用于投影机的多光源照明系统技术方案

一种用于投影机的多光源照明系统，其特征在于由一个发光二极管（１）、一个准直镜（２）、一个第一蝇眼透镜（３）以及一个第二蝇眼透镜（４）构成一个照明单元，准直镜（２）位于发光二极管（１）与第一蝇眼透镜（３）之间，第一蝇眼透镜（３）由多个矩形透镜组成，第二蝇眼透镜（４）由多个相同的矩形透镜组成，矩形透镜的数量与第一蝇眼透镜（３）相同，并与第一蝇眼透镜（３）上的矩形透镜一一对应，这些矩形透镜的物方焦平面位于第一蝇眼透镜（３）上，一个或数个照明单元与一个会聚透镜（５）构成多光源照明系统，微显示面板（６）放置在会聚透镜（５）的焦平面附近，发光二极管（１）发出的光由准直镜（２）压缩光束的发散角，成为发散角较小的准直光束照射到第一蝇眼透镜（３），被第一蝇眼透镜（３）分割为与其矩形透镜数量相同的细光束，这些中心与光轴平行的细光束均被第一蝇眼透镜（３）会聚到第二蝇眼透镜（４）附近，并透过第二蝇眼透镜（４）由会聚透镜（５）会聚到微显示面板（６）上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于投影机的多光源照明系统，用于对投影机的微显示面板提供照明。属于光学照明

技术介绍
投影机目前主要有液晶(LCD——Liquid Crystal Display)投影机、硅上液晶(LCOS——Liquid Crystal on Silicon)投影机、数字光线处理器(DLP——Digital Light Processor)投影机，其主要工作原理是采用照明系统对微显示面板提供合适的照明，微显示面板上加有图像信号，最后由照明系统将微显示面板上的图像投射到屏幕上。在先技术中，LCD投影机和LCOS投影机多采用一个气体放电灯(如高压汞灯或氙灯等)作为光源，一对或一对以上的蝇眼透镜作为光场均匀化的主要元件，一个偏振光束分裂器(PBS——Polarization Beam Splitter)阵列作为偏振转换元件，再经过分色、合色等步骤得到彩色图像，最后由投影镜头将彩色图像投射到屏幕上。如中国专利技术专利申请号为97113662.9的“投影式液晶显示装置”、申请号为00102628.3的“偏振变换系统、照明系统以及投影仪”、申请号为02107464.X的“适用不同液晶显示照明系统的可调整尺寸的光分布模组”、申请号为01138163.9的“用于液晶投影仪的照明系统”，申请号为00102630.5的“照明系统和投影仪”。在先技术中的DLP投影机多采用一个气体放电灯作为光源，混光棒作为光场均匀化的主要元件，由耦合透镜将均匀化后的光投射到数字微镜上，图像信号加于数字微镜上，在混光棒和耦合透镜之间插入一个具有透过颜色分别为红、绿、蓝的三个扇形的色轮作为分色元件，各个基色采用顺序显示的方式来得到彩色图像，最后由投影镜头将图像投射到屏幕上。如中国专利技术专利申请号为95100606.1的“顺序彩色成象的方法和设备”。上述各类投影机的共同特点是均采用具有很高发光功率的气体放电灯作为光源，这类光源具有很高的光能量输出，可以很好地满足投影机对光通量的要求，但采用这种光源的投影机有许多缺点，主要有·光源有很大的发热、并且发热极为集中，必须很好地解决散热问题；·光源的寿命很短，通常只有几百到几千个小时；·光源的价格十分昂贵；·光源发出的通常是白光，为了处理彩色信号，投影系统必须有分色装置，将白光分解成为红、绿、蓝三基色光，三基色光经过处理，加上图像信号，然后再用合色装置合成为彩色图像；·光源所发出的白光在光谱分布上并不满足色平衡的要求，为了满足色平衡的要求，通常采用抑制较强色光的办法，这样就导致了光能量利用率的下降，在光源能量利用率和色平衡之间存在矛盾；·在传统投影机中，白光采用分色装置分解成为三基色光，为了提高能量利用率，红、绿、蓝三基色通常要使用尽可能大的光谱通道，但光谱通道越大、则色彩越不鲜艳，在能量利用率与色彩鲜艳要求上存在矛盾。·由于上述原因，还导致了投影机结构的复杂和可靠性的降低。发光二极管(LED)具有发光效率高、发热低、发光颜色纯的特点，以往LED的最大缺点是发光功率太低，难以满足投影机对光功率的要求。近来，在大功率LED方面已经取得了很大的进步，使用多个LED组合作为照明光源已经可以满足投影机对亮度的要求，其中要解决的主要技术问题是1.如何将多个LED发出的光以满足均匀度的要求照射到微显示面板上，以满足投影机对光场均匀性的要求；2.如何提高光能量的利用率；3.如果微显示面板为液晶面板，对照明系统除满足均匀性的要求外，还必须将照明光转换为偏振光。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于投影机的多光源照明系统，结构简单，能实现很好的色彩鲜艳程度，而对系统的散热要求低，不需要使用分色装置，不需要牺牲光能量来实现色平衡。本专利技术是这样实现的由一个LED、一个准直镜、一个第一蝇眼透镜以及一个第二蝇眼透镜构成一个照明单元，一个或数个照明单元与一个会聚透镜构成了本专利技术的照明系统。本专利技术的第一蝇眼透镜由多个矩形透镜组成，矩形透镜的数量一般为m×n个，m和n分别表示蝇眼透镜单元的行和列上的矩形透镜数量，m和n既可以是奇数、也可以是偶数，矩形透镜的数量由投影机对光场均匀性的要求确定，一般来说，均匀性要求高，则矩形透镜的数量要求多一些。对于中心不在光轴上的矩形透镜，透过矩形透镜中心的光线与光轴是不平行的，必须校正这种不平行，一种校正方法是在这些矩形透镜的后面加一光契(相当于矩形透镜的输出端为一倾斜平面)，另外一种校正方法是将矩形透镜的曲面倾斜放置(相当于将一个圆形透镜偏心地切割出一个矩形透镜)，这样第一蝇眼透镜的输出面成为一个平面，这样的改变在工艺上是有利的。本专利技术的第二蝇眼透镜是由多个相同的矩形透镜组成，矩形透镜的数量与第一蝇眼透镜相同，并与第一蝇眼透镜上的矩形透镜一一对应。在原理上，一个LED、一个准直镜、一个第一蝇眼透镜和一个第二蝇眼透镜构成了本专利技术的一个照明单元。准直镜用于收集LED发出的光、并压缩其光束发散角，通常使用透镜或反射镜作为准直镜，在使用透镜时，准直镜位于LED与第一蝇眼透镜之间，LED发出的光经准直镜后照射到第一蝇眼透镜上；在使用反射镜作为准直镜时，准直镜位于LED端，LED发出的光角度较小的部分直接照射到第一蝇眼透镜上，角度较大的部分经反射镜反射后照射到第一蝇眼透镜上。一般来说，单个LED难以满足投影机的光通量要求，需要多个单元同时工作，但本专利技术并不排斥使用单个LED，实际上，在能够满足光通量要求的情况下，应尽可能考虑使用较少的LED、甚至使用单个LED的可能性。在使用多个照明单元时，各照明单元并排放置，其中的第一蝇眼透镜并排放置，组合成为第一蝇眼透镜组，第二蝇眼透镜并排放置，组合成为第二蝇眼透镜组，在第二蝇眼透镜组的光束出射方向放置一个会聚透镜，从而构成本专利技术的多光源照明系统，被照明物体——微显示面板被放置在会聚透镜的焦平面附近，在需要时微显示面板也可以以倾斜的方式放置，但其中心仍应放置在会聚透镜的焦点附近。需要特别指出的是本专利技术的照明系统并不是唯一的，在不违背本专利技术实质的前提下，本专利技术的照明系统可以有其他变形，如将第一蝇眼透镜的输入、输出面对调等。此外，以本专利技术的照明系统作为基本照明单元可以构成多种照明系统，这仍不违背本专利技术的实质。本专利技术的微显示面板可以是液晶面板、硅上液晶面板或是数字微镜(DMD——Digital Micro-reflector Device)。本专利技术是这样工作的光源LED发出的光由准直镜压缩其光束发散角，之后照射到第一蝇眼透镜上，光束被第一蝇眼透镜分割成为与构成第一蝇眼透镜的矩形透镜数目相同的多个细光束，每个细光束都被分别会聚到第二蝇眼透镜上相应的矩形透镜附近，透过第二蝇眼透镜后由会聚透镜会聚到微显示面板上。采用本专利技术的投影机将具备以下优点1.本专利技术采用LED作为光源，LED是一种冷光源，单个LED的发热比常用的高压汞灯、氙灯等放电光源要低得多，在采用多个LED工作时发热比较分散，因而对系统散热的技术要求较低；2.LED具有很长的寿命，可以保证投影机整个寿命期不再需要更换光源；3.可以在投影机中使用红、绿、蓝三基色的LED，因而在这类投影机中不需要使用分色装置； 4.采用LED为照明光源的投影机中，色平衡的实现可以有两种办法一种是采用不同数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于投影机的多光源照明系统，其特征在于由一个发光二极管(1)、一个准直镜(2)、一个第一蝇眼透镜(3)以及一个第二蝇眼透镜(4)构成一个照明单元，准直镜(2)位于发光二极管(1)与第一蝇眼透镜(3)之间，第一蝇眼透镜(3)由多个矩形透镜组成，第二蝇眼透镜(4)由多个相同的矩形透镜组成，矩形透镜的数量与第一蝇眼透镜(3)相同，并与第一蝇眼透镜(3)上的矩形透镜一一对应，这些矩形透镜的物方焦平面位于第一蝇眼透镜(3)上，一个或数个照明单元与一个会聚透镜(5)构成多光源照明系统，微显示面板(6)放置在会聚透镜(5)的焦平面附近，发光二极管(1)发出的光由准直镜(2)压缩光束的发散角，成为发散角较小的准直光束照射到第一蝇眼透镜(3)，被第一蝇眼透镜(3)分割为与其矩形透镜数量相同的细光束，这些中心与光轴平行的细光束均被第一蝇眼透镜(3)会聚到第二蝇眼透镜(4)附近，并透过第二蝇眼透镜(4)由会...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蔚生，藤森知雄，窦晓鸣，黄维实，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：