專利名稱：照明系統(tǒng)和含有這種照明系統(tǒng)的圖象投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種依次包括一光源和一積分器系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及含有這種照明系統(tǒng)的圖象投影裝置。
在開篇中所述的包含一照明系統(tǒng)的圖象投影裝置尤其可見于美國(guó)專利US-A 5,098,184。該專利描述的圖象投影裝置包括用于提供照明光束的照明系統(tǒng)和具有至少一用于調(diào)制該光束以便與欲投影的圖象信息一致的顯示板。除了光源、光源后的反射器、和聚光鏡以外，該照明系統(tǒng)還包括一積分器系統(tǒng)。在積分器系統(tǒng)后面另有一個(gè)用于使所有的再生圖象疊加在顯示板平面中的透鏡。
如果顯示板通過偏振調(diào)制將圖象信息加到光束中，液晶顯示板通常位于兩個(gè)偏振器之間。如果非偏振光照射到顯示板上，約有一半將被第一偏振器吸收而損耗，不能用于形成圖象。而且，吸收使偏振器和顯示板變熱，可能損壞顯示板。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種照明系統(tǒng)，其中由光源發(fā)出的非偏振光基本全部被轉(zhuǎn)換成具有一個(gè)相同的偏振方向的光束，不會(huì)發(fā)生明顯的光的損耗。依此方式，不用在光源自身上花費(fèi)太大的努力即可實(shí)現(xiàn)具有較大光輸出的照明系統(tǒng)。
為此，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的特征在于第一反射裝置在積分器系統(tǒng)的出射面中，該照明系統(tǒng)還包括反射偏振器形式的第二反射裝置，經(jīng)由第二反射裝置至少部分地將積分器系統(tǒng)的輸出面成象在第一反射裝置上的光學(xué)系統(tǒng)位于第一反射裝置和第二反射裝置之間，偏振轉(zhuǎn)換裝置位于第一和第二反射裝置之間。
本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)能從光束中消除一個(gè)偏振方向的光吸收元件或光遮擋元件被反射元件替換，因此不期望的偏振方向能被回收，被偏振轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成期望的偏振方向，因而以另一種方式對(duì)光輸出作貢獻(xiàn)。
上述發(fā)明思想通過第一和第二反射裝置以及偏振轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)，非期望的光在第一和第二反射裝置之間反射，偏振轉(zhuǎn)換裝置用于至少部分地將非期望的光轉(zhuǎn)換成期望的光。因此非期望的光被回收而不是被吸收或遮擋，因此實(shí)現(xiàn)了較高的光輸出，且不會(huì)使照明系統(tǒng)更復(fù)雜。
該光學(xué)系統(tǒng)確保來自第二反射裝置的光至少部分地到達(dá)第一反射裝置，反之亦然。
該積分器系統(tǒng)可以不同的方式實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第一實(shí)施方案的特征在于積分器系統(tǒng)包含第一和第二透鏡板，其中第二透鏡板的透鏡集體構(gòu)成積分器系統(tǒng)的出射表面。
在這種情況下，第二透鏡板的平面位于積分器系統(tǒng)的出射平面中。積分器系統(tǒng)的出射表面位于出射平面中。第二透鏡板表面具有積分器功能，換句話說，被第二透鏡板的透鏡占據(jù)的表面應(yīng)理解為出射表面。
每個(gè)透鏡板為透鏡矩陣，第一透鏡板的每個(gè)透鏡將光源成象在第二透鏡板的一個(gè)透鏡上。第二透鏡板的每個(gè)透鏡將相應(yīng)的第一透鏡成象在由照明系統(tǒng)照明的記錄載體上。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第一反射裝置具有位于第二透鏡板上的反射元件。
在這種情況下，第二透鏡板包含透鏡和反射元件。可以用不同的方法布置透鏡和反射元件。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第一反射裝置至少包括一個(gè)鄰近第二反射板并位于積分器系統(tǒng)的出射面的反射元件。
在這種情況下，至少一個(gè)單獨(dú)的反射元件位于第一反射裝置的平面中。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案，其中積分器系統(tǒng)以一種不同方式實(shí)施，其特征在于所述積分器系統(tǒng)包括一光學(xué)透明條，該光學(xué)透明條的遠(yuǎn)離光源的端面構(gòu)成積分器系統(tǒng)的出射面。
由于光在透明條中的反射發(fā)生在該條的側(cè)壁上，在透明條的遠(yuǎn)離光源的端面處將產(chǎn)生均勻的光分布。
透明條的遠(yuǎn)離光源的端面可認(rèn)為是積分器系統(tǒng)的出射面。出射面所在的平面是積分器系統(tǒng)的出射平面。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第一反射裝置包括鄰近透明條的至少一個(gè)發(fā)生元件，該反射元件位于積分器系統(tǒng)的出射平面中。
在這種情況下，第一發(fā)生裝置由位于積分器系統(tǒng)的出射平面中的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的反射元件構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第二反射裝置圍成與光軸成90°的一個(gè)角度，該光學(xué)系統(tǒng)包括第一和第二透鏡，積分器系統(tǒng)的出射平面的圖象由位于第二透鏡的焦平面中的第一透鏡形成。
通過傾斜第二反射裝置的平面，積分器系統(tǒng)的出射平面的圖象可以移動(dòng)穿過出射平面。通過該光學(xué)系統(tǒng)，反射圖象的特性與光入射穿過出射平面的情形相同。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于偏振器是線逆向(retro-directive)偏振器。
當(dāng)光束到達(dá)反射偏振器時(shí)，非期望的偏振方向被再反射到其入射的方向，因此到達(dá)第一反射裝置。偏振轉(zhuǎn)換裝置確保該光束的偏振方向被轉(zhuǎn)換，因此該光束在被第一反射裝置反射后獲得了另一個(gè)對(duì)照明系統(tǒng)的光輸出產(chǎn)生貢獻(xiàn)的機(jī)會(huì)。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于偏振器是膽甾醇型的偏振器。
在這種情形下，光源發(fā)出的非偏振光在偏振器上是圓偏振的。
膽甾醇型的偏振器是已知的偏振器。這種偏振器具有一個(gè)膽甾醇型次序的液晶聚合物材料的光學(xué)層。這意味著溶解狀態(tài)中的材料分子自發(fā)地變成間距p的螺旋或螺旋狀的結(jié)構(gòu)。當(dāng)把這種溶液作為薄的有源層放在兩平行基底之間后，該螺旋狀結(jié)構(gòu)被定向?yàn)槠漭S與層面垂直。
當(dāng)非偏振光入射到膽甾醇型的偏振器上時(shí)，左旋和右旋圓偏振光束分量被彼此分開。即，旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)螺旋方向的光束分量將被反射，而其他旋轉(zhuǎn)方向的光束分量將通過。然而，通過與否，不僅取決于旋轉(zhuǎn)方向，還取決于入射光的波長(zhǎng)，反射波長(zhǎng)λ0=1/2(no+ne)p。在其旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)間距方向的光束分量中，只有落在波長(zhǎng)帶λ0中的部分將被反射。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于偏振器是偏振光分束器。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第一反射裝置是鏡面反射的，λ/4片放在第一反射裝置上或放在第一和第二反射裝置之間。為使反射偏振器反射的光有其他機(jī)會(huì)穿過偏振器，第一和第二反射裝置之間的非期望的偏振方向應(yīng)被轉(zhuǎn)換成期望的偏振方向。這可通過，例如用鏡面裝置形成第一反射裝置和在第一反射裝置上或在第一或第二反射裝置之間提供λ/4片來實(shí)現(xiàn)。然后來自偏振器的線偏振光首先被λ/4片轉(zhuǎn)換成圓偏振光。鏡面反射器的偏振方向在該反射器上反轉(zhuǎn)。當(dāng)該圓偏振光又經(jīng)過λ/4片時(shí)，它被轉(zhuǎn)換成偏振方向與原始光束互補(bǔ)的線偏振光。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于第一反射裝置是鏡面裝置。
當(dāng)被膽甾醇型的偏振器反射的光束分量再次到達(dá)第一反射裝置時(shí)，其偏振方向被反轉(zhuǎn)，只要第一反射裝置是鏡面反射。因此來自第一反射裝置的光束分量具有適于膽甾醇型偏振器穿過的偏振方向。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于膽甾醇型的偏振器具有單層液晶聚合物材料，在該層中分子螺旋的間距在分別對(duì)應(yīng)覆蓋至少可見光區(qū)所需的反射帶的下限和上限的兩個(gè)值之間變化。
這提供了在可見光范圍內(nèi)偏振分離的可能性。這在具有單層顯示板的彩色圖象投影裝置中特別有用。單層膽甾醇型偏振器的優(yōu)點(diǎn)在于可獲得較多的光，并且偏振器比較薄，盡管波長(zhǎng)范圍大。而且，能用簡(jiǎn)單方式考慮非直角入射在偏振器上的情況下反射波段的移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的特征在于λ/4片放在膽甾醇型的偏振器和顯示板之間。
有調(diào)制圓偏振光的顯示板，也有調(diào)制線偏振光的顯示板。由于膽甾醇型的偏振器是圓偏振器，在線性顯示板的情形下，在偏振器和顯示板之間放入一λ/4片，依此將圓偏振光分量轉(zhuǎn)換成線偏振光分量。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的另一實(shí)施方案，其中積分器系統(tǒng)包括第一和第二透鏡片，其特征在于，第二透鏡片是半圓形，該照明系統(tǒng)適合于在第二透鏡片的位置提供半圓形照明光束。
依此方式，投影透鏡的光孔能理想地充滿光。
本發(fā)明還涉及依次包含一照明系統(tǒng)、一用于調(diào)制照明系統(tǒng)提供的照明光束的圖象顯示系統(tǒng)、和一投影透鏡系統(tǒng)的圖象投影裝置，該照明系統(tǒng)按前述方法實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的圖象投影裝置，其中積分器系統(tǒng)包括第一和第二透鏡片，其特征在于，第一透鏡片的透鏡的寬高比與顯示板的寬高比相對(duì)應(yīng)。
依此方式實(shí)現(xiàn)了顯示板的有效照明。
本發(fā)明還涉及包括圖象投影屏和含有前述照明系統(tǒng)的頂光投影儀的演示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的圖象系統(tǒng)的特征在于圖象投影屏含有一偏振器，該偏振器的透射偏振方向?qū)?yīng)于照明系統(tǒng)提供的照明光束的偏振方向。
本發(fā)明還涉及適合于用在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)中的積分器系統(tǒng)。
應(yīng)注意，所有上述的λ/4片優(yōu)選為消色的，即，它們?cè)趯挼牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)有效，因此本發(fā)明可以毫無問題地用于彩色圖象投影裝置。
參照下述的實(shí)施例本發(fā)明的這些和其他方面將變得很清晰透徹。
在附圖中

圖1(a),1(b),2和3表示根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的實(shí)施方案；圖4(a)表示透鏡元件和反射元件在第二液晶板上的可能分布；圖4(b)表示對(duì)于具有半圓形剖面的光束，積分器表面和反射表面在積分器系統(tǒng)逸出平面上的可能分布；圖5表示含有根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的圖象投影裝置的實(shí)施方案；圖6表示含有根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的頂光投影儀的實(shí)施方案。
圖1(a)概略地表示的照明系統(tǒng)1包括光源5，光源被例如拋物面反射器7部分地包圍，其后是聚光鏡9。光源5也可以被球面反射器部分地包圍，這時(shí)，可以省掉聚光鏡。
照明系統(tǒng)1還包括用于優(yōu)化均勻性和光輸出的積分器系統(tǒng)11。積分器系統(tǒng)11可以由第一透鏡板13和第二透鏡板15組成，如圖1(a),1(b)中的實(shí)施例所示。每個(gè)透鏡板分別包括多個(gè)排列成矩陣形式的透鏡，分別用17,19表示。第一透鏡板13中的每個(gè)透鏡17在對(duì)應(yīng)的第二透鏡板15的透鏡19中產(chǎn)生照亮圖象(1amp image)。第二透鏡板15的每個(gè)透鏡19在窗口圖象位置處產(chǎn)生第一透鏡板13中的對(duì)應(yīng)透鏡17的圖象，所有的圖象在窗口圖象位置處疊加。
積分器系統(tǒng)11也可以由光學(xué)透明條構(gòu)成，如圖3所示。耦合進(jìn)入透明條的光在側(cè)壁上反射幾次，由此在透明條的遠(yuǎn)離光源5的端面21上實(shí)現(xiàn)均勻的光分布。
本發(fā)明提出的照明系統(tǒng)使光源提供的非偏振光基本全部被轉(zhuǎn)換成具有一個(gè)相同偏振方向的光束，沒有明顯的光損耗。這可通過以下措施實(shí)現(xiàn)在積分器系統(tǒng)11的出射表面提供第一反射裝置，在照明系統(tǒng)1中提供反射偏振器29形式的第二反射裝置，積分器系統(tǒng)11的出射表面經(jīng)由第二反射裝置被位于第一反射裝置和第二反射裝置之間的光學(xué)系統(tǒng)23成象在出射平面25中，還提供了偏振轉(zhuǎn)換裝置。
出射平面25是積分器系統(tǒng)11的出射表面所在的平面。如果積分器系統(tǒng)11包括第一和第二透鏡板，則出射表面由第二透鏡板15構(gòu)成。如果積分器系統(tǒng)11是光學(xué)透明條，則出射平面25是端面21所在的平面。
在圖1(a),1(b)中第一反射裝置具有與第二透鏡板集成為一體的反射元件27。在圖2和3中，第一反射裝置具有位于出射平面25中的至少一個(gè)單獨(dú)的反射元件。
該照明系統(tǒng)還包括在三個(gè)圖中反射偏振器29形式的第二反射裝置。
一光學(xué)系統(tǒng)，為簡(jiǎn)單起見用單個(gè)透鏡23表示，放在第一和第二反射裝置之間。積分器系統(tǒng)11的出射表面經(jīng)由第二反射裝置29通過積分器系統(tǒng)的出射平面25中的該光學(xué)系統(tǒng)成象。把第一反射裝置放在該圖象的位置，光能被再次反射到第二反射裝置。
以上述方式，可以回收光源5發(fā)出的非期望的偏振方向的光，給它又一次以不同偏振方向入射到第二反射裝置并穿過它的機(jī)會(huì)。
第一和第二反射裝置都可以有不同的實(shí)現(xiàn)方式。
如上所述，第一反射裝置可以由位于積分器系統(tǒng)11的出射平面中的單獨(dú)的元件構(gòu)成。這種方式對(duì)積分器系統(tǒng)的兩種實(shí)施方案都可行。第一反射裝置也可以與第二透鏡板15集成為一體。該實(shí)施方式只在具有透鏡板的積分器系統(tǒng)中是可行的。
第二反射裝置優(yōu)選地相對(duì)光軸傾斜，使得積分器系統(tǒng)出射表面的圖象移動(dòng)通過出射表面。
光學(xué)系統(tǒng)23可以包括，例如兩個(gè)透鏡，第二透鏡板15的每個(gè)透鏡19的窗口圖象形成在第一透鏡的焦平面中，所有的圖象一致。窗口圖象應(yīng)理解為照明光束在被照明的記錄載體處的剖面。通過改變第一透鏡的焦距，可以調(diào)節(jié)窗口圖象的尺寸。第二透鏡的選擇使得在由第一透鏡形成的第二透鏡板25的圖象位于第二透鏡的焦平面中時(shí)，它將第二透鏡板15成象在無窮遠(yuǎn)處。由于第一和第二透鏡的這種選擇，第二透鏡板15的圖象在反射裝置27上反射后又到達(dá)原先的平面25處，沒有尺寸變化。第二透鏡板15包括，例如和反射元件27一樣多的透鏡元件19，而且反射元件27與透鏡元件29尺寸相同。圖4(a)表示反射元件27與透鏡元件29在第二透鏡板15的表面上的一種可能分布。
由于第二反射裝置相對(duì)光軸傾斜，第二透鏡板的每個(gè)透鏡可以成象在透鏡之間的反射元件上。在被第二透鏡板的這些元件反射后，來自這些元件的光錐與來自第二透鏡板的透鏡的光錐相同，因?yàn)閬碜赃@些元件的光錐與來自第二透鏡板的透鏡的光錐在幾何上相同。以此，照明系統(tǒng)1的光輸出可以顯著增大。
第一反射裝置的另一實(shí)施例通過在積分器系統(tǒng)11的出射平面25中提供單獨(dú)的反射元件而實(shí)現(xiàn)，該元件在積分器系統(tǒng)的出射表面旁邊和/或之上。在這種情況下，第一反射裝置不與第二透鏡板集成為一體。該實(shí)施例可用在兩種積分器系統(tǒng)的可能實(shí)施中，后面將詳細(xì)描述。
第二反射裝置可形成為反射偏振器。有不同方法來完成。反射偏振器29可以是線性逆向偏振器。當(dāng)非偏振光入射到這種偏振器上時(shí)一半的光能通過。其他的偏振方向被反射回光束來的方向。為給反射光束第二次機(jī)會(huì)并使之對(duì)圖象的形成有貢獻(xiàn)，在第一反射裝置上或第一和第二反射裝置之間應(yīng)有一偏振轉(zhuǎn)換裝置。為此，第一反射裝置可形成一鏡面反射器，在第一反射裝置和偏振器之間放入一λ/4片。該λ/4片可以例如放在第一反射裝置附近。因此，偏振方向被轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)的偏振方向，當(dāng)它到達(dá)偏振器29時(shí)可以通過。
反射偏振器29也可以是膽甾醇型的偏振器。膽甾醇型的偏振器包括具有膽甾醇型次序的液晶材料，是圓偏振器，它反射旋轉(zhuǎn)方向與膽甾醇型材料的分子螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相對(duì)應(yīng)的偏振方向。反射的偏振方向應(yīng)該是顯示屏不需要的偏振方向，并朝向第一反射裝置反射?？傊?，第一反射裝置應(yīng)該形成為鏡面反射器，因?yàn)殓R面反射器將圓偏振光轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光。到達(dá)膽甾醇型的偏振器時(shí)，該旋轉(zhuǎn)方向的光能通過。如果希望照明系統(tǒng)提供線偏振光，則將來自膽甾醇型的偏振器的圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光的λ/4片31位于例如從光源看過去在膽甾醇型偏振器的后面。λ/4片31以虛線表示，因?yàn)樗强蛇x的。經(jīng)由積分器系統(tǒng)的出射表面通過例如第二透鏡板15的透鏡19的非偏振光被膽甾醇型的偏振器29圓偏振。不期望的偏振方向經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)23朝向出射平面28反射，并成象在第二透鏡板15上的反射元件27的圖案上。被這些元件27反射后，圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒎崔D(zhuǎn)，假設(shè)這些元件形成為鏡面反射器。光經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)23再次入射到膽甾醇型的偏振器29上，這時(shí)它具有合適的旋轉(zhuǎn)方向，可以通過。
另一種可行方案是將偏振器29形成為分束器。其實(shí)施例如圖1(b)所示。光源5發(fā)出的光被分束成兩個(gè)偏振方向。非期望的偏振方向入射到分束器30上，并經(jīng)由第一反射裝置和偏振轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成不同的偏振方向。
在圖2和3的實(shí)施例中，偏振器29當(dāng)然也可形成為分束器。非期望的偏振方向被分束器從光路偏轉(zhuǎn)，并送到反射器33。第一反射裝置也應(yīng)該形成鏡面形式，λ/4片應(yīng)該在偏振器29和第一反射裝置之間的光路上以便在光再一次到達(dá)分束器之前改變其偏轉(zhuǎn)方向。將分束器作為偏振器特別適合用于具有反射圖象顯示系統(tǒng)的圖象投影裝置的照明系統(tǒng)中。在這種情況下，不同偏振方向的光在傳播方向上也彼此分開。
如前所示，第一反射裝置可另外由位于積分器系統(tǒng)11的出射平面25中的反射元件35形成。第二反射裝置反射的光在反射元件35所在的位置產(chǎn)生積分器系統(tǒng)19的出射平面29中的出射表面例如透鏡板15或端面21的新圖象。該反射元件35再將光送到偏振器29，在此，如果偏振方向被轉(zhuǎn)換了，光還有機(jī)會(huì)通過。
反射偏振器29優(yōu)選地相對(duì)光軸傾斜，因此，與第一和第二反射裝置相結(jié)合，偏振器29反射的光到達(dá)反射元件35。在這種情況下，反射元件35應(yīng)該是鏡面分束器以便使入射偏振光的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)。反射元件35可以是例如金屬鏡?，F(xiàn)在反射元件35反射的光可以通過偏振器29。反射元件35上的端面21或第二透鏡板15的反射圖象和通過積分器的光的幾何特性與形狀相同。在出射平面25中，積分器系統(tǒng)的出射表面相對(duì)光軸0的反射圖象是相對(duì)通過光軸本身的光束的鏡象點(diǎn)(point-mirrored)。
在包括具有兩個(gè)透鏡板的積分器系統(tǒng)的照明系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，照明系統(tǒng)的形成使得半圓或1/4圓截面的光束在第二透鏡板位置處產(chǎn)生，且光源提供的光束中沒有光的損耗。這時(shí)，原先的和反射的圖象一起構(gòu)成圓形剖面。反射元件35上的反射圖象也經(jīng)由第一和第二透鏡在光通過積分器系統(tǒng)11的相同位置處形成窗口圖象。對(duì)于帶有兩個(gè)透鏡板的積分器系統(tǒng)的其他實(shí)施例，請(qǐng)參考?xì)W洲專利說明書EP0467447。
圖4(b)表示對(duì)于剖面為半圓形的光束，積分器系統(tǒng)的出射表面與獨(dú)立的反射元件的結(jié)合的可能構(gòu)造。以此方式，通過將出射平面29的形狀調(diào)整為與光束剖面相同，還可節(jié)省材料。
由于膽甾醇型的偏振器是圓偏振器，如果照明系統(tǒng)提供線偏振光，λ/4片31應(yīng)該放在膽甾醇型的偏振器29后面。
所述λ/4片和λ/4層優(yōu)選為消色的。
圖5表示帶有裝備根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)1的顯示板37的圖象投影裝置60的一個(gè)實(shí)施例。光源3發(fā)出的非偏振光在照明系統(tǒng)1中被轉(zhuǎn)換成具有相同偏振方向的光束。隨后光束入射到顯示板37上以便通過調(diào)制提供圖象信息。顯示板可以由例如封裝在第一和第二偏振器之間的液晶層組成。這種顯示板包括包圍一層液晶材料層的光透明層，并提供二維象素陣列。每個(gè)象素包括一個(gè)有源圖象元件，當(dāng)未被尋址時(shí)它關(guān)閉相應(yīng)的象素。該有源圖象元件經(jīng)由同樣構(gòu)成象素的一部分的行和列電極采集它們的信號(hào)。如果顯示板的工作基于偏振調(diào)制，該顯示板通常放在第一和第二偏振器之間，第一偏振器產(chǎn)生偏振光，第二偏振器作為檢偏器，使得偏振調(diào)制的光的流明變化可見。光源5發(fā)出的光有約50％的通過第一偏振器損耗掉。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)，由于照明系統(tǒng)提供偏振光束，第一偏振器可以省略。為防止檢偏器發(fā)熱，可以選擇折射型檢偏器。該檢偏器不會(huì)吸收形成圖象所不需要的光但從光路折射光。因此，光束被投影透鏡系統(tǒng)39轉(zhuǎn)換成圖象，并投射到圖象投影屏41上。在所示的實(shí)施例中，積分器系統(tǒng)由兩個(gè)透鏡片組成，第一反射裝置與第二透鏡片集成為一體。
顯示板可以是單色顯示板。如果希望用彩色圖象投影裝置，例如，顯示板可以是三色顯示板或者例如提供三個(gè)彩色信道，每個(gè)原色一個(gè)，且每個(gè)彩色信道裝備一個(gè)單色顯示板。光源發(fā)出的光首先被分成三個(gè)子束，在調(diào)制后再復(fù)合在一起。
顯示板也可以是彩色顯示板。這時(shí)，每個(gè)彩色象素由三個(gè)肉眼不能區(qū)別的不同單色象素產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)也可以用在含有反射型圖象顯示系統(tǒng)的圖象投影裝置。
根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)非常適合用于頂光投影儀。頂光投影儀是已知的，例如歐洲專利申請(qǐng)EP0746798所述，確保入射到頂光投影儀上的圖象記錄載體上的光是偏振光，并且投影屏上裝備有透射偏振方向與該光的偏振方向相對(duì)應(yīng)的偏振器。關(guān)于這種顯示系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參照所述專利申請(qǐng)。圖6表示含有根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的頂光投影儀51的一個(gè)實(shí)施例。頂光投影儀51包括帶有一個(gè)用于支持圖象記錄載體57的支持件55的框架53。用于將圖象記錄載體57中的圖象投射在屏幕63上的投影頭61經(jīng)由臂51固定在框架53上。用調(diào)節(jié)鈕65可使投影頭具有不同的高度。而且，頂光投影儀51可裝備有與本發(fā)明的照明系統(tǒng)的類似的照明系統(tǒng)67。
圖象記錄載體57可以是例如記錄了永久圖象的透明片或箔。圖象記錄載體也可以是包含能電生成圖象的圖象元件矩陣的顯示器。在兩種情況下，照明系統(tǒng)提供偏振光束是有利的。在透明片或箔的情況下，頂光投影儀可以與偏振投影屏一起使用。這種投影屏阻斷約50％環(huán)境光，而全部的信號(hào)光束都對(duì)成象有貢獻(xiàn)，只要屏幕上偏振器的透射偏振方向與信號(hào)光的偏振方向相對(duì)應(yīng)。以此方式，可以獲得較高的對(duì)比度。如果圖象記錄載體是顯示屏，照明光束已預(yù)先被偏振是有利的，這樣能防止顯示屏被加熱且光源發(fā)出的光基本全部能用于獲得理想的光輸出。在本申請(qǐng)中投影屏可以是偏振投影屏，以便抑制約50％的環(huán)境光。
權(quán)利要求
1．一種照明系統(tǒng)，依次包括一光源和一積分器系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置位于積分器系統(tǒng)的出射平面中，該照明系統(tǒng)還包括反射偏振器形式的第二反射裝置，在第一反射裝置和第二反射裝置之間有一光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)由第二反射裝置至少部分地將積分器系統(tǒng)的出射表面成象在第一反射裝置上，偏振轉(zhuǎn)換裝置位于第一和第二反射裝置之間。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述積分器系統(tǒng)包括第一和第二透鏡板，其中第二透鏡板的透鏡集體構(gòu)成積分器系統(tǒng)的出射表面。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置具有位于第二透鏡板上的反射元件。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的照明系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置包括至少一個(gè)與第二透鏡板相連并位于積分器系統(tǒng)的出射屏幕中的反射元件。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其特征在于，積分器系統(tǒng)包括一個(gè)光透明條，其遠(yuǎn)離光源的端面構(gòu)成積分器系統(tǒng)的出射平面。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的照明系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置包括至少一個(gè)與透明條的端面相連的反射元件，該反射元件位于積分器系統(tǒng)的出射平面中。
7．根據(jù)前述任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)，其特征在于，第二反射裝置的平面與光軸形成的角度不是90°，該光學(xué)系統(tǒng)包括第一和第二透鏡，積分器系統(tǒng)的出射表面被第一透鏡成象在第二透鏡的焦平面中。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振器是線性逆向偏振器。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振器是膽甾醇型的偏振器。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述偏振器是偏振分束器。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的照明系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置是鏡面反射的且λ/4片位于第一反射裝置上或第一和第二反射裝置之間。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的照明系統(tǒng)，其特征在于，第一反射裝置是鏡面裝置。
13．根據(jù)權(quán)利要求9或12的照明系統(tǒng)，其特征在于，膽甾醇型的偏振器具有一層液晶聚合物材料，在該層中分子螺旋的間距在分別對(duì)應(yīng)至少覆蓋可見光波段范圍所需的反射帶的下限和上限的兩個(gè)值之間變化。
14．根據(jù)權(quán)利要求9或12或13的照明系統(tǒng)，其特征在于，λ/4片出現(xiàn)在膽甾醇型的偏振器和顯示板之間。
15．根據(jù)前述任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)，其中，積分器系統(tǒng)包括第一和第二透鏡板，其特征在于，第二透鏡板為半圓形，照明系統(tǒng)適于在第二透鏡板位置處提供半圓形照明光束。
16．一種圖象投影裝置，依次包括一照明系統(tǒng)、一用于調(diào)制該照明系統(tǒng)提供的照明光束的圖象顯示系統(tǒng)和一投影透鏡系統(tǒng)，其特征在于，照明系統(tǒng)按前述任一權(quán)利要求形成。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的圖象投影裝置，其中積分器系統(tǒng)包括第一和第二透鏡板，其特征在于第一透鏡板的透鏡具有與顯示屏相對(duì)應(yīng)的高寬比。
18．一種演示系統(tǒng)，包括圖象投影屏和配有一照明系統(tǒng)的頂光(overhead)投影儀、一支持圖象記錄載體的支持件和一將圖象記錄載體的圖象投射到圖象投影屏上的投影頭，其特征在于，該照明系統(tǒng)根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求形成。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的顯示系統(tǒng)，其特征在于圖象投影屏上裝有一偏振器，其透射偏振方向?qū)?yīng)于照明系統(tǒng)提供的照明光束的偏振方向。
20．一種適于用在權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求的照明系統(tǒng)中的積分器系統(tǒng)，包括第一和第二透鏡板，每個(gè)透鏡板含有一透鏡矩陣，其特征在于第二透鏡板上集成有多個(gè)反射元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及依次包含光源(5)和積分器系統(tǒng)(11)的照明系統(tǒng)(1)。第一反射裝置位于積分器系統(tǒng)(11)的出射平面(25)中,反射偏振器(29)形式的第二反射裝置也出現(xiàn)在照明系統(tǒng)(1)中。第一和第二反射裝置之間有一光學(xué)系統(tǒng)(23),用于經(jīng)由第二反射裝置至少部分地將積分器系統(tǒng)(11)的出射表面成象在第一反射裝置上。而且在第一和第二反射裝置之間有偏振轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明還涉及含有這種照明系統(tǒng)的圖象投影裝置和演示系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1213435SQ97193088
公開日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1997年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月25日
發(fā)明者A·J·S·M·德瓦恩, A·W·達(dá)門 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司