[发明专利]复合光学元件和投影光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括多个光学元件的复合光学元件，其中至少一个光学元件是改变光路的元件。

此外，本发明还涉及一种包括上述的复合光学元件的投影光学装置，其在屏幕上投影图像。

背景技术

美国专利申请公报No.20050063196A1公开了一种包括多个光学元件的组合的光学系统，其中多个光学元件诸如是形成光导路径(guiding path)的光导管(light pipe)和弯曲光路的棱镜。光导管提供了在降低光损耗和保持管内亮度均匀的同时可传播光的光导路径。在光导路径被延伸至较远距离的情况下，将利用具有同轴结构的介质来传播光，所述介质诸如具有芯线和包层的光纤，其中芯线和包层具有不同的折射率。此外，已知在该种光纤中，最小弯曲半径取决于芯线和包层的折射率之差和芯线半径。因此，如果使用与光纤柔性相同的光导管，则不需要在一个诸如投影仪的光学系统中组合多个光学元件。然而，在现实中难以使用可供大规模生产的具有如此柔性和透明度的材料，即难以使用适于光导管的材料，来制造出小的可靠的光导路径。

光导管通常利用棱镜来改变传播中的光的方向。例如，图1和图2分别示出了这种包括多个光学元件的组合的光学系统。图1示出的光学系统1构造成具有直角棱镜2和两个分别设置在直角棱镜2两边的光导管3和4的组合，其中直角棱镜2垂直地弯曲光路。直角棱镜2垂直地弯曲从光导管3一侧进入的入射光L，并引导光L到达另一侧的光导管4。配置图2示出的光学系统6，使之具有非直角棱镜7和两个分别设置在非直角棱镜7两边的光导管8和9的组合，其中非直角棱镜7以需要的非垂直方向弯曲光路。非直角棱镜7以需要的非垂直方向弯曲从光导管8一侧进入的入射光L，并引导光L到达另一侧的光导管9。

配置图1所示的光学系统1，使得在两个光导管3、4和直角棱镜2之间具有气隙(空气层)11。从光导管3一侧进入的入射光L，更确切地是，笔直传播的光束La和倾斜地引导的光束Lb，均被直角棱镜2全反射，引导至另一侧的光导管4(参看图3)。图2示出的光学系统6具有类似的结构，以使得在两个光导管8、9和非直角棱镜7之间具有气隙12。从光导管8一侧进入的入射光L被非直角棱镜7全反射，引导至另一侧的光导管9。

下文将描述将光学系统1和6配置成具有该种气隙11和12的结构的原因。例如，图4示出一种光学系统1’，其代表一种将直角棱镜2和两个光导管3和4简单地集成在一起，也就是，成为一个组件的光学系统。在光学系统1’中，如附图所示，将出现倾斜地引导至光导管3的光束Lb不入射到棱镜表面上而直接穿过光导管4并泄漏到外部的情况，或者出现光束Lb在棱镜表面上以45°被反射，而泄漏到外部的情况。因此，光束Lb可能不被恰当地引导至另一侧的光导管4。这种现象同样出现在通过简单地将光导管和棱镜集成在一起成为光学元件的一个组件的图2示出的光学系统6中。

已知一种投影光学装置(光学投影仪)，其中，利用照明光学系统照射诸如液晶面板和DMD(数字微镜器件)之类的成像光阀，并且从成像光阀发出的透射光或反射光被投影透镜投影在屏幕上。在普通的投影光学装置中，从光源发出的光被分成具有各自相应波段的红光、绿光和蓝光，并根据图像信息由成像光阀进行调制，然后重新组合投影在屏幕上，因而显示出具有颜色的图像。

美国专利申请公报No.20050063196A1和欧洲专利申请公报No.1581010A1公开了一种采用了光导管由此减小了装置的尺寸的投影光学装置。

图5示出了现有技术中的投影光学装置(光学投影仪)的一个例子。配置投影光学装置21，使之具有白光源22、对应于红、绿和蓝的成像光阀23R、23G和23B和照明光学系统24，其中照明光学系统将从白光源22发出的光分成红光、绿光和蓝光的波段，使各个波段的光进入相应的成像光阀23R、23G和23B中。此外，投影光学装置包括正交棱镜25和投影透镜26，正交棱镜25是一种可将由成像光阀23R、23G和23B根据图像信息分别调制出的色光进行合成的光学元件。