专利名称：用于液晶投影仪的照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液晶投影仪的光学系统，尤其是液晶投影仪中的一种照明系统。
背景技术：
最近，把投影仪作为平面显示器，其薄并具有大尺寸屏幕。主要使用一种薄液晶投影仪作为投影仪，它放大和发射小图像。然而，液晶投影仪在明亮环境下不能提供清晰的图像。为了解决这个问题，相关技术投影仪在照明系统中使用透镜。图1图解了一种液晶投影仪中的相关技术的照明系统。
参考图1，相关技术照明系统装备有第一和第二蝇眼透镜4和6，和一种偏振光束子画面(PBS，polarizing beam sprite)阵列，在光源2和聚焦透镜9之间的光学路径上平行排列该阵列。
从光源2发射的一束白光在第一蝇眼透镜4上射入，并且第一蝇眼透镜4具有多个微透镜单元，它把该光束分散到透镜单元部件中，并且直接射到各自的第二蝇眼透镜6的透镜单元上。第二蝇眼透镜6折射该光束，该光束从第一蝇眼透镜4中变为平行光束，并且直接射到PBS阵列8上，该PBS阵列8分散该光束，该光束从第二蝇眼透镜6中变为一种P偏振光束和一种S偏振光束。PBS阵列8发送分散的S偏振光束，而在发送P偏振光束前，PBS阵列8把P偏振光束转换为S偏振光束。聚焦透镜9聚合从PBS阵列8来的S偏振光束到最小的入射角用于抑制光损失和提高光效率。前述的液晶投影仪中的照明系统的亮度效率与光源的光束和第一蝇眼透镜的透镜单元之间的对应性有关。
参考图2，从灯2A中发射的光束在一个抛物面反射镜2B上反射，并且在第一蝇眼透镜4上以一种准平行光束的形式入射。在这种情况下，当从灯2A的中心点P发射的大部分光束在一个抛物面反射镜2B上反射和在第一蝇眼透镜4的各自透镜单元的中心点上入射时，在抛物面反射镜2B的中心部分“0”的附近反射的光束L1和L1’不能在透镜单元4A和4B的中心点上入射，而是在偏离中心点一边的点上。
也就是，参考图3，可以得知从灯2A发射的和在抛物面反射镜2B的中心部分“0”的附近的第一反射点R1上反射的光L1、L2和L3的光束在第一蝇眼透镜4的中心部分中的第一透镜单元4A上入射。在这种情况下，从灯2A的中心点P2中发射的和在抛物面反射镜2B的第一反射点R1上反射的第一光束L1不在第一透镜单元4A的中心点入射，而是在偏离该中心点一边的点上，因为由于灯2A的长度第一角度θ-和第二角度θ+不同。第一角度θ-是分别从灯2A的第一点P1和第二点P2到抛物面反射镜2B的第一反射点R1上入射的第一光束L1和第二光束L2之间的角度，和第二角度θ+分别从灯2A的第一点P1和第三点P3到抛物面反射镜2B的第一反射点R1上入射的第一光束L1和第三光束L3之间的角度。第一和第二角度可以用下面公式(1)表示。θ-=tanl-1-z1y1-tanl-1-z1+L/2y1]]>θ+=tanl-1-L/2-z1y1+tanl-1z1y1]]>这里，y1和z1表示图2中的第一反射点R1关于z-y坐标轴的坐标，‘L’表示灯2A的长度。从公式(1)中可以得知第一角度θ-和第二角度θ+不同，其中第二角度θ+相对地小于第一角度θ-。
这样，由于第一角度和第二角度之间的差别，从灯2B的第二点P2发射的第二光束L2在抛物面反射镜2B的第一反射点R1上反射和在第二透镜点FL2入射，该透镜点在第一透镜单元4A的顶部，从灯2B的第三点P3发射的第三光束L3经由第一反射点R2在第三透镜点FL3入射，该透镜点在第一透镜单元4A的底部，和从第一点发射的第一光束L1经由第一反射点R1在第一透镜点FL1上入射，该透镜点处于偏离第一透镜单元4A的中心点向下的位置。换句话说，灯2A的弧光发射中心点P1和透镜单元4A的中心点不一致。如图2所示，这种中心点的非一致主要出现在第一蝇眼透镜4的中心区域上的透镜单元4A和4B上。
图4图解一个图像的光束分布，该图像是从灯2A发射的光束经过第一蝇眼透镜4在第二蝇眼透镜6上形成，其中可以得知中心部分‘A’里的透镜单元上的光束分布在第二蝇眼透镜6的高度方向上散射比第二蝇眼透镜的其它部分中的透镜单元上的光束分布更广泛。第二蝇眼透镜6中心部分中光束分布比较大，这里的光效率与光束分布比较小的其它部分相比是低的。因此，灯和透镜单元的中心点的非一致性造成液晶投影仪的低光效。
发明概述因此，本发明涉及液晶投影仪中的照明系统，该液晶投影仪基本上排除了由于相关技术的局限性和缺点造成的一个或更多的问题。
本发明的一个目的是提供一种液晶投影仪中的照明系统，该投影仪可以提高光效。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明书中阐明，并且在说明书中部分将是明显的，或可以从本发明的实践中获悉。通过在书面说明书和其权利要求书连同附图中指出的结构，本发明的目的和其它优点将得到实现和获得。
为了完成这些和其它优点并根据本发明的目的，如同具体表达和概括描述的那样，液晶投影仪中的照明系统包括一个光源；第一蝇眼透镜，其具有第一透镜单元，每个透镜单元具有一个第一中心点，和布置在第一透镜单元外部的第二透镜单元，每个透镜单元具有一个第二中心点，用于接收从光源中发射的光束，分别与第一透镜单元的第一中心点和第二透镜单元的第二中心点相对应；和第二蝇眼透镜，其具有多个透镜单元用于把从第一蝇眼透镜来的光束折射为平行光束。
第一透镜单元的第一中心点设置在离开第一透镜单元中心轴一段距离的点上，在该点上从光源来的光束入射，和第二透镜单元的第二中心点设置在第二透镜单元中心轴上。
第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的高度方向上的中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分里，第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的宽度方向上的中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分里，或第一透镜单元排列在以第一蝇眼透镜中心为中心的辐射方向上。
在本发明的另一方面中，液晶投影仪中的照明系统包括一个弧光灯，其用于通过弧光发射来发射光束；一个抛物面反射镜，其用于使得从灯中发射的光束的所有反射变为一个方向；第一蝇眼透镜，其具有第一透镜单元，每个透镜单元具有一个中心点，该中心点被转移离开第一透镜单元中心轴一定距离，和布置在第一透镜单元外部的第二透镜单元，每个透镜单元具有一个中心点，该中心点在第二透镜单元的中心轴上，其用于接收在抛物面反射镜反射的光束，该反射镜与第一透镜单元和第二透镜单元的中心点相对应；和第二蝇眼透镜，其具有多个透镜单元用于把从第一蝇眼透镜来的光束折射为平行光束。
第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的高度方向上的中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分里，第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的宽度方向上的中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分里，或第一透镜单元排列在以第一蝇眼透镜中心为中心的辐射方向上。
可以理解，上面的概括说明和下面的详细说明是示范的和说明的，将要提供本发明的进一步说明作为权利要求。
包括在这里的附图提供对本发明的进一步理解和被结合构成本说明书的一部分，它们图解了本发明的实施例和与说明书结合用于解释本发明的原理在这些图中图1图解了液晶投影仪中相关技术的照明系统；图2图解了图1中从灯发射的在第一蝇眼透镜上入射的光束；图3图解了图1中灯的中心和图1中透镜单元中心的不一致；图4图解了图1中第二蝇眼透镜上形成的图像的光束分布；图5图解了根据本发明的优选实施例的液晶投影仪中的照明系统；
图6和图7图解了透镜单元的布置，该透镜单元具有偏离图5中第一蝇眼透镜的透镜单元中心的中心点；图8图解了图5中第二蝇眼透镜上形成的图像的光束分布；和图9图解了一个表示本发明和相关技术之间的光效差别的曲线图。
优选实施例的详细描述下面将详细说明本发明的优选实施例，优选实施例的例子在附图5-9中图解。
本发明提出使得灯的弧光发射中心和第一蝇眼透镜的透镜单元中心一致，用于提高光效。图5图解了根据本发明的优选实施例的液晶投影仪中的照明系统。
参考图5，根据本发明的优选实施例的液晶投影仪中的照明系统，其包括一个光源10，用于发射光束；和第一蝇眼透镜12，其用于把从光源10发射的光束聚合到其它蝇眼透镜的透镜单元上。光源10具有一个弧光灯10A和一个环绕灯10A的抛物面反射镜10B。
第一蝇眼透镜12具有第一透镜单元和第二透镜单元的矩阵，它们具有不同的中心点。第二透镜单元被排列在第一透镜单元周围。也就是，第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜12的高度方向上的中心轴排列在第一蝇眼透镜12的中心部分里，或沿着第一蝇眼透镜12的宽度方向上的中心轴排列在第一蝇眼透镜12的中心部分里，或沿着第一蝇眼透镜12辐射方向中心轴排列在第一蝇眼透镜12的中心部分里，而第二透镜单元排列在第一透镜单元的外部。
第一透镜单元具有一个中心点，该中心点在离开第一透镜单元中心轴一定距离的点上，并且第二透镜单元具有一个中心点，该中心点在第二透镜单元的中心轴上。也就是，第一透镜单元的中心点根据第一透镜单元上的光束入射点来确定。通常，透镜单元的中心点可以依据透镜单元的结构移到理想的点。
参考图5，由灯10A上弧光发射产生的白光束在抛物面反射镜10B上以一种准平行光束形式被完全地反射，并且直接射到第一蝇眼透镜12。第一蝇眼透镜12把从光源10发射的光束分散到透镜单元中，并且在第二蝇眼透镜14的透镜单元上聚焦，第二蝇眼透镜14把从第一蝇眼透镜12来的光束折射成平行光束。
这样，本发明的第一蝇眼透镜12可以校正灯10A的弧光发射的中心P1和透镜单元的中心之间的不一致，通过在第一蝇眼透镜12的中心区域(该区域里弧光发射的中心P1和透镜单元的中心是不一致的)排列具有偏离中心点的第一透镜单元。
如图5所示，可以得知，通过改变每个透镜单元12A和12B的中心点，在该区域里弧光发射的中心P1和透镜单元12A和12B的中心在第一蝇眼透镜12的中心轴方向上是不一致的，每个透镜单元12A和12B的中心点与弧光发射长度的中心点P1相对应。
透镜单元12A和12B具有可改变的中心点来与弧光发射长度的中心点P1相对应，其可以排列在第一蝇眼透镜12的宽度的中心部分，并沿着第一蝇眼透镜12的高度方向的中心线‘Y’排列如图6中的阴影部分，或在以第一蝇眼透镜16中心点为中心的辐射方向上如图7中的阴影部分。
或者作为另一个实施例，透镜单元12A和12B具有可改变的中心点，其可以被排列在第一蝇眼透镜12的高度的中心部分，并沿着第一蝇眼透镜12的宽度方向的中心线排列。
参考图8，从灯10A发射的并在抛物面反射镜10B上反射的和经由第一蝇眼透镜12在第二蝇眼透镜14上聚焦的光束分布被表示，在这种情况下就是第一蝇眼透镜12的透镜单元12A和12B具有改变的中心点，其排列在第一蝇眼透镜12的宽度的中心部分，并沿着第一蝇眼透镜12的高度方向的中心线‘Y’排列如图6所示。
如果图8中所示的本发明的光束分布与相关技术的光束分布相比较，可以得知，虽然在透镜单元上形成的图像的光束分布‘A’(该透镜单元在沿着第二蝇眼透镜6高度方向的中心部分里如图4所示)比在第二蝇眼透镜6其它部分里的透镜单元上形成的图像的光束分布分散更广泛，在透镜单元上形成的图像的光束分布‘B’(该透镜单元在沿着第二蝇眼透镜14高度方向的中心部分里如图8所示)等于在第二蝇眼透镜14其它部分里的透镜单元上形成的图像的光束分布，由于第一蝇眼透镜12具有可改变中心点的透镜单元12A和12B。
这样，即使在第二蝇眼透镜14中心部分的透镜单元上，图像的聚焦和形成等于其余部分透镜单元，提高了光效。
图9表示在图2中使用相关技术第一蝇眼透镜4的照明系统的光效和图5中使用本发明第一蝇眼透镜12的照明系统的光效的测试结果，其中可以得知，图5中使用本发明具有可改变中心点的透镜单元的第一蝇眼透镜12的照明系统的光效，与图2中使用本发明相关技术第一蝇眼透镜4的照明系统的光效相比得到提高。特别是，在绿色波带中本发明的照明系统的光效提高了约45％。
正如已经说明那样，本发明的液晶投影仪中的照明系统可以提高光效，通过在一个区域里排列具有可变中心点的透镜单元，在该区域里第一蝇眼透镜的透镜单元的中心点与弧光发射长度的中心点不一致。特别是，本发明的液晶投影仪中的照明系统在绿色波带中可以提高光效约45％，因此容许提供更清晰图像。
对于本领域技术人员来说，在本发明的液晶投影仪中的照明系统中作出不超出本发明的精神或范围的各种修改和变化是显而易见的。因此，本发明旨在覆盖规定的本发明的修改和变化，它们在附加的权利要求和其等价物的范围之内。
权利要求
1.一种液晶投影仪中的照明系统，其包括一个光源；一个第一蝇眼透镜，其包括第一透镜单元和布置在第一透镜单元外部的第二透镜单元，第一透镜单元的每个透镜单元具有一个第一中心点，第二透镜单元的每个透镜单元具有一个第二中心点，该第一蝇眼透镜用于接收从光源中发射的光束，分别与第一透镜单元的第一中心点和第二透镜单元的第二中心点相对应；和第二蝇眼透镜，其具有多个透镜单元，用于把从第一蝇眼透镜来的光束折射为平行光束。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中第一透镜单元的第一中心点设置在离开第一透镜单元中心轴一定距离的点上，从光源中发射的光束在该中心点上入射。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其中第二透镜单元的第二中心点设置在第二透镜单元的中心轴上。
4.根据权利要求1所述的照明系统，其中第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的高度方向中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其中第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的宽度方向中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其中第一透镜单元排列在以第一蝇眼透镜中心为中心的辐射方向上。
7.一种液晶投影仪中的照明系统，其包括一个弧光灯，其用于通过弧光发射来发射光束；一个抛物面反射镜，其用于使得从灯中发射的光束的所有反射变为一个方向；第一蝇眼透镜，其具有第一透镜单元，每个第一透镜单元具有一个中心点，该中心点偏离第一透镜单元中心轴一定距离，和布置在第一透镜单元外部的第二透镜单元，每个第二透镜单元具有一个中心点，该中心点在第二透镜单元的中心轴上，该第一蝇眼透镜用于接收在抛物面反射镜反射的光束，其与第一透镜单元和第二透镜单元的中心点相对应；和第二蝇眼透镜，其具有多个透镜单元用于把从第一蝇眼透镜来的光束折射为平行光束。
8.根据权利要求7所述的照明系统，其中第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的高度方向中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分。
9.根据权利要求7所述的照明系统，其中第一透镜单元沿着第一蝇眼透镜的宽度方向中心线排列在第一蝇眼透镜的中心部分。
10.根据权利要求7所述的照明系统，其中第一透镜单元排列在以第一蝇眼透镜中心为中心的辐射方向上。
全文摘要
用于提高蝇眼透镜光效的液晶投影仪中的照明系统包括一个光源;一个第一蝇眼透镜,其包括第一透镜单元和布置在第一透镜单元外部的第二透镜单元,第一透镜单元的每个透镜单元具有一个第一中心点,第二透镜单元的每个透镜单元具有一个第二中心点,用于接收从光源中发射的光束,分别与第一透镜单元的第一中心点和第二透镜单元的第二中心点相对应;和第二蝇眼透镜,其具有多个透镜单元用于把从第一蝇眼透镜来的光束折射为平行光束。
文档编号H04N5/74GK1363858SQ0113816
公开日2002年8月14日 申请日期2001年12月23日 优先权日2000年12月23日
发明者罗万浩, 姜镐仲 申请人:Lg电子株式会社