CN1729417A - 非成像光子集中器 - Google Patents

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CN1729417A CNA2003801070961A CN200380107096A CN1729417A CN 1729417 A CN1729417 A CN 1729417A CN A2003801070961 A CNA2003801070961 A CN A2003801070961A CN 200380107096 A CN200380107096 A CN 200380107096A CN 1729417 A CN1729417 A CN 1729417A
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Abstract

一种光子集中器包括成像光子集中器(13)和非成像光子集中器(30)，该成像光子集中器(13)将来自于源(70)的光子集中成像点(14)。该非成像光子集中器(NIPC)具有在该像点附近耦合到该成像光子集中器的入口孔径(33)。NIPC还包括出口孔径(35)，其中入口孔径比出口孔径大。

Description

非成像光子集中器
发明背景
本发明涉及光学显示***。更准确地说，本发明涉及一种具有改进的光投影效率的光学显示***。
典型的投影***包括明亮白光的弧光灯源、将白光分离成红、绿和蓝光谱分量的方法、以及用于两维成像的空间光调制器(SLM，也被称为光阀)，每个光谱分量生成一幅彩色图像。SLM响应于计算机或者另一个诸如电视调谐器、VCR、HDTV广播或者DVD播放器的视频源产生的模拟或者数字视频信号执行空间和时间调制。尽管还存在诸如青、黄、品红以及可选的白色平面的其他的彩色分离技术，但是SLM通常生成红、绿、蓝色平面的连续图像。然后光学重组彩色平面并且将其投影到屏幕上，或者它们可以以观众仅能察觉到单幅图像的速率依次在屏幕上暂时闪现。
目前的弧光灯源存在几个问题。最经常使用的灯源是水银蒸汽弧光灯。该灯针对给定的瓦数产生最多的光线并且具有小点光源。但是，与其它的技术相比，它的使用寿命较短并且产生的光线在光谱中缺少红色光谱。此外，水银是一种危险物质，很多国家都限制或者直接禁止使用。尽管其他的灯泡技术也可以替代水银蒸汽弧光灯，但是没有一种能够具有水银蒸汽弧光灯所具有的允许产生小的高亮度投影仪的效率和小的光斑尺寸。因此，需要一种解决方案来允许其它的灯泡技术与水银蒸汽弧光灯竞争。
大多数数字投影仪基于投影仪放置到投影屏上的屏幕光通量来竞争。尽管投影仪市场上的竞争非常激烈，成本考虑以及尺寸的限制已经限制了针对其他光源的更有效的光学设计的发展。
存在一种克服与弧光灯灯泡、尤其是与水银蒸汽型弧光灯灯泡相关的问题的需要。由于非弧光灯的非点光源特性，简单地用非弧光灯替代弧光灯不会提供满意的竞争解决方案。
附图简述
参照下面的附图来更好地理解本发明。附图的元件并不需要彼此之间成比例。相反，重点在于对本发明进行清楚的解释。而且，在几幅视图中，相同的参考标记指出相应的类似部分。
图1是传统的投影***的示例性的横截面示意图。
图2是包括本发明的实施例的投影***的示例性方框图。
图3是本发明的实施例的示例性横截面示意图。
图4是本发明的可替换的实施例的示例性横截面示意图。
图5A-5F是针对本发明的各个实施例的定位色轮的示例性横截面视图。
图6A-6E是本发明的各个可替换的实施例的示例性横截面视图。
图7A-7D是本发明的各个附加的可替换实施例的示例性横截面视图。
图8A-8D是能够被本发明的实施例所使用的各种光源的示例性实施例。
图9是表明可用于构造本发明的实施例的示例性制造步骤的方框图。
图10A是也已知为温斯顿集能器的传统的复合抛物形聚光器的横截面视图。
图10B是在本发明的一些实施例中使用的非成像光子集中器(在此被定义为Pate收集器)的横截面视图。
图11是并入本发明的实施例的示例性投影光学***的横截面示意图。
图12-15是并入本发明的实施例的用于光源的示例性集成反射器。
图16A-16F是本发明的示例性集成NIPC和空间均化器实施例的透视图、前视图和横截面视图。
优选的和可替换的实施例的详述
下面是执行本发明的目前已知的最好模式的详细描述。该描述并不是限制性的，仅是为了说明本发明的一般规则。注意为了简明，省略了对与本发明无关的投影***部件的详细讨论。本发明也应用于宽范围的显示技术和显示***，该显示技术和显示***包括目前正在开发以及还未被开发的技术和***。例如，尽管下面参照数字微型反射镜投影仪来描述各种示例性投影***，但是诸如磁流变(magnetorehological)、衍射的、透射的、全息的等其它类型的空间光调制器(SLM)同样可应用于本发明。
本发明的实施例中的光学设备能够广泛应用于光学设备技术，并且能够用各种光学材料制成。下面的描述讨论了几种以反射实施例实现的本发明的光学设备的实施例，因为目前可用的光学设备大多是利用反射光学器件制造的，并且本发明的多数常用应用都涉及反射光学器件。无论怎样，本发明也可以在反射的、衍射的、全息的、以及反射与上述技术的组合中有利实现。因此，本发明不意图被限制为那些以反射的光学器件制造的设备，而是将包括以一种或者多种可用的光学方法和本领域技术人员可用的技术单独或者组合制造的设备。
应当注意附图并不是按比例绘制的。而且，光学元件的各个不同部分也不是按比例绘制的。相对于其他尺寸来说夸大了某些特定的尺寸，以便提供对本发明更为清楚地说明和理解。而且，特定实施例的反射表面是以较宽的粗体线表示的，以表明反射涂层。其他实施例也可具有反射表面，为了描述的简明而没有绘出，但是并不意味着将其限定为没有反射涂层。
此外，尽管这里所述的实施例是以具有长度和宽度的各个不同区域的二维视图表示的，但是应当清楚地理解这些区域仅是实际上三维结构的设备的一部分的示例。因此，当在实际设备上制造时，这些区域具有包括长、宽和厚度的三维尺寸。尽管，大多数三维尺寸结构是所示的二维结构的横向旋转，但是具有类似的纵向横截面部分的其他三维结构同样存在，诸如横向矩形形状(例如，在厚度和宽度尺寸上线性延伸横截面)，并且这些结构也被视为落在本发明的范围和精神内。
更进一步，尽管示出沿着纵轴的横截面的不同的实施例，但是本实施例的不同部分可以具有横截面外形。例如，对于集成NIPC和集成棒，NIPC可具有圆形的横截面，而集成棒可具有矩形的横截面。这里所描述的本实施例期望可能覆盖各种可能的横截面组合并且仍然落在本发明的范围和精神内。
而且，尽管本发明是通过针对投影仪设备的优选实施例描述的，但是这些描述并不是限制本发明的范围或者应用。这些描述并不意图将本发明的投影仪设备限制在所示的物理结构上。这些结构被包含以表明本发明的实用和应用到目前优选的和可替换的实施例中。
图1是在典型的传统投影设备中使用的光学显示***的示意性方框图。该光学显示***包括光源10、色轮16、空间均化器20、SLM40以及成像光学器件50。光源10包括椭圆反射镜13以及灯泡70。灯泡70通常是水银蒸汽弧光灯，该水银蒸汽弧光灯在优选为白光的椭圆的第一焦点(物点)处产生小火球17，该白光被成像(聚焦)到第二焦点从而在空间均化器20的入口处产生像点14。光源10既产生一组会聚到像点14的聚焦光线15，又产生一组不会聚到像点14的散射光线11。色轮16围绕色轮轴18旋转以呈现一个或者多个彩色部分(例如红-绿-蓝、红-绿-蓝-白、或者红-绿-蓝-红-绿-蓝，来列举)，以便将来自光源10的白光转换为彩色的时间序列。但是水银灯通常缺乏所产生的红色光谱的数量，因此产生灰白色光，该灰白色光必须由色轮或者其他机构来校正。色轮16是能够产生彩色序列的多个色度发生器56(参见图2)中的一个。空间均化器20被示为集成棒22，该集成棒22被用来产生从出口26的横截面外形中发射的光线中的均匀亮度。
像点14处的聚焦光在入口24以基于椭圆反射镜的光学设计的第一角度19(通常称为锥形半角)进入集成棒22。通常，集成棒22具有矩形的横截面外形(与图示的纵向截面相对)，以将光转换成矩形图像从而集中在相应成比例的矩形的SLM40上。大多数集成棒22都被构造为中空的矩形盒子并且在内侧涂敷高反射涂层，以允许入射光线反射离该表面，因此对光空间均化，以便将其均匀地分布在横截出口孔径上从而产生离开集成棒22的出口26的光线横截面中的均匀亮度。通常，对于传统的矩形集成棒22，光以第一角度19射出出口26。然后离开集成棒的光线利用聚光透镜28或者其他光学器件成像成一组均匀的光线42来填充由SLM40的有源元件所占据的区域。通过将集成棒22的高度和宽度与SLM40的尺寸按比例匹配可以实现这种成像。然后，离开SLM40的反射光44被光学耦合到成像光学器件50中，从而在投影光学器件48的成像光学孔径49中基本上捕获反射光44。偏转光46被指向远离成像光学孔径49，因此其没有被投影。尽管SLM40被描述为反射性的，但是为了便于理解，图示的光学路径是展开的。实际的设计将需要光线以复合角反射离SLM40。
传统的投影***的一个问题在于，光源10必须具有实际上理想的点光源或者等离子体火球17从而使来自于光源10的多数光进入集成棒22的入口24。如果投影***没有被有效设计，则来自于灯泡70的大多光就从来没有到达成像光学孔径49。多数传统的小型投影***从灯泡到屏幕的总的光学***效率小于12％。就是说，灯泡70产生的光仅有至多12％能够实际从投影光学器件中射出并且使其投射到屏幕上。这种低效的设计不仅造成显示黯淡而且消耗不必要浪费的能量。已经尝试了几种方法来提高效率，但是都没有获得成功。
例如，如果增加集成棒的尺寸来从灯的焦点收集更多的光束，那么必须改变照明***的放大倍率。改变照明***的放大倍率需要改变***的光路长度以及***中使用的透镜的有效焦距。这些改变对于外形较小或者甚至外形很大的数字投影仪的产品中可实用或者不实用。因此，在所有的数字投影仪中都期望从灯的焦点捕获更多的光并将其耦合到相同尺寸的集成棒的需要。
本发明的下述实施例允许从光学10收集更多的光并且发送该光从而使光在光学***中得到最佳利用。这些实施例通过使用非成像光学器件在灯的焦点处收集更多的光来增加数字投影仪的效率。光收集增加了数字投影仪或者其他的显示设备能够传送的银幕光通量的数量。这样就在不必改变照明***的放大倍率，并且不增加整个包装尺寸的情况下，产生更多来自于空间均化器的光通量。例如，在对光学***做了微小改动的情况下，使用本发明的投影仪可以具有大于15％的总的***效率。增加的效率允许更亮的图像或者更小的能耗。
这些实施例使用非成像光子集中器(NIPC)(例如(在与纵向方向相对的横向上)旋转对称的复合抛物形聚光器(CPC)，以在成像数字投影仪灯的像点处捕获大部分光。一个实施例使用具有在此被定义为“Pate”收集器的凹角入口外形的旋转对称的过旋转(over-rotated)复合抛物形聚光器。如在本说明书内所使用的，“收集器”与“集中器”同义，除非“收集器”表示其他的含义。应当理解，成像光源的像点处的光不是实际的点像，而是直径为约6mm的扩展面图像，该面图像具有带有实际上点状高斯型的亮度分布的非球形三维体积。NIPC入口孔径位于或者靠近灯的焦点(像点)并且向NIPC的出口孔径反射光。NIPC的出口孔径优选地但是可以随意设计成其直径与空间协调器的最小的长度或者宽度尺寸相同。例如，利用CPC和集成棒，集成棒的矩形管实际上与其入口孔径一起位于CPC出口孔径处并且来自于CPC的基本上所有光被耦合到集成棒中，从而使集成棒出口处的光在其横截面外形上具有均匀的亮度分布。优选地，调整NIPC的纵向长度和横向形状参数使得对于小的包装应用来说，从灯捕获的光最大，沿着光轴的光学长度最小，并且有效地将光耦合到集成棒用于均化。例如，横向形状可以是圆形的、矩形的、方形的、八角形的或相反。如果不是圆形的，则空间均化器和NIPC的功能被合并成单个集成单元。这种类型的实施例将在图16中详细描述。而且，对于特定的实施例来说，横向形状可具有一个或者多个不同横向形状的部分从而允许进一步的设计灵活性。
根据所期望的集中级别以及给定***所需的出口角度的限制，可以使用几种不同的NIPC设计。传统的复合抛物形收集器也被称为温斯顿集能器，该温斯顿集能器主要被建议用于太阳能收集***(参见标题为“Electromagnetic Radiation Collector System(电磁辐射收集器***)”的美国专利No.4281640，)。其他的NIPC包括复合椭圆形收集器、复合双曲形收集器、管状收集器、和完全内部反射收集器，这里仅列举了一些。在太阳能收集***中，已经表明CPC的收集比例或者收集效率是传统光学器件的3-5倍。NIPC允许在不调整角度的情况下收集和集中直射的和散射的光从而提供最大效率的光传输。NIPC有时被称为会聚波导、光集中器、非透镜聚焦器和照明器件，而不是成像光学器件。
太阳能收集领域的技术人员通常熟知复合抛物形聚光器。通常用于太阳能收集器的复合抛物形聚光器包括位于两个槽形侧壁之间的能量接收器，该两个槽形侧壁将以预定角度接收的所有入射能量基本上反射到能量接收器上。反射侧壁的至少一部分的曲线轮廓与反射到能量接收器的最大能量射线一样是凹形的。例如，如在此进一步说明的，图10A表明了具有偏轴倾斜抛物面的曲线形状的示例性CPC200。在W.T.Welford和R.Winston的“High Collection NonimagingOptics(高收集非成像光学器件)”(Academic Press，1989)中所提供的信息可以被用于确定CPC200的参数(例如，D入口、D出口、L和θmax)。图10B表明在此被定义为“Pate”收集器的改进的复合抛物形收集器的示例性NIPC200′，该“Pate”收集器提高了用于光学显示***的CPC200的性能。
NIPC的各种实施例也是由诸如透明玻璃、聚合物、透明聚碳酸酯、透明塑料或者其他光学透明物质制成的。实施例可以是中空的或者固体的。中空的实施例可以在内侧涂敷高反射金属(例如银、增强铝、铑)或者优选地高反射率的绝缘堆。
因为NIPC的各种实施例将更多来自光源的光集中和耦合到投影光学器件的光路中，所以可能实现光通量增益。应当理解对于示例性椭圆反射镜，等离子体火球具有热狗或者圆柱体的形状。该等离子体圆柱体是立体空间的扩展源，因此远非是理想的点光源图像。实际的点光源图像能够成像到仅由成像透镜的色差和衍射限制的点光源上。应当理解，这样的扩展的等离子体圆柱体光源被放置在椭圆反射镜的第一焦点(物点)处。该等离子体圆柱体的中心与椭圆反射镜的物点并列。这种放置造成等离子体圆柱体的终端位于短焦点和长焦点上，这样就成像到椭圆反射镜的第二焦点(像点)的长和短焦点的共轭点。这两个点都利用大于和小于等离子体圆柱体的中心的放大倍率来成像。这种色差的结果产生等离子体圆柱体的最终图像，该最终图像具有锥形的第二个三维形状。在被称为椭圆反射镜的第二焦点(像点)的一个平面上的射线具有大的散焦射线，该射线的方向具有大的空间和角度范围。传统上，像点位于集成棒的入口处。但是，由于来自于柱形光和椭圆形光的物理色差，并非所有光都被有限尺寸的集成棒孔径所捕获。实际上，仿真表明了大部分光没有被耦合到集成棒中，而是被反射回来或者在那没有被耦合。例如，集成棒可能仅捕获60％的能量。
利用基本上定位在NIPC的入口孔径的附近的光源的像点，NIPC的实施例收集更多来自光源的光并且将其耦合到空间均化器，由此启动数字投影仪来为给定瓦数的特定类型灯泡向屏幕传送更多的光或者光通量。NIPC的经验模型表明了与单独使用空间均化器相比，在使用本发明的空间协调器的出口处的光通量提高了大约25％。
将NIPC放置在集成棒的前面，并且将光源的像点放置在大概NIPC的入口处：1)增加了在椭圆的第二焦点处捕获光的收集器的直径，以及2)捕获更大的射线角度并且将它们耦合到集成棒中。特定***中的经验模型显示集成棒本身在来自10500流明的灯泡的集成棒的出口处传送大约6400流明光通量。经验模型显示具有耦合有集成棒的Pate收集器的NIPC传送8032流明，大于25％的更多光进入投影光学器件，这是实质的和明显的进步。
光射出集成棒的一个方面是利用耦合到集成棒的前面的NIPC的一些实施例来增加最大射线锥形半角。但是，两个或者三个基本聚光透镜或者其他校正光学器件能够收集大部分这些射线并且以期望的锥形半角将它们向SLM成像。
制造NIPC的实施例具有多种方法：一种方法是在圆柱体中形成大致中空的形状，然后在圆柱体内单点钻石旋转(SPDT，single pointdiamond turning)该中空形状。另一种方法是产生两个沿着光轴电铸有接缝的部分。可替换地，这两个部分可以被电铸为具有与(纵向)光轴垂直的(横向)接缝的两个部分。此外，在本领域中还已知各种铸造方法，都可以用来形成优质的光学表面。
尽管NIPC能够用固体光学材料制成，但是可能的是，如果没有精确控制，来自于水银弧光灯的热量可过度曝光并且降低固体光学材料的传输属性。因此，NIPC的优选实施例是从具有高反射增强金属或者绝缘的高反射涂层中制成反射中空形状。关于制造步骤的更多信息在图9中详细描述。
图2是并入本发明的光学成像***的实施例的方框图。通过光学***的光路利用点划线表示。其他的信号用实线表示。光发生器12包括光源10、非成像光子集中器(NIPC)30、空间均化器20以及色度发生器56(用于产生彩色)。光源10优选地包括成像透镜，该透镜是反射的、折射的、衍射的或者它们的组合。用于产生彩色的色度发生器56可以在投影光进入人眼之前在光发生器的不同点处或者甚至在光路的任何地点被可选地并入。例如，色度发生器56可被集成到光源10中，该色度发生器56可以被放置在光源10、非成像集中器30或者空间均化器20的后面。
来自于光发生器12的光可以光耦合到空间光调制器40。从视频或者图像源数据输入52接收模拟或者数字输入的控制器54控制SLM40。然后，来自于SLM40的光被光耦合到成像光学器件50，从而在目标60上投影或者成像。这样的目标60包括投影屏、墙、投影幕或者其他的诸如有源屏幕(active screen)的显示设备。有源屏幕允许投射到其上的图像进行光学放大。此外，色度发生器56可在空间光调制器40、成像光学器件50之后被并入或者甚至合并到目标60中，例如与有源屏幕合并。
图3是表明示例性射线跟踪的以示意性横截面示出的示例性实施例。灯泡70被诸如椭圆反射镜13的成像光子集中器部分包围。来自于火球17的在第一焦点处的大部分光利用聚焦光15在第二焦点处聚焦成像点14。如果火球17没有正确定位，则来自于灯泡70的部分光或者没有反射离椭圆反射镜13或者没有聚焦在像点14处。这种光被示为散射光11和11′。NICP30通过收集散射光11增加光子的收集。散射光11′在本实施例中被示为没有被收集，但是可以被其中公开的其他实施例收集。示例性NIPC30被示为复合抛物形收集器(CPC)32，该复合抛物形收集器(CPC)32具有CPC入口33(优选为凹角的)。在像点14的中心处聚焦的重新产生的等离子体火球17优选地被放置在距CPC入口33的距离31处或者距CPC入口33的距离31附近(该距离31优选为零，尽管这个光学结构允许实际聚焦定位中的容差)，以使所收集的并且被耦合到集成棒22的光量最大。从CPC32的出口35进入集成棒22的光从内表面被反射以在集成棒的出口处产生均匀分布的光源。根据所使用的NIPC的设计，射出集成棒的光在出口26′处比在没有CPC的集成棒(图1)的出口26处可以具有更大的锥形半角。
例如，示例性投影***具有大约28度的典型的出口锥形半角。当增加CPC时，出口锥形半角变为大约50度。在该示例性***中，椭圆反射镜的直径大约为32mm。CPC的入口具有大约8.95mm的入口直径、大约18mm的长度以及大约4.92mm的出口直径。集成棒具有大约6.25mm的宽度、4.9mm的高度。CPC和集成棒均优选为具有高反射率绝缘涂层表面的中空结构。在本实施例中，CPC是旋转对称的并且集成棒具有矩形形状的横截面外形。
空间均化器可以由诸如透明玻璃、透明聚碳酸酯或者透明塑料的光学材料可选地制成。空间均化器可以是中空的或者固体的。中空的均化器可以在内侧涂敷诸如银、增强铝、铑的高反射率金属或者多层绝缘高反射镜以提供反射层。
空间均化器和NIPC可以整体形成或者分别制造再绑在一起。集成棒的横截面可以是矩形的或者偶数个相对的类似角度的组合。优选地，集成棒的横截面纵横比与SLM的几何形状相匹配从而使***中的光通过量最大并且允许对称的放大比例，否则将需要失真的放大比例并且可能需要更多的元件，这样会增加成本并且降低效率。其他的空间均化器包括四侧截断的金字塔形的集成棒。当这样的金字塔形体的入口小于出口时，形成了发散的集成棒。离开发散的集成棒的光线具有小于进入该集成棒的光的出***线锥形半角。当入口大于会聚金字塔形的集成棒的出口时，出***线角度具有更大的半锥角以保持聚光本领。
图4是本发明的可替换实施例的横截面示意图，该实施例使用两个非成像光子集中器作为双NIPC38来增加从光源收集到的光量。诸如椭圆反射镜13的成像光子收集器包围灯泡70，该灯泡70在第一焦点处产生火球17。聚焦的光15指向第二焦点以产生大概位于第一NIPC(CPC32)的入口处的像点14。第二NIPC34附在CPC32的入口孔径上、优选地具有大于其出口孔径的入口孔径的另一个CPC的入口孔径上。NIPC34的出口孔径与CPC32的入口孔径具有相同的尺寸。NIPC34的入口孔径33′优选地与椭圆反射镜13的出口直径相同大小，从而允许也收集散射光11′，并且将其反射到双CPC38的出口孔径37。可选地，椭圆反射镜13、NIPC34以及CPC32可被形成为与灯泡70紧密配合的单个单元。可选地，在单个单元内可以存在断流器(cutout)97(也参见图12-15)从而允许冷却洞入口和出口。参见图12-15对其他的集成单个单元的实施例的讨论。
在本实施例中，使用NIPC34来捕获没有被椭圆反射镜13聚焦的光并且将其集中到CPC32中。CPC32也集中椭圆反射镜13聚焦的光并且将其与从NIPC34中接收到的光合并，然后将其耦合到CPC出口孔径37。当形成为单个单元时，从灯泡17中发射的基本上所有光都被耦合到出口孔径37，内部反射损失会更少。
图5A-5F是几种不同实施例的横截面视图，该实施例用于当NIPC30被合并到投影仪***的光学***中时来定位色度发生器56(示为色轮16)。尽管示例性示出的是单个CPC32 NIPC，但是应当注意在此所示的任何可替换的NIPC的实施例都可以被替代并且同样满足本发明的精神和范围。
在图5A中，色轮16被放置在CPC32入口孔径的前面，该CPC32具有耦合到其出口孔径的集成棒22。在本实施例中，因为CPC32入口孔径的直径大于集成棒入口孔径，所以照射到色轮的光线将覆盖色轮的更大的部分。这种效果将导致彩色转换期间的时间周期更长，在该彩色转换中将不出现单个颜色。这可以导致在每种颜色周期期间可用的时间更少，在每种颜色周期内为每个相应的颜色调制SLM。校正这种效果的一种方法是使用按比例更大的色轮，以致所呈现的时间将保持相同。
图5B示出其中色轮16位于集成棒22的出口孔径处的实施例。集成棒22的入口孔径被耦合到CPC32的出口孔径。在该方法中，照射到色轮的光稍微大于如果色轮位于集成棒22的前面的照射到该色轮的光，因为进入集成棒22的光如聚焦成点那样被会聚，而射出集成棒的光发散。因此，当色轮被放置在集成棒之后时，照射到色轮的光将具有比色轮放置在集成棒22的前面时的横截面面积大的横截面面积。
在图5C中，色轮16被放置在CPC32的出口孔径和集成棒22的入口孔径之间。尽管色轮被放置在集成棒22的入口孔径之前，但是自CPC32的出口孔径出现的光具有比传统***(参见图1)中存在的发散锥形半角大的发散锥形半角，在传统***中光线聚焦在集成棒22的入口处。因为本实例中的集成棒22简单地是矩形盒子，所以进入集成棒的光的角度与射出集成棒的光的角度相同。因此，尽管本实施例对于定位特定物理布局的色轮是有利的，但是针对照射到色轮的光仍然具有比如果其中不存在CPC32的横截面面积小的横截面面积(内切圆)。
在图5D中，色轮16被放置在集成棒的两部分22A和22B之间。集成棒的第一部分22A被耦合到CPC32。集成棒的第二部分22B被耦合来接收横穿过色轮16的光。而且，由于集成棒22的矩形盒子结构，照射到色轮的光的横截面面积与如果当存在CPC32时，将色轮16放置在集成棒22的入口或者出口处的横截面面积相同。
在图5E中，在色轮16的前面放置附加透镜作为校正光学器件36来降低射出CPC32的光在到达色轮16并且进入集成棒22之前的发散。校正光学器件36可被用于校正由于CPC32所增加的光的发散角。
在图5F中，在色轮16的每侧放置两个附加透镜36A和36B。在本实施例中，来自CPC32出口孔径的光被第一透镜36A强会聚从而降低进入色轮16的光锥形半角的横截面面积。第二透镜36B可以是凹镜或者凸镜从而会聚或者再发散离开色轮16的光。如果是凹镜，那么第二透镜36B能够进一步降低进入集成棒22的光的角度从而更好地耦合通过剩余的成像光学器件的光。如果是凸镜，那么第二透镜36B能够再次发散光以使其回到允许光射出集成棒的角度，从而更好地与成像光学器件耦合。
图6A-6E是NIPC的几种可能实施例的横截面部分，该NIPC包括至少一个具有不同的用于降低离开NIPC的出口的发散的锥形半角的选项的CPC32。其中，其他NIPC实施例描述，例如列举一个Pate收集器可以替代CPC32，并且仍然落入本发明的精神和范围内。这些实施例允许具有现有投影仪***的***设计。离开NIPC的实施例的发散的锥形半角优选地被选择来匹配通常希望进入集成棒22的入口。例如，与椭圆反射镜13(参见图1)的焦点相同的锥形半角。
图6A表明了具有光耦合到第二CPC39的CPC32的NIPC30A。CPC32的入口孔径大于其出口孔径。第二CPC39旋转180度从而使其入口孔径小于其出口孔径。第二CPC39的入口孔径基本上与CPC32的出口孔径具有相同的直径。第二CPC39用于优选地向后反射射线到通常期望进入传统***的集成棒的发散角。第二CPC39的出口直径优选地被匹配来与集成棒入口的尺寸对接。进入CPC32的光的焦点基本上位于其入口孔径的平面上。CPC32和CPC39的横截面外形可以相同也可以不同。例如，CPC32可以具有圆形的横截面外形，而CPC39可以具有矩形外形。可选地，它们可以都是圆形的或者都是矩形的。
图6B表明了合并了集成棒22的NIPC30B。集成棒22具有光耦合到第二CPC39的出口孔径的入口孔径。集成棒22不仅辅助对光的空间协调，而且将从第二CPC39中射出的旋转对称的光转换成几何横截面形状(优选地为矩形)，该几何横截面形状匹配进一步位于光学***下面的空间光调制器(参见图2)的横截面外形。
图6C表明了合并了加宽(flared)集成棒23作为空间均化器的NIPC30C。该加宽集成棒23的入口孔径的横截面面积小于其出口孔径的横截面面积。加宽集成棒23的入口孔径被光耦合到第二CPC39的出口孔径。加宽集成棒23用于将离开CPC39的出口的最大锥形半角转换成较小的角。例如，加宽棒可以是四侧金字塔形或者不对称金字塔形。这还具有允许最大出口锥形半角降低为更小的角度而不需要进一步旋转第二CPC39抛物面的光轴的优点。因此，实现另外的设计自由度。
图6D是包括第一CPC32以及加宽集成棒23的NIPC30D，该第一CPC32诸如是具有小于90度的最大发散半角的Pate收集器，并且该加宽集成棒23被光耦合到CPC32的出口孔径。该设计允许仅需要一个CPC，因此允许制造上的更大的容差。
图6E是包括光学聚光透镜35的NIPC30E，该光学聚光透镜35用于调整自CPC32的出口孔径出现的光子的出射角。离开CPC32的出口孔径的光在进入集成棒22的入口孔径之前被聚光透镜35折射到期望的角度。可选地，聚光透镜32能够被放置在集成棒22的入口孔径处。
图7A-7D是非成像光子集中器30的其他几种可能实现方式的示例性实施例。
图7A是复合双曲形收集器80(也已知为“喇叭”收集器)的横截面外形。传统的双曲形收集器在射线以最大90度的发散角射出之前，将反射进入到两个双曲形部分之间的射线，反射一次或者多次取决于入口的角度。在本实施例中，构成复合双曲形收集器80的两个双曲形部分中的每个围绕光轴过旋转从而将最大发散锥形半角降低为小于90度。当光进入收集器时可能重复反射CPC32，从而造成额外的损失，因此本实施例的效率可能会降低。但是，本实施例允许输入光线有更宽的角度，因此对于给定的入口孔径开口可以允许更多的光进入收集器。因此，当光源没有成像为点光源，而是在收集器的入口处聚焦成大的像点时，本实施例非常有用。
图7B是以横截面外形示出的非成像光子集中器30的另一个实施例。在本实施例中，NIPC具有位于入口孔径处的菲涅耳透镜82，该菲涅耳透镜82是曲线形的并且成形来将进入收集器的光指向收集器的出口孔径。收集器也具有锥形的反射镜84，该反射镜84将没有直接指向出口孔径的光反射到出口孔径。离开出口孔径的光的最大发散半角由锥形部分84的角度和菲涅耳透镜82的设计确定。
图7C是以横截面外形示出的非成像光子集中器的另一个示例性实施例。在本实施例中，改进的CPC90由至少两部分构成。入口部分由作为传统的CPC的复合抛物形外形构成。出口部分由锥形部分92构成，该锥形部分92将收集器的入口的角度限制到小于90度的角度。这种改进的CPC90也被已知为θ1-θ2转换器。就是说，它将具有最大进入角θ1的光转换成具有角度θ2的射出集中器的光，该θ2大于θ1但小于90度。本实施例尝试仅影响射出CPC之前的射线的最后反射。
图7D是以横截面外形示出的非成像光子集中器的另一个实施例。在本实施例中，非成像光子集中器是绝缘的完全内部反射(DTIR)CPC88。优选地，但是可选地，该DTIR CPC88根据传统的设计进行修改，以致复合抛物形部分被过旋转从而使离开收集器的光的最大发散半角小于90度。DTIR CPC88由光学玻璃或者其他的绝缘材料构成。该固体方法允许入口孔径具有弯曲的入口89，这样允许进入DTIRCPC88的光具有大于在只反射的CPC中允许的角度。可选地，弯曲的入口可为凹的。
图8A-8D是产生基本上在非成像光子集中器30(参见图3)的入口孔径处形成的像点14的一些可能光源的示例性实施例。
图8A是具有灯泡70和部分椭圆反射镜13的椭圆形光源。部分椭圆反射镜的形状是如此，以致来自于椭圆的第一焦点(诸如火球17的位置处)的光被反射并且在椭圆的第二焦点处形成像点14。椭圆可被成形来形成靠近镜子的出口孔径的像点，但是以镜子的制造过程中需要更大的光学精度为代价。如果像点14远离椭圆反射镜的出口孔径，则所需的精度会减少，但是光路的长度会更大。将像点14定位在远离椭圆反射镜出口的另一个优点在于，在形成像点14的过程中的会聚锥形半角小于当像点14靠近出口孔径时被形成的角度。这不仅会带来像点的更小的失真，而且会帮助像点14耦合到集成棒22中。尽管像点14被示为圆的火球，但是许多光源的实际的火球并不是完美的点光源。因此，在像点14处所形成的结果图像经常仅是在第一焦点处的火球17的近似，并且会有所失真。该失真的图像没有被完全耦合到具有传统的投影仪设计的集成棒中，因此产生了效率低的光源。
另一个传统光源在图8B中示出。在本实施例中，抛物形光源74具有灯泡70，该灯泡70在抛物面72的焦点处形成火球17。离开抛物面焦点的光被反射离抛物面以产生基本上校准(平行)的光路，然后该光路通过聚光透镜74成像为像点。因为聚光透镜74的光学特性形成了像点14，所以这种方法允许光路长度的设计更为灵活，因此反射器的容差可以更小。通常这种方法比椭圆反射镜效率低，并且增加了附加元件，因此提高了光源的重量、长度和成本。
图8C是改进的椭圆形光源78的实施例，该椭圆形光源78将椭圆形反射器13和简化透镜79结合从而产生比单独使用椭圆形反射器13更短的光路。这种方法通过允许其具有小的会聚角来允许在制造椭圆形反射器13的过程中具有更小的容差。简化透镜79被用于增加像点14的会聚角从而也降低了光源的路径长度。
具有非成像光子集中器的光路的一个优点在于，它能够被设计成包括几种不同的火球尺寸，因此允许成像光源对准中的更大容差和不同光源的互用性。传统的投影仪设计通常被限制为具有定义明确的火球、成像为特定的像点的单个光源。但是，使用非成像光子集中器的投影或者其他成像***允许不同于传统的水银弧光灯的类型的光源。例如，诸如氙的光源具有更长的使用寿命并且比水银灯泡更白，但是对于给定瓦数氙光源没有同样多的光输出并且通常不形成小的点光源。通过在NIPC的入口孔径之前并入非成像光子集中器并将氙火球成像为像点，可以提高氙光源的效率，因此允许采用无水银光源的解决方案。任何实施例中的灯泡70因此都可以利用基于诸如氙、钠、或者卤素的光的非水银光源来替代，这里仅列举了一些。实际上，可以使用几种不同的非点光源的光源。
例如，如图8D中所示，可以使用固态光源，诸如具有多个红(R)、绿(G)和蓝(B)元素的光阵列76。可选地，可以增加白(W)元素来增加对比度。光阵列76可以利用诸如发光二极管或者激光器二极管的固态光源来实现。从该阵列发射的光或者与阵列平面正交(如利用校准的激光器二极管产生的光束77)或者从与阵列表面垂直的轴发散(如利用LED产生的发散光束75)，简化透镜79将这些光聚焦成图像64，该图像64并不是实际的点光源而是与像点14等效。可选地，具有校准透镜阵列的固态LED阵列可以替代校准的激光器二极管。但是，因为NIPC收集一定入射角范围的光，并且以已知的最大发散半角射出光，所以基本上所有来自于光阵列76的光都学耦合到光路。通过使用如图所示的光阵列，可以将色度发生器56(图2)合并到光源中，因此消除了昂贵的诸如色轮16的彩色序列器，因为不同的彩色源可以依次被激发。
NIPC能够被制造为独立的部分，或与光路光学器件的其他部分合并，从而使成本最小并且降低出现的装配容差。尽管存在几种用于产生光学部件的不同制造技术，但是这些不同方法可以被非直观地结合从而有利地产生NIPC所期望的高效率。
例如，图9是表示制造步骤100的几种不同组合的流程图，该制造步骤可能单独产生NIPC或者与其它光学元件组合产生NIPC。可以粗加工诸如6061、7000、或者1000系列的铝合金(方框110)来使其接近所需的形状，然后可选地进行热处理(方框122)和/或可选地进行应力消除(方框124)到诸如MIL H 6088的已知的标准。可选地，决定是否对铝表面进行镀镍(方框126)，如果决定是，则对铝镀镍(方框128)。总之，将铝合金部分单点钻石旋转(SPDT)以产生光学抛光(方框130)。可选地，对光学抛光涂敷高反射涂层(方框132)从而使反射损失最小。可选地，除了粗加工以外，也可以通过铸造金属、制陶来制造或者复合部分以接近所期望的形状，然后执行粗加工、热处理、应力消除、镀镍、SPDT以及可选地高反射涂敷光学表面的其他可选步骤。除了粗加工或者铸造以外，其他的选项是在心轴上将该部分制成优选地多片(诸如两等分)，例如通过无电镀的镀镍过程(方框114)然后SPDT(130)以及可选地涂敷高反射材料(132)。
其他可能的单独的NIPC设备或者与其它光学部件组合的NIPC设备可以通过使用喷射造型法(方框116)、轻微研磨或者抛光光学玻璃(方框118)、或者对玻璃进行热处理(方框120)来由固体光学材料制成。一种可能的高温塑料是循环烯聚合物。可选地，所形成的光学玻璃可以所有的入射角度涂敷高反射率涂层(方框132)从而提高效率。
图10A和10B是能够在本发明的实施例中使用的多种可能的非成像光子集中器30中的两个的横截面视图。温斯顿集能器(CPC200)是传统的太阳能收集设备，其接纳从偏离纵向中心轴220的所有方向上以θmax216半角延伸的光线。所集中的光量由D入口212与D出口210的比值确定。
即，集中比＝D入口/D出口＝1/sin(θmax)
复合收集器由两个抛物形部分202和208构成，它们的焦点在D出口210处的另一个抛物形部分的起点。例如，部分202的焦点206位于部分208的出口端。部分208的相应的焦点204位于部分202的出口端。将焦点定位在相对部分的相应端造成射出CPC200的光具有延伸至90度的锥形半角。这对于简单地在出口处吸收收集器上的能量或将其投影到出口孔径的太阳能收集器来说是可以接受的。但是对于显示***来说，一些光不会被耦合到集成棒中并且其他接近90度的光在射出集成棒之前会反射多次，这造成了极大的损失。CPC20的长度(L)218根据期望的集中比和期望的接受角度θmax216来确定。
即，收集器的长度＝L＝(1/2)(D入口+D出口)cot(θmax)
而且，每个抛物形部分在入口孔径处的表面上都具有法线213，该法线213与CPC200的纵向中心轴220正交。
图10B是改进的复合抛物形收集器(在此被定义为“Pate”收集器)，它是非成像光子集中器(NIPC)200′。它有提高耦合到投影光学器件的光路的光量并且降低了允许更为简便地合并到光路光学器件中的长度的多项改进。NIPC200′具有入口孔径开口D入口212′与出口孔径开口D出口210′。当保持该出口孔径与图10A的CPC200的出口孔径具有相同的直径时，会显示出各种区别。当然，可以调整实际的设计参数以与特定的光学设计相匹配。NIPC200′具有两个抛物形部分202′和208′，这两个部分被过旋转从而使它们各自的焦点206′和204′位于图10B的出口孔径的右侧并且延伸到图10B的出口孔径的右侧。过旋转意味着射出NIPC200′的光具有小于90度的锥形半角。这意味着所有射出NIPC200′的光都能够向下反射到集成棒或者其他的空间均化器，尽管反射的数量取决于由过旋转所选择的最大发散锥形半角以及集成棒的长度。假设接受的半角θmax216′保持与图10A的CPC200的θmax216相同，则抛物形部分202′和208′的长度将缩短，如图10B中所示。这使得集中器的长度L218′更短。
而且，NIPC200′的入口孔径具有凹角外形，就是说，入口孔径D入口212′的直径小于NIPC200′的最大直径215。因此，NIPC200′的入口孔径小于最大直径215处的中央部分的横截面外形并且出口孔径小于入口孔径。这造成NIPC200′的部分201在与抛物形部分的剩余部分不同的方向上具有角度倾斜。因此，每个抛物形部分202′和208′在NIPC200′的入口孔径处的表面上具有法线213′，该法线213′不完全与纵向中心轴220正交。部分201以大于θmax216’的角度捕获另外的光，该光被耦合到NIPC200′的出口孔径，增加其效率。当存在火球未对准，或者使用非点光源火球作为光源时，该部分201非常有用。
图11是NIPC30实施到光学投影***中的示例性实施例，表明了它的几个优点。该实施例表明可能产生的“火球定位”或者“像点聚焦”的容差。在本实施例中，光源10包括椭圆反射镜13，该椭圆反射镜13使用到像点14的短的聚焦路径。灯泡70产生火球17，并且如果没有对准或者由于其他几种可能的原因，火球17偏离了第一焦点以形成第二火球17′。理想的火球17和第二火球17′被示出在椭圆反射镜13的第二焦点处分别成像为像点14和第二像点14′。聚焦的光15从理想的火球17发射并形成了像点14。所偏离的第二火球17′在没有位于第二焦点而是与其具有短的距离处的第二像点14′处形成了轻微未聚焦的光15′。而且，第二像点15′与理想的像点14的放大倍率稍有不同。如果第二像点15′形成在集成棒22的入口孔径处，则一些光将不能进入集成棒22，因此导致效率的损失。但是，如图所示，像点14基本上被放置在NIPC30的入口孔径处，而且因此第二像点14′也被放置在基本上靠近NIPC30的入口孔径。因为入口孔径32的开口直径大于出口孔径，该出口孔径的尺寸与集成棒22的入口孔径有关，所以能够从NIPC30的抛物形表面收集更多的光线，并且将其反射到NIPC30的出口孔径35处的集成棒22。因为使用Pate收集器使离开NIPC30的光具有优选地小于90度的最大发散锥形半角，这个光将在集成棒22内被反射并且以相同的(非加宽集成棒22的)最大发散角射出。可选地，包括校正光学器件28′来将最大的发散锥形半角改变为成像***50所需的角度，以可选地填充空间光调制器40并且保持在投影光学器件48的输入孔径49内。校正光学器件28′可被实施为反射的、折射的、散射的、或者其他所需的光学器件。校正光学器件28′也可以被集成或者合并到集成棒22、NIPC30中或者通过重新设计下游投影光路来消除。
图12-15只表明多种可能的集成实施例中的几种。该集成结构允许可交换的灯泡/反射器组件或在只交换灯泡的实施例中定位灯泡的容差。
图12是以横截面示出的第一集成NIPC反射器的实施例。在该实施例中，集成NIPC反射器94具有两个沿着如图所示的纵向AA轴连接在一起的两个部分。这两个部分的使用允许先前所述的反射表面的轻松制造以及涂敷(参见图9)。每个部分具有位于所示的BB轴左侧的第一弯曲部分，该第一弯曲部分包括具有椭圆形表面的椭圆形反射器13，以将来自于灯泡70的火球17的光充分聚焦到AA轴和BB轴的交点上的像点14。所示的BB轴右侧的弯曲表面是NIPC30，该NIPC30被用于以已知的优选地小于90度的最大发散半角将来自于灯泡70的光集中到出口孔径35。可选地，集成NPIC反射器具有断流器97用于提供冷却的空气流(在图13-15也示出)。
图13是第二集成NIPC反射器96的可替换的实施例，该第二集成NIPC反射器96在NIPC30的出口孔径35处并入空间均化器。当从灯泡70收集的光从反射器的出口孔径26′中射出时，该光被进一步均化和空间转换从而匹配空间光调制器的横截面形状(成比例)。图13表明了其中集成NIPC反射器96由两个部分形成的实施例，这两个部分即CC轴左侧的椭圆反射镜13和NIPC30/空间均化器20。在本实施例中，空间均化器20被示为集成棒，但是也可以用其他的空间均化器来替代。
图14是第三集成NPIC反射器96的可替换的实施例，该第三集成NPIC反射器96包括椭圆形反射器13部分、NIPC30部分、空间均化器20部分以及角度校正光学器件98。DD部分左侧的部分包括椭圆形的部分，该部分将灯泡70的火球17从椭圆的第一焦点聚焦到第二焦点从而基本上在NIPC30部分的出口孔径处形成像点14。NIPC30部分位于DD轴和EE轴之间。NIPC30的出口孔径35优选地具有以小于90度的最大发散锥形半角出现的光，从而允许光向空间均化器20传播。当需要将最大发散半角转换成诸如适于特定的投影光学器件光路需要的较小的发散角时，使用位于FF轴右侧的角度校正光学器件98。在本实施例中，光源能够提供期望的发散角同时保持高水平的效率。
图15是第四集成NIPC反射器96′的附加实施例，该第四集成NIPC反射器96′具有在EE轴和FF轴之间位于NIPC30的出口孔径35处的角度校正光学器件98以及位于角度校正光学器件98的尾部的空间均化器20。光从空间均化器出口孔径26′中射出，用于进一步耦合到投影光路中。在本实施例中，反射组件的长度能够通过调整空间均化器20部分的长度来轻松调整。
图16A-C是形成合并的NIPC(ANIPC)240的集成NIPC和空间均化器的示例性透视图。该ANIPC240具有矩形入口242和矩形的出口244。ANIPC240是由具有复合抛物面形状的部分246、248的四个壁构成的，该复合抛物面形状的部分246、248被过旋转从而将各自的抛物面的焦点放在出口244的尾部。图16D是从入口242往里看的前视图。内侧壁优选地涂敷高反射率材料250从而增加所反射的光量。图16E和16F是分别示出两个复合抛物面的横截面外形246和248的ANIPC240的横截面视图。
ANIPC240降低了对光执行集中和空间均化两种功能所需的反射量。ANIPC240提高了光通过量效率，同时降低了执行上述功能所需的光路长度。通过将光集中和空间均化组合到单个合并结构中，简化了光路设计并且可能***替代集成棒。
如图16E-F所示，来自于成像光源的聚焦光15被指向ANIPC240的入口平面处的像点14。聚焦的光15照射到ANIPC的壁并且以有限的锥形半角θmax射出，该角度优选地匹配到光学投影***。可选地，可增加校正光学器件以使特定的θmax适于投影光学器件所需的角度。如图16D中所示，入口242的横截面面积大于出口244的横截面面积。可选地，对于其他的NPIC的实施例来说，入口242可以做成先前讨论的凹角。
复合抛物形部分246和248优选地被设计成过旋转从而将每个抛物面的焦点定位在出口244的尾部。例如，第一抛物面252在出口244的尾部具有第一焦点262，第二抛物形部分254也在出口244的尾部具有第一焦点260。第三抛物形部分256在出口244的尾部具有第三焦点266以及第四抛物形部分258也在出口244的尾部具有第四焦点264。优选地，来自两个复合抛物形部分246和248的最大发散角被设计成相同的，但是，它们也可以是不同的，随后通过校正光学器件校正使其与投影光学器件所需的角度相匹配。校正光学器件可以与ANIPC240集成在一起或独立地放在光路中。而且，ANIPC240能够与反射器组件结合和集成，如图所示并且在先前的图中已经描述。可选地，ANIPC240能够由利用其他实施例描述的固体反射光学材料制成。
尽管本发明已经参照先前的优选和可替换实施例进行了特别示出和描述，但是本领域的技术人员应理解在不背离如随后的权利要求所限定的精神和范围内可以作出多种改变。本发明的描述应当被理解成包括这里所述的所有的新的和非显而易见的元件的组合，并且权利要求可以在本申请或者随后申请中要求这些元件的任何新的和非显而易见的组合。前面的实施例是示例性的，并且没有单个特征或元件是所有的在本申请以及随后申请中要求保护的可能组合中必不可少的。在权利要求中出现的“一个”或者“第一个”元件或者其等价表述形式的地方，该权利要求应当被理解为包括一个或者多个这种元件的并入，既不需要也不排除两个或多个这种元件。

Claims (20)

1.一种光子集中器(30)，其包括
成像光子集中器(13)，其将来自源(70)的光子集中成像点(14)；以及
非成像光子集中器(30)，其具有，
基本上在该像点附近耦合到该成像光子集中器的入口孔径(33)，以及
出口孔径(35)，
其中入口孔径比出口孔径大。
2.如权利要求1所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括至少一个复合抛物形聚光器(32)。
3.如权利要求1所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括两个复合抛物形聚光器(34，32)。
4.如权利要求1所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括过旋转的复合抛物形聚光器(200′)。
5.如权利要求1所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括凹角入口孔径(201)。
6.如权利要求1所述的光子集中器，其中所述成像光子集中器包括光源阵列(76)和相应的准直透镜阵列。
7.如权利要求1所述的光子集中器，进一步包括：
与所述非成像光子集中器(30)合并(240)的空间均化器(40)。
8.一种光子集中器，其包括：
非成像光子集中器(30)，其具有，
耦合到聚焦光源(14)的入口孔径(33)，该聚集光源(14)基本上聚焦在该入口孔径(33)处，以及
出口孔径(35)，
其中入口孔径比出口孔径大；以及
耦合到非成像光子集中器的空间均化器(40，22)。
9.如权利要求8所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括至少一个复合抛物形聚光器(32)。
10.如权利要求8所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)包括两个复合抛物形聚光器(34，32)。
11.如权利要求8所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中器(30)与所述空间均化器(40)合并(240)。
12.如权利要求8所述的光子集中器，其中所述非成像光子集中(30)的入口孔径(33，212′)具有凹角外形(201)。
13.一种光源，其包括：
光发射器(10)，其产生聚焦成像点(14)的宽带光谱；
色度发生器(56)，用于将宽带光谱分离成多个部分；以及
非成像光子集中器(30)，其具有，
基本上在像点处耦合到该光发射器的入口孔径(33)，以及
出口孔径(35)，
其中入口孔径比出口孔径大。
14.如权利要求13所述的光源，其中所述光发射器(10)以及所述色度发生器(56)被组合到光阵列(76)中。
15.如权利要求13所述的光源，其中所述非成像光子集中器(30)是Pate收集器(200′)或者合并的非成像光子集中器(240)。
16.如权利要求13所述的光源，其中所述空间均化器(40)具有第一部分(22A)以及第二部分(22B)，并且所述色度发生器(56，16)被放置在该第一和第二部分之间。
17.一种用于投影仪的光源，其包括：
光发射器(70)；以及
围绕着该光发射器(70)的反射盾(13)，
该反射盾具有与第二部分(32)连接的第一部分(13)，
在与第二部分的接口附近，第一部分具有该光发射器的像点(14)，
具有非成像光子集中器(32)的第二部分缩小为出口孔径(35)。
18.如权利要求17所述的光源，其中所述第一部分和所述第二部分被集成在一起。
19.如权利要求18所述的光源，其中所集成的第一和第二部分由至少两片构成。
20.如权利要求19所述的光源，其中所述光发射器(70)是非水银灯泡。
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