CN101346658B - 基于激光的投影机内的混色柱形积分器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种系统(150)(160)，设备(100)(200)和方法，用来开发激光光源的高光束质量以降低色序操作的且基于激光的投影机的成本并减小其尺寸。采用混色柱形积分器(100)(200)(500)(550)，激光被均匀化，从而为空间光调制器提供了合适照明图案。该柱形积分器还可用于重组基色光，从而去除了二色性重组光学元件。为了这个目的，所有的光被耦合到同一柱形积分器的入射面。这样可以获得低成本的紧凑的照明系统。通过加入附加反射层到该积分器的入射面(101)(201)和出射面(105)，该积分器的长度减少了且/或系统中的F/#增加了。这实现了真正的便携式投影机。当在带有反射空间光调制器的光学引擎中应用根据本发明的混色柱形积分器时，该积分器非常适合光循环，其能将图像的亮度提高到平均视频显示负载的三倍。

Description

基于激光的投影机内的混色柱形积分器

技术领域

本发明涉及一种用于在基于激光的投影引擎内照亮显示面板的混色柱形积分器。更特别地，本发明涉及一种减少了激光散斑同时确保在激光投影引擎中投影图像的均匀照明的混色柱形积分器。

背景技术

目前超高压(UHP)灯是最公认的应用于正面和背面投影的光源，因为它在可接受的成本内结合了高流明功效和高光源亮度。最近几年固态光源技术进步如此之大以致于其被预期可与UHP技术竞争。这是因为固态光源提供一些独特的优势比如高颜色纯度，快速光学响应和无汞操作。可应用于显示器的最成熟的固态光源技术是高亮度LED，其对所有显示基色可用，并具有低成本、高功效和小形状因子。然而，由于LED的光输出相当低以及由于其光学扩展量可以与UHP灯相比，基于LED的投影机具有低流明输出和中等尺寸。因此，这样的投影机(还)不能与UHP灯在要求大屏幕尺寸的应用上竞争。然而，他们可以很好地用于要求低操作功率和紧凑设计的新应用领域比如手持和移动投影。然而，基于LED的投影机能否跟上对更小尺寸和更高流明输出的日益增长的需要仍然是不清楚的。

另一个固态光源类型(激光)具有结合了很小光学扩展量的极高光源亮度。实际上，它可以被认为是一个点光源并且这使得构建最小的光引擎成为可能。它能实现用于手持和移动应用的真正便携式电池驱动的微型投影显示器的设计和实施。此外，激光在范围为几瓦特的输出功率中是可用的，从而实现了高流明输出。基于以上分析，期望激光成为对于所有类型投影应用的最终光源。

然而，有一些问题阻碍了激光在显示器中的应用。这些问题中最重要的是激光散斑，成本，在绿色和蓝色中的可用性和流明功效。散斑问题十分严重。虽然可用性和流明功效将可能在可预见的未来被解决，但是用于显示器的激光将在他们学习曲线的起点，这意味着来自激光的每流明的成本仍将很高。因此，在比如商家对商家的正面投影和背面投影电视的各种应用中，与已公认的UHP技术竞争是非常困难的。反过来，将目标瞄准新型便携式投影应用更加明智。

对于这些类型的应用，LED和激光是有吸引力的选择，并且它们主要在投影机的价格和尺寸上可能会彼此竞争。如前所述，基于激光的投影机的尺寸明显小于基于LED的投影机，但是激光产生的每流明的价格在近期要高一个数量级。此外，即使当两种技术都已经达到完全成熟，激光还会更昂贵，因为激光的生产流程需要更多的沉积工序，每一个工序必须在更高水平的工艺控制下实施。

然而，每流明更高的价格不会成为激光在投影显示方面的应用的一个具有杀伤力的瓶颈，因为有许多机会来降低投影机的整个光学引擎的成本。第一，采用激光的投影机将有更高的光照效率，其意味着减少了从激光中输出的所需流明。第二，采用具有二维扫描镜的结构避免对于诸如LCoS面板的昂贵光调制器的需要。然而，这个类型的引擎是否能提供所需的图像质量是有疑问的。降低基于二维光调制器的多少有些传统的投影机的成本也是一个选择。

最近，还提出了采用光导的光学结构用于基于HTPS透射和DMD及LcoS的反射投影引擎。提出的这些结构具有的共同点是它们必须结合发射白色光的光源。

这意味着光必须被分解为三种或更多基色，并且这个功能可以通过采用三种类型二色性滤光器覆盖在积分器的出射面而获得。白色光源的另一个含义是如果不采用运动部件色序操作是不可能的。因此，这些结构更适合于3-面板结构，其本质上比1-面板结构更昂贵且更不紧凑。

当采用了诸如LED或激光的发射显示基色光的光源，在单个显示面板上采用帧顺序操作是可能的。在这样一个结构中只需要单个光导用于所有三种颜色的均匀化。

发明内容

本发明提供了一种光学系统，组件和方法，用于开发激光光源的高光束质量以降低帧顺序操作的且基于激光的投影机的成本并减小其尺寸。采用混色柱形积分器，本发明均匀化了激光，从而为空间光调制器提供了适合的照明图案。该混色柱形积分器也用于重组至少两个基色的光，从而消除了对二色性重组光学部件的需要。为了这个目的，所有的光被耦合到同一个积分器的入射面101，参见图1。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于多个显示基色的激光的多个光束的混色柱形积分器，包括：

柱形主体，具有让激光通过的内部和对入射到其上的光进行反射的内表面；

入射面，其上覆盖有第一反射涂层以将入射到其上的光反射回柱形主体的内部，并且入射面位于柱形主体的第一端，所述第一反射涂层具有多个孔以使得每个所述多个孔允许所述多个光束中至少一个光束的光从该孔穿过进入柱形主体的内部；

出射面，其位于与入射面相对且平行的柱形主体的第二端，所述出射面允许一部分入射到其上的光通过；和

用于朝着所述出射面发散每个所述光束通过所述内部的装置，

其中经所述孔进入所述混色柱形积分器的部分激光在穿过所述出射面之前被迫多次通过其内部，然后从所述出射面射出并被均匀化，并且

其中通过所述混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉。

根据本发明的混色柱形积分器的优选实施例，所述激光在空气中被聚焦以＜20度的半角θ_1/2进入每一个孔；

每个所述孔的直径≥2d，这里d由下式决定

$d=1.22\frac{\mathrm{\λ}}{2\tan \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)}$

从而最小化衍射效应，其中λ代表激光的波长；和

设置所述部分反射的涂层的尺寸以具有不大于5％的透射系数T_e和反射系数R_e＝1-T_e，从而部分光被透射且因此部分光被反射回混色柱形积分器，

其中，被反射的光返回到入射面，在入射面它几乎被全部反射从而再一次通过混色柱形积分器，最后的效果是在出射面离开混色柱形积分器的光由经过混色柱形积分器至少一次的光组成。

根据本发明另一方面，提供了一种用于整合多个激光光束的方法，每个光束包括多个显示基色之一，所述方法包括：

提供柱形主体，该柱形主体包含位于第一端的入射面和位于与入射面相对且平行的第二端的出射面，该柱形主体具有让激光光束通过的内部和将入射到其上的光反射回柱形主体内部的内表面；

使用第一反射涂层覆盖所提供的柱形主体的入射面，所述第一反射涂层具有多个孔以允许所述激光光束的光从孔穿过进入柱形主体的内部，所述第一反射涂层将入射到其上的光反射回柱形主体的内部；和

朝着所述出射面发散每个所述光束来通过所述内部，

其中经所述孔进入所述柱形主体的所述激光光束的部分光在穿过所述出射面之前被迫多次通过柱形主体的内部，然后从所述出射面射出并被均匀化，并且

其中通过混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉。

根据本发明的方法的优选实施例，该方法进一步包括的步骤为：

将每个所述光束在空气中聚焦以＜20度的半角θ_1/2进入所述多个孔中的一个孔；

调整每个所述多个孔的尺寸以使得直径≥2d，这里d由下式决定

$d=1.22\frac{\mathrm{\λ}}{2\tan \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)}$

从而最小化衍射效应，其中λ代表激光的波长；和

设置所述部分反射的涂层的尺寸以具有不大于5％的透射系数T_e和反射系数R_e＝1-T_e，从而部分光被透射且因此部分光被反射回混色柱形积分器的内部，

其中，被反射的光返回到入射面，在入射面它几乎被全部反射从而再一次穿过混色柱形积分器，最后的效果是在出射面离开混色柱形积分器的光由经过混色柱形积分器至少一次的光组成。

根据本发明另一方面，提供了一种投影引擎，包括：

混色柱形积分器，包括：

-柱形主体，具有让多个显示基色的激光的多个光束通过的内部和将入射到其上的光反射回柱形主体的内部的内表面，

-位于柱形主体的第一端的入射面，其覆盖有其中具有多个孔以允许激光光束从孔穿过进入柱形主体的内部的第一反射涂层，所述第一反射涂层将入射到其上的光反射回柱形主体的内部，

-出射面，其位于与入射面相对且平行的柱形主体的第二端，和

-用于朝着所述出射面发散所述多个光束中的每一个来通过所述内部的装置，所述装置位于所述多个孔的附近，

其中经所述多个孔以给定半角进入所述混色柱形积分器的部分激光光束在穿过所述出射面之前被迫多次通过其内部，然后从所述出射面射出并被均匀化；并且

其中通过混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉，以及

显示面板，被配置于所述混色柱形积分器的所述出射面的附近，从而通过从所述出射面射出的均匀化的光来照明所述显示面板。

附图说明

图1a显示了根据本发明第一实施例的一种被三个激光源照明的混色柱形积分器；

图1b显示了通过邻近照明在投影机的光学引擎中混色柱形积分器的使用；

图1c显示了通过应用中继光学元件在投影机的光学引擎中混色柱形积分器的使用；

图2显示了根据本发明的混色柱形积分器组件的第一替代实施例；

图3显示了根据本发明的器件中具有相关光通量的柱形积分器组件；

图4显示了根据本发明的混色柱形积分器组件100的透射图，其为出射面反射率的函数；和

图5a和5b显示了在本发明中混色柱形积分器的两个替代实施例。

具体实施方式

本领域的普通技术人员应理解下面提供的描述目的是说明而非限制。技术人员知道在该发明的精神和附加权利要求范围中存在许多变化。已知功能和结构的非必要细节可以在当前描述中省略以避免使本发明难以理解。

本发明提供了一个系统，设备和方法，其中光导与至少两种而更通常为三种类型的激光源相组合，激光源具有高光束质量并发射出显示基色波长的光。光束通过诸如正透镜的光学元件聚焦在入孔处，从而他们在积分器中发散(参见图1)。在光导中大多数射线将撞击到光导壁，在此通过全内反射(TIR)射线被反射。这个机制确保了在光导的出射面的光分布是均匀的并且可以被用于照明显示面板。

请注意在图1中当光束进入积分器时光束之间的距离非常大。在优选的实施例中，该距离尽可能小以避免在红色，绿色和蓝色的强度分布之间的失配。还要注意光束的方向优选垂直于混色柱形积分器100的入射面101。进一步地，一个或多个相同角度的光束或稍有不同角度的光束有可能使得该光束聚焦在相同的孔。虽然这可以产生正确的图像，但是当光被阻挡在焦点以外时会发生颜色阴影。

优选的实施例以图1b和1c中说明的两种替代方法来照明面板。在第一个替代150中，混色柱形积分器100用于显示面板108的邻近照明。因为所有光都结合在单个积分器中，这个照明系统必须与色序操作的显示面板结合，比如LCOS面板或数字微镜器件(DMD)108。在图1b中说明了第一替代150，即照明LCOS面板。图1c显示的第二替代160采用了本发明的混色柱形积分器100借助于中继元件109进行照明。进一步注意到第二替代160比第一替代体积更大。

对于移动或手持投影机，小型设备是基本的。然而，为了在光导中拥有足够的均匀性，多数光束必须在光导的侧壁上进行至少两次反射。在本发明中，在混色柱形积分器中反射次数可以通过增加发散角θ来增加，这等于采用具有更低f值的光束。然而，发散角度只能增加到系统投影透镜可接受的程度。实际上，投影透镜典型地在空气中f值为2(这意味着当折射率为1.5时在该光学积分器中f值为3，对于玻璃或塑料这是典型的)。当采用拇指规则，即积分器的长度和宽度之比必须等于f值的两倍以获得足够均匀的光分布时，结果是积分器长度为70mm。由于这对于移动投影机是相当大的，于是第二实施例提供了积分器的一种替代设计并在图2中说明。

在第二实施例200中，部分激光也被允许反射回激光光源。为了这个目的，混色柱形积分器的出射面105被部分反射的涂层204所覆盖，该涂层在激光光源的波长上是部分反射的，从而入射到其上的光经由柱形积分器被部分反射回激光光源。为防止大多数光返回到光源造成的损失，混色柱形积分器200的入射面101被高反射涂层202所覆盖，比如银或多层的电介质叠层，以将入射到其上的光反射回混色柱形积分器200的出射面105。在入射面101上的高反射涂层202的反射系数优选非常高。实际上，优选反射系数至少是98％。优选在入射面101上的高反射涂层202中制作多个孔103，每一个所述的孔103对应于至少一个所述激光光源。虽然，一个孔用于所有三个颜色是可能的，但是这减少了混色柱形积分器200的通过量并且不是优选的。所述多个孔103的每一个具有这样的直径，其使得具有极低的光学扩展量从而可被聚焦到很小的点上的激光能从该孔通过而没有明显的光损失或衍射效应。

仅仅作为示例，图1a中画出了激光束，其被聚焦从而以半角θ_1/2进入混色柱形积分器100。具有这种半角的光束可被聚焦到直径d，d由下式给出：

$d=1.22\frac{\mathrm{\λ}}{2\tan \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)}---\left(1\right)$

该孔的直径优选地超过了这个尺寸的至少两倍以最小化衍射效应。

在图2显示的实施例中，虽然入射面101上的反射涂层202将大部分入射到其上的光反射回到出射面105，但是一些光将穿过孔103或在系统的其他地方被吸收。在混色柱形积分器之下提出了一个模型来确定损失因数对积分器200的总光通过量的影响。

在混色柱形积分器200中不同位置的光通量在图3中表示出来。在图3中以下符号被定义：

φ₀(r)是通过具有相对面积r(即整个面积的一部分)的入射孔301进入积分器的光通量。当然，该光通量是所述孔半径的函数。在积分器100、200内部，自左向右的光通量定义为φ₁，而自右向左的光通量定义为ψ₁。最后，离开积分器的光通量定义为φ_T。

由于全内反射，侧壁(积分器的内表面)107的反射系数被定义为均匀的，入射面的反射系数为R_i，出射面的反射系数为R_e，以及出射面的透射率为T_e。

积分器内部和外部的不同位置的光通量现在可以描述为以下这组方程：

φ₁＝φ₀(r)+R_i(1-r)ψ₁

ψ₁＝R₀φ₁                    (2)

φ_T＝T_eφ₁

通过消去φ₁和ψ₁计算透射强度为

${\mathrm{\φ}}_T=\frac{T_e{\mathrm{\φ}}_0}{1-(1-r)R_i{R}_e}---\left(3\right)$

利用这个公式可以计算出透射效率，其定义为φ_T/φ₀。对于通过邻近照明照亮0.55″WVGA HTPS透射LCD面板的激光束，该计算结果如下：

●出射面的面积大约是8.4*11.2mm²。

●聚焦在积分器的孔103上的光束的最大F/#为5。因此，在此情况下该(受衍射限制的)光束的光斑直径最大为60μm，这意味着孔直径应为120μm或更大。

●r的值为3.10^-4(于所述颜色的三个孔用)。

●入射面的反射系数为98％-99％。

图4显示了混色柱形积分器200的透射图，其为出射面反射率的函数。

在计算中，可以为应用混色柱形积分器来区分两个替换方案。

1.在第一个替换方案中，光束在积分器500里面发散到这样的程度：在第一次通过该积分器时它完全覆盖了积分器的出射面。它恰好覆盖出射面的情形在图5a中示出。更长的积分器(或更低的f值)也是可能的。可以通过选择低f值(比如2)来获得紧凑的积分器。通过模拟，已经确定0.5的出射面反射系数和35mm的积分器长度能在出射面得到均匀的图案。从图4可以看出在这种情形下混色柱形积分器500的透射几乎是一致的。

2.在第二个替换方案中，选择比第一替换方案的积分器500更大的f值，从而第一次通过混色柱形积分器510导致在出射面上相对小的光斑。在图5b中说明了这种情形。如果出射面的反射系数太小，在出射面的强度分布显示一个明亮的“热斑”，其也出现在投影图像中。所以，优选反射系数应选择足够高但不能太高。通过模拟，已经确定了当f值为5且混色柱形积分器长度为20mm时，出射面的反射系数R_e优选至少是95％。在R_e＝95％的情况下，对于R_i＝98％和99％，混色柱形积分器的通过量分别为72％和83％。在R_e＝95％时通过量主要根据由于入射面反射造成的损失来确定。因此，通过例如在入射孔203处放置只允许正确波长的光在此通过的干涉过滤器来减小r是有好处的。

应该注意到用于实施本发明的混色柱形积分器200的第二替换方案能够包括具有更高f值的投影透镜。这是有好处的，即它降低了成本且增加了聚焦深度。

在应用本发明的混色柱形积分器200的两个替换实施例中，光将平均通过混色柱形积分器200很多次。如果通过积分器200不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，这些光束不会彼此干涉。这导致了当与只采用单程通过积分器的系统相比时，通过照明系统激光生成的图像具有减小的散斑对比度。因此，第二替换方案提供了最佳的散斑减少。

在本发明中：

●混色柱形积分器包括光学积分器和混色器，与其光源一起可被用作投影引擎中的照明单元。本发明的混色柱形积分器可以用于邻近照明以及用于借助中继透镜进行照明。根据本发明扩大或缩小光学成像系统的出射面的尺寸也是可能的。在扩大出射面的情况下，可以使积分器的f值更小，从而显示面板上的f值典型地仍为2。

●被照明的面板可以是二维或一维的空间光调制器。前一种情况在前面实施例的讨论中进行了详细描述。在后一种情况中必须使用一种具有所描述实施例的形状的平面光导，该光导的厚度比其他维数的光导小得多。

●本发明能用于照明很小的显示面板(低于0.55″)且不存在由于系统的有限接收孔径造成的光损失。使用很小的显示面板降低了面板成本，并同时减小了照明光学元件的尺寸。这是本发明相对于基于UHP和LED的系统的一个优势。

●在上面讨论的本发明的所有实施例中，使用每个激光器一个颜色。然而，这是为了简化讨论。使用每个颜色多个激光器也是可能的，从而在入射面上每个颜色有它自己的孔。每个颜色超过一个光源的使用增加了成本，但同时降低了散斑对比度。

●应该注意如图1b和1c所描述的照明方案都具有提高系统的光学效率的额外优点。在关闭状态下像素的光可以重新定向到柱形积分器。因为积分器出射面和/或入射面的反射系数十分高，大部分光可以被回收。快速计算产生了视频显示负载中的峰值亮度增加到三倍的结果。这导致了闪烁图像。

●为了降低图像中热斑的影响，积分器的出射面的反射系数在出射面的整个表面上不必为常数。

●本发明也应用于具有超过三个基色的光引擎结构。

本发明的混色柱形积分器的优选实施例已被说明和描述了，本领域的技术人员应当理解这里所描述的本发明的实施例是说明性的，并且可以进行各种变化和修改，以及可用等价物替代其元件而不偏离本发明的真实范围。另外，可以进行许多修改以使本发明的教导适于特定的情形而不偏离本发明的中心范围。因此，这里的意图是本发明不限于作为考虑用于实现本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明包括附加权利要求范围内的所有实施例以及所有实现技术。

Claims (12)

1.一种用于多个显示基色的激光的多个光束的混色柱形积分器(100)(200)，包括：

柱形主体(106)，具有让激光通过的内部和对入射到其上的光进行反射的内表面(107)；

入射面(101)，其上覆盖有第一反射涂层(102)以将入射到其上的光反射回柱形主体(106)的内部，并且入射面位于柱形主体的第一端，所述第一反射涂层中具有多个孔(103)以使得每个所述多个孔(103)允许所述多个光束中至少一个光束的光从该孔穿过进入柱形主体(106)的内部；

出射面(105)，其位于与入射面(101)相对且平行的柱形主体(106)的第二端，所述出射面(105)允许一部分入射到其上的光通过；和

用于朝着所述出射面(105)发散每个所述光束通过所述内部的装置，

其中经所述孔(103)进入所述混色柱形积分器的部分激光在穿过所述出射面(105)之前被迫多次通过其内部，然后从所述出射面(105)射出并被均匀化，并且

其中通过所述混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉。

2.权利要求1的混色柱形积分器(100)(200)，其中所述用于发散的装置是位于所述孔(103)的多个光学元件，从而光束在第一次通过混色柱形积分器(100)(200)结束时的发散是选自由横跨在整个出射面上(500)的光斑和出射面(550)上预定直径的光斑组成的群组的发散。

3.权利要求2的混色柱形积分器(100)(200)，其中：

所述出射面(105)被部分反射的涂层(204)覆盖，其允许一部分入射到其上的光通过并且将一部分入射到其上的光朝着所述光的源反射回柱形主体(106)；和

位于所述入射面(101)上的所述反射涂层(102)是一种高反射性涂层(202)。

4.权利要求3的混色柱形积分器(100)，其中：

第一反射涂层(102)是一种选自由银和电介质叠层组成的群组的高反射性材料(202)；和

所述多个孔(103)的每一个具有使得激光能聚焦进入所述孔并且能够通过该孔而没有明显的光损失和衍射效应的直径。

5.权利要求4的混色柱形积分器(100)(200)，其中：

所述激光在空气中被聚焦以＜20度的半角θ_1/2进入每一个孔(103)；

每个所述孔(103)的直径≥2d，这里d由下式决定

$d=1.22\frac{\mathrm{\λ}}{2\tan \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)}$

从而最小化衍射效应，其中λ代表激光的波长；和

设置所述部分反射的涂层(204)的尺寸以具有不大于5％的透射系数T_e和反射系数R_e＝1-T_e，从而部分光被透射且因此部分光被反射回混色柱形积分器(100)(200)，

其中，被反射的光返回到入射面(101)，在入射面它几乎被全部反射从而再一次通过混色柱形积分器(100)(200)，最后的效果是在出射面(105)离开混色柱形积分器的光由经过混色柱形积分器(100)(200)至少一次的光组成。

6.一种用于整合多个激光光束的方法，每个光束包括多个显示基色之一，所述方法包括：

提供柱形主体(106)，该柱形主体包含位于第一端的入射面(101)和位于与入射面(101)相对且平行的第二端的出射面(105)，该柱形主体具有让激光光束通过的内部和将入射到其上的光反射回柱形主体(106)内部的内表面(107)；

使用第一反射涂层(102)覆盖所提供的柱形主体的入射面(101)，所述第一反射涂层中具有多个孔(103)以允许所述激光光束的光从孔穿过进入柱形主体的内部，所述第一反射涂层将入射到其上的光反射回柱形主体(106)的内部；和

朝着所述出射面(105)发散每个所述光束来通过所述内部，

其中经所述孔(103)进入所述柱形主体(106)的所述激光光束的部分光在穿过所述出射面(105)之前被迫多次通过柱形主体的内部，然后从所述出射面(105)射出并被均匀化，并且

其中通过混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉。

7.权利要求6的方法，进一步包括提供覆盖出射面(105)的部分反射的涂层(204)的步骤，所述部分反射的涂层将一部分入射到其上的光反射回混色柱形积分器(200)内部并且允许剩余部分入射到其上的光通过。

8.权利要求7的方法，其中多个孔(103)中的每个孔具有这样的直径d以致于具有极低光学扩展量并因而能聚焦在非常小的光斑的激光光束可以通过该孔(103)而没有明显的光损失或衍射效应。

9.权利要求8的方法，其中所述发散步骤进一步包括提供位于所述孔(103)的多个光学元件的步骤，从而光束在第一次通过混色柱形积分器(100)(200)结束时的发散是选自由横跨在整个出射面(500)上的光斑和出射面(550)上的预定直径的光斑组成的群组的发散。

10.权利要求9的方法，进一步包括的步骤为：

将每个所述光束在空气中聚焦以＜20度的半角θ_1/2进入所述多个孔(103)中的一个孔；

调整每个所述多个孔(103)的尺寸以使得直径≥2d，这里d由下式决定

$d=1.22\frac{\mathrm{\λ}}{2\tan \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)}$

从而最小化衍射效应，其中λ代表激光的波长；和

设置所述部分反射的涂层(204)的尺寸以具有不大于5％的透射系数T_e和反射系数R_e＝1-T_e，从而部分光被透射且因此部分光被反射回混色柱形积分器(100)(200)的内部，

其中，被反射的光返回到入射面(101)，在入射面它几乎被全部反射从而再一次穿过混色柱形积分器(100)(200)，最后的效果是在出射面(105)离开混色柱形积分器(100)(200)的光由经过混色柱形积分器(100)(200)至少一次的光组成。

11.一种投影引擎(160)，包括：

混色柱形积分器(100)(200)，包括：

-柱形主体(106)，具有让多个显示基色的激光的多个光束通过的内部和将入射到其上的光反射回柱形主体(106)的内部的内表面(107)，

-位于柱形主体的第一端的入射面(101)，其覆盖有其中具有多个孔(103)以允许激光光束从孔穿过进入柱形主体的内部的第一反射涂层(102)，所述第一反射涂层将入射到其上的光反射回柱形主体(106)的内部，

-出射面(105)，其位于与入射面(101)相对且平行的柱形主体(106)的第二端，和

-用于朝着所述出射面(105)发散所述多个光束中的每个所述光束来通过所述内部的装置，所述装置位于所述多个孔(103)的附近，

其中经所述多个孔(103)以给定半角进入所述混色柱形积分器的部分激光光束在穿过所述出射面(105)之前被迫多次通过其内部，然后从所述出射面(105)射出并被均匀化；并且

其中通过混色柱形积分器不同次数的光束的路径长度差比所使用的光的相干长度更大，使得所述光束不会彼此干涉，以及

显示面板(108)，被配置于所述混色柱形积分器(100)(200)的所述出射面(105)的附近，从而通过从所述出射面(105)射出的均匀化的光来照明所述显示面板(108)。

12.权利要求11的投影引擎(160)，进一步包括配置于所述出射面(105)附近的中继光学元件(109)以实现对所述显示面板(108)的照明。

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