[发明专利]光学元件和合色器

说明书

背景技术

用于将图像投影到屏幕上的投影系统可使用多个彩色光源，例如具有不同颜色的发光二极管(LED)，以生成照明光。在LED和图像显示单元之间设置若干光学元件，以用于将来自LED的光组合并转移到图像显示单元。图像显示单元可以使用多种方法来将图像施加到光上。例如，正如透射型或反射型液晶显示器一样，图像显示单元可以利用偏振。

图像亮度是投影系统的重要参数。彩色光源的亮度以及将集光、组合光、均质化光及将光递送到图像显示单元的效率均会影响亮度。由于现代投影仪系统的尺寸减小，因此需要在将彩色光源产生的热保持在可以在小型投影仪系统中消散的低水平时，仍保持足够的输出亮度水平。需要一种光组合系统，所述光组合系统以更高效率组合多个色光，以提供具有足够亮度水平的输出光且无光源的过度功耗。另外需要一种光组合系统，所述光组合系统以该光组合器中的波长敏感元件的劣化降至最低的方式来导向不同波长谱的光。

发明内容

一般来讲，本发明涉及一种光学元件、使用所述光学元件的合色器、以及使用所述合色器的图像投影仪。在一个方面，光学元件包括第一颜色选择二向色滤光器、第二颜色选择二向色滤光器和反射型偏振器。二向色滤光器和反射型偏振器布置成使分别垂直穿过第一和第二颜色选择二向色滤光器的第一和第二直线以大约45度角与反射型偏振器相交。在一个实施例中，该光学元件还包括反射器，该反射器布置成使垂直于反射器的直线也以大约45度角与反射型偏振器相交。在另一个实施例中，反射型偏振器选自胆甾反射型偏振器和麦克尼尔(MacNeille)反射型偏振器。在又一个实施例中，反射型偏振器设置在第一和第二棱镜之间，以使第一和第二颜色选择二向色滤光器中的每一个邻近棱面设置。

在再一个实施例中，反射型偏振器为以第一偏振方向定向的笛卡尔(Cartesian)反射型偏振器，并且光学元件还包括第一和第二延迟片，所述第一和第二延迟片设置成使第一和第二直线在与反射型偏振器相交之前分别垂直穿过第一和第二延迟片。在一个实施例中，第一和第二延迟片中的每一个相对于第一偏振方向以45°定向。

在一个方面，光学元件包括第一颜色选择二向色滤光器、第二颜色选择二向色滤光器和反射型偏振器。二向色滤光器和反射型偏振器布置成使分别垂直穿过第一和第二颜色选择二向色滤光器的第一和第二直线以大约45度角与反射型偏振器相交。在一个实施例中，光学元件还包括第三二向色滤光器，所述第三二向色滤光器布置成使垂直于第三二向色滤光器的直线以大约45度与反射型偏振器相交。在另一个实施例中，反射型偏振器为胆甾反射型偏振器。在又一个实施例中，反射型偏振器为麦克尼尔反射型偏振器。在又一个实施例中，反射型偏振器设置在第一和第二棱镜之间，以使第一和第二颜色选择二向色滤光器中的每一个邻近棱面设置。

在另一个实施例中，反射型偏振器为以第一偏振方向定向的笛卡尔反射型偏振器，并且该光学元件还包括第一、第二和第三延迟片，所述第一、第二和第三延迟片设置成使第一、第二和第三直线在与反射型偏振器相交之前分别垂直穿过第一、第二和第三延迟片。在一个实施例中，第一、第二和第三延迟片中的每一个相对于第一偏振方向成45度定向。

在一个方面，合色器包括光学元件、设置成朝向二向色滤光器中的每一个发射光的光源以及设置成透射组合色光输出的输出区。在一个实施例中，光源包括发光二极管(LED)。在另一个实施例中，LED中的每一个均包括反射表面。在又一个实施例中，组合色光输出为偏振的。

在一个方面，图像投影仪包括合色器和成像器，所述成像器设置成将组合色光输出的第一部分导向至投影元件。在一个实施例中，组合色光输出的第二部分穿过输出区再循环返回到合色器。在另一个实施例中，成像器选自LCOS成像器、微镜阵列和透射型LCD成像器。

附图说明

整个说明书中都参考了附图，附图中类似的附图标记表示类似的元件，并且附图中：

图1是偏振光分束器的透视图。

图2是具有1/4波长延迟片的偏振光分束器的透视图。

图3a为示出具有抛光面的偏振光分束器的示意性俯视图。

图3b为光学元件和准直光导的示意性俯视图。

图4a-4c为合色器的示意性俯视图。

图5为投影仪的示意图。

图6a-6b为合色器的示意性俯视图。

图7a-7c为合色器的示意性俯视图。

附图未必按比例绘制。附图中使用的类似的附图标记表示类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用附图标记指示部件并非意图限制另一个附图中用相同附图标记的部件。

具体实施方式