專利名稱：去除由微透鏡陣列集成器產(chǎn)生的散射旁瓣的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于照射一個光學器件的光照射系統(tǒng)和方法。
該結(jié)構產(chǎn)生的一問題是從燈發(fā)射的一部分光，包括直射和反射光線，是不準直的，并且因此朝著發(fā)散角進行照射。這依次引起所謂的旁瓣，其中進入第一集成板的一微透鏡的光被折射向一個第二集成板的非對應的微透鏡。接著導致光線既不射向圖象平面也不指向陡角度方向。在兩種情況下，所述雜散光能夠?qū)ο到y(tǒng)的工作產(chǎn)生不利影響。具體是，由這些旁瓣產(chǎn)生的雜散光能夠從光路中的不同物體上散射，使系統(tǒng)的對比度打折扣。這些微透鏡陣列是從燈產(chǎn)生均勻圖象最常用的方法，并且隨著其尺寸的減小，增加了旁瓣的強度。
本發(fā)明的目的是提供一種均勻和有效照射同時去除旁瓣照射的光照射系統(tǒng)。通過由權利要求1限定的根據(jù)本發(fā)明的光照射系統(tǒng)可達到所述目的。另外本發(fā)明的有利實施例由從屬權利要求限定。
JP11-1160791A涉及一種用于投影顯示裝置的照射光學器件。所述系統(tǒng)包括一個具有一凹反射器的燈，一對由光導隔開的微透鏡陣列集成器，和一個中繼透鏡系統(tǒng)。在所述系統(tǒng)中，為了降低光損失和提高效率，提供光導以將光從第一透鏡陣列板的微透鏡引導到第二透鏡陣引板的微透鏡。因此，離軸光線顯然是被引導到第二微透鏡陣列上，而不是被吸收。
EP 0 773 456 A2提供一個放大透鏡和顯示裝置，其中透鏡對可以通過管狀結(jié)構支持在相應位置上。假定透鏡對組的軸一般是會聚的，并且所述管狀結(jié)構由黑色樹脂形成。那么利用所述結(jié)構作為混合的放大透鏡用于顯示。
這些已抑制的旁瓣光集成系統(tǒng)特別地用于圖象投影系統(tǒng)，其中雜散光減小對比度并且可導致假像和使象質(zhì)量下降。光集子系統(tǒng)例如被插入在燈和象平面之間。
應該注意，當光的一部分在光導管或者擋板陣列中損失時，該光被認為是所產(chǎn)生的雜光，并且因此基本上不認為它的損耗會降低系統(tǒng)的效率。這樣，通過去除或減小這些雜光，通過確保高的圖象對比度和減少假像改善了其性能。
所述導管或者擋板陣列優(yōu)選是非反射的，因為通過反射它們的不正確的傳輸軸，并因此將這些光線以一個產(chǎn)生不需要的散射光的非理想角從集成系統(tǒng)中出射。
根據(jù)優(yōu)選實施例，成像裝置是長方形的，并因此所述集成鏡片光被設計成在其焦平面上產(chǎn)生均勻的長方形照射。在該系統(tǒng)中，其中微透鏡位于一個具有不相等的水平和垂直間隔的長方形陣列中，旁瓣光線的定量效應是各向異性的，使旁瓣的強度在較小尺寸的微透鏡中增強。因此，如圖2所示，Y軸瓣比X軸瓣具有較大的強度。因此所述問題不對稱地提出。因此，例如沿Y軸在微透鏡的連續(xù)行之間可以提供一組平行薄板。而這基本上不改變X軸旁瓣的強度，Y軸旁瓣基本上將被減弱。通過提供薄板代替導管或者管，使熱損耗增加，簡化了結(jié)構，且光損失降低，具有一些剩余的雜散光。
在導管或者管的情況下，沿兩軸的旁瓣被抑制。所述陣列優(yōu)選由長方形管結(jié)構組成。為了提供空間效率，相鄰集成結(jié)構的壁優(yōu)選是公用的。所述壁優(yōu)選是涂覆不反射的黑色涂層，以吸收入射在其上的光。在微透鏡陣列和導管陣列之間，可提供一空氣間隔用于無源的或者強制的對流。導管陣列的外部可提供一用于對流或者輻射冷卻的表面區(qū)域。雖然其它材料可能也適合，但是導管仍優(yōu)選由耐熱導熱材料形成，如銅或者鋁。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個具有一對間隔的集成微透鏡陣列的微透鏡集成系統(tǒng)，其特征在于在相應集成器的微透鏡元件之間設置一個導管以吸收雜散光。
本發(fā)明的還一目的是提供一個用于微透鏡集成系統(tǒng)的導管陣列，它具有一組與微透鏡陣列結(jié)構相應的長方形孔并且具有一非反射表面。
本發(fā)明另一目的是提供一個光照射裝置；包括一個照射源；一沿所述照射源的照射路徑設置的第一微透鏡陣列；一個導管陣列，它具有與所述第一微透鏡陣列的多個所述微透鏡相應的孔，所述導管陣列具有非反射光吸收壁；一個第二微透鏡陣列，與所述導管陣列對準以使通過所述第一微透鏡陣列的相應微透鏡的光線和不隔斷所述不反射光吸收壁的光線相交于所述第二微透鏡陣列中的相應的透鏡；一個中繼光學結(jié)構用于將從所述第二微透鏡陣列發(fā)射的光聚集在焦平面上。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用于均勻和有效照射光學器件而去除旁瓣照射的方法。根據(jù)本發(fā)明權利要求9所限定的方法可達到本目的。
這些和其它目的將從評述附圖和優(yōu)選實施例的詳細描述中明顯表示出來。


圖1是原始旁瓣3的示意圖。非準直光線10從一微透鏡11傳輸?shù)降诙砂?的那些微透鏡12、13上，它們并不與其直接對準。這些旁瓣3的強度非常強是微透鏡11、12、13、14尺寸的函數(shù)(如圖2)。當這些微透鏡11、12、13、14的尺寸角小時，這些旁瓣3的強度增加，并因此增強光學系統(tǒng)的雜射光。
圖3表示在ASAP中因來自集成透鏡2、4的雜射光模擬產(chǎn)生的旁瓣3，和在中心正方形中顯示圖象裝置6的照射主圖象。注意因為透鏡11、14在該方向的尺寸小，所以y瓣21比x瓣22強。
根據(jù)本發(fā)明，在集成板2、4中一對相應微透鏡由一個導管100隔離。因此，隔斷了來自第一陣列2的離軸光線101，并防止其達到相對陣列4的另一微透鏡。由此，減少了通常引起對比度損失的雜散光。通過在集成板2、4之間設置管結(jié)構102(如圖4所示)，去除了在兩個板2、4的微透鏡11、12、13、14之間的串擾。這樣，由導管100陣列的壁阻止和吸收非準直光線101，并防止與非對應的的集成微透鏡12、13相互作用。在這種方式中，來自第一集成陣列2的各個微透鏡11的孔徑僅用第二集成陣列4的相應微透鏡14中繼，并成像在光學中繼104的理論平面103上。
更詳細的如圖5所示，與圖2所示的現(xiàn)有技術的實施例比較，去除了離軸光線101，使得雜散光減少。
圖6更詳細地表示導管100陣列的透視圖。該導管100陣列是長方形的，并且典型地由系統(tǒng)的功能和尺寸控制其尺寸和比例。例如，在具有縱橫比為4∶3的硅液晶投影儀系統(tǒng)中，微透鏡陣列2、4例如被設置成如5×4平凸微透鏡陣列，每一透鏡具有4∶3的比率。導管100陣列的間隔與各個微透鏡對11、14的尺寸相等，具有相同的縱橫比4∶3。導管100陣列位于相應陣列2、4之間并優(yōu)選地具有接近各個透鏡邊緣末端的孔105，以允許空氣循環(huán)。為了防止漏光，可設置擋光板(未示出)。
另外，各個導管100的壁優(yōu)選是非反射式的且是吸收式的，使離軸光線101在集成元件11、100、14中衰減。從出射微透鏡14發(fā)射的離軸光線101也將導致雜散光和對比度的降低。
導管100陣列的壁優(yōu)選是導熱的，允許在陣列的周圍散熱。這樣，可以在長方形陣列中形成的鋁或者銅片上設置一個導電的黑的粗糙涂層。
圖7是本發(fā)明的一個實施例，其中提供有將微透鏡行以較小(垂直)尺寸隔開的薄平板200。為了簡略，圖示中只示出了集成陣列的五個微透鏡211。但是，可以理解，集成板由微透鏡的所有陣列組成，例如5×5不對稱陣列。
如上所述，在小尺寸的微透鏡中旁瓣3的強度更強。例如，如圖2所示，清楚可見旁瓣沿Y軸21比沿X軸22增強。因此，根據(jù)本實施例，利用薄平板200代替例1中的導管100，以使相鄰微透鏡12、13、14只在微透鏡的較小方向(即在如圖2所示Y軸21方向)上被光學隔離。這些平板200被涂覆非反射的黑涂層，以使任何入射在其上的光線將被吸收。圖7下部示意性地表示所述平板200陣列的正透視圖。例如，板200可以由相對粗糙的，非反射表面的已陽極氧化處理的黑鋁片形成。
與導管100結(jié)構比較本實施例具有兩個優(yōu)點，在微透鏡11、12、13、14情況下，其一側(cè)比另一側(cè)更小。第一它實際結(jié)構更簡單，和第二因為較大間隔距離，為了冷卻的目的在所述結(jié)構中更容易進行空氣的循環(huán)。
本發(fā)明還包含由本領域技術人員能理解的變化和改進。例如，微透鏡的其它結(jié)構。尤其是為了代替本申請，如可以利用六方形陣列，在這種情況下，導管可以例如是圓形的或者橢圓的。本申請的范圍只由后附的權利要求進行限定。
權利要求
1.一種光照射裝置，包括(a)一個照射源(1)；(b)一個沿所述照射源(1)的照射光路設置的第一微透鏡陣列(2)；(c)一個導管陣列(100，200)，具有多個與所述第一微透鏡陣列(2)的多個所述微透鏡相應的孔，所述導管陣列(100，200)具有非反射的光吸收壁；(d)一個第二微透鏡陣列(4)，與所述導管陣列(100，200)對準，以使通過所述第一微透鏡陣列(2)的各透鏡的光線和不隔斷所述非反射的光吸收壁的光線分別與所述第二微透鏡陣列(4)的透鏡相交；和(e)一個中繼光學結(jié)構(104)用于將從所述第二微透鏡陣列(4)發(fā)射的光聚集在焦平面(103)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述照射源(1)包括一個具有拋物面反射體的燈。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一微透鏡陣列(2)包括N×M共平面的具有行軸的微透鏡，其中N和M均大于1。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，N是4和M是5。
5.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述導管陣列(100，200)包括N×M分離孔的陣列(100)。
6.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述導管陣列(100，200)包括N×1孔的陣列(200)，每個孔與所述第一微透鏡陣列(2)的M個微透鏡對應。
7.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第二微透鏡陣列(4)包括N×M共面的微透鏡(100)，它們具有與所述第一微透鏡陣列(2)的微透鏡對準的平行軸的。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導管陣列(100，200)適合使所吸收的照射散熱。
9.一種照射方法，包括步驟如下(a)用照射源(1)照射一個區(qū)域，這具有覆蓋一個照射區(qū)域的空間強度變化；(b)用一個第一分段式的集成板(2)接收來自所述照射源(1)的所述照射區(qū)域的光，所述集成板(2)具有多個部分，每個部分具有一個微透鏡(11)；(c)用一個長形擋板(102)分離來自各個微透鏡(11)的光，所述擋板具有多個分別與多個微透鏡(11)相應的孔，并且在相鄰孔之間是光吸收的非反射壁。(d)用第二分段式集成板(14)接收來自第一分段式的集成板(11)的各個微透鏡的光，并通過與第二分段集成板相對應的孔，所述第二集成板的每個部分具有一個微透鏡(12，13，14)；和(e)通過一個光學結(jié)構(104)中繼從第二集成板(4)發(fā)射的光到焦平面(103)上。因此入射到所述長形擋板(100，200)壁上的光線不通過孔傳輸，基本上削弱具有銳角(3)的光線，并且在焦平面(103)上的照射光基本上是均勻的。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述照射源(1)包括具有拋物面反射體的燈。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一分段式的集成板(2)包括N×M共面的具有平行軸的微透鏡，其中N和M均大于1。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中長形管包括N×M陣列單獨的孔(100)。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，包述長形擋板包括N×1陣列孔(200)，每個孔與所述第一分段式的集成板(2)的M個微透鏡對應。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二分段式集成板(4)包括N×M共面的微透鏡，它們具有與第一分裂的集成板(2)的微透鏡對準的平行軸。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括有對流冷去長形擋板管的步驟。
16.一種提供照射均勻區(qū)域的方法，包括步驟如下(a)接收來自具有發(fā)散的和空間強度變化的燈(1)的光線；(b)來自燈的光線通過一個第一分段式集成板(2)，其具有多個部分，每一部分具有一個帶軸的微透鏡(11)，的軸中繼來自第一分段式集成板(2)的各個微透鏡(11)的光沿該軸中繼到第二分段式集成板(4)的各個微透鏡(14)，其中來自燈(1)的一部分光束入射到所述第一分段式的集成板(2)的微透鏡(11)上，以使其向第二分段式集成板(4)的不對應的微透鏡(12，13)折射；(c)設置光吸收非反射的擋板(100，200)隔離各個分段式集成板第一微透鏡(11)和第二微透鏡(14)，以吸收由第一分段式集成板(2)的微透鏡(11)向第二分段式集成板(4)的非對應的微透鏡(12，13)折射的光(3)；和(d)通過一個光學結(jié)構(104)中繼從第二集成板傳輸?shù)墓獾揭还步蛊矫?103)上。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，第一分段式集成板(2)包括N×M共面的具有平行軸的微透鏡，其中N和M均大于1。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，所述檔板包括N×M分離孔的陣列(100)。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，N微透鏡的相鄰行是由一公共擋板(200)互相分離的。
全文摘要
一個光線照射裝置，包括一個照射源，一對間隔的集成板，其每個具有多個微透鏡，一個導管陣列，其具有與多個設置在其間的微透鏡相應的各個孔，具有非反射的光吸收壁，和一個光學中繼結(jié)構用于將從所述第二微透鏡陣列發(fā)射的光集成在一個焦平面上。所述裝置使用時是照射具有微透鏡的第一集成板，其光線空間強度變化，來自各個微透鏡的各個光束分別用一個長形擋板隔開，所述擋板具有與多個微透鏡的每個相應的各個孔，來自各個孔的光由帶微透鏡的第二集成板捕獲，和中繼該光到達焦平面，從而入射到長形擋板壁上的光線不通過孔傳輸，基本上削弱具有銳角的光線，以使光線均勻照射焦平面。
文檔編號G02B3/00GK1395691SQ01803736
公開日2003年2月5日 申請日期2001年11月15日 優(yōu)先權日2000年11月16日
發(fā)明者K·沙扎德, J·A·施密祖, J·多姆 申請人:皇家菲利浦電子有限公司