专利名称：用于投影显示器的光回收利用的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影系统中可能浪费的那部分光的回收利用。
相关技术的描述投影显示器通过向例如屏幕上投射光而进行工作。光按照色彩或明暗，或两者兼有的方式进行分布。接纳图案的观看者通过将图案与观看者已经熟悉的图像，如人物或面孔相结合而观看图案。该图案可以用多种方式形成，其一是通过用信息流调制光而形成。
偏振光可以通过用偏振滤光器对其滤光而对其调制。LCD成像装置可以用于实现该调制，例如在LCD型投影显示器中。LCD成像装置可以是例如透射型或反射型的。LCD成像装置可以包括通过改变其偏振态而与入射光的偏振态相匹配或不同而受到调制的像素。一般来讲，如果其偏振态与入射光的相匹配，这些像素将使光通过。
如果用信息，如观看者所熟悉的图案，来调制像素的偏振态，则该信息将作为有光或无光的情况被投影在屏幕上。当用形成观看者熟悉的图案的信息调制这些像素时，观看者可以识别出投影在屏幕上的图案。
在光偏振后，来自光源的光只有一半是适当的偏振态，以输入到LCD成像装置；而另一半是不适当的偏振态，因此不能直接利用。理想的是，能将不适当偏振态的光回收利用。
已经开发出各种将不适当的偏振光转换至适当偏振态，以致其可以被利用的方案。最普通的方案是利用一排透镜和一排偏振光束分光器(PBS)。另一系统包括使用锥形光管和PBS，其中偏振光的回收利用在光管内部完成。这一系统可以与1∶1的双抛物面耦合系统一起使用。
但是在大多数这类系统中，是在系统空间(etendue)的一半处收集输出。然后，偏振回收利用系统使输出空间加倍并折回到系统空间中。由于在系统空间的一半处收集到较少的光，因此这种系统没有充分发挥效率。理想的是，将空间保持在原始大小。
彩色光也可以为投影显示器中的成像装置提供照明。可以通过例如对几个，如三个入射到成像装置的彩色光束进行空间调制，并将其按所需比例重组而生成彩色图像。一系列色彩可以通过按不同比例重组调制的光束而产生。典型的彩色光束组可以是红、绿、兰(R，G，B)，当然其他组如黄、品红和青兰也可以采用。
如果采用三种颜色，三色光束可以用三个独立的芯片产生，如三个发光二极管(LED)，每一个产生一种颜色的光。但是这种三芯片系统在机械性和光学性上可能是复杂的，而且昂贵。具有单一光源的系统常常优于三芯片系统。理想的是，采用单一芯片产生光。
来自单一光源的光，如单个LED芯片产生的，如白光，可以通过将光分成三个组成颜色光束来利用。然后，用成像装置空间地调制每束光，且按三芯片系统的方式重组三束调制的光束，以产生所需的彩色图像。可以用诸如彩色像素或色盘等滤光器将单芯片系统发出的光束分成三种颜色。但是这种系统在彩色滤光中，可能损失2/3的光。理想的是，无用颜色的光被回收利用。
已经设计出改善这种滤光损失的系统。Koninklijke Philips ElectronicsN.V.(Philips)生产的此类系统采用转动棱镜将光束涡旋通过成像装置。红、绿、兰光束由分色滤光器产生。这些光束在成像装置上形成色带，并且使用适合的驱动电子系统，根据该色带位置可以调制对应的像素。如果颜色滚动的足够快，眼睛看到的就是连续的彩色图像。
此系统的缺点是成像装置的空间由于系统容限会相应降低至1/3～1/5。这导致了光收集效率的降低。于是，需要更大更昂贵的芯片补偿这种损失。理想的是，保持空间而不需要更大的芯片。
德州仪器公司(Texas Instruments，Inc.(TI))有一个利用螺旋色盘的滚动系统。该盘像在Philips的系统中一样，在成像装置上滚动彩色光束。通过使螺旋色盘反射的一些光反射离开光管的输入表面，而将其回收。光管具有带孔的输入表面，由该孔接收由反射镜聚焦在输入表面上的光。输入表面的其余部分将回收的光反射到色盘上。
但是由于输入表面的孔比有效的输入表面小，所以系统的亮度降低，而输出光束的尺度增加。此外，色盘反射的一部分光在通过输入孔径时损失了。理想的是，输入表面不受输入孔径尺寸的局限。
发明概要在一个实施例中，本发明包括用于投影显示器的光回收利用系统，该显示器包括一个具有第一和第二焦点的反射镜。电磁辐射源设置在反射镜第一焦点附近，其发射的辐射光线从反射镜反射并基本会聚在第二焦点处。一逆向反射镜设置在该反射镜的对面，以将至少一部分没有直接入射到反射镜的电磁辐射通过反射镜的第一焦点反射到反射镜上，从而提高会聚光线的光通量强度。具有输入表面和输出表面的光管设置成其输入表面位于第二焦点附近，以便收集和传输基本上全部的辐射光线。一个第一反射镜设置在输出表面附近，以便传输第一波段的辐射光线而反射第二和第三波段的辐射光线。一个第二反射镜设置在输出表面附近，以便传输第二波段的辐射光线而反射第一和第三波段的辐射光线。一个第三反射镜设置在输出表面附近，以便传输第三波段的辐射光线而反射第一和第二波段的辐射光线。
在第二实施例中，本发明包括一种用于投影显示器的光回收利用装置，该显示器包括一个具有第一和第二焦点的反射镜。一电磁辐射源设置在该反射镜的第一焦点附近，其发出的辐射光线经反射镜反射并基本会聚在第二焦点处。一逆向反射镜设置在该反射镜的对面，以将至少一部分没有直接入射到反射镜的电磁辐射通过反射镜的第一焦点反射到反射镜上，从而提高会聚光线的光通量强度。具有输入表面和输出表面的光管设置成其输入表面位于第二焦点附近，以便收集和传输基本上全部的辐射光线。一个PBS设置在输出表面附近，以便收集基本上全部的辐射光线并将其偏振成为第一偏振光和第二偏振光。第一偏振光被透射，而第二偏振光被反射到输出表面。一波片设置在第二偏振光的光路中。
在第三实施例中，本发明包括一种偏振光回收利用的方法，该方法包括以下步骤将一电磁辐射源固定在反射镜的第一焦点处，该辐射源产生辐射光线，反射镜将一部分辐射光线反射到第二焦点，并将其会聚在第二焦点，将至少一部分没有直接入射到反射镜的辐射光线通过反射镜的第一焦点反射到反射镜上，设置具有输入表面和输出表面的输出光管使其输入表面位于第二焦点附近，在输入表面处收集辐射光线，使辐射光线通过输出光管，从输出光管的输出表面输出辐射光线，在输出表面附近设置PBS，将辐射光线偏振成为第一偏振光和第二偏振光，透射第一偏振光，而向输出表面反射第二偏振光，在输出表面处收集第二偏振光，使第二偏振光通过输出光管，输出来自输出光管输入表面的第二偏振光，将第二偏振光会聚到第二焦点，用反射镜将一部分第二偏振光反射到第一焦点，用波片使第二偏振光转换成圆偏振光，将该圆偏振光会聚到第一焦点处，使该圆偏振光通过反射镜第一焦点反射到反射镜，将圆偏振光转换成第一偏振光，把第一偏振光会聚到第二焦点处，在输入表面处收集第一偏振光，使第一偏振光通过输出光管，并且从输出光管的输出表面处输出第一偏振光。
附图简要说明
图1是表示根据本发明第一实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图2a-图2d表示了本发明实施例中所用各种反射镜的结构；图3是表示根据本发明第二实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图4表示了本发明实施例中所用的光管；图5表示了本发明实施例中所用的色盘；图6是表示根据本发明第三实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图7是表示根据本发明第四实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图8是表示根据本发明第五实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图9是表示根据本发明第六实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图；图10a-图10c表示了本发明实施例中所用电磁辐射源的各种结构；以及图11是表示根据本发明第七实施例的用于投影显示器的光回收利用系统的示意图。
对优选实施例的详细说明图1表示了根据本发明第一实施例的光回收利用系统和装置100。光回收利用系统和装置100包括具有第一和第二焦点104，106的反射镜102。
在如图1所示的实施例中，反射镜102具有仅仅反射电磁辐射光谱中预定部分的涂层162。涂层162可以反射诸如红外线，可见光，一预定波段波长的辐射光线，一特定颜色的辐射光线，或其组合。在另一可选实施例中，涂层162可以透射诸如红外线或紫外线等等，而不是反射它们。这可以用于例如在无用的不可见光耦合到成像装置之前，将其排除。
电磁辐射110的源108设置在反射镜102的第一焦点104附近，其发出的电磁辐射110的光线被反射镜102反射，而基本上会聚到第二焦点106处。在一个实施例中，电磁辐射110的源108可以是例如弧光灯、如氙灯，金属卤化物灯，高亮度放电(HID)灯，或汞灯。在另一实施例中，电磁辐射110的源108可以是例如卤素灯或白炽灯。
图2a-图2d表示了用于本发明实施例的反射镜202的各种结构。反射镜202可以是例如基本上旋转椭圆形面202a的一部分，基本上旋转抛物面202b的一部分，基本上旋转球面202c的一部分，或基本上旋转复曲(toric)面202d的一部分。
图10a表示了可用于本发明实施例的电磁辐射1010a的源1008a。源1008a可以是例如单芯片电磁辐射源，诸如发出具有一定范围带宽的辐射光线如白光的LED。
图10b表示了可用于本发明实施例的电磁辐射1010b的源1008b。如图10b所示，电磁辐射1010b的源1008b也可以是例如双芯片电磁辐射源，诸如发出两个带宽范围辐射光线，如红光和兰光的两个LED。
图10c表示了可用于本发明实施例中的电磁辐射1010c的源1008c。如图10c所示，电磁辐射1010c的源1008c还可以是例如三芯片电磁辐射源，诸如发出三个带宽范围辐射光线，如红光、绿光和兰光的三个LED。
如图1所示，逆向反射镜112与反射镜102相对设置，以便将没有直接入射到反射镜102上的电磁辐射110中的至少一部分114途经反射镜102的第一焦点104或主反射镜356反射到反射镜102上，从而提高会聚光线的光通量强度。逆向反射镜112可以是例如设置在源108一侧且与反射镜102或主反射镜356相对的球面逆向反射镜112。在一个实施例中，逆向反射镜112与反射镜102集成在一起。在另一个实施例中，逆向反射镜112具有一个仅仅反射预定部分电磁辐射光谱的涂层184。涂层184可以反射例如红外光、可见光、一预定波段波长的光线、一特定颜色的光线、或其组合的光线。
光回收利用系统和装置100还包括具有输入表面118和输出表面120的光管116。光管116可以是例如锥形的光管(TLP)，或直的光管(SLP)。光管116可以由例如石英、玻璃、塑料、或丙烯酸类材料制成。可以选择输入表面118和输出表面120的尺度，以使得例如输出数值孔径(NA)与接收辐射光线110的器件相匹配。如果该器件是例如偏振光束分光器(PBS)，NA应该足够小以满足偏振器的有效工作。
为了收集和传输基本上全部的辐射光线110，将输入表面118设置在第二焦点106附近。在一个优选实施例中，输入表面118的整个扩展区域可以是例如基本上透射的。
在本发明第二实施例中，如图3所示，反射镜302可以由具有第一光轴358的主反射镜356和具有第二光轴362的副反射镜360组成。副反射镜360可以与主反射镜356基本上对称放置，使第一光轴358与第二光轴362基本上共线。第一焦点304是主反射镜356的一个焦点，而第二焦点306是副反射镜360的一个焦点。辐射光线310从主反射镜356反射到副反射镜360，并基本上会聚在第二焦点306处。
在一个实施例中，主及副反射镜356，360可以包含例如至少一部分的基本上旋转椭圆形面或基本上旋转抛物面。在另一实施例中，主反射镜356可以包含例如至少一部分基本上旋转椭圆形面，而副反射镜360可以包含例如至少一部分基本上旋转双曲面。在又一实施例中，主反射镜356可以包含例如至少一部分基本上旋转双曲面，而副反射镜360可以包含例如至少一部分基本上旋转椭圆形面。
图4表示了用于本发明实施例的光管416。在一个实施例中，如图4所示，第一反射镜422设置在光管416的输出表面420附近。第一反射镜422使第一波段辐射光线424透射，而反射第二和第三波段的辐射光线426，428。第二反射镜430也设置在输出表面420附近，靠近第一反射镜422。第二反射镜430使第二波段的辐射光线426透射，而反射第一和第三波段的辐射光线424，428。第三反射镜432同样设置在输出表面420附近，靠近第一和第二反射镜422，430。第三反射镜432使第三波段辐射光线428透射，而反射第一和第二波段的辐射光线424，426。
第一、第二和第三波段的辐射光线424，426，428可以是例如红、橙、黄、绿、兰、靛、紫、粉红、白色、品红，红外或紫外光线。在一个优选实施例中，第一、第二和第三波段的辐射光线424，426，428是红、绿和兰光，且次序随意。
在一个优选实施例中，第一、第二和第三反射镜422，430和432彼此平行放置，且彼此可以有些重叠。在一个实施例中，输出表面420可以例如被分成第一、第二和第三区域434，436，438。在此情况下，第一反射镜422可以是例如第一区域434上的第一反射涂层440。第二反射镜430可以是例如第二区域436上的第二反射涂层442。第三反射镜432可以是例如第三区域438上的第三反射涂层444。
在另一实施例中，如图5所示，第一、第二和第三反射镜522、530和532可以例如以一色盘548的方式围绕轴546分布。色盘548例如可转动地安装在轴546上，并具有一个由绕轴546螺旋设置的第一、第二和第三区域550，552，554组成的表面。在此情况下，第一反射镜522可以是例如第一区域550上的第一反射涂层540。第二反射镜530可以是例如第二区域552上的第二反射涂层542。第三反射镜532可以是例如第三区域554上的第三反射涂层544。
在本发明的第七实施例中，如图11所示，可以借助于电机转动轴1146而旋转色盘1148，当色盘1148旋转时，入射到色盘1148上的光线1110依次通过，产生涡旋卷动的彩色光带。收集这些卷动的彩色光带并将其聚焦在图像投影系统1164上。成像装置可以与色盘同步并受到调制，于是产生了可以投影到屏幕上的图像。
在本发明的第三实施例中，如图6所示，图像投影系统664可以设置在输出表面620附近，以收集基本上全部辐射光线610。图像投影系统664可以是例如一硅基液晶(LCOS)成像装置，一数字微镜器件(DMD)芯片，或一透射式液晶显示(LCD)面板。
在本发明的第四实施例中，如图7所示，PBS766可以设置在输出表面720与图像投影系统764的中间，以收集基本上全部辐射光线710并将其偏振化为第一偏振光768和第二偏振光770。例如，第一偏振光768的光线可以是例如P偏振光，而第二偏振光770的光线可以是例如S偏振光。当然，两束光的偏振态次序可以互换。在一个实施例中，PBS766可以是例如线栅偏振片。在其它实施例中，PBS766可以是例如一维阵列或二维阵列。
如果图像投影系统764是需要偏振光的类型，如LCOS成像装置，则可以采用PBS766。在此情况下，如果图像投影系统764被构造并设置为例如利用第一偏振光768的光线，则P偏振光768可以透射到图像投影系统764，而对图像投影系统764没有直接用处的S偏振光770基本上被例如一返回反射镜788反射回输出表面720处。
S偏振光770将例如基本上在输出表面720处被收集起来，并通过第二焦点706返回到反射镜702，最终到达第一焦点704处。某些S偏振光770可以通过第一焦点704并由逆向反射镜712反射。由于回收利用的S偏振光770沿着穿过第一焦点704的光路行进，有如光源708发出的一样，故基本上没有空间损失。
波片772可以例如设置在S偏振光770的光路中。波片772可以例如设置在反射镜702的内部774附近。在优选实施例中，波片772可以是例如四分之一波片。若波片772是四分之一波片，S偏振光770在其通过波片772时被圆偏振化，产生圆偏振光784。圆偏振光784可以基本上通过第一焦点704并由逆向反射镜712反射。光源708向反射镜702发出的光线710可以与逆向反射镜712反射的圆偏振光784结合，并由反射镜702准直。由于光线710是非偏振的，波片772不对光线710产生净改变。另一方面，圆偏振光784在其第二次通过波片772时，被偏振化为P偏振光768。
由于系统700的像差和缺陷，当S偏振光770往复经过从PBS 766至逆向反射镜712并返回的光路时，在各个界面处可能发生S偏振光770的去偏振。因此，PBS 766反射的S偏振光770在其第一次通过时，不会被全部转换成P偏振光768。光线768中的非P偏振部分将被PBS 766反射，并再次通过转换过程。经历例如至逆向反射镜712并返回的往返行程的反射的S偏振光将反射五次，并在组件之间的玻璃—空气界面上往复经过八次。假设镜的反射率为0.98，且每个玻璃—空气界面的菲涅耳损耗为1％，则往返效率为65％。假设单圈回收且第一和第二圈的偏振效率分别为15％和80％，则总的输出效率为15％+0.45*0.8*0.65＝68％。在第二行程中，如假设反射光完全是非偏振的，则总的输出效率为15％+0.45*0.45*0.45＝58％。
在大多数系统中，系统的输出是在系统空间的一半处收集的，偏振回收利用系统使输出空间加倍并折回到系统空间。这种系统和装置700的理论改进是与那些将空间加倍的系统相比拟的。由于在系统空间的一半处收集到较少的光，所以系统和装置700会比那些将空间加倍的系统效率更高。
如果光源708是例如卤素灯或白炽灯，S偏振光770可以用于加热灯丝和提高光输出。如果系统700的组件精确对准到足以使基本全部的S偏振光770都来加热灯丝，则可省略掉波片772。这一过程产生的额外光线将不被偏振化，从而消除了对波片772的需求。但是如果这种对准使部分或全部S偏振光770没有加热灯丝，而是通过灯丝并由逆向反射镜712反射回反射镜702，则该光线可能仍将被偏振化，且需要波片772。
在本发明的第五实施例中，如图8所示，光源808可以是例如白炽灯。在此情况下，可以例如在光线810的光路上设置红外反射镜886，以将光线810的红外成分反射回光源808加热灯丝并提高光输出。红外反射镜886可以位于例如反射镜802的内部874，如介于反射镜802与光源808之间。红外反射镜886还可以位于例如在光线810的光路中的主反射镜856与副反射镜860之间。
在本发明的第六实施例中，如图9所示，聚焦透镜976可以设置在PBS966的输出表面974附近，同时图像投影系统964设置在聚焦透镜976输出面978附近。被收集并聚焦在聚焦透镜976的光线968所照射的图像980，将由投影系统964投放出来，以显示出该图像980。
本发明的第八实施例包括一种偏振光回收利用方法，由以下步骤组成将电磁辐射光源定位在反射镜的第一焦点，由光源产生光线，反射镜将一部分光线反射到第二焦点，光线基本会聚在第二焦点，将至少一部分没有直接入射到反射镜的光线通过反射镜的第一焦点反射到反射镜，定位具有输入表面和输出表面的输出光管以使得输入表面基本在第二焦点附近，基本在输入表面处收集光线，光线穿过输出光管，从输出光管的输出表面输出光线，将PBS定位在输出表面附近，将光线基本上偏振为第一偏振光和第二偏振光，基本透射第一偏振光，将第二偏振光基本反射到输出表面，基本在输出表面处收集第二偏振光，使第二偏振光穿过输出光管，从输出光管的输入表面输出第二偏振光，使第二偏振光基本会聚在第二焦点，反射镜将一部分第二偏振光基本反射到第一焦点，用波片使第二偏振光基本上圆偏振化，将圆偏振光基本会聚在第一焦点，使圆偏振光通过反射镜的第一焦点而基本向反射镜反射，将圆偏振光基本偏振为第一偏振光，将第一偏振光基本会聚到第二焦点，在输入表面基本收集第一偏振光，使第一偏振光通过输出光管，并从输出光管的输出表面基本输出第一偏振光。
尽管本发明已经在上文中作了详细描述，但是本发明并不局限于所述的具体实施例。显然，在不违背本发明构思下，本领域的技术人员可以做出许多同于或不同于本文所述具体实施例的用途和改变。
权利要求
1.一种用于投影显示器的光回收利用系统，包括一具有第一和第二焦点的反射镜；一设置在所述反射镜的所述第一焦点附近的电磁辐射光源，其发射的辐射光线从所述反射镜反射并基本上会聚在所述第二焦点处；一逆向反射镜设置在所述反射镜的对面，以将至少一部分没有直接入射到所述反射镜的电磁辐射光束通过所述反射镜的第一焦点反射到所述反射镜，从而提高会聚光线的光通量强度；一具有输入表面和输出表面的光管，所述光管的所述输入表面设置在所述第二焦点附近，以收集和透射基本上全部的所述辐射光线；一第一反射镜，设置在所述输出表面附近，所述第一反射镜透射第一波段的所述辐射光线而反射第二和第三波段的所述辐射光线；一第二反射镜，设置在所述输出表面附近，所述第二反射镜透射所述第二波段的所述辐射光线而反射所述第一和第三波段的所述辐射光线；以及一第三反射镜，设置在所述输出表面附近，所述第三反射镜透射所述第三波段的所述辐射光线而反射所述第一和第二波段的所述辐射光线。
2.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的输出表面包括第一、第二和第三区域；且所述第一反射镜是涂敷在所述第一区域上的第一反射涂层；所述第二反射镜是涂敷在所述第二区域上的第二反射涂层；及所述第三反射镜是涂敷在所述第三区域上的第三反射涂层。
3.如权利要求1的光回收利用系统，进一步包括一可转动地安装在轴上的色盘，该色盘具有包含设置成螺旋形地绕所述轴的第一、第二和第三区域的表面；以及其中整个所述输入表面基本上是透射的；所述第一反射镜是涂敷在所述第一区域上的第一反射涂层；所述第二反射镜是涂敷在所述第二区域上的第二反射涂层；及所述第三反射镜是涂敷在所述第三区域上的第三反射涂层。
4.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述光管是由下列一组中选择的材料构成的，包括石英，玻璃，塑料，或丙烯酸类材料。
5.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述光管是由下列一组中选择的，包括一SLP，和一TLP。
6.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上旋转椭圆形面。
7.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上旋转球面。
8.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上旋转复曲面。
9.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的逆向反射镜包括球面逆向反射镜，它设置在与所述反射镜相对的所述光源一侧。
10.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述第一波段是从下列一组中选择的，包括红外光，红光，橙色光，黄光，绿光，兰光，靛兰，紫光，粉红光，白光，品红光，及紫外光。
11.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述第二波段是从下列一组中选择的，包括红外光，红光，橙色光，黄光，绿光，兰光，靛兰，紫光，粉红光，白光，品红光，及紫外光。
12.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述第三波段是从下列一组中选择的，包括红外光，红光，橙色光，黄光，绿光，兰光，靛兰，紫光，粉红光，白光，品红光，及紫外光。
13.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述反射镜包括一具有第一光轴的主反射镜，且所述的第一焦点是所述主反射镜的一个焦点，所述反射镜进一步包括具有第二光轴且与所述主反射镜基本上对称放置的副反射镜，使得所述第一和第二光轴基本上共线，且其中所述的第二焦点是所述副反射镜的一个焦点；及其中所述的辐射光线从所述主反射镜向所述副反射镜反射，并基本上会聚在所述第二焦点处。
14.如权利要求13的光回收利用系统，其中所述的主及副反射镜都包括至少一部分基本上的旋转椭圆形面。
15.如权利要求13的光回收利用系统，其中所述的主及副反射镜都包括至少一部分基本上的旋转抛物面。
16.如权利要求13的光回收利用系统，其中所述主反射镜包括至少一部分基本上旋转椭圆形面；且所述副反射镜包括至少一部分基本上旋转双曲面。
17.如权利要求13的光回收利用系统，其中所述主反射镜包括至少一部分基本上旋转双曲面；且所述副反射镜包括至少一部分基本上旋转椭圆形面。
18.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的反射镜具有仅仅反射预定部分电磁辐射光谱的涂层。
19.如权利要求18的光回收利用系统，其中所述的预定部分是从下列一组中选择的，包括红外光线，可见光线，预定波长段的光线，特定颜色的光线，以及其组合。
20.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述的逆向反射镜具有仅反射预定部分电磁辐射光谱的涂层。
21.如权利要求20的光回收利用系统，其中所述的预定部分是从下列一组中选择的，包括红外光线，可见光线，预定波长段的光线，特定颜色的光线，以及其组合。
22.如权利要求18的光回收利用系统，其中所述涂层透射下列一组中选择的光线，包括红外光线，及紫外光线。
23.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述电磁辐射光源是从下列一组中选择的，包括单芯片；双芯片；及三芯片。
24.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述电磁辐射光源包括一弧光灯。
25.如权利要求24的光回收利用系统，其中所述的弧光灯包括从下列一组中选择的灯，包括氙灯，金属卤化物灯，HID灯，或汞灯。
26.如权利要求1的光回收利用系统，其中所述电磁辐射光源是从下列一组中选择的，包括卤素灯和白炽灯。
27.如权利要求26的光回收利用系统，进一步包括设置在所述辐射光线光路中的红外反射镜。
28.如权利要求27的光回收利用系统，其中所述红外反射镜设置在所述反射镜的内部附近。
29.如权利要求28的光回收利用系统，其中所述红外反射镜设置在所述反射镜与所述光源之间。
30.如权利要求1的光回收利用系统，进一步包括设置在所述输出表面附近的图像投影系统，以收集基本上全部的所述光线。
31.如权利要求30的光回收利用系统，其中所述的图像投影系统是从下列一组选择的，包括LCOS成像装置，DMD芯片，及透射型LCD面板。
32.如权利要求30的光回收利用系统，进一步包括设置在介于所述输出表面和所述图像投影系统之间的PBS，所述的PBS收集基本上全部的所述光线，并将其偏振化为第一偏振光和第二偏振光；其中透射所述第一偏振光，且反射所述第二偏振光。
33.如权利要求32的光回收利用系统，其中所述PBS包括一线栅偏振器。
34.如权利要求32的光回收利用系统，进一步包括设置在所述第二偏振光的光路中的波片。
35.如权利要求34的光回收利用系统，其中所述波片设置在所述反射镜的内部附近。
36.如权利要求34的光回收利用系统，其中所述波片是四分之一波片。
37.一种用于投影显示器的光回收利用装置，包括一具有第一和第二焦点的反射镜；一设置在所述反射镜的所述第一焦点附近的电磁辐射光源，其发射的辐射光线从所述反射镜反射并基本上会聚在所述第二焦点处；一逆向反射镜，与所述反射镜相对设置，以将至少一部分没有直接入射到所述反射镜的电磁辐射光线通过所述反射镜的第一焦点反射到所述反射镜上，从而提高会聚光线的光通量强度；一具有输入表面和输出表面的光管，所述光管的所述输入表面设置在所述第二焦点附近，以收集并透射基本上全部的所述辐射光线；一设置在所述输出表面附近的PBS，所述的PBS收集基本上全部的所述辐射光线，并将其偏振化为第一偏振光和第二偏振光；其中透射所述第一偏振光；所述第二偏振光反射到所述输出表面；并且一波片设置在所述第二偏振光的光路中。
38.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的波片设置在所述反射镜的内部附近。
39.如权利要求38的光回收利用装置，其中所述的波片是四分之一波片。
40.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的PBS包括一线栅偏振器。
41.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的光管由下列一组中选择的材料构成，包括石英，玻璃，塑料，或丙烯酸类材料。
42.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上的旋转椭圆形面。
43.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上的旋转球面。
44.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的反射镜包括至少一部分基本上的旋转复曲面。
45.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的逆向反射镜包括一球面逆向反射镜，它设置在与所述反射镜相对的所述光源一侧。
46.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的反射镜包括具有第一光轴的主反射镜，且所述第一焦点是所述主反射镜的一个焦点，所述反射镜进一步包括与所述主反射镜基本上对称放置的具有第二光轴的副反射镜，以使所述第一和第二光轴基本上共线，且其中所述的第二焦点是所述副反射镜的一个焦点；且其中所述辐射光线从所述主反射镜反射到所述副反射镜，并基本上会聚在所述第二焦点处。
47.如权利要求46的光回收利用装置，其中所述的主及副反射镜都包括至少一部分基本上的旋转椭圆形面。
48.如权利要求46的光回收利用装置，其中所述的主及副反射镜都包括至少一部分基本上的旋转抛物面。
49.如权利要求46的光回收利用装置，其中所述主反射镜包括至少一部分基本上的旋转椭圆形面；且所述副反射镜包括至少一部分基本上的旋转双曲面。
50.如权利要求46的光回收利用装置，其中所述主反射镜包括至少一部分基本上的旋转双曲面；且所述副反射镜包括至少一部分基本上的旋转椭圆形面。
51.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述反射镜具有仅反射预定部分电磁辐射光谱的涂层。
52.如权利要求51的光回收利用装置，其中所述的预定部分电磁辐射光谱是从下列一组中选择的，包括红外光线，可见光线，一预定波长段的光线，一特定颜色的光线，及其组合。
53.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的反射镜具有涂层，其透射从下列一组中选择的光线，包括红外光线，及紫外光线。
54.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的逆向反射镜具有仅仅反射预定部分电磁辐射光谱的涂层。
55.如权利要求52的光回收利用装置，其中所述的预定部分电磁辐射光谱是从下列一组中选择的，包括红外光线，可见光线，一预定波长段的光线，一特定颜色的光线，及其组合。
56.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的逆向反射镜具有涂层，其透射从下列一组中选择的光线，包括红外光线，及紫外光线。
57.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的电磁辐射光源是从下列一组中选择的，包括单芯片；双芯片；及三芯片。
58.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的电磁光源包括一弧光灯。
59.如权利要求58的光回收利用装置，其中所述的弧光灯包括一从下列一组中选择的灯，包括氙灯，金属卤化物灯，HID灯，或汞灯。
60.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的电磁辐射光源是从下列一组中选择的，包括卤素灯和白炽灯。
61.如权利要求60的光回收利用装置，进一步包括设置在所述辐射光线光路中的红外反射镜。
62.如权利要求61的光回收利用装置，其中所述的红外反射镜设置在所述反射镜的内部附近。
63.如权利要求61的光回收利用装置，其中所述的红外反射镜设置在介于所述反射镜与所述光源之间。
64.如权利要求37的光回收利用装置，进一步包括设置在所述PBS输出表面附近的一聚焦透镜；设置在所述聚焦透镜输出一侧附近的一图像投影系统；一图像被收集并聚焦在所述聚焦透镜处的光线照射，投影系统投放收集并聚焦的光线，以显示该图像。
65.如权利要求64的光回收利用装置，其中所述的图像投影系统是从下列一组中选择的，包括LCOS成像装置，DMD芯片，及透射型LCD面板。
66.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的PBS包括一个一维阵列。
67.如权利要求37的光回收利用装置，其中所述的PBS包括一个二维阵列。
68.一种偏振光回收利用方法，包括以下步骤将电磁辐射光源定位在反射镜的第一焦点；由所述光源产生辐射光线；所述反射镜将一部分所述辐射光线反射到第二焦点；将所述辐射光线基本上会聚在所述第二焦点；将至少一部分没有直接入射到所述反射镜的辐射光线通过所述反射镜的第一焦点反射到所述反射镜；定位具有输入表面和输出表面的输出光管，以使所述输入表面基本上位于所述第二焦点附近；基本上在所述输入表面处收集所述辐射光线；使所述辐射光线穿过所述输出光管；从所述输出光管的所述输出表面输出辐射光线；将PBS定位在所述输出表面附近；将所述辐射光线基本上偏振化为第一偏振光和第二偏振光；基本上透射所述第一偏振光；将所述第二偏振光基本上反射到所述输出表面；在所述输出表面处基本上收集所述第二偏振光；使所述第二偏振光通过所述输出光管；从所述输出光管的所述输入表面输出所述第二偏振光；使所述第二偏振光基本上会聚在所述第二焦点；所述反射镜将一部分所述第二偏振光基本上反射到所述第一焦点；用一波片将所述第二偏振光基本上圆偏振化；将所述圆偏振光基本上会聚在所述第一焦点；使所述圆偏振光通过所述反射镜的第一焦点而基本上反射到所述反射镜；将所述圆偏振光基本上偏振化为所述第一偏振光；将所述第一偏振光基本上会聚在所述第二焦点；在所述输入表面基本上收集所述第一偏振光；使所述第一偏振光通过所述输出光管；以及从所述输出光管的所述输出表面基本上输出所述第一偏振光。
全文摘要
一种用于有一具有第一焦点(104)和第二焦点(106)的反射镜(102)的投影显示器的光回收利用系统。电磁辐射(110)的光源(108)设置在反射镜(102)的第一焦点(104)附近并发射出电磁辐射，反射镜(102)反射该电磁辐射并将其基本会聚在第二焦点(106)处。一个逆向反射镜(112)将至少一部分没有直接入射到反射镜(102)上的电磁辐射(110)通过反射镜(102)的第一焦点(104)而反射到反射镜(102)，以提高会聚光线的强度。一具有输入表面(118)和输出表面(120)的光管(116)，将其输入表面(118)设置在第二焦点(106)附近，以收集和透射基本上全部的光辐射。
文档编号F21V8/00GK1555509SQ02808884
公开日2004年12月15日 申请日期2002年4月18日 优先权日2001年4月25日
发明者肯尼思·K·李, 肯尼思 K 李 申请人:威维恩有限公司