颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置。一种颜色分离和组合系统包括：第一光学系统，其包括第一光学平面；以及第二光学系统，其包括第二光学平面至第四光学平面。第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面。第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并引导来自第一光学平面的光之中的第二颜色光。第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统。第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。

Color separation and combination optical system and image projection device with the system

【技术实现步骤摘要】
颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置
本专利技术涉及一种颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置。
技术介绍
传统上已知一种图像投影装置或所谓的投影仪，其将从光源产生的光束(或射束)发射到图像显示元件，在图像显示元件处根据输入视频信号调制该光束，并通过投影光学系统投射该光束。图像显示元件可以具有各种形式，并且其中之一是镜面反射型图像显示元件，例如数字微镜设备(下文中称为注册商标DMD)。在DMD中，多个像素均具有微镜，在一个表面上展开，并形成图像显示区域。多个微镜分别可对应于图像信息在两个倾斜位置即ON状态和OFF状态之间切换。当照明光沿着与微镜的旋转轴正交且相对于图像显示区域的法线倾斜期望的角度(通常为34°)的方向进入图像显示区域，并且多个微镜变为ON状态时，光束在基本垂直于图像显示区域的方向上反射。由此，通过投影光学系统投影图像。当多个微镜变为OFF状态时，光束被反射到投影光路的外部。反射光束被视为不必要的光。另外，通过在图像信息的一帧中在ON状态和OFF状态之间高速地切换多个微镜来表示灰度，并且可以显示图像。在多个微镜处于OFF状态时反射的光束(下文称为OFF光)是具有与ON状态下反射的光束(下文称为ON光)同样高的功率的光，并且通过通常在吸收体(例如金属)中吸收它并通过冷却吸收体而被处理。需要确保用于将OFF光引导到就设置在DMD附近的棱镜中的吸收体的适当的光路。如果不能确保适当的光路，则棱镜中的杂散光可能会降低投影图像的对比度，或者已经进入投影光学系统并然后进入镜筒的杂散光导致温度升高和分辨率性能下降。另外，当光无意地进入机械部件时，该部件可能发出烟雾、被熔化等。另一方面，被配置为将OFF光引导到棱镜中的吸收体的适当光路可能增加棱镜的尺寸。随着棱镜尺寸的增加，投影光学系统的后焦距变长，并且投影光学系统变大。WO2015/194454公开了一种投影仪，其确保棱镜中的适当光路并相对于棱镜旋转DMD，以便适当地吸收辐射器中的OFF光，从而避免棱镜的大尺寸。图12A和图12B示出了在WO2015/194454中的投影仪中的光束在它进入DMD之前和之后的角度分布。图12A示出了在旋转DMD之前光束的角度分布。图12B示出了在旋转DMD之后光束的角度分布。由于OFF光(不需要光)L3在与照明光L1的入射方向(Y轴方向)正交的方向(X轴方向)上具有矢量分量，因此确保引导OFF光L3到吸收体时的光路将使图中虚线部分的间隔所示的棱镜变宽。WO2015/194454中的光学单元使DMD相对于棱镜旋转，从而使ON光(投射光)L2和OFF光L3之间的X方向上的距离变窄，并且减小棱镜宽度。在WO2015/194454的投影仪中，由于DMD的操作原理，OFF光L3必须在与照明光L1的入射方向正交的方向上具有矢量分量。因此，即使旋转DMD，原则上也存在小型化限制。另外，在WO2015/194454的投影仪中，由于OFF光L3被引导到ON光L2正上方的位置，因此需要在投影光学系统和棱镜之间设置用于OFF光的处理单元。为了适当地处理OFF光，OFF光处理单元需要冷却和一定量的空间。此时，可能使投影光学系统的后焦距更长。由于图像显示元件实际上包括驱动电路板和用于冷却的散热器，因此如果旋转DMD，这些部件和棱镜可能相互干扰。为了避免干扰，需要将图像显示元件与棱镜分开以获得空间宽容度，这也导致投影光学系统的后焦距更长。
技术实现思路
本专利技术提供了一种颜色分离和组合系统以及具有该系统的图像投影装置，颜色分离和组合系统以及图像投影装置中的每一个都可以使被配置为将光引导到镜面反射型图像显示元件的分色棱镜更小。根据本专利技术的一个方面的颜色分离和组合系统被配置为将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统。颜色分离和组合系统包括：第一光学系统，其包括第一光学平面；以及第二光学系统，其包括第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面。第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面。第二光学平面将来自第一光学平面的光中的第一颜色光引导到第三光学平面，并引导来自第一光学平面的光中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光。第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统。第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。根据本专利技术的一个方面的颜色分离和组合系统包括棱镜光学系统，并且被配置为使用棱镜光学系统将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统。棱镜光学系统包括：第一光学平面，被配置为接收来自光源的光；第二光学平面，被配置为接收来自第一光学平面的光；第三光学平面，被配置为将来自第二光学平面的光引导到第一图像显示元件；和第四光学平面，被配置为将来自第二光学平面的光全反射向第二图像显示元件。包括上述颜色分离和组合系统的图像投影装置也构成了本专利技术的另一个方面。根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其他特征将变得清晰。附图说明图1是根据第一实施例的图像投影装置的框图。图2A至图2C是根据第一实施例的颜色分离和组合系统的框图。图3A和图3B示出了入射在数字微镜设备上的光的行为。图4A至图4C比较了传统的分色棱镜和根据第一实施例的分色棱镜。图5A和图5B解释了根据第一实施例的OFF光处理。图6A和图6B比较光束进入图像显示元件之前和之后的光束的角度分布(第一实施例)。图7A和图7B比较光束进入图像显示元件之前和之后的光束的角度分布(第二实施例)。图8A至图8C是根据第三实施例的颜色分离和组合系统的配置图。图9解释了根据第三实施例的OFF光处理。图10A至图10C是根据第四实施例的颜色分离和组合系统的配置图。图11解释了根据第四实施例的OFF光处理。图12A和图12B示出了光束进入数字微镜设备之前和之后的光束的角度分布(现有技术)。具体实施方式现在参照附图，将给出根据本专利技术的实施例的描述。相应的元件将用相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。第一实施例图1是根据第一实施例的图像投影装置100的框图。图像投影装置包括光源单元、照明光学系统10、光路偏转镜11、全反射棱镜(第一光学系统)12、分色棱镜(第二光学系统)13、第一图像显示元件14、第二图像显示元件15和投影光学系统16。光源单元包括蓝色激光光源1、正透镜2、负透镜3、二向色镜4、聚光透镜5、荧光体(或荧光)轮6、准直透镜7、中继透镜系统8和光路偏转镜9。第一图像显示元件14和第二图像显示元件15是镜面反射型图像显示元件，例如DMD。每个图像显示元件可以从其中多个微镜处于ON状态且沿图像显示区域的法线方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颜色分离和组合系统，被配置为将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统，所述颜色分离和组合系统包括：/n第一光学系统，包括第一光学平面；和/n第二光学系统，包括第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面，/n其特征在于，第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面，/n其中，第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并将来自第一光学平面的光之中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光引导到第四光学平面，/n其中，第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统，并且/n其中，第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。/n

【技术特征摘要】
20180712 JP 2018-1319941.一种颜色分离和组合系统，被配置为将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统，所述颜色分离和组合系统包括：
第一光学系统，包括第一光学平面；和
第二光学系统，包括第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面，
其特征在于，第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面，
其中，第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并将来自第一光学平面的光之中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光引导到第四光学平面，
其中，第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统，并且
其中，第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。


2.根据权利要求1所述的颜色分离和组合系统，其特征在于，第一图像显示元件和第二图像显示元件中的每一个均被配置为从沿图像显示区域的法线方向反射光束的第一状态和沿相对于该法线方向倾斜的方向反射光束的第二状态中的一个转移到第一状态和第二状态中的另一个，
其中，第三光学平面将来自第一状态的第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统，并且
其中，第四光学平面将来自第一状态的第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。


3.根据权利要求2所述的颜色分离和组合系统，其特征在于，第三光学平面透射来自第二状态的第一图像显示元件的光，
其中，第四光学平面透射来自第二状态的第二图像显示元件的光。


4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：川澄健人，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP