[發明專利]使用公共構建塊的光引擎

有效

• 申請號: 201210052242.6
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102654723A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 馬亨德拉·S·達森納亞克;唐納德·P·比爾格
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: G03B21/20
• 分類號: G03B21/20;G02B27/10
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 賀小明

技術領域

本發明總體涉及用于圖像投影系統的光組合器，更具體地，涉及用于沿共同的輸出光路引導彩色光源的多棱鏡系統。

背景技術

各種類型的影像投影系統在如今普遍使用。例如數字光處理器(DLP)或硅基液晶(LCOS)裝置的成像裝置由根據視頻圖像的瞬態幀(instantaneous?frame)的光照明，并選擇性地調節所述光。為了將這種投影儀的尺寸、重量和成本保持至某一最低限度，影像投影系統在生成彩色圖像時，通常僅使用單個成像裝置。所述裝置由圖像的紅色、綠色和藍色部分依次照明。這種操作模式被稱為色序法(field-sequential?color)。用于這種類型彩色影像投影儀的照明源或光引擎包括在視頻幀的合適部分期間分別打開的單獨的紅、綠和藍色光源。為了使用單獨的圖像形成裝置，單獨的色彩必須沿通向裝置的相同光路照明圖像裝置。

在一塊公共基板上使用紅色、綠色和藍色光發光二極管(LEDs)的光引擎通常具有效率和/或顏色均勻性問題。例如，單獨的LED切塊會難以相對于準直光學裝置(collimating?optics)而位于最佳的位置。使用針對每個顏色光的獨立定位源的已知光引擎通常使用分色鏡將獨立源的光輸出組合起來。已知的鏡系統大而昂貴，并且不可能將它們有效地整合在緊湊型、低成本光引擎中。

發明內容

本發明一方面提供了一種用于對齊第一顏色范圍、第二顏色范圍和第三顏色范圍的光的光引擎。第一和第二五棱鏡元件每一個都具有實質上矩形的基部和實質上三棱柱部分，其中每個三棱柱部分具有第一和第二對角線曲面。每個第一對角線曲面具有用于在第一顏色范圍內反射光以及在第二和第三顏色范圍內透射光的第一分色處理。每個第二對角線曲面具有用于在第二顏色范圍內反射光以及在第一和第三顏色范圍內透射光的第二分色處理。第三五棱鏡元件具有實質上矩形的基部以及具有第一和第二對角線曲面的實質上三棱柱部分，其中每個對角線曲面在第三顏色范圍內透射光。設置棱鏡元件使它們的棱柱部分相鄰接，由此第一棱鏡元件的第一對角線曲面與第三棱鏡元件的一個對角線曲面并列，第二棱鏡元件的第二對角線曲面與第三棱鏡元件的另一個對角線曲面并列。

具有在第一顏色范圍內的第一光束的第一光源設置為引導第一光束穿過第一棱鏡元件的基部進入其棱鏡部分。具有在第二顏色范圍內的第二光束的第二光源設置為引導第二光束穿過第二棱鏡元件的基部進入其棱鏡部分。具有在第三光束為第三顏色范圍內的第三光束的第三光源設置為引導第三光束穿過第三棱鏡元件的基部進入其棱鏡部分。第一光束被第一棱鏡元件和第二棱鏡元件的第一對角線曲面實質上以直角反射。第二光束被第一棱鏡元件和第二棱鏡元件的第二對角線曲面實質上以直角反射。第三光束實質上無反射地穿過第一、第二和第三棱鏡元件，以產生共同的輸出光路。

附圖說明

圖1是使用來自有色源的組合光的成像系統的框圖。

圖2是本發明棱鏡組件的優選實施例的透視圖。

圖3是圖2的棱鏡組件的分解圖。

圖4是表示棱鏡元件的對角線曲面的透視圖。

圖5是表示棱鏡元件的準直表面的透視圖。

圖6是表示紅色光的反射路徑的棱鏡元件的局部分解圖。

圖7是表示藍色光的反射路徑的棱鏡元件的局部分解圖。

圖8是表示綠色光的反射路徑的棱鏡元件的局部分解圖。

圖9是具有根據本發明光引擎的圖像投影系統實施例的示意圖。

具體實施方式

本發明使用微光學、模制塑料導光管和分色表面或涂層來提供緊湊型、低成本、有效率的光引擎。在一個實施例中，將具有朗柏發射模式(Lambertian?emission?patterns)的分離的紅色、綠色和藍色LEDs用作紅色、綠色和藍色光源。來自每個LED的光在最接近LED的一側的具有微光學準直模式的單獨模制塑料部件中被準直。在塑料部件另一側的棱鏡表面具有最佳的反射角，并設有分色表面，所述分色表面具有調整的以適應來自LED光源的顏色的傳播和反射性能。這些棱鏡元件用收集器/漫射器收在一起，所述收集器/漫射器也是模制塑料部件，具有模制到所述部件中的光學微結構，用于將出射光束漫射至期望的f數(f?number)。