CN100412685C - 光通道，均匀光照明装置与采用该装置的投影仪 - Google Patents

Abstract

提供一光通道，包括一导向元件，导向元件用于引导入射光在内部行进，而入射光被其侧壁所反射，以将入射光合并成一均匀光束；以及一光路改变部分，它被设置在该导向元件的至少一端，相对入射光的光轴以预定的角度地倾斜，以反射入射光并引导其光路。

Description

光通道，均匀光照明装置与采用该装置的投影仪

技术领域

本发明涉及一用于提供均匀光的光通道，该光通道有提高的紧凑的光学布置结构，一使用光通道的均匀光照明装置，和一个使用光通道和均匀光照明装置的投影仪。

本申请要求于2003年10月17日在韩国知识产权局申请的第2003-72500号韩国专利申请的优先权，其公开内容在此全部引用作为参照。

背景技术

一般来说，投影仪通过使用照明装置和图像显示装置将图像投影到屏幕上。图像显示装置包括数字微镜装置(DMD)，透射型LCD和反射型硅基液晶(LCOS)。均匀光照明装置使从灯中发射出来的光具有均匀轮廓，该装置广泛采用于投影光学装置中，例如投影仪。

参考图1，一个传统的均匀光照明装置包括一发射光的光源10，一将光源10发射出的光转换成均匀光的光通道13，和一个中继透镜单元15。

光源10包括一个用于发光的灯11，和一个反射镜12，其用于按照预定光路反射从灯11发出的光的一部分。灯11利用电弧放电产生光。因而从光源10发出的光不是均匀的，因为这些光受到电弧间隙以及从灯11发出的部分没有经过反射镜12反射的光的影响。

光通道13是一个立方体玻璃棒，它将光源10发出的光转换成均匀光。确切的说，按照预定的倾斜角度入射到光通道13的入射面13a上的光，被侧壁13b全反射并且向出射表面13c前行。因而，通过利用全反射原理混合入射光，一均匀光就从光通道13中产生。

在光通道13中，入射面13a和出射表面13c被安排来引导与进入光线相反方向的最终反射光线。在一传统的均匀光照明装置中，光源10被设置面对入射表面13a以及中继透镜单元15被设置面对出射表面13c。因而均匀光照明装置的宽度D₁由光源10、光通道13和中继透镜15的整体布置所决定，使得需要大量的空间来容纳这些组件。然而，当均匀光照明装置应用在投影仪里，这些组件必须布置在一有限的空间里。

发明内容

为解决上述以及/或者其他问题，本发明提供一可以改变光路的光通道，一采用该光通道的均匀光照明装置，和一采用光通道和均匀光照明装置的投影仪。

根据本发明的一个方面，光通道包括一导向元件。该元件用于引导入射光通过其中，而入射光被侧壁所反射，以将这些入射光转换成均匀光；以及在导向元件的至少一端设置的一光路转换部分，该光路转换部分相对于入射光的光轴倾斜预定的角度，以反射入射光并引导后续的路径。

根据本发明的另一方面，均匀光照明装置包括：一发光并且将光射向一方向的光源；一设置为面对光源、用于改变光源发射出的光线的方向并且在出射处产生均匀光的光通道；以及一中继透镜单元，其设置为面对光通道出射表面，用于聚集和/或发散从光通道射出的光线，以聚焦在图像表面。

根据本发明的另一方面，一投影仪包括：一发光并且将光射向某一方向的光源；一设置为面对光源、用于改变光源发射出的光线的方向并且在出射处产生均匀光的光通道；一通过有选择的透射或反射从光通道中射出的光线来成像的成像单元；一光路改变单元，它沿光路设置在光通道和成像单元之间用于改变光路，使得从光通道出来的光线经过成像单元，投向屏幕；以及一个用于将成像单元形成的图像投影到屏幕的投影透镜单元。

附图说明

通过详细描述优选的实施例以及参考附图，本发明上述以及其他特征和优点将会更清楚：

图1是描述一传统均匀光照明装置的光学布置的视图。

图2是根据本发明的第一实施例的光通道的透视图。

图3是图2中的光通道的截面图。

图4是根据本发明的第二实施例的光通道的截面图。

图5是根据本发明的第三实施例的光通道的截面图。

图6是图5中的光通道的截面图。

图7是根据本发明的第四实施例的光通道的截面图。

图8是根据本发明的一实施例的描述均匀光照明装置的光学布置的视图。

图9是根据本发明的另一实施例的描述均匀光照明装置的光学布置的视图。

图10是根据本发明的一实施例的描述投影仪光学布置的视图。

图11是根据本发明的另一实施例的描述投影仪光学布置的视图。

具体实施方式

参考图2和图3，根据本发明第一实施例的光通道包括一用于引导入射光线并输出均匀光束的导向元件20，以及设置在导向元件20两端的光路改变部分30。

导向元件20包括一包围光线所通过的内空间的反射容器21，以及一在反射容器21内壁形成的反射部分23。按照预定倾斜角度撞击导向元件20的光被反射部分23所反射并同时混合继续前行。因而通过导向元件20的光线被聚集成一均匀光束，它有不同于入射光束的光束轮廓。

光路改变部分30是设置在导向元件20两端、用于改变入射光线的路径方向。光路改变部分30包括第一和第二开口部分31a和31b，光线从其中进出，并且第一和第二反射镜33a和33b设置在反射容器21的两端，它们倾斜相同或者相互不同的一预定角度。

进入第一开口部分31a的光线被第一反射镜33a所反射，并且被导向反射容器21内，在其中它的光路被改变。经过反射容器21的光线被反射部分23反射，并向第二反射镜33b继续前行。在经过反射容器21内部时，这些光线被聚集并且撞在第二反射镜33b上，在其中它们被反射，并通过第二开口部分31b射出。

与第一实施例相比，根据第二实施例的光通道由于光路改变部分30结构的修改而有所不同。参考图4，光路改变部分30包括，在反射容器25的一端的开口部分31，光线通过它进入；以及设置在反射容器25的这一端的反射镜33，它倾斜预定的角度，使得进入开口部分31的光线被导入反射容器25内部。因而，进入开口部分31的光线被反射镜33反射，并且沿反射容器25内部前行。经过反射容器25内部的光线，被反射部分27所反射，然后通过反射容器25的另一端部射出。

虽然在图4中，光路改变部分30是设置在反射容器的入射端，但是它也可以被设置在反射容器的出射端。

参考图5和图6，根据本发明第三实施例的光通道包括导向元件40，该元件用于改变入射光线方向，并输出均匀光束；以及光路改变部分50，设置在导向元件40的一端。

导向元件40是一玻璃棒41，它引导预定角度的入射光线在其中被反射和传送。由于形成玻璃棒41的玻璃和外部介质例如空气等等的折射率不同，当入射光线以大于临界角度θc的角度撞在导向元件40的侧壁上时，它们在导向元件内部被反射。因此经过导向元件40的光线被反射后产生均匀光束，这些光束与入射光束的轮廓不同。

光路改变部分50被设置在导向元件的两端，它们用于改变入射光线的路径方向。光路改变部分50包括第一和第二倾斜部分51a和51b以及分别在第一和第二倾斜部分51a和51b形成的第一和第二反射镜53a和53b。第一和第二倾斜部分51a和51b都相对于导向元件40侧壁倾斜一预定角度，并且通过反射改变入射光的路径方向。

因而，经过开口55a的光线被第一反射镜53a反射，并且在玻璃棒41中按照它们被改变方向的后继路径前行。在玻璃棒41内的光线被侧壁41a反射并继续朝第二反射镜53b前行。光线在经过玻璃棒41时被合并并且被第二反射镜53b反射，通过出射开口55b射出。

依据本发明第四个实施例的光通道的特征在于，与第三个实施例相比，光路改变部分50被修改。

参考图7，光路改变部分50被设置在导向元件40的一端，用于改变入射光线的路径方向。光路改变部分50改变经过开口55的光线的路径方向，开口55设置在导向元件40的侧壁的扩展区域，并且光路改变部分50包括一倾斜部分51和一形成在倾斜部分51外侧的反射镜53。

因而，通过开口55的光被反射镜53所反射，并且按照它的被改变方向的光路在玻璃棒45内部前行。这些入射光线通过玻璃棒45相反一端45a射出。

虽然图7中，光路改变部分50时设置在导向元件40的入射端，但是它也可设置在导向元件40的出射端。

通过形成上述的光通道，进出玻璃棒45的光的光路可被改变，并且采用该光通道的光学设备的光学布置会紧凑而且容易设置。

参考图8，依据本发明一个实施例，一均匀光照明装置包括光源60，一将光源60发出的光变成均匀光束的光通道100，以及一中继透镜单元70，它用于聚集和/或发散入射光，使得通过光通道100的光在图像表面形成。

光源60包括一用于发光的灯61和一用于引导灯61产生的光在一个方向上前行的反射镜65。依照反射镜65的曲面形状，它可以是椭圆形透镜或者抛物线形透镜。由于在本发明所属的领域里光源60的结构是被广泛认知的，那么在其中将省略关于它的细节描述。

光通道100沿光路被设置在光源60和中继透镜单元70之间，用于改变光源60发出光的路径方向，并同时使光从其中输出均匀光束。

最后，光通道100包括一导向元件120和设置在导向元件120两端用于改变入射光光路的光路改变部分130。因为光通道100与根据分别参考图2、3、5和6描述的第一和第三实施例的光通道大致相同，那么在其中将省略关于它的细节描述。

通过使用上述改进结构的光通道，由于光源60和中继透镜单元70被设置在光通道100的一端，那么仅需要可以符合光源60或中继透镜单元70高度的空间。因而，用来设置所有光学元件的高度D₂相对与图1中的宽D₁来说是减少。从而，当光源60和中继透镜单元70如上布置时，一个紧凑的均匀光照明装置就通过减小光通道100占用的空间而被实现。

参考图9，根据本发明另一实施例，一均匀光照明装置包括一光源60，一用于将光源60发出的光变成均匀光束的光通道100，以及一中继透镜单元70，它用于聚集和/或发散入射光，使得通过光通道100的光在图像表面形成。由于光源60和中继透镜单元70与上面描述的实施例中一样，那么在其中将省略关于它们的细节描述。

光通道100沿光路被设置在光源60和中继透镜单元70之间。光通道100将光源60发出光转向大约90度，并同时使光从其中输出成均匀光束。

最后，光通道100包括一导向件140和设置在导向元件120一端用于改变入射光光路的光路改变部分150。既然光通道100与根据分别参考图4和7描述的第二和第四实施例的光通道分别大致相同，那么在其中将省略关于它的细节描述。

如上所述，通过使用有光路改变功能的光通道，无需使用例如额外的反射镜使得的光学元件，在给定的空间里，光源和中继透镜单元易于使用，并且均匀光照明设备可以做的紧凑。

参考图10，根据本发明一实施例，一投影仪包括一光源60，一用于将光源60发出的光变成均匀光束的光通道100，一用于形成图像的成像单元80，一光路改变单元85，它改变光路使得成像单元80形成的图像被导向屏幕(未示出)，以及一投影透镜单元90，它放大并且将那些被光路改变单元85改变光路的光束投向屏幕。

中继透镜70，它聚集和/或发散从光通道100中射出的光到成像单元80上，沿光路进一步地被设置在光通道100和光路改变单元85之间。光源60，光通道100和中继透镜70的光学布置和操作与参考图8描述的均匀光照明装置大致一样。因此，在其中将省略关于它的细节描述。

成像单元80通过选择透射或者反射光通道100发射出来的光而成像。成像单元80可以被分为反射型成像单元例如数字微镜装置、反射型的LCD(LCOS：硅基液晶)或者透射型成像单元例如透射型LCD，其通过按像素单元选择性的透射入射光来成像。虽然在图10中成像单元80是反射型的成像单元，但是本发明并不局限于此、并且任何透射类型的成像单元都可以在其中使用。

光路改变单元85被沿光路设置在光通道100和成像单元80之间。光通道100将光源60发出的光导向成像单元80。通过成像单元80形成的图像被光路改变单元85导向投影透镜单元90。最后，光路改变单元85包括一临界角棱镜87和一面对临界角棱镜87的一表面的补偿棱镜89。

临界角棱镜87包括一面对中继透镜70的入射面87a，一透射/反射面87b，它用于反射从光源60发出的光并且透射相应于成像单元80所形成的图像的有效光，以及面对成像单元80的出射/反射表面87c。补偿棱镜89被设置面对透射/反射表面87b，并且折射和透射入射光线。从而，通过补偿棱镜89，成像单元80形成的图像形状被纠正，使得图像的比例就能与屏幕尺寸相符合。

根据本实施例的投影仪还包括一色彩分离单元95，用于将光源60发出的光分离成色彩成分(constituent color)。色彩分离单元95被设置在光源60和成像单元80之间的光路上。色彩分离单元95包括一色盘97和一用于转动色盘97的驱动源99。色盘97包括多个滤色片(未示出)，它们选择性让具有相应于从光源60发出的白光的特殊色彩成分的预定波长的光线透射过去。色盘97被设置成转动的，使得各个滤色片可以连续设置以经过光路。

参考图11，根据本发明另一个实施例的投影仪包括一光源60，一用于将光源60发出的光变成均匀光束的光通道100，一用于形成图像的成像单元80，一光路改变单元85，它改变光路使得成像单元80形成的图像被导向屏幕(未示出)，以及一投影透镜单元90，它放大并且将那些被光路改变单元85改变光路的光束投向屏幕。

与根据上面实施例的投影仪相比，依据本实施例的投影仪的不同点在于光通道100的形状被修改。既然其他的组成元件与依据前面实施例的投影仪大致相同，那么在其中将省略关于它们的细节描述。

光通道100将从光源60发出的光线的方向改变大约90度，并同时将这些光线合并成一均匀光束。既然光通道100与根据分别参考图4和7描述的第二和第四实施例的光通道100大致相同，那么在其中将省略关于它们的细节描述。

如上所述，通过采用拥有可以产生均匀光束和光路转向功能的光通道，用于设置各种组件的空间可以相对紧凑，而不用增加额外的例如反射镜使得的光学元件。同样的，投影仪的整个大小，包括它的机壳高度，可以被减少从而组成一个紧凑的单元。

如上所述，既然光通道也有光路转向功能，那么入射光的方向和/或出射光的方向可以被改变去迎合紧凑设计的需求。因而，采用该光通道的光学装置的光学布置是容易组成的。

采用该光通道的均匀光照明装置可以使光源和中继透镜单元在给定空间设置中的光学布置变得容易，而不用额外的光学元件，例如反射镜。同样，因为均匀光照明装置的整个长度被减少，该均匀光照明装置可以做得紧凑。

此外，因为依据本发明的投影仪采用具有产生均匀光束和光路转向功能的光通道，那么布置空间可以有效地被减小，而不用采用例如额外地反射镜使得地光学元件。因而，投影仪的整个大小，特别是投影仪机壳的厚度，可以被减少，使得投影仪可以做的更紧凑。

Claims (18)

1. 一光通道，包括：

一导向元件，用于引导入射光在其内部行进，而入射光被其侧壁所反射，并且将该入射光合并成一均匀光束；和

一光路改变部分，设置在所述导向元件的两端、相对入射光轴以预定的角度倾斜，以反射入射光和改变其路径方向。

2. 如权利要求1中所述的均匀光照明装置，其中，所述导向元件包括：

一反射容器，包围光线通过其行进的内空间；和

一形成在所述反射容器内壁的反射部分。

3. 如权利要求2中所述的均匀光照明装置，其中，所述光路改变部分包括：

一开口部分，光线通过其入射和出射；和

一反射镜，设置在所述反射容器的两端中的每一端，并且以预定的角度倾斜，以反射入射光和改变其路径方向。

4. 如权利要求1中所述的均匀光照明装置，其中，所述导向元件是一个玻璃棒，其以一预定角度引导入射光在其中行进，而由于玻璃棒和周围介质折射率的差别，入射光被全反射。

5. 如权利要求4中所述的均匀光照明装置，其中所述光路改变部分包括：

一一体形成在所述玻璃棒两端中的每一端的倾斜部分，并且相对所述玻璃棒的上述侧壁倾斜预定的角度；和

一形成在所述倾斜部分外表面的反射镜，用于通过反射改变入射光的路径方向。

6. 一均匀光照明装置，包括：

一光源，用于发光和引导产生的光转一个方向；

一面对所述光源的光通道，用于引导所述光源发射出的光的路径以及将上述光在上述光通道的出射处合并成一均匀光束；和

一中继透镜单元，它面对所述光通道的出射开口，用于聚集和/或发散上述均匀光束，以聚焦到一图像表面上；

其中，所述光通道包括：

一导向元件，用于引导入射光通过其中，而入射光被其侧壁所反射，将这些入射光合并成均匀光束；和

一光路转换部分，在所述导向元件的两端设置，相对于入射光的光轴倾斜预定的角度，反射入射光并改变其路径的方向。

7. 如权利要求6中所述的均匀光照明装置，其中，所述导向元件包括：

一包围光线所通过的内空间的反射容器；和

一形成在所述反射容器内壁的反射部分。

8. 如权利要求7中所述的均匀光照明装置，其中，所述光路改变部分包括：

一开口部分，光线通过其入射或出射；和

一反射镜，设置在所述反射容器的两端中的每一端，并且以预定的角度倾斜，以反射入射光和改变其路径方向。

9. 如权利要求6中所述的均匀光照明装置，其中，所述导向元件是一个玻璃棒，以一预定角度引导入射光在其中行进，而由于玻璃棒和外面介质折射率的差别，入射光被全反射。

10. 如权利要求9中所述的均匀光照明装置，其中，所述光路改变部分包括：

一一体形成在玻璃棒两端中的每一端的倾斜部分，并且相对玻璃棒的上述侧壁倾斜预定的角度；和

一形成在所述倾斜部分一外表面处的反射镜，用于通过反射改变入射光的路径方向。

11. 一投影仪，包括：

一光源，用于发光和在一个方向引导产生的光；

一面对所述光源的光通道，用于引导所述光源发射出的光的路径、并将上述光在上述光通道的出射处合并成一均匀光束；和

一成像单元，它通过选择性的透射或反射上述由所述光通道射出的均匀光束来成像；

一光路改变单元，它沿光路设置在所述光通道和成像单元之间，用于引导光路使得从所述光通道出来的光线经过所述成像单元投向屏幕；和

一个用于将所述成像单元形成的图像投影到屏幕的投影透镜单元；

其中，所述光通道包括：

一导向元件，用于引导入射光通过其中，而入射光被其侧壁所反射，将这些入射光合并成均匀光束；和

一光路转换部分，在所述导向元件的两端设置，相对于入射光的光轴倾斜预定的角度，反射入射光并改变其路径的方向。

12. 如权利要求11中所述的投影仪，其中还包括一色彩分离单元，它沿光路设置在光源和成像单元之间，用于分离光源发出的光的颜色。

13. 如权利要求12中所述的投影仪，其中，所述色彩分离单元包括：

一色盘，色盘包括多个滤色片，它们选择性让相应于从光源发出的白光中的特殊颜色成分的预定波长的光线透射过去，并且可以转动，使得每个滤色片被安排依次与光路交叉；和

一用于转动色盘的驱动源。

14. 如权利要求11中所述的投影仪，其中，所述成像单元是数字微镜装置、透射类型LCD、反射类型LCD之一。

15. 如权利要求11中所述的投影仪，其中，所述导向元件包括：

一反射容器，包括一个内空间，光线通过其行进；和

一形成在反射容器一内壁的反射部分

16. 如权利要求15中所述的投影仪，其中，所述光路改变部分包括：

一开口部分，光线通过其入射或出射；和

一反射镜，设置在反射容器的两端中的每一端，并且以预定的角度倾斜，以反射入射光和改变路径方向。

17. 如权利要求11中所述的投影仪，其中，所述导向元件是一个玻璃棒，以一预定角度引导入射光在其中行进的，而由于玻璃棒和外面介质折射率的差别，光线被全反射。

18. 如权利要求17中所述的投影仪，其中，所述光路改变部分包括：

一一体形成在所述玻璃棒两端中的每一端的倾斜部分，并且相对玻璃棒的上述侧壁倾斜预定的角度；和

一形成在所述倾斜部分外表面的反射镜，用于通过反射改变入射光的路径方向。

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