MXPA06013178A

MXPA06013178A - Elemento optico multidireccional y sistema optico que utiliza el mismo.

Info

Publication number: MXPA06013178A
Application number: MXPA06013178A
Authority: MX
Inventors: Simon Magarill; Todd S Rutherford
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2007-02-14
Also published as: TW200604575A; US7460306B2; KR20070012551A; CN100465668C; CN1954241A; JP2007537485A; WO2005114264A1; EP1745311A1; US20050254131A1; US20060291770A1; US7085063B2

Abstract

Se describen elementos opticos multi-direccionales que incluyen un cuerpo que tiene un primer lado que tiene una primera curvatura un segundo lado que tiene una segunda curvatura, un tercer lado que tiene una tercera curvatura, y un cuarto lado que tiene una cuarta curvatura. El segundo lado se coloca en general opuesto al primer lado a lo largo de una primera direccion y se coloca un cuarto lado en general opuesto al tercer lado a lo largo de una segunda direccion, la segunda direccion que es diferente de la primera direccion. Tambien se describen sistemas opticos que utiliza estos sistemas opticos multi-direccionales.

Description

ELEMENTO ÓPTICO MULTIDIRECCIONAL Y SISTEMA ÓPTICO QUE UTILIZA EL MISMO Campo de la Invención La presente invención se refiere a elementos ópticos refractivos, y de manera más específica, la presente descripción se refiere a elementos ópticos multidireccionales capaces de refractar la luz en al menos dos direcciones diferentes, que se pueden usar en sistemas de proyección de icroexhibición. La presente invención también se refiere a sistemas ópticos que incluyen elementos ópticos multidireccionales . Antecedentes de la Invención Los sistemas ópticos están ampliamente generalizados e incluyen frecuentemente una fuente o fuentes de luz y un sistema de elementos ópticos. En algunos sistemas ópticos, un haz de luz que se origina de una fuente de luz o un montaje de fuentes de luz se puede dividir de dos o más haces que viajan en direcciones diferentes, que se pueden recombinar o no adicionalmente más adelante. En otros tipos de sistemas ópticos, los haces de luz que se originan de diferentes fuentes de luz o diferentes montajes de fuentes de luz pueden viajar inicialmente en direcciones diferentes, y también se pueden recombinar, o no, adicionalmente más adelante. Estos sistemas ópticos multidireccionales REF:177425 usualmente son relativamente complejos e incluyen grandes números de varios elementos ópticos, tal como elementos ópticos refractivos, reflexivos y difractivos. Comúnmente se usan espejos plegables para doblar las rutas ópticas, y de esta manera, reducir las coberturas de los grandes sistemas ópticos complicados. Breve Descripción de la Invención La presente descripción se refiere a elementos ópticos multidireccionales que incluyen un cuerpo que tiene un primer lado con una primera curvatura, un segundo lado con una segunda curvatura, un tercer lado con una tercera curvatura, y un cuarto lado con una cuarta curvatura. El segundo lado se coloca en general opuesto al primer lado a lo largo de una primera dirección, y el cuarto lado se coloca en general opuesto al tercer lado a lo largo de una segunda dirección, la segunda dirección que es diferente de la primera dirección. La presente descripción también se refiere a sistemas ópticos que incluyen un primer canal de iluminación que incluye una primera fuente de luz, un primer objetivo de iluminación, y un elemento óptico multidireccional . El elemento multidireccional incluye un cuerpo que tiene un primer lado con una primera curvatura, un segundo lado con una segunda curvatura colocado en general opuesto al primer lado a lo largo de una primera dirección, un tercer lado con una tercera curvatura, y un cuarto lado con una cuarta curvatura colocado en general opuesto al tercer lado a lo largo de una segunda dirección. El elemento óptico multidireccional se coloca entre la primera fuente de luz y el primer objetivo de iluminación, de modo que la luz del primer canal viaja a través del elemento óptico multidireccional en general en la primera dirección. Estos sistemas ópticos incluyen en general un segundo canal de iluminación que comprende una segunda fuente de luz, un segundo objetivo de iluminación, y el elemento óptico multidireccional. El elemento óptico multidireccional se coloca entre la segunda fuente de luz y el segundo objetivo de iluminación, de modo que la luz del segundo canal viaja a través del elemento óptico multidireccional en general en la segunda dirección que es diferente de la primera dirección. Estos y otros aspectos de los elementos ópticos multidireccionales de la presente invención y de los sistemas ópticos que incluyen estos elementos ópticos multidireccionales llegarán hacer fácilmente evidentes para aquellos expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada junto con las figuras. Breve Descripción de las Figuras De modo que aquellos expertos en la técnica a los cuales corresponde la presente invención, entenderán más fácilmente como hacer y usar la presente invención, se describirán en detalle más adelante modalidades específicas de la misma, con referencia a las Figuras, en donde: La Figura lA muestra esquemáticamente una vista en perspectiva de un elemento óptico multidireccional de ejemplo construido de acuerdo con la presente descripción. La Figura IB muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de elemento óptico multidireccional mostrado en la Figura ÍA; y La Figura 2 muestra esquemáticamente una porción de un sistema de proyección de tres paneles de ejemplo que incorpora un elemento óptico multidireccional de ejemplo construido de acuerdo con la presente descripción. Descripción Detallada de la Invención Las modalidades de ejemplo de la presente descripción son adecuadas para el uso en sistemas ópticos multidireccionales, en los cuales la luz viaja a lo largo de dos o más direcciones, tal como proyectores de microexhibición. Este sistema se describe en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de Magarill et al., comúnmente poseída y concurrentemente presentada, titulada "Sistemas de Iluminación con Rutas Ópticas Separadas para Diferentes Canales de Color", Documento de Abogado No. 59637US002, la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia al grado que no es inconsistente con la presente descripción.

Las Figuras ÍA y IB muestran esquemáticamente un elemento óptico 50 multidireccional de ejemplo, construido de acuerdo con la presente descripción. En la Figura ÍA se muestra una vista en perspectiva esquemática del elemento 50 óptico multidireccional. La Figura IB representa una vista esquemática en sección transversal, con la sección transversal tomada como se muestra en la Figura ÍA. Este elemento óptico multidireccional de ejemplo tiene los lados 52 y 56 colocados en general opuestos entre sí a lo largo de una primera dirección, y tiene los lados 54 y 58 también colocados en general opuestos entre sí a lo largo de una segunda dirección. En algunas modalidades de ejemplo, el lado 52 puede estar adyacente al lado 54, y el lado 56 puede estar adyacente al lado 58. Los lados 52 y 54 pueden tener un primer radio de curvatura, los lados 56 y 58 pueden tener un segundo radio de curvatura. De manera alternativa, los radios 52 y 54 pueden tener diferentes radios de curvatura, y de este modo pueden los lados 56 y 58. Dependiendo de la aplicación, en algunas modalidades de la presente invención, el elemento multidireccional 50 puede incluir superficies adicionales (no mostradas) , por ejemplo, formando una sección transversal aproximadamente hexagonal , octogonal o de diferentes lados múltiples, en lugar de una sección transversal de cuatro lados mostrado en la Figura IB. En estas modalidades de ejemplo, los lados adicionales pueden estar curveados o ser planos y pueden incluir estructura de superficie de montaje, tal como depresiones, salientes o ambas, a fin de facilitar el montaje de estos elementos ópticos multidireccionales. Con referencia a la Figura lA, el elemento 50 óptico multidireccional de ejemplo incluye adicionalmente dos lados 53 y 55, colocados en general opuestos entre sí. Las superficies opuestas 53 y 55 pueden ser sustancialmente planas, o pueden ser curveadas, dependiendo de la aplicación. En algunas modalidades de la presente descripción, los lados opuestos 53 y 55 pueden incluir estructuras de superficie para facilitar el montaje, tal como depresiones y/o salientes. En las modalidades apropiadas de ejemplo, las curvaturas de cualquiera o más superficies pueden ser asfericas, como pueda ser deseable para una aplicación particular. De manera similar, cualquiera o más superficies pueden incluir microestructuras, tal como estructuras difractivas conocidas por aquellos expertos en la técnica. Con referencia a la Figura 2, en el elemento 50 multidireccional de ejemplo mostrado, los lados 52 y 54 son convexos, en tanto que los lados 56 y 58 son cóncavos. En algunas modalidades, el elemento óptico 50 multidireccional se configura de modo que la luz incidente en cualquiera de las superficies 56 ó 58 y que emerge de la superficie opuesta 52 ó 54 viaja a lo largo de rutas ópticas sustancialmente equivalentes en dos direcciones generales diferentes y se refracta sustancialmente de la misma manera. De manera preferente, las dos direcciones constituyen un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto una a la otra, como se ilustra por los ejes X y Y en la Figura IB, pero otros ángulos entre las dos direcciones también están dentro del alcance de la presente descripción, como pueda ser útil para una configuración particular del sistema, especialmente si el elemento multidireccional tiene más de cuatro lados a través de una sección transversal individual. En algunas modalidades de la presente descripción, la luz también puede viajar a través del elemento multidireccional 50 a lo largo de una tercera dirección, tal como desde el lado 53 al lado 55 o viceversa. De manera alternativa, los lados 53 y 55 se pueden usar para montar el elemento óptico multidireccional. La Figura 2 muestra esquemáticamente una porción de un sistema 100 de proyección de 3 paneles que incorpora un elemento óptico 50 multidireccional construido de acuerdo a la presente descripción. Estos sistemas de proyección se pueden usar con dispositivos reflexivos de formación de imágenes, tal como Cristal Líquido en Silicio (LcoS, por sus siglas en inglés) , y en los cuales al menos una porción de la ruta óptica para cada canal de color (aquí, rojo, verde y azul) no se comparte con otros canales de color. En particular, el sistema 100 de proyección de ejemplo incluye canales que corresponden a diferentes colores primarios, tal como un canal 105 de color rojo, un canal 115 de color verde y un canal 125 de color azul. Los sistemas de iluminación que utilizan fuentes de luz y canales de otros colores, como sea adecuado para una aplicación particular, también están dentro del alcance de la presente descripción. El canal 105 de color rojo incluye: una fuente o fuentes de color rojo (no mostradas), tal como LED rojos; un integrador 104; ópticas relevadora, tal como lentes relevadores 106a y 106b; un divisor 109 de haz polarizante; y un objetivo 108 de iluminación, tal como un dispositivo formador de imágenes. El canal 115 de color verde incluye: una fuente o fuentes de luz verde (no mostrada) , tal como LED; verdes; un integrador; óptica relevadora, tal como los lentes 116a y 116b; un espejo 117 de pliegue; un divisor 119 de haz polarizante; y un objetivo 118 de iluminación, tal como un dispositivo de formación de imágenes. El canal 125 de color azul incluye a su vez : una f ente o fuetes de luz azul (no mostradas), tal como LED azules; un integrador; óptica relevadora, tal como lentes 126a y 126b; un divisor 129 de haz polarizante; y un objetivo 128 de iluminación, tal como un dispositivo formador de imágenes. La luz modulada por los dispositivos 108, 118 y 128 formadores de imágenes, rojo, verde y azul se puede combinar usando un combinador 14 dicroico cruzado. Los haces rojo, verde y azul modulados, combinados entonces se recolectan por la óptica 18 de proyección para distribución a una pantalla (no mostrada) o a otro elemento óptico o dispositivo para procesamiento adicional . Tanto el canal verde 115 como el canal azul 125 incluyen el elemento 50 óptico multidireccional, colocado en una intersección de los haces verde y azul. En el sistema de proyección de ejemplo mostrado en la Figura 2, el haz de iluminación verde que sale del lente relevador 116b y se refleja por el espejo 117 de pliegue entra en el lado 56 del elemento óptico 50 multidireccional y sale de este a través del lado 52 en una primera dirección general, mostrada por el eje óptico de la iluminación verde. El haz de iluminación azul que sale del lente relevador 126b de las mismas modalidades de ejemplo entra al elemento óptico 50 multidireccional a través del lado 58 y sale de este a través del lado 54 en una segunda dirección general, mostrada por el eje óptico de la iluminación azul. Otras modalidades de ejemplo pueden incluir un canal de iluminación adicional, tal que la iluminación viajará a través del elemento óptico multidireccional desde el lado 53 al lado 55 o viceversa, el rayo principal de la iluminación que muestra una tercera dirección general. En estas modalidades de ejemplo, los lados adicionales se adicionarán de manera preferente para el montaje.

Debido a que la iluminación de diferentes canales puede viajar a través del elemento multidireccional a lo largo de diferentes direcciones generales, el elemento 50 se puede construir de manera preferencial a lo largo de estas direcciones para los colores particulares de estos canales. En el contexto de la presente descripción, el término "preferencialmente construido" abarca cualquier característica del elemento óptico, este término se refiere a lo que mejorará el desempeño, tal como transmisión o corrección de aberración, de un canal de color particular en al menos algún grado. De manera más particular, un elemento óptico se construye de manera preferencial para el color de su canal de iluminación donde el desempeño de ese canal disminuirá si este elemento se construye como un elemento correspondiente, si lo hay, de otro canal de iluminación. Por ejemplo, el elemento 50 puede incluir revestimientos específicos de color, tal como revestimientos anti-reflexión verde en al menos uno de los lados 56 y 52 y los revestimientos anti-reflexión azul en al menos uno de los lados 54 y 58. En algunas modalidades de la presente descripción, la curvatura de al menos uno de los lados 52 y 54, así como la curvatura de al menos uno de los lados 56 y 58, puede ser diferente para diferentes colores para reducir las aberraciones de color de manera más efectiva. De esta manera, el elemento 50 óptico de cuatro lados puede reducir al mínimo el viñeteado, aislar en la configuración de un sistema más compacto, y contribuir a la optimización específica del color de los canales de iluminación. Los sistemas de iluminación de ejemplo, modelados, que se pueden construir de acuerdo a la presente descripción basándose en la Figura 2, con canales de color rojo, verde y azul, pueden tener los siguientes parámetros. Todos los integradores de esta modalidad de ejemplo tienen la misma geometría: extremo de entrada de aproximadamente 6.1 x 6.1 mm, longitud de aproximadamente 50.0 mm, y un extremo de salida de aproximadamente 6.1 x 10.7 mm. Los integradores de diferentes canales de color se fabrican con diferentes revestimientos específicos de color de modo que se mejora su transmisión para un color particular o se reduce el costo. Se pueden insertar espejos adicionales de pliegue en el canal azul entre el lente relevador 126b y el elemento multidireccional 50 y en el canal rojo entre los lentes relevadores 106a y 106b. Otros parámetros de los sistemas modelados de ejemplo se muestran en las Tablas 1-5 para los canales verde, azul y rojo.

Tabla 1. Canal verde Tabla 2. Coeficientes esféricos de un lente relevador 116b de ejemplo Tabla 3. Canal azul Tabla 4. Coeficientes esféricos de un lente relevador 126b de ejemplo Tabla 5. Canal rojo Aunque los elementos ópticos multidireccionales de la presente descripción y los sistemas ópticos que utilizan estos elementos ópticos multidireccionales se han descrito con referencia a modalidades específicas de ejemplo, aquellos expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se pueden hacer cambios y modificaciones a la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, la forma, tamaño y material del elemento óptico multidireccional puede ser diferente dependiendo de la aplicación. Adicionalmente, aunque se han descrito las modalidades de ejemplo de la presente descripción con referencia a los canales de color rojo, verde y azul, se pueden usar otros tipos y números de canales de color en lugar de y además de los canales de color descritos sin apartarse del alcance de la presente descripción. 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. Elemento óptico multidireccional, caracterizado porque comprende: un cuerpo que tiene un primer lado que tiene una primera curvatura, un segundo lado que tiene una segunda curvatura colocado en general opuesto al primer lado a lo largo de una primera dirección, un tercer lado que tiene una tercera curvatura, y un cuarto lado que tiene una cuarta curvatura colocado en general opuesto al tercer lado a lo largo de una segunda dirección diferente de la primera dirección.
2. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera curvatura es aproximadamente la misma como la tercera curvatura y la segunda curvatura es aproximadamente la misma como la cuarta curvatura.
3. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer y tercer lados son convexos, y en donde el segundo y cuarto lados son cóncavos .
4. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera dirección hace un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto a la segunda dirección.
5. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una de la primera, segunda, tercera y cuarta curvaturas se construye de manera preferencial para iluminación de un color particular.
6. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende revestimientos específicos de color colocados en al menos uno del primero, segundo, tercero y cuarto lados .
7. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo comprende además un quinto lado y un sexto lado colocados en general opuestos al quinto lado a lo largo de una tercera dirección diferente de la primera y segunda direcciones.
8. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el quinto y sexto lado son sustancialmente planos.
9. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el quinto y sexto lados incluyen estructuras de superficie de montaje.
10. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el quinto y sexto lados están curveados .
11. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los lados tiene curvatura asferica.
12. Elemento óptico multidireccional de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los lados incluye microestructuras.
13. Sistema óptico, caracterizado porque comprende: un primer canal de iluminación que comprende una primera fuente de luz, un primer objetivo de iluminación, y un elemento óptico multidireccional, que comprende un cuerpo que tiene un primer lado con una primera curvatura, un segundo lado con una segunda curvatura colocado en general opuesto al primer lado a lo largo de una primera dirección, un tercer lado con una tercera curvatura, y un cuarto lado con una cuarta curvatura colocado en general opuesto al tercer lado a lo largo de una segunda dirección, el elemento óptico multidireccional colocado entre la primera fuente de luz y el primer objetivo de iluminación de modo que la luz del primer canal viaja a través del elemento óptico multidireccional en general en la primera dirección; y un segundo canal de iluminación que comprende una segunda fuente de luz, un segundo objetivo de iluminación, y el elemento óptico multidireccional colocado entre la segunda fuente de luz y el segundo objetivo de iluminación de modo que la luz del segundo canal viaja a través del elemento óptico multidireccional en general en la segunda dirección que es diferente de la primera dirección.
14. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la primera curvatura del elemento óptico multidireccional es aproximadamente la misma como la tercera curvatura y la segunda curvatura es aproximadamente la misma como la cuarta curvatura.
15. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primero y tercer lados del elemento multidireccional son convexos, y en donde el segundo y cuarto lados son cóncavos.
16. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la primera dirección hace un ángulo de aproximadamente 90 grados con respecto a la segunda dirección.
17. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la primera fuente de luz produce iluminación de un primer color, y en donde al menos una de la primera y segunda curvaturas del elemento óptico multidireccional se construye de manera preferencial para iluminación del primer color.
18. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la primera fuente de luz produce iluminación de un primer color, y en donde el elemento multidireccional comprende además al menos un revestimiento específico de color construido preferencialmente para iluminación del primer color colocado en al menos uno del primero y segundo lados .
19. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la segunda fuente de luz produce iluminación de un segundo color, y en donde al menos una de la tercera y cuarta curvatura del elemento óptico multidireccional se construye de manera preferencial para iluminación del segundo color.
20. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la segunda fuente de luz produce iluminación de un segundo color, y en donde el elemento multidireccional comprende además al menos un revestimiento específico de color construido preferencialmente para iluminación del segundo color colocado en al menos uno del tercero y cuarto lados .
21. Sistema óptico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque además comprende un tercer canal de iluminación de color que comprende una tercera fuente de luz y un tercer objetivo de iluminación.