000的輸出是兩個光源的組合。每個光源2200都 包括LED 1400 (標記為LED1和LED2)和光導(dǎo)管LP1或LP2。來自LED1 (1400)的光被耦合至 LP1(IlOO)進入光組合器2100。光組合器2100的所有六個面均被拋光，使得表面被用于透 射和全內(nèi)反射(TIR)。光組合器2100的三角表面MOO也被拋光，使得光組合器2100用作 波導(dǎo)，從而引導(dǎo)來自光導(dǎo)管LPp LP2(IlOO)的光。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，光 束組合器2100的對角線表面2110被涂覆，以提供部分反射/透射表面。對角線表面2110可以被涂覆有圖4(a)中所示的部分反射涂層或者圖4(b)和圖4(c)中所示的空間反射部 分。反射與透射的百分比可以根據(jù)應(yīng)用被最優(yōu)化用于最大輸出。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一 個方面，具有所有六個拋光側(cè)面/面/表面的光束組合器2100用作波導(dǎo)，而不是體光學(xué)體 (bulk optics)。LP1(IlOO)輸出的尺寸與光束組合器2100的面匹配。來自LP1(IlOO)的部 分光被反射至LP2(IlOO)并且由LED2(HOO)再循環(huán)。來自LP2(IlOO)的一部分光被反射至 LP1(IlOO)并且由LED1(HOO)再循環(huán)。來自LP1、LP2 (1100)的一部分光作為輸出光通過輸 出孔2130從再循環(huán)系統(tǒng)2000出去，并且其余部分光由端面反射器2120反射回再循環(huán)系統(tǒng) 2000。再循環(huán)系統(tǒng)2000可以可選地包括用于通過將一部分光輸出反射回再循環(huán)系統(tǒng)2000， 使一部分光輸出再循環(huán)的反射表面或反射孔2140。為了另外地促進TIR，根據(jù)要求保護的 示例性實施例，再循環(huán)系統(tǒng)2000在一個或更多個光學(xué)部件之間(諸如，在LP1(IlOO)和光束 組合器2100以及LP2(IlOO)和光束組合器2100之間)包括可選氣隙或低折射率膠2300。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5和圖6，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，示出了結(jié)合圖1的光 導(dǎo)管1100的圖3的再循環(huán)系統(tǒng)2000。在此將不再描述圖1的再循環(huán)系統(tǒng)1000以及圖3、 圖5和圖6的再循環(huán)系統(tǒng)2000共有的光學(xué)部件。在圖5中，每個LED 1400 (LED1、LED2)耦 合或覆蓋光導(dǎo)管IlOOOiV LP2)的輸入端1200的一部分。輸入端1200的其余部分被涂覆 有反射涂層，以提供輸入反射表面1210。圖5的再循環(huán)系統(tǒng)2000的輸出是兩個LED輸入的 組合。在圖6中，圖5中的LED HOOaED1, LED2)用光源代替，包括但不限于來自光導(dǎo)管的 輸出、由反射器或透鏡聚焦的光燈(弧光燈、微波燈等)等?？商鎿Q地，根據(jù)要求保護的發(fā) 明的示例性實施例，圖6的再循環(huán)系統(tǒng)的光學(xué)部件可以以線性方式放置，如圖7中所示。為 了另外促進TIR，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖5-圖7的再循環(huán)系統(tǒng)2000在一 個或更多個光學(xué)部件之間(諸如，LP1(IlOO)和光束組合器2100以及LP2(IlOO)和光束組 合器2100之間)包括氣隙或低折射率膠2300。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，如圖8中所示，圖6或圖7的再循環(huán)系統(tǒng) 2000包括至少三個圖1的光導(dǎo)管。即，圖6或圖7的再循環(huán)系統(tǒng)2000的端面反射器2120 用圖8中的光導(dǎo)管1100代替。圖8中的再循環(huán)系統(tǒng)2000的輸出是三個光源的組合?？梢?在輸入孔1220處使用的光源可以是LED、來自光導(dǎo)管的輸出、來自由LED或激光器激勵的熒 光體的輸出、或來自LED或激光器所泵浦的上轉(zhuǎn)換材料的輸出等。為了另外促進TIR，根據(jù) 要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖8的再循環(huán)系統(tǒng)2000在一個或更多個光學(xué)部件之間包 括可選氣隙或低折射率膠2300。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖9示出包括至少四個光導(dǎo)管1100和至少 兩個光束組合器2100的再循環(huán)系統(tǒng)3000。再循環(huán)系統(tǒng)3000將來自至少四組光源的輸出組 合為單個輸出。雖然圖9示出了具有兩個光束組合器2100的再循環(huán)系統(tǒng)3000，但是可以想 到，圖9的再循環(huán)系統(tǒng)2000可以包括兩個或更多光束組合器2100。根據(jù)要求保護的發(fā)明 的一個方面，兩個光束組合器2100的對角線表面2110的方向不同。光束組合器(1)的對 角線表面2110的方向被定向為使光再循環(huán)，并且光束組合器O)的對角線表面2110的方 向被定向為輸出光。光束組合器2100的三角表面MOO被拋光，使得光束組合器2100用作 波導(dǎo)，從而引導(dǎo)來自四個光導(dǎo)管IlOOOiV LP2、LP3、LP4)的光。為了另外促進TIR，根據(jù)要 求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖9的再循環(huán)系統(tǒng)3000在一個或更多個光學(xué)部件之間(諸 如，LP1(IlOO)和光束組合器(1)以及LP2(IlOO)和光束組合器(1)之間)包括氣隙或低折射率膠2300?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，示出了根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的包括光束組合器 2100、兩個光導(dǎo)管1100以及兩個光源4200的再循環(huán)系統(tǒng)4000。光源4200是雙拋物面反 射器(DPR)燈。第一光源DHUT 0200耦合至第一漸縮形光導(dǎo)管TLP1(IlOO),然后其被耦 合至光導(dǎo)管LP1(IlOO)的輸入孔1220。第二光源DHUT 24200耦合至第二漸縮形光導(dǎo)管 TLP2(IlOO),然后其被耦合至光導(dǎo)管LP2(IlOO)的輸入孔1220。再循環(huán)系統(tǒng)4000中的光導(dǎo) 管1100 (LP1和LP2)以及光束組合器2100的操作類似于圖6-圖7的再循環(huán)系統(tǒng)2000中的 光導(dǎo)管1100 (LP1和LP2)和光束組合器2100。再循環(huán)系統(tǒng)4000使用光束組合器2100組合 第二組光源4200與第一組光源4200的輸出，以提供單個輸出。為了另外促進TIR，根據(jù)要 求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖10的再循環(huán)系統(tǒng)4000包括一個或更多個光學(xué)部件之間 (諸如，LP1(IlOO)和光束組合器2100以及TLP2(IlOO)和LP2(2100)之間)的氣隙或低折 射率膠2300。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，如圖11所示，要求保護的再循環(huán)系統(tǒng) (2000,3000,4000)的光束組合器2100的輸出面或表面2500是具有透射開口或輸出孔 2130的反射輸出表面2500。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，輸出孔2130的形狀、尺寸和
位置可配置成與特定應(yīng)用的需要匹配?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖12，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖1的再循環(huán)系統(tǒng)1000另 外包括耦合至光導(dǎo)管1110的輸出孔1320以提供偏振輸出的反射偏振器1600。為了提高效 率，根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，光導(dǎo)管1100的反射輸入表面1210可以包括可選波片 1230。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，如圖13所示，圖7的再循環(huán)系統(tǒng)2000另外 包括耦合至光束組合器2100的輸出孔2130以提供偏振輸出的反射偏振器1600。為了提高 效率，根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，光導(dǎo)管1100的反射輸入表面1210可以包括可選波 片1230。圖13的再循環(huán)系統(tǒng)2000的光束組合器2100將兩個獨立光源組合到一起，以生成 偏振光的單個輸出?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖14、圖15(a)_(b)，示出了根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的再 循環(huán)系統(tǒng)5000。再循環(huán)系統(tǒng)5000包括被配置成與DPR燈或系統(tǒng)4200 —起使用進行再循環(huán) 的漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100。漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100包括具有公共表面的兩個漸 縮形光導(dǎo)管IlOO(TIiVTLP2),公共表面填充有透明的，優(yōu)選折射率匹配的膠、環(huán)氧樹脂或流 體5500。進入漸縮形光導(dǎo)管IlOO(TLP1)的輸入光被耦合至漸縮形光導(dǎo)管1100 (TLP2)，并且 作為偏振輸出從TLP2出去。一部分輸出光由可選反射孔5300反射。圖15(b)中示出輸出 反射孔的示例，透射開口 5310的形狀和尺寸可以根據(jù)應(yīng)用而改變。未使用的偏振光由反射 偏振器MOO反射回DI3R燈4200。漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100的TLP2IlOO包括具有可選 波片5210的反射表面5200，用于將一部分光反射回反射偏振器M00。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖16的再循環(huán)系統(tǒng)6000包括光束組合器 2100和至少兩個用作光源的圖15的漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100。應(yīng)該想到，由于圖16的 兩個漸縮形偏振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100的輸出被耦合至光束組合器2100，因而圖16的漸縮形偏 振光導(dǎo)管系統(tǒng)5100不要求反射偏振器MOO和可選反射孔5300。圖16的光束組合器2100 的輸出端包括反射偏振器6100和可選反射孔6200，其類似于反射偏振器MOO和具有透射開口 5310的可選反射孔5300。雖然在圖16中未示出，但是圖16的每個漸縮形偏振光導(dǎo)管 系統(tǒng)5100都可以耦合至DI3R燈4200，如圖14所示。再循環(huán)系統(tǒng)6000的光束組合器2100 可以將至少兩個光源5100組合為單個偏振輸出光束。應(yīng)該想到，再循環(huán)系統(tǒng)6000可以使 用一個或更多個光束組合器2100組合多于兩個光源5100，類似于圖9的循環(huán)系統(tǒng)300。LED投影系統(tǒng)快速發(fā)展，同時LED的輸出增加。普通LED投影系統(tǒng)使用三色LED， 即，紅色、綠色和藍色。來自每個LED的輸出被組合為用于時序復(fù)用以生成彩色輸出圖像的 單個輸出。三色LED由不同材料制成，并且具有不同溫度依存性。為了在屏幕上保持恒定 顏色，反饋控制必然使典型LED投影系統(tǒng)變得昂貴和復(fù)雜。使用白色LED的傳統(tǒng)照明被認 為顏色較差，同時白色LED不具有足夠的紅色含量。要求保護的發(fā)明克服了在傳統(tǒng)照明和投影系統(tǒng)中使用白色LED的這些限制。根 據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，再循環(huán)白色LED投影儀設(shè)置有增強的紅色。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到 圖17，示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的結(jié)合再循環(huán)系統(tǒng)的投影儀7000。投影儀 7000包括成像器面板7300、投影引擎7100、投影透鏡7200以及中繼鏡7400。投影儀7000 利用由LED 1400發(fā)射的光，并且使用再循環(huán)系統(tǒng)1000將一部分發(fā)射光再循環(huán)回LED 1400， 用于增加亮度。雖然圖17示出了結(jié)合再循環(huán)系統(tǒng)1000的投影儀7000，但是應(yīng)該想到，投影 儀7000可以結(jié)合在此論述的任何再循環(huán)系統(tǒng)。漸縮形光導(dǎo)管1100的輸出通過中繼鏡7400 和色輪7500耦合至投影引擎7100，使得形成順序彩色系統(tǒng)。LED 1400可以是白熒光體LED 1400、由LED或激光器泵浦的白熒光體、優(yōu)選藍色 或UV。應(yīng)該想到，LED 1400不限于白色LED，要求保護的發(fā)明可以利用彩色LED來提供如在 此所述的彩色增強的LED投影儀。優(yōu)選地，LED 1400被裝配在散熱基板1410上。LED 1400 的輸出耦合至光導(dǎo)管1100，其可以是空心的或者實心的、漸縮形的或者直的，使得輸出可以 被修整用于特定應(yīng)用。光導(dǎo)管1110位于LED 1400的輸出處，并且被對準用于最大耦合效 率。光導(dǎo)管1100的輸出端1300的表面的一部分涂覆有反射涂層1310或者使用反射鏡或反 射器1310，使得僅光導(dǎo)管1100的輸出的一部分通過色輪7500耦合至投影引擎7100。然后， 使用中繼鏡7400和投影引擎7100將光導(dǎo)管1110的輸出投影至成像或成像器面板7300。 然后，在成像面板4300處的最終圖像通過投影透鏡7200被投影到屏幕(未示出)上。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，光導(dǎo)管1110的輸出可以涂覆有僅反射選 擇性波長并且透射所有其他波長的光的輸出涂層，使得增強期望的色彩。例如，光導(dǎo)管1100 的輸出端1300可以被涂覆，以反射藍光并且透射所有其他顏色的光。即，再循環(huán)系統(tǒng)1000 將增強藍光的再循環(huán)，從而增強被透射至投影引擎7100的其他色彩。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，色輪7500包括具有不同顏色(諸如，用于 三色系統(tǒng)的紅色、藍色和綠色，或者紅色、綠色、藍色和無色)的濾光器的兩個或更多片段。 因此，彩色投影儀7000利用每個顏色被順序顯示以生成彩色圖像的順序彩色系統(tǒng)。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，LED 1400用DC電流驅(qū)動?？商鎿Q地，LED 1400可以用與色輪7500同步的變化電流來驅(qū)動。例如，LED 1400可以具有不同電流值，作 為色輪7500的哪個彩色片段在光導(dǎo)管1100前面的函數(shù)。在特定實施例中，當紅色片段在 光導(dǎo)管之前時應(yīng)用更高電流，使得通過更高電流克服紅色的缺乏。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，成像器面板7300可以是數(shù)字微鏡元件 (DMD)，諸如由德州儀器或其他廠家制造的DMD。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，成像器面板7300可以是硅基液晶(LC0Q面板。圖17的再循環(huán)系統(tǒng)1000可以包括可選反射偏 振器M00，其位于光導(dǎo)管1100的輸出端1300處，使得不想要的偏振光可以被反射回光導(dǎo)管 1100，用于再循環(huán)。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，LED 1400的白熒光體可以由通過LED 1400發(fā)射的藍光驅(qū)動。在通過再循環(huán)系統(tǒng)1000再循環(huán)的處理中，再循環(huán)的藍光由LED 1400 的熒光體重復(fù)吸收，并且可以被重新發(fā)射為綠光和紅光。結(jié)果，再循環(huán)的光具有較低藍色輸 出，更高紅色和綠色輸出。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，要求更高輸出功率的應(yīng)用，投影儀7000 利用多個LED 1400來驅(qū)動單個或更多個熒光體片段，使得發(fā)射光可以耦合至再循環(huán)系統(tǒng) 1000的光導(dǎo)管1100。應(yīng)該想到，還可以使用棱鏡、光導(dǎo)管和其他類似光學(xué)部件(每個均作 為波導(dǎo))來組合來自多個LED 1400的輸出，以在屏幕(未示出)上產(chǎn)生更高輸出。例如， 如果棱鏡的每個側(cè)面被反射性地拋光以促進TIR，則棱鏡可以用作波導(dǎo)。使用來自白熒光體LED的光的益處包括1、白熒光體LED具有較短波長、較大帶隙，從而可以在更高結(jié)溫操作，降低了散熱 要求。2、可以使用單個彩色LED，從而消除了復(fù)用多個彩色LED的需要。3、色輪是非常好開發(fā)的部件并且具有非常長的壽命。4、可以使用標準投影引擎結(jié)構(gòu)，許多廠家都有大量生產(chǎn)這些標準投影引擎的多年 經(jīng)驗。5、多個廠家生產(chǎn)白熒光體LED。6、可以使用多個較小的白熒光體LED獲得大發(fā)射 區(qū)域。發(fā)射區(qū)域在LED之間不具有雛型模縫隙，這可能降低再循環(huán)效率?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖18，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，示出了另外包括用于使光 再循環(huán)的再循環(huán)反射器8100的LED投影儀8000。再循環(huán)反射器8100將一部分LED輸出 反射回LED 1400，用于使光再循環(huán)。LED1400可以是白色或彩色LED。優(yōu)選地，再循環(huán)反射 器8100是球形的、或環(huán)形的、或橢圓反射器，其中，LED被成像返回至其本身。再循環(huán)反射 器8100的開口被用作輸出孔1320。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，可以改變開口的尺 寸，以實現(xiàn)再循環(huán)的改變量。通過使用具有多于一個透鏡7600的采集透鏡7600或透鏡系 統(tǒng)耦合光輸出，并且然后將光輸出聚焦到光導(dǎo)管1100中。光導(dǎo)管1100使產(chǎn)生均一強度分 布的光在光導(dǎo)管1100的輸出處均勻。LED投影儀8000的其余光學(xué)部件類似于圖17的LED 投影儀7000。色輪7500可以位于光導(dǎo)管1100的輸入或輸出端處。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖19示出利用多于一個LED1400的LED投 影儀8000。再循環(huán)投影儀8100將一個LED成像到另一 LED上，增大LED投影儀8000的再 循環(huán)效率。圖20示出裝配在散熱基板1410(其可以與LED投影儀8000 —起使用)上的兩 個或四個LED1400。在四個LED的情況下，再循環(huán)反射器8100將第一 LED成像到關(guān)于第一 LED對角地定位的第二 LED上，例如，LED A成像到LED A'，并且LED B'成像到LED B。采 集透鏡7600耦合LED 1400的光輸出。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，再循環(huán)反射器8100可以是實心光學(xué)部件， 如圖21中所示，諸如包括具有被最優(yōu)化用于最大輸出效率的曲率的部分反射和透射表面 的一塊玻璃。位于LED 1400的輸出處的實心玻璃8100被對準用于光的最大再循環(huán)。實心玻璃8100的輸出表面的一部分被涂覆有反射涂層以提供反射表面8110，并且其余部分為 透明的以用作輸出孔8120。輸出孔8120可以由與反射表面8120相同的連續(xù)表面形成，并 且可以被設(shè)計成具有不同曲率用于最佳耦合?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖22-圖M，根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，示出了被配置成沒 有光導(dǎo)管1110以降低LED投影儀8000的制造成本的LED投影儀8000。圖18的LED投影 儀8000的采集透鏡7600用小透鏡陣列8200代替。小透鏡陣列8200可以是圖7中所示的 圓形的，或者是圖8中所示的矩形的，并且由多于一個透鏡或小透鏡制成。小透鏡可以被布 置成規(guī)則陣列或者可以是任意的，或者可以被設(shè)計成用于最大效率和均一性的特定圖案。 每個小透鏡將LED成像到平面A中的點上(如圖22中所示)。應(yīng)該想到，平面A中的該點 在與光導(dǎo)管1100的輸出端或面1300基本相同的位置處。由于平面A中的該點由通過每個 小透鏡形成的圖像構(gòu)成，因而整體強度分布可以是均一的。然后，通過成像面板7300、投影 引擎7100以及投影透鏡7200，將輸出耦合至投影屏幕(未示出)。根據(jù)要求保護的發(fā)明的 一個方面，小透鏡陣列8200可以將正方形LED 1400轉(zhuǎn)換為與多種投影縱橫比格式匹配的 矩形輸出。通常，輸出圖案可以是所需要的任何尺寸、形狀以及強度分布。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖25中示出包括光束分離器/組合(BSC) 系統(tǒng)9100(其中，所有表面/面被反射性地拋光，以提高TIR)和兩個LED 1400的再循環(huán)系 統(tǒng)9000。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方面，BSC 9100包括與部分反射界面9120成為整體 的兩個三棱鏡(所有面/表面均被反射性地拋光，以促進TIR)。部分反射界面9120可以用 部分反射涂層或通過使用具有反射涂層的部分涂覆表面制成。應(yīng)該想到，反射率可以通過 涂層表面區(qū)域的尺寸來控制。例如，部分反射界面9120可以包括反光條9125(示出)或反 光點(未示出)。來自LED 1400的輸出被耦合至BSC 9100。來自LED 1400的一部分光被反射至光 導(dǎo)管1100的輸出端1300作為輸出，一部分光被引導(dǎo)至另一 LED 1400，并且其余部分光被 引導(dǎo)朝向BSC 9100的反射表面。應(yīng)該想到，BSC 9100用作波導(dǎo)，這是因為所有六個表面均 被拋光，優(yōu)選地，被反射性地拋光以促進TIR。通常，從LED 1400發(fā)射的沒有被引導(dǎo)至光導(dǎo) 管1100的輸出端作為輸出的光將被再循環(huán)，并且最終作為輸出從光導(dǎo)管100出去。根據(jù)特 定應(yīng)用，來自BSC 9100的輸出可以按現(xiàn)在的樣子使用或可以進一步耦合通過輸出光導(dǎo)管 (未示出)(其可以是直的、漸縮形的、空心的或?qū)嵭牡?。光導(dǎo)管1100和輸出光導(dǎo)管(未 示出)可以是規(guī)則光導(dǎo)管或者具有部分反射輸出表面1610的再循環(huán)光導(dǎo)管，并且可以在輸 出端1300處另外包括反射偏振器1600以提供用于LCOS、LCD或其他偏振相關(guān)系統(tǒng)的偏振 輸出。雖然再循環(huán)系統(tǒng)9000包括具有BSC 9100的單個波導(dǎo)系統(tǒng)、兩個LED1400和光導(dǎo) 管1100，但是再循環(huán)系統(tǒng)9000可以被擴展為包括波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性 實施例，圖沈示出二 LED再循環(huán)系統(tǒng)9000，其中，LED被放置在與波導(dǎo)相同的面板上(光導(dǎo) 管1100、所有面均被拋光(優(yōu)選地被反射性地拋光以提高TIR)的三棱鏡9200以及具有反 射表面9110的BSC 9100)。圖27示出三LED再循環(huán)系統(tǒng)9000，包括三個LED 1400、兩個光 導(dǎo)管1100、具有反射表面9110的兩個BSC 9100以及一個三棱鏡9200。應(yīng)該想到，再循環(huán) 系統(tǒng)9000不限于一個、兩個或三個LED，可以使用波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)(光導(dǎo)管1100、三棱鏡9200以 及BSC 9100) 一起再循環(huán)多個LED。
根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，圖觀(a) - (f)示出LED或LED芯片1400的 多種配置。標記LED或LED芯片1400的“C”表示LED芯片1400是彩色芯片，其可以是白 色LED芯片、紅色LED芯片、綠色LED芯片、藍色LED芯片，或任何其他顏色的LED芯片。由 于再循環(huán)反射器8100的成像特性，每對LED被成像到彼此上用于再循環(huán)，并且優(yōu)選地，每對 LED為相同顏色。例如，在圖^(c)中，成像對CjnC1'為相同顏色，成像對CjPC2'為相 同顏色等。圖觀&)示出圖^(c)的紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)LED版本，其中，成像對 (R, R' )> (B, B')和(G，G')。圖觀⑷和圖觀⑴示出LED芯片布置的其他組合。應(yīng) 該想到，LED芯片的其他組合和配置在要求保護的發(fā)明中是可能的并且是可以想到的。注 意，特定LED芯片布置應(yīng)該取決于要求保護的再循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖四，示出根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例的RGB順序投影系統(tǒng)或 RGB順序投影儀9500。RGB順序投影儀9500包括投影引擎7100、成像面板7300、投影透鏡 7200、中繼鏡7400、光導(dǎo)管1100、再循環(huán)反射器8100、RGB LED 1400以及小透鏡陣列8200。 RGB順序投影儀9500可以在時間上復(fù)用三種顏色，以使用用于像素強度控制的成像面板 7300在屏幕上(未示出)生成彩色圖像。RGB LED 1400的輸出通過再循環(huán)反射器8100再 循環(huán)并且使用在此描述的透鏡、小透鏡陣列和/或透鏡陣列8200耦合。應(yīng)該想到，由于RGB LED1400可以被時分復(fù)用，因而不需要并且在圖四中未示出色輪7500。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，如圖30中所示，光源9600包括裝配在散熱 基板1410上的LED 1400、再循環(huán)反射器8100以及可以被用于普通照明或者被結(jié)合到在此 描述的多種投影儀中的光學(xué)透鏡系統(tǒng)9650。LED 1400可以是單色或多色LED 1400。透鏡 系統(tǒng)9650可以被配置成使得光輸出可以具有預(yù)定發(fā)散角。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一個方 面，透鏡系統(tǒng)9650可以被配置成使得光輸出可以被聚焦到目標上，諸如投影儀9500的光導(dǎo) 管 1100。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，光源9600可以包括可選擴散器9610，其可 以插在透鏡系統(tǒng)9650之前或之后，從而允許進一步調(diào)節(jié)光輸出分布。擴散器9650可以是 磨砂玻璃、全息擴散器或者透鏡陣列。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，再循環(huán)反射器 8100、透鏡系統(tǒng)9650以及可選擴散器9610可以用塑料或玻璃模制為單個單元，用于減少部 件并且降低制造成本。根據(jù)要求保護的發(fā)明的示例性實施例，透鏡系統(tǒng)9650可以被配置成準直的，使得 光源9600可以代替具有拋物面反射器的標準燈。根據(jù)要求保護的發(fā)明的一方面，透鏡系統(tǒng) 9650可以被配置為會聚的，使得光源9600可以代替具有橢圓反射器的標準燈。根據(jù)要求保 護的發(fā)明的一方面，透鏡系統(tǒng)9650可以被配置為離散的，使得光源9600可以代替用于普通 聚光燈應(yīng)用的標準燈。應(yīng)該想到，透鏡系統(tǒng)9650可以另外包括可選擴散器9610，從而允許 進一步調(diào)節(jié)光輸出分布，用于最佳結(jié)果。已經(jīng)描述了本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下可以以多種方式改變本發(fā)明。任何和所有這種修改都旨在包括在以下權(quán)利 要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于使光再循環(huán)以增加所述光輸出的亮度的裝置，包括再循環(huán)光導(dǎo)管，包括輸入端和輸出端；其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸入端包括用于從光源和反射輸入表面接收輸入光的 輸入孔；其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸出端包括用于輸出來自所述再循環(huán)光導(dǎo)管的光的 輸出孔，以及用于將朝向所述輸出端引導(dǎo)的一部分光反射至所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸入 端的反射輸出表面；以及其中，所述輸入孔將由所述反射輸出表面反射的所述一部分光的一部分透射至所述光 源以被再循環(huán)，并且所述反射輸入表面將所述一部分光的其余部分反射至所述再循環(huán)光導(dǎo) 管的所述輸出端，從而通過所述光的再循環(huán)增加從所述輸出孔出去的所述光的所述亮度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管是以下之一空心直光導(dǎo)管、 空心漸縮形光導(dǎo)管、實心直光導(dǎo)管或?qū)嵭臐u縮形光導(dǎo)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述輸入孔是矩形或圓形形狀，并且所述輸出孔 是矩形或圓形形狀且縱橫比是6 9或4 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述反射輸入表面和所述 反射輸出表面中的至少一個包括波片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述光源是以下之一耦合至光導(dǎo)管的雙拋物面 反射器(DP 燈、白色LED、彩色LED、來自光導(dǎo)管的輸出、來自LED或激光器所激勵的熒光 體的輸出、或由LED或激光器泵浦的上轉(zhuǎn)換材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括至少兩個光源、至少兩個再循環(huán)光導(dǎo)管和 用于組合所述至少兩個再循環(huán)光導(dǎo)管的輸出以提供單個輸出光束的六面光束組合器；并且 其中，所述光束組合器的六個側(cè)面中的每個均被拋光以促進全內(nèi)反射，使得所述光束組合 器用作波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述光束組合器包括被涂覆以提供部分反射表 面的對角線表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光束組合器的所述對角線表面包括提供所 述部分反射表面的空間反射部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，進一步包括在每個再循環(huán)光導(dǎo)管和所述光束組合器 之間的氣隙或低折射率膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述光束組合器包括提供單個偏振輸出光束 的反射偏振器。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，進一步包括至少兩個光源、耦合至每個再循環(huán)光導(dǎo) 管的所述輸入孔的光源；并且其中，每個光源都是耦合至光導(dǎo)管的輸入端的雙拋物面反射 器(DPR)燈；并且其中，每個光源的所述光導(dǎo)管的輸出端均耦合至所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所 述輸入孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述光束組合器包括用于反射光的反射輸出 表面和用于輸出光的輸出孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括至少三個光源、至少三個再循環(huán)光導(dǎo)管； 并且其中，所述光束組合器組合所述至少三個再循環(huán)光導(dǎo)管的輸出，以提供所述單個輸出光束。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括至少四個光源、至少四個再循環(huán)光導(dǎo)管 和至少兩個六面光束組合器；其中，第一光束組合器的所述對角線表面被定向為使光再循 環(huán)，并且第二光束組合器的所述對角線表面被定向為輸出來自所述裝置的光；并且其中，所 述第一光束組合器和所述第二光束組合器的所述對角線表面的定向相互不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括在所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸出端處的 反射偏振器；并且其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管包括第一和第二漸縮形光導(dǎo)管，所述第一和第二 漸縮形光導(dǎo)管具有填充有折射率匹配的膠、環(huán)氧樹脂或流體的公共表面；其中，進入所述第 一漸縮形光導(dǎo)管的所述輸入光被耦合至所述第二漸縮形光導(dǎo)管；并且其中，所述反射偏振 器將未使用的偏振光反射回所述光源用于再循環(huán)，從而增加所述光輸出的所述亮度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述光源是雙拋物面反射器(DPR)燈；并且其 中，所述反射偏振器將未使用的偏振光反射回所述Dra燈用于再循環(huán)，從而增加所述光輸 出的所述亮度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括至少兩個光源和在每個再循環(huán)光導(dǎo)管的 所述輸出端處的反射偏振器；并且其中，每個再循環(huán)光導(dǎo)管均包括第一和第二漸縮形光 導(dǎo)管，具有填充有折射率匹配的膠、環(huán)氧樹脂或流體的公共表面；其中，進入所述第一漸縮 形光導(dǎo)管的所述輸入光被耦合到所述第二漸縮形光導(dǎo)管中；并且其中，每個再循環(huán)光導(dǎo)管 的所述反射偏振器均將未使用的偏振光反射回相應(yīng)光源用于再循環(huán)，從而增加所述光輸出 的所述亮度。
18.—種結(jié)合權(quán)利要求1所述的裝置的LED投影儀，其中，所述光源是耦合至所述再循 環(huán)光導(dǎo)管的輸入孔的白色LED ；并且進一步包括投影引擎、成像面板、投影透鏡、中繼鏡和 色輪；并且其中，所述再循環(huán)光導(dǎo)管的輸出通過所述中繼鏡、所述成像面板和所述色輪耦合 到所述投影引擎中，以通過所述投影透鏡將用于投影的順序彩色圖像提供到屏幕上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的LED投影儀，其中，所述成像面板是數(shù)字微鏡元件(DMD)或 硅基液晶(LCOS)面板。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的LED投影儀，進一步包括用于通過將由所述LED發(fā)射的 一部分光反射回所述LED來使光再循環(huán)的再循環(huán)反射器；并且其中，所述再循環(huán)反射器包 括用于輸出光的輸出孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的LED投影儀，其中，所述LED包括多個單色LED或多色LED； 并且其中，所述再循環(huán)反射器將一個LED成像在另一 LED上，從而增加所述再循環(huán)效率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的LED投影儀，進一步包括用于將從所述再循環(huán)設(shè)備的所 述輸出孔出去的光聚焦到所述再循環(huán)光導(dǎo)管中的采集透鏡。
23.—種結(jié)合權(quán)利要求1所述的裝置的LED投影儀，其中，所述光源是RGB LED ；并且進 一步包括投影引擎、成像面板、投影透鏡、中繼鏡、小透鏡陣列以及用于通過將由所述RGB LED發(fā)射的一部分光反射回所述RGB LED來使光再循環(huán)的再循環(huán)反射器；并且其中，所述再 循環(huán)反射器包括耦合至所述小透鏡陣列的用于輸出光的輸出孔；并且其中，所述再循環(huán)光 導(dǎo)管的輸出通過所述中繼鏡、所述成像面板和所述小透鏡陣列耦合到所述投影引擎中，以 在時間上復(fù)用三種顏色的光，以通過所述投影透鏡將用于投影的彩色圖像提供到屏幕上。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的LED投影儀，其中，所述再循環(huán)反射器是具有輸出表面的實心光學(xué)部件；并且其中，所述再循環(huán)反射器的所述輸出表面的一部分被涂覆有反射涂層，以 提供反射表面，并且所述再循環(huán)反射器的所述輸出表面的其余部分是能透射的，以提供所 述輸出孔。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述光源包括多個LED、透鏡系統(tǒng)以及用于將來 自每個LED的一部分光反射回所述多個LED并且將其余部分光耦合至所述透鏡系統(tǒng)用于輸 出的再循環(huán)反射器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述透鏡系統(tǒng)被配置成輸出具有預(yù)定發(fā)散角 的光。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述光源包括擴散器，被定位成接收來自所 述再循環(huán)反射器的所述其余部分光，或者被定位成接收從所述透鏡系統(tǒng)輸出的光。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括至少兩個光源，每個光源都是LED ；以及六面光束分離器/組合(BSC)系統(tǒng)，其所有側(cè)面都被反射性地拋光，以提供反射表面并 且促進全內(nèi)反射(TIR)，使得所述BSC系統(tǒng)用作波導(dǎo)；以及其中，所述BSC系統(tǒng)將來自每個LED的第一部分光反射至所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸 出端作為輸出，將來自每個LED的第二部分光反射至其他LED用于再循環(huán)，并且來自每個 LED的其余部分光被引導(dǎo)朝向所述BSC系統(tǒng)的反射表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的裝置，其中，所述BSC系統(tǒng)包括部分反射對角線界面。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的裝置，進一步包括在所述再循環(huán)光導(dǎo)管的所述輸出端處 的反射偏振器，以提供偏振光輸出。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的裝置，進一步包括多個BSC系統(tǒng)、多個LED以及所有面都 被反射性地拋光以促進TIR的三棱鏡。
32.—種LED投影儀，包括用于提供輸入光的LED、投影引擎、投影透鏡、成像面板、小 透鏡陣列、色輪、用于將一部分所述輸入光輸出至所述小透鏡陣列并且將其余部分的所述 輸入光反射回所述LED用于再循環(huán)的再循環(huán)反射器；并且其中，所述小透鏡陣列通過所述 色輪、所述中繼鏡和所述成像面板在時間上將不同顏色光耦合至所述投影引擎，以通過所 述投影透鏡將用于投影的順序彩色圖像提供到屏幕上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的LED投影儀，其中，所述小透鏡陣列被布置為圓形或者矩形 陣列。
全文摘要
用于使用具有至少一個光源的至少一個再循環(huán)光導(dǎo)管增大光輸出的亮度的再循環(huán)系統(tǒng)和方法。再循環(huán)光導(dǎo)管的輸出端將第一部分光反射回光源，將第二部分光反射回再循環(huán)光導(dǎo)管的輸入端，并且發(fā)射其余部分光作為輸出。再循環(huán)系統(tǒng)被結(jié)合到投影儀中，以提供亮度增大的彩色投影圖像。光源可以是白色LED、彩色LED以及雙拋物面反射器(DPR)燈。
文檔編號G02F1/1335GK102124397SQ200980131850
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者肯尼思·利 申請人:微陽有限公司