照明光學(xué)系統(tǒng)、投影儀和投影儀系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]使用棒形積分器來獲得均勻的照明光的照明光學(xué)系統(tǒng)是已知的用于投影儀的照明光學(xué)系統(tǒng)。
[0003]專利文獻I描述了具有該類型的照明光學(xué)系統(tǒng)的DLP(數(shù)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(fā)散角的第一至第三激光陣列光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、全內(nèi)反射(TIR)棱鏡、由數(shù)字微鏡裝置(DMD)構(gòu)成的顯示元件和投影透鏡。
[0005]在此，發(fā)散角是當(dāng)從垂直于包含發(fā)散光通量的中心光線的平面的方向觀看發(fā)散光通量時由最外光線和中心光線(發(fā)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(xué)系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)。
[0008]棒形積分器由例如四角形棱鏡的形狀的玻璃體構(gòu)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(nèi)表面反復(fù)反射的同時在棒內(nèi)傳播，并且然后從出射表面出射。在棒內(nèi)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(jù)反射的次數(shù)以矩陣形式產(chǎn)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(nèi)。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(nèi)。
[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(nèi)。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(nèi)。
[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(nèi)。
[0016]中繼光學(xué)系統(tǒng)被布置在棒形積分器的出射表面?zhèn)壬稀Ｖ欣^光學(xué)系統(tǒng)用于在顯示元件的有效顯示區(qū)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(shè)置在中繼光學(xué)系統(tǒng)和顯示元件之間。來自中繼光學(xué)系統(tǒng)的光通量通過TIR棱鏡被照射在顯示元件內(nèi)。該顯示元件空間調(diào)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(nèi)。
[0018]在上述的照明光學(xué)系統(tǒng)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(fā)散角也相同。結(jié)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(fā)散角進入棒形積分器內(nèi)，在棒內(nèi)傳播，并且然后以相同的發(fā)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(fā)散角相同，所以通過中繼光學(xué)系統(tǒng)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(jié)果，可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置中繼光學(xué)系統(tǒng)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(qū)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(shè)備供應(yīng)到照明光學(xué)系統(tǒng)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(yīng)到照明光學(xué)系統(tǒng)。紅色激光通過第二光纖被供應(yīng)到照明光學(xué)系統(tǒng)。
[0022]從第一光纖出射的綠色激光和藍色激光的每一個的發(fā)散角基本上相同。從第二光纖出射的紅色激光的發(fā)散角與綠色激光和藍色激光的發(fā)散角不同。
[0023]當(dāng)上述外部光源設(shè)備被應(yīng)用到在專利文獻I中描述的DLP投影儀時，照明光學(xué)系統(tǒng)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(nèi)，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(nèi)。
[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(nèi)。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明內(nèi)容】

[0028]在專利文獻I中描述的系統(tǒng)中，當(dāng)應(yīng)用上述的外部光源設(shè)備時，出現(xiàn)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(xiàn)全反射的最大入射角的范圍內(nèi)，則在棒內(nèi)的多次反射的次數(shù)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(yīng)用外部光源設(shè)備的在專利文獻I中描述的系統(tǒng)中，紅色激光的發(fā)散角與綠色和藍色激光的發(fā)散角不同。結(jié)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(xiàn)為顏色不規(guī)則，并且因此產(chǎn)生了圖像質(zhì)量劣化的問題。
[0031]其中發(fā)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(xué)系統(tǒng)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(fā)散角最小的激光被當(dāng)作參考并且中繼光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)計使得被當(dāng)作參考的激光的照射范圍與顯示元件的有效顯示區(qū)域一致，則其發(fā)散角較大的激光的一部分將從中繼光學(xué)系統(tǒng)的有效入射光瞳發(fā)散。從這個有效入射光瞳發(fā)散的光通量不有助于圖像顯示，并且因此產(chǎn)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(fā)散角最大的激光被當(dāng)作參考，并且中繼光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)計使得被當(dāng)作參考的激光的照射范圍與顯示元件的有效顯示區(qū)域一致，則其發(fā)散角較小的激光的照射范圍將小于有效顯示區(qū)域，并且因此未能照亮整個有效顯示區(qū)域。因為不能在未被激光照亮的區(qū)域中顯示圖像，所以產(chǎn)生圖像質(zhì)量劣化的問題。
[0034]本發(fā)明的目的是提供一種照明光學(xué)系統(tǒng)、投影儀和投影儀系統(tǒng)，它們可以減少顏色不規(guī)則性的出現(xiàn)、在屏幕亮度上的降低和圖像質(zhì)量的降低。
[0035]根據(jù)用于實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的一個方面，提供了一種照明光學(xué)系統(tǒng)，包括:
[0036]第一透鏡，所述第一透鏡會聚利用第一發(fā)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(fā)散角的第二發(fā)散角從第二光纖出射；以及
[0038]合成光學(xué)元件，所述合成光學(xué)元件被設(shè)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(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種投影儀，包括:
[0041]上述照明光學(xué)系統(tǒng)；
[0042]顯示裝置，所述顯示裝置空間調(diào)制來自所述照明光學(xué)系統(tǒng)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(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種投影儀，包括:
[0045]上述照明光學(xué)系統(tǒng)；
[0046]分色裝置，所述分色裝置將來自所述照明光學(xué)系統(tǒng)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(diào)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(diào)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(diào)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