用于投影显示的光学系统技术方案

本发明专利技术提供了用于使用数字发光板（３５）的投影系统中的棱镜（１３）。该棱镜包括定向的第一（１９）和第二（２１）分离表面，使得：（ａ）光源（３３）发出的光穿过分离表面，到达数字发光板；（ｂ）“开”像素发出的光在第二表面（２１）处经过全反射，被导入投影透镜（３９）的接收角；和（ｃ）“关”像素发出的光从第二表面（２１）反射，被导离投影透镜（３９）的接收角。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于投影显示的光学系统，尤其涉及美国专利号5,552,922(’922专利)中所揭示类型的光学系统，其内容通过参考结合于此。
技术介绍
’922专利中揭示了一种系统，它用于透射照明光，从光源到数字发光板(DLP)，再从DLP的“开”像素到投影透镜。虽然’922专利的系统工作地很成功，但是注意到了两个可以改进系统的方面，以降低成本和使制造更简单。第一方面涉及’922专利中表面18和20之间的倾斜空隙。由于“开”像素发出的光穿过该空隙，所以该空隙可以将像散和彗差传入DLP的投影图像，除非空隙的宽度和楔形被仔细地控制。对空隙宽度和楔形严格控制的需要使系统的制造更复杂。第二方面涉及’922系统中，“开”像素发出的光穿过’922专利中表面14、16和18所确定的光学元件，和该专利中表面12和20所确定的光学元件。这意味着这两个光学元件必须用高质量的玻璃制造，并且必须满足表面平面度、表面定位、straie、双折射，等等的严格公差。这种需要增加了系统的总成本，因此是不希望的。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的是提供改进的光学系统，用于透射照明光，从光源到DLP，再从DLP的“开”像素到投影透镜。具体地说，本专利技术的目的是提供’922专利中所揭示一般类型的系统，它更易制造并降低了成本。为了达到这些和其它的目的，本专利技术提供的光学系统包括光源、DLP、投影透镜、和具有第一和第二分离表面的棱镜，其中第一和第二分离表面、光源、DLP、和投影透镜相对于彼此取向，使得光源发出的光穿过第一和第二分离表面，到达DLP，从DPL中“开”或“第一位置”像素反射的光在朝向投影透镜的第二分离表面处被以一角度内反射，使得光在投影透镜的接收角内，DLP中“关”或“第二位置”像素反射的光或者在朝向投影透镜的第二分离表面处被以一角度内反射，使得光不在投影透镜的接收角内，或者穿过棱镜，所以光在接收角之外(例如，图3中的最高光束41)。附图说明图1是本专利技术中从光源到DLP的光路的示意图。图2是本专利技术中从DLP的“开”像素到投影透镜的光路的示意图。图3是本专利技术中DLP的“关”像素发出光线的光路示意图。结合并组成说明书一部分的以上附图和说明书一起说明了本专利技术的较佳实施例，用于解释本专利技术的原理。当然应该理解附图和说明书只是解释性的，并不限制本专利技术。附图中使用的标号对应如下13棱镜15棱镜元件17棱镜元件19第一分离表面21第二分离表面23对角线25棱镜入射表面27棱镜出射/入射表面29棱镜出射表面31照明光33照明系统35DLP37“开”像素反射的光39投影透镜41“关”像素反射的光43“光”像素发出的光45DLP覆盖板较佳实施例的详细描述如图所示，棱镜13包括两部分或两个元件15、17，在棱镜的对角线23处它们被一很薄的空气层分离。元件15的表面19和元件17的表面21沿该对角线相互面对，并分别组成上述的第一和第二分离表面。如图1中所示，照明系统33发出的光31通过25侧进入棱镜10。在棱镜对角线23上该光线的入射角小于临界角，所以该光线穿过对角线23，并照亮DLP 35。如图2中所示，“开”位置的像素以垂直于DLP中工作区的方向反射图1的入射照明光31。光线37在空隙对角线23上的入射角大于临界角，因此该光线的100％被该对角线反射。尤其，DLP发出的反射光37以大于临界角的角度冲击元件17的表面21，该临界角由元件17的折射率与空气折射率相比而确定。光线37通过29侧从棱镜13出射，29侧是27侧的镜像。29侧和27侧的关系意味着沿“开”像素反射的光束37，棱镜元件17是有效的平面平行板。这还意味着棱镜元件17作为图像通路上的唯一元件，不产生差或像散。在29侧后面配置投影透镜39，以捕获“开”像素发出的光，并在观察屏幕(未图示)上产生期望的图像。如图3中所示，“关”位置的像素向几个方向反射图1的入射照明光31，使得光线不能有效地进入投影透镜39的入射光瞳(例如图3中的光线43)。也就是说，“关”像素发出的光线41不在投影透镜的接收角内。在实践中，棱镜13的25、27和29侧具有传统的减反射层，以将Fresnel反射最小化。此外，分离表面19、21的减反射层被优化为入射角接近于临界角，以减小照明光31的Fresnel损耗。除了通过空气层分离，表面19和21还可以通过低折射率的薄层分离。为了在表面21处保持较大的临界角，元件17可以用高折射率的玻璃制成。元件15可以用类似的玻璃制成，以避免将彩色或其它像差引入照明光31中。这种薄层的优点包括棱镜元件的简易装配和除去了分离表面中灰尘和/或水污染引起的问题。这种污染会破坏表面21处引导光线进入投影透镜的全反射能力，并会导致较高等级的光损耗。如图1-3中所示，覆盖板45通常保护DLP。如果希望，该覆盖板可以粘合到表面27，因此从系统中除去了导致Fresnel损耗的两个玻璃/空气界面。如上所述，以上投影系统的结构到达了以下的优点 (1)沿对角线23空隙的宽度和楔形不影响从“开”像素到投影透镜的光路。因此，除去了与该倾斜空隙关联的像散和彗差。(2)只有棱镜元件17工作在成像光路上。因此棱镜元件15可以用较低质量的玻璃制造，而无需表面平面度和定位、straie、双折射，等等的严格公差。用这种方法，降低了装置的总成本。虽然这里描述了本专利技术的较佳实施例，不脱离以下权利要求书中所确定的本专利技术范围，本领域熟练的技术人员还可以理解其它实施例。权利要求1.一种图像投影系统，它包括(a)光源，它提供照明光；(b)多个选择性的可调节反射元件，它们被配置在公有平面中，所述元件可以在至少第一位置和第二位置之间调节；(c)透镜，它具有平行于所述公有平面的主平面；和(d)棱镜，它位于所述透镜和所述多个反射元件之间；其特征在于，透镜具有接收角，棱镜包括第一和第二分离表面，这两个表面相对于光源、多个反射元件和透镜取向，使得(i)光源发出的光穿过第一和第二分离表面，到达多个反射元件，和(ii)在第一位置处反射元件反射的光在第二分离表面处被向几个方向反射，这些方向在透镜的接收角内。2.如权利要求1所述的图像投影系统，其特征在于，在第二位置处反射元件反射的光在第二分离表面处被向几个方向反射，这些方向不在透镜的接收角内。全文摘要本专利技术提供了用于使用数字发光板(35)的投影系统中的棱镜(13)。该棱镜包括定向的第一(19)和第二(21)分离表面,使得:(a)光源(33)发出的光穿过分离表面,到达数字发光板;(b)“开”像素发出的光在第二表面(21)处经过全反射,被导入投影透镜(39)的接收角;和(c)“关”像素发出的光从第二表面(21)反射,被导离投影透镜(39)的接收角。文档编号G02B26/08GK1375076SQ00809623 公开日2002年10月16日 申请日期2000年3月20日 优先权日1999年6月29日专利技术者S·玛格利尔 申请人:美国精密镜片股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像投影系统，它包括：（ａ）光源，它提供照明光；（ｂ）多个选择性的可调节反射元件，它们被配置在公有平面中，所述元件可以在至少第一位置和第二位置之间调节；（ｃ）透镜，它具有平行于所述公有平面的主平面；和（ｄ）棱镜，它位于所 述透镜和所述多个反射元件之间；其特征在于，透镜具有接收角，棱镜包括第一和第二分离表面，这两个表面相对于光源、多个反射元件和透镜取向，使得：（ｉ）光源发出的光穿过第一和第二分离表面，到达多个反射元件，和（ｉｉ）在第一位置处反射元件 反射的光在第二分离表面处被向几个方向反射，这些方向在透镜的接收角内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S玛格利尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]