[发明专利]用抛物面反射器为投影系统耦合来自小光源的光有效
申请号: | 200910009681.7 | 申请日: | 2001-03-12 |
公开(公告)号: | CN101493572A | 公开(公告)日: | 2009-07-29 |
发明(设计)人: | 李健志 | 申请(专利权)人: | 威维恩有限公司 |
主分类号: | G02B17/06 | 分类号: | G02B17/06;F21V7/00;F21V7/06;G02F1/1335;G03B21/28 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司 | 代理人: | 朱进桂 |
地址: | 美国加利*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 抛物面 反射 投影 系统 耦合 自小 光源 | ||
本申请是2001年3月12日向中国专利局递交的题为“用抛物面 反射器为投影系统耦合来自小光源的光”的PCT国际申请中国国家阶 段No.01806888.X的分案申请。
技术领域
本发明涉及收集和凝聚电磁能为图像投影系统中的小目标提供 明亮均匀的照明的系统和方法。
背景技术
使用位于光束内的空间光调制器(“SLM”)是可视投影系统领域 中熟知的。SLM是一种半透明器件,它包含清晰的图形和用来改变光 束以形成投影图像的不透明区域。特别是SLM由许多可控制的透光性 的小区(像素)构成,通过电子调节由光束产生投影的图像。
在一种SLM中,液晶在每个像素上修改来自投影系统的光发射。 透过液晶的光传输取决于液晶的偏振状态,它可以调节到发射或阻挡 光,在输出中形成均衡的明点或暗点。可以电子地控制液晶的偏振状 态,以便可能非常精确的控制光的发射。由于限定各像素的液晶相对 地小,并且因为电子控制能够精确的控制液晶,产生的投影图像可以 非常精确和清晰。
或者是每个像素使用一个数字镜面修改光发射。数字镜面由一个 可移动镜面构成,其中光或是向前反射到屏幕上或是离开屏幕,从而 形成亮点或暗点。而且,数字镜面的位置是电子控制的,能非常精确 的控制光发射。
因此,在图像投影系统中使用SLM是有利的,因为它能通过像素 精确的电子控制光发射。这样,包含SLM的投影系统可产生精确的、 高分辨率投影图像。
然而,SLM投影系统的性能决定性地取决于从灯到SLM的光能收 集和聚焦。特别是为了照亮空间调制器并将输出投影到屏幕上,在SLM 上光必须是均匀的并且具有足够的亮度。
有几种公知的系统用于收集和凝聚来自光源例如投影系统中的 灯的光。在“同轴”系统中,光源和目标都位于光轴上。在这些同轴 系统中,使用具有椭圆或抛物面形状的一个或多个反射器连同一个成 像透镜来引导光源发出的光是公知的。然而,同轴系统在向SLM耦合 光源时会受到根本的亮度损失限制。这种亮度损失会降低投影系统的 整体效率和性能。
美国专利US4,757,431(“431”专利)描述了一种改进的光凝聚 与收集系统,它使用离轴(off-axis)球形凹面反射器来增强照射小 目标的通量和到达小目标的可收集的通量密度的数量。美国专利 US5,414,600(“600”专利)提供了一种进一步改进的光凝聚和收集系 统,它描述使用椭圆形凹面反射器。类似地,美国专利US5,430,634 (“634”专利)描述使用一种复曲面凹面反射器。“431”,“600”和 “634”专利的系统提供接近1比1(没有放大)的图像并保持来自光 源的亮度。然而,这些系统丧失了1比1(单位的)放大倍数,使整 体投影系统的性能降低,因为收集的光量会随着反射器收集角的增大 而增加。因此,在这些系统中,增大照明亮度降低所产生图像的质量。
在光谱学的相关领域中还需要收集和凝聚来自光源的光。特别是 在一个采样聚焦来自光源的光。然后通过收集和评估来自采样的辐射 来测试采样。
在光谱学中,在离轴反射系统中普遍使用抛物面形状的反射镜聚 焦来自光源的光发射。例如美国专利US3,986,767号公开了用一个离 轴抛物面反射器将平行光束聚焦成落在测试采样上的小光点。类似地, 美国专利US4,591,266(Re32,912)号公开了一种光谱学系统,使用配 对的离轴抛物面反射器,它们的焦距在一个共同点或光学上彼此成像 的两个点上在采样上光学成像,并且具有这样的相对位置和朝向:使 来自光源的每个射线在具有大致相同焦长度的反射器的那些点上照射 两个反射器。美国专利US4,473,295号公开了使用抛物面收集光并且 聚焦到测试采样上的另一种光谱学系统的构造。
类似地,美国专利US5,191,393(“393专利”)及其相应的欧洲 专利EP0 401 351B1涉及用于微小特征的光测量的从净化室外向净化 室内光的传 送。393专利中提供的一种构造是使用一个弧光灯、两个抛物面反射 器、一条光纤,并且使用透射二向色滤光镜过滤所需的波长。
正如上面引用的专利中所述的,使用的离轴抛物面固有地不提供 从光源到输出目标的有效耦合。
因此需要克服这些缺点的将来自小光源的光耦合到投影系统的 一种方法。
发明内容
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