專利名稱：具備隧道積分器和物鏡的投影照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于投影儀的照明系統(tǒng)，更具體地，涉及包括隧道積分器的投影儀的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于將圖像投影在屏幕上的投影系統(tǒng)使用幾種不同的部件對(duì)成像器(imager)提供有效的照明。投影系統(tǒng)通常使用燈產(chǎn)生照明光線，利用介于燈與成像器間的幾個(gè)光學(xué)元件將光傳輸至成像器。成像器是在一束光線上形成影像的裝置。其通過不同的機(jī)制執(zhí)行此功能，例如，通過吸收，如采用攝影幻燈片；通過偏振，如采用液晶顯示器；或通過光線轉(zhuǎn)移，如采用可單獨(dú)尋址的可傾斜的鏡片微機(jī)械陣列。一些成像器，例如攝影幻燈片，本來就可以在光線束上施加色彩。其它的成像器，例如傾斜鏡片微機(jī)械陣列，需要通過將光線分解為基色并單獨(dú)將其提供給(各)成像器來施加色彩。如果投影系統(tǒng)中的成像器數(shù)量少于基色的數(shù)量，那么通常要一個(gè)接一個(gè)地將不同的色彩施加到成像器。該過程稱為現(xiàn)場(chǎng)順序著色(field sequential color)。如果成像器數(shù)量等于基色數(shù)量，那么可將光線同時(shí)施加到各成像器。兩種方法都得到廣泛的應(yīng)用。
采用不同的方法使來自燈的光線強(qiáng)度均勻地照射在(各)成像器上。隧道積分器(tunnel integrator)是均勻光線強(qiáng)度的一種方法。該隧道積分器典型為管或棒，橫截面通常為圓形，但這并不是必須的。導(dǎo)入至隧道積分器一端的光線沿管或棒傳播，經(jīng)積分器壁的多次反射到達(dá)輸出端。在管或棒中的多次反射使得隧道積分器的輸出端光線比輸入端更加均勻。在棒內(nèi)部，采用全反射或前表面反射來反射該光線。中空的隧道積分器采用前表面反射，不折射入射光，并因此能夠比內(nèi)部反射隧道積分器在更短的距離內(nèi)均勻入射光。

發(fā)明內(nèi)容
具有隧道積分器的照明系統(tǒng)通常還包括一個(gè)或多個(gè)中繼透鏡，這些透鏡在成像器上形成隧道積分器出口端的像。此外，它們還在照明系統(tǒng)內(nèi)的某些位置形成隧道入口端的像。由于隧道入口端是照明系統(tǒng)的光柵，因此它的像是小孔位置(pupil location)?？稍诖宋恢梅胖玫诙讖焦鈻乓宰柚闺s散光線?？商鎿Q地，如果在此位置存在諸如透鏡或?yàn)V光鏡的光學(xué)元件，那么該元件的孔徑形成第二光柵。如果小孔的位置不適當(dāng)，那么有必要在照明系統(tǒng)中使用較大直徑的透鏡。如果不使用較大的透鏡，會(huì)產(chǎn)生虛化，其降低投影圖像亮度的均勻性。較大直徑的透鏡增大了照明系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。
考慮到該問題，本發(fā)明主要涉及具有物鏡的隧道積分器。具體地，本發(fā)明傾向于在投影儀照明系統(tǒng)中采用與隧道積分器出口端相鄰的透鏡。這些透鏡的一個(gè)目的是當(dāng)結(jié)合照明系統(tǒng)中的其它中繼透鏡和/或成像器時(shí)，在照明系統(tǒng)第二光柵處形成隧道積分器入口端的像。如果光柵上的成像平面不在隧道積分器入口端的平面上，則光柵將光線虛化。
這使得通過照明系統(tǒng)的光線量最大并保持均勻的圖像亮度。從而可降低中繼和/或成像器的直徑，并因此降低成本。本發(fā)明可用于攝像幻燈片投影儀和放大機(jī)，也可用于基于電子成像器的投影儀。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括產(chǎn)生照明光線的光源和配置其用于均勻照明光線的隧道積分器。該隧道積分器具有輸入端和輸出端。隧道積分器物鏡被安放在接近隧道的輸出端處。至少配置一個(gè)成像器來接收照明光線。中繼透鏡系統(tǒng)安放在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器之間，以從隧道積分器向該至少一個(gè)成像器中繼照明光線。中繼透鏡系統(tǒng)至少包括第一中繼透鏡。第一孔徑光柵安放在第一中繼透鏡之后，遠(yuǎn)離隧道積分器物鏡。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)包括產(chǎn)生照明光線的光源和配置其用于均勻照明光線的隧道積分器。隧道積分器具有輸入端和輸出端。隧道積分器物鏡安放在接近隧道積分器的輸出端處。該隧道積分器物鏡是負(fù)透鏡。至少配置一個(gè)成像器接收照明光線。中繼透鏡系統(tǒng)安放在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器之間，以從隧道積分器向至少一個(gè)成像器中繼照明光線。該中繼透鏡系統(tǒng)至少包括第一中繼透鏡。
本發(fā)明的上述總結(jié)并不意圖說明本發(fā)明每一說明的實(shí)施例和每個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。附圖和后面的詳細(xì)說明將更具體地列舉這些實(shí)施例。


參考附圖，考慮到本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)說明，可更充分地理解本發(fā)明，其中圖1示意性地說明現(xiàn)有的具有隧道積分器的投影系統(tǒng)的實(shí)施例；圖2示意性地說明圖1投影系統(tǒng)的詳細(xì)特征；圖3示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的具有位于隧道積分器輸出端的物鏡的投影照明系統(tǒng)實(shí)施例的特征；圖4示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的實(shí)施例；圖5示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖6示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖7示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例；以及圖8示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例。
盡管可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換形式，它們的細(xì)節(jié)的在圖中作為示例顯示，并將詳細(xì)說明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，并不意圖將本發(fā)明限制在說明的特定實(shí)施例。相反，意圖涵蓋所有落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的修改、等效物、與替代物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要涉及在投影系統(tǒng)中，對(duì)于均勻化圖像照明十分有用的隧道積分器。
包括隧道積分器102的現(xiàn)有照明系統(tǒng)100在圖1中示意性地表示。來自燈106的光線104通過橢圓反射鏡108聚焦至隧道積分器102的輸入端110。聚光鏡114，也稱為中繼透鏡，使從離開隧道積分器102的光線112平行，然后該光線通過孔徑光柵116。該光線接著通過成像器透鏡118，透射成像器120和投影透鏡122，到達(dá)屏幕124。
在圖2的示意圖中更清楚地顯示了從隧道積分器102端部的光線傳輸。光線212離開隧道積分器102，由透鏡4進(jìn)行平行，并朝向照明系統(tǒng)100的孔徑光柵116前進(jìn)。來自隧道積分器102離開面中心點(diǎn)214的所有光線212a基本上都由透鏡114收集并通過光柵116。然而，對(duì)于來自積分器離開面216邊緣點(diǎn)218的光線212b并不是這樣，光線212b中的一些由光柵116阻擋。這樣的阻擋或虛化導(dǎo)致投影圖像的邊緣和拐角處比中心處暗。來自點(diǎn)218的中央射線220在光柵116前穿過光軸222，但將會(huì)明白，中央射線220也可在光柵116之后，或在一些配置下，在光柵116處穿過光軸222。
在本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例中，在圖3中示意性地說明了稱為積分器物鏡的透鏡304，其與隧道積分器302的輸出端相鄰放置。該物鏡304，結(jié)合其它透鏡，例如中繼透鏡314，使隧道積分器302的輸入端310在接近孔徑光柵321的平面上成像。該中繼透鏡314也可稱為聚光鏡。從而，來自隧道積分器輸出端316邊緣點(diǎn)318的光線312b中的大部分通過光柵316，如同來自輸出端316中心點(diǎn)322的光線312a一樣。這使投影圖像的亮度更加均勻。
光學(xué)系統(tǒng)中，在接近物體或像處放置物鏡。在照明系統(tǒng)中使用物鏡的目的是在遠(yuǎn)離物體或像中心的區(qū)域中修正光束方向。該修正重新定位這些光束的主要(中央)射線穿過照明系統(tǒng)光軸，即光柵的位置。在成像透鏡中，物鏡也可用于修正透鏡的場(chǎng)曲率，失真和/或橫向色差。
該隧道積分器可為實(shí)芯棒，例如由玻璃或一些其它透射材料形成，透射光通過在棒表面全反射實(shí)現(xiàn)均勻化。在另一方法中，隧道積分器302可由中空的反射隧道形成，前表面反射鏡限定隧道壁。來自照明源的光線在入口端310進(jìn)入隧道并從輸出端316離開。通過在前表面反射壁的多次反射均勻化該光線，從而照明在隧道積分器302的輸出端變得均勻。
當(dāng)在隧道積分器302的輸出端316不存在物鏡304時(shí)，中繼透鏡314在照明系統(tǒng)的后面某處形成隧道積分器入口端310的像。物鏡304的引入使光學(xué)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑺淼婪e分器302入口端310的像放置在光柵316處。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征是隧道積分器302出口端316的物鏡304可為負(fù)透鏡，并由此發(fā)散從隧道積分器302出來的光線。如果從聚光鏡314至光柵316的距離大于從聚光鏡314至在不存在物鏡304時(shí)形成的隧道積分器302輸入端310的像的距離，負(fù)物鏡304的使用是特別重要的。然而，存在一些本發(fā)明的物鏡304為正的情況。當(dāng)從聚光鏡314至光柵316的距離小于從聚光鏡314至在不存在物鏡304時(shí)形成的隧道積分器302輸入端310的像的距離，正物鏡304的使用特別有用。
圖4示意性地說明投影照明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例400，成像器420是透射的，例如攝像幻燈片，或透射LCD顯示單元。照明系統(tǒng)400包括光源406，其引導(dǎo)光線404至隧道積分器402。使用諸如橢圓反射鏡的反射鏡408增加到達(dá)隧道積分器402輸入端410的光線量。該光源可包括，例如，鹵素?zé)?，高壓水銀弧光燈，金屬鹵化弧光燈，或一些其它類型的產(chǎn)生照明光線的光源。
從隧道積分器402離開的光線412通過與隧道積分器402輸出端416相鄰的積分器物鏡413，通過稱為聚光鏡的中繼透鏡414，和成像器物鏡418。透鏡413，414和418的組合在投影透鏡系統(tǒng)422的進(jìn)入小孔421產(chǎn)生隧道積分器402入口端410的像。該投影透鏡系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，用來從成像器像向屏幕投影圖像。
在該具體的實(shí)施例中，投影透鏡422的光柵421還作為照明系統(tǒng)的光柵，不需要額外的物理光柵。此外，隧道積分器402的出口端416可在成像器420上成像，以在屏幕424上產(chǎn)生均勻亮度的圖像。將會(huì)明白，投影系統(tǒng)400的其它配置可包括獨(dú)立于投影透鏡系統(tǒng)422光柵的孔徑光柵。
在一個(gè)方法中，成像器420可為彩色透射LCD成像器。在另一方法中，在透鏡414與成像器物鏡418間放置分色儀，在成像器420與投影透鏡422間放置色彩復(fù)合儀。在這種情況下，多個(gè)平行的單色透射LCD成像器可用于在光線上成像。在另一實(shí)施例中，成像器420可包括一個(gè)單色成像器，用于現(xiàn)場(chǎng)順序著色模式，其中，色彩選擇器426，例如調(diào)色盤，放置于燈406與屏幕424間的某個(gè)位置。在說明的實(shí)施例中，色彩選擇器426放置在接近隧道積分器402的輸入端410處。在現(xiàn)場(chǎng)順序著色模式中，配置色彩選擇器426以選擇一個(gè)顏色帶，且成像器420同步地形成對(duì)應(yīng)于所選顏色帶的像。在此后很短時(shí)間內(nèi)，色彩選擇器426選擇下一個(gè)顏色帶，且成像器同步地形成對(duì)應(yīng)于下一所選顏色帶的像。對(duì)于所有顏色帶重復(fù)該過程，然后對(duì)每個(gè)相繼的圖像幀重復(fù)該過程。觀察者的眼睛綜合產(chǎn)生的圖像以看到具有多種顏色的圖像，即使每次僅投影一種顏色。
圖5示意性的說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例500。該照明系統(tǒng)500包括將光線504引導(dǎo)至隧道積分器502的光源506。可使用諸如橢圓反射鏡的反射鏡508增加到達(dá)隧道積分器502輸入端510的光線量。從積分器502輸出端516離開的光線透射穿過積分器物鏡513，到達(dá)中繼透鏡514，并因此通過成像器物鏡518，到達(dá)反射成像器520。該發(fā)射成像器520可為，例如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)成像器，其使用像素反射鏡陣列引導(dǎo)入射光束的所選部分返回穿過成像器物鏡518，到達(dá)投影透鏡系統(tǒng)522。該特定實(shí)施例中的孔徑光柵521位于投影透鏡系統(tǒng)522中。
可通過沿光源506與投影屏幕(未示出)間的路徑放置諸如調(diào)色盤等的色彩選擇器526，將反射成像器520用于現(xiàn)場(chǎng)順序著色模式。在說明的實(shí)施例中，色彩選擇器526放置在靠近隧道積分器502的輸入端510處。
圖6示意性地說明根據(jù)本發(fā)明原理的投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例600。該照明系統(tǒng)600包括將光線604引導(dǎo)至隧道積分器602的光源606?？墒褂弥T如橢圓反射鏡的反射鏡608增加到達(dá)隧道積分器602輸入端610的光線量。離開隧道積分器602輸出端616的光線透射穿過積分器物鏡613，到達(dá)中繼透鏡614，其與隧道物鏡613一起在孔徑光柵621形成隧道積分器602輸入端610的像。
穿過孔徑光柵621的光線由透鏡626a與626b收集并通過偏光分束鏡624傳播至成像器620上。
成像器620通過改變?nèi)肷涔馐煌糠值钠谜駹顟B(tài)調(diào)制入射光。該反射的，調(diào)制的光線入射至偏光分束鏡(PBS)624上。PBS反射在一個(gè)方向上偏振的光，并透射在正交方向上偏振的光，因此PBS通過反射該光束的非調(diào)制部分將非圖像光與圖像光分離。那些透射穿過PBS 624的光線部分穿過投影透鏡組件622，其包括一個(gè)或多個(gè)透鏡。該圖像然后由投影透鏡622投影至屏幕(未示出)。
可使用例如調(diào)色盤的色彩分離器628分離由光源606產(chǎn)生的不同顏色的光線，使得每次處于一個(gè)顏色帶中的光線，如紅光、綠光或藍(lán)光入射在成像器上。這種色彩分離器可放置在成像器620之前的光學(xué)系統(tǒng)中的任何位置，但通常放置在隧道積分器602之前。另一種可用的色彩分離器為基于偏振的色彩分離器?；谄竦纳史蛛x器可放置在系統(tǒng)的任何位置，例如在PBS 624之前。色彩分離器628與成像器620的同步允許單個(gè)成像器620將觀察者感知到的不同顏色的圖像投影為單個(gè)多色彩圖像。
圖7示意性地說明投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例700，其基于多個(gè)反射成像器。照明系統(tǒng)包括引導(dǎo)光線704至隧道積分器702的光源706?？墒褂弥T如橢圓反射鏡的反射鏡708增加到達(dá)隧道積分器702輸入端710的光線量。從隧道積分器702輸出端716輸出的光線712通過積分器物鏡713，到達(dá)中繼透鏡714。
可使用例如分色鏡等的色彩分離器716將來自隧道積分器702的光線分離為第一與第二顏色帶。在說明的實(shí)施例中，分色鏡放置在中繼透鏡714之后。第一顏色帶中的光線透射穿過色彩分離器716，且第二顏色帶中的光線由色彩分離器反射。在下面的說明中，第一顏色帶為紅色，第二顏色帶為青色。將會(huì)明白，在第一與第二顏色帶中可為其它的顏色組合。
此后，將透射穿過色彩分離器716的光線支路稱為第一支路，由分離器716反射的光線的光學(xué)支路稱為第二支路。第一與第二支路包含各自的孔徑光柵718a與718b。物鏡713與中繼透鏡714結(jié)合，以在718a與718b形成隧道積分器714輸入端710的像。
在說明的照明系統(tǒng)700的實(shí)施例中，在第一與第二支路中分別有物理光柵718a與718b。該物理光柵718a與718b與投影透鏡系統(tǒng)722中的光柵721分離，且可在投影透鏡系統(tǒng)中的光柵721上成像以最大化透射。光柵718a與718b對(duì)于阻止雜散光很有用。
透射穿過分色鏡716的光線720穿過光柵718a和一個(gè)或多個(gè)透鏡，到達(dá)第一PBS 724a。在說明的實(shí)施例中，光線720在到達(dá)第一PBS 724a前經(jīng)過兩個(gè)中繼透鏡726與728。
第一PBS 724a將處于一個(gè)偏振狀態(tài)的光730反射至第一成像器732a。第一成像器732a可為偏振調(diào)制成像器，其旋轉(zhuǎn)入射到某個(gè)成像器光軸上的光的偏振。一種這樣的成像器為硅基液晶成像器(LCOS)。第一成像器732a反射光線并偏振調(diào)制光的一些部分。那些已經(jīng)調(diào)整偏振的光束的一些部分透射通過第一PBS 724a，到達(dá)x-cube合色鏡734。沒有反射到第一成像器732a的入射到第一PBS 724a的光線730通常透射穿過PBS 724a?？苫謴?fù)該透射的光線并將其用于照亮成像器732a。
x-cube合色鏡734在其對(duì)角面上有分色涂層。一個(gè)對(duì)角面反射一個(gè)顏色帶，并透射其它兩種顏色帶，而另一個(gè)對(duì)角面反射其它顏色帶中的一個(gè)，并透射其余的顏色帶。例如，第一對(duì)角面736可反射紅色光而透射藍(lán)色與綠色光，第二對(duì)角面738可反射藍(lán)色光而透射紅色與綠色光。來自第一成像器732a的光經(jīng)x-cube合色鏡的第一對(duì)角面736反射，并前進(jìn)至投影透鏡系統(tǒng)722。
經(jīng)分色鏡716反射的第二顏色帶中的光740通過第二光柵718b，并可由例如轉(zhuǎn)向鏡724(turning mirror)引導(dǎo)至第二色彩分離鏡744。該第二色彩分離鏡744可為分色鏡。沿第二支路傳播的光線740可通過一個(gè)或多個(gè)透鏡該說明的實(shí)施例顯示了通過中繼透鏡746的光線740。
第二色彩分離鏡744將光線740分離為不同顏色帶的兩個(gè)光束748與750。例如，光束748可包含綠色光而光束750包含藍(lán)色光。光束748中的光被引導(dǎo)至第二PBS 724b，其引導(dǎo)一個(gè)極化方向上的光至成像器732b。成像器732b旋轉(zhuǎn)光束748所選部分的極化方向，然后反射并使其透射通過第二PBS 724b，到達(dá)x-cube合色鏡734。
類似地，透射穿過第二色彩分離鏡744的光線750通過第三PBS724c，其將一個(gè)極化方向上的光反射至第三成像器732c。該第三成像器732c旋轉(zhuǎn)光線750某些所選部分的極化方向，將其反射并透射穿過第三PBS 724c，到達(dá)x-cube合色鏡734。該x-cube合色鏡將從三個(gè)成像器732a，732b，732c接收的光合并為單個(gè)像光束752，其經(jīng)由投影透鏡系統(tǒng)722透射至圖像觀察表面，例如投影屏幕。
通常，當(dāng)透鏡從其關(guān)聯(lián)的孔徑光柵移開時(shí)，主射線的高度增加，從而需要更大直徑的透鏡。在其它一些投影系統(tǒng)中，孔徑光柵放置在緊隨隧道積分器之后的第一中繼透鏡處。因此，在這樣的系統(tǒng)中，任一緊隨第一中繼透鏡的的透鏡變大，這增加了這些透鏡的成本，并增加投影系統(tǒng)占據(jù)的空間。
然而，在根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)中，孔徑光柵并沒有放置在緊隨隧道積分器的第一中繼透鏡處，而是放置在第一中繼透鏡的之后。例如，孔徑光柵可放置在第一中繼透鏡與(各)成像器之間。將孔徑光柵放置在接近照明系統(tǒng)的中心使得最大限度地降低透鏡直徑，從而節(jié)約成本與空間。例如，當(dāng)該光柵大約放置在第一中繼透鏡與其后透鏡的中點(diǎn)時(shí)，第一中繼透鏡與其后透鏡的直徑可降低至最小值，從而降低系統(tǒng)的成本。參考圖7，在圖中，第二支路中的光柵718b可大約放置在第一中繼透鏡714與第二中繼透鏡746的中點(diǎn)。在另一示例中，第一支路中的光柵718a可大約放置在第一中繼透鏡714與第三中繼透鏡728的中點(diǎn)。由于中間的中繼透鏡726靠近孔徑光柵718a，其直徑由該光柵718限定，選擇其直徑以優(yōu)化投影儀投影的光線量。沒有減少光線通過量，就不能降低直徑。緊隨隧道積分器放置積分器物鏡允許將孔徑光柵放置在第一中繼透鏡之后，并因此可實(shí)現(xiàn)在透鏡直徑方面的節(jié)約。
圖8示意性地說明投影照明系統(tǒng)的另一實(shí)施例800，其基于多個(gè)透射成像器。該照明系統(tǒng)包括800包括將光線804引導(dǎo)至隧道積分器802的光源806。可使用例如橢圓反射鏡的反射鏡808增加到達(dá)隧道積分器802輸入端810的光線量。從隧道積分器802輸出端816輸出的光線812通過積分器物鏡813，到達(dá)中繼透鏡系統(tǒng)814。該中繼透鏡系統(tǒng)包括將隧道積分器802輸出面816的像引導(dǎo)至成像器的多個(gè)透鏡。該中繼透鏡系統(tǒng)814可包括任意合適數(shù)量的透鏡。在說明的特定實(shí)施例中，該中繼透鏡系統(tǒng)包括第一中繼透鏡對(duì)815。
可采樣諸如分色鏡等的第一色彩分離鏡816將來自隧道積分器802的光線分離為第一與第二顏色帶。在說明的實(shí)施例中，分色鏡放置在中繼透鏡對(duì)815之后。第一顏色帶中的光線820透射通過色彩分離鏡816，且第二顏色帶中的光線840由色彩分離鏡反射。在下面的討論中，將紅色作為第一顏色帶，將青色作為第二顏色帶。將會(huì)知道，在第一與第二顏色帶中可為其它顏色組合。
此后，透射通過色彩分離鏡816的光學(xué)支路稱為第一支路，且由分離鏡反射的光線支路稱為第二支路。該第一與第二支路包含各自的孔徑光柵818a與818b。物鏡813與中繼透鏡系統(tǒng)814的一部分，例如第一中繼透鏡對(duì)，結(jié)合以在孔徑光柵818a與818b處形成隧道積分器802輸入端810的像。這增加了系統(tǒng)的光線通過量并增加圖像亮度的均勻性。
光線820通過光柵818a和一個(gè)或多個(gè)透鏡，到達(dá)轉(zhuǎn)向反射鏡824a。在說明的實(shí)施例中，光線820通過兩個(gè)中繼透鏡826與828，并在到達(dá)第一透射成像器832a前由轉(zhuǎn)向反射鏡824反射。從透射成像器832a透射的圖像光線834a進(jìn)入色彩合并單元836，例如x-cube合色鏡，并朝向投影透鏡系統(tǒng)822引導(dǎo)。
由分色鏡816反射的第二顏色帶中的光線840通過第二光柵818b?？刹捎玫诙史蛛x鏡842將第二顏色帶分離為第一與第二顏色子帶。例如，如果光線840為青色，那么可使用第二色彩分離器842將光線840分離為綠色帶與藍(lán)色帶。第二色彩分離器842向第二透射成像器832b引導(dǎo)例如綠色光的第一顏色子帶中的光線。透射穿過第二色彩分離鏡842的光線，例如藍(lán)色光線，可由轉(zhuǎn)向鏡846引導(dǎo)至第三透射成像器832c。
傳播至第二或第三透射成像器832b與832c的光線840通過一個(gè)或多個(gè)構(gòu)成部分中繼透鏡系統(tǒng)814的中繼透鏡。在說明的實(shí)施例中，第一顏色子帶中的光線通過中繼透鏡846與848。第二顏色子帶中的光線通過中繼透鏡846，850，852與854。該中繼透鏡系統(tǒng)，包括透鏡815，826，828，846，848，850，852與854，可用于將隧道積分器802的輸入端810經(jīng)由不同的成像器832a，832b與832c成像至投影透鏡系統(tǒng)的光柵821。
分別透射通過第二與第三透射成像器832b與832c的圖像光束834b與834c與來自第一透射成像器832a的圖像光束834a在色彩合并單元836中結(jié)合。該三色圖像然后可到達(dá)投影透鏡系統(tǒng)822，用于在屏幕上(未示出)投影。
將會(huì)明白，上述說明僅列出由下面提供的權(quán)利要求涵蓋的本發(fā)明的一些實(shí)施例，并可對(duì)說明的實(shí)施例作出各種修改，同時(shí)保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，針對(duì)基于一個(gè)和三個(gè)成像單元，示出了投影照明系統(tǒng)。將會(huì)明白，使用不同數(shù)量成像單元，例如兩個(gè)成像單元的投影系統(tǒng)也可涵蓋本發(fā)明。在另一示例中，放置在隧道物鏡與(多個(gè))成像器間的透鏡數(shù)量可與示出的不同。例如，除了成像器物鏡外，可有多于一個(gè)的中繼透鏡。
如上所述，本發(fā)明可用于投影系統(tǒng)，并相信對(duì)于增加投影圖像的亮度均勻性特別有用，同時(shí)能保持或降低形成該系統(tǒng)的光學(xué)部件的成本。不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明局限于上述的多個(gè)具體實(shí)施例，而應(yīng)理解，本發(fā)明將涵蓋由所附權(quán)利要求說明的本發(fā)明的各個(gè)方面。各種修改，等效過程與本發(fā)明可應(yīng)用的大量結(jié)構(gòu)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，本發(fā)明所側(cè)重的方面取決于對(duì)本說明書的理解。權(quán)利要求意圖涵蓋這些修改與裝置。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括產(chǎn)生照明光的光源；配置其使照明光均勻的隧道積分器，該隧道積分器具有輸入與輸出端；在靠近隧道積分器輸出端配置的隧道積分器物鏡；配置其用于接收照明光的至少一個(gè)成像器；在隧道積分器物鏡與至少一個(gè)成像器之間配置的中繼透鏡系統(tǒng)，以從隧道積分器向該至少一個(gè)成像器中繼照明光，該中繼透鏡系統(tǒng)包括至少一個(gè)中繼透鏡；以及在第一中繼透鏡與該至少一個(gè)成像器間配置的第一孔徑光柵。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該隧道積分器的輸入端實(shí)際上在第一孔徑光柵處成像。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括投影透鏡系統(tǒng)，以投影從該至少一個(gè)成像器接收的圖像光。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，隧道積分器的輸入端實(shí)際上在投影透鏡系統(tǒng)的光柵處成像。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該隧道積分器物鏡為負(fù)透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該隧道積分器物鏡為正透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，中繼透鏡系統(tǒng)包括多于一個(gè)的中繼透鏡，第一中繼透鏡的位置比中繼透鏡系統(tǒng)的其它中繼透鏡更接近隧道積分器物鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一中繼透鏡的位置比其它位于隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器間的任何其他透鏡更接近隧道積分器物鏡。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括配置在第一中繼透鏡與該至少一個(gè)成像器間的至少一個(gè)第二中繼透鏡。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，第一孔徑光柵位于第一與第二中繼透鏡之間。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，第一孔徑光柵位于接近第一與第二中繼透鏡間的中點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，光源包括產(chǎn)生照明光的燈和向隧道積分器輸入端反射照明光的反射鏡。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器包括至少兩個(gè)成像器；色彩分離光學(xué)儀，以將照明光分離為至少兩個(gè)顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀以合并從該至少兩個(gè)成像器接收的至少兩個(gè)顏色帶中的圖像光。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，色彩分離光學(xué)儀包括至少一個(gè)分色鏡。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，色彩合并光學(xué)儀包括彩色棱鏡。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)透射成像器。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)透射成像器包括至少三個(gè)透射成像器；和色彩分離光學(xué)儀，配置其將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以合并從該至少三個(gè)透射成像器接收的至少三個(gè)相應(yīng)的顏色帶中的圖像光。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)成像器，其包括沿至少兩個(gè)方向中的一個(gè)引導(dǎo)部分入射光線的像素反射鏡陣列。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)反射成像器。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)偏光分束鏡，配置其將來自中繼透鏡系統(tǒng)的入射在該至少一個(gè)反射成像器上的光從由該至少一個(gè)反射成像器反射的圖像光中分離。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)反射成像器包括至少三個(gè)反射成像器；且還包括色彩分離光學(xué)儀，以將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以將該來自至少三個(gè)反射成像器的圖像光合并為單個(gè)圖像光束。
22.一種照明系統(tǒng)，包括產(chǎn)生照明光的光源；配置其以均勻照明光的隧道積分器，該隧道積分器具有輸入端與輸出端；配置在接近隧道積分器輸出端的隧道積分器物鏡，該隧道積分器物鏡為負(fù)透鏡；配置其接收照明光的至少一個(gè)成像器；配置在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器間的中繼透鏡系統(tǒng)，以從該隧道積分器向該至少一個(gè)成像器中繼照明光，該中繼透鏡系統(tǒng)包括至少第一中繼透鏡。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括配置在第一中繼透鏡與該至少一個(gè)成像器之間的孔徑光柵，該隧道積分器的輸入端實(shí)際上在該孔徑光柵處成像。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括投影透鏡單元，以投影從該至少一個(gè)成像器單元接收的圖像光。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，隧道積分器的輸入端實(shí)際上在投影透鏡系統(tǒng)的光柵處成像。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，中繼透鏡單元包括多于一個(gè)的中繼透鏡，第一中繼透鏡的位置比中繼透鏡單元中的其它中繼透鏡更接近隧道積分器物鏡。
27.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，第一中繼透鏡的位置比任一其它配置在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器間的透鏡更接近該隧道積分器物鏡。
28.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括配置在第一中繼透鏡與該至少一個(gè)成像器間的第二中繼透鏡。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，孔徑光柵位于第一與第二中繼透鏡之間。
30.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，孔徑光柵位于接近第一與第二中繼透鏡的中點(diǎn)。
31.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，光源包括產(chǎn)生照明光的燈和向隧道積分器輸入端反射照明光的反射鏡。
32.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括至少兩個(gè)成像器；色彩分離光學(xué)儀，以將照明光分離為至少兩個(gè)顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以合并來自該至少兩個(gè)成像器的該至少兩個(gè)顏色帶中的圖像光。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，該色彩分離光學(xué)儀包括至少一個(gè)分色鏡。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，該色彩合并光學(xué)儀包括彩色棱鏡。
35.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器包括至少一個(gè)透射成像器。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)透射成像器包括至少三個(gè)透射成像器；和色彩分離光學(xué)儀，配置其將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以合并從該至少三個(gè)透射成像器接收的該至少三個(gè)各自的顏色帶中的圖像光。
37.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器包括至少一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)成像器，其包括沿至少兩個(gè)方向中的一個(gè)引導(dǎo)部分入射光的像素反射鏡陣列。
38.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器包括至少一個(gè)反射成像器。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)偏光分束鏡，配置其將來自中繼透鏡系統(tǒng)的入射在該至少一個(gè)反射成像器的光從由該至少一個(gè)反射成像器反射的圖像光中分離。
40.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)反射成像器包括至少三個(gè)反射成像器；且還包括色彩分離光學(xué)儀，以將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以將來自該至少三個(gè)來自反射成像器的圖像光合并為單個(gè)圖像光束。
41.一種照明系統(tǒng)，包括產(chǎn)生照明光的光源；配置其以均勻照明光的隧道積分器，該隧道積分器具有輸入端與輸出端；配置在接近隧道積分器輸出端的隧道積分器物鏡；配置其接收照明光的至少一個(gè)成像器；配置在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器間的中繼透鏡系統(tǒng)，以從該隧道積分器向該至少一個(gè)成像器中繼照明光，該中繼透鏡系統(tǒng)包括至少第一中繼透鏡；以及配置在隧道積分器物鏡與該至少一個(gè)成像器間的第一孔徑光柵，隧道積分器的輸入端實(shí)際上在該第一孔徑光柵處成像。
42.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，還包括還包括投影透鏡系統(tǒng)，以投影從該至少一個(gè)成像器接收的圖像光。
43.如權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，隧道積分器的輸入端實(shí)際上在投影透鏡系統(tǒng)的光柵處成像。
44.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，隧道積分器物鏡為負(fù)透鏡。
45.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，隧道積分器物鏡為正透鏡。
46.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，還至少包括配置在第一中繼透鏡與該至少一個(gè)成像器間的第二中繼透鏡。
47.如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其中，該第一孔徑光柵位于第一與第二中繼透鏡之間。
48.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其中，該第一孔徑光柵位于接近第一與第二中繼透鏡的中點(diǎn)。
49.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，光源包括產(chǎn)生照明光的燈和向隧道積分器輸入端反射照明光的反射鏡。
50.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器包括至少兩個(gè)成像器；色彩分離光學(xué)儀，以將照明光分離為至少兩個(gè)顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以合并從該至少兩個(gè)成像器接收的該至少兩個(gè)顏色帶中的圖像光。
51.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，色彩分離光學(xué)儀包括至少一個(gè)分色鏡。
52.如權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，色彩合并光學(xué)儀包括彩色棱鏡。
53.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)透射成像器。
54.如權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)透射成像器包括至少三個(gè)透射成像器；和色彩分離光學(xué)儀，配置其將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以合并從該至少三個(gè)透射成像器接收的該至少三個(gè)各自的顏色帶中的圖像光。
55.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)成像器，其包括沿至少兩個(gè)方向中的一個(gè)引導(dǎo)部分入射光的像素反射鏡陣列。
56.如權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)成像器為至少一個(gè)反射成像器。
57.如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)偏光分束鏡，配置其將來自中繼透鏡系統(tǒng)的入射在該至少一個(gè)反射成像器的光從由該至少一個(gè)反射成像器反射的圖像光中分離。
58.如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)反射成像器包括至少三個(gè)反射成像器；且還包括色彩分離光學(xué)儀，以將來自隧道積分器的光分離為至少三個(gè)各自的顏色帶；以及色彩合并光學(xué)儀，以將來自該至少三個(gè)來自反射成像器的圖像光合并為單個(gè)圖像光束。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)，包括隧道積分器，在其輸出端具有物鏡。使用該物鏡的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是當(dāng)與該照明系統(tǒng)中的其它中繼透鏡和/或成像器物鏡結(jié)合時(shí)，可在該中繼系統(tǒng)的第二光柵處形成隧道積分器入口端的像。這減少了虛化，增加了亮度的均勻性，并增加了光線通過量。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1771737SQ200480009646
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者史蒂芬·K·?？斯?申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司