专利名称：用于dlp的投影光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于投影光学技术领域，具体涉及一种用于DLP(数字光处理，Digital Light Processing)的投影光学系统。
背景技术：
DLP是目前实现大屏幕显示的主要方式之一，它以DMD(数字微反射镜装置，Digital Micromirror Device)作为反射图像源。DMD是美国的TI(TexasInstruments)研制生产的一种微晶片，其工作区域为一微反射镜阵列，这些微反射镜通过控制其翻转状态(开和关两种状态)反射入射光而将图像显示在屏幕上，每个微反射镜的输出光强度取决于其处于开状态的时间长短，开状态时间越长，则其输出的光强度就越大。
DMD上的微反射镜绕着其对角线方向转动，改变入射光的出射角度，以控制屏幕上相应区域的亮度和色彩。因此，为了使用DMD以达到较好的效果，照射光束必须垂直于微反射镜的对角方向入射。
同时，为了将入射照明光束和出射成像光束相分离，通常使用TIR棱镜以达到此效果。TIR棱镜由两块棱镜组成，两块棱镜之间存在一个非常窄的空气间隙。照明光束垂直通过第一块棱镜的第一表面打到第二表面上，光束满足全反射条件被反射到DMD上。而被DMD上所有开状态的微反射镜所反射的光束将垂直通过第一块棱镜的第三表面到达第二表面，由于光线入射角不满足全反射条件，因此光束将通过该表面以及其后的第二块棱镜进入投影镜头，最后在屏幕上成像。TIR棱镜和DMD共用的专利包括Simon Magarill的美国专利No.5551712；Magarill的美国专利No.5604624；Peterson等人的美国专利No.6185047；Poradish等人的美国专利No.6249387；Fielding等人的美国专利No.6250763；Okamori等人的美国专利No.6349006；以及Magarill等人的美国专利No.6461000，等等。
图1为传统采用DMD和TI R棱镜的投影光学系统的框架图，如图所示，该投影光学系统包括光源11例如高压汞灯；色轮(Color Wheel)12，用于将从光源11输出的光束分成红、绿、蓝三基色；匀光管(Light Pipe)13，用于接收从色轮12输出的光束并均匀分布亮度；中继透镜组14，用于接收从匀光管13输出的光束并将匀光管13的出射面成像于DMD16的工作面上；TIR棱镜系统15，用于接收从中继透镜组14输出的光束并以一定的角度出射该光束；DMD16，根据图像信号控制传播进入TIR棱镜系统15的光束；和投影镜头17，用于接收从TIR棱镜系统15输出的光束并将其投射到投影屏幕上。
如前所述的投影光学系统描述如下。首先，光源11通过形成光的灯芯和反射光的反光碗出射光，通过以一定速率转动的色轮12后，被分成各种色光，并且入射到匀光管13中。匀光管13使入射其中的光束均匀化，在出射面形成一个光亮度均匀的矩形区域，于是出射面可以被认为是一个均匀的平面光源。然后通过中继透镜组14和TIR棱镜系统15，将匀光管13的出射面成像在DMD16的工作面上，形成一个均匀的照明。DMD16工作面上的各个微反射镜受外来的图像信号控制而分别处于开或者关的状态，分别将入射到DMD16工作面上的光线反射回TIR棱镜系统并进入投影镜头17投射到屏幕上或者反射到吸光区域被吸收掉，最后在屏幕上得到了相应的图像。然而入射到DMD16的光束的主光线必须与微反射镜的转动轴垂直并与微反射镜的法线形成一个预定的夹角。因此从光源11到TIR棱镜系统15的光路将相对于DMD16的边缘将向上或者向下倾斜45°。
在这种情况下，为了投射出端正的矩形画面，也就是DMD16的长边要与水平面平行，这就要求照明轴和光源轴必须与水平面成45°夹角，这对于光源的使用是不利的；例如，灯制造商(Philips)规定其高压汞灯的光轴的最大倾斜角为20°。而且整个照明光路向上倾斜45°，致使整个投影光学系统的结构过于松散，体积较为庞大。因此利用这种投影光学系统难以缩小投影机的尺寸。
实用新型内容针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种用于DLP的投影光学系统，在其照明光路中添加一块反射镜，通过调节其位置及其角度，使光源轴位于水平方向，而且可以使整个投影光学引擎的结构紧凑，并由之可以设计出小尺寸的投影机。
本实用新型的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的一种用于DLP的投影光学系统，包括一个光源，用于发光；一个色轮，用于将光源发出的光分成各种色光；一个匀光管，用于形成具有均匀光亮度的光束；一组中继透镜，用于接收从匀光管输出的光束并将匀光管的出射面成像于DMD的工作面上；一个TIR棱镜系统，用于将光的方向和角度改变成DMD工作所需的方向和角度；和一个DMD，用于根据图像信号，将从照明光路过来的光束反射入投影镜头，进而在屏幕上形成图像，其特征在于在中继透镜组中增加一个反光镜，用于反射匀光管输出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射镜的转动轴。
光源的光轴位于水平面。
TIR棱镜系统和DMD设置在其他元件之上，反光镜将反光镜之前的光束折叠，使其后的光路位于该光束之上。
中继透镜组包括三片中续透镜，其中前两片中继透镜，用于接收并会聚从匀光管输出的光束，反射镜，置于这两片中继透镜之后，以反射并折叠光路，其反射光束通过第三片中继透镜以及其后的TIR棱镜系统后，在DMD的工作面上形成一个均匀的矩形照明区域，即为匀光管出光面的像。
本实用新型利用反射镜将照明光路分成两部分折叠起来，形成一个紧凑的结构。反射镜的方向可以调整，以确保光源的光轴位于水平面上，并且从照明光路输出到TIR棱镜系统的光路的方向与DMD微反射镜的转动轴垂直，并且通过TIR棱镜系统后能够输出具有DMD工作所需要的方向和角度的光束。
图1为传统采用DMD和TIR棱镜的投影光学系统的框架图；图2为本实用新型用于DLP的投影光学系统的正视图；图3为本实用新型用于DLP的投影光学系统的俯视图。
具体实施方式
图2、图3分别为本发明用于DLP的投影光学系统的正视图和俯视图。如图中所示，该投影光学系统包括光源11；色轮(Color Wheel)12，用于将从光源11输出的光束分成红、绿、蓝三基色；匀光管(Light Pipe)13，用于接收从色轮12输出的光束并在其出光面形成一个具有均匀光亮度的矩形区域；中继透镜组包括三片中续透镜，两片中继透镜24，用于接收并会聚从匀光管13输出的光束，并与另一片中继透镜26一起将匀光管13的出光面成像于DMD16的工作面上；反射镜25，置于中继透镜24与中继透镜26之间，用于折叠光路，使其后的光路垂直于DMD16中微反射镜的转动轴；中继透镜26，用于接收并会聚从反光镜25输出的光束，并与中继透镜24一起将匀光管13的出光面成像于DMD16的工作面上；TIR棱镜系统15，用于接收从中继透镜26输出的光束并以预定的方向和角度出射该光束；DMD16，根据图像信号控制各个微反射镜，反射图像光束通过TIR棱镜系统15进入投影镜头17；投影镜头17，用于接收从TIR棱镜系统15输出的光束并将其投射到投影屏幕上。
从光源11发出的光束，通过以一定速率转动的色轮12分色后，进入匀光管13，在匀光管13的出光面形成一个以一定频率变换色彩的具有均匀光亮度的矩形区域，该出光面可以被认为是一个均匀的平面光源；从匀光管13的出光面输出的光束经过中继透镜24会聚，投射到反光镜25上，反射镜25使光路发生折叠，其反射光束经过中继透镜26会聚后垂直进入TIR棱镜系统15；通过计算确定TIR棱镜的各个角度，确保光束在TIR表面上发生全反射，并且使TIR棱镜系统15的出射光束的方向和角度满足DMD16工作所需；DMD16受图像信号的控制，各个微反射镜独立翻转，分别处于开或者关状态，形成一个图像源，其中开状态的微反射镜将从TIR棱镜系统15过来的光束以垂直的角度反射回TIR棱镜系统15，并通过TIR棱镜系统15和投影镜头17后将图像投影到屏幕上。
为了在屏幕上得到一个端正的矩形图像，DMD16的长边必须与水平面平行。根据DMD16的工作特性，如图2所示，TIR棱镜系统15和中继透镜26的光轴与水平面成45°夹角。通过调整反射镜25的位置和方向，可以使光源11的光轴位于水平方向，保证光源11处于良好的工作状态，同时也使TIR棱镜系统15和DMD16位于中继透镜24之上，使整个光学系统结构紧凑。
权利要求1.一种用于DLP的投影光学系统，包括一个光源，用于发光；一个色轮，用于将光源发出的光分成各种色光；一个匀光管，用于形成具有均匀光亮度的光束；一中继透镜组，用于接收从匀光管输出的光束并将匀光管的出射面成像于DMD的工作面上；一个TIR棱镜系统，用于将光的方向和角度改变成DMD工作所需的方向和角度；和一个DMD，用于根据图像信号，将从照明光路过来的光束反射入投影镜头，进而在屏幕上形成图像，其特征在于在中继透镜组中增加一个反光镜，用于反射匀光管输出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射镜的转动轴。
2.如权利要求1所述的用于DLP的投影光学系统，其特征在于光源的光轴位于水平面。
3.如权利要求1或2所述的用于DLP的投影光学系统，其特征在于TIR棱镜系统和DMD设置在其他元件之上，反光镜将反光镜之前的光束折叠，使其后的光路位于该光束之上。
4.如权利要求1所述的用于DLP的投影光学系统，其特征在于中继透镜组包括三片中续透镜，两片中继透镜，用于接收并会聚从匀光管输出的光束，反射镜，置于这两片中继透镜之后，并与另一片中继透镜一起将匀光管的出光面成像于DMD的工作面上。
专利摘要本实用新型提供一种用于DLP的投影光学系统，包括一个光源，用于发光；一个色轮，用于将光源发出的光分成各种色光；一个匀光管，用于形成具有均匀光亮度的光束；一组中继透镜，用于接收从匀光管输出的光束并将匀光管的出射面成像于DMD的工作面上，在中继透镜组中增加一个反光镜，用于反射匀光管输出的光束，使其后的光路垂直于DMD中微反射镜的转动轴；一个TIR棱镜系统，用于将光的方向和角度改变成DMD工作所需的方向和角度；和一个DMD，用于根据图像信号，将从照明光路过来的光束反射入投影镜头，进而在屏幕上形成图像。本实用新型利用反射镜将照明光路分成两部分折叠起来，形成一个紧凑的结构，同时确保光源的光轴位于水平面上。
文档编号G02B27/18GK2921892SQ20062011879
公开日2007年7月11日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者奚晓, 姚思一 申请人:大恒新纪元科技股份有限公司光电研究所