專利名稱：照明光學(xué)系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明光學(xué)系統(tǒng)以及使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于提高光學(xué)效率的高效照明光學(xué)系統(tǒng)，以及使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置。
本申請要求以2002年9月4日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請2002-53320號的申請日為優(yōu)先權(quán)日，該申請公開的內(nèi)容全部作為本申請的參考。
背景技術(shù)：
投影型圖像顯示裝置將光源射出的光聚焦在微顯示器上，即聚焦在諸如液晶顯示器(LCD)或數(shù)字微顯示器(DMD)之類的光閥上，并且控制逐個像素基元(pixel-by-pixel basis)上的光，由此形成圖像。所形成的圖像利用投影光學(xué)設(shè)備放大并投射在屏上，由此產(chǎn)生寬幅圖像(wide picture)。
在圖像顯示裝置中，圖像的亮度取決于會聚在光閥上的光強(qiáng)度。
傳統(tǒng)照明光學(xué)系統(tǒng)包括蠅眼透鏡或玻璃棒，用于將燈光源射出的光有效地會聚在矩形光閥上。
在傳統(tǒng)照明光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)使用燈光源作為光源時，從燈光源射出的光入射在蠅眼透鏡或玻璃棒上，而沒有改變光束的形狀，由此降低了光效率。
當(dāng)燈光源射出圓形光束時，蠅眼透鏡或玻璃棒具有與矩形光閥相對應(yīng)的矩形。這樣，如果燈光源射出的圓形光束與矩形蠅眼透鏡或玻璃棒配合(match)使用，將產(chǎn)生由形狀不同而引起的光損失。
例如，燈光源射出的光穿過第一蠅眼透鏡，然后在第二蠅眼透鏡上形成光斑。如果光斑的尺寸大于第二蠅眼透鏡的尺寸，那么超出第二蠅眼透鏡尺寸的部分的光就損失了，因此降低了光效率。
另外，如果欲使第一蠅眼透鏡形成的光斑不超出第二蠅眼透鏡，那么必須增大第一蠅眼透鏡的光強(qiáng)，并且第一蠅眼透鏡和第二蠅眼透鏡之間的距離必須很短。然而，在這種情況下，光閥的有效面積減小了。如果光閥的有效面積減小，那么很難將光會聚在光閥上，因此降低了光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種通過調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向而得到的高效照明光學(xué)系統(tǒng)，以及使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的投影型圖像顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種照明光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燈光源以及反射鏡器件，在該反射鏡器件的至少一部分上形成雙反射鏡陣列，以便至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向。
優(yōu)選所述反射鏡器件包括第一至第四反射區(qū)域，這四個反射區(qū)域沿其旋轉(zhuǎn)方向布置，所述雙反射鏡陣列形成在第一和第三反射區(qū)域上或者第二和第四反射區(qū)域上。
優(yōu)選所述反射鏡器件可調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，從而使所述光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光束或近似橢圓形光束。
優(yōu)選所述雙反射鏡陣列的鏡面的角度是45°。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括照明光學(xué)系統(tǒng)和光閥的圖像顯示裝置，該照明光學(xué)系統(tǒng)包括燈光源和反射鏡器件，在反射鏡器件的至少一部分上形成雙反射鏡陣列，以便至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，所述光閥根據(jù)輸入圖像信號來控制從燈光源射出、然后由反射鏡器件反射到逐個像素基元上的光，并形成彩色圖像。
所述圖像顯示裝置還可以包括光混合設(shè)備以及置于反射鏡器件和光閥之間的中繼透鏡。
所述光混合設(shè)備可以是玻璃棒。所述圖像顯示裝置還可以包括會聚透鏡，該會聚透鏡將穿過反射鏡器件的光會聚，并輸入到玻璃棒。
所述光混合設(shè)備可以包括兩個蠅眼透鏡。
優(yōu)選所述圖像顯示裝置還包括彩色光分離器，該分離器將燈光源射出的光依據(jù)波長分開，以形成彩色圖像。
優(yōu)選所述彩色光分離器包括三個或更多個選色鏡(dichroic fitters)。優(yōu)選所述圖像顯示裝置還包括螺旋形透鏡(spirallens)，其中鏡頭元件(lens cells)呈螺旋形狀，以便獲得由螺旋形鏡頭元件陣列轉(zhuǎn)動而引起的鏡頭元件陣列直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)滾動操作(scrolling operation)。


本發(fā)明的上述和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明而更加清楚，附圖中圖1示意性地示出用作投影型圖像顯示裝置的光源的燈光源；圖2示出燈光源射出的近似圓形的光束，其中具有發(fā)散角分布的以橢圓形狀發(fā)散的多個發(fā)光體沿軸對稱方向分布；圖3示出在光束從燈光源射出后穿過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)入射到蠅眼透鏡上的情況下，發(fā)光體的發(fā)散角沿軸對稱方向分布情況以及光強(qiáng)度分布情況；圖4是本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)的透視圖；圖5是圖4中反射鏡器件的橫截面視圖；圖6示出橢圓形光束在雙反射鏡中的旋轉(zhuǎn)；圖7A示出當(dāng)兩個柱面透鏡陣列設(shè)置在本發(fā)明的反射鏡器件之前和之后時發(fā)散角的軸的軸線轉(zhuǎn)動情況；圖7B示出燈光源射出光的發(fā)散角分布以及通過本發(fā)明的反射鏡器件調(diào)整的光的發(fā)散角分布情況；圖8是證實(shí)本發(fā)明的反射鏡器件將燈光源射出的圓形光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光束或近似橢圓形光束的圖示；圖9示出使用本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)的投影型圖像顯示裝置的第一
具體實(shí)施例方式
參考圖1，該圖示意性地示出了用作投影型圖像顯示裝置的光源的燈光源1，燈光源1包括使光只向一個方向傳播的反射鏡3。例如，燈光源1通過電弧放電發(fā)光。電弧放電區(qū)5’產(chǎn)生的一部分光入射到反射鏡3上，反射鏡3反射入射到其上的光，從而使反射光只向一個方向傳播。
根據(jù)反射鏡3的形狀，燈光源1射出近似平行光或近似會聚光。例如，如果反射鏡3是拋物面鏡，則燈光源1射出近似平行光。如果反射鏡3是橢圓反射鏡，則燈光源1射出近似會聚光。
電弧放電區(qū)5’具有近似的橢圓形狀，電弧放電區(qū)5’中產(chǎn)生的光向各個方向傳播(spread)。這樣，電弧放電區(qū)5’作為橢圓發(fā)光體5來工作。
因此，如圖2和3所示，燈光源1射出近似圓形的光束1a’，其中具有發(fā)散角(divergent angle)分布的多個發(fā)光體各自以橢圓形狀發(fā)散，并沿軸對稱方向分布。發(fā)光體5沿軸對稱方向的布置表示發(fā)光體5相對于圓形光束1a’的光軸對稱地布置。發(fā)光體5的主發(fā)散方向是橢圓形的長軸方向。發(fā)光體5的長軸沿軸對稱方向分布。在圖2中，發(fā)光體5中示出的箭頭指明主發(fā)散方向，即，長軸方向。
如圖2和3所示，由于燈光源1中電弧放電產(chǎn)生的弧形尺寸，所以使發(fā)光體5的發(fā)散角和光強(qiáng)度沿軸對稱方向分布。發(fā)光體5的相對較大部分的發(fā)散角和相對較小部分的發(fā)散角之比近似為2.5∶1。
圖3示出在光束從燈光源1射出后穿過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(未示出)入射到蠅眼透鏡上的情況下，發(fā)光體5的發(fā)散角分布和光強(qiáng)度分布。在圖3中，每個單胞(unit cell)對應(yīng)偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中一個偏振分束器(one-polarizing beamsplitter)的區(qū)域，兩個單胞對應(yīng)蠅眼透鏡的一個鏡頭元件。這里，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將燈光源1射出的圓形光束1a的偏振方向調(diào)整為朝一個方向。由于對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是公知的，在此省略了對它的描述。
考慮到從燈光源1射出的是近似圓形光束1a’，根據(jù)本發(fā)明，高效照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置為調(diào)整圓形光束1a’的發(fā)散方向，使圓形光束1a轉(zhuǎn)換為橢圓形光或者近似橢圓形光束1a，在所述近似圓形的光束1a’中，具有發(fā)散角分布的多個橢圓形發(fā)光體5各自以橢圓形狀發(fā)散，并沿軸對稱方向分布。因此，橢圓形光束可以與使用本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的部件有效配合(match)，由此提高光學(xué)系統(tǒng)的光效率。
圖4是本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)的透視圖。
參考圖4，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)包括燈光源1和具有雙反射鏡陣列11的反射鏡器件10，所述雙反射鏡陣列11在反射鏡器件10的至少一部分上形成。
如圖1至3所示，燈光源1射出圓形光束1a’，在圓形光束1a’中，具有發(fā)散角分布的許多橢圓形發(fā)光體5各自呈橢圓形沿軸對稱方向分布。
燈光源1的反射鏡3優(yōu)選為射出平行光的拋物面鏡。
雙反射鏡陣列11在反射鏡器件10的至少一部分上形成，以便調(diào)整至少一部分圓形光束1a’的發(fā)散方向，并提高光效率。
反射鏡器件10包括第一至第四反射區(qū)10a，10b，10c，和10d，它們沿旋轉(zhuǎn)方向排列在反射鏡器件上。雙反射鏡陣列11在第二和第四反射區(qū)10b和10d(或第一和第三反射區(qū)10a和10c)上形成。在圖4中，雙反射鏡陣列11在第二和第四反射區(qū)10b和10d上形成，第一和第三反射區(qū)10a和10c是平坦的反射面。
這里，所述旋轉(zhuǎn)方向表示逆時針方向或者順時針方向。由于第一至第四反射區(qū)10a，10b，10c，和10d沿旋轉(zhuǎn)方向排列，因此第一至第四反射區(qū)10a，10b，10c，和10d具有2×2的矩陣排列，第一至第四反射區(qū)10a，10b，10c，和10d的排列順序與旋轉(zhuǎn)方向一致。
如圖5所示，優(yōu)選雙反射鏡陣列11的反射鏡面11a與反射鏡器件10的平面約成45°角，反射鏡器件10的平面例如是沒有形成雙反射鏡陣列11的第一和第三反射區(qū)10a和10c的表面。
當(dāng)使用上述本發(fā)明的反射鏡器件10時，長軸方向，即具有呈橢圓形發(fā)散的發(fā)散角分布且沿軸對稱方向分布的發(fā)光體5的發(fā)散方向在使用反射鏡器件10時可以朝一個方向稍做調(diào)整。
圖6示出橢圓形光束21在雙反射鏡20中的旋轉(zhuǎn)。
如圖6所示，如果橢圓形光束21的軸線方向23與分開雙反射鏡20反射面22a和22b之間的軸25的方向不相同，那么橢圓形光束21入射到雙反射鏡20上，并由雙反射鏡20兩次反射，從而使橢圓形光束21的軸線方向23旋轉(zhuǎn)的角度為軸線方向23與軸25的方向之間的角度差的兩倍。
因此，當(dāng)如圖7A和7B所示的本發(fā)明的反射鏡器件10中的雙反射鏡陣列11的縱向13確定為在對光的發(fā)散角的軸進(jìn)行調(diào)整的方向以及具有橢圓形發(fā)散角分布的發(fā)光體5的橢圓形發(fā)散角的軸線方向之間的中部時，那么可將沿軸對稱方向的一部分發(fā)散角分布朝一個方向調(diào)整，從而可以使穿過反射鏡器件10的光束形狀為橢圓形或接近橢圓形。
圖7A示出當(dāng)將柱面透鏡陣列17和19設(shè)置在本發(fā)明的反射鏡器件10之前和之后時，光的發(fā)散角的軸線轉(zhuǎn)動情況。
圖7B示出燈光源1射出光的發(fā)散角分布以及通過本發(fā)明的反射鏡器件10調(diào)整后的光的發(fā)散角分布情況。
當(dāng)燈光源1射出光1a’的發(fā)散角由反射鏡器件10調(diào)整時，可形成如圖8所示具有略長的橢圓形的光斑。圖8證實(shí)了本發(fā)明的反射鏡器件10可將燈光源1射出的圓形光束轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光或近似橢圓形光1a。在圖8中，穿過反射鏡器件10的光1a由預(yù)定的透鏡27會聚，并形成光斑。
由于燈光源1射出的圓形光束1a’通過本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光或近似橢圓形光束1a，因此，橢圓形光1a可以和投影型圖像顯示裝置的、例如蠅眼透鏡或玻璃棒之類的矩形部件有效配合，由此可提高光效率。
這樣，可將投影型圖像顯示裝置設(shè)置成使得發(fā)散方向由反射鏡器件1調(diào)整并轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光或近似橢圓形光的光束1a的長軸方向與照明光學(xué)系統(tǒng)或投影型圖像顯示裝置中任何部件例如矩形蠅眼透鏡或玻璃棒之類的較寬的寬度方向相同。
圖9示出了使用本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)的投影型圖像顯示裝置的第一實(shí)施方式。
參考圖9，本發(fā)明第一實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置包括照明光學(xué)系統(tǒng)30，用作光混合設(shè)備的玻璃棒33，以及光閥37。優(yōu)選投影型圖像顯示裝置還包括聚光透鏡31和中繼透鏡35。如上所述，照明光學(xué)系統(tǒng)30包括燈光源1以及用于調(diào)整燈光源1射出光的發(fā)散方向的反射鏡器件10。
在聚光透鏡31將穿過反射鏡器件10的光會聚之后，光入射在玻璃棒33上。
此時，由于照明光學(xué)系統(tǒng)30調(diào)整燈光源1射出的圓形光束1a’的發(fā)散方向，使圓形光束1a’轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光束或近似橢圓形光束1a，聚光透鏡31將轉(zhuǎn)變成的橢圓形光1a會聚并形成長橢圓形光斑。
據(jù)此，優(yōu)選對照明光學(xué)系統(tǒng)30進(jìn)行光學(xué)調(diào)整，使得形成的橢圓形光斑的長軸與玻璃棒33入射面的長邊一致(in line with the long side)。在這種情況下，照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的橢圓光1a可與玻璃棒33有效配合，從而提高光效率。
玻璃棒33使入射光1a的分布均勻，然后輸出均勻的光。中繼透鏡35將均勻光傳輸?shù)焦忾y37。
光閥37根據(jù)輸入圖像信號控制在逐個像素基元上的入射光，并形成圖像。
由光閥37形成的圖像經(jīng)投影透鏡單元(未示出)放大，并投影到屏幕(未示出)上。
如上所述，可以對形成圖像并投影所形成的圖像的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)作出各種改型。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，用在包括光混合設(shè)備的投影型圖像顯示裝置中的成像/投影圖像部件是公知的，在此省略了對它的描述。
據(jù)此，本發(fā)明第一和第二實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置中除了照明光學(xué)系統(tǒng)30外，均可對其他光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)以及光混合設(shè)備作出各種改型。
圖10示出了使用本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)的投影型圖像顯示裝置的第二實(shí)施方式。
除了使用兩個蠅眼透鏡41和43代替玻璃棒作為光混合設(shè)備外，本發(fā)明第二實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置具有與圖9所示的本發(fā)明第一實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置相同的光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖10中，與圖9中相同的標(biāo)號代表相同的元件，因而省略對它們的描述。
當(dāng)蠅眼透鏡41和43用作本發(fā)明第二實(shí)施方式中的光混合設(shè)備時，蠅眼透鏡41和43的截面積大于圖9所示用作第一實(shí)施方式中的光混合設(shè)備的玻璃棒的截面積，因此可以有利地省去聚光透鏡31(參考圖9)。
為了使照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的光與用作光混合設(shè)備的蠅眼透鏡41和43有效配合，優(yōu)選對照明光學(xué)系統(tǒng)30進(jìn)行光學(xué)調(diào)整，從而使照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的橢圓形光束或近似橢圓形光束1a的長軸與蠅眼透鏡41和43的長邊一致。
如同本發(fā)明第一實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置一樣，可以對在光閥37上形成圖像并投影所述形成的圖像的本發(fā)明第二實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)作出各種改型。
如圖11所示，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)可適用于包括具有三個或多個選色鏡的彩色光分離器的單板彩色圖像顯示裝置(single-panel color imagedisplay apparatus)。
圖11示出了使用本發(fā)明的高效照明光學(xué)系統(tǒng)的單板彩色圖像顯示裝置的第三實(shí)施方式。
參考圖11，本發(fā)明第三實(shí)施方式的單板彩色圖像顯示裝置包括照明光學(xué)系統(tǒng)30、根據(jù)色彩來分離燈光源1射出光的彩色光分離器120、以及光閥140，該光閥用于根據(jù)輸入圖像信號來控制逐個像素基元上的入射光，并形成彩色圖像。也就是說，單板彩色圖像顯示裝置的特征在于可使用單個光閥140形成彩色圖像。
如上所述，通過使用在反射鏡器件10的一部分上形成的雙反射鏡陣列11，照明光學(xué)系統(tǒng)30可以調(diào)整燈光源1射出光1a’的發(fā)散方向，從而使圓形光1a’轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形光或近似橢圓形光1a。
彩色光分離器120包括三個或更多個選色鏡，用以根據(jù)波長來分離照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的光1a。
在圖11中，彩色光分離器120包括反射型的第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R，以便分別反射藍(lán)光B、綠光G、以及紅光R。優(yōu)選所述第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R分別反射藍(lán)光B、綠光G、以及紅光R，并透射其他顏色的光。
當(dāng)照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的白光入射在具有第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R的彩色光分離器120上時，第一選色鏡120B反射來自入射的白光中的藍(lán)光B，并透射其余的光。第二選色鏡120G反射從第一選色鏡120B透射的光中的綠光G，并透射其余的光，即，紅光R。第三選色鏡120R反射從第二選色鏡120G透射的紅光R。
這里，可以對第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R的排列順序作出各種改變。
優(yōu)選對第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R之間的距離進(jìn)行設(shè)置，使得彩色光分離器120分離的藍(lán)光B、綠光G、以及紅光R入射在第一蠅眼透鏡131的同一個鏡頭元件上，而在B、G、和R彩色光之間沒有顏色混合。
在圖11中，彩色光分離器120的第一、第二、和第三選色鏡120B、120G和120R彼此平行設(shè)置，當(dāng)然第一、第二、和第三選色鏡120B、120G、和120R也可以彼此傾斜放置。
優(yōu)選本發(fā)明第三實(shí)施方式中的單板彩色圖像顯示裝置還包括利用彩色卷動(color scrolling)技術(shù)的結(jié)構(gòu)。利用彩色卷動技術(shù)，本發(fā)明的單板彩色圖像顯示裝置可以具有與三板彩色圖像顯示裝置相同的光效率。
根據(jù)彩色卷動技術(shù)，可將白光分為多束彩色光，這些彩色光束同時送到光閥上的不同部位，由此形成多個彩條(color bar)，這些彩條在特定方法中以恒定速度移動，使得對于每個像素的所有彩條均到達(dá)光閥之后形成圖像。
因此，優(yōu)選本發(fā)明第三實(shí)施方式的單板彩色圖像顯示裝置還包括螺旋形透鏡(spiral lens)110，以便實(shí)現(xiàn)彩色卷動。
優(yōu)選在沿螺旋形透鏡110和光閥140之間的光路上還可設(shè)置第一和第二蠅眼透鏡131和135。另外，優(yōu)選在第二蠅眼透鏡135和光閥140之間還設(shè)置中繼透鏡137。
如圖12所示，螺旋形透鏡110具有圓盤結(jié)構(gòu)，其中鏡頭元件陣列111呈螺旋狀，以便在螺旋形透鏡110轉(zhuǎn)動的過程中得到透鏡陣列111直線運(yùn)動的效果。優(yōu)選每隔一定距離形成鏡頭元件111，而且所述鏡頭元件具有相同的橫截面。
例如，如圖13所示，螺旋形透鏡110的鏡頭元件111可以是柱面鏡頭元件，其橫截面形狀呈弧形。另外，螺旋形透鏡110的鏡頭元件111也可以是衍射光學(xué)元件或者全息光學(xué)元件。
螺旋形透鏡110的每個鏡頭元件111作為聚光透鏡，用于會聚照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的光1a。
當(dāng)具有螺旋形鏡頭元件陣列的螺旋形透鏡110被電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，螺旋形鏡頭元件陣列的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生鏡頭陣列直線運(yùn)動的效果，從而實(shí)現(xiàn)彩色卷動。
換句話說，由于鏡頭元件陣列111形成為螺旋狀，因此當(dāng)螺旋形透鏡110以恒速旋轉(zhuǎn)時，從穿過螺旋形透鏡110預(yù)定位置的光束的視點(diǎn)可以看到，當(dāng)柱面透鏡陣列以恒定速度連續(xù)地上下移動時，從螺旋形鏡頭元件陣列獲得產(chǎn)生的效果。此時，當(dāng)穿過螺旋形透鏡110的光束L比較窄時，可以從穿過螺旋形透鏡110的光束中獲得穿過直線運(yùn)動的柱面透鏡陣列的光束L的效果。
因此，當(dāng)螺旋形透鏡110以恒速轉(zhuǎn)動時，由彩色光分離器120分離的彩色光束根據(jù)螺旋形透鏡110的轉(zhuǎn)動而反復(fù)滾動，從而使光閥140上形成的彩條滾動。
此時，在如上所述設(shè)置螺旋形透鏡110的情況下，由于螺旋形透鏡110連續(xù)地向一個方向旋轉(zhuǎn)而不改變旋轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)色彩卷動，因此可以保證色彩卷動的連續(xù)性和一致性。此外，由于使用單個的螺旋形透鏡110滾動彩條，因此，保持彩條滾動速度恒定是有利的。
在這種情況下，可以調(diào)整螺旋形透鏡110上螺旋形透鏡元件111的數(shù)量或者螺旋形透鏡110的轉(zhuǎn)速，以便與光閥140的工作頻率同步。
例如，如果光閥140的工作頻率高，那么可以包括更多的鏡頭元件，使得滾動速度可以調(diào)整到更快，而螺旋形透鏡110的轉(zhuǎn)速保持恒定，或者通過提高螺旋形透鏡110的轉(zhuǎn)速將滾動速度調(diào)整到更快，而不必改變螺旋形鏡頭元件111的數(shù)量。
盡管根據(jù)圖11所示的本發(fā)明第三實(shí)施方式的單板彩色圖像顯示裝置包括單個螺旋形透鏡110，但是也可以配有兩個螺旋形透鏡。在單板彩色圖像顯示裝置包括兩個螺旋形透鏡的情況下，將兩個螺旋形透鏡安裝在同一根驅(qū)動軸上，從而實(shí)現(xiàn)色彩卷動。這樣，色彩卷動的速度可以保持恒定。
在彩色光分離器120的選色鏡120B、120G、和120R彼此平行的情況下，優(yōu)選如圖11所示，將螺旋形透鏡110放置在照明光學(xué)系統(tǒng)30和彩色光分離器120之間，使得由螺旋形透鏡110會聚的光被彩色光分離器120分離，然后，由于選色鏡120B、120G、和120R的選擇性反射引起彩色光束的光程長度差，分離的彩色光束不混合，并且入射在第一蠅眼透鏡131上。
也可以將彩色光分離器120的選色鏡120B、120G、和120R彼此相對傾斜放置，而將螺旋形透鏡110放置在彩色光分離器120和光閥140之間。
第一和第二蠅眼透鏡131和135的鏡頭元件彼此一一對應(yīng)地配合。另外，第一和第二蠅眼透鏡131和135的鏡頭元件與螺旋形透鏡110的鏡頭元件111一一對應(yīng)地配合。
優(yōu)選將第一蠅眼透鏡131置于螺旋形透鏡110的焦面上，以便將穿過螺旋形透鏡110的彩色光會聚，并通過彩色光分離器120分離，而彩色光之間不出現(xiàn)顏色混合。
在這種情況下，因?yàn)檫x色鏡120B、120G、和120R彼此分開，所以彩色光束具有光程差，由此聚焦在第一蠅眼透鏡131的鏡頭元件的不同部位，所述彩色光束由作為會聚透鏡的螺旋形透鏡110的鏡頭元件111會聚，并由彩色光分離器120的選色鏡120B、120G、和120R分離。
穿過第一蠅眼透鏡131的彩色光束轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)散光，并以混合狀態(tài)入射在第二蠅眼透鏡135上。第二蠅眼透鏡135將入射光束轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄狻?br> 穿過第一和第二蠅眼透鏡131和135的平行彩色光束經(jīng)中繼透鏡137入射在光閥140的不同部位，由此形成彩條。中繼透鏡137可以如圖11所示由單個透鏡構(gòu)成，也可以由包括兩個或多個透鏡的透鏡組構(gòu)成。
在配有第一和第二蠅眼透鏡131和135以及中繼透鏡137的情況下，由螺旋形透鏡110會聚的光經(jīng)一一對應(yīng)的第一和第二蠅眼透鏡131和135傳輸，并經(jīng)中繼透鏡137在光閥140上形成各色彩條。
光閥140根據(jù)輸入圖像信號來控制發(fā)出的(irradiated)彩色光束(例如，以R，G，和B彩條的形式)，由此形成彩色圖像。
在光閥140上形成的R、G、和B彩條依據(jù)螺旋形透鏡110的轉(zhuǎn)動而滾動。這樣，光閥140處理每個像素的圖像信息，以便與R、G、和B彩條的運(yùn)動同步，由此形成彩色圖像。由光閥140形成的彩色圖像經(jīng)投影透鏡單元(未示出)放大，并到達(dá)屏(未示出)上。
優(yōu)選本發(fā)明第三實(shí)施方式的單板彩色圖像顯示裝置還包括第一和第二柱面透鏡105和107，所述透鏡分別置于螺旋形透鏡110的前面和后面，以便調(diào)整入射在螺旋形透鏡110上的光1a的寬度。
優(yōu)選照明光學(xué)系統(tǒng)30射出的橢圓形光或近似橢圓形光1a的長軸方向與第一柱面透鏡105的縱向一致。
第一柱面透鏡105將照明光學(xué)系統(tǒng)30射出光1a的寬度減小，使得減小了寬度的光1a入射在螺旋形透鏡110上。第二柱面透鏡107將穿過螺旋形透鏡110的光1a的擠縮寬度(reduced width)恢復(fù)成其原始寬度。
參考圖14，該圖示出了將從照明光學(xué)系統(tǒng)30射出并入射在螺旋形透鏡110上而不穿過第一柱面透鏡105的光1a與照明光學(xué)系統(tǒng)30射出、經(jīng)第一柱面透鏡105減小寬度然后入射在螺旋形透鏡110上的光1a相比較的情況。
如圖14的左部分所示，當(dāng)從照明光學(xué)系統(tǒng)30射出、并入射在螺旋形透鏡110上而不穿過第一柱面透鏡105的光束L’的寬度相對較寬時，此時由于螺旋形透鏡110的鏡頭元件111的螺旋形而使光束L’的形狀與各鏡頭元件的形狀非常不匹配，由此產(chǎn)生光損失。
如圖14的右部分所示，當(dāng)使用第一柱面透鏡105減小光束L的寬度時，具有擠縮寬度的光束L穿過螺旋形透鏡110，從而使得光束L的形狀與螺旋形透鏡110的鏡頭元件111的螺旋形幾乎匹配，由此減小光損失。
如上所述，由于利用兩個柱面透鏡105和107可以調(diào)整光束的寬度，因此可以減小光損失。
如上所述，由于使用反射鏡器件可至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，反射鏡陣列在反射鏡器件的至少一部分上形成，所以照明光學(xué)系統(tǒng)可以和使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的投影型圖像顯示裝置中的其他光學(xué)部件有效配合，由此提高投影型圖像顯示裝置的光效率。
盡管已結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明作了具體披露和描述，但是不難理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不超出所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種形式上和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種照明光學(xué)系統(tǒng)，其中包括燈光源；以及一反射鏡器件，在該反射鏡器件的至少一部分上形成雙反射鏡陣列，用于至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述反射鏡器件包括第一至第四反射區(qū)域，這四個反射區(qū)域沿其旋轉(zhuǎn)方向布置，在第一和第三反射區(qū)域或者在第二和第四反射區(qū)域上形成所述雙反射鏡陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述反射鏡器件調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，從而使光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形或近似橢圓形光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述反射鏡器件調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，從而使光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形或近似橢圓形光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明光學(xué)系統(tǒng)，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
8.一種圖像顯示裝置，包括一照明光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燈光源和一反射鏡器件，在反射鏡器件的至少一部分上形成雙反射鏡陣列，用于至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向；以及一光閥，其根據(jù)輸入圖像信號來控制從燈光源射出、然后由反射鏡器件反射在逐個像素基元上的光，并形成彩色圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象顯示裝置，其中所述反射鏡器件包括第一至第四反射區(qū)域，這四個反射區(qū)域沿其旋轉(zhuǎn)方向布置，在第一和第三反射區(qū)域上或者在第二和第四反射區(qū)域上形成所述雙反射鏡陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖象顯示裝置，其中所述反射鏡器件調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，從而使光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形或近似橢圓形光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖象顯示裝置，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象顯示裝置，其中所述反射鏡器件調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向，從而使光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形或近似橢圓形光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖象顯示裝置，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象顯示裝置，其中所述雙反射鏡陣列的反射鏡面的角度是45°。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象顯示裝置，其中還包括一光混合設(shè)備以及置于所述反射鏡器件和光閥之間的一中繼透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖象顯示裝置，其中所述光混合設(shè)備是玻璃棒，而且還包括一會聚透鏡，該會聚透鏡將穿過反射鏡器件的光會聚并輸入到所述玻璃棒。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖象顯示裝置，其中所述光混合設(shè)備包括兩個蠅眼透鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖象顯示裝置，其中還包括一彩色光分離器，該分離器將燈光源射出的光依據(jù)波長分開，用以形成彩色圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖象顯示裝置，其中所述彩色光分離器包括三個或更多個選色鏡，還包括一螺旋形透鏡，其中的鏡頭元件呈螺旋形狀，以便實(shí)現(xiàn)由螺旋形鏡頭元件陣列轉(zhuǎn)動引起鏡頭元件陣列直線運(yùn)動的效果，從而實(shí)現(xiàn)滾動操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖象顯示裝置，其中還包括第一和第二蠅眼透鏡，這兩個蠅眼透鏡置于螺旋形透鏡和光閥之間，并發(fā)送穿過螺旋形透鏡的光，用以和螺旋形透鏡的鏡頭元件一一對應(yīng)地配合。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖象顯示裝置，其中還包括一中繼透鏡，其置于第二蠅眼透鏡和光閥之間，并將穿過第二蠅眼透鏡的光依據(jù)色彩會聚在光閥上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效照明光學(xué)系統(tǒng)以及使用該照明光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置。所述照明光學(xué)系統(tǒng)包括燈光源和反射鏡器件。反射鏡器件具有在其至少一部分上形成的雙反射鏡陣列，用于至少部分地調(diào)整燈光源射出光的發(fā)散方向。
文檔編號G02B27/09GK1495515SQ0316494
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者趙虔晧, 金大式, 金成河, 李羲重, 趙虔 申請人:三星電子株式會社