專利名稱：用于投影顯示的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于投影顯示的光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及美國專利號5,552,922(’922專利)中所揭示類型的光學(xué)系統(tǒng)，其內(nèi)容通過參考結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
’922專利中揭示了一種系統(tǒng)，它用于透射照明光，從光源到數(shù)字發(fā)光板(DLP)，再從DLP的“開”像素到投影透鏡。雖然’922專利的系統(tǒng)工作地很成功，但是注意到了兩個可以改進系統(tǒng)的方面，以降低成本和使制造更簡單。
第一方面涉及’922專利中表面18和20之間的傾斜空隙。由于“開”像素發(fā)出的光穿過該空隙，所以該空隙可以將像散和彗差傳入DLP的投影圖像，除非空隙的寬度和楔形被仔細地控制。對空隙寬度和楔形嚴格控制的需要使系統(tǒng)的制造更復(fù)雜。
第二方面涉及’922系統(tǒng)中，“開”像素發(fā)出的光穿過’922專利中表面14、16和18所確定的光學(xué)元件，和該專利中表面12和20所確定的光學(xué)元件。這意味著這兩個光學(xué)元件必須用高質(zhì)量的玻璃制造，并且必須滿足表面平面度、表面定位、straie、雙折射，等等的嚴格公差。這種需要增加了系統(tǒng)的總成本，因此是不希望的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供改進的光學(xué)系統(tǒng)，用于透射照明光，從光源到DLP，再從DLP的“開”像素到投影透鏡。具體地說，本發(fā)明的目的是提供’922專利中所揭示一般類型的系統(tǒng)，它更易制造并降低了成本。
為了達到這些和其它的目的，本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)包括光源、DLP、投影透鏡、和具有第一和第二分離表面的棱鏡，其中第一和第二分離表面、光源、DLP、和投影透鏡相對于彼此取向，使得光源發(fā)出的光穿過第一和第二分離表面，到達DLP，從DPL中“開”或“第一位置”像素反射的光在朝向投影透鏡的第二分離表面處被以一角度內(nèi)反射，使得光在投影透鏡的接收角內(nèi)，DLP中“關(guān)”或“第二位置”像素反射的光或者在朝向投影透鏡的第二分離表面處被以一角度內(nèi)反射，使得光不在投影透鏡的接收角內(nèi)，或者穿過棱鏡，所以光在接收角之外(例如，圖3中的最高光束41)。


圖1是本發(fā)明中從光源到DLP的光路的示意圖。
圖2是本發(fā)明中從DLP的“開”像素到投影透鏡的光路的示意圖。
圖3是本發(fā)明中DLP的“關(guān)”像素發(fā)出光線的光路示意圖。
結(jié)合并組成說明書一部分的以上附圖和說明書一起說明了本發(fā)明的較佳實施例，用于解釋本發(fā)明的原理。當然應(yīng)該理解附圖和說明書只是解釋性的，并不限制本發(fā)明。
附圖中使用的標號對應(yīng)如下13棱鏡15棱鏡元件17棱鏡元件19第一分離表面21第二分離表面23對角線25棱鏡入射表面27棱鏡出射/入射表面29棱鏡出射表面31照明光33照明系統(tǒng)35DLP37“開”像素反射的光39投影透鏡41“關(guān)”像素反射的光43“光”像素發(fā)出的光45DLP覆蓋板較佳實施例的詳細描述如圖所示，棱鏡13包括兩部分或兩個元件15、17，在棱鏡的對角線23處它們被一很薄的空氣層分離。元件15的表面19和元件17的表面21沿該對角線相互面對，并分別組成上述的第一和第二分離表面。
如圖1中所示，照明系統(tǒng)33發(fā)出的光31通過25側(cè)進入棱鏡10。在棱鏡對角線23上該光線的入射角小于臨界角，所以該光線穿過對角線23，并照亮DLP 35。
如圖2中所示，“開”位置的像素以垂直于DLP中工作區(qū)的方向反射圖1的入射照明光31。光線37在空隙對角線23上的入射角大于臨界角，因此該光線的100％被該對角線反射。尤其，DLP發(fā)出的反射光37以大于臨界角的角度沖擊元件17的表面21，該臨界角由元件17的折射率與空氣折射率相比而確定。
光線37通過29側(cè)從棱鏡13出射，29側(cè)是27側(cè)的鏡像。29側(cè)和27側(cè)的關(guān)系意味著沿“開”像素反射的光束37，棱鏡元件17是有效的平面平行板。這還意味著棱鏡元件17作為圖像通路上的唯一元件，不產(chǎn)生差或像散。
在29側(cè)后面配置投影透鏡39，以捕獲“開”像素發(fā)出的光，并在觀察屏幕(未圖示)上產(chǎn)生期望的圖像。
如圖3中所示，“關(guān)”位置的像素向幾個方向反射圖1的入射照明光31，使得光線不能有效地進入投影透鏡39的入射光瞳(例如圖3中的光線43)。也就是說，“關(guān)”像素發(fā)出的光線41不在投影透鏡的接收角內(nèi)。
在實踐中，棱鏡13的25、27和29側(cè)具有傳統(tǒng)的減反射層，以將Fresnel反射最小化。此外，分離表面19、21的減反射層被優(yōu)化為入射角接近于臨界角，以減小照明光31的Fresnel損耗。
除了通過空氣層分離，表面19和21還可以通過低折射率的薄層分離。為了在表面21處保持較大的臨界角，元件17可以用高折射率的玻璃制成。元件15可以用類似的玻璃制成，以避免將彩色或其它像差引入照明光31中。這種薄層的優(yōu)點包括棱鏡元件的簡易裝配和除去了分離表面中灰塵和/或水污染引起的問題。這種污染會破壞表面21處引導(dǎo)光線進入投影透鏡的全反射能力，并會導(dǎo)致較高等級的光損耗。
如圖1-3中所示，覆蓋板45通常保護DLP。如果希望，該覆蓋板可以粘合到表面27，因此從系統(tǒng)中除去了導(dǎo)致Fresnel損耗的兩個玻璃/空氣界面。
如上所述，以上投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)到達了以下的優(yōu)點
(1)沿對角線23空隙的寬度和楔形不影響從“開”像素到投影透鏡的光路。因此，除去了與該傾斜空隙關(guān)聯(lián)的像散和彗差。
(2)只有棱鏡元件17工作在成像光路上。因此棱鏡元件15可以用較低質(zhì)量的玻璃制造，而無需表面平面度和定位、straie、雙折射，等等的嚴格公差。用這種方法，降低了裝置的總成本。
雖然這里描述了本發(fā)明的較佳實施例，不脫離以下權(quán)利要求書中所確定的本發(fā)明范圍，本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員還可以理解其它實施例。
權(quán)利要求
1.一種圖像投影系統(tǒng)，它包括(a)光源，它提供照明光；(b)多個選擇性的可調(diào)節(jié)反射元件，它們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間調(diào)節(jié)；(c)透鏡，它具有平行于所述公有平面的主平面；和(d)棱鏡，它位于所述透鏡和所述多個反射元件之間；其特征在于，透鏡具有接收角，棱鏡包括第一和第二分離表面，這兩個表面相對于光源、多個反射元件和透鏡取向，使得(i)光源發(fā)出的光穿過第一和第二分離表面，到達多個反射元件，和(ii)在第一位置處反射元件反射的光在第二分離表面處被向幾個方向反射，這些方向在透鏡的接收角內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像投影系統(tǒng)，其特征在于，在第二位置處反射元件反射的光在第二分離表面處被向幾個方向反射，這些方向不在透鏡的接收角內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于使用數(shù)字發(fā)光板(35)的投影系統(tǒng)中的棱鏡(13)。該棱鏡包括定向的第一(19)和第二(21)分離表面,使得:(a)光源(33)發(fā)出的光穿過分離表面,到達數(shù)字發(fā)光板;(b)“開”像素發(fā)出的光在第二表面(21)處經(jīng)過全反射,被導(dǎo)入投影透鏡(39)的接收角;和(c)“關(guān)”像素發(fā)出的光從第二表面(21)反射,被導(dǎo)離投影透鏡(39)的接收角。
文檔編號G02B26/08GK1375076SQ00809623
公開日2002年10月16日 申請日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月29日
發(fā)明者S·瑪格利爾 申請人:美國精密鏡片股份有限公司