MXPA06013030A

MXPA06013030A - Sistema de iluminacion con apertura no radialmente simetrica.

Info

Publication number: MXPA06013030A
Application number: MXPA06013030A
Authority: MX
Inventors: Simon Magarill; Todd S Rutherford
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2007-02-12
Also published as: TW200541118A; CN1954597A; EP1747670A1; WO2005114995A1; US20050254019A1; KR20070020293A; US7101050B2; JP2007537487A

Abstract

Se describen sistemas de iluminacion que incluyen una fuente luminosa o un banco de fuentes luminosas que tiene una apertura no radialmente simetrica que posee una dimension mas larga y una dimension mas corta, de manera que la fuente luminosa o el banco de fuentes luminosas produzca una iluminacion con una distribucion de intensidad angular no radialmente simetrica que tiene una dimension angular mas larga y una dimension angular mas pequena. Los sistemas de iluminacion incluyen un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma optica, con el banco de fuentes luminosas, un extremo de salida y una dimension que experimenta un incremento mas grande del extremo de entrada al extremo de salida. El integrador es situado, de modo que la dimension que experimenta el incremento mas grande sea sustancialmente alineada con la dimension angular mas larga de la iluminacion producida en el extremo de entrada del integrador.

Description

SISTEMA DE ILUMINACIÓN CON APERTURA NO RADIALMENTE SIMÉTRICA Campo de la Invención La presente invención se refiere a sistemas de iluminación que podrían encontrar aplicación, por ejemplo, en sistemas de proyección. De manera más específica, la presente invención se refiere a sistemas de iluminación que tienen una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica antes de un integrador . Antecedentes de la Invención Los sistemas comunes de proyección incluyen una fuente de luz, dispositivos ópticos de iluminación, uno o más dispositivos de formación de imagen, dispositivos ópticos de proyección y una pantalla de proyección. Los dispositivos ópticos de iluminación colectan la luz que proviene de una o más fuentes luminosas y dirigen esta luz en un modo predeterminado hacia uno o más dispositivos de formación de imagen. Los dispositivos de formación de imagen, que son controlados por una señal de video digital acondicionada y procesada en forma electrónica o a través de otros datos de entrada, producen imágenes que corresponden con la señal de video o con estos datos. Entonces, los dispositivos ópticos de proyección amplían la imagen y la proyectan sobre la pantalla de proyección. Las fuentes de luz blanca, tal como las lámparas de arco, en conjunto con los sistemas de REF.: 177279 mantenimiento de color , han sido y todavía son predominantemente utilizadas como fuentes luminosas para los sistemas de pantalla de proyección . No obstante , en forma reciente los diodos de emisión de luz ( LEDs , por sus siglas en inglés ) fueron introducidos como una alternativa . Algunas ventaj as de las fuentes luminosas LED incluyen características de vida útil más larga , de una ef iciencia más alta y características térmicas superiores . Los ejemplos de dispositivos de formación de imagen que son frecuentemente utilizados en los sistemas de proyección incluyen los dispositivos digitales de micro-espejo, o los dispositivos digitales de procesamiento de luz (DLPs) , los dispositivos de sílice en cristal líquido (LCoS) y los dispositivos de cristal líquido de polisílice de alta temperatura (HTPS-LCD) . A menudo, los dispositivos ópticos de iluminación de los sistemas comunes de proyección incluyen integradores . Comúnmente, los integradores sirven para homogenizar la luz suministrada hacia sus extremos de entrada por medio de las reflexiones en las paredes de los integradores . Los integradores actualmente conocidos incluyen túneles de espejo, por ejemplo, túneles rectangulares, sólidos o huecos y túneles alargados compuestos de barras sólidas de vidrio que dependen de la reflexión interna total para transferir la luz . Sumario de la Invención La presente invención se dirige a sistemas de iluminación que incluyen una fuente luminosa o un banco de fuentes luminosas que tienen una apertura no radialmente simétrica. La apertura tiene una dimensión más larga y una dimensión más corta, de modo que la fuente luminosa o el banco de fuentes luminosas produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más grande y una dimensión angular más pequeña. Los sistemas de iluminación también incluyen un integrador que posee un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con la fuente luminosa o con el banco de fuentes luminosas, un extremo de salida y una dimensión que experimenta un incremento más grande del extremo de entrada al extremo de salida. El integrador es situado, de modo que la dimensión del integrador que experimenta el incremento más grande sea sustancialmente alineada con la dimensión angular más grande de la iluminación producida en el extremo de entrada del integrador. La presente invención también se dirige a sistemas de iluminación que incluyen una pluralidad de bancos de fuentes luminosas, cada banco de fuentes luminosas tiene una apertura no radialmente simétrica con una dimensión más grande y una dimensión más corta. Los bancos de fuentes luminosas producen iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que posee una dimensión angular más grande y una dimensión angular más pequeña. Estos sistemas de iluminación también incluyen un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con los bancos de las fuentes luminosas y un extremo de salida que tiene una dimensión más grande y una dimensión más corta. El integrador y los bancos de las fuentes luminosas son situados, de modo que la dimensión más larga del extremo de salida del integrador sea sustancialmente alineada con cada dimensión angular más larga de la iluminación producida en el extremo de entrada del integrador. Estos y otros aspectos de los sistemas de iluminación de la presente invención serán aparentes con facilidad para aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada junto con las figuras. Breve Descripción de las Figuras De este modo, para aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica a la cual se refiere la presente invención, se entenderá con mayor facilidad la realización y el uso de la presente invención, las modalidades de ejemplo de la misma serán descritas en detalle más adelante con referencia a las figuras, en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva esquemática de un sistema conocido de iluminación que incluye un integrador generalmente trapezoidal ; Las Figuras 2A-2C representan las distribuciones angulares de luz en el extremo de entrada de un integrador trapezoidal que corresponde con las distribuciones de intensidad angular redonda en el extremo de salida que son producidas por el trazado de rayo invertido para tres distintas longitudes del integrador; La Figura 3 es una vista en perspectiva esquemática de un sistema de iluminación de ejemplo construido de acuerdo con la presente invención; La Figura 3A es una vista en perspectiva de una configuración de ejemplo de un banco de fuentes luminosas, adecuado para uso en los sistemas de iluminación de ejemplo que se ilustran en la Figura 3; La Figura 4 es una vista esquemática en corte transversal de otro sistema de iluminación de , ejemplo construido de acuerdo con la presente invención; La Figura 4A ilustra la colocación de un banco de fuentes luminosas de ejemplo que tiene una apertura no radialmente simétrica con respecto a un espejo dicroico en un sistema similar al que se muestra en la Figura 4; La Figura 5 ilustra las características modeladas del funcionamiento de transmisión y reflexión de un combinador dicroico adecuado para mezclar los distintos matices de LEDs de color verde en el mismo canal de color; La Figura 6 muestra espectros de dos grupos de LEDs de color verde de diferentes matices, antes (líneas continuas) y después (líneas punteadas) de un combinador dicroico; La Figura 7 representa una comparación del espectro de emisión de un grupo de LEDs de color verde del mismo tipo (línea continua) con los espectros de dos grupos de LEDs de diferentes matices de color que tienen longitudes de onda pico desplazadas que fueron combinadas con un combinador dicroico (línea punteada) ; y La Figura 8 muestra gráficas que representan el incremento fraccional en el flujo luminoso neto realizado al combinar los dos grupos de LEDs como una función de la separación de pico-a-pico de los espectros LED. Descripción Detallada de la Invención A continuación, con referencia a las figuras, en donde los mismos números de referencia designan los elementos similares, se muestra en la Figura 1 un sistema tradicional de iluminación 10. El sistema de iluminación 10 incluye una fuente luminosa 12 que tiene una apertura simétrica generalmente circular 13, los dispositivos ópticos de colección 14, un integrador 16, los dispositivos ópticos de retransmisión 18, y un objetivo de iluminación 17, tal como un dispositivo de formación de imagen. En algunos sistemas tradicionales de iluminación, el integrador 16 tiene una forma trapezoidal, por ejemplo, con un extremo de entrada generalmente cuadrado 16a y un extremo de salida generalmente rectangular 16b. Este integrador trapezoidal 16 reconfigura la distribución de intensidad angular de la luz que pasa a través, transformando una distribución de intensidad angular simétrica generalmente circular en el extremo de entrada 16a, que se ilustra como 13a, en una distribución de intensidad angular normalmente elíptica, no radialmente simétrica en el extremo de salida del integrador 16b que se ilustra como 13b. Debido a que son redondos los dispositivos ópticos comunes de proyección (no se muestran), tales como uno o más lentes, la distribución de intensidad angular no radialmente simétrica de la luz en el extremo de salida del integrador podría provocar la distorsión a través de los dispositivos ópticos de proyección, originando de esta manera la pérdida de la luz que de otro modo podría ser dirigida hacia un observador, una pantalla de proyección, etcétera. Suponiendo que una distribución de intensidad angular simétrica generalmente circular en el extremo de salida de un integrador trapezoidal fuera deseable, el trazado de rayo invertido podría ser efectuado con el objeto de determinar la distribución de intensidad angular en el extremo de entrada del integrador que conducirá a esta distribución de intensidad angular en el extremo de salida. Por ejemplo, para un integrador hueco con un extremo de entrada generalmente cuadrado aproximadamente de 6.1x6.1 mm y un extremo de salida generalmente rectangular aproximadamente de 16.0x13. Omm, una distribución de intensidad angular simétrica generalmente circular con un alcance angular alrededor de ±12.7 grados sería producida si la distribución de intensidad angular en el extremo de entrada fuera generalmente como se muestra en las Figuras 2A-2C. Las figuras representan formas no radialmente simétricas (aquí, formas generalmente elípticas) que tienen una dimensión angular más grande y una dimensión angular más pequeña, de manera que la dimensión angular más grande sea sustancialmente alineada con la dimensión más larga del extremo de salida del integrador. La Figura 2A muestra el resultado del trazado de rayo inverso para un integrador aproximadamente con una longitud de 75mm, en donde la dimensión angular más larga se encontró que era aproximadamente de ±35 grados, y la dimensión angular más pequeña se encontró que era aproximadamente de ±28 grados. Las Figuras 2B y 2C muestran los resultados del trazado de rayo inverso para los integradores que tienen una longitud aproximadamente de 100 y 200mm, de manera respectiva. La Figura 3 representa una vista en perspectiva esquemática de un sistema de iluminación de ejemplo 20 construido de acuerdo con la presente invención, de manera que la luz llena el espacio angular representado por una forma que se muestra en las Figuras 2A-2C en un extremo de entrada de un integrador. El sistema de iluminación de ejemplo 20 incluye una fuente luminosa o un banco de fuentes luminosas 22, un integrador 26 y un objetivo de iluminación 27, tal como un dispositivo de formación de imagen. En algunas modalidades, el sistema de iluminación además incluye uno o ambos de los dispositivos ópticos opcionales de colección 24 y los dispositivos ópticos opcionales de retransmisión 28. El integrador 26 que se ilustra en la Figura 3 tiene un extremo de entrada generalmente cuadrado 26a y un extremo de salida generalmente rectangular 26b, aunque las formas de los extremos de entrada y salida podrían variar. Por ejemplo, el extremo de entrada 26a puede tener una forma generalmente rectangular que posee al menos una dimensión que es más pequeña que por lo menos una dimensión del extremo de salida 26b, y el extremo de salida 26b en algunas modalidades puede tener una forma generalmente cuadrada con el lado que es más largo que al menos una dimensión del extremo de entrada 26a. Las configuraciones que se ilustran en la Figura 3 son particularmente útiles en donde una o más de las fuentes luminosas tienen superficies cuadradas de emisión y en donde el objetivo de iluminación, tal como un dispositivo de formación de imagen, posee una forma rectangular. De esta manera, la forma del extremo de entrada del integrador puede coincidir o combinarse con una o más formas de las superficies de emisión mientras que la forma del extremo de salida puede combinarse con la forma del objetivo de iluminación. En la mayoría de modalidades, la dimensión más larga del extremo de salida 26b debe ser sustancialmente alineada con la dimensión más larga del dispositivo de formación de imagen 27. Aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica apreciarán con facilidad que las dimensiones podrían ser traídas al estado deseado de alineación en la proximidad del objetivo de iluminación, tal como en donde sean utilizados espejos de plegamiento u otros dispositivos de alteración de la dirección. En algunas modalidades de ejemplo, el extremo de salida 26b tiene, de manera sustancial, la misma relación del ancho a la altura de la imagen que el objetivo de iluminación 27, por ejemplo, aproximadamente de 16:9, que es el caso para los dispositivos comunes de formación de imagen, tales como LCoS o DLP. En las modalidades de ejemplo que incluyen dispositivos ópticos de retransmisión 28, los dispositivos ópticos de retransmisión pueden ser configurados para la formación de la imagen en el extremo de salida del integrador 26b sobre el objetivo de iluminación 27. Normalmente, el sistema de iluminación 20 es configurado, de modo que la iluminación que cae sobre el objetivo de iluminación 27 la llena en exceso, por ejemplo, aproximadamente del 3% al 10% por área. En algunas modalidades de ejemplo, los elementos ópticos situados antes del integrador 26 podrían ser configurados para la formación de imagen en una o más superficies de emisión de una o más fuentes luminosas 22 sobre el extremo de entrada 26a del integrador 26. Con referencia adicional a la Figura 3 , la fuente luminosa o el banco de fuentes luminosas 22 se configuran de modo que tenga una apertura no radialmente simétrica 23, de preferencia, de una forma generalmente elíptica que tenga una dimensión más corta A sustancialmente alineada a lo largo del eje Y del sistema 20 y una dimensión más larga B sustancialmente alineada a lo largo del eje X del sistema 20. En esta modalidad de ejemplo, las dimensiones más grandes del extremo de salida de integrador 26b y del objetivo de iluminación 27, tal como un dispositivo de formación de imagen, son alineadas, de manera sustancial, a lo largo del eje X del sistema 20, mientras que sus dimensiones más cortas son alineadas, de manera sustancial, a lo largo del eje Y del sistema 20. Sin embargo, aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica apreciarán con facilidad que las dimensiones adecuadas de la fuente luminosa o del banco de fuentes luminosas 22 y aquellas dimensiones del integrador 26 tienen que ser adecuadamente alineadas para así producir la distribución de intensidad angular que se desea en el extremo de entrada del integrador. Este sería el caso en donde sean utilizados espejos de plegamiento u otros dispositivos ópticos de alteración de la dirección. Las configuraciones de los bancos de fuentes luminosas similares a las que se muestran en la Figura 3 producen haces con distribuciones de intensidad angular no radialmente simétrica, que se ilustran como 23a, en el espacio del extremo de entrada del integrador 26a. La distribución de intensidad angular 23a tiene una dimensión angular más grande que corresponde con la dimensión más grande B de la apertura 23 y una dimensión angular más pequeña que corresponde con la dimensión más corta A de la apertura 23. En las modalidades de ejemplo mostradas, la dimensión angular más grande de la distribución de intensidad angular de iluminación es sustancialmente alineada con la dimensión más grande del extremo de salida 26b del integrador 26. Las invenciones podrían ser traídas en alineación en el extremo de entrada 26a del integrador 26, tal como en donde sean utilizados espejos de plegamiento u otros componentes de alteración de la dirección. El integrador 26 procesa el haz de tal modo que éste emerge a partir del extremo de salida 26b como un haz de una mayor distribución de intensidad angular radialmente simétrica, que se ilustra como 23b. En las modalidades de ejemplo en donde los integradores tienen otras formas de los extremos de entrada y salida, la dimensión angular más larga de la distribución de intensidad angular de iluminación en el extremo de entrada del integrador debe ser sustancialmente alineada a lo largo del plano que contiene la dimensión del integrador que experimenta el incremento más grande del extremo de entrada al extremo de salida. En la modalidad que se muestra en la Figura 3 , la dirección que experimenta el incremento más grande es sustancialmente orientada a lo largo del eje X, en donde un lado del extremo de entrada generalmente cuadrado 26a del integrador 26 es transformado en un lado más largo del extremo de salida generalmente rectangular 26b del integrador 26. Una configuración de ejemplo de un banco de fuentes luminosas 122, que es adecuado para uso en el sistema que se ilustra en la Figura 3, y de su posicionamiento con respecto al integrador trapezoidal 126 se presenta en la Figura 3A. El banco de fuentes luminosas 122 incluye un conjunto de fuentes luminosas 112, tal como las fuentes luminosas 17-2, 172', 172", un primer conjunto de elementos ópticos refractivos 114 tal como los lentes del tipo menisco 174, 174', 174" y un segundo conjunto de elementos refractivos 116, tal como lentes de plano convexo o dobles convexos 176, 176', 176". En algunas modalidades de ejemplo, los elementos del primer conjunto 114 de elementos ópticos refractivos podrían incluir lentes de una forma exterior generalmente circular, mientras que los elementos del segundo conjunto 116 de elementos ópticos refractivos podrían incluir al menos algunos lentes que tienen una forma exterior generalmente cuadrada o hexagonal, de modo que pudieran ser estrechamente empacados para minimizar las áreas intersticiales. Como se muestra en la Figura 3A, el conjunto de fuentes luminosas 112, el primer conjunto de elementos refractivos 114 y el segundo conjunto de elementos refractivos 116 son situados para formar una apertura con una forma exterior generalmente elíptica, que es colocada antes del extremo de entrada generalmente cuadrado 126a del integrador 126, de modo que la dimensión más larga de la apertura generalmente elíptica sea sustancialmente alineada a lo largo de la dimensión más larga del extremo de salida generalmente rectangular 126b del integrador, que en esta modalidad de ejemplo también corresponde con la dimensión del integrador 126 que experimenta el incremento más grande del extremo de entrada 126a al extremo de salida 126b. En algunas modalidades de ejemplo, los bancos de fuentes luminosas 122 también son configurados para formar canales individuales dirigidos hacia adentro, los cuales incluyen uno o más elementos ópticos asociados con cada fuente luminosa, tal como uno o más lentes que dirigen y enfocan al menos una porción de la emisión de las fuentes luminosas sobre el extremo de entrada 126a del integrador. Las configuraciones de ejemplo de estos bancos de fuentes luminosas se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de propiedad común y actualmente presentada por Magarill et al titulada "Illumination Systems With Sepárate Optical Paths for Different Color Channels", No. de Archivo de Apoderado 59637US002, la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia hasta el alcance que no sea inconsistente con la presente invención. En particular, en el banco de fuentes luminosas 122, los pares de elementos ópticos refractivos, tales como 174 y 176, 174' y 176', 174" y 176" son asociados con cada una de las fuentes luminosas del conjunto de fuentes luminosas 112, tales como 172, 172' 172", de manera respectiva. Los canales individuales son dirigidos, por ejemplo, colocando el conjunto de fuentes luminosas 112 en posición tangencial y a lo largo de una superficie curveada, tal como una superficie esférica centrada en el extremo de entrada del integrador, con los conjuntos de elementos refractivos 114 y 116 que rastrean, de manera sustancial, esta configuración. En estas modalidades de ejemplo, una fuente luminosa y el elemento o elementos asociados refractivos, por ejemplo, la fuente luminosa 172 y los elementos ópticos refractivos 174 y 176, forman cada uno el canal dirigido hacia adentro. En algunas modalidades, los conjuntos de elementos ópticos refractivos 114 y 116 son configurados para la formación de la imagen en las superficies de emisión de las fuentes luminosas, por ejemplo, las superficies de emisión de LEDs, sobre el extremo de entrada 126a del integrador 126. Sin embargo, podría utilizarse una variedad de diferentes fuentes luminosas adecuadas y una variedad de elementos ópticos refractivos de diferentes formas y tamaños en las modalidades convenientes de la presente invención. El número de elementos ópticos refractivos también podría variar, tal como el número de elementos ópticos refractivos asociados con cada fuente luminosa. En forma alterna, las fuentes luminosas pueden ser incorporadas en montajes de elementos ópticos reflectivos para formar las aperturas no radialmente simétricas descritas en la presente. Otra modalidad de ejemplo de los sistemas de iluminación construidos de acuerdo con la presente invención se ilustra en la Figura 4, la cual muestra en forma esquemática una porción de un sistema de proyección de un panel 50 que incorpora el sistema de iluminación de ejemplo 300. El sistema de iluminación 300 incluye canales que corresponden con diferentes colores primarios, ilustrados en la Figura 4, como un canal de color rojo 305, un canal de color verde 315 y un canal de color azul 325. Los sistemas de iluminación que utilizan fuentes luminosas y canales de otros colores y diferentes números de canales, como es adecuado para una aplicación particular, también se encuentran dentro del alcance de la presente invención.

El canal de color rojo 305 incluye un banco de fuentes luminosas de color rojo 302, tal como LEDs de color rojo, y un combinador dicroico 322, tal como un espejo dicroico. El canal de color verde 315 incluye un banco de fuentes luminosas de color verde 312, tal como LEDs de color verde, y los combinadores dicroicos 332 y 334, tal como los espejos dicroicos. El canal de color azul 325 incluye a su vez un banco de fuentes luminosas de color azul 322, tal como los LEDs de color azul, y combinadores dicroicos 332 y 334. El combinador dicroico 334 es construido, de modo que éste transmite en la porción de color verde del espectro visible, mientras que presenta una reflectividad relativamente alta en la porción de color azul del espectro visible. Por lo tanto, el combinador dicroico 334 transmite luz de color verde que emana del banco de fuentes luminosas de color verde 312 mientras que refleja la luz que emana del banco de fuentes luminosas de color azul 322 para formar un haz combinado de luz verde y azul incidente sobre el combinador dicroico 332. A su vez, el combinador dicroico 332 transmite en las porciones de color verde y azul del espectro visible, mientras que presenta una reflectividad relativamente alta en la porción de color rojo del espectro. De esta manera, el combinador dicroico 332 transmite la luz de color verde y azul incidente sobre este que proviene de los bancos de las fuentes luminosas 312 y 322, mientras que refleja la luz de color roja que emana a partir del banco de fuentes luminosas de color rojo 302 para formar un haz combinado de luz de color verde, azul y rojo incidente sobre el extremo de entrada de un integrador común 352. En la modalidad de ejemplo que se muestra, los bancos de fuentes luminosas 302, 312 y 322 se prefiere que sean configuradas como se muestra y como se describe con referencia a la Figura 3A, y en este caso, tienen que ser situadas de modo que la dimensión más larga del banco de fuentes luminosas sea colocada de una manera sustancialmente paralela al eje de rotación (o inclinación) R de los espejos dicroicos, como se muestra en la Figura 4 a través de una flecha que señala hacia el plano de la figura. Esta orientación y arreglo, que se ilustran en mayor detalle en la Figura 4A, serían deseables debido a que la dimensión más larga del banco de fuentes luminosas corresponde con la dimensión angular más larga del cono elíptico de luz. La reducción en la variación de los ángulos de incidencia sobre los espejos dicroicos podría ayudar a disminuir el cambio de color. Si las fuentes luminosas y los elementos refractivos asociados fueran colocados, de manera general, a lo largo y en posición tangencial a las superficies esféricas, se prefiere que estas superficies sean centradas en el extremo de entrada del integrador 352. En algunas modalidades de ejemplo, los elementos ópticos pueden ser configurados para la formación de la imagen en una o más de las superficies de emisión de una o más de las fuentes luminosas sobre el extremo de entrada del integrador. Sin embargo, otras configuraciones convenientes de bancos de fuentes luminosas podrían ser utilizadas con esta y otras modalidades de la presente invención. En las modalidades de ejemplo que utilizan un integrador trapezoidal 352, la dimensión más larga del extremo de salida del integrador 352 puede ser sustancialmente alineada a lo largo de las dimensiones más largas de los bancos de fuentes luminosas, aunque otras orientaciones que producen la distribución de intensidad angular que se desea en el extremo de entrada también se encuentran dentro del alcance de la presente invención. El sistema de iluminación 300 del sistema de proyección 50 además puede incluir un dispositivo óptico de retransmisión, tal como los lentes de retransmisión 55a y 55b, un espejo de plegamiento 57 situado entre los lentes, un dispositivo de formación de imagen 56 y uno de los siguientes elementos: un montaje de prisma TIR 54, un divisor de haz de polarización (PBS) y uno o más polarizadores . El sistema de proyección 50 además puede incluir dispositivos ópticos de proyección 58. En algunas modalidades de la presente invención, el sistema podría ser configurado, de modo que los dispositivos ópticos de retransmisión formen la imagen en el extremo de salida del integrador 352, sobre el dispositivo de formación de imagen 56. El montaje de prisma TIR 54 sirve para redirigir la luz que sale de los dispositivos ópticos de retransmisión sobre el dispositivo de formación de imagen 56, por ejemplo, por medio de la reflexión en la faceta 54a. La luz modulada por el dispositivo de formación de imagen 56 pasa a través del montaje de prisma TIR 54 y es colectada por los dispositivos ópticos de proyección 58, tal como uno o más lentes para el suministro a una pantalla (no se muestra) o a otro elemento o dispositivo óptico para su procesamiento adicional . En aplicaciones tales como en la televisión de proyección, los sistemas comunes de iluminación deben utilizar la luz que tenga ciertas proporciones de componentes primarios de color rojo, verde y azul a fin de proporcionar la temperatura deseada de color sobre una pantalla. A menudo, uno de los componentes es el factor limitante en el funcionamiento del sistema. En algunos sistemas de iluminación de ejemplo construidos de acuerdo con la presente invención, la brillantez adicional puede ser conseguida incluyendo fuentes luminosas (o grupos de fuentes luminosas) de diferentes tonos o matices dentro del intervalo de longitud de onda de un canal particular de color. Cada fuente luminosa o grupo de fuentes luminosas tiene una diferente longitud de onda pico y su iluminación podría ser combinada con elementos selectivos de longitud de onda, tales como espejos dicroicos o dispositivos ópticos difractivos, por ejemplo, redes o rejillas de difracción. Cualquiera de las fuentes luminosas con espectros relativamente angostos puede ser utilizada, tales como LEDs, láseres, o materiales fosforescentes . La Figura 5 ilustra las características modeladas del funcionamiento de transmisión y reflexión de un espejo dicroico adecuado para la combinación de los diferentes tonos o matices de LEDs de color verde en el mismo canal de color. Este espejo dicroico podría ser adecuadamente colocado entre los grupos de LEDs para combinar su iluminación. El espejo dicroico fue modelado como un revestimiento de película delgada de 32 capas aproximadamente con un ángulo de incidencia de 45 grados del rayo principal aproximadamente con un cono de luz incidente de ± 6 grados . Las curvas de transmisión y reflexión son mostradas para la polarización-p, que es adecuada para los sistemas LCoS y otros sistemas que utilizan la luz polarizada. La Figura 6 muestra espectros de dos grupos de LEDs de color verde de diferentes matices, antes (líneas continuas) y después (líneas punteadas) de un espejo dicroico con el funcionamiento que se ilustra en la Figura 5. Los dos espectros LED que se muestran fueron creados mediante el cambio según se requiere de un espectro medido a partir de un emisor de color verde Luxeon™ LXHL-PM09, disponible a partir de Lumileds Lighting Company, de modo que el espectro combinado pudiera proporcionar el color deseado . La Figura 7 representa una comparación del espectro de emisión de un grupo que incluye un número arbitrario N de LEDs de color verde del mismo tipo (línea continua) con los espectros de dos grupos, cada grupo tiene N LEDs de diferentes matices de color que tienen longitudes de onda pico desplazadas que fueron combinadas con un espejo dicroico (línea punteada) . De esta manera, combinando los dos grupos de LEDs, puede ser conseguida una ganancia neta en el rendimiento total de lúmenes, como se ilustra en la Figura 8. La Figura 8 muestra gráficas que representan el incremento fraccional calculado en el flujo neto luminoso realizado al combinar los dos grupos de LEDs con el desempeño que se ilustra en las Figuras 6 y 7 como una función de la separación de pico-a-pico de los espectros LED. Las diferentes curvas corresponden con el funcionamiento o desempeño modelado de un espejo dicroico que opera como un filtro idealizado de etapa, un espejo dicroico que opera como un filtro realista aproximadamente para un ángulo medio de cono incidente de luz de 6 grados, y un espejo dicroico que opera como un filtro realista aproximadamente para un ángulo medio del cono incidente de 12 grados. Se encontró que el incremento fraccional calculado en el flujo neto luminoso aumentó a medida que la separación pico fue incrementada aproximadamente de 0 a 40 nm. Para las fuentes luminosas modeladas de ejemplo caracterizadas en las Figuras 5-7 (aproximadamente una separación de pico-a-pico de 20 nm y alrededor de un ángulo medio de cono de 6 grados) , aproximadamente 22% más de lúmenes son proporcionados por el sistema de iluminación utilizando LEDs de diferentes tonos o matices. Además, se ha encontrado que la separación pico de los LEDs puede ser incrementada hasta 40 nm antes que las coordenadas de color del canal verde no lleguen a los principios prescritos por la colorimetría SMPTE C. Por lo tanto, una mayor cantidad de luz puede ser acoplada en el sistema, a expensas de una cierta cantidad de saturación de color creando un espectro combinado que sea más ancho que el ancho de una fuente individual. Debido a que el espectro de un LED común único de alta brillantez es por lo regular lo suficientemente angosto para que la saturación de color del canal resultante sea mejor que la requerida para aplicaciones normales de televisión de proyección, la región espectral adicional podría ser utilizada para acoplar la luz que proviene de los LEDs adicionales de diferentes tonos o matices . Los componentes de ejemplo convenientes para uso en algunos sistemas de iluminación de ejemplo de la presente invención incluyen fuentes luminosas LED, tales como los Emisores de color verde Luxeon™ III, modelo LXHL-PM09, los Emisores de color rojo Luxeon™, modelo LHXL-PD01, y los Emisores de color azul Luxeon™ III, modelo LXHL-PR09. Los LEDs pueden ser situados como se muestra y se describe con referencia a la Figura 3A. Por ejemplo, 13 LEDs pueden ser situados a lo largo de una superficie esférica centrada en el extremo de entrada 126a del integrador 126. El primer y segundo elementos ópticos refractivos, tal como los lentes 174 y 176, pueden ser situados en la parte frontal de cada LED como también se muestra en la Figura 3A, de modo que la distancia del vértice de cada segundo lente del segundo conjunto de elementos ópticos refractivos 116 al centro del extremo de entrada 126a del integrador es aproximadamente de 50.0 mm. Otros parámetros de ejemplo de bancos adecuados de fuentes luminosas y de integradores convenientes son presentados en la Tabla 1 : Tabla 1. Parámetros de diseño de bancos de fuentes luminosas Los bancos de fuentes luminosas pueden ser situados a lo largo de una superficie esférica mediante la rotación de los LEDs con los elementos refractivos asociados alrededor de la parte media del extremo de entrada del integrador. Los ángulos de rotación en los planos XZ e YZ son mostrados en la Tabla 2 en grados : Tabla 2. Coordenadas angulares de los elementos del banco de fuente luminosa.

Los sistemas de iluminación construidos de acuerdo con la presente invención tienen una variedad de ventajas. Por ejemplo, estos sistemas de iluminación pueden incorporar fuentes luminosas LEDs, que tienen un incremento de la vida útil si se compara con las lámparas tradicionales de arco de mercurio de alta presión, costo más bajo, mejores características ambientales y no emiten luz infrarroja o ultravioleta, eliminando la necesidad de filtros UV y espejos fríos. Además, los LEDs son excitados por una energía eléctrica DC de baja tensión, lo cual es mucho menos probable que provoque interferencia eléctrica con los dispositivos electrónicos de pantalla sensible que como si lo hacen los reactores de alumbrado fluorescente que excitan una lámpara de arco. Además, debido a su ancho de banda relativamente angosto, los LEDs proporcionan una mejor saturación de color sin sacrificar la brillantez. Aunque los sistemas de iluminación de la presente invención han sido descritos con referencia a modalidades específicas de ejemplo, aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica apreciaran con facilidad que pueden realizarse cambios y modificaciones a la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, las dimensiones, configuraciones, tipos y números de elementos ópticos, tales como elementos refractivos o en donde sea adecuado, elementos reflectivos utilizados en las modalidades de la presente invención pueden variar en función de la aplicación específica y la naturaleza y dimensiones del objetivo de iluminación. Los sistemas de iluminación que utilizan fuentes luminosas y canales de otros colores, así como también números diferentes de canales, como es conveniente para una aplicación particular, también se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Las modalidades de ejemplo de la presente invención podrían ser utilizadas con una variedad de fuentes luminosas, tales como LEDs de otros colores, diodos orgánicos de emisión de luz (OLED) , láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL) y otros tipos de diodos de láser, fuentes luminosas fosforescentes y otros dispositivos convenientes de emisión de luz . Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

Reivindicaciones Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende : una fuente luminosa que tiene una apertura no radialmente simétrica, la apertura posee una dimensión más larga y una dimensión más corta, la fuente luminosa produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más larga y una dimensión angular más pequeña; y un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con la fuente luminosa y un extremo de salida que tiene una dimensión más larga y una dimensión más corta, el integrador es situado de modo que la dimensión más larga del extremo de salida sea sustancialmente alineada con la dimensión angular más larga de la iluminación producida por la fuente luminosa en el extremo de entrada del integrador.
2. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el extremo de salida del integrador es generalmente rectangular, el extremo de entrada del integrador es generalmente cuadrado y la apertura es generalmente elíptica.
3. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende uno o más de: un dispositivo óptico de retransmisión, un prisma TIR, un PBS, un polarizador y un espejo de plegamiento, conectados en forma óptica con el extremo de salida del integrador.
4. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador y dispositivos ópticos de retransmisión situados entre el objetivo de iluminación y el extremo de salida del integrador, en donde los dispositivos ópticos de retransmisión son configurados para formar la imagen del extremo de salida del integrador sobre el objetivo de iluminación.
5. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación que tiene una forma y es conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador, en donde el extremo de salida del integrador tiene una forma que coincide, de manera sustancial, con la forma del objetivo de iluminación.
6. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende : un banco de fuentes luminosas que tiene una apertura no radialmente simétrica, la apertura posee una dimensión más larga y una dimensión más corta, la fuente luminosa produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más larga y una dimensión angular más pequeña; y un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con el banco de fuentes luminosas y un extremo de salida que tiene una dimensión más larga y una dimensión más corta, el integrador es situado, de modo que la dimensión más larga del extremo de salida sea sustancialmente alineada con la dimensión angular más larga de la iluminación producida por el banco de fuentes luminosas en el extremo de entrada del integrador .
7. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el banco de fuentes luminosas comprende una pluralidad de fuentes luminosas y una pluralidad de elementos ópticos refractivos .
8. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque cada una de la pluralidad de fuentes luminosas tiene una superficie de emisión y los elementos refractivos son configurados para formar la imagen al menos en algunas de las superficies de emisión sobre el extremo de entrada del integrador.
9. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque él extremo de entrada del integrador tiene una primera forma y cada una de las superficies de emisión de la pluralidad de fuentes luminosas tiene una segunda forma que coincide, de manera sustancial, con la primera forma.
10. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la pluralidad de fuentes luminosas y la pluralidad de elementos ópticos refractivos son configuradas, de modo que un elemento óptico refractivo diferente sea asociado con cada fuente luminosa.
11. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el banco de fuentes luminosas comprende una pluralidad de fuentes luminosas y una pluralidad de elementos ópticos refractivos, y en donde las fuentes luminosas y los elementos refractivos son configurados para formar una pluralidad de canales dirigidos hacia dentro .
12. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el extremo de salida del integrador es generalmente rectangular, el extremo de entrada del integrador es generalmente cuadrado y la apertura es generalmente elíptica.
13. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende uno o más de: un dispositivo óptico de retransmisión, un prisma TIR, un PBS, un polarizador y un espejo de plegamiento, conectados en forma óptica con el extremo de salida del integrador.
14. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador y los dispositivos ópticos de retransmisión situados entre el objetivo de iluminación y el extremo de salida del integrador, en donde los dispositivos ópticos de retransmisión son configurados para formar la imagen del extremo de salida del integrador sobre el objetivo de iluminación.
15. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación que tiene una forma y es conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador, en donde el extremo de salida del integrador tiene una forma que coincide, de manera sustancial, con la forma del objetivo de iluminación.
16. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el banco de fuentes luminosas incluye fuentes luminosas de diferentes matices de color.
17. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el banco de fuentes luminosas incluye una pluralidad de fuentes luminosas de un primer matiz, una pluralidad de fuentes luminosas de un segundo matiz y un combinador dicroico que mezcla la luz del primer y segundo matices.
18. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque las fuentes luminosas del primer matiz emiten luz con una primera longitud de onda pico y las fuentes luminosas del segundo matiz emiten luz con una segunda longitud de onda pico, y en donde la primera y segunda longitudes de onda pico se encuentran separadas en no más de 40 nm.
19. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende : una pluralidad de bancos de fuentes luminosas, cada banco de fuentes luminosas tiene una apertura no radialmente simétrica con una dimensión más larga y una dimensión más corta y produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más larga y una dimensión angular más pequeña; y un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con los bancos de fuentes luminosas y un extremo de salida que tiene una dimensión más larga y una dimensión más corta, el integrador y los bancos de fuentes luminosas son situados, de modo que la dimensión más larga del extremo de salida del integrador sea sustancialmente alineada con cada dimensión angular más larga de la iluminación producida por cada banco de fuentes luminosas en el extremo de entrada del integrador .
20. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque al menos uno de los bancos de fuentes luminosas comprende una pluralidad de fuentes luminosas y una pluralidad de elementos ópticos refractivos .
21. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque cada una de la pluralidad de fuentes luminosas tiene una superficie de emisión y los elementos refractivos son configurados para la formación de la imagen al menos en algunas de las superficies de emisión sobre el extremo de entrada del integrador.
22. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el extremo de entrada del integrador tiene una primera forma y cada una de las superficies de emisión tiene una segunda forma que coincide, de manera sustancial, con la primera forma.
23. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la pluralidad de fuentes luminosas y la pluralidad de elementos ópticos refractivos son configuradas, de modo que un elemento óptico refractivo diferente sea asociado con cada fuente luminosa.
24. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque al menos un banco de fuentes luminosas comprende una pluralidad de fuentes luminosas y una pluralidad de elementos refractivos y en donde las fuentes luminosas y los elementos refractivos son configurados para formar una pluralidad de canales dirigidos hacia adentro.
25. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el extremo de salida del integrador es generalmente rectangular, el extremo de entrada del integrador es generalmente cuadrado y la apertura es generalmente elíptica.
26. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende uno o más de: un dispositivo óptico de retransmisión, un prisma TIR, un PBS, un polarizador y un espejo de plegamiento, conectados en forma óptica con el extremo de salida del integrador.
27. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador y dispositivos ópticos de retransmisión situados entre el objetivo de iluminación y el extremo de salida del integrador, en donde los dispositivos ópticos de retransmisión son configurados para formar la imagen del extremo de salida del integrador sobre el objetivo de iluminación.
28. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque comprende un objetivo de iluminación que tiene una forma y es conectado, en forma óptica, con el extremo de salida del integrador, en donde el extremo de salida del integrador tiene una forma que coincide, de manera sustancial, con la forma del objetivo de iluminación.
29. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque al menos uno de los bancos de fuentes luminosas incluye fuentes luminosas de diferentes matices de color.
30. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque al menos uno de los bancos de fuentes luminosas incluye una pluralidad de fuentes luminosas de un primer matiz, una pluralidad de fuentes luminosas de un segundo matiz y un combinador dicroico que mezcla la luz del primer y segundo matices.
31. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque las fuentes luminosas del primer matiz emiten luz con una primera longitud de onda pico y las fuentes luminosas del segundo matiz emiten luz con una segunda longitud de onda pico, y en donde la primera y segunda longitudes de onda pico se encuentran separadas en no más de 40 nm.
32. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 19, en donde los bancos de fuentes luminosas producen iluminación de diferentes colores, caracterizado además porque comprende un combinador dicroico configurado para mezclar la iluminación de diferentes colores en el extremo de entrada del integrador .
33. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el combinador dicroico comprende un espejo dicroico girado aproximadamente alrededor de un eje de rotación sustancialmente paralelo al extremo de entrada del integrador .
34. El sistema de iluminación de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque las dimensiones largas de las aperturas, el eje de rotación y la dimensión larga del extremo de salida del integrador son sustancialmente alineados.
35. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende : una fuente luminosa que tiene una apertura no radialmente simétrica, la apertura posee una dimensión más larga y una dimensión más corta, la fuente luminosa produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más larga y una dimensión angular más pequeña; y un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con la fuente luminosa, un extremo de salida, y una dimensión que experimenta un incremento más grande del extremo de entrada al extremo de salida, el integrador es situado, de modo que la dimensión que experimenta el incremento más grande sea sustancialmente alineada con la dimensión angular más larga de la iluminación producida por la fuente luminosa en el extremo de entrada del integrador.
36. Un sistema de iluminación, caracterizado porque comprende: un banco de fuentes luminosas que tiene una apertura no radialmente simétrica, la apertura posee una dimensión más larga y una dimensión más corta, la fuente luminosa produce iluminación con una distribución de intensidad angular no radialmente simétrica que tiene una dimensión angular más larga y una dimensión angular más pequeña; y un integrador que tiene un extremo de entrada conectado, en forma óptica, con el banco de fuentes luminosas, un extremo de salida y una dimensión que experimenta el incremento más grande del extremo de entrada al extremo de salida, el integrador es situado, de modo que la dimensión que experimenta el incremento más grande sea sustancialmente alineada con la dimensión angular más larga de la iluminación producida por el banco de fuentes luminosas en el extremo de entrada del integrador .