專利名稱：利用多個(gè)dmd裝置的圖像投影器的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用多個(gè)DMD(數(shù)字微反射鏡裝置)裝置的圖像投影器的照明系統(tǒng)。在下面的描述中，將經(jīng)常使用縮寫DMD來表示這些裝置，其英文名是Digital Micromirror Device。
背景技術(shù)：
簡單地說，DMD裝置，或平板，包括一組小的呈正方形的反射鏡，通常是鋁的，邊長約14μm，每一反射鏡形成要投影的像的一個(gè)單元，簡稱像素。該反射鏡能繞對(duì)角線旋轉(zhuǎn)一定的角度，例如±12度，且沿兩個(gè)方向中任一個(gè)的旋轉(zhuǎn)，是通過位于反射鏡下面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)電極產(chǎn)生的。
當(dāng)反射鏡處于“靜止”位置，即當(dāng)反射鏡沒有被兩個(gè)電極的任一個(gè)吸引時(shí)，光以約26度角相對(duì)于反射鏡表面垂直方向，落在反射鏡上。如果反射鏡沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，則使落在它的光以不進(jìn)入投影透鏡的方式反射，從而不送至屏幕，于是該象素是“斷”；如果旋轉(zhuǎn)沿相反方向發(fā)生，因?yàn)榉瓷涔獗凰椭疗聊?，該象素是“通”?br> 在更為便宜的投影器中，使用單個(gè)DMD裝置，在此情形下，所述DMD裝置的反射鏡被三種基本色，即紅、綠、和藍(lán)相繼照射，這三種基本色是把照明燈的光發(fā)送到旋轉(zhuǎn)的輪獲得的，該旋轉(zhuǎn)的輪亦稱色盤。
所述色盤被分成三個(gè)扇區(qū)，其中每一個(gè)包括與三種基本的紅、綠、和藍(lán)之一對(duì)應(yīng)的分色濾光器，所述分色濾光器事實(shí)上由多層構(gòu)成，每一層可以有低或高的折射率，根據(jù)分色濾光器的類型和層數(shù)，能夠設(shè)定它的基本配色，該基本配色可以是紅、綠、藍(lán)、等等。
此外，這些分色濾光器有非常特殊的特性，因?yàn)樗鼈円罁?jù)干涉原理工作，本質(zhì)上是從白色光源分離出兩種顏色，兩者之一透射，而與第一種互補(bǔ)的另一種顏色則被反射。
于是，裝備有分色濾光器的色盤的旋轉(zhuǎn)，每一分色濾光器對(duì)應(yīng)于三種基本色之一，能使照明燈發(fā)射的光的路徑，按照所述色盤位置，被不同類型的分色濾光器阻擋；這樣能使分色濾光器透射的光束，依次呈現(xiàn)與三種主要單色分量之一對(duì)應(yīng)的顏色，例如紅、綠、和藍(lán)。
然后，所述單色分量被送至DMD裝置。
當(dāng)需要非常高的亮度時(shí)，例如照亮大的屏幕時(shí)，則增加投影器中使用的DMD裝置數(shù)量，普通是用三個(gè)；在這種情形下，燈的光被棱鏡分為三種單色分量紅、綠、和藍(lán)，所述單色分量的每一種被送至不同的DMD裝置。
圖1畫出公知的使用三個(gè)DMD裝置的照明系統(tǒng)概要圖；但為簡單起見，只說明三基本單色分量(紅、綠、和藍(lán))中有關(guān)光分解的部分；圖上還畫出隨后三個(gè)DMD裝置的照明和單色分量重新組成單一光束。
參考數(shù)字1表示的連續(xù)線，代表白光光束，由公知的過程使之均勻和聚焦，因此沒有在圖中畫出。
棱鏡2屬于公知的TIR(全內(nèi)反射，在下面的描述中常常用這一縮寫)型，由于存在把它和與它結(jié)合的第二棱鏡分開的空氣層，所以它以全內(nèi)反射方式工作，該層以參考數(shù)字3表示。
白光光束1然后被TIR棱鏡2向棱鏡4反射；分開棱鏡4與棱鏡5的分色表面，構(gòu)成第一分色濾光器F1，它例如透射白光光束1的綠的和藍(lán)的單色分量，但反射紅的單色分量。因此后者沿著虛線及箭頭指示的路徑，首先沿著路徑a-b-c，照射DMD裝置8，并被DMD裝置8反射，沿著路徑c-d-f-n射向投影透鏡7。
綠的和藍(lán)的單色分量共同形成藍(lán)綠色光束，沿著路徑a-e穿過棱鏡5，到達(dá)棱鏡5和棱鏡6之間分開的表面。
棱鏡5和棱鏡6之間分開的所述表面，形成第二分色濾光器F2，它例如反射藍(lán)的單色分量；而圖1中以點(diǎn)線表示的綠的單色分量，沿著路徑e-g，照射DMD裝置9，后者然后把它反射，沿著路徑g-h-f-n射向投影透鏡7。
類似地，以點(diǎn)劃線表示的藍(lán)的單色分量，被分色濾光器F2反射，并沿著路徑e-i-l，照射DMD裝置10，然后，所述藍(lán)的單色分量被DMD裝置10反射，射向分色濾光器F1和F2，之后，沿著路徑l-m-h-f-n到達(dá)投影透鏡7。
必須指出，在圖1所示公知的照明系統(tǒng)中，三種單色光分量，只要被DMD裝置8、9、及10反射，形成單一光束11，便發(fā)送到投影透鏡7并隨后送至屏幕(圖1中未畫出)，但該三種單色光分量必須在點(diǎn)f重合。
圖1所示的公知照明系統(tǒng)，存在一些缺點(diǎn)。
第一個(gè)缺點(diǎn)是，由于在白光分解為三種單色分量的情形，其中每一分量被送至相應(yīng)的DMD裝置8、9、及10，以及在把DMD裝置8、9、及10反射的光重新組成發(fā)送至投影透鏡7的單一光束11階段，兩種情形都要用到分色濾光器F1和F2。
試想，如圖1中所示，要發(fā)送至DMD裝置8、9、及10的包括各單色分量的光束，在分色濾光器F1和F2上的入射角，不同于被DMD裝置8、9、及10反射的單色分量在所述分色濾光器F1和F2上的入射角，這樣的分色濾光器難以制作，且色彩的產(chǎn)出不是優(yōu)化的。
此外，因?yàn)镈MD裝置8、9、及10的有效表面必須被完全照射，所以白光光束1和單色分量的單個(gè)光束，必須有充分寬的截面，以便計(jì)及系統(tǒng)的各種公差；這意味著要降低整個(gè)照明系統(tǒng)的亮度，和增加TIR棱鏡2及棱鏡4、5、和6的尺寸，分色濾光器F1和F2是在這些棱鏡分開的表面上實(shí)現(xiàn)的。
此外，單色分量光束的一部分，也總要被任何DMD裝置8、9、及10的“關(guān)斷”像素反射，而且，棱鏡4、5、和6中光的投射，牽涉到其他兩個(gè)DMD裝置，導(dǎo)致反差的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提出一種用于圖像投影器的光學(xué)照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過消除上述缺點(diǎn)，保證圖像投影器制作的簡單實(shí)施，同時(shí)提高其性能。
為達(dá)到該目的，本發(fā)明的目標(biāo)，是提供一種具有后面權(quán)利要求說明的特性、用于圖像投影器的照明系統(tǒng)，這些權(quán)利要求構(gòu)成本文說明的不可分的部分。


本發(fā)明還有的目的及優(yōu)點(diǎn)，將從下面的詳細(xì)說明及附圖看得更清楚，附圖是以非限制性的例子舉出，其中-圖1畫出公知的照明系統(tǒng)。
-圖2畫出按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例。
-圖3畫出圖2照明系統(tǒng)的細(xì)部。
-圖4畫出按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
-圖5畫出結(jié)合圖4實(shí)施例使用的照明系統(tǒng)的細(xì)部。
-圖6畫出按照本發(fā)明的照明系統(tǒng)的第三實(shí)施例。
十分清楚，各圖中用相同參考數(shù)字表示的方框，執(zhí)行相同的功能。
具體實(shí)施例方式
圖2畫出按照本發(fā)明用于圖像投影器的照明系統(tǒng)的第一實(shí)施例，在所述系統(tǒng)中，使用以參考數(shù)字8、9、及10表示的三個(gè)DMD裝置。
光束1由白光構(gòu)成，并向分色濾光器12發(fā)送，該分色濾光器12把綠的和藍(lán)的單色分量向分色濾光器13反射，并透射紅的單色分量。
所述紅的單色分量，沿著以虛線及箭頭表示的路徑k-o-c-p-q-n，被與棱鏡17結(jié)合的TIR型棱鏡16發(fā)送至DMD裝置8，后者把它向與棱鏡22結(jié)合的TIR型棱鏡23反射。
TIR棱鏡23把紅的單色分量向點(diǎn)q反射，點(diǎn)q在棱鏡23面向TIR棱鏡24的表面上；該表面構(gòu)成分色濾光器D1，它反射紅的單色分量并透射綠的和藍(lán)的單色分量，因此，紅的單色分量從q點(diǎn)向n反射，然后射向投影透鏡7。
由綠的和藍(lán)的單色分量構(gòu)成的光束，在已經(jīng)被分色濾光器12反射之后，到達(dá)分色濾光器13，該分色濾光器13透射藍(lán)的單色分量并向反射鏡14′反射綠的單色分量。后一單色分量沿著以點(diǎn)線和箭頭表示的路徑r-s-t-g，被反射鏡14′向與棱鏡19結(jié)合的TIR棱鏡18反射，然后射向DMD裝置9。
DMD裝置9向棱鏡25反射綠的單色分量；TIR棱鏡24面向棱鏡25的表面，構(gòu)成分色濾光器D2，該分色濾光器D2反射藍(lán)的單色分量而透射綠的單色分量，因此，綠的單色分量能夠沿著路徑g-u-q-n繼續(xù)傳播至點(diǎn)n，然后到達(dá)投影透鏡7。
藍(lán)的單色分量，在已經(jīng)穿過分色濾光器13之后，被反射鏡14反射，然后沿著以點(diǎn)劃線和箭頭表示的路徑v-z-l-y-u-q-n，由與棱鏡21結(jié)合的TIR棱鏡20，首先向DMD裝置10，然后向與TIR棱鏡23結(jié)合的TIR棱鏡24發(fā)送，TIR棱鏡24把它向棱鏡25反射；因?yàn)槿缟纤?，分色濾光器D2反射藍(lán)的單色分量，所以藍(lán)的單色分量被向點(diǎn)q反射，然后射向投影透鏡7。
因此，在q點(diǎn)，基本的紅、綠、和藍(lán)分量被重新組成單個(gè)光束11，送至投影透鏡7。
從本質(zhì)上說，光束1分解為基本分量(紅、藍(lán)、和綠)，是用兩個(gè)分色濾光器12和13實(shí)現(xiàn)的；然后把每一所述基本的單色分量，送至三個(gè)TIR棱鏡16、18、20之一，這些棱鏡的每一個(gè)與一個(gè)DMD裝置8、9、10結(jié)合。
或者換種方式，把來自DMD裝置8、9、10的基本單色分量重新組成單一光束11，可以用-在TIR棱鏡23面對(duì)TIR棱鏡24的表面上獲得的第一分色濾光器D1，它反射紅的單色分量而透射綠的和藍(lán)的單色分量；-在TIR棱鏡24面對(duì)棱鏡25的表面上獲得的第二分色濾光器，它反射藍(lán)的單色分量而透射綠的單色分量；-第一TIR棱鏡23，它把紅的單色分量按一定方式向點(diǎn)q發(fā)送，使該紅的單色分量能夠被分色濾光器D1反射至投影透鏡7；-第二TIR棱鏡24，它把藍(lán)的單色分量向分色濾光器D2反射，分色濾光器D2用于把藍(lán)的單色分量向點(diǎn)q反射，結(jié)果射向投影透鏡7。
來自DMD裝置9的綠的單色分量，被分色濾光器D1和D2透射；因此，綠的單色分量把自身與藍(lán)的單色分量，在分色濾光器D2上的點(diǎn)u重新組合，并與紅的單色分量，在分色濾光器D1上的點(diǎn)q重新組合。這樣，單色分量重新組成單一光束11。
因?yàn)榉稚珵V光器12和13只提供把白光分解為它的基本單色分量(紅、綠、和藍(lán))，所以分色濾光器12和13的實(shí)現(xiàn)更為簡單，且系統(tǒng)的校正方向更為容易。
相同的考慮對(duì)分色濾光器D1和D2同樣成立，分色濾光器D1和D2僅用于光束11的單色分量重新組成階段；因此可以使單色分量光束及光束11的尺寸優(yōu)化，從而增加整個(gè)照明系統(tǒng)的效率。
通常，在本發(fā)明用于圖像投影器的照明系統(tǒng)的目標(biāo)中，分色濾光器12、13、D1、及D2，和TIR棱鏡16、18、20、23、24及與TIR棱鏡23、24結(jié)合的棱鏡22及25這兩種器件，都能比公知的照明系統(tǒng)中使用的那些器件有更小的尺寸。
TIR棱鏡23、24和棱鏡25分別面對(duì)DMD裝置8、9、及10的表面，在圖2中以粗線表示，均按圖3前視圖所示處理；每一所述表面有光學(xué)孔徑26，例如是矩形的，只允許相應(yīng)DMD裝置8、9、及10的“接通”像素反射的光通過，而用該表面的剩余部分，阻擋“關(guān)斷”像素散射的光。
于是，所述光學(xué)孔徑26，適合控制DMD裝置8、9、及10每一個(gè)向投影透鏡7發(fā)送的任何單色分量光束的尺寸；這樣，能夠避免“關(guān)斷”像素散射的光到達(dá)其他兩個(gè)DMD裝置，引起反差的降低。
還能夠按一定方式處理每一光學(xué)孔徑26，使它能濾去來自DMD裝置8、9、及10的單色分量中可能有的雜散色分量，使再現(xiàn)的色彩更純。
圖4畫出本發(fā)明的第二實(shí)施例。
綠的單色分量向相應(yīng)DMD裝置9的發(fā)送，除經(jīng)過反射鏡14′外，還用反射鏡14″及14，除此之外，光束1分解為基本單色分量，以及所述基本單色分量向DMD裝置8、9、及10的反射，完全與圖2相同。
被DMD裝置8、9、及10反射的三種單色分量，通過兩個(gè)分色濾光器28及29，重新組成單一光束11，該兩個(gè)分色濾光器28及29在它們之間相互垂直排列，并相對(duì)于入射它們的單色分量傾斜45度。
所述分色濾光器28及29共同配置在直立(upright)棱鏡上，并構(gòu)成有已知特性及平行六面體形狀的裝置27。
圖5畫出裝置27的三維視圖；使用時(shí)，把它放進(jìn)本發(fā)明的圖像投影器的照明系統(tǒng)中，三個(gè)面各平行于DMD裝置8、9、及10放置，該三個(gè)面每一個(gè)的配置，與圖3所示的相同，因而前面所作考慮仍然成立。
現(xiàn)在參考圖4，兩個(gè)分色濾光器28及29透射綠的單色分量，同時(shí)，分色濾光器28反射紅的單色分量并透射藍(lán)的單色分量，而分色濾光器29反射藍(lán)的單色分量并透射紅的單色分量。大體上說，分色濾光器28及29把來自DMD裝置8、9、及10的三種單色分量，重新組成單一光束11。
然后，光束11被送至投影透鏡7；后者用虛線表示在圖4中，該虛線指出，投影透鏡7放置的平面，必須不同于分色濾光器12及13和反射表面14及14′放置的平面，以避免可能的機(jī)械及光學(xué)的干擾。
在圖4例子所示的實(shí)施例中，光束1分解為基本單色分量，每一單色分量送至相應(yīng)的DMD裝置8、9、及10是用分色濾光器12及13實(shí)現(xiàn)的；反之，來自所述DMD裝置8、9、及10的單色分量，重新組成單一光束11，是用分色濾光器28及29實(shí)現(xiàn)的。
顯然，可以對(duì)本發(fā)明的照明系統(tǒng)作許多改變，而不偏離本發(fā)明觀念的新穎原理。
例如，圖6畫出按照本發(fā)明使用兩個(gè)DMD裝置8和9的圖像投影器的照明系統(tǒng)。
在該例子中，光束1′依次由黃的光束和絳紅的光束構(gòu)成，黃的光束由紅的和綠的單色分量形成，絳紅的光束由紅的和藍(lán)的單色分量形成。
所述絳紅的和黃的光束，是通過把白的光束送至色盤獲得的，該色盤在圖6中沒有畫出，本例中，該色盤被分為兩個(gè)扇區(qū)；所述扇區(qū)的第一個(gè)，由反射藍(lán)的單色分量并透射黃的光束1′的分色濾光器構(gòu)成，第二個(gè)有反射綠的單色分量并透射絳紅的光束1′的分色濾光器。
分色濾光器12′反射光束1′的紅的單色分量，該光束1′依次是黃或絳紅；所述紅的單色分量然后被反射表面14向TIR棱鏡16偏折，之后射向DMD裝置8。
此外，分色濾光器12透射黃的光束1′的綠的單色分量和絳紅的光束1′的藍(lán)的單色分量；該綠的和藍(lán)的單色分量，因?yàn)樗鼈兪且来蜗蚍稚珵V光器12′發(fā)送的光束的一部分，它們也依次被反射表面14″向TIR棱鏡18偏折，TIR棱鏡18把它們反射到DMD裝置9上。
裝置27只有兩個(gè)有效的面，這兩個(gè)面分別對(duì)著DMD裝置8及9，每一個(gè)包含已經(jīng)說明的光學(xué)孔徑26；此外，在裝置27中只有分色濾光器28，它向投影透鏡7反射紅的單色分量，并在綠的和藍(lán)的單色分量已經(jīng)依次被DMD裝置9反射之后，透射綠的和藍(lán)的單色分量。
因此，在圖6例子所示的實(shí)施例中，分色濾光器12′把光束1′分解為組成光束1′的兩種單色分量之一，同時(shí)，分色濾光器28能使基本的單色分量重新組合，以便形成光束11。
顯然，本領(lǐng)域熟練人員容易對(duì)說明的照明系統(tǒng)，產(chǎn)生并使用許多其他的變化和應(yīng)用，所以顯然，在本發(fā)明的實(shí)際使用中，各部件的形狀和大小可以不同，它們能以等價(jià)的技術(shù)單元取代。
權(quán)利要求
1.一種用于圖像投影器的照明系統(tǒng)，包括-光束(1、1′)；-第一裝置(12、12′、13)，適合把所述光束(1、1′)分解為多個(gè)單色分量；-多個(gè)DMD裝置(8、9、10)，各反射所述單色分量之一；-多個(gè)裝置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)，適合向所述多個(gè)DMD裝置(8、9、10)發(fā)送所述單色分量；特征在于，存在與所述第一裝置(12、12′、13)分開的第二裝置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，并適合把來自所述DMD裝置(8、9、10)的所述單色分量，重新組成發(fā)送至投影透鏡(7)的光束(11)。
2.按照權(quán)利要求1的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述多個(gè)裝置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)包括TIR棱鏡(16、18、20)。
3.按照前述權(quán)利要求之一個(gè)或多個(gè)的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，每一DMD裝置(8、9、10)與一TIR棱鏡(16、18、20)結(jié)合。
4.按照前述權(quán)利要求之一個(gè)或多個(gè)的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，該圖像投影器使用三個(gè)DMD裝置(8、9、10)。
5.按照權(quán)利要求1到3的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，該圖像投影器使用兩個(gè)DMD裝置(8、9)。
6.按照權(quán)利要求1的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，適合把所述光束(1、1′)分解為多個(gè)單色分量的所述第一裝置(12、12′、13)，包括分色濾光器(12、12′、13)。
7.按照權(quán)利要求1的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，把來自所述DMD裝置(8、9、10)的所述單色分量重新組成光束(11)的所述第二裝置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，包括分色濾光器(D1、D2、28、29)。
8.按照權(quán)利要求1的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，把來自所述DMD裝置(8、9、10)的所述單色分量重新組成光束(11)的所述第二裝置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，包括TIR棱鏡(23、24)。
9.一種用于圖像投影器的照明系統(tǒng)，包括-光束(1、1′)；-第一裝置(12、12′、13)，適合把所述光束(1、1′)分解為多個(gè)單色分量；-多個(gè)DMD裝置(8、9、10)，各反射所述單色分量之一；-多個(gè)裝置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)，適合向所述多個(gè)DMD裝置(8、9、10)發(fā)送所述單色分量；特征在于，每一DMD裝置(8、9、10)與有光學(xué)孔徑(26)的單元(23、24、25、27)結(jié)合，該光學(xué)孔徑(26)控制每一DMD裝置(8、9、10)向投影透鏡(7)發(fā)送的任何單色分量的光束大小。
10.按照前一權(quán)利要求的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述單元(23、24、25、27)是直角棱鏡(23、24、25、27)。
11.按照前一權(quán)利要求的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述直角棱鏡(23、24、25、27)是TIR棱鏡(23、24)。
12.按照權(quán)利要求10的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述直角棱鏡(23、24、25、27)是有平行六面體形狀的裝置(27)。
13.按照前一權(quán)利要求的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述裝置(27)的作用，包括分色濾光器(28、29)。
14.按照權(quán)利要求9的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，能夠按一定方式處理所述光學(xué)孔徑(26)，使它能濾去所述DMD裝置(8、9、10)反射的單色分量中可能有的雜散色分量。
15.按照權(quán)利要求9到14的圖像投影器的照明系統(tǒng)，特征在于，所述光學(xué)孔徑(26)的形狀是矩形的。
全文摘要
一種圖像投影器的照明系統(tǒng)，包括光束(1、1′)；適合把所述光束(1、1′)分解為多個(gè)單色分量的第一裝置(12、12′、13)；多個(gè)DMD裝置(8、9、10)，各反射所述單色分量之一；適合向所述多個(gè)DMD裝置(8、9、10)發(fā)送所述單色分量的多個(gè)裝置(14、14′、14″、14″′、16、17、18、19、20、21)；特征在于，存在與所述第一裝置(12、12′、13)分開的第二裝置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，并適合把來自所述DMD裝置(8、9、10)的所述單色分量，重新組成發(fā)送至投影透鏡(7)的光束(11)。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1871849SQ200480025411
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者喬治奧·巴拉扎 申請(qǐng)人:Sim2多媒體股份公司