[发明专利]高效照明装置和包括这种装置的图像投影设备

权利要求书

1.一种照明装置，用于对具有非旋转对称形状的物体进行照明，所述装置包括：

一个发出非偏振光的光源，一个设置在光源背侧的反射器；

一个设置在光源前侧的光学积分器，并且包括光束整形和均匀光强度设备，和

一个设置在光源前侧的起偏系统，并且包括光束分离设备和偏振改变设备，其特征在于，起偏系统被设置在光源和光学积分器之间。

2.根据权利要求1的照明装置，其特征在于在光源与起偏系统之间设置了一个会聚透镜。

3.根据权利要求1或2的照明装置，其中起偏系统由一个偏振敏感分束器和一个偏振旋转元件组成，该偏振敏感分束器用于将光束分成两个不同的偏振子光束—其第一个子光束直接适合于受到图像显示系统的调制，而该偏振旋转元件用于将第二子光束转换成具有与第一子光束相同的偏振状态的光束，其特征在于偏振敏感分束器包括由双折射材料构成的取向层、这些子光束经过通过分束器的相同的路径长度、且从分束器和偏振旋转元件的组件出射的子光束共同形成了具有圆形横截面的光束。

4.根据权利要求3的照明装置，其特征在于分束器包括具有与入射到分束器上的照明光束的主光线平行的第一面的第一棱镜和具有与该主光线平行的第一面的第二棱镜，这些棱镜具有相同的折射率，双折射材料构成的层位于这些棱镜的第一面之间，而所述材料的折射率之一大约等于这些棱镜的折射率，第一棱镜的一个第二和一个第三面—这些面以与第一面相同大小但相反的角度延伸并分别构成了分束器的入射面和出射面，且第二棱镜的一个第二面与第一棱镜的第二面相平行并构成了分束器的第二出射面。

5.根据权利要求4的照明装置，其特征在于偏振旋转元件被设置在分束器的出射面之一上。

6.根据权利要求4的照明装置，其特征在于双折射材料是液晶材料。

7.根据权利要求4的照明装置，其特征在于双折射材料是双折射附着层。

8.根据权利要求7的照明装置，其特征在于该附着层是单轴向取向聚合物层。

9.根据权利要求8的照明装置，其特征在于该聚合物层是由固化液晶单体组合物构成的。

10.根据权利要求1的照明装置，其特征在于分束器具有与主轴成大约45°角设置的胆甾醇材料层，该层将照明光束分成具有第一转动方向的第一反射圆偏振光子光束和具有相反的第二转动方向的第二透射圆偏振光子光束，并进一步带有设置在第一子光束的路径中的一个第一反射器—该反射器与主轴平行—以及一个第二反射器，该第二反射器与胆甾醇层成大约90°角地被设置在第二子光束的路径中，且这些反射器之一颠倒了入射到其上的子光束的转动方向。

11.根据权利要求1或2的照明装置，其特征在于光学积分器依次包括一个第一透镜板和一个第二透镜板，该第一透镜板带有多个第一透镜，而这些第一透镜在与从起偏系统出射的光束的主轴相垂直的一个平面中沿着一个第一方向具有一致的宽度并沿着与该第一方向垂直的一个第二方向具有一致的高度，且第二透镜板带有多个球面透镜，这些球面透镜的数目与第一透镜的数目成正比，第一透镜板将入射到其上的光束分成数目与球面透镜的数目成正比的子光束，这些子光束的光束在球面透镜的平面中减小直径且其主光线指向球面透镜的中心，这些球面透镜以重叠的方式将形成在第一透镜上的辐射点成像在所要照明的物平面或与其共扼的平面上，且第一透镜的纵横比对应于物平面的纵横比。

12.根据权利要求11的照明装置，其特征在于至少一个透镜板的至少一个透镜是非球形的。

13.根据权利要求11的照明装置，其特征在于第一透镜的数目等于球面透镜的数目。

14.根据权利要求11的照明装置，其特征在于第一透镜具有这样的尺寸并以如此的方式设置，即使得第一透镜板的表面面积大约等于入射到其上的光束的横截面积。

15.根据权利要求11的照明装置，其特征在于第一透镜板被设置在一个平面中—在该平面中形成有光源的第一象，且所述象被第二透镜板再成像在所要照明的物平面上。

16.根据权利要求11的照明装置，其特征在于在各个球面透镜上都形成有光源的缩小的图像。