专利名称：新型匀光器件及带该匀光器件的光学引擎照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学元件或系统技术，尤其涉及调节光强度的可移动光学元件。
背景技术：
典型投影设备的光学系统(通常称做“光学引擎”)如图1所示光源200发出的光经过红外滤光片203后汇聚在色轮206上，再经过匀光棒106内的多次反射形成非常均匀的矩形光斑，进而经中继透镜系统212和棱镜模块215成像到显示光阀218上，再通过投影镜头成像到屏幕上。
中国专利ZL 01279602还公开了一种采用复眼透镜阵来匀光的“反射式硅基液晶投影机光学系统”。因为用复眼透镜阵列实现匀光的系统结构比较复杂，尤其我国目前尚不具备复眼透镜的加工能力，因此，图1所示的匀光棒106是较常被使用的匀光器件，它包括空心光管和实心光棒两种形式，例如见于申请号为03115952的中国专利公开的“光棒型光学引擎照明系统”。图2a示意的是空心光管，它的四面均为高反射率的反光镜，相互间用胶(如胶条210e)粘合。实际使用中，光线通过在反光膜面的多次反射而在出射端形成均匀光斑。图2b所示的是一个以六面均被抛光的长方体结构为例的实心光棒，光线在抛光表面经过多次全反射后在出射端形成非常均匀的光斑。
以图3包括灯泡和反射式聚光杯的投影光源为例，通常采用的UHP灯或氙灯均是基于气体放电原理，在灯泡的两极之间必然存在一定间隙，同时由于反射式聚光杯的设计偏差及装配误差，使得出射光源的空间分布和角度分布存在着不均匀性，一般焦点焦距并不完全是厂家所提供的数据DE，而是如该图所示焦点具有一定的变化范围AB，实际汇聚光斑呈现为具有一定截面和空间分布的复杂形体。
上述现有技术的不足之处在于因为使用过程中投影光源与对应匀光器件的相对位置固定，而投影光源的焦点位置在整个灯泡的使用周期内是一个变化的参数，随着长期使用过程中灯弧的逐渐变长，焦距焦点位置相应变化，导致照明系统的能量利用率和投影设备的使用效果逐渐下降。若采用更换光源的形式，因实际上灯泡并没有达到其寿命期限，不可避免存在浪费。
此外，现有匀光棒在使用中还存在如下不足对于空心光管，当入射面离投影光源的焦点比较近，而焦点附近的温度比较高时，很容易导致粘合用的固态胶熔化，从而影响匀光效果；此外因为大部分投影系统在焦点附件通常都具有较大的数值孔径，而大角度的入射光线将增加反光膜层的镀制难度，从而给空心光管的匀光应用增加了限制。对于实心光棒，由于要满足全反射的要求，在实际加工中长方体的各个二面角和三面角都必须保持非常好的棱线和棱角，尤其在出射端面要求有更高的表面粗糙度和光洁度，任何一点瑕疵(包括积聚的落尘)都将通过中继透镜系统和投影镜头的数百倍放大而呈现在象面上，造成对成像和使用效果的严重破坏。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种新型匀光器件及带该匀光器件的光学引擎照明系统，可以在长期使用中，通过调节来补偿投影设备亮度随时间推移而不断变暗的缺陷。
为解决上述技术问题，本实用新型的基本构思为考虑到现有两种匀光棒的各自不足和长处，将它们结合起来设计一种新型的匀光器件，长度可调节；这样，入射面到光源的距离可以适时调整到最佳位置。使用该匀光棒的光学引擎照明系统，若选择空心光管为出射面，实心光棒为入射面，还可以解决入射面功率较大时或实心光棒积灰的不足。
作为实现本实用新型构思的技术方案是，提供一种新型匀光器件，包括一段空心光管，尤其是，至少还包括一段与所述空心光管相嵌套活动连接的匀光棒。
上述方案中，所述匀光棒为空心光管或实心光棒。
上述方案中，所述匀光器件还包括固定装置和调节装置；所述固定装置与所述匀光器件机械连接，包括固定该匀光器件及出射面的固定座，以及紧固并支撑该匀光器件入射面所在端匀光棒的滑移支撑件；所述调节装置与所述滑移支撑件相联动，以引导该支撑件和所述入射面平移。
作为实现本实用新型构思的技术方案还可以是，提供一种带匀光器件的光学引擎照明系统，包括照明光源，匀光器件和中继成像系统，所述照明光源发出的汇聚光经所述匀光器件后形成均匀的照明光斑，并经所述中继成像系统和反光镜成像于显示光阀；尤其是，所述匀光器件至少包括一段空心光管和一段实心光棒，二者相嵌套活动连接；所述实心光棒提供该匀光器件的光入射面，所述空心光管提供该匀光器件的光出射面。
上述方案中，还包括所述匀光器件的固定装置和调节装置；所述固定装置包括固定所述空心光管的固定座，以及紧固并支撑所述实心光棒的滑移支撑件；所述调节装置与所述滑移支撑件相联动，以引导该支撑件和所述实心光棒平移。
采用上述各技术方案，使匀光器件可以补偿光学引擎长期使用投影亮度随时间推移而不断变暗的缺陷，并且实现方式简单、成本低、效果好。
图1是典型投影设备的光学系统结构示意图图2a是现有技术空心光管的结构示意图2b是现有技术实心光棒的结构示意图图3是现有技术投影光源示意图图4a和4b是本实用新型匀光器件的结构示意图图5是本实用新型匀光器件的固定和调节结构示意图图6是本实用新型光学引擎的结构示意图上述各图中的标号为106——实心光管，210——空心光管；306——斜面实心光棒，310——斜面空心光管；300、312——固定座，303——滑移支撑件；307——压簧，309、318——紧固螺钉，313——消杂光光阑，315——调节杆；200——照明光源，203——红外截止滤光片，206——旋转色轮，212——中继成像系统，215——反光镜，218——显示光阀。
具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本实用新型。
如图4所示，本实用新型的新型匀光器件至少包括一段空心光管，和一段与所述空心光管相嵌套活动连接的匀光棒；所述匀光棒可以是空心光管，也可以是实心光棒；这样可以实现该匀光器件的轴向伸缩。如图4a所示，所述同一空心光管或实心光棒的入射面和出射面大小可以不等，即采用现有光学引擎已广泛使用的斜面实心光棒306或斜面空心光管310。图4b为图4a的改进型结构，采用相等出/入射面和全直角柱面，可以使两段匀光棒之间的光出、入射面更好耦合。
所述出/入射面的形状可以是多边形，包括方形、菱形、正六边形或其他几何形状。所述空心光管还可以包括弯折空心光管，所述实心光棒还可以包括弯折实心光棒，在所述弯折处设置有反光镜片或者棱镜。因其结构简单，不再另加图示。
所述匀光器件如图5所示，还包括固定装置和调节装置；所述固定装置与所述匀光器件机械连接，包括固定该匀光器件及出射面的固定座312、300，以及紧固并支撑该匀光器件入射面所在端光棒(以实心光管106为例)的滑移支撑件303；压簧307和紧固螺钉309起到紧固实心光管106的作用。所述调节装置与所述滑移支撑件303相联动，以引导该支撑件和所述入射面平移；。它包括所述固定座上的调节槽，被限制在该调节槽内平移的调节杆315，和所述滑移支撑件的紧固螺钉318。还可以包括消杂光光阑313，套置于该匀光器件出射面所在端的空心光管210上。
实际使用中，首先根据系统光学设计的要求固定空心光管210的位置，用压簧和螺钉紧固，然后在光路系统中通过调节调节杆315来轴向平移实心光棒106，同时在屏幕正中央的位置加一个照度计进行在线检测，当实心光棒106移动到一个合适的位置且所述照度计显示最大值时，所述入射面则被定位到最佳耦合位置。当光学引擎使用一定时间发现亮度有所衰减后，可重复上述匀光器件的调节过程。
在所述空心光管或实心光棒的任意端面还可以设置有光回收装置、带滤光器件的装置、或起偏/检偏装置，不再一一赘述。
图6示意了本实用新型光学引擎的结构，以在DLP光学引擎照明系统中的运用为例，它包括照明光源200，匀光器件和中继成像系统212，所述照明光源200发出的汇聚光经所述匀光器件后形成均匀的照明光斑，并经所述中继成像系统212和反光镜215成像于显示光阀218。考虑到照明光源的高功率，所述匀光器件在该系统中至少包括一段空心光管和一段实心光棒，所述实心光棒提供该匀光器件的光入射面，所述空心光管提供该匀光器件的光出射面。所述实心光棒与照明光源之间还设置有可高速旋转的时域合色器件，以旋转色轮206为例。当椭球型UHP灯200发出的光经过红外截止滤光片203后汇聚在实心光棒的入射端面，高速旋转的旋转色轮206将光过滤成红色、绿色、蓝色中的一种再经实心光棒的多次反射后，进入空心光管的入射端面，从而在该光管的出射端面形成更加均匀的矩形光斑，用来实现整个系统的颜色合成和彩色再现。
所述反光镜215包括全反射棱镜模块；所述显示光阀218包括数字处理芯片，用来对输入视频信号进行调制后投影成像到屏幕去。
本实用新型经试用验证，在大功率投影灯泡中的运用效果尤为明显。
权利要求1.一种新型匀光器件，包括一段空心光管，其特征在于至少还包括一段与所述空心光管相嵌套活动连接的匀光棒。
2.根据权利要求1所述的新型匀光器件，其特征在于所述匀光棒为空心光管或实心光棒。
3.根据权利要求1或2所述的新型匀光器件，其特征在于所述空心光管或实心光棒出/入射面的形状为多边形，包括方形、菱形或正六边形。
4.根据权利要求3所述的新型匀光器件，其特征在于所述同一空心光管或实心光棒的入射面和出射面大小不等。
5.根据权利要求1或2所述的新型匀光器件，其特征在于所述空心光管包括弯折空心光管，在所述弯折处设置有反光镜片或者棱镜；所述实心光棒包括弯折实心光棒，在所述弯折处设置有反光镜片或者棱镜。
6.根据权利要求1所述的新型匀光器件，其特征在于还包括固定装置和调节装置；所述固定装置与所述匀光器件机械连接，包括固定该匀光器件及出射面的固定座，以及紧固并支撑该匀光器件入射面所在端光棒的滑移支撑件；所述调节装置与所述滑移支撑件相联动，以引导该支撑件和所述入射面平移。
7.根据权利要求6所述的新型匀光器件，其特征在于所述调节装置包括所述固定座上的调节槽，被限制在该调节槽内平移的调节杆，和所述滑移支撑件的紧固螺钉。
8.根据权利要求1或2所述的新型匀光器件，其特征在于在所述空心光管或实心光棒的任意端面设置有光回收装置、带滤光器件的装置、或起偏/检偏装置。
9.一种带匀光器件的光学引擎照明系统，包括照明光源，匀光器件和中继成像系统，所述照明光源发出的汇聚光经所述匀光器件后形成均匀的照明光斑，并经所述中继成像系统和反光镜成像于显示光阀；其特征在于所述匀光器件至少包括一段空心光管和一段实心光棒，二者相嵌套活动连接；所述实心光棒提供该匀光器件的光入射面，所述空心光管提供该匀光器件的光出射面。
10.根据权利要求9所述带匀光器件的光学引擎照明系统，其特征在于还包括所述匀光器件的固定装置和调节装置；所述固定装置包括固定所述空心光管的固定座，以及紧固并支撑所述实心光棒的滑移支撑件；所述调节装置与所述滑移支撑件相联动，以引导该支撑件和所述实心光棒平移。
11.根据权利要求9所述带匀光器件的光学引擎照明系统，其特征在于所述调节装置包括所述固定座上的调节槽，被限制在该调节槽内平移的调节杆，和所述滑移支撑件的紧固螺钉。
12.根据权利要求9所述带匀光器件的光学引擎照明系统，其特征在于所述实心光棒与照明光源之间设置有可高速旋转的时域合色器件。
专利摘要一种新型匀光器件，包括一段空心光管，尤其是，还包括一段与所述空心光管相嵌套活动连接的匀光棒。一种带匀光器件的光学引擎照明系统，包括照明光源，匀光器件和中继成像系统，所述照明光源发出的汇聚光经所述匀光器件后形成均匀的照明光斑，并经所述中继成像系统和反光镜成像于显示光阀；尤其是，所述匀光器件至少包括一段空心光管和一段实心光棒，二者相嵌套活动连接；所述实心光棒提供该匀光器件的光入射面，所述空心光管提供该匀光器件的光出射面。采用本实用新型，可以延长光源灯泡的使用寿命，并且实现方式简单、成本低、效果好的优点。
文档编号G02B27/18GK2891006SQ20062005423
公开日2007年4月18日 申请日期2006年1月20日 优先权日2006年1月20日
发明者李屹, 冷健 申请人:上海飞锐光电科技有限公司, 光峰(香港)有限公司