CN1734313A - 照明单元和采用该照明单元的图像投影设备 - Google Patents

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Abstract

一种照明单元，包括发出光束的多个光源单元和合成从多个光源单元发出的光束的合成棱镜。合成棱镜包括：第一三角形棱镜，具有根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一外表面以及第一分界面和第二分界面；第二三角形棱镜，具有透射光束的第二外表面、被布置为面对第二分界面的第三分界面、和第四分界面；第三三角形棱镜，具有根据光束输入的方向来透射或反射光束的第三外表面、被布置为面对第四分界面的第五分界面、和被布置为面对第一分界面的第六分界面；和颜色分离部分，布置在第二分界面和第三分界面之间、第四分界面和第五分界面之间、以及第六分界面和第一分界面之间的位置中的至少一个上，以根据每一光束的波长来选择性地透射或反射光束。

Description

照明单元和采用该照明单元的图像投影设备
本申请要求于2004年8月3日在韩国知识产权局提交的第10-2004-61095号韩国专利申请的优先权，该申请完全公开于此以资参考。
                       技术领域
本发明的总体构思涉及一种照射出光束的照明单元和一种图像投影设备，更具体地讲，涉及一种具有改进的棱镜以合成从紧凑光源发出的光束的照明单元和一种采用该照明单元的图像投影设备。
                       背景技术
通常，照明单元包括在一个方向上发出光束的光源和传播光束的照明光学系统。照明单元被广泛应用于使用本身不能产生光束的图像形成装置，诸如LCD装置或数字微镜装置来产生图像的图像投影设备。
采用紧凑发光装置，诸如发光二极管(LED)或激光二极管作为光源的照明单元和图像投影设备已被开发出来。可以发出具有红色、蓝色和绿色波长的光束的每一个的紧凑发光装置的优点在于它不需要附加的色轮装置机构来产生面板式彩色图像投影设备中的彩色图像。为了发出各种颜色的光束，需要多个紧凑发光装置和合成各种颜色的光束的机械装置。
参照图1，照明单元发出具有红色、蓝色和绿色波长的光束，并且包括布置在不同位置的第一至第三LED光源11、12和13以及使从第一至第三LED光源11、12和13所发出的光束以相同的路径传播的三色棱镜20。
三色棱镜20包括：三个组合在一起的单独的棱镜第一至第三棱镜P1、P2和P3；设置在第一棱镜P1和第三棱镜P3之间的第一滤光器21；和设置在第二棱镜P2和第三棱镜P3之间的第二滤光器25。第一滤光器21和第二滤光器25根据入射光束的波长来选择性地透射或反射入射的光束。例如，第一滤光器21反射具有红色波长的第一光束R，并且透射分别具有绿色波长和蓝色波长的第二光束G和第三光束B。第二滤光器25反射第三光束B，并且透射第二光束G。
根据临界角全反射原理，输入到第一棱镜P1的第一光束R被第一棱镜P1的出射表面20a完全反射，然后向着第一滤光器21传播。第一光束R被第一滤光器21反射，并且经过第一棱镜P1的出射表面20a以沿着一条路径传播。第二光束G顺序地通过第二滤光器25和第一滤光器21，并且沿着与第一光束R相同的路径传播。根据临界角全反射原理，第三光束B被第三棱镜P3的面对第一棱镜P1的表面20b完全反射，向着第二滤光器25传播，被第二滤光器25反射，顺序地通过第三棱镜P3和第一棱镜P1，并且沿着与第一光束R和第二光束G相同的路径传播。因此，从第一至第三LED光源11、12和13所发出的第一至第三光束R、G和B被合成为彼此沿着相同的路径传播。
在构造为如上所述的照明单元中，为使第三光束B被第三棱镜P3的表面20b完全反射，第一棱镜P1和第三棱镜P3必须在其光学布置时被分开预定的间隙Gair。这是因为，当使用临界角全反射原理时，不但必须在第三棱镜P3的表面20b和第三光束B之间形成一个角度，而且必须在第三棱镜P3的折射率和其附近的折射率之间存在差异。因此，当通过使用三色棱镜20来合成从所述多个光源发出的光束时，存在的问题是三色棱镜20的光学布置很难。
此外，当光束被三色棱镜20合成时，由于其在光学布置上的限制，除了发出具有不同波长，诸如红色、蓝色和绿色的光束的第一至第三光源之外，还安装另外的发出例如黄色、红紫色或蓝绿色的光束的光源可能是困难的。因此，将被实现的颜色的范围可能比使用四色光源的照明单元更有限。
                             发明内容
因此，本发明的总体构思提供了一种照明单元和一种采用该照明单元的图像投影设备，其中，合成由紧凑光源发出的光束的棱镜的构造得到了改进。
本发明的总体构思的附加方面和优点将部分地在下面的描述中被阐明，并且部分地将从该描述变得清楚，或通过本发明总体构思的实施被领会。
本发明总体构思的前述和/或其他方面和优点可以通过提供一种照明单元来实现，该照明单元包括发出具有不同波长的光束的多个光源单元和合成入射的光束以使从所述多个光源单元发出的光束彼此沿着相同的路径传播的合成棱镜。该合成棱镜包括：第一三角形棱镜，具有根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一外表面，以及第一分界面和第二分界面；第二三角形棱镜，具有透射入射的光束的第二外表面、被布置为面对第二分界面的第三分界面、和第四分界面；第三三角形棱镜，具有根据光束输入的方向来透射或反射光束的第三外表面、被布置为面对第四分界面的第五分界面、和被布置为面对第一分界面的第六分界面；和颜色分离部分，布置在第二分界面和第三分界面之间、第四分界面和第五分界面之间以及第六分界面和第一分界面之间的位置中的至少一个上，以根据入射的光束的波长来选择性地透射或反射。
第一三角形棱镜、第二三角形棱镜和第三三角形棱镜可以具有相同的形状和尺寸。第一三角形棱镜、第二三角形棱镜和第三三角形棱镜中的每个可以是等腰三角形，其中，两个分界面之间的角度是120°，并且在外表面和两个分界面中的每个之间所形成的角度是30°。
本发明总体构思的前述和/或其他方面和优点也可以通过提供一种图像投影设备来实现，该图像投影设备包括上述照明单元、形成相应于从照明单元发出的光束的图像的图像形成装置和放大由图像形成装置形成的图像并将放大的图像投影到屏幕上的投影透镜单元。
                             附图说明
通过下面结合附图来对实施例进行描述，本发明总体构思的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更加容易理解，其中：
图1是示出传统的照明单元的光学布置的示图；
图2是示出根据本发明总体构思的实施例的照明单元的光学布置的示图；
图3是示出图2的照明单元中的光源单元的透视图；
图4是示出图2的照明单元中的光源单元的侧视图；
图5是示出图2的照明单元中的光源单元的另一实例的透视图；
图6是示出根据本发明总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图；
图7是示出根据本发明总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图；
图8是示出根据本发明总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图；
图9是示出根据本发明总体构思的实施例的图像投影设备的光学布置的示图；
图10是示出根据本发明总体构思的另一实施例的图像投影设备的光学布置的示图；和
图11是示出根据本发明总体构思的另一实施例的图像投影设备的光学布置的示图。
                             具体实施方式
现在将详细描述本发明的总体构思的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明的总体构思。
图2示出了根据本发明的总体构思的实施例的照明单元。参照图2，该照明单元包括：多个光源单元100，发出具有不同波长的光束；合成棱镜200，合成入射的光束从而从所述多个光源单元100所发出的每一光束沿着相同的路径传播。
所述多个光源单元100包括布置在不同位置上的并且在从其发出的光束的波长上存在差异的第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130。即，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130分别发出具有不同波长的第一光束L11、第二光束L21和第三光束L31，例如具有绿色波长、蓝色波长和红色波长的光束。
该具有三角形柱状的合成棱镜200包括第一三角形棱镜210、第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230，所述每个三角形棱镜具有根据光束入射的方向来透射或完全反射光束的外表面和与其它两个三角形棱镜相连的两个分界面。在第一三角形棱镜210、第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230之间的至少一个分界处设置了颜色分离部分，以根据入射光束的波长来选择性地透射和反射。
第一三角形棱镜210具有第一分界面211、第二分界面213和根据光束入射的方向来透射或反射入射的光束的第一外表面215。
第一光源单元110被布置为面对第一外表面215。因此，从第一光源单元110发出的第一光束L11直接透射通过第一外表面215，并且向着第二分界面213传播。从第二分界面213以大于临界角θc的角度入射在第一外表面215上的第一光束L11和第二光束L21被第一外表面215完全反射，并且向着第一分界面211传播。然后，第一光束L11和第二光束L21透射通过第三三角形棱镜230的第三外表面235，并且沿着相同的路径传播，所述第三三角形棱镜230稍后将被描述。
全反射发生的条件是：第一三角形棱镜210的折射率比其附近部分的折射率大，并且第一光束L11和第二光束L21在第一三角形棱镜210的内部以比临界角θc大的角度入射。
第二三角形棱镜220具有第三分界面221、第四分界面223和透射入射的光束的第二外表面225。第三分界面221被布置为面对第一三角形棱镜210的第二分界面213。
第二光源单元120和第三光源单元130被布置为面对第二外表面225。从第二光源单元120发出的第二光束L21透射通过第二外表面225以向着第三分界面221传播，而从第三光源单元130发出的第三光束L31透射通过第二外表面225以向着第四分界面223传播。
第三三角形棱镜230具有第五分界面231、第六分界面233和根据光束入射的方向来透射或反射入射的光束的第三外表面235。第五分界面231被布置为面对第二三角形棱镜220的第四分界面223，而第六分界面233被布置为面对第一三角形棱镜210的第一分界面211。因此，从第三光源单元130发出的第三光束L31被第三外表面235完全反射，并且向着第六分界面233传播。第三光束L31然后被第六分界面233完全反射。第一光束L11、第二光束L21和来自于第六分界面233的第三光束L31透射通过第三外表面235，并且沿着相同的路径传播。
第一三角形棱镜210、第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230具有相同的形状和尺寸，因此从不同位置输入的第一光束L11、第二光束L21和第三光束L31彼此沿着相同的路径传播。第一三角形棱镜210可以是等腰三角形，其中，第一分界面211和第二分界面213之间的角度是120°，而第一分界面211和第一外表面215之间的角度及第二分界面213和第一外表面215之间的角度各为30°。同样，第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230是具有等腰三角形形状以及与第一三角形棱镜210相同的条件的棱镜。第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230可以被形成为不具有第四分界面223和第五分界面231的单块体。
颜色分离部分被布置在第二分界面213和第三分界面221之间、第四分界面223和第五分界面231之间及第六分界面233和第一分界面211之间的位置中的至少一个上。在图2的实施例中，颜色分离部分可以包括分别设置在第二分界面213和第三分界面221之间及第六分界面233和第一分界面211之间的第一二向色滤光器241和第二二向色滤光器245。
第一二向色滤光器241反射从第一光源单元110发出的在第一波长范围内的第一光束L11，并且透射从第二光源单元120发出的在第二波长范围内的第二光束L21。例如，相对于在绿色和蓝色之间的预定的波长，例如500nm的波长，在相对较长波长范围内的光束被反射，并且在相对较短波长范围内的光束被透射。因此，当第一光束L11是绿色波长范围内的光束并且第二光束L21是蓝色波长范围内的光束时，第一光束L11被第一二向色滤光器241反射，第二光束L21透射通过第一二向色滤光器241，并且沿着与第一光束L11相同的路径传播。
第二二向色滤光器245反射在第三波长范围内，例如红色波长范围内的第三光束L31，并且透射在其他波长范围内的第一光束L11和第二光束L21。例如，相对于在红色和绿色之间的预定的波长，例如565nm的波长，在相对较长波长范围内的光束被反射，并且在相对较短波长范围内的光束被透射。因此，当第一光束L11和第二光束L21是绿色和蓝色波长范围内的光束并且第三光束L31是红色波长范围内的光束时，第一光束L11和第二光束L21透射通过第二二向色滤光器245，并且第三光束L31被第二二向色滤光器245反射并沿着与第一光束L11和第二光束L21相同的路径传播。
如图3至5所示，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每一个由至少一个光学模块140构成。
参照图3至图5，光学模块140包括具有反射表面的准直仪150和发出具有预定波长的光束的光源160。准直仪150包括具有抛物面的第一反射表面151和具有矩形截面的玻璃条155。光源160是具有至少一个发光二极管(LED)或激光二极管的紧凑光源，并且其发光部分位于第一反射表面151的焦点F上及其附近。第一反射表面151通过将玻璃条155的部分加工为抛物面和在该抛物面的外部进行反射涂覆(reflection-coating)来形成。准直仪150还具有面对第一反射表面151在准直仪150的一部分上形成的第二反射表面153。第二反射表面153通过在除从光源160直接发出的光束所通过的区域G以外的准直仪150的一部分上进行反射涂覆来形成。
在从光源160发出的光束的预定辐射角度范围内的光束被第一反射表面151反射，并且成为平行光束。平行光束通过玻璃条155的内部并且通过出射表面157。同时，由于光源160的发光部分没有形成为一点，而是有一个预定的区域，因此不是所有的发光部分都能被布置在焦点F上。因此，从光源160发出的部分光束被第一反射表面151反射，并且向着第二反射表面153传播。第二反射表面153反射入射的光束以向着出射表面157传播。这里，每个出射表面157可以被安放为面对合成棱镜200的第一外表面215、第二外表面225和第三外表面235中的相应一个。
由于光学模块140使用第一反射表面151而不是使用透镜来使从光源160发出的光束成为平行光，因此由于当使用透镜时产生的原理限制，诸如通量照度比(etendue)所带来的效率降低的问题可以被完全解决。
尽管上面描述了使用玻璃条155的准直仪150，但是本发明的总体构思并不限于此，并且可以在具有中空而不是玻璃条155的光学隧道(未示出)的一边形成抛物面以及通过反射处理光学隧道的内部来形成反射表面。
在图2的照明单元中，第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130中的每个可以由多个排列成阵列的光学模块140来构成，如图5所示。在这种情况下，构成每个第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130的每个光学模块140发出具有红色、绿色或蓝色波长的光束。因此，通过同时或顺序地驱动第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130来发出各个光束，可以发出通过将这些光束组合而形成的全色光束。此外，当上述照明单元被应用于稍后将要描述的图像投影设备时，不用产生颜色的色轮来就可以照射出彩色光束。
在构造为如上所述的照明单元中，由于使用具有三角形棱镜结构的合成棱镜200来合成从第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130发出的光束，因此使用临界角全反射原理可以很容易地改变光路，并且与传统的三色棱镜结构相比，光学布置变得容易。
图6是示出根据本发明的总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图。参照图6，该照明单元包括：多个光源单元100，发出具有不同波长的光束；和合成棱镜200，合成入射的光束从而从该光源单元100所发出的每一光束沿着相同的路径传播。
在与图2的实施例相比较的图6的实施例中，考虑到合成棱镜200在第一外表面215和第三外表面235的全反射性质，还设置了第一反射层251和第二反射层255。然而除了以上的层251和255以外，由于其他组成部件的构造和布置与图2的照明单元基本上相同，因此在这里略掉其详细的描述。
通过对第一外表面215的一部分进行全反射涂覆来形成第一反射层251，以完全反射被第一二向色滤光器241反射或通过第一二向色滤光器241的第一光束L11和第二光束L21。由于第一反射层251不在第一外表面215的第一光束L11从第一光源单元110直接发出的一部分形成，因此它不影响第一光束L11向着第一二向色滤光器241传播。
通过对第三外表面235的一部分进行全反射涂覆来形成第二反射层255，以反射直接从第三光源单元130发出的第三光束L31。由于第二反射层255不在这样一个光路上被形成，通过第二二向色滤光器245或被第二二向色滤光器245反射的第一光束L11、第二光束L21和第三光束L31沿所述光路传播，因此它不影响第一光束L11、第二光束L21和第三光束L31通过第三外表面235传播。当第一反射层251和第二反射层255在合成棱镜200上被形成时，入射的光束可以不必以大于临界角θc的角度入射。
图7是示出根据本发明的总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图。参照图7，该照明单元包括发出具有不同波长的光束的多个光源单元300和合成入射的光束从而从该多个光源单元300所发出的每一光束沿着相同的路径传播的合成棱镜400。
该光源单元300包括布置在不同位置上并且在从其发出的光束的波长上存在差异的第一光源单元310、第二光源单元320、第三光源单元330和第四光源单元340。即，第一光源单元310、第二光源单元320、第三光源单元330和第四光源单元340分别发出具有不同波长的第一光束L12、第二光束L22、第三光束L32和第四光束L42，例如具有绿色波长、蓝色波长、红色波长和黄色波长的光束。由于第一光源单元310、第二光源单元320、第三光源单元330和第四光源单元340中的每个的构造都与参照图3至图5所述的相同，因此在这里略掉其详细的描述。
该合成棱镜400具有三角形柱状，并且包括第一三角形棱镜410、第二三角形棱镜420和第三三角形棱镜430，所述每个三角形棱镜具有根据光束入射的方向来透射或完全反射光束的外表面和与其它两个三角形棱镜相连的两个分界面。在第一三角形棱镜410、第二三角形棱镜420和第三三角形棱镜430之间的分界处中的至少一处设置了颜色分离部分，以根据入射的光束的波长来选择性地透射或反射。
第一三角形棱镜410包括第一分界面411、第二分界面413和根据光束的波长来透射或反射入射的光束的外表面415。第二三角形棱镜420包括第三分界面421、第四分界面423和透射入射的光束的第二外表面425。第三三角形棱镜430包括第五分界面431、第六分界面433和根据光束的波长来透射或反射入射的光束的第三外表面435。第一三角形棱镜410、第二三角形棱镜420和第三三角形棱镜430中的每个的布置以及第一光源单元310、第二光源单元320和第三光源单元330的布置基本上与图2中的第一三角形棱镜210、第二三角形棱镜220和第三三角形棱镜230的布置以及第一光源单元110、第二光源单元120和第三光源单元130的布置相同。
第四光源单元340被布置为面对第三外表面435。因此，从第四光源单元340发出的第四光束L42透射通过第三外表面435以向着第五分界面431传播。
在图7的实施例中，颜色分离部分包括分别设置在第二分界面413和第三分界面421之间、第六分界面433和第一分界面411之间及第四分界面423和第五分界面431之间的第一二向色滤光器441、第二二向色滤光器445和第三二向色滤光器447。
第三二向色滤光器447被设置为分离分别从第三光源单元330和第四光源单元340发出的第三光束L32和第四光束L42。第三二向色滤光器447透射从第三光源单元330发出的在第三波长范围内的第三光束L32，并且反射从第四光源单元340发出的在第四波长范围内的第四光束L42。例如，相对于红色和黄色之间的预定的波长，例如600nm的波长，在相对较长波长范围内的光束被透射，而在相对较短波长范围内的光束被反射。因此，当第三光束L32是在红色波长范围内的光束并且第四光束L42是在黄色波长范围内的光束时，第三光束L32被第三二向色滤光器447透射，而第四光束L42被反射，从而这两束光沿着相同的路径传播。
由于第一二向色滤光器441和第二二向色滤光器445执行基本上与图2的第一二向色滤光器241和第二二向色滤光器245相同的操作，因此在这里略掉其详细的描述。第二二向色滤光器445透射第一光束L12和第二光束L22，并且反射第三光束L32和第四光束L42，从而这些光束沿着相同的路径传播。
为了加宽照明单元的颜色范围，第四光束L42不但不限于具有黄色波长的光束，而且可以被改变为具有各种波长的光束。例如，可以包括发出具有红紫色或蓝绿色波长的光束的光源单元。此外，尽管第一光束L12、第二光束L22、第三光束L32和第四光束L42在以上被描述为发出具有绿色、蓝色、红色和黄色波长的光束，但是本发明的总体构思不限于此。即通过改变第一至第三二向色滤光器的布置，多种变化是可能的。
在图7的照明单元中，通过使用三角形棱镜型的合成棱镜400来合成从第一光源单元310、第二光源单元320、第三光源单元330和第四光源单元340发出的光束，使用临界角全反射原理可以很容易地改变光路，并且与传统的三色棱镜的结构相比光学布置变得容易。此外，由于通过组合四种颜色来实现图像，因此呈现出的颜色的范围被加宽。
图8是示出根据本发明的总体构思的另一实施例的照明单元的光学布置的示图。参照图8，该照明单元包括：多个光源单元300，发出具有不同波长的光束；和合成棱镜400，合成入射的光束从而从光源单元300所发出的每一光束沿着相同的路径传播。
图8的照明单元与图7的照明单元类似，并且还包括第一反射层451和第二反射层455以增强合成棱镜400在第一外表面415和第三外表面435处的全反射性质。由于其他组成部件的构造和布置基本上与图7的照明单元相同，因此在这里略掉其详细的描述。
通过对第一外表面415的一部分进行全反射涂覆来形成第一反射层451，以完全反射被第一二向色滤光器441反射或通过第一二向色滤光器441的第一光束L12和第二光束L22。由于第一反射层451不在第一外表面415的第一光束L12从第一光源单元310直接发出的一部分处形成，因此第一反射层451不影响第一光束L12向着第一二向色滤光器441传播。
通过在第三外表面435的一部分进行全反射涂覆来构成第二反射层455，以反射被第三二向色滤光器447反射或通过第三二向色滤光器447的第三光束L32和第四光束L42。由于第二反射层455不在这样一个光路上被形成，通过第二二向色滤光器445或被第二二向色滤光器445反射的第一光束L12、第二光束L22、第三光束L32和第四光束L42沿所述光路传播，因此它不影响第一光束L12、第二光束L22、第三光束L32和第四光束L42的传播。
图9是示出根据本发明的总体构思的实施例的图像投影设备的光学布置的示图。参照图9，该图像投影设备包括：照明单元500；图像形成装置550，形成与从照明单元500发出的光束的图像信号相应的图像；和投影透镜单元560，放大由图像形成装置550所形成的图像并将其投影到屏幕570上。
该照明单元500包括多个光源单元和合成棱镜，以合成从多个光源单元发出的多个光束，并且通过合成从布置在不同位置的多个光源单元发出的光束来发出光束。由于该照明单元500的构造基本上与图2、图6、图7和图8中的照明单元中的一个相同，因此在这里略掉其详细的描述。被驱动以被顺序地开启和关闭的该照明单元500的光源单元顺序地发出三种或更多种颜色的光束，例如具有绿色、蓝色和红色波长的光束或具有绿色、蓝色、红色和黄色(或红紫色或蓝绿色)波长的光束。因此，在使用单面板型图像形成装置来构成图像投影设备时，该照明单元500可以代替产生彩色图像时所使用的色轮(未示出)。
图像形成装置550通过以像素为单位来选择性地反射入射的均匀的照明光束来形成图像。该图像形成装置550可以是反射型液晶显示(LCD)装置、透射型LCD装置或数字微镜装置(DMD)。反射型LCD装置和透射型LCD装置使用入射的光束的偏振性质来产生图像，而DMD不使用偏振性质。因此，当DMD被用作该图像形成装置550时，不需要另外的偏振转换装置或偏振器。
如图9所示，DMD被用作该图像形成装置550。DMD包括两维的微镜阵列，微镜在所述的两维上被独立地驱动，并且DMD根据输入图像信号通过为每个像素独立地设置光束的反射角来形成图像。在这种情况下，作为改变入射的光束的路径的单元，分束器540还被设置在该图像形成装置550和投影透镜单元560之间。该分束器540改变入射光束的路径，从而来自于照明单元500的光束向着图像形成装置550传播，来自于图像形成装置550的光束向着屏幕570传播。该分束器540是使用临界角全反射性质来改变光束的路径的临界角棱镜。
投影透镜单元560被布置为面对该分束器540，并且放大由图像形成装置550合成并通过该分束器540的图像，并且向着屏幕570投影放大的图像。
如图9所示的图像投影设备还包括布置在照明单元500和分束器540之间以使从照明单元500发出的光束成为平行光的光学积分器520。该光学积分器520可以是具有立方体形状的玻璃条，光束在被全反射的同时在其中传播。在这种情况下，聚集入射光的聚光透镜单元510还被设置在光源单元500和该光学积分器520之间。该聚光透镜单元510由至少一个透镜单元组成，并且聚集入射的平行光束使其入射在玻璃条上。
该图像投影设备还包括布置在光学积分器520和分束器540之间的中继透镜单元530。中继透镜单元530由至少一个透镜组成，以将从玻璃条输出的均匀光束传递到位于图像形成位置的DMD(图象合成装置550)。
图10是示出根据本发明的总体构思的另一实施例的图像投影设备的光学布置的示图。参照图10，该图像投影设备包括：照明单元600；图像形成装置650，形成与从照明单元600发出的光束的图像信号相应的图像；和投影透镜单元660，放大由图像形成装置650形成的图像并将其投影到屏幕670上。由于照明单元600的构造基本上与图2、图6、图7和图8的照明单元中的一个相同，因此在这里略掉其详细的描述。
图像形成装置650通过以像素为单位来选择性地反射入射的均匀的照明光来形成图像。如图10所示，利用入射光束的偏振性质来产生图像的反射型LCD装置被用作该图像形成装置650。
在这种情况下，作为改变入射的光束的路径的单元，该投影设备还包括布置在照明单元600、图像形成装置650和投影透镜单元660之间的偏振光束分离器640。该偏振光束分离器640改变入射光束的路径，从而来自于照明单元600的入射光束向着图像形成装置650传播，并且来自于图像形成装置650的入射光束向着屏幕670传播。为此，改变入射的光束的偏振方向以允许具有特定偏振的光束向着偏振光束分离器640传播的偏振改变装置630被布置在照明单元600和偏振光束分离器640之间。该偏振改变装置630包括多个紧凑的偏振光束分离器和四分之一波片，并且将大多数非偏振的入射光束改变为具有特定偏振的光束。由于该偏振改变装置630的构造是众所周知的，因此在这里略掉其详细的描述。
该图像投影设备还包括使从照明单元600发出的光束成为均匀的光束的光学积分器620。该光学积分器620由包括至少一个复眼透镜的复眼透镜阵列构成，所述复眼透镜包括多个彼此相邻排列的具有凸起或柱面形状的透镜单元中的每一个。
图11是示出根据本发明的总体构思的另一实施例的图像投影设备的光学布置的示图。参照图11，该图像投影设备包括：照明单元700；图像形成装置740，形成与从照明单元700发出的光束的图像信号相应的图像；和投影透镜单元760，放大由图像形成装置740所形成的图像并将其投影到屏幕770上。由于照明单元700的构造基本上与图2、图6、图7和图8的照明单元中的一个相同，因此在这里略掉其详细的描述。
图像形成装置740通过以像素为单位来选择性地反射入射的均匀的照明光来形成图像。如图11所示，利用入射的光束的偏振性质来产生图像的透射型LCD装置被用作该图像形成装置740。在这种情况下，由于改变入射的光束的路径的单元并不是必需的，因此与图9和图10的图像投影设备不同，其优点是不需要分束器。
由于透射型LCD装置使用偏振性质来形成图像，因此在照明单元700和图像形成装置740之间还设置了偏振改变装置730。此外，图像形成装置还包括使从照明单元700发出的入射光束成为均匀的光束的光学积分器720。光学积分器720由包括至少一个复眼透镜单元的复眼透镜阵列构成，所述复眼透镜单元包括多个彼此相邻排列的具有凸起或柱面形状的透镜单元中的每一个。
在照明单元中，根据本发明的总体构思，由于通过使用具有三角形棱镜结构的合成棱镜来合成从第一、第二和第三光源单元发出的光束，因此使用临界角全反射原理可以很容易地改变光束的路径，并且与传统的三色棱镜结构相比，光学布置变得容易。此外，在构成光源单元时，由于通过使用反射表面而不是透镜来使光束成为平行光，因此由于当使用透镜时产生的原理限制，诸如通量照度比所带来的效率降低的问题可以被完全解决。当设置了另外的发出第四光束的光源单元时，可以加宽所要表示的颜色的范围，并且可以照射出多种颜色的光束。
此外，由于根据本发明的总体构思的图像投影设备包括照明单元，因此可以将照明单元的结构做得紧凑。此外，由于通过使用第一、第二和第三光源单元照射出具有不同波长的光束来照射出彩色光束，因此不用另外的色轮就能产生彩色图像。
尽管示出并描述了本发明的总体构思的几个实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明总体构思的范围由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (31)

1、一种照明单元，包括：
发出具有不同波长的光束的多个光源单元；和
合成从所述多个光源单元发出的光束以彼此沿着相同的路径传播的合成棱镜，该合成棱镜包括：
第一三角形棱镜，包括根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一部分的第一外表面，以及第一分界面和第二分界面，
第二三角形棱镜，包括透射光束的第二部分的第二外表面、被布置为面对第二分界面的第三分界面、和第四分界面，
第三三角形棱镜，包括根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一部分和第二部分的第三外表面、被布置为面对第四分界面的第五分界面、和被布置为面对第一分界面的第六分界面，和
颜色分离部分，布置在第二分界面和第三分界面之间、第四分界面和第五分界面之间、以及第六分界面和第一分界面之间的位置中的至少一个上，以根据每一光束的波长来选择性地透射或反射光束。
2、根据权利要求1所述的照明单元，其中，第一三角形棱镜、第二三角形棱镜和第三三角形棱镜彼此具有相同的形状和尺寸。
3、根据权利要求2所述的照明单元，其中，第一三角形棱镜、第二三角形棱镜和第三三角形棱镜中的每个是等腰三角形，其中，两个分界面之间的角度是120°，并且在外表面和两个分界面中的每个之间所形成的角度是30°。
4、根据权利要求1所述的照明单元，其中，所述多个光源单元中的每个包括至少一个光学模块，该光学模块发出平行光束并且包括具有反射表面的准直仪和安放在与反射表面相对的表面上的发出具有相应的一种波长的相应的一种光束的光源。
5、根据权利要求4所述的照明单元，其中，所述光源由形成阵列的一个或更多个LED光源或激光二极管构成。
6、根据权利要求1所述的照明单元，其中，所述光束包括第一光束、第二光束和第三光束，并且颜色分离部分包括：
第一二向色滤光器，布置在第二分界面和第三分界面之间，以反射在第一波长范围内的第一光束并且透射在第二波长范围内的第二光束；和
第二二向色滤光器，布置在第六分界面和第一分界面之间，以反射在第三波长范围内的第三光束并且透射在第二波长范围内的第一光束和第二光束。
7、根据权利要求6所述的照明单元，其中，所述多个光源单元包括：
第一光源单元，被布置为面对第一外表面，以向着第一二向色滤光器发出第一光束；
第二光源单元，被布置为面对第二外表面，以向着第一二向色滤光器发出第二光束；和
第三光源单元，被布置为面对第二外表面，以向着第五分界面发出第三光束。
8、根据权利要求7所述的照明单元，其中，第一光源单元和第二光源单元被这样布置，从而经由第一二向色滤光器入射的第一光束和第二光束被第一外表面完全反射，并且经过第二二向色滤光器以向着第三外表面传播，并且
第三光源单元被这样布置，从而从第三光源单元发出的第三光束被第三外表面反射以向着第二二向色滤光器传播。
9、根据权利要求7所述的照明单元，其中，第一外表面和第三外表面中的每个的一部分被全反射涂覆，以分别反射经由第一二向色滤光器入射的第一光束和第二光束以及直接从第三光源单元发出的第三光束。
10、根据权利要求6所述的照明单元，其中，所述光束还包括第四光束，并且颜色分离部分还包括布置在第四分界面和第五分界面之间以反射在第四波长范围内的第四光束并且透射在第三波长范围的第三光束的第三二向色滤光器，并且第二二向色滤光器透射第一光束和第二光束并反射第三光束和第四光束。
11、根据权利要求10所述的照明单元，其中，光源单元包括：
第一光源单元，被布置为面对第一外表面以向着第一二向色滤光器发出第一光束；
第二光源单元，被布置为面对第二外表面以向着第一二向色滤光器发出第二光束；
第三光源单元，被布置为面对第二外表面以向着第三二向色滤光器发出第三光束；和
第四光源单元，被布置为面对第三外表面以向着第三二向色滤光器发出第四光束。
12、根据权利要求11所述的照明单元，其中，第一光源单元和第二光源单元被这样布置，从而经由第一二向色滤光器入射的第一光束和第二光束被第一外表面完全反射，并且经过第二二向色滤光器以向着第三外表面传播，并且
第三光源单元和第四光源单元被这样布置，从而经由第三二向色滤光器入射的第三光束和第四光束分别被第三外表面完全反射并且向着第二二向色滤光器传播。
13、根据权利要求11所述的照明单元，其中，第一外表面和第三外表面中的每个包括被全反射涂覆的一部分以分别反射经由第一二向色滤光器入射的第一光束和第二光束及经由第三二向色滤光器入射的第三光束和第四光束。
14、一种照明单元，包括：
发出具有多种预定波长的光束的多个光源单元；和
三角形合成棱镜，包括：
多个三角形棱镜，被布置为形成三角形，从而从所述多个光源单元发出的光束被多个三角形棱镜的表面反射或透射，以彼此沿着相同的路径从三角形合成棱镜被输出，和
一个或更多个二向色滤光器，每一个安放在所述多个三角形棱镜中的两个之间，以根据光束的波长来反射或透射从所述多个光源单元发出的光束。
15、根据权利要求14所述的照明单元，其中，三角形合成棱镜还包括：
一个或更多个设置的反射层，每个被设置在三角形合成棱镜的外表面的一部分处，以完全反射从所述多个光源单元发出的光束。
16、根据权利要求14所述的照明单元，其中，所述多个光源单元被安放在三角形合成棱镜的外表面的多个部分处，以将光束发射到三角形合成棱镜中。
17、根据权利要求14所述的照明单元，其中，从所述多个光源单元发出的光束包括：
红色光束；
绿色光束；和
蓝色光束。
18、根据权利要求17所述的照明单元，其中，从所述多个光源单元发出的光束还包括：
黄色光束、蓝绿色光束和红紫色光束中的至少一种。
19、根据权利要求14所述的照明单元，其中，所述多个三角形棱镜被布置为形成等边三角形。
20、根据权利要求14所述的照明单元，其中，所述多个三角形棱镜包括：
三个被布置为形成等边三角形的全等的等腰三角形。
21、一种图像投影设备，包括：
照明单元，包括：
发出具有不同波长的光束的多个光源单元，和
合成从所述光源单元发出的光束以彼此沿着相同的路径传播的合成棱镜，该合成棱镜包括：
第一三角形棱镜，包括根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一部分的第一外表面，以及第一分界面和第二分界面，
第二三角形棱镜，包括透射光束的第二部分的第二外表面、被布置为面对第二分界面的第三分界面、和第四分界面，
第三三角形棱镜，包括根据光束输入的方向来透射或反射光束的第一部分和第二部分的第三外表面、被布置为面对第四分界面的第五分界面、和被布置为面对第一分界面的第六分界面，和
颜色分离部分，布置在第二分界面和第三分界面之间、第四分界面和第五分界面之间及第六分界面和第一分界面之间的位置中的至少一个上，以根据每一光束的波长来选择性地透射或反射光束；
图像形成装置，形成相应于由照明单元合成的光束的图像；
投影透镜单元，放大由图像形成装置形成的图像并投影放大的图像；和
显示投影的图像的屏幕。
22、根据权利要求21所述的图像投影设备，还包括布置在照明单元和图像形成装置之间以使从照明单元发出的光束成为均匀的光束的光学积分器。
23、根据权利要求22所述的图像投影设备，其中，光学积分器包括通过完全反射光束来将从照明单元发出的光束传递到其内部的具有立方体结构的玻璃条。
24、根据权利要求22所述的图像投影设备，其中，光学积分器包括包含至少一个复眼透镜的复眼透镜阵列，所述复眼透镜包括多个彼此相邻排列的具有凸起或柱面形状的透镜单元中的每一个。
25、根据权利要求22所述的图像投影设备，其中，图像形成装置包括通过选择性地反射从光学积分器发出的均匀的光束来合成图像的反射型图像形成装置，并且还包括：
分束器，布置在照明单元和图像形成装置之间以改变均匀的光束和图像的路径，从而从光学积分器发出的均匀的光束向着图像形成装置传播，并且由图像形成装置形成的图像向着投影透镜单元传播。
26、根据权利要求25所述的图像投影设备，其中，反射型图像形成装置包括数字微镜装置，并且分束器包括内部全反射镜以向着数字微镜装置完全地反射从光学积分器发出的均匀的光束并向着投影透镜单元透射由数字微镜装置形成的图像。
27、根据权利要求25所述的图像投影设备，还包括：
偏振改变装置，布置在照明单元和分束器之间，以通过改变均匀的光束的偏振方向来使具有特定偏振的均匀的光束向着分束器传播，其中，反射型图像形成装置包括反射型LCD装置，并且分束器包括根据其偏振方向来透射或反射均匀的光束和图像的偏振光束分离器。
28、根据权利要求22所述的图像投影设备，还包括：
偏振改变装置，布置在照明单元和图像形成装置之间以通过改变均匀的光束的偏振方向来使具有特定偏振的均匀的光束向着图像形成装置传播，其中，图像形成装置包括通过选择性地透射从光学积分器发出的均匀的光束来形成图像的透射型LCD装置。
29、一种图像投影设备，包括：
照明单元，包括：
发出具有多个预定波长的光束的多个光源单元，
三角形合成棱镜，包括被布置为形成三角形的多个三角形棱镜，从而从所述多个光源单元发出的光束被所述多个三角形棱镜的表面反射或透射，以彼此沿着相同的路径从三角形合成棱镜被输出，和
一个或更多个二向色滤光器，每个安放在所述多个三角形棱镜中的两个之间，以根据光束的波长来反射或透射从所述多个光源单元发出的光束；和
显示装置，显示相应于从三角形合成棱镜输出的光束的图像。
30、根据权利要求29所述的图像投影设备，其中，显示装置包括：
显示单元，形成相应于从三角形合成棱镜输出的光束的图像；
投影透镜单元，放大该图像并投影放大的图像；和
显示投影的图像的屏幕。
31、根据权利要求30所述的图像投影设备，其中，显示单元包括数字微镜装置、反射型LCD或透射型LCD中的一个。
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