CN2924567Y - 用于多光源系统光学引擎的混光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于多光源系统光学引擎的混光器，它是空心腔体，用玻璃或塑料等材料制成，设有入射孔和出射孔，并在腔体的光滑的内壁上镀有高反射膜。混光器的作用是使投射在数码显像器件上的光强更加均匀，从而提升在屏幕上显示的图像的还原性能。

Description

用于多光源系统光学引擎的混光器

发明领域

本实用新型申请涉及用于多光源系统光学引擎的混光器。

背景技术

数码投影技术是国际上自20世纪末起逐步风行于动态影像显示领域的高端技术。数码投影设备有多种类型，包括数码正面投影机、数码背面投影机、家庭影院、数码彩色照片扩印机等等。数码投影设备的核心是用于将图像投影到屏幕上的光学引擎。

按照显像芯片的类型，可将光学引擎分为液晶显示(LCD)型、硅基液晶(LCoS)型、数码光处理器(DLP)型；而按照芯片的数量，又可将光学引擎分为单片、三片结构。一般，光学引擎包括：光源部分、照明光线处理部分、数码显像器件和投影物镜。

目前，光源部分大多采用单个白光发光体(例如，单个带反光碗的卤素灯)。白光光源发出的白光在照明光线处理部分中分解成R、G、B三种单色偏振光。一般而言，采用这种方式存在下述缺点：

1)对将白光分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三种单色偏振光的偏振光束分裂器的制造工艺要求很高，因而价格也较贵，且生成的R、G、B三种单色偏振光的色纯度不高；

2)虽然白光光源对R、G、B波段范围的能量分布是均匀的，但光学引擎对不同光谱光线的透过率不同，因而造成影像的色还原不良；

3)需要采用光线截止器截留白光中含有的红外(IR)光线和紫外(UV)光线，以防止它们进入后部光学系统，否则，IR光线引起发热，而UV光线使系统中的塑料制件加速老化；

4)在经过向R、G、B三种颜色的分解过程以及IR、UV截止及中，白光的光能损耗很大；

5)采用卤素灯的白光光源温度过高，若提高输入功率则将同时提高灯泡温度，这会对系统工作及灯泡寿命带来负面影响，此外，卤素灯的寿命短而价格高。

在申请日为2004年5月31日，申请号为200420023210.4的实用新型中，本实用新型的发明人提出了一种多光源系统光学引擎来解决上述问题，其光源部分包括多个相异的光源。多个相异的光源可以是一个或多个白光光源和一个或多个单色偏振光光源，也可以是两个或两个以上单色偏振光光源。每个单色光源可以包括M个阵列，每个阵列可以包括N个发光体，其中M≥1，N≥1。单色光可由发光二极管或二极管激光器提供。在单色偏振光光源中设置透镜组和起偏器。照明光线处理部分的结构要根据光源部分的结构作相应的变更，设置不同个数的偏振光束分裂器、反光镜和光线截止器。

为了使投射在多光源系统光学引擎中的数码显像器件上的光强更加均匀，从而提升图像的还原性能，可以使用本实用新型的用于多光源系统光学引擎的混光器。

发明概述

本实用新型给出一种用于多光源系统光学引擎的混光器，它是一个空心腔体，设有入射孔和出射孔，并且在腔体的光滑的内壁上镀有高反射膜。空心腔体的形状可以是长方体、圆柱体、棱柱、多面体(N面，N＞3)、球体、旋转椭球体、等等。制作腔体的材料可以是玻璃、塑料、等等。

附图说明

图1示出一种多光源系统光学引擎的略图；

图2是本实用新型的混光器的结构示意图；

图3是使用本实用新型的混光器的第一实施例的略图；以及

图4是使用本实用新型的混光器的第二实施例的略图。

具体实施方式

图1示出一种多光源系统光学引擎的略图。它可用于数码背面投影。它采用由R、G、B三个单色偏振光源18A-18C构成的光源组8来提供R、G、B三种单色偏振光。每个单色偏振光源包括单色光源10、透镜组12和起偏器13。在照明光线处理部分9中，设有2个偏振光束分裂器16C和16D、使三种单色偏振光光束循环出射的旋转色轮14以及改变光束方向的棱镜组15。标号4是数码显像器件。由投影透镜5出射的光线经反射镜20反射后射向屏幕6。

图2是本实用新型的混光器的结构示意图。用于提高光学引擎出射光束光强均匀度的混光器21是一个空心腔体，设有入射孔22和出射孔23，在腔体的光滑的内壁24上镀有高反射膜，以尽可能减少因光线反射而引起的光损耗。空心腔体的形状可以是长方体、圆柱体、棱柱、多面体(N面，N＞3)、球体、旋转椭球体、等等。制作腔体的材料可以是玻璃、塑料、等等。光强不太均匀的光线以入射角θ进入混光器21的入射孔22，而光强较为均匀的光线以出射角θ’从出射孔23离开混光器21。

混光器的入射角θ、出射角θ’以及入射孔、出射孔的大小与以下因素有关：

1)混光器外部形状、大小；

2)混光器内壁表面形态，及其内壁所镀材料的反射率；

3)入射光束孔径及发散角的大小；

4)光学引擎所要求光束光强的均匀度及光强大小。

若腔体为长方体，则可以用下述的方法来粗略估算混光器的入射角θ、出射角θ’以及入射孔、出射孔的大小。为分析简单起见，把空心腔体简化为间距为H的平行平板，则入射角θ与出射角θ’相等，入射孔与出射孔的孔径都相当于平行平板的间距H，并且θ、H与光束直径d之间有下述关系：

                     cosθ＝d/H                                (1)

当θ＞0时，cosθ＜1，而H＞d，即入射孔径应大于光束直径，否则，将有一部分光束不能进入入射孔。

另一方面，如果平行平板的长度为L(它相当于混光器的长度)，光束在平行平板之间反射的次数为N，则有

                     sinθ＝Nd/L                         (2)

这里，为了使入射光线与出射光线之间成锐角，N应为偶数，即N＝2，4，...。为了达到一定的混光效果，光束在混光器内须反射一定的次数，即我们可根据要求选定N的值，N值越大，则混光效果越佳。如果再预先确定混光器的长度L并且已知光学引擎所要求的光束直径d，则可从上式确定入射角θ。一旦确定了入射角θ的值，即可由式(1)求得H，即入射孔径。一般而言，增大孔径可提高光效，但混光效果降低；缩小孔径可提高混光效果，但光效降低。

上面所述的只是一种粗略估算混光器参数的方法。为了获得较佳的混光效果，应通过具体实践对得到的参数作出修正。

若内腔为圆柱体、棱柱、多面体、球体、旋转椭球体等形状时，则可由经验或具体试验得出混光器的入射角θ、出射角θ’以及入射孔、出射孔的大小。

第一实施例

图3示出使用本实用新型的混光器的第一实施例的略图。R、G、B三种单色光经改变光束方向的棱镜26射至使光束准直的透镜组25，然后通过混光器21射至改变光束方向的棱镜组15。标号4是数码显像器件。由投影透镜5出射的光线经反射镜20反射后射向屏幕6。

第二实施例

图4示出使用本实用新型的混光器的第二实施例的略图。标号27是X型滤色片组，它由镀有半透射半反射膜的光学玻璃构成，其作用与第一实施例中的棱镜26相同。R、G、B三种单色光经X型滤色片组27射至使光束准直的透镜组25，然后通过混光器21射至改变光束方向的棱镜组15。标号4是数码显像器件。由投影透镜5出射的光线经反射镜20反射后射向屏幕6。

虽然上面详细描述了两个实施例，但它们是例示性的而不是限定性的。熟悉本领域的技术人员可以对上述实施例进行种种的修改和变更而不偏离本的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于多光源系统光学引擎的混光器，其特征在于，它是一个空心腔体，设有入射孔和出射孔，并在所述腔体的光滑的内壁上镀有高反射膜。

2.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述空心腔体的形状可以是长方体、圆柱体、棱柱、多面体，有N面，N＞3、球体、旋转椭球体。

3.如权利要求1所述的混光器，其特征在于，所述空心腔体的材料可以是玻璃、塑料。

Images