照明光學系統、投影儀和投影儀系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及投影儀的照明光學系統。
【背景技術】
[0002]使用棒形積分器來獲得均勻的照明光的照明光學系統是已知的用于投影儀的照明光學系統。
[0003]專利文獻I描述了具有該類型的照明光學系統的DLP(數字光處理)投影儀。
[0004]上述的DLP投影儀包括具有基本上相同的發散角的第一至第三激光陣列光源、照明光學系統、全內反射(TIR)棱鏡、由數字微鏡裝置(DMD)構成的顯示元件和投影透鏡。
[0005]在此,發散角是當從垂直于包含發散光通量的中心光線的平面的方向觀看發散光通量時由最外光線和中心光線(發散半角)形成的角度的兩倍的角度。
[0006]第一激光陣列光源出射紅色激光,第二激光陣列光源出射綠色激光,并且第三激光陣列光源出射藍色激光。
[0007]照明光學系統包括第一至第三反射鏡、第一和第二二向色鏡、凹透鏡、棒形積分器以及中繼光學系統。
[0008]棒形積分器由例如四角形棱鏡的形狀的玻璃體構成。棒形積分器的兩個端表面之一是入射表面,并且另一個是出射表面。
[0009]在該棒形積分器中,進入入射表面的光通量在被棒的內表面反復反射的同時在棒內傳播,并且然后從出射表面出射。在棒內傳播的過程中的多次反射使得入射光通量的亮度均勻。在棒的出射表面處,根據反射的次數以矩陣形式產生了多個二維的光源圖像。
[0010]凹透鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡和第一反射鏡從棒形積分器的出射表面起以此順序排列。
[0011]第一反射鏡向第二二向色鏡反射來自第三激光陣列光源的藍色激光。第二反射鏡向第二二向色鏡反射來自第二激光陣列光源的綠色激光。
[0012]第二二向色鏡具有光譜反射屬性,其支持藍色波段的光的透射和綠色波段的光的反射。來自第一反射鏡的藍色激光被第二二向色鏡透射,并且被照射到第一二向色鏡內。來自第二反射鏡的綠色激光被第二二向色鏡反射,并且該反射光在與藍色激光相同的光路上被照射到第一二向色鏡內。
[0013]第三反射鏡向第一二向色鏡反射來自第一激光陣列光源的紅色激光。
[0014]第二二向色鏡具有光譜反射屬性,其支持藍色波段的光和綠色波段的光的透射與紅色波段的光的反射。來自第二二向色鏡的藍色激光和綠色激光透過第一二向色鏡被透射,并且被照射到凹透鏡內。來自第三反射鏡的紅色激光被第一二向色鏡反射,并且該反射光在與藍色和綠色激光相同的光路上被照射到凹透鏡內。
[0015]該凹透鏡用于將來自第一二向色鏡的紅色、綠色和藍色激光散射。來自凹透鏡的紅色、綠色和藍色激光從棒的入射表面進入棒形積分器內。
[0016]中繼光學系統被布置在棒形積分器的出射表面側上。中繼光學系統用于在顯示元件的有效顯示區域上形成在棒形積分器的出射表面上形成的光源圖像的圖像。
[0017]TIR棱鏡被設置在中繼光學系統和顯示元件之間。來自中繼光學系統的光通量通過TIR棱鏡被照射在顯示元件內。該顯示元件空間調制該光通量,以形成圖像光。由顯示元件形成的圖像光通過TIR棱鏡被照射到投影透鏡內。
[0018]在上述的照明光學系統中,從每一個激光陣列光源到棒形積分器的入射表面的每種顏色的激光的光路長度相同,并且,每一個激光陣列光源的發散角也相同。結果,從每一個激光陣列光源出射的每種顏色的激光以相同的發散角進入棒形積分器內,在棒內傳播,并且然后以相同的發散角從棒形積分器出射。
[0019]因為從棒形積分器出射的每種顏色的激光的發散角相同,所以通過中繼光學系統被照射在顯示元件上的每種顏色的激光的照射范圍也一致。結果,可以通過適當地設置中繼光學系統的放大率而使得每種顏色的激光的照射范圍與在顯示元件上的有效顯示區域一致。
[0020]近期的投影儀包括其中通過光纖將激光從外部光源設備供應到照明光學系統的投影儀。
[0021]外部光源具有紅色激光源、綠色激光源和藍色激光源。綠色激光和藍色激光通過第一光纖被供應到照明光學系統。紅色激光通過第二光纖被供應到照明光學系統。
[0022]從第一光纖出射的綠色激光和藍色激光的每一個的發散角基本上相同。從第二光纖出射的紅色激光的發散角與綠色激光和藍色激光的發散角不同。
[0023]當上述外部光源設備被應用到在專利文獻I中描述的DLP投影儀時,照明光學系統被配置使得從第一光纖出射的綠色和藍色激光進入第二二向色鏡的表面之一內,并且從第二光纖出射的紅色激光進入第二二向色鏡的另一個表面內。
[0024]紅色激光與綠色和藍色激光被第二二向色鏡合成,并且然后通過凹透鏡被照射到棒形積分器內。
[0025]現有技術的文獻
[0026]專利文獻
[0027]專利文獻1:日本未審專利申請公布N0.2008-256979
【發明內容】
[0028]在專利文獻I中描述的系統中,當應用上述的外部光源設備時,出現下面的問題。
[0029]在棒形積分器中,如果入射角在小于或等于在棒中出現全反射的最大入射角的范圍內,則在棒內的多次反射的次數通常隨著入射角增大而增大,由此,使得亮度均勻的效果也增大。棒形積分器因此具有下述屬性:其中,亮度的均勻度取決于入射角。
[0030]在進入棒形積分器的激光的、其中應用外部光源設備的在專利文獻I中描述的系統中,紅色激光的發散角與綠色和藍色激光的發散角不同。結果,在棒形積分器中的亮度的均勻度因為如上所述的屬性而對于紅色激光與綠色和藍色激光不同。在亮度的均勻度上的差在屏幕上顯現為顏色不規則,并且因此產生了圖像質量劣化的問題。
[0031]其中發散角不同的紅色激光與綠色和藍色激光通過同一中繼光學系統被照射到顯示元件,并且這意味著激光的照射范圍不同。
[0032]如果其發散角最小的激光被當作參考并且中繼光學系統被設計使得被當作參考的激光的照射范圍與顯示元件的有效顯示區域一致,則其發散角較大的激光的一部分將從中繼光學系統的有效入射光瞳發散。從這個有效入射光瞳發散的光通量不有助于圖像顯示,并且因此產生了下述問題:其中,在光利用效率上降低,并且在屏幕的亮度上降低。
[0033]另一方面,如果其發散角最大的激光被當作參考,并且中繼光學系統被設計使得被當作參考的激光的照射范圍與顯示元件的有效顯示區域一致,則其發散角較小的激光的照射范圍將小于有效顯示區域,并且因此未能照亮整個有效顯示區域。因為不能在未被激光照亮的區域中顯示圖像,所以產生圖像質量劣化的問題。
[0034]本發明的目的是提供一種照明光學系統、投影儀和投影儀系統,它們可以減少顏色不規則性的出現、在屏幕亮度上的降低和圖像質量的降低。
[0035]根據用于實現上述目的的本發明的一個方面,提供了一種照明光學系統,包括:
[0036]第一透鏡,所述第一透鏡會聚利用第一發散角從第一光纖出射的第一光通量;
[0037]第二透鏡,所述第二透鏡會聚第二光通量,所述第二光通量具有與所述第一光通量的顏色不同的顏色,并且以不同于所述第一發散角的第二發散角從第二光纖出射;以及
[0038]合成光學元件,所述合成光學元件被設置在所述第一透鏡的光軸以直角與所述第二透鏡的光軸相交的位置處,透射來自所述第一透鏡的第一光束,并且在透射所述第一光束的方向上反射來自所述第二透鏡的第二光束;
[0039]其中,第一和第二透鏡被配置使得由所述第一透鏡會聚的所述第一光束的收斂角與被所述第二透鏡會聚的所述第二光束的收斂角匹配。
[0040]根據本發明的另一個方面,提供了一種投影儀,包括:
[0041]上述照明光學系統;
[0042]顯示裝置,所述顯示裝置空間調制來自所述照明光學系統的光通量以形成圖像光;以及
[0043]投影透鏡,所述投影透鏡投影由所述顯示裝置形成的所述圖像光。
[0044]根據本發明的另一個方面,提供了一種投影儀,包括:
[0045]上述照明光學系統;
[0046]分色裝置,所述分色裝置將來自所述照明光學系統的光通量分離為紅色光通量、藍色光通量和綠色光通量;
[0047]第一顯示元件,所述第一顯示元件空間調制由所述分色裝置分離的所述紅色光通量以形成紅色圖像光;
[0048]第二顯示元件,所述第二顯示元件空間調制由所述分色裝置分離的所述綠色光通量以形成綠色圖像光;
[0049]第三顯示元件,所述第三顯示元件空間調制由所述分色裝置分離的所述藍色光通量以形成藍色圖像光;以及
[0050]投影透鏡,所述投影透鏡投影由第一至第三顯示元件形成的所述紅色圖像光、綠色圖像光和