用于均匀照射的光学元件和具有该元件的光学系统技术方案

本申请公开了用于匀光的光学元件以及具有该光学元件的光学系统。该光学元件包括具有输入面和输出面的光棒。该光学元件的输入面不平行于光学元件的输出面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及照射装置。本专利技术具体应用于产生均匀照射的照射装置。背景投影系统通常包括光源、用于产生图象的有源光阀(active light valve)、用于照射光阀的照射系统、以及用于放映和显示图象的光学器件。通常希望均匀地照射光阀并有良好的光效率，以便增加显示图象的亮度、清晰度和对比度。专利技术概述总的来说，本专利技术涉及照射系统。在本专利技术的一个实施方案中，用于匀光的光学元件包括具有输入面和输出面的光棒(optical rod)，其中所述输入面与所述输出面不平行。在本专利技术另一实施方案中，光学元件包括用于接收来自光源的光的输入面。该光学元件还包括使输入面接收的光变均匀并传递该光的体部。该光学元件还包括用于输送匀光的输出面。输入面不能通过一次或数次平移而覆盖输出面。在本专利技术的另一实施方案中，光学系统包括光源。该光学系统还包括从该元件的输入面接收来自光源的光的光学元件。该光学元件使接收到的光变得均匀，并从光学元件的输出面传递出匀光。该光学元件的输入面不平行于该光学元件的输出面。该光学系统还包括具有有效区域(active area)的光阀。该有效区域被放置成接收传递自光学元件输出面的光。该光学系统还包括用于将传递的光输送到光阀有效区域的中继光学器件(relay optics)。该中继光学器件将光学元件的输出面映像到光阀的有效区域上。在本专利技术的另一实施方案中，光学系统包括中心在光轴上的光学元件。该光学元件使光均匀化。该光学元件包括输入面和输出面。该光学系统还包括光阀的有效区域。该有效区域与光轴的法向之间有不为零的角度。该光学系统还包括将光学元件的输出面映像到光阀有效区域上的中继光学器件。该有效区域在中继光学器件所映像的输出面的映像面内。附图简述在结合下列附图并考虑下文中对本专利技术各个实施方案的详细描述后，将能够更完全地理解和明了本专利技术。本专利技术的附图是附图说明图1显示了本专利技术一个实施方案的光学系统的侧视示意图。图2显示了本专利技术另一实施方案的光学元件的三维示意图。图3显示了本专利技术另一实施方案的光学元件的三维示意图。图4显示了本专利技术另一实施方案的光学元件的三维示意图。图5描述了不同照射系统的所选点的照射强度。详细描述本专利技术总体涉及投影显示装置。本专利技术可具体应用于具有反射成像仪的投影显示装置，更具体地可用于具有数字微镜成像仪(DMD)的投影显示装置。图1显示了本专利技术一个实施方案的光学系统300的侧视示意图。该光学系统300是向象源提供均匀而有效的照射的光学照射系统。光学系统300包括光源340、聚光元件350、匀光光学元件303、中继光学器件360、具有有效区域380的光阀370。光学元件303是匀光元件，它使得接收自光源340的光变得均匀，此处“变得均匀”是指离开光学元件303的光的强度分布比进入光学元件303的光更为均匀。光学元件303的中心在光轴301上，它包括输入面320、输出面330和光棒310。已知的匀光器例子可在美国专利5,625,738、6,332,688以及美国专利申请出版物No.2002/0114167、2002/114573、2002/0118946中找到。根据本专利技术的一个实施方案，输入面320不平行于输出面330，这是指输入面320的平面与输出面330的平面相交。换言之，输入面320的平面与输出面330的平面之间的角度值大于0°。输入面320与光轴301垂直，即输入面320与光轴301呈90°角。输出面330与垂直于光轴301的平面之间呈α角度，即，输出面330的平面与光轴301的法向平面之间呈α角度。光阀370的有效区域380与光轴的法向平面之间呈δ角，其中该δ角的角度值大于0。δ角可以等于或不等于α角。聚光元件350收集来自光源340的光并将收集的光传递到光学元件303的输入面320。光学元件303从其输入面320接收来自光源的光。光棒310使接收的光均匀化，并从输出面330传递均匀的光。中继光学器件360将由光学元件303均匀化并传递的光输送到光阀370的有效区域380。根据本专利技术的一个实施方案，中继光学器件360将光学元件303的输出面330映像到光阀370的有效区域380上。另外，输出面330确定了一个物平面335，有效区域380确定了象平面385。根据本专利技术的一个实施方案，象平面385是中继光学器件360映像的物平面335的图象。图5A中显示了跟踪光线从输出面330到有效区域380上所选点的结果，其中采用了下列示例性的假设和数值光学元件303是具有矩形横截面的实心棒。输出面320是宽8毫米、高4.5毫米的矩形。有效区域380是宽17.51毫米、高9.85毫米的矩形。中继光学器件360是有效焦距为51.37毫米、放大系数为2.31的透镜系统。另外，α为6.8°，δ为26°。图5中的区域701对应于光阀370的有效区域380。图5A中的各个点小的结果表明有效区域380位于中继光学器件360所映像的输出面330的象平面中。图5A中的各个点小的结果还表明有效区域380上的照射是均匀且有效的。与之相比，图5B显示了其它照射系统的类似光线跟踪结果，该照射系统中的光学元件303被如美国专利No.5,625,738中讨论的矩形棱柱匀光器代替。图5B中较大的点表明光阀的有效区域不在由中继光学器件360所映像的已知矩形棱柱匀光器的输出面的象平面内。相反，比较图5A和5B中的对应点(如点730和720)，结果表明，对于本专利技术的光均化元件，输出面330和有效区域380形成了物体-图象关系，这表明有效区域380在输出面330经中继光学器件360所映像的象平面内。图5A中的小的图象点表示均匀照射。因此，本专利技术的一个优点是均匀照射。该均匀照射是通过采用一个匀光光学元件来实现的，该光学元件具有输出面，该输出面经中继光学器件被映像到光阀的有效区域上，而该有效区域与光轴的法向之间有一个不为零的角度，即，该有效区域不垂直于光轴。通常，输出面330的形状与有效区域380的形状可以是不同的。例如，输出面330可以是梯形，而有效区域380可以是正方形。在一些应用中，输出面330和有效区域380可以有相同的形状，如矩形或正方形。光阀370可以是液晶显示器(LCD)、可切换的镜面显示器(如来自德州仪器的数字微镜显示器(DMD))、微电机系统(micro-electromechanical system，MEMS)(如美国专利5,841,579中讨论的光栅亮度阀(GLV))。通常，光阀370可以是任何能形成图象的可切换的装置。光学系统300可以是远心的，这是指光学系统300的入射光瞳和出射光瞳可以位于或接近无限远。光学系统300还包括图3中未画出的其它元件。例如，光学系统300可包括光圈、棱镜、镜子或适用于照射系统的其它元件或组件。图3中的轮廓显示了未折叠的光学系统，它是指光轴301是直线，在沿着光轴的任何点都没有折叠。为了节省空间，光学系统300可以在光轴301的一个或多个点处折叠。图2描述作为图1所示光学元件303的一个具体实施方案的光学元件200的三维示意图。光学元件200使得通过光学元件200的输入面220进入光学元件的光变得均匀。光学元件200还包括光棒210和输出面230。当进入光学元件200的光例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于匀光的光学元件，该元件包括具有光输入面和光输出面的光棒，所述输入面与所述输出面不平行。

【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：BL坎农，PR奥伊赫勒，
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]