CN1871849A

CN1871849A - 利用多个dmd装置的图像投影器的照明***

Info

Publication number: CN1871849A
Application number: CNA2004800254110A
Authority: CN
Inventors: 乔治奥·巴拉扎
Original assignee: SIM2 Multimedia SpA
Current assignee: SIM2 Multimedia SpA
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-11-29
Also published as: WO2005025215A2; TW200517765A; US20070014114A1; WO2005025215A3; ITTO20030676A1; JP2007534004A; EP1661395A2; TWI258054B

Abstract

一种图像投影器的照明***，包括：光束(1、1′)；适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量的第一装置(12、12′、13)；多个DMD装置(8、9、10)，各反射所述单色分量之一；适合向所述多个DMD装置(8、9、10)发送所述单色分量的多个装置(14、14′、14″、14″′、16、17、18、19、20、21)；特征在于，存在与所述第一装置(12、12′、13)分开的第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，并适合把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量，重新组成发送至投影透镜(7)的光束(11)。

Description

利用多个DMD装置的图像投影器的照明***

技术领域

本发明涉及一种利用多个DMD(数字微反射镜装置)装置的图像投影器的照明***。在下面的描述中，将经常使用缩写DMD来表示这些装置，其英文名是Digital Micromirror Device。

背景技术

简单地说，DMD装置，或平板，包括一组小的呈正方形的反射镜，通常是铝的，边长约14μm，每一反射镜形成要投影的像的一个单元，简称像素。该反射镜能绕对角线旋转一定的角度，例如±12度，且沿两个方向中任一个的旋转，是通过位于反射镜下面相对于旋转轴的相对两侧的两个电极产生的。

当反射镜处于“静止”位置，即当反射镜没有被两个电极的任一个吸引时，光以约26度角相对于反射镜表面垂直方向，落在反射镜上。如果反射镜沿一个方向旋转，则使落在它的光以不进入投影透镜的方式反射，从而不送至屏幕，于是该象素是“断”；如果旋转沿相反方向发生，因为反射光被送至屏幕，该象素是“通”。

在更为便宜的投影器中，使用单个DMD装置，在此情形下，所述DMD装置的反射镜被三种基本色，即红、绿、和蓝相继照射，这三种基本色是把照明灯的光发送到旋转的轮获得的，该旋转的轮亦称色盘。

所述色盘被分成三个扇区，其中每一个包括与三种基本的红、绿、和蓝之一对应的分色滤光器，所述分色滤光器事实上由多层构成，每一层可以有低或高的折射率，根据分色滤光器的类型和层数，能够设定它的基本配色，该基本配色可以是红、绿、蓝、等等。

此外，这些分色滤光器有非常特殊的特性，因为它们依据干涉原理工作，本质上是从白色光源分离出两种颜色，两者之一透射，而与第一种互补的另一种颜色则被反射。

于是，装备有分色滤光器的色盘的旋转，每一分色滤光器对应于三种基本色之一，能使照明灯发射的光的路径，按照所述色盘位置，被不同类型的分色滤光器阻挡；这样能使分色滤光器透射的光束，依次呈现与三种主要单色分量之一对应的颜色，例如红、绿、和蓝。

然后，所述单色分量被送至DMD装置。

当需要非常高的亮度时，例如照亮大的屏幕时，则增加投影器中使用的DMD装置数量，普通是用三个；在这种情形下，灯的光被棱镜分为三种单色分量红、绿、和蓝，所述单色分量的每一种被送至不同的DMD装置。

图1画出公知的使用三个DMD装置的照明***概要图；但为简单起见，只说明三基本单色分量(红、绿、和蓝)中有关光分解的部分；图上还画出随后三个DMD装置的照明和单色分量重新组成单一光束。

参考数字1表示的连续线，代表白光光束，由公知的过程使之均匀和聚焦，因此没有在图中画出。

棱镜2属于公知的TIR(全内反射，在下面的描述中常常用这一缩写)型，由于存在把它和与它结合的第二棱镜分开的空气层，所以它以全内反射方式工作，该层以参考数字3表示。

白光光束1然后被TIR棱镜2向棱镜4反射；分开棱镜4与棱镜5的分色表面，构成第一分色滤光器F1，它例如透射白光光束1的绿的和蓝的单色分量，但反射红的单色分量。因此后者沿着虚线及箭头指示的路径，首先沿着路径a-b-c，照射DMD装置8，并被DMD装置8反射，沿着路径c-d-f-n射向投影透镜7。

绿的和蓝的单色分量共同形成蓝绿色光束，沿着路径a-e穿过棱镜5，到达棱镜5和棱镜6之间分开的表面。

棱镜5和棱镜6之间分开的所述表面，形成第二分色滤光器F2，它例如反射蓝的单色分量；而图1中以点线表示的绿的单色分量，沿着路径e-g，照射DMD装置9，后者然后把它反射，沿着路径g-h-f-n射向投影透镜7。

类似地，以点划线表示的蓝的单色分量，被分色滤光器F2反射，并沿着路径e-i-l，照射DMD装置10，然后，所述蓝的单色分量被DMD装置10反射，射向分色滤光器F1和F2，之后，沿着路径l-m-h-f-n到达投影透镜7。

必须指出，在图1所示公知的照明***中，三种单色光分量，只要被DMD装置8、9、及10反射，形成单一光束11，便发送到投影透镜7并随后送至屏幕(图1中未画出)，但该三种单色光分量必须在点f重合。

图1所示的公知照明***，存在一些缺点。

第一个缺点是，由于在白光分解为三种单色分量的情形，其中每一分量被送至相应的DMD装置8、9、及10，以及在把DMD装置8、9、及10反射的光重新组成发送至投影透镜7的单一光束11阶段，两种情形都要用到分色滤光器F1和F2。

试想，如图1中所示，要发送至DMD装置8、9、及10的包括各单色分量的光束，在分色滤光器F1和F2上的入射角，不同于被DMD装置8、9、及10反射的单色分量在所述分色滤光器F1和F2上的入射角，这样的分色滤光器难以制作，且色彩的产出不是优化的。

此外，因为DMD装置8、9、及10的有效表面必须被完全照射，所以白光光束1和单色分量的单个光束，必须有充分宽的截面，以便计及***的各种公差；这意味着要降低整个照明***的亮度，和增加TIR棱镜2及棱镜4、5、和6的尺寸，分色滤光器F1和F2是在这些棱镜分开的表面上实现的。

此外，单色分量光束的一部分，也总要被任何DMD装置8、9、及10的“关断”像素反射，而且，棱镜4、5、和6中光的投射，牵涉到其他两个DMD装置，导致反差的下降。

发明内容

本发明的目的，是提出一种用于图像投影器的光学照明***，该***通过消除上述缺点，保证图像投影器制作的简单实施，同时提高其性能。

为达到该目的，本发明的目标，是提供一种具有后面权利要求说明的特性、用于图像投影器的照明***，这些权利要求构成本文说明的不可分的部分。

附图说明

本发明还有的目的及优点，将从下面的详细说明及附图看得更清楚，附图是以非限制性的例子举出，其中：

-图1画出公知的照明***。

-图2画出按照本发明的照明***的第一实施例。

-图3画出图2照明***的细部。

-图4画出按照本发明的照明***的第二实施例。

-图5画出结合图4实施例使用的照明***的细部。

-图6画出按照本发明的照明***的第三实施例。

十分清楚，各图中用相同参考数字表示的方框，执行相同的功能。

具体实施方式

图2画出按照本发明用于图像投影器的照明***的第一实施例，在所述***中，使用以参考数字8、9、及10表示的三个DMD装置。

光束1由白光构成，并向分色滤光器12发送，该分色滤光器12把绿的和蓝的单色分量向分色滤光器13反射，并透射红的单色分量。

所述红的单色分量，沿着以虚线及箭头表示的路径k-o-c-p-q-n，被与棱镜17结合的TIR型棱镜16发送至DMD装置8，后者把它向与棱镜22结合的TIR型棱镜23反射。

TIR棱镜23把红的单色分量向点q反射，点q在棱镜23面向TIR棱镜24的表面上；该表面构成分色滤光器D1，它反射红的单色分量并透射绿的和蓝的单色分量，因此，红的单色分量从q点向n反射，然后射向投影透镜7。

由绿的和蓝的单色分量构成的光束，在已经被分色滤光器12反射之后，到达分色滤光器13，该分色滤光器13透射蓝的单色分量并向反射镜14′反射绿的单色分量。后一单色分量沿着以点线和箭头表示的路径r-s-t-g，被反射镜14′向与棱镜19结合的TIR棱镜18反射，然后射向DMD装置9。

DMD装置9向棱镜25反射绿的单色分量；TIR棱镜24面向棱镜25的表面，构成分色滤光器D2，该分色滤光器D2反射蓝的单色分量而透射绿的单色分量，因此，绿的单色分量能够沿着路径g-u-q-n继续传播至点n，然后到达投影透镜7。

蓝的单色分量，在已经穿过分色滤光器13之后，被反射镜14反射，然后沿着以点划线和箭头表示的路径v-z-l-y-u-q-n，由与棱镜21结合的TIR棱镜20，首先向DMD装置10，然后向与TIR棱镜23结合的TIR棱镜24发送，TIR棱镜24把它向棱镜25反射；因为如上所述，分色滤光器D2反射蓝的单色分量，所以蓝的单色分量被向点q反射，然后射向投影透镜7。

因此，在q点，基本的红、绿、和蓝分量被重新组成单个光束11，送至投影透镜7。

从本质上说，光束1分解为基本分量(红、蓝、和绿)，是用两个分色滤光器12和13实现的；然后把每一所述基本的单色分量，送至三个TIR棱镜16、18、20之一，这些棱镜的每一个与一个DMD装置8、9、10结合。

或者换种方式，把来自DMD装置8、9、10的基本单色分量重新组成单一光束11，可以用：

-在TIR棱镜23面对TIR棱镜24的表面上获得的第一分色滤光器D1，它反射红的单色分量而透射绿的和蓝的单色分量；

-在TIR棱镜24面对棱镜25的表面上获得的第二分色滤光器，它反射蓝的单色分量而透射绿的单色分量；

-第一TIR棱镜23，它把红的单色分量按一定方式向点q发送，使该红的单色分量能够被分色滤光器D1反射至投影透镜7；

-第二TIR棱镜24，它把蓝的单色分量向分色滤光器D2反射，分色滤光器D2用于把蓝的单色分量向点q反射，结果射向投影透镜7。

来自DMD装置9的绿的单色分量，被分色滤光器D1和D2透射；因此，绿的单色分量把自身与蓝的单色分量，在分色滤光器D2上的点u重新组合，并与红的单色分量，在分色滤光器D1上的点q重新组合。这样，单色分量重新组成单一光束11。

因为分色滤光器12和13只提供把白光分解为它的基本单色分量(红、绿、和蓝)，所以分色滤光器12和13的实现更为简单，且***的校正方向更为容易。

相同的考虑对分色滤光器D1和D2同样成立，分色滤光器D1和D2仅用于光束11的单色分量重新组成阶段；因此可以使单色分量光束及光束11的尺寸优化，从而增加整个照明***的效率。

通常，在本发明用于图像投影器的照明***的目标中，分色滤光器12、13、D1、及D2，和TIR棱镜16、18、20、23、24及与TIR棱镜23、24结合的棱镜22及25这两种器件，都能比公知的照明***中使用的那些器件有更小的尺寸。

TIR棱镜23、24和棱镜25分别面对DMD装置8、9、及10的表面，在图2中以粗线表示，均按图3前视图所示处理；每一所述表面有光学孔径26，例如是矩形的，只允许相应DMD装置8、9、及10的“接通”像素反射的光通过，而用该表面的剩余部分，阻挡“关断”像素散射的光。

于是，所述光学孔径26，适合控制DMD装置8、9、及10每一个向投影透镜7发送的任何单色分量光束的尺寸；这样，能够避免“关断”像素散射的光到达其他两个DMD装置，引起反差的降低。

还能够按一定方式处理每一光学孔径26，使它能滤去来自DMD装置8、9、及10的单色分量中可能有的杂散色分量，使再现的色彩更纯。

图4画出本发明的第二实施例。

绿的单色分量向相应DMD装置9的发送，除经过反射镜14′外，还用反射镜14″及14，除此之外，光束1分解为基本单色分量，以及所述基本单色分量向DMD装置8、9、及10的反射，完全与图2相同。

被DMD装置8、9、及10反射的三种单色分量，通过两个分色滤光器28及29，重新组成单一光束11，该两个分色滤光器28及29在它们之间相互垂直排列，并相对于入射它们的单色分量倾斜45度。

所述分色滤光器28及29共同配置在直立(upright)棱镜上，并构成有已知特性及平行六面体形状的装置27。

图5画出装置27的三维视图；使用时，把它放进本发明的图像投影器的照明***中，三个面各平行于DMD装置8、9、及10放置，该三个面每一个的配置，与图3所示的相同，因而前面所作考虑仍然成立。

现在参考图4，两个分色滤光器28及29透射绿的单色分量，同时，分色滤光器28反射红的单色分量并透射蓝的单色分量，而分色滤光器29反射蓝的单色分量并透射红的单色分量。大体上说，分色滤光器28及29把来自DMD装置8、9、及10的三种单色分量，重新组成单一光束11。

然后，光束11被送至投影透镜7；后者用虚线表示在图4中，该虚线指出，投影透镜7放置的平面，必须不同于分色滤光器12及13和反射表面14及14′放置的平面，以避免可能的机械及光学的干扰。

在图4例子所示的实施例中，光束1分解为基本单色分量，每一单色分量送至相应的DMD装置8、9、及10是用分色滤光器12及13实现的；反之，来自所述DMD装置8、9、及10的单色分量，重新组成单一光束11，是用分色滤光器28及29实现的。

显然，可以对本发明的照明***作许多改变，而不偏离本发明观念的新颖原理。

例如，图6画出按照本发明使用两个DMD装置8和9的图像投影器的照明***。

在该例子中，光束1′依次由黄的光束和绛红的光束构成，黄的光束由红的和绿的单色分量形成，绛红的光束由红的和蓝的单色分量形成。

所述绛红的和黄的光束，是通过把白的光束送至色盘获得的，该色盘在图6中没有画出，本例中，该色盘被分为两个扇区；所述扇区的第一个，由反射蓝的单色分量并透射黄的光束1′的分色滤光器构成，第二个有反射绿的单色分量并透射绛红的光束1′的分色滤光器。

分色滤光器12′反射光束1′的红的单色分量，该光束1′依次是黄或绛红；所述红的单色分量然后被反射表面14向TIR棱镜16偏折，之后射向DMD装置8。

此外，分色滤光器12透射黄的光束1′的绿的单色分量和绛红的光束1′的蓝的单色分量；该绿的和蓝的单色分量，因为它们是依次向分色滤光器12′发送的光束的一部分，它们也依次被反射表面14″向TIR棱镜18偏折，TIR棱镜18把它们反射到DMD装置9上。

装置27只有两个有效的面，这两个面分别对着DMD装置8及9，每一个包含已经说明的光学孔径26；此外，在装置27中只有分色滤光器28，它向投影透镜7反射红的单色分量，并在绿的和蓝的单色分量已经依次被DMD装置9反射之后，透射绿的和蓝的单色分量。

因此，在图6例子所示的实施例中，分色滤光器12′把光束1′分解为组成光束1′的两种单色分量之一，同时，分色滤光器28能使基本的单色分量重新组合，以便形成光束11。

显然，本领域熟练人员容易对说明的照明***，产生并使用许多其他的变化和应用，所以显然，在本发明的实际使用中，各部件的形状和大小可以不同，它们能以等价的技术单元取代。

Claims

1.一种用于图像投影器的照明***，包括：

-光束(1、1′)；

-第一装置(12、12′、13)，适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量；

-多个DMD装置(8、9、10)，各反射所述单色分量之一；

-多个装置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)，适合向所述多个DMD装置(8、9、10)发送所述单色分量；

特征在于，存在与所述第一装置(12、12′、13)分开的第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，并适合把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量，重新组成发送至投影透镜(7)的光束(11)。

2.按照权利要求1的图像投影器的照明***，特征在于，所述多个装置(14、14′、14″、14、16、17、18、19、20、21)包括TIR棱镜(16、18、20)。

3.按照前述权利要求之一个或多个的图像投影器的照明***，特征在于，每一DMD装置(8、9、10)与一TIR棱镜(16、18、20)结合。

4.按照前述权利要求之一个或多个的图像投影器的照明***，特征在于，该图像投影器使用三个DMD装置(8、9、10)。

5.按照权利要求1到3的图像投影器的照明***，特征在于，该图像投影器使用两个DMD装置(8、9)。

6.按照权利要求1的图像投影器的照明***，特征在于，适合把所述光束(1、1′)分解为多个单色分量的所述第一装置(12、12′、13)，包括分色滤光器(12、12′、13)。

7.按照权利要求1的图像投影器的照明***，特征在于，把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量重新组成光束(11)的所述第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，包括分色滤光器(D1、D2、28、29)。

8.按照权利要求1的图像投影器的照明***，特征在于，把来自所述DMD装置(8、9、10)的所述单色分量重新组成光束(11)的所述第二装置(D1、D2、22、23、24、25、27、28、29)，包括TIR棱镜(23、24)。

9.一种用于图像投影器的照明***，包括：

-光束(1、1′)；

-多个DMD装置(8、9、10)，各反射所述单色分量之一；

特征在于，每一DMD装置(8、9、10)与有光学孔径(26)的单元(23、24、25、27)结合，该光学孔径(26)控制每一DMD装置(8、9、10)向投影透镜(7)发送的任何单色分量的光束大小。

10.按照前一权利要求的图像投影器的照明***，特征在于，所述单元(23、24、25、27)是直角棱镜(23、24、25、27)。

11.按照前一权利要求的图像投影器的照明***，特征在于，所述直角棱镜(23、24、25、27)是TIR棱镜(23、24)。

12.按照权利要求10的图像投影器的照明***，特征在于，所述直角棱镜(23、24、25、27)是有平行六面体形状的装置(27)。

13.按照前一权利要求的图像投影器的照明***，特征在于，所述装置(27)的作用，包括分色滤光器(28、29)。

14.按照权利要求9的图像投影器的照明***，特征在于，能够按一定方式处理所述光学孔径(26)，使它能滤去所述DMD装置(8、9、10)反射的单色分量中可能有的杂散色分量。

15.按照权利要求9到14的图像投影器的照明***，特征在于，所述光学孔径(26)的形状是矩形的。