專利名稱：用于dlp的投影光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于投影光學技術(shù)領域，具體涉及一種用于DLP(數(shù)字光處理，Digital Light Processing)的投影光學系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
DLP是目前實現(xiàn)大屏幕顯示的主要方式之一，它以DMD(數(shù)字微反射鏡裝置，Digital Micromirror Device)作為反射圖像源。DMD是美國的TI(TexasInstruments)研制生產(chǎn)的一種微晶片，其工作區(qū)域為一微反射鏡陣列，這些微反射鏡通過控制其翻轉(zhuǎn)狀態(tài)(開和關(guān)兩種狀態(tài))反射入射光而將圖像顯示在屏幕上，每個微反射鏡的輸出光強度取決于其處于開狀態(tài)的時間長短，開狀態(tài)時間越長，則其輸出的光強度就越大。
DMD上的微反射鏡繞著其對角線方向轉(zhuǎn)動，改變?nèi)肷涔獾某錾浣嵌龋钥刂破聊簧舷鄳獏^(qū)域的亮度和色彩。因此，為了使用DMD以達到較好的效果，照射光束必須垂直于微反射鏡的對角方向入射。
同時，為了將入射照明光束和出射成像光束相分離，通常使用TIR棱鏡以達到此效果。TIR棱鏡由兩塊棱鏡組成，兩塊棱鏡之間存在一個非常窄的空氣間隙。照明光束垂直通過第一塊棱鏡的第一表面打到第二表面上，光束滿足全反射條件被反射到DMD上。而被DMD上所有開狀態(tài)的微反射鏡所反射的光束將垂直通過第一塊棱鏡的第三表面到達第二表面，由于光線入射角不滿足全反射條件，因此光束將通過該表面以及其后的第二塊棱鏡進入投影鏡頭，最后在屏幕上成像。TIR棱鏡和DMD共用的專利包括Simon Magarill的美國專利No.5551712；Magarill的美國專利No.5604624；Peterson等人的美國專利No.6185047；Poradish等人的美國專利No.6249387；Fielding等人的美國專利No.6250763；Okamori等人的美國專利No.6349006；以及Magarill等人的美國專利No.6461000，等等。
圖1為傳統(tǒng)采用DMD和TI R棱鏡的投影光學系統(tǒng)的框架圖，如圖所示，該投影光學系統(tǒng)包括光源11例如高壓汞燈；色輪(Color Wheel)12，用于將從光源11輸出的光束分成紅、綠、藍三基色；勻光管(Light Pipe)13，用于接收從色輪12輸出的光束并均勻分布亮度；中繼透鏡組14，用于接收從勻光管13輸出的光束并將勻光管13的出射面成像于DMD16的工作面上；TIR棱鏡系統(tǒng)15，用于接收從中繼透鏡組14輸出的光束并以一定的角度出射該光束；DMD16，根據(jù)圖像信號控制傳播進入TIR棱鏡系統(tǒng)15的光束；和投影鏡頭17，用于接收從TIR棱鏡系統(tǒng)15輸出的光束并將其投射到投影屏幕上。
如前所述的投影光學系統(tǒng)描述如下。首先，光源11通過形成光的燈芯和反射光的反光碗出射光，通過以一定速率轉(zhuǎn)動的色輪12后，被分成各種色光，并且入射到勻光管13中。勻光管13使入射其中的光束均勻化，在出射面形成一個光亮度均勻的矩形區(qū)域，于是出射面可以被認為是一個均勻的平面光源。然后通過中繼透鏡組14和TIR棱鏡系統(tǒng)15，將勻光管13的出射面成像在DMD16的工作面上，形成一個均勻的照明。DMD16工作面上的各個微反射鏡受外來的圖像信號控制而分別處于開或者關(guān)的狀態(tài)，分別將入射到DMD16工作面上的光線反射回TIR棱鏡系統(tǒng)并進入投影鏡頭17投射到屏幕上或者反射到吸光區(qū)域被吸收掉，最后在屏幕上得到了相應的圖像。然而入射到DMD16的光束的主光線必須與微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸垂直并與微反射鏡的法線形成一個預定的夾角。因此從光源11到TIR棱鏡系統(tǒng)15的光路將相對于DMD16的邊緣將向上或者向下傾斜45°。
在這種情況下，為了投射出端正的矩形畫面，也就是DMD16的長邊要與水平面平行，這就要求照明軸和光源軸必須與水平面成45°夾角，這對于光源的使用是不利的；例如，燈制造商(Philips)規(guī)定其高壓汞燈的光軸的最大傾斜角為20°。而且整個照明光路向上傾斜45°，致使整個投影光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過于松散，體積較為龐大。因此利用這種投影光學系統(tǒng)難以縮小投影機的尺寸。
實用新型內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于DLP的投影光學系統(tǒng)，在其照明光路中添加一塊反射鏡，通過調(diào)節(jié)其位置及其角度，使光源軸位于水平方向，而且可以使整個投影光學引擎的結(jié)構(gòu)緊湊，并由之可以設計出小尺寸的投影機。
本實用新型的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種用于DLP的投影光學系統(tǒng)，包括一個光源，用于發(fā)光；一個色輪，用于將光源發(fā)出的光分成各種色光；一個勻光管，用于形成具有均勻光亮度的光束；一組中繼透鏡，用于接收從勻光管輸出的光束并將勻光管的出射面成像于DMD的工作面上；一個TIR棱鏡系統(tǒng)，用于將光的方向和角度改變成DMD工作所需的方向和角度；和一個DMD，用于根據(jù)圖像信號，將從照明光路過來的光束反射入投影鏡頭，進而在屏幕上形成圖像，其特征在于在中繼透鏡組中增加一個反光鏡，用于反射勻光管輸出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸。
光源的光軸位于水平面。
TIR棱鏡系統(tǒng)和DMD設置在其他元件之上，反光鏡將反光鏡之前的光束折疊，使其后的光路位于該光束之上。
中繼透鏡組包括三片中續(xù)透鏡，其中前兩片中繼透鏡，用于接收并會聚從勻光管輸出的光束，反射鏡，置于這兩片中繼透鏡之后，以反射并折疊光路，其反射光束通過第三片中繼透鏡以及其后的TIR棱鏡系統(tǒng)后，在DMD的工作面上形成一個均勻的矩形照明區(qū)域，即為勻光管出光面的像。
本實用新型利用反射鏡將照明光路分成兩部分折疊起來，形成一個緊湊的結(jié)構(gòu)。反射鏡的方向可以調(diào)整，以確保光源的光軸位于水平面上，并且從照明光路輸出到TIR棱鏡系統(tǒng)的光路的方向與DMD微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸垂直，并且通過TIR棱鏡系統(tǒng)后能夠輸出具有DMD工作所需要的方向和角度的光束。


圖1為傳統(tǒng)采用DMD和TIR棱鏡的投影光學系統(tǒng)的框架圖；圖2為本實用新型用于DLP的投影光學系統(tǒng)的正視圖；圖3為本實用新型用于DLP的投影光學系統(tǒng)的俯視圖。
具體實施方式
圖2、圖3分別為本發(fā)明用于DLP的投影光學系統(tǒng)的正視圖和俯視圖。如圖中所示，該投影光學系統(tǒng)包括光源11；色輪(Color Wheel)12，用于將從光源11輸出的光束分成紅、綠、藍三基色；勻光管(Light Pipe)13，用于接收從色輪12輸出的光束并在其出光面形成一個具有均勻光亮度的矩形區(qū)域；中繼透鏡組包括三片中續(xù)透鏡，兩片中繼透鏡24，用于接收并會聚從勻光管13輸出的光束，并與另一片中繼透鏡26一起將勻光管13的出光面成像于DMD16的工作面上；反射鏡25，置于中繼透鏡24與中繼透鏡26之間，用于折疊光路，使其后的光路垂直于DMD16中微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸；中繼透鏡26，用于接收并會聚從反光鏡25輸出的光束，并與中繼透鏡24一起將勻光管13的出光面成像于DMD16的工作面上；TIR棱鏡系統(tǒng)15，用于接收從中繼透鏡26輸出的光束并以預定的方向和角度出射該光束；DMD16，根據(jù)圖像信號控制各個微反射鏡，反射圖像光束通過TIR棱鏡系統(tǒng)15進入投影鏡頭17；投影鏡頭17，用于接收從TIR棱鏡系統(tǒng)15輸出的光束并將其投射到投影屏幕上。
從光源11發(fā)出的光束，通過以一定速率轉(zhuǎn)動的色輪12分色后，進入勻光管13，在勻光管13的出光面形成一個以一定頻率變換色彩的具有均勻光亮度的矩形區(qū)域，該出光面可以被認為是一個均勻的平面光源；從勻光管13的出光面輸出的光束經(jīng)過中繼透鏡24會聚，投射到反光鏡25上，反射鏡25使光路發(fā)生折疊，其反射光束經(jīng)過中繼透鏡26會聚后垂直進入TIR棱鏡系統(tǒng)15；通過計算確定TIR棱鏡的各個角度，確保光束在TIR表面上發(fā)生全反射，并且使TIR棱鏡系統(tǒng)15的出射光束的方向和角度滿足DMD16工作所需；DMD16受圖像信號的控制，各個微反射鏡獨立翻轉(zhuǎn)，分別處于開或者關(guān)狀態(tài)，形成一個圖像源，其中開狀態(tài)的微反射鏡將從TIR棱鏡系統(tǒng)15過來的光束以垂直的角度反射回TIR棱鏡系統(tǒng)15，并通過TIR棱鏡系統(tǒng)15和投影鏡頭17后將圖像投影到屏幕上。
為了在屏幕上得到一個端正的矩形圖像，DMD16的長邊必須與水平面平行。根據(jù)DMD16的工作特性，如圖2所示，TIR棱鏡系統(tǒng)15和中繼透鏡26的光軸與水平面成45°夾角。通過調(diào)整反射鏡25的位置和方向，可以使光源11的光軸位于水平方向，保證光源11處于良好的工作狀態(tài)，同時也使TIR棱鏡系統(tǒng)15和DMD16位于中繼透鏡24之上，使整個光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。
權(quán)利要求1.一種用于DLP的投影光學系統(tǒng)，包括一個光源，用于發(fā)光；一個色輪，用于將光源發(fā)出的光分成各種色光；一個勻光管，用于形成具有均勻光亮度的光束；一中繼透鏡組，用于接收從勻光管輸出的光束并將勻光管的出射面成像于DMD的工作面上；一個TIR棱鏡系統(tǒng)，用于將光的方向和角度改變成DMD工作所需的方向和角度；和一個DMD，用于根據(jù)圖像信號，將從照明光路過來的光束反射入投影鏡頭，進而在屏幕上形成圖像，其特征在于在中繼透鏡組中增加一個反光鏡，用于反射勻光管輸出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸。
2.如權(quán)利要求1所述的用于DLP的投影光學系統(tǒng)，其特征在于光源的光軸位于水平面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于DLP的投影光學系統(tǒng)，其特征在于TIR棱鏡系統(tǒng)和DMD設置在其他元件之上，反光鏡將反光鏡之前的光束折疊，使其后的光路位于該光束之上。
4.如權(quán)利要求1所述的用于DLP的投影光學系統(tǒng)，其特征在于中繼透鏡組包括三片中續(xù)透鏡，兩片中繼透鏡，用于接收并會聚從勻光管輸出的光束，反射鏡，置于這兩片中繼透鏡之后，并與另一片中繼透鏡一起將勻光管的出光面成像于DMD的工作面上。
專利摘要本實用新型提供一種用于DLP的投影光學系統(tǒng)，包括一個光源，用于發(fā)光；一個色輪，用于將光源發(fā)出的光分成各種色光；一個勻光管，用于形成具有均勻光亮度的光束；一組中繼透鏡，用于接收從勻光管輸出的光束并將勻光管的出射面成像于DMD的工作面上，在中繼透鏡組中增加一個反光鏡，用于反射勻光管輸出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射鏡的轉(zhuǎn)動軸；一個TIR棱鏡系統(tǒng)，用于將光的方向和角度改變成DMD工作所需的方向和角度；和一個DMD，用于根據(jù)圖像信號，將從照明光路過來的光束反射入投影鏡頭，進而在屏幕上形成圖像。本實用新型利用反射鏡將照明光路分成兩部分折疊起來，形成一個緊湊的結(jié)構(gòu)，同時確保光源的光軸位于水平面上。
文檔編號G02B27/18GK2921892SQ20062011879
公開日2007年7月11日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者奚曉, 姚思一 申請人:大恒新紀元科技股份有限公司光電研究所