CN1871849A - 利用多个dmd装置的图像投影器的照明系统 - Google Patents
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Abstract
一种图像投影器的照明系统,包括:光束(1、1′);适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量的第一装置(12、12′、13);多个DMD装置(8、9、10),各反射所述单色分量之一;适合向所述多个DMD装置(8、9、10)发送所述单色分量的多个装置(14、14′、14″、14″′、16、17、18、19、20、21);特征在于,存在与所述第一装置(12、12′、13)分开的第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29),并适合把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量,重新组成发送至投影透镜(7)的光束(11)。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用多个DMD(数字微反射镜装置)装置的图像投影器的照明系统。在下面的描述中,将经常使用缩写DMD来表示这些装置,其英文名是Digital Micromirror Device。
背景技术
简单地说,DMD装置,或平板,包括一组小的呈正方形的反射镜,通常是铝的,边长约14μm,每一反射镜形成要投影的像的一个单元,简称像素。该反射镜能绕对角线旋转一定的角度,例如±12度,且沿两个方向中任一个的旋转,是通过位于反射镜下面相对于旋转轴的相对两侧的两个电极产生的。
当反射镜处于“静止”位置,即当反射镜没有被两个电极的任一个吸引时,光以约26度角相对于反射镜表面垂直方向,落在反射镜上。如果反射镜沿一个方向旋转,则使落在它的光以不进入投影透镜的方式反射,从而不送至屏幕,于是该象素是“断”;如果旋转沿相反方向发生,因为反射光被送至屏幕,该象素是“通”。
在更为便宜的投影器中,使用单个DMD装置,在此情形下,所述DMD装置的反射镜被三种基本色,即红、绿、和蓝相继照射,这三种基本色是把照明灯的光发送到旋转的轮获得的,该旋转的轮亦称色盘。
所述色盘被分成三个扇区,其中每一个包括与三种基本的红、绿、和蓝之一对应的分色滤光器,所述分色滤光器事实上由多层构成,每一层可以有低或高的折射率,根据分色滤光器的类型和层数,能够设定它的基本配色,该基本配色可以是红、绿、蓝、等等。
此外,这些分色滤光器有非常特殊的特性,因为它们依据干涉原理工作,本质上是从白色光源分离出两种颜色,两者之一透射,而与第一种互补的另一种颜色则被反射。
于是,装备有分色滤光器的色盘的旋转,每一分色滤光器对应于三种基本色之一,能使照明灯发射的光的路径,按照所述色盘位置,被不同类型的分色滤光器阻挡;这样能使分色滤光器透射的光束,依次呈现与三种主要单色分量之一对应的颜色,例如红、绿、和蓝。
然后,所述单色分量被送至DMD装置。
当需要非常高的亮度时,例如照亮大的屏幕时,则增加投影器中使用的DMD装置数量,普通是用三个;在这种情形下,灯的光被棱镜分为三种单色分量红、绿、和蓝,所述单色分量的每一种被送至不同的DMD装置。
图1画出公知的使用三个DMD装置的照明系统概要图;但为简单起见,只说明三基本单色分量(红、绿、和蓝)中有关光分解的部分;图上还画出随后三个DMD装置的照明和单色分量重新组成单一光束。
参考数字1表示的连续线,代表白光光束,由公知的过程使之均匀和聚焦,因此没有在图中画出。
棱镜2属于公知的TIR(全内反射,在下面的描述中常常用这一缩写)型,由于存在把它和与它结合的第二棱镜分开的空气层,所以它以全内反射方式工作,该层以参考数字3表示。
白光光束1然后被TIR棱镜2向棱镜4反射;分开棱镜4与棱镜5的分色表面,构成第一分色滤光器F1,它例如透射白光光束1的绿的和蓝的单色分量,但反射红的单色分量。因此后者沿着虚线及箭头指示的路径,首先沿着路径a-b-c,照射DMD装置8,并被DMD装置8反射,沿着路径c-d-f-n射向投影透镜7。
绿的和蓝的单色分量共同形成蓝绿色光束,沿着路径a-e穿过棱镜5,到达棱镜5和棱镜6之间分开的表面。
棱镜5和棱镜6之间分开的所述表面,形成第二分色滤光器F2,它例如反射蓝的单色分量;而图1中以点线表示的绿的单色分量,沿着路径e-g,照射DMD装置9,后者然后把它反射,沿着路径g-h-f-n射向投影透镜7。
类似地,以点划线表示的蓝的单色分量,被分色滤光器F2反射,并沿着路径e-i-l,照射DMD装置10,然后,所述蓝的单色分量被DMD装置10反射,射向分色滤光器F1和F2,之后,沿着路径l-m-h-f-n到达投影透镜7。
必须指出,在图1所示公知的照明系统中,三种单色光分量,只要被DMD装置8、9、及10反射,形成单一光束11,便发送到投影透镜7并随后送至屏幕(图1中未画出),但该三种单色光分量必须在点f重合。
图1所示的公知照明系统,存在一些缺点。
第一个缺点是,由于在白光分解为三种单色分量的情形,其中每一分量被送至相应的DMD装置8、9、及10,以及在把DMD装置8、9、及10反射的光重新组成发送至投影透镜7的单一光束11阶段,两种情形都要用到分色滤光器F1和F2。
试想,如图1中所示,要发送至DMD装置8、9、及10的包括各单色分量的光束,在分色滤光器F1和F2上的入射角,不同于被DMD装置8、9、及10反射的单色分量在所述分色滤光器F1和F2上的入射角,这样的分色滤光器难以制作,且色彩的产出不是优化的。
此外,因为DMD装置8、9、及10的有效表面必须被完全照射,所以白光光束1和单色分量的单个光束,必须有充分宽的截面,以便计及系统的各种公差;这意味着要降低整个照明系统的亮度,和增加TIR棱镜2及棱镜4、5、和6的尺寸,分色滤光器F1和F2是在这些棱镜分开的表面上实现的。
此外,单色分量光束的一部分,也总要被任何DMD装置8、9、及10的“关断”像素反射,而且,棱镜4、5、和6中光的投射,牵涉到其他两个DMD装置,导致反差的下降。
发明内容
本发明的目的,是提出一种用于图像投影器的光学照明系统,该系统通过消除上述缺点,保证图像投影器制作的简单实施,同时提高其性能。
为达到该目的,本发明的目标,是提供一种具有后面权利要求说明的特性、用于图像投影器的照明系统,这些权利要求构成本文说明的不可分的部分。
附图说明
本发明还有的目的及优点,将从下面的详细说明及附图看得更清楚,附图是以非限制性的例子举出,其中:
-图1画出公知的照明系统。
-图2画出按照本发明的照明系统的第一实施例。
-图3画出图2照明系统的细部。
-图4画出按照本发明的照明系统的第二实施例。
-图5画出结合图4实施例使用的照明系统的细部。
-图6画出按照本发明的照明系统的第三实施例。
十分清楚,各图中用相同参考数字表示的方框,执行相同的功能。
具体实施方式
图2画出按照本发明用于图像投影器的照明系统的第一实施例,在所述系统中,使用以参考数字8、9、及10表示的三个DMD装置。
光束1由白光构成,并向分色滤光器12发送,该分色滤光器12把绿的和蓝的单色分量向分色滤光器13反射,并透射红的单色分量。
所述红的单色分量,沿着以虚线及箭头表示的路径k-o-c-p-q-n,被与棱镜17结合的TIR型棱镜16发送至DMD装置8,后者把它向与棱镜22结合的TIR型棱镜23反射。
TIR棱镜23把红的单色分量向点q反射,点q在棱镜23面向TIR棱镜24的表面上;该表面构成分色滤光器D1,它反射红的单色分量并透射绿的和蓝的单色分量,因此,红的单色分量从q点向n反射,然后射向投影透镜7。
由绿的和蓝的单色分量构成的光束,在已经被分色滤光器12反射之后,到达分色滤光器13,该分色滤光器13透射蓝的单色分量并向反射镜14′反射绿的单色分量。后一单色分量沿着以点线和箭头表示的路径r-s-t-g,被反射镜14′向与棱镜19结合的TIR棱镜18反射,然后射向DMD装置9。
DMD装置9向棱镜25反射绿的单色分量;TIR棱镜24面向棱镜25的表面,构成分色滤光器D2,该分色滤光器D2反射蓝的单色分量而透射绿的单色分量,因此,绿的单色分量能够沿着路径g-u-q-n继续传播至点n,然后到达投影透镜7。
蓝的单色分量,在已经穿过分色滤光器13之后,被反射镜14反射,然后沿着以点划线和箭头表示的路径v-z-l-y-u-q-n,由与棱镜21结合的TIR棱镜20,首先向DMD装置10,然后向与TIR棱镜23结合的TIR棱镜24发送,TIR棱镜24把它向棱镜25反射;因为如上所述,分色滤光器D2反射蓝的单色分量,所以蓝的单色分量被向点q反射,然后射向投影透镜7。
因此,在q点,基本的红、绿、和蓝分量被重新组成单个光束11,送至投影透镜7。
从本质上说,光束1分解为基本分量(红、蓝、和绿),是用两个分色滤光器12和13实现的;然后把每一所述基本的单色分量,送至三个TIR棱镜16、18、20之一,这些棱镜的每一个与一个DMD装置8、9、10结合。
或者换种方式,把来自DMD装置8、9、10的基本单色分量重新组成单一光束11,可以用:
-在TIR棱镜23面对TIR棱镜24的表面上获得的第一分色滤光器D1,它反射红的单色分量而透射绿的和蓝的单色分量;
-在TIR棱镜24面对棱镜25的表面上获得的第二分色滤光器,它反射蓝的单色分量而透射绿的单色分量;
-第一TIR棱镜23,它把红的单色分量按一定方式向点q发送,使该红的单色分量能够被分色滤光器D1反射至投影透镜7;
-第二TIR棱镜24,它把蓝的单色分量向分色滤光器D2反射,分色滤光器D2用于把蓝的单色分量向点q反射,结果射向投影透镜7。
来自DMD装置9的绿的单色分量,被分色滤光器D1和D2透射;因此,绿的单色分量把自身与蓝的单色分量,在分色滤光器D2上的点u重新组合,并与红的单色分量,在分色滤光器D1上的点q重新组合。这样,单色分量重新组成单一光束11。
因为分色滤光器12和13只提供把白光分解为它的基本单色分量(红、绿、和蓝),所以分色滤光器12和13的实现更为简单,且系统的校正方向更为容易。
相同的考虑对分色滤光器D1和D2同样成立,分色滤光器D1和D2仅用于光束11的单色分量重新组成阶段;因此可以使单色分量光束及光束11的尺寸优化,从而增加整个照明系统的效率。
通常,在本发明用于图像投影器的照明系统的目标中,分色滤光器12、13、D1、及D2,和TIR棱镜16、18、20、23、24及与TIR棱镜23、24结合的棱镜22及25这两种器件,都能比公知的照明系统中使用的那些器件有更小的尺寸。
TIR棱镜23、24和棱镜25分别面对DMD装置8、9、及10的表面,在图2中以粗线表示,均按图3前视图所示处理;每一所述表面有光学孔径26,例如是矩形的,只允许相应DMD装置8、9、及10的“接通”像素反射的光通过,而用该表面的剩余部分,阻挡“关断”像素散射的光。
于是,所述光学孔径26,适合控制DMD装置8、9、及10每一个向投影透镜7发送的任何单色分量光束的尺寸;这样,能够避免“关断”像素散射的光到达其他两个DMD装置,引起反差的降低。
还能够按一定方式处理每一光学孔径26,使它能滤去来自DMD装置8、9、及10的单色分量中可能有的杂散色分量,使再现的色彩更纯。
图4画出本发明的第二实施例。
绿的单色分量向相应DMD装置9的发送,除经过反射镜14′外,还用反射镜14″及14,除此之外,光束1分解为基本单色分量,以及所述基本单色分量向DMD装置8、9、及10的反射,完全与图2相同。
被DMD装置8、9、及10反射的三种单色分量,通过两个分色滤光器28及29,重新组成单一光束11,该两个分色滤光器28及29在它们之间相互垂直排列,并相对于入射它们的单色分量倾斜45度。
所述分色滤光器28及29共同配置在直立(upright)棱镜上,并构成有已知特性及平行六面体形状的装置27。
图5画出装置27的三维视图;使用时,把它放进本发明的图像投影器的照明系统中,三个面各平行于DMD装置8、9、及10放置,该三个面每一个的配置,与图3所示的相同,因而前面所作考虑仍然成立。
现在参考图4,两个分色滤光器28及29透射绿的单色分量,同时,分色滤光器28反射红的单色分量并透射蓝的单色分量,而分色滤光器29反射蓝的单色分量并透射红的单色分量。大体上说,分色滤光器28及29把来自DMD装置8、9、及10的三种单色分量,重新组成单一光束11。
然后,光束11被送至投影透镜7;后者用虚线表示在图4中,该虚线指出,投影透镜7放置的平面,必须不同于分色滤光器12及13和反射表面14及14′放置的平面,以避免可能的机械及光学的干扰。
在图4例子所示的实施例中,光束1分解为基本单色分量,每一单色分量送至相应的DMD装置8、9、及10是用分色滤光器12及13实现的;反之,来自所述DMD装置8、9、及10的单色分量,重新组成单一光束11,是用分色滤光器28及29实现的。
显然,可以对本发明的照明系统作许多改变,而不偏离本发明观念的新颖原理。
例如,图6画出按照本发明使用两个DMD装置8和9的图像投影器的照明系统。
在该例子中,光束1′依次由黄的光束和绛红的光束构成,黄的光束由红的和绿的单色分量形成,绛红的光束由红的和蓝的单色分量形成。
所述绛红的和黄的光束,是通过把白的光束送至色盘获得的,该色盘在图6中没有画出,本例中,该色盘被分为两个扇区;所述扇区的第一个,由反射蓝的单色分量并透射黄的光束1′的分色滤光器构成,第二个有反射绿的单色分量并透射绛红的光束1′的分色滤光器。
分色滤光器12′反射光束1′的红的单色分量,该光束1′依次是黄或绛红;所述红的单色分量然后被反射表面14向TIR棱镜16偏折,之后射向DMD装置8。
此外,分色滤光器12透射黄的光束1′的绿的单色分量和绛红的光束1′的蓝的单色分量;该绿的和蓝的单色分量,因为它们是依次向分色滤光器12′发送的光束的一部分,它们也依次被反射表面14″向TIR棱镜18偏折,TIR棱镜18把它们反射到DMD装置9上。
装置27只有两个有效的面,这两个面分别对着DMD装置8及9,每一个包含已经说明的光学孔径26;此外,在装置27中只有分色滤光器28,它向投影透镜7反射红的单色分量,并在绿的和蓝的单色分量已经依次被DMD装置9反射之后,透射绿的和蓝的单色分量。
因此,在图6例子所示的实施例中,分色滤光器12′把光束1′分解为组成光束1′的两种单色分量之一,同时,分色滤光器28能使基本的单色分量重新组合,以便形成光束11。
显然,本领域熟练人员容易对说明的照明系统,产生并使用许多其他的变化和应用,所以显然,在本发明的实际使用中,各部件的形状和大小可以不同,它们能以等价的技术单元取代。
Claims (15)
1.一种用于图像投影器的照明系统,包括:
-光束(1、1′);
-第一装置(12、12′、13),适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量;
-多个DMD装置(8、9、10),各反射所述单色分量之一;
-多个装置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21),适合向所述多个DMD装置(8、9、10)发送所述单色分量;
特征在于,存在与所述第一装置(12、12′、13)分开的第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29),并适合把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量,重新组成发送至投影透镜(7)的光束(11)。
2.按照权利要求1的图像投影器的照明系统,特征在于,所述多个装置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)包括TIR棱镜(16、18、20)。
3.按照前述权利要求之一个或多个的图像投影器的照明系统,特征在于,每一DMD装置(8、9、10)与一TIR棱镜(16、18、20)结合。
4.按照前述权利要求之一个或多个的图像投影器的照明系统,特征在于,该图像投影器使用三个DMD装置(8、9、10)。
5.按照权利要求1到3的图像投影器的照明系统,特征在于,该图像投影器使用两个DMD装置(8、9)。
6.按照权利要求1的图像投影器的照明系统,特征在于,适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量的所述第一装置(12、12′、13),包括分色滤光器(12、12′、13)。
7.按照权利要求1的图像投影器的照明系统,特征在于,把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量重新组成光束(11)的所述第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29),包括分色滤光器(D1、D2、28、29)。
8.按照权利要求1的图像投影器的照明系统,特征在于,把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量重新组成光束(11)的所述第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29),包括TIR棱镜(23、24)。
9.一种用于图像投影器的照明系统,包括:
-光束(1、1′);
-第一装置(12、12′、13),适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量;
-多个DMD装置(8、9、10),各反射所述单色分量之一;
-多个装置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21),适合向所述多个DMD装置(8、9、10)发送所述单色分量;
特征在于,每一DMD装置(8、9、10)与有光学孔径(26)的单元(23、24、25、27)结合,该光学孔径(26)控制每一DMD装置(8、9、10)向投影透镜(7)发送的任何单色分量的光束大小。
10.按照前一权利要求的图像投影器的照明系统,特征在于,所述单元(23、24、25、27)是直角棱镜(23、24、25、27)。
11.按照前一权利要求的图像投影器的照明系统,特征在于,所述直角棱镜(23、24、25、27)是TIR棱镜(23、24)。
12.按照权利要求10的图像投影器的照明系统,特征在于,所述直角棱镜(23、24、25、27)是有平行六面体形状的装置(27)。
13.按照前一权利要求的图像投影器的照明系统,特征在于,所述装置(27)的作用,包括分色滤光器(28、29)。
14.按照权利要求9的图像投影器的照明系统,特征在于,能够按一定方式处理所述光学孔径(26),使它能滤去所述DMD装置(8、9、10)反射的单色分量中可能有的杂散色分量。
15.按照权利要求9到14的图像投影器的照明系统,特征在于,所述光学孔径(26)的形状是矩形的。
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