专利名称：用于包括3通道led阵列光机的数字光投影系统的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及数字光投影系统领域，更具体地涉及用于包括3通道LED阵列 光机的数字光投影系统的光学系统。
背景技术：
针对数字光投影(DLP)系统，需要一种能够在照明路径上产生基本上均勻且基本 上为白光的光学系统。传统的用于DLP系统的光学系统例如包括诸如高强度汞灯或氙灯的 光源。然而，这些传统的光学系统和对应的光源例如具有诸如非均勻光、非白光和亮度不足 的缺点。此外，这些传统光学系统产生过量的热并且设计高度复杂，从而导致制造光学系统 的过程和技术复杂且昂贵。因此，希望提供一种能够克服上述缺陷且能够以便宜高效的方式制造的光学系 统。因此，希望提供一种包括LED阵列和对应的集光器元件的光学系统，该光学系统 能够用在DLP系统中并且克服了传统光学系统所具有的上述缺陷。另外，在解决这些问题 的同时，本发明的所述包括LED阵列和对应的集光器元件的光学系统还将提供DLP系统所 希望的优异的均勻光、白光以及亮度。根据以下对本发明的详细描述，本发明的这些和其他优点将完全清楚。
发明内容
本发明致力于提供一种用于数字光投影系统的光学系统，该光学系统包括多个 LED阵列，其中每个LED阵列包括多个LED。所述光学系统还包括基本上位于每个LED阵列 附近的集光器元件，其中每个集光器元件全内反射从对应的LED阵列内的多个LED发射的 光，以在每个集光器元件的输出表面处提供基本上均勻的光。所述光学系统还可包括光学 组合器元件，其中每个集光器元件的输出表面基本上位于组合器元件的对应侧附近，并且 其中所述组合器元件空间地组合在每个集光器元件的输出表面处提供的基本上均勻的光， 以在该组合器元件的输出表面处形成基本上白光。
为了更清楚地理解本发明以及便于实施本发明，将结合以下附图来描述本发明， 在附图中图1是例示了根据本发明优选实施例的包括3通道LED阵列结构的数字光投影系 统的等轴测图。图2是图1中示出的数字光投影系统的左侧视图。图3是图1中示出的数字光投影系统的右侧视图。图4是图1中示出的数字光投影系统的平面图。
图5是图1中示出的数字光投影系统的剖面图。图6是图1中示出的数字光投影系统的一部分的放大剖面左侧视图，其包括3个 集光器元件、光学组合器元件以及3个LED阵列。图7是图1中示出的数字光投影系统的一部分的放大等轴测图，其包括集光器元 件、LED阵列以及对应的LED阵列安装板。图8是图1中示出的数字光投影系统的一部分的放大平面图，其包括LED阵列和 对应的LED阵列安装板。图9是图1中示出的数字光投影系统的一部分的等轴测图，其包括LED阵列和对 应的LED阵列安装板。图10是图1中示出的数字光投影系统的一部分的平面图，其包括光学组合器元 件、照明光学系统、全内反射(TIR)棱镜、数字成像器件以及投影光学系统。图11是图10中所示的结构的左侧视图。图12是图10中所示的结构的展开平面图。图13是图7中所示的集光器元件的放大等轴测图。图14是根据本发明优选实施例的具有矩形输入表面和矩形输出表面的另一集光 器元件的放大等轴测图。
在图1中，元件信息如下表所示
权利要求
一种用于数字光投影系统的光学系统，该光学系统包括至少一个LED阵列，其中每个LED阵列包括多个LED；以及集光器元件，其大体上位于每个LED阵列附近，其中每个集光器元件全内反射从对应的LED阵列内的多个LED发射的光，以在每个集光器元件的输出表面处提供基本上均匀的光，并且其中所述集光器元件沿着从该集光器元件的输入表面到该集光器元件的输出表面的纵向方向具有复杂锥形。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述集光器元件设置为与每个LED阵列直接 接触。
3.根据权利要求1所述的光学系统，该光学系统还包括位于所述集光器元件与每个 LED阵列之间的光学耦合材料，其中，所述光学耦合材料与所述集光器元件和每个LED阵列 相接触。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述光学耦合材料包括折射率基本上与所 述集光器元件的折射率相匹配的凝胶。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，每个LED阵列包括宽度小于0.35mm的LED。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，每个LED阵列包括这样的LED，其与同一阵 列内的相邻LED间隔小于0. 025mm的量。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述集光器元件具有大体抛物线形截面。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，该光学系统是照明光学系统。
9.根据权利要求1所述的光学系统，该光学系统还包括数字成像器件。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其中，每个集光器元件的输出表面直接成像在所 述数字成像器件上。
11.一种用于数字光投影系统的光学系统，该光学系统包括多个LED阵列，其中每个LED阵列包括多个LED ；集光器元件，其大体上位于每个LED阵列附近，其中每个集光器元件全内反射从对应 的LED阵列内的多个LED发射的光，以在每个集光器元件的输出表面处提供基本上均勻的 光，并且其中所述集光器元件沿着从该集光器元件的输入表面到该集光器元件的输出表面 的纵向方向具有复杂锥形；以及光学组合器元件，其中，每个集光器元件的输出表面大体上位于组合器元件的对应侧 附近，并且其中，所述组合器元件空间地组合在每个集光器元件的输出表面处提供的基本 上均勻的光，以在该组合器元件的输出表面处形成基本上白光。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述集光器元件设置为与每个LED阵列直 接接触。
13.根据权利要求11所述的光学系统，该光学系统还包括位于所述集光器元件与每个 LED阵列之间的光学耦合材料，其中，所述光学耦合材料与所述集光器元件和每个LED阵列 相接触。
14.根据权利要求13所述的光学系统，其中，所述光学耦合材料包括折射率基本上与 所述集光器元件的折射率相匹配的凝胶。
15.根据权利要求11所述的光学系统，其中，每个LED阵列包括宽度小于0.35mm的LED。
16.根据权利要求11所述的光学系统，其中，每个LED阵列包括这样的LED，其与同一 阵列内的相邻LED间隔小于0. 025mm的量。
17.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述集光器元件具有大体抛物线形截面。
18.根据权利要求11所述的光学系统，其中，多个LED阵列由3个LED阵列构成，其中 这3个LED阵列由3个单色LED阵列构成，并且其中这3个单色LED阵列中的每一个具有 不同于彼此的颜色。
19.根据权利要求18所述的光学系统，其中，所述3个单色LED阵列由仅包括红光LED 的LED阵列、仅包括绿光LED的LED阵列以及仅包括蓝光LED的LED阵列构成。
20.根据权利要求11所述的光学系统，其中，多个LED阵列由3个LED阵列构成，并且 其中所述组合器元件是组合器立方体。
21.根据权利要求11所述的光学系统，其中，多个LED阵列由3个LED阵列构成，并且 其中所述组合器元件是二向色组合器立方体。
22.根据权利要求11所述的光学系统，其中，多个LED阵列由3个LED阵列构成，其中 所述组合器元件是二向色组合器立方体，并且其中所述组合器立方体包括4个棱镜。
23.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述光学系统是照明光学系统。
24.根据权利要求11所述的光学系统，该光学系统还包括数字成像器件。
25.根据权利要求24所述的光学系统，其中，每个集光器元件的输出表面直接成像在 所述数字成像器件上。
全文摘要
本发明公开了一种用于数字光投影系统的光学系统。该光学系统包括多个LED阵列，其中每个LED阵列包括多个LED。所述光学系统还包括大体上位于每个LED阵列附近的集光器元件，其中每个集光器元件全内反射从对应的LED阵列内的多个LED发射的光，以在每个集光器元件的输出表面处提供基本上均匀的光，并且其中，集光器元件具有复杂锥形。所述光学系统优选地还包括光学组合器元件，其中每个集光器元件的输出表面基本上位于组合器元件的对应侧附近，并且其中所述组合器元件空间地组合在每个集光器元件的输出表面处提供的基本上均匀的光，以在该组合器元件的输出表面处形成基本上白光。
文档编号G02B27/18GK101995665SQ20101026066
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者J·F·尚利 申请人:Scram技术公司