CN1673849A - 成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置(10)，包括第一、第二和第三光源(S1、S2、S3)，它们调整成用来分别产生并发射第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)。还提供成像及光再定向装置(IGR)，该装置调整成用来分别产生要显示的所述图像(I)的第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)，并分别产生第一、第二和第三投影光分量(Lpr、Lpg、LPb)，作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光，并将作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光的投影光分量(Lpr、Lpg、LPb)分别发射到基本共同的输出方向(XO)，所述第一、第二和第三光源配置成用来将所述第一第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)发射到基本共同的输入方向(XI)。

Description

成像装置
技术领域
本发明涉及一种成像装置，更具体地，本发明涉及一种具有特定紧凑结构的成像装置。
背景技术
用于产生并显示图像的成像***或成像器件包括用于产生要显示的图像的成像装置。这种成像装置包括第一、第二和第三光源，它们调整和/或配置成用来分别产生并发射初级照射光的第一、第二和第三初级照射光分量，作为为要显示图像而产生的第一、第二和第三分图像的光。此外，还提供成像与光再定向装置，再定向该装置调整和/或配置成用来分别接收所述第一、第二和第三初级照射光分量或源于它们的光，以便分别产生要显示的所述图像的所述第一、第二和第三分图像，并产生第一、第二和第三投影光分量，作为所述第一、第二和第三分图像的光，以分别将作为所述第一、第二和第三分图像的光的第一、第二和第三投影光分量朝向或沿着基本共同的输出方向或输出轴发射，尤其是朝向或沿着基本共同的特定输出路径发射。
普通成像装置的困难和问题在于：目前将所述第一、第二和第三初级照射光分量耦合需要一定空间，并且耦合用的机构展开或分布在一定空间内。因而，普通的成像装置的缺点是其结构相对庞大。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有相对节约空间的结构的成像装置，尤其在初级照射光分量的耦合机构方面。
通过本发明第一形态的成像装置可实现上述目的。本发明成像装置的最佳实施例均在从属于第一形态的范围内。如上面介绍部分所描述的本发明成像装置的进一步特征在于：所述第一、第二和第三光源配置和/或调整成用来将所述初级照射光的第一、第二和第三初级照射光分量或源于它们的光朝向或沿着基本共同的输入方向发射。
由于不必再将所述第一、第二和第三初级照射光分量从不同的空间方向输入到已提供的成像与光再定向装置内，因而根据这种特定且具有创造性的方法，可将所述第一、第二和第三光源配置在较小的空间范围内。
因而，本发明的关键是通过以可将所述初级照射分量的第一、第二和第三初级照射分量或源于它们的光朝向或沿着基本共同的输入方向发射的方式调整和/或配置所述第一、第二和第三光源，来减少成像装置的空间损耗，尤其是，该输入方向为所述第一、第二和第三初级照射分量所共有。因而，可将所述第一、第二和第三光源配置在有限的空间区域内，与普通成像装置相比减小了该空间区域。根据本发明的一优选实施例，所述第一、第二和第三光源进行配置和/或调整成基本彼此平行地发射所述初级照射光的第一、第二和第三初级照射分量或源于它们的光。依据该方法，能够进一步限制和减少所述第一、第二和第三光源以及它们的光路所需的空间范围。
本发明的成像装置的另一优点是：配置和/或调整所述成像及光再定向装置，以接收来自基本共同的方向尤其是所述基本共同的输入方向的所述第一、第二和第三初级照射分量。
根据本发明成像装置的另一优选和有利的实施例，所述成像及光再定向装置配置和/或调整成通过共同的光入射截面或其光入射面，接收所述第一、第二和第三初级照射分量。
可增加或可选用如下方式：所述第一、第二和第三光源和所述成像及光再定向装置的整个配置或整体可具有基本相同或类似的光的广延范围，这或许不言而喻。
还可增加或选用如下方式：，所述成像及光再定向装置可包括第一、第二和第三成像装置，上述成像装置调整和/或配置成分别接收所述第一、第二和第三初级照射光分量或源于它们的光，并且分别产生并发射次级照射光分量或次级照射光，作为所述第一、第二和第三分图像的光。
根据本发明成像装置的另一可增加或选用的实施例，所述第一、第二和第三成像装置是透射式或反射式微显示器。
在所述第一、第二和/或第三光源和所述成像及光再定向装置之间，最好分别提供第一、第二和/或第三聚光及积分单元。上述第一、第二和/或第三聚光及积分单元调整和/或配置成分别接收、积分并均匀化所述初级照射光的第一、第二和/或第三初级照射光分量或源于它们的光，以便将作为要产生的所述第一、第二和第三分图像的光的初级照射光的第一、第二和/或第三初级照射光分量或源于它们的光分别发射并导向到所述成像与光再定向装置，尤其是发射并导向到所述成像及光再定向装置的光入射截面或其光入射面。根据本发明的这一特定实施方法，可实现所述第一、第二和/或第三初级照射光分量的特别均匀的光分布。
还可增加或选用如下方式：在上述情况下，所述第一、第二和/或第三聚光和/或积分单元配置和/或调整成使积分的初级照射光分量具有基本共同的定位、方向和/或发射方向。
根据本发明的另一方面，所述第一、第二和第三聚光及积分单元尤其是具有光入射面和相对的光出射面的普通或中空光管和/或积分棒(integration rod)，其所述光入射面和光出射面尤为基本彼此平行。
在上述情况下，所述第一、第二和第三聚光及积分单元的横截面沿它们各自的光轴方向基本保持不变，尤其是具有基本相同的光入射面和光出射面。
根据另一优选实施例，所述第一、第二和第三聚光及积分单元为锥形，尤其是聚光具有沿各自光轴从各自的光入射面向各自光出射面基本上增加(特别是单调增加)的横截面，特别是具有金字塔形态。
另一可增加或选择的优点是：所述第一、第二和第三聚光及积分单元配置和/或调整成具有对所述初级照射光的第一、第二和第三初级照射光分量的光束进行整形的性能和/或功能。
在上述情况下，本发明的又一优点是：分别通过所述第一、第二和第三聚光及积分单元的各光出射面的几何性质和/或形状或外形，实现所述第一、第二和第三聚光及积分单元的光束整形性能和/或功能。
所述第一、第二和第三聚光及积分单元各光出射面或其中部分光出射面的形状或外形从由凹面、分段凹面、凸面、分段凸面、分段平面、球形、椭球形、多边形、菲涅尔类形状或外形或者它们的各种组合所构成的群中进行选择。
可增加或选用如下方式：所述第一、第二和第三聚光及积分单元的各光出射面或其中部分光出射面是(或包括)衍射光学元件。
依据本发明的另一优良实施例，所述成像及光再定向装置包括光合成及再定向单元，所述光合成及再定向单元进行配置和/或调整成分别接收所述次级照射光的第一、第二和第三次级照射光分量或源于它们的光，作为所述第一、第二和第三分图像的光。另外，所述光合成及再定向单元还配置和/或调整成将作为所述第一、第二和第三分图像光的次级照射光的第一、第二和第三次级照射光分量或源于它们的光分别再定向并朝向或沿着所述基本共同的输出方向或输出轴发射，尤其是朝向或沿着所述基本共同的光输出轴发射，尤其是分别作为所述第一、第二和第三分图像的第一、第二和第三投影光分量。
所述光合成及再定向单元可包括第一面，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第一分图像的光的次级照射光的第一次级照射光分量或其衍生物，尤其是接收直接或间接来自所述成像与光再定向装置的光入射截面或光入射面的光。
因而，所述光合成及再定向单元包括第二面，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第二分图像的光的次级照射光的第二次级照射光分量或其衍生物，尤其是接收直接或间接来自所述成像与光再定向装置的光入射截面的光。
所述光合成及再定向单元还包括第三面，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第三分图像的光的次级照射光的第三次级照射光分量或其衍生物，尤其是接收直接或间接来自所述成像与光再定向装置的光入射截面的光。
可增加或选用如下方式：所述光合成及再定向单元包括第四面，该面配置和/或调整成用来分别将接收到的作为所述第一、第二和第三分图像的光的所述次级照射光的第一、第二和第三次级照射光分量或源于它们的光输出到所述成像与光再定向装置的光出射截面，尤其是朝向或沿着所述基本共同的输出方向或输出轴输出，特别是朝向或沿着所述基本共同的光输出路径输出。
此外，所述光合成和/或再定向单元可包括光谱和/或偏振选择性或选择界面。所述偏振选择性或选择界面调整和/或配置成将来自所述光合成及再定向单元的第一面的作为所述第一分图像的光的次级照射光的第一次级照射光分量或其衍生物反射到所述光合成及再定向单元的第四面，另外，所述光谱和/或偏转选择性或选择界面可调整和/或配置成将来自所述光合成及再定向单元的第二面的作为所述第二分图像的光的次级照射光的第二次级照射光分量或其衍生物透射到所述光合成及再定向单元的所述第四面。此外，所述光谱和/或偏振选择性或选择界面可调整和/或配置成将来自所述光合成及再定向单元的第三面的作为所述第三分图像的光的所述次级照射光的第三次级照射光分量或其衍生物反射到所述光合成及再定向单元的所述第四面。
根据本发明另一实施例，所述光合成及再定向单元的第二面与所述成像与光再定向装置的光入射截面基本平行地定向或者作为其一部分。
可增加或选用如下方式：所述光合成及再定向单元的第四面与所述成像与光再定向装置的光出射截面基本平行地定向或者作为其一部分。
根据本发明成像装置的另一优选实施例，所述光合成及再定向单元的第一面和/或第三面与所述成像与光再定向装置的光入射截面和/或光出射截面基本垂直地定向。
本发明的另一优点是：所述光合成及再定向单元的第一和第三面基本彼此平行地定向，并且与所述光合成及再定向单元的第二面和/或第四面基本垂直地定向。
根据本发明成像装置的另一优选实施例，所述光合成及再定向单元的第二和第四面基本彼此平行地定向，并且/或者与所述光合成及再定向单元的第一面和/或第三面基本垂直地定向。
本发明的一个特别的优点是：所述光合成及再定向单元调整成彩色立方体元件(colour cube)或者包含一个彩色立方体元件。
根据本发明成像装置的另一优选实施例，所述光合成及再定向单元的第一、第二和/或第三面与所述第一、第二和/或第三光源之间分别设有第一、第二和/或第三偏转单元，所述第一、第二和/或第三偏转单元配置和/或调整成将作为用于要产生的所述第一、第二和/或第三分图像的光的初级照射光的第一、第二和/或第三初级照射光分量或源于它们的光，或者将所述第一、第二和/或第三分图像的光的次级照射光的第一、第二和/或第三次级照射光分量或源于它们的光，从所述基本共同的输入方向或输入轴分别偏转到所述光合成及再定向单元的第一、第二和/或第三表面。
在上述情况下，根据本发明成像装置的另一优选实施例，当所述第一、第二和/或第三偏转单元分别是(或者包含)第一、第二和/或第三棱镜时，可获得一种特别简单的结构。另外，也可使用反射镜。
根据本发明的一优良实施例，所述第一和/或第三棱镜是90°棱镜。
可增加或选用如下方式：所述第一和/或第三棱镜是三角棱镜。
根据本发明的又一可增加或选用的实施例，所述第一和/或第三棱镜具有光学抛光的光入射面或截面和/或光出射面或截面。
可增加或选用如下方式：根据本发明的另一优选实施例，所述第一和/或第三棱镜具有光学抛光的上、下镀层面或截面，以确保或实现各上、下镀层面或截面的内部全反射性质。
本发明的另一优点是：所述第一和/或第三棱镜具有对角面或截面，所述对角面或截面具有相对于各棱镜内部的反射镜性能或反射性能，以确保各对角面或截面的内反射。
作为另一可选择的方式，所述第一、第二和/或第三偏转单元可分别是(或者包含)所述第一、第二和/或第三成像装置。
在上述情况下，作为可增加或用的方式，所述第一、第二和/或第三偏转单元可分别包含第一、第二和/或第三分束装置连同所述第一、第二和/或第三成像装置。
在所述第一和/或第三聚光与积分单元这一侧和所述第一和/或第三偏转单元这另一侧之间可分别设气隙结构或空气间隙，以分别增强所述光合成及再定向单元的聚光性。
可增加或选用如下方式：可在所述第一和/或第三偏转单元这一侧和所述光合成及再定向单元这另一侧之间分别设气隙结构或空气间隙，以增强所述光合成及再定向单元的聚光性。
通过下面的说明，本发明的上述及其它方面将变得更清晰：
本发明还特别涉及一种图像投影或生成单元或装置。
所提出的发明是一种使用电子光源(例如发光二极管)的小型彩色图像投影显示器。通过光出射面为光束整形元件的锥形光管对光进行均匀化。这种光束整形光管的目的是确保由三个通道在屏幕上产生的光分布相同、均匀且最大。该三个彩色通道(其中两个是折叠的)合成而产生彩色图像。
在某个现有技术中(1)，在光源的出口使用光学元件，但是，该光学元件为物镜，它的功能没有设计为控制光管出射方向的空间分布，而只控制光的整体方向。此外，所述装置由两个不同元件(虽然不是分离的)组成：中空光管和透镜。
在另一现有技术的***(2)中，通过一整体光管校正方向分布。该***与本发明所提出的解决方案的区别在于，整体装置(例如本发明的非椭球反射器)以及我们还提出使用的非曲面表面(例如，菲涅尔、多面体或衍射结构)。并且，本发明是针对像UHP灯或其它宽带光源这样的气体放电光源设计的，而不是LED、激光或其它窄带光源。
锥形光管产生均匀的光分布以及光管末端。不过，在光管的末端，光的方向是不均匀的。当光经过光管进一步传播时，上述情况会产生不均匀分布。对于投影装置，这会转化成屏幕上的不均匀分布。
本发明想要解决以下问题：
1)改善屏幕上的均匀度(色彩和灰度级)。
2)放宽光管和微显示器之间的纵向公差。
3)可获得光程长不相等的三光路投影机(即具有折叠棱镜Pi的R、Ir和B、Ib光路以及没有棱镜的G、Ig光路)。
4)改善光学***的孔径内聚光效率。
5)提供尺寸减小的三光路t-LCD投影机。
为了减少图1A所示的结构的成像装置(例如LCD投影机)的尺寸，根据本发明的一方面，提出了在侧面通道使用棱镜，产生如图1B所示的结构。
原有的投影机包括三个耦合到光管LPi(i＝1、2、3)内的光源Si(i＝1、2、3)。光管LPi(i＝1、2、3)的输出照射各微显示器Di。三色通道由彩色立方体元件CC合并，并通过物镜O投影到屏幕上。为了折叠侧面通道的光路，在光管LPi和显示器Di之间使用了棱镜Pi。
图1B中的光管分别具有相等的入射和光出射面LPiI和LPiE(i＝1、2、3)，且它们的尺寸(dimension)导致光功率分布均匀化。此外，有时还需要准直功能，以最大限度地利用各光源Si(i＝1、2、3)发出的光。事实上，例如，光源Si(i＝1、2、3)辐射的光为如图2A所示的朗伯分布。物镜O只能将其方向包括在某一立体角内的那部分光投影到屏幕上，所述立体角如虚线圆锥体所表示，由F-数或数值孔径限定。上述角度以外的所有光将损失掉。因而，需要将光源产生的光准直成由图2B的分布所表示的形式。
通过使用锥形光管LPi(i＝1、2、3)(例如图3A所示的光管)代替图1B所示的平行光管可实现上述情况。图3B中表示了一种修改结构的可能方案。
除了功率分布的均匀化，平行光管还对光方向的分布进行均匀化。这意味着，如图4A所示，在光管LPi(i＝1、2、3)输出口，用箭头表示的光线的平均方向对于光出射面LPiE(i＝1、2、3)的所有其它光线都是相同的。这些光线没有被很好地准直，尽管，各光方向都包含在包围箭头的圆锥所表示立体角内。相反，锥形光管对功率分布进行了均匀化，还将光准直为如图4B所示的形式。这时，锥体更窄。但不幸的是：对于光出射面LPiE(i＝1、2、3)的所有其它光线，光的平均方向不再均匀。光方向倾向于沿光轴是直的，而在光出射面的边缘是倾斜的。
这种不均匀的后果如下：
1)光管和物镜之间耦合不是最大，降低了***的效率。
2)如果微显示器Di设置在光管的出口，经物镜O投影之后，方向分布的不均匀导致屏幕上光分布的不均匀。图像的亮度倾向于边上暗淡，如图5(a)所示。
3)如果显示器设置在棱镜Pi的后面。微显示器和屏幕上能量分布不再均匀。其轮廓(profile)不同于不使用棱镜的通道(通道2)所获得的轮廓。这导致了附加的不均匀的色彩分布。
如图6A所示，上述最后一点可通过在光管LP2后面加入立方体C2进行补偿。该立方体C2的尺寸选为使通过该立方体的光程和通过棱镜P1和P3的光程相同。因而，该立方体可看作一个展开的(unfolded)棱镜。色彩的均匀性得到了复原，但是亮度(灰度级)还是不均匀。
为了补偿光出射面处的方向不均匀分布，进一步引入一光管，该光管的光出射面可实现光束整形功能，在图6B中标记为LPi’(i＝1，2，3)。由于这种新光管产生的光束被准直，且其功率和方向都均匀，如图5B所示，点2)的问题得到了校正。此外，由于点3)的问题可在理论上排除，使用校正立方体C2并非必须，尽管它的存在还能改善由于在光管LP’的设计和制造过程中存在的误差所产生的结果。
光管LP’还增加了***的整体效率，因为在光学***的孔径内收集的光大于原有光管所收集到的光，。因而，本发明对显示器不设置在光出射面上的结构(例如，图7的硅上液晶(LCOS)和微电机械***(MEMS))还具有一定好处。可对光管引入的位相调制进行计算，使方向分布不均匀，但代之以取得显示器上光强的最大化。上述情况可使光出射面的方向分布不均匀，但会聚在显示器上。
为了实现光束整形功能，使用如图8所示的多面体光出射面、光滑面、菲涅尔型元件(分段光滑)或使用衍射功能元件。由于再定向与光出射面处测量的光线的方向有关，并且光管可能不对称(环绕光轴对称，或在横向方向上相同)，光束整形元件的结构可能对称，也可能不对称。
上述***通过使用折叠结构，能够设计非常紧凑的三光路投影机。当使用标准光管时，无法获得折叠投影机的灰度和色彩均匀度的要求。使用光束整形光管能够实现紧凑和高画质。
附图说明
随后，通过参考所附附图，更详细地阐述本发明。
图1A、B分别是一现有技术成像装置和本发明一实施例的示意横截面图。
图2A、B表示可用于本发明的实施例的不同的辐射特性。
图3A是本发明中可作为聚光与积分单元的一光管实施例的示意透视图。
图3B是使用图3A的光管的本发明一实施例的示意横截面图。
图4A、B表示依据本发明可使用的不同聚光与积分单元的光输出截面的不同辐射特性。
图5A、B分别表示根据图4A、B所示辐射特性可得到的辐射分布。
图6A、B是本发明成像装置的另两个实施例的示意横截面图。
图7A、B是本发明成像装置的另两个实施例的示意横截面图。
图8A-F通过横截面示意图的方式表示可作为本发明的聚光与积分单元使用的不同光管的光输出截面。
图9、10是表示本发明基本原理的示意横截面图。
图11是现有技术的成像装置的示意横截面图。
图12是在本发明的实施例中作为偏转单元的棱镜的示意横截面图。
具体实施方式
在下文中，具有相似、相当或相同功能或结构的元件由相同的附图标记表示。当这些元件出现时，将不再重复地进行详细描述。
首先，将参考图9、10和11，描述本发明成像装置的基本原理。
图9通过示意框图的方式，表示本发明成像装置10的基本原理和必要特征。
图9所示的实施例包括第一、第二和第三光源S1、S2和S3，所述光源第一、第二和第三光源S1、S2和S3调整为分别产生并发射第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b，上述光分量朝向一共同输入方向XI发射。因而，所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b的组合而形成所要求的初级照射光L1。所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b分别称作要生成的第一、第二和第三图像Ir、Ig、Ib的光分量，对所述第一、第二和第三图像Ir、Ig、Ib进行叠加，以生成、投影并显示图像I。所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g和L1b可称作互补的、基本不重叠的光谱分量，例如对白光而言。
图9的实施例还包括一个具有光入射截面LI(或光入射面或表面LI)的成像与光再定向装置IGR，所述光入射截面配置并调整成用来接收来自共同输入方向X1的所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b。所述成像与光再定向装置IGR还包括光出射截面LE(或出射表面或面LE)。所述成像与光再定向装置IGR调整和/或配置成用来接收所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b或源于它们的光，以产生将要显示的所述图像I的第一、第二和第三分图像Ir、Ig、Ib。由此，所述成像与光再定向装置IGR分别产生第一、第二和第三投影光分量Lpr、Lpg、Lpb，作为已产生的所述第一、第二和第三分图像Ir、Ig、Ib的光。如图9所示，所述成像与光再定向装置还调整和/或配置成用来将作为所述第一、第二和第三分图像Ir、Ig、Ib的光的第一、第二和第三投影光Lpr、Lpg、Lpb分别朝向或沿着基本共同的输出方向XO发射(或照射或再定向)，尤其是通过所述光出射截面LE发射(或照射或改向)。
本发明的基本思路是根据这样一个事实：所述第一、第二和第三光源S1、S2、S3配置和/或调整成用来使所述初级照射光L1的第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1b或源于它们的光朝向或沿着基本共同的输入方向XI发射，光的广延范围或体积减小，尤其在垂直于所述第一、第二和第三分图像Ir、Ig和Ib的共同输出光路或共同输出方向XO的方向上。
除了这些基本方面，图9的实施例还分别包括第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3，在本实施例里，这些成像装置为透射式LCD微显示面板，其基本功能是相应地分别产生所述第一、第二和第三分图像Ir、Ig、Ib。
为了将从所述共同输入方向XI接收到的第一和第三初级照射光分量L1r和L1b分别导向到第一和第三成像装置D1和D3上。在所述第一和第三初级照射光分量L1r和L1b的各光路上分别提供第一和第三偏转装置P1和P3。
如图9所示，所述成像与光再定向装置IGR的光入射截面L1和光出射面LE可彼此平行地取向。所述第二分图像Ig的第二成像装置D2还与所述成像与光再定向装置或单元IGR的光入射截面LI平行地取向。因此，对于所述第二初级照射光分量L1g，不需要提供第二偏转元件或装置P2来将所述第二初级照射光分量L1g导向到所述第二成像装置D2。而所述第一和第三分图像Ir和Ig的第一和第三成像装置D1和D3分别彼此平行地取向，并且垂直于所述成像与光再定向装置IGR的光入射截面LI地取向。因此，必须使用所述第一和第三偏转元件P1和P3，与图11所示的现有技术或公知的成像装置相比，所述第一和第三偏转元件P1和P3减小了图9的实施例中的体积或广延范围。
最后，必须提到光合成及再定向单元CC，所述光合成及再定向单元CC配置和/或调整成用来分别接收来自所述第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3的次级照射光的第一、第二和第三次级照射光分量L2r、L2g、L2b或源于它们的光，以收集并重新合成所述第一、第二和第三次级照射光分量L2r、L2g、L2b，以便作为投影光LP的第一、第二和第三投影光分量Lpr、Lpg和Lpb的这些光分量再定向到所述共同输出方向XO。
图10所示的实施例和图9所示的实施例非常相似。然而，图10所示的实施例中，所述第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3相对所述光入射截面LI的取向不同。在本实施例中，所有的所述第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3分别与所述成像及光再定向装置IGR的光入射截面LI平行地取向。因而，所述第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3分别直接设置在所述第一和第三偏转元件P1和P3之前。设置的补偿元件C2用来补偿所述第二次级照射光分量与所述第一和第三次级照射光分量之间的光程差。
与本发明相比，图11所示的现有技术没有在单一且共同的输入方向XI上提供所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g和L1b，而是从三个不同的输入方向XI1、XI2、XI3提供光分量，这三个输入方向XI1、XI2、XI3分别与第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3的法线平行地取向，所述第一、第二和第三成像装置D1、D2和D3的配置和图9所示的实施例的配置相同。
因此，图11的现有技术的成像装置100显示了较大的几何广延范围E’或体积。
图1A还表示了现有技术成像装置100的另外一些细节。在图1A所示的实施例中，该实施例的结构与图11所示的基本相同，该实施例在光源S1、S2、S3和成像装置D1、D2、D3之间，分别设有光管LP1、LP2、LP3，作为聚光与积分单元。光合成及再定向单元CC由彩色立方体元件构成，该彩色立方体元件将投影光分量LPr、Lpg、LPb朝向投影光学单元O发射。
该图中还是示出了三个不同输入方向XI1、XI2和XI3以及较大的体积或广延范围E’。
图1B是与图9所示的实施例相似的实施例。
此外，图1B还显示分别用于所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1g的聚光与积分单元LP1、LP2、LP3。各所述光管LPi(i＝1、2、3)包括入射表面或截面LPiI和出射表面或截面LPiE(i＝1、2、3)。在依次使所述第一、第二和第三初级照射光分量L1r、L1g、L1g分别实现均匀光分布的聚光和积分过程之后，上述光分量经由成像与光再定向装置IGR的光截面或表面LI进入成像及光再定向装置IGR。
所述第一和第三初级照射光分量L1r、L1b的第一和第三偏转元件P1和P3分别由第一和第三棱镜P1和P3形成。
光合成及再定向单元CC由彩色立方体元件构成。所述光合成及再定向单元CC包括第一、第二、第三和第四面CC-1、CC-2、CC-3和CC-4。所述第一到第三面CC-1、CC-2和CC-3调整成用来分别接收作为所述第一、第二和第三分图像Ir、Ig和Ib的光的所述第一、第二和第三次级照射光分量L2r、L2g和L2b或源于它们的光。本实施例中还设有一个和多个界面CC-C，界面CC-C配置和/或调整成用来以透射或反射的方式将来自所述第一、第二和第三面CC-1、CC-2和CC-3的作为所述第一到第三投影光分量Lpr、Lpg、Lpb光的第一、第二和第三次级照射光分量L2r、L2g和L2b分别传送到所述第四面CC-4，具体说就是传送到所述成像与再定向装置IGR的光出射截面或表面LE，进而传送到所述共同输出方向XO的方向上。
通过使用投影光学元件O，将所述分图像Ir、Ig和Ib叠加，产生将要显示的图像I。以上，描述了图2A到图8F的特征和实施例。
图12以示意横截面图的方式表示用作实现本发明一实施例的光偏转单元P1、P3的棱镜P1、P3。
在图12所示的一实施例中，棱镜P1、P3为三角形90°棱镜，其光入射面或截面P1I、P3I以及光出射面或截面P1E、P3E均作了光学抛光。此外，还设有对角面或截面P1D、P3D，该对角面具有反射或镜面镀层，以确保棱镜P1、P3的内反射功能或性能。上、下镀层面P1C、P3C也作了光学抛光，以确保各界面处的内部全反射性能。
附图标记
10本发明的成像装置或成像装置
100传统的成像装置或成像装置
BS分束元件，分束装置
C2光路补偿元件
CC-1第一面/表面
CC-2第二面/表面
CC-3第三面/表面
CC-4第四面/表面
D1第一成像装置
D2第二成像装置
D3第三成像装置
E本发明的几何广延范围、体积
E’现有技术的几何广延范围、体积
IGR成像与光再定向装置
Ir第一分图像
Ig第二分图像
Ib第三分图像
L1初级照射光
L1r第一初级照射光分量
L1g第二初级照射光分量
L1b第三初级照射光分量
L2次级照射光
L2r第一次级照射光分量
L2g第二次级照射光分量
L2b第三次级照射光分量
LE光出射截面、出射表面
LI光入射截面、入射表面
LP1第一聚光和/或积分单元、第一光管
LP1E第一光出射截面/表面
LP1I第一光入射截面/表面
LP2第二聚光和/或积分单元、第二光管
LP2E第二光出射截面/表面
LP2I第二光入射截面/表面
LP3第三聚光和/或积分单元、第三光管
LP3E第三光出射截面/表面
LP3I第三光入射截面/表面
LP投影光
LPr第一投影光分量
LPg第二投影光分量
LPb第三投影光分量
O光学投影单元、投影光学元件、物镜
P1第一偏转元件、第一棱镜
P1C镀层面、镀层截面
P1D对角面、对角截面
P1E光出射面、光出射截面
P1I光入射面、光入射截面
P3第三偏转元件、第三棱镜
P3C镀层面、镀层截面
P3D对角面、对角截面
P3E光出射面、光出射截面
P3I光入射面、光入射截面
S1第一光源单元、第一光源
S2第二光源单元、第二光源
S3第三光源单元、第三光源
XI共同输入方向、共同输入轴
XI1第一输入方向
XI2第二输入方向
XI3第三输入方向
XO共同输出方向、共同输出光路
参考文献
(1)US-PS 4,382,656
(2)US 2003/021530

Claims (38)

1.一种成像装置(10)，其中包括：
第一、第二和第三光源(S1、S2、S3)，它们调整和/或配置成用来分别产生并发射初级照射光(L1)的第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)，作为替要显示的图像(I)产生的第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光；以及
成像及光再定向装置(IGR)，该装置调整和/或配置成用来接收所述第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)或其衍生物，以产生要显示的所述图像(I)的第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)，并产生第一、第二和第三投影光分量(Lp、Lpg、LPb)，分别作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光，并使作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光的第一、第二和第三投影光分量(Lp、Lpg、LPb)分别朝向或沿着基本共同的输出方向(XO)或输出轴(XO)发射，尤其是朝向或沿着基本共同输出光路发射，
其中，所述第一、第二和第三光源(S1、S2、S3)配置和/或调整成用来将所述初级照射光(L1)的第一、第二和第三初级照射光分量(L1r、L1b、L1g)或其衍生物朝向或沿着基本共同输入方向(XI)发射。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三光源(S1、S2、S3)配置和/或调整成用来基本彼此平行地发射所述初级照射光(L1)的第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)或其衍生物。
3.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述成像及光再定向装置(IGR)配置和/或调整成用来接收来自基本共同方向的、特别是来自所述基本共同输入方向(XI)的所述第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)。
4.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述成像及光再定向装置(IGR)配置和/或调整成用来通过其共同光入射截面(LI)或光入射面(LI)接收所述第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)。
5.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三光源(S1、S2、S3)的配置或整体和所述成像及光再定向装置(IGR)具有基本相同或类似的几何广延范围(E)。
6.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述成像及光再定向装置(IGR)包括第一、第二和第三成像装置(D1、D2、D3)，它们配置和/或调整成用来分别接收所述第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)或其衍生物，并分别产生和发射次级照射光(L2)的次级照射光分量(Lr2、Lg2、Lb2)，分别作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光。
7.如权利要求6所述的成像装置，其中：所述第一、第二和第三成像装置(D1、D2、D3)是透射式或反射式微显示器。
8.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
在所述第一、第二和/或第三光源(S1、S2、S3)和所述成像及光再定向装置(IGR)之间，分别设有第一、第二和/或第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)；
其中，所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)特别配置和/或调整成用来分别接收、积分并均匀化所述初级照射光(L1)的第一、第二和/或第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)或其衍生物；
其中，所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)特别配置和/或调整成用来将作为用于要生成的所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光的初级照射光(L1)的第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)或其衍生物分别发射并导向到所述成像及光再定向装置(IGR)，尤其发射并导向到其光入射截面(LI)。
9.如权利要求8所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和/或第三聚光和/或积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)配置和/或调整成用来使所述被积分的初级照射光分量(L1r、L1g、L1b)具有基本共同的取向、方向和/或发射方向。
10.如权利要求8或9所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)为普通或中空光管和/或积分棒，特别是它们各自具有光入射面(LP1I、LP2I、Lp3I)和相对的光出射面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)，所述光入射面和光出射面基本彼此平行地取向。
11.如权利要求8至10中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)具有沿各自光轴基本保持不变的横截面，特别是具有基本相同的光入射面(LP1I、LP2I、Lp3I)和光出射面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)。
12.如权利要求8至11中任意一项所述的成像装置，其中：所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)为锥形，特别是具有沿各自光轴从各自的光入射面(LP1I、LP2I、Lp3I)向各自的光出射面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)基本增加特别是单调增加的横截面，所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)是金字塔形。
13.如权利要求8至12中任意一项所述的成像装置，其中：所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)配置和/或调整成具有对所述初级照射光(L1)的第一、第二和第三初级照射光分量(Lr1、Lg1、Lb1)的光束整形性能或光束整形功能。
14.如权利要求13所述的成像装置，其中：分别通过所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)的各光出射面或截面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)的几何性质和/或形状或轮廓实现所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)的光束整形性能或光束整形功能。
15.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)的各光出射面或截面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)或者其中一部分具有从由凹面、分段凹面、凸面、分段凸面、分段平面、球形、椭圆形、多边形、菲涅尔类形状或轮廓或者它们任意组合所构成的群中选择的形状或轮廓。
16.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一、第二和第三聚光及积分单元(Lp1、Lp2、Lp3)的各光出射面或截面(Lp1E、Lp2E、Lp3E)或其中一部分是或包含衍射光学元件(DOE)。
17.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
所述所述成像及光再定向装置(IGR)包括光混合及再定向单元(CC)，该单元配置和/或调整成用来：
分别接收作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光的次级照射光(L2)的第一、第二和第三次级照射光分量(Lr2、Lg2、Lb2)或其衍生物；并且
将作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的次级照射光(L2)的第一、第二和第三照射光分量(L2r、L2g、L2b)或其衍生物分别再定向并朝向或沿着所述基本共同的输出方向或输出轴(XO)发射，特别是再定向并朝向或沿着所述基本共同的输出射路再定向并发射，分别作为所述第一、第二和第三分图像的第一、第二和第三投影光分量(Lpr、Lpg、LPb)。
18.如权利要求17所述的成像装置，其中：所述光合成及再定向单元(CC)包括第一面(CC-1)，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第一分图像(Ig)的光的次级照射光(L2)的第一次级照射光分量(Lr2)或其衍生物，特别是直接或间接地来自所述成像及光再定向装置(IGR)的光入射截面(LI)的所述第一次级照射光分量(Lr2)或其衍生物。
19.如权利要求17或18所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)包括第二面(CC-2)，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第二分图像(Ig)的光的次级照射光(L2)的第二次级照射光分量(L2g)或其衍生物，特别是直接或间接地来自所述成像及光再定向装置(IGR)的光入射截面(LI)的第二次级照射光分量(L2g)或其衍生物。
20.如权利要求17至19中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)包括第三面(CC-3)，该面配置和/或调整成用来接收作为所述第三分图像(Ib)的光的次级照射光(L2)的第三次级照射光分量(L2b)或其衍生物，特别是直接或间接地来自所述成像及光再定向装置(IGR)的光入射截面(LI)的第三次级照射光分量(L2b)或其衍生物。
21.如权利要求17至20中任意一项所述的成像装置，其中：所述光合成及再定向单元(CC)包括第四面(CC-4)，该面配置和/或调整成用来分别将接收到的作为所述第一、第二和第三分图像(Ir、Ig、Ib)的光的次级照射光(L2)的第一、第二和第三次级照射光分量(L2r、L2g、L2b)或其衍生物输出到所述成像及光再定向装置(IGR)的光出射截面(LE)，特别是朝向或沿着所述基本共同的输出方向(XO)或输出轴(XO)输出，尤其是朝向或沿着所述基本共同的输出射路(XO)输出。
22.如权利要求17至21中任意一项所述的成像装置，其中：
所述所述光合成及再定向单元(CC)包括光谱和/或偏振选择性或选择界面(CC-C)，该单元调整或配置成用来：
将来自所述光合成及再定向单元(CC)的第一面(CC-1)的作为所述第一分图像(Ir)的光的次级照射光(L2)的第一次级照射光分量(L2r)或其衍生物反射到所述光合成及再定向单元(CC)的第四面(CC-4)；
将来自所述光合成及再定向单元(CC)的第二面(CC-2)的作为所述第二分图像(Ig)的光的次级照射光(L2)的第二次级照射光分量(L2g)或其衍生物透射到所述光合成及再定向单元(CC)的第四面(CC-4)；
将来自所述光合成及再定向单元(CC)的第三面(CC-3)的作为所述第三分图像(Ig)的光的次级照射光(L2)的第三次级照射光分量(L2b)或其衍生物反射到所述光合成及再定向单元(CC)的第四面(CC-4)。
23.如权利要求17至22中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)的所述第二面(CC-2)与所述成像及光再定向装置(IGR)的所述光入射截面(LI)基本平行地取向或作为其一部分，并且/或者
所述光合成及再定向单元(CC)的所述第四面(CC-4)与所述成像及光再定向装置(IGR)的所述光出射截面(LE)基本平行地取向或作为其一部分。
24.如权利要求17至23中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)的所述第一面(CC-1)和/或第三面(CC-3)与所述成像及光再定向装置(IGR)的所述光入射截面(LI)和/或所述光出射截面(LE)基本垂直地取向。
25.如权利要求17至24中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)的所述第一和第三面(CC-1、CC-3)基本彼此平行地取向并且/或者相对于所述光合成及再定向单元(CC)的所述第二面(CC-2)和/或所述第四面(CC-4)基本垂直地取向。
26.如权利要求17至25中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)的所述第二和第四表面(CC-2、CC-4)基本彼此平行地取向并且/或者相对于所述光合成及再定向单元(CC)的所述第一表面(CC-1)和/或所述第三表面(CC-3)基本垂直地取向。
27.如权利要求17至26中任意一项所述的成像装置，其中：
所述光合成及再定向单元(CC)是或包含彩色立方体元件。
28.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
至少在所述光合成及再定向单元(CC)的所述第一面(CC-1)和/或第三面(CC-3)与所述第一和/或第三光源(S1、S3)之间分别设有第一和/或第三偏转单元(P1、P3)，
其中，所述第一和/或第三偏转单元(P1、P3)配置和/或调整成用来将作为用于要产生的所述第一和/或第三分图像(Ir、Ib)的光的初级照射光(L1)的第一和/或第三初级照射光分量(L1r、L1b)或其衍生物，或者将作为所述第一和/或第三分图像(Ir、Ib)的光的次级照射光(L2)的第一和/或第三次级照射光分量(L2r、L2b)或其衍生物从所述基本共同输入方向(XO)或轴(XO)分别偏转到所述光合成及再定向单元(CC)的所述第一面和/或第三面(CC-1，CC-3)。
29.如权利要求28所述的成像装置，其中：
所述第一和/或第三偏转单元(P1、P3)分别是或包含第一和/或第三棱镜。
30.如权利要求29所述的成像装置，其中：
所述第一和/或所述第三棱镜(P1、P3)是90°棱镜。
31.如权利要求29或30所述的成像装置，其中：
所述第一和/或所述第三棱镜(P1、P3)是三角棱镜。
32.如权利要求29至31中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一和/或所述第三棱镜(P1、P3)具有光学抛光的光入射截面或面(P1I或P3I)和/或光出射截面或面(P1E或P3E)。
33.如权利要求29至32中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一和/或所述第三棱镜(P1、P3)具有抛光的上、下镀层截面或面(P1C、P3C)，以确保各所述上、下镀层截面或面(P1C、P3C)的全反射性能。
34.如权利要求29至33中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一和/或所述第三棱镜(P1、P3)具有对角截面或面(P1D、P3D)，这些面相对于各所述第一和/或第三棱镜(P1、P3)的内部具有反射镜或反射性能，以确保各对角截面和面(P1D、P3D)的内反射性能。
35.如权利要求28至34中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一和/或第三偏转单元(P1、P3)分别是或包含所述第一和/或所述第三成像装置(D1、D3)。
36.如权利要求28至35中任意一项所述的成像装置，其中：
所述第一和/或第三偏转单元(P1、P3)分别是或包含所述第一和/或第三成像装置(D1、D3)以及各自的第一和/或第三分束装置(BS)。
37.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
在所述第一和所述第三聚光及积分单元(LP1、LP3)所构成的一方和所述第一和/或所述第三偏转单元(P1、P3)所构成的另一方之间分别设有气隙结构(G1、G3)。
38.如上述权利要求中任意一项所述的成像装置，其中：
在所述第一和/或所述第三偏转单元(P1、P3)构成的一方和所述光合成及再定向单元(CC)构成的另一方之间分别设有气隙结构(G1’、G3’)。
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