[发明专利]投影用新型光学装置及应用该光学装置的投影显示系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及光学领域，尤其是涉及光学装置及应用该光学装置的投影显示系统。

【背景技术】

超高压汞灯UHP(Ultra High Performance)是目前应用比较广泛的一种投影显示系统的光源。图1A示出了一种传统UHP投影灯的结构示意图。如图1A所示，所述UHP投影灯包括抛物反射杯120和位于抛物反射杯120的焦点上的灯弧110，所述灯弧110发出的光线经抛物反射杯120的反射以接近平行光的形式出射，其中所述抛物反射杯120的内表面为抛物反射面。

图1B为图1A示出的UHP投影灯的光学原理示意图。如图1B所示，由于灯弧110存在长度，使得焦点以外的部分发出的光不能够被抛物反射杯120会聚成平行光，且离焦点越远发散越大。考虑Y＝2f高度的反射情况，如图1B，有：tan(θ_1/2)＝d/4f，其中f为抛物反射面的焦距，d为灯弧长度，θ为Y＝2f时的发散角。当灯弧长度d＝1mm，抛物反射面的焦距f＝6.6mm时，计算可得θ_1/2＝2.17°，则对于65mm*70mm口径的UHP投影灯来说，扩展量Etendue＝πAsin²(θ_1/2)＝3.14*4550*sin²(2.17°)＝20.5。

随着使用时间的延长，灯弧110会逐渐变长，而光线的会聚性会随之变差。由于Etendue与发散角θ的平方关系，Etendue值会变得很大。图1C为图1A示出的UHP投影灯的灯弧长对光通量的曲线示意图。如图1C所示，灯弧长度为1mm时，θ_1/2＝2.17°，Etendue为20.5，光通量大约为6000Lumens；灯弧长度为1.8mm时，θ_1/2＝3.9°，Etendue增大至66，光通量约为3000多Lumens，亮度只有初期的一半了。这样，所述传统UHP投影灯的寿命也会比较短，一般都在3000小时左右。

因此，希望提出一种改进的投影灯方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种可以用于投影显示系统中的改进的光学装置。

本发明的目的之二在于提供一种使用上述光学装置的投影显示系统。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种光学装置，其包括一体成型的镜像反射器。所述镜像反射器具有第一焦点和第二焦点，当一光源的灯弧位于所述第一焦点上时，所述光源的灯弧发出的光线经过所述镜像反射器的内反射后汇聚到第二焦点上，并在第二焦点处形成灯弧像，所述灯弧像与灯弧大小一致。

进一步的，所述镜像反射器包括第一反射部和与第二反射部，所述第一反射部和第二反射部的内反射面是抛物面的一部分，所述第一反射部和第二反射部的大小一致，所述光源发出的光线经过第一反射部的反射后平行投射至第二反射部，第二反射部再将平行入射的光线汇聚到第二焦点上。

进一步的，所述镜像反射器包括第一反射部和第二反射部，所述第一反射部和第二反射部的内反射面是不同抛物面的一部分，所述第二反射部较所述第一反射部大，所述光源发出的光线经过第一反射部的反射后平行投射至第二反射部，第二反射部再将平行入射的光线汇聚到第二焦点上。

进一步的，其还包括有具有一个焦点的回复反射器，所述回复反射器具有球形反射性表面，其与所述镜像反射器相对放置，所述光源的灯弧同时也位于所述回复反射器的焦点上，所述光源投射至所述回复反射器的光线经过所述回复反射器的反射后被重新汇聚到第一焦点，随后再次被投射到所述镜像反射器上。

进一步的，其还包括有扩束透镜组和复眼透镜组，所述扩束透镜组用于对来自所述灯弧像的光线进行扩束，之后耦合至复眼透镜组进行匀光处理。更进一步的，所述扩束透镜组为棒状透镜。

根据本发明的另一方面，本发明还提供有一种光学装置，其包括一体成型的镜像反射器、回复反射器和光源。所述镜像反射器具有第一焦点和第二焦点，所述光源的灯弧位于所述第一焦点上时，所述光源的灯弧发出的光线经过所述镜像反射器的内反射后汇聚到第二焦点上，并在第二焦点处形成灯弧像，所述灯弧像与灯弧大小一致，所述回复反射器具有球形反射性表面，其具有一个焦点，并与所述镜像反射器相对放置，所述光源的灯弧同时也位于所述回复反射器的焦点上，所述光源投射至所述回复反射器的光线经过所述回复反射器的反射后被重新汇聚到第一焦点，随后再次被投射到所述镜像反射器上。