专利名称：具备隧道积分器和物镜的投影照明系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于投影仪的照明系统，更具体地，涉及包括隧道积分器的投影仪的照明系统。
背景技术：
用于将图像投影在屏幕上的投影系统使用几种不同的部件对成像器(imager)提供有效的照明。投影系统通常使用灯产生照明光线，利用介于灯与成像器间的几个光学元件将光传输至成像器。成像器是在一束光线上形成影像的装置。其通过不同的机制执行此功能，例如，通过吸收，如采用摄影幻灯片；通过偏振，如采用液晶显示器；或通过光线转移，如采用可单独寻址的可倾斜的镜片微机械阵列。一些成像器，例如摄影幻灯片，本来就可以在光线束上施加色彩。其它的成像器，例如倾斜镜片微机械阵列，需要通过将光线分解为基色并单独将其提供给(各)成像器来施加色彩。如果投影系统中的成像器数量少于基色的数量，那么通常要一个接一个地将不同的色彩施加到成像器。该过程称为现场顺序着色(field sequential color)。如果成像器数量等于基色数量，那么可将光线同时施加到各成像器。两种方法都得到广泛的应用。
采用不同的方法使来自灯的光线强度均匀地照射在(各)成像器上。隧道积分器(tunnel integrator)是均匀光线强度的一种方法。该隧道积分器典型为管或棒，横截面通常为圆形，但这并不是必须的。导入至隧道积分器一端的光线沿管或棒传播，经积分器壁的多次反射到达输出端。在管或棒中的多次反射使得隧道积分器的输出端光线比输入端更加均匀。在棒内部，采用全反射或前表面反射来反射该光线。中空的隧道积分器采用前表面反射，不折射入射光，并因此能够比内部反射隧道积分器在更短的距离内均匀入射光。
发明内容
具有隧道积分器的照明系统通常还包括一个或多个中继透镜，这些透镜在成像器上形成隧道积分器出口端的像。此外，它们还在照明系统内的某些位置形成隧道入口端的像。由于隧道入口端是照明系统的光栅，因此它的像是小孔位置(pupil location)。可在此位置放置第二孔径光栅以阻止杂散光线。可替换地，如果在此位置存在诸如透镜或滤光镜的光学元件，那么该元件的孔径形成第二光栅。如果小孔的位置不适当，那么有必要在照明系统中使用较大直径的透镜。如果不使用较大的透镜，会产生虚化，其降低投影图像亮度的均匀性。较大直径的透镜增大了照明系统的成本和复杂度。
考虑到该问题，本发明主要涉及具有物镜的隧道积分器。具体地，本发明倾向于在投影仪照明系统中采用与隧道积分器出口端相邻的透镜。这些透镜的一个目的是当结合照明系统中的其它中继透镜和/或成像器时，在照明系统第二光栅处形成隧道积分器入口端的像。如果光栅上的成像平面不在隧道积分器入口端的平面上，则光栅将光线虚化。
这使得通过照明系统的光线量最大并保持均匀的图像亮度。从而可降低中继和/或成像器的直径，并因此降低成本。本发明可用于摄像幻灯片投影仪和放大机，也可用于基于电子成像器的投影仪。
本发明的一个实施例涉及一种照明系统，该照明系统包括产生照明光线的光源和配置其用于均匀照明光线的隧道积分器。该隧道积分器具有输入端和输出端。隧道积分器物镜被安放在接近隧道的输出端处。至少配置一个成像器来接收照明光线。中继透镜系统安放在隧道积分器物镜与该至少一个成像器之间，以从隧道积分器向该至少一个成像器中继照明光线。中继透镜系统至少包括第一中继透镜。第一孔径光栅安放在第一中继透镜之后，远离隧道积分器物镜。
本发明的另一实施例涉及一种投影系统，该投影系统包括产生照明光线的光源和配置其用于均匀照明光线的隧道积分器。隧道积分器具有输入端和输出端。隧道积分器物镜安放在接近隧道积分器的输出端处。该隧道积分器物镜是负透镜。至少配置一个成像器接收照明光线。中继透镜系统安放在隧道积分器物镜与该至少一个成像器之间，以从隧道积分器向至少一个成像器中继照明光线。该中继透镜系统至少包括第一中继透镜。
本发明的上述总结并不意图说明本发明每一说明的实施例和每个实现方式。附图和后面的详细说明将更具体地列举这些实施例。
参考附图，考虑到本发明各种实施例的详细说明，可更充分地理解本发明，其中图1示意性地说明现有的具有隧道积分器的投影系统的实施例；图2示意性地说明图1投影系统的详细特征；图3示意性地说明根据本发明原理的具有位于隧道积分器输出端的物镜的投影照明系统实施例的特征；图4示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的实施例；图5示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例；图6示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例；图7示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例；以及图8示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例。
尽管可对本发明进行各种修改和替换形式，它们的细节的在图中作为示例显示，并将详细说明。然而，应当理解，并不意图将本发明限制在说明的特定实施例。相反，意图涵盖所有落入由所附权利要求限定的本发明的精神与范围内的修改、等效物、与替代物。
具体实施例方式
本发明主要涉及在投影系统中，对于均匀化图像照明十分有用的隧道积分器。
包括隧道积分器102的现有照明系统100在图1中示意性地表示。来自灯106的光线104通过椭圆反射镜108聚焦至隧道积分器102的输入端110。聚光镜114，也称为中继透镜，使从离开隧道积分器102的光线112平行，然后该光线通过孔径光栅116。该光线接着通过成像器透镜118，透射成像器120和投影透镜122，到达屏幕124。
在图2的示意图中更清楚地显示了从隧道积分器102端部的光线传输。光线212离开隧道积分器102，由透镜4进行平行，并朝向照明系统100的孔径光栅116前进。来自隧道积分器102离开面中心点214的所有光线212a基本上都由透镜114收集并通过光栅116。然而，对于来自积分器离开面216边缘点218的光线212b并不是这样，光线212b中的一些由光栅116阻挡。这样的阻挡或虚化导致投影图像的边缘和拐角处比中心处暗。来自点218的中央射线220在光栅116前穿过光轴222，但将会明白，中央射线220也可在光栅116之后，或在一些配置下，在光栅116处穿过光轴222。
在本发明的一个特定实施例中，在图3中示意性地说明了称为积分器物镜的透镜304，其与隧道积分器302的输出端相邻放置。该物镜304，结合其它透镜，例如中继透镜314，使隧道积分器302的输入端310在接近孔径光栅321的平面上成像。该中继透镜314也可称为聚光镜。从而，来自隧道积分器输出端316边缘点318的光线312b中的大部分通过光栅316，如同来自输出端316中心点322的光线312a一样。这使投影图像的亮度更加均匀。
光学系统中，在接近物体或像处放置物镜。在照明系统中使用物镜的目的是在远离物体或像中心的区域中修正光束方向。该修正重新定位这些光束的主要(中央)射线穿过照明系统光轴，即光栅的位置。在成像透镜中，物镜也可用于修正透镜的场曲率，失真和/或横向色差。
该隧道积分器可为实芯棒，例如由玻璃或一些其它透射材料形成，透射光通过在棒表面全反射实现均匀化。在另一方法中，隧道积分器302可由中空的反射隧道形成，前表面反射镜限定隧道壁。来自照明源的光线在入口端310进入隧道并从输出端316离开。通过在前表面反射壁的多次反射均匀化该光线，从而照明在隧道积分器302的输出端变得均匀。
当在隧道积分器302的输出端316不存在物镜304时，中继透镜314在照明系统的后面某处形成隧道积分器入口端310的像。物镜304的引入使光学设计人员能够将隧道积分器302入口端310的像放置在光栅316处。
本发明的一个重要特征是隧道积分器302出口端316的物镜304可为负透镜，并由此发散从隧道积分器302出来的光线。如果从聚光镜314至光栅316的距离大于从聚光镜314至在不存在物镜304时形成的隧道积分器302输入端310的像的距离，负物镜304的使用是特别重要的。然而，存在一些本发明的物镜304为正的情况。当从聚光镜314至光栅316的距离小于从聚光镜314至在不存在物镜304时形成的隧道积分器302输入端310的像的距离，正物镜304的使用特别有用。
图4示意性地说明投影照明系统的一个实施例400，成像器420是透射的，例如摄像幻灯片，或透射LCD显示单元。照明系统400包括光源406，其引导光线404至隧道积分器402。使用诸如椭圆反射镜的反射镜408增加到达隧道积分器402输入端410的光线量。该光源可包括，例如，卤素灯，高压水银弧光灯，金属卤化弧光灯，或一些其它类型的产生照明光线的光源。
从隧道积分器402离开的光线412通过与隧道积分器402输出端416相邻的积分器物镜413，通过称为聚光镜的中继透镜414，和成像器物镜418。透镜413，414和418的组合在投影透镜系统422的进入小孔421产生隧道积分器402入口端410的像。该投影透镜系统包括一个或多个透镜，用来从成像器像向屏幕投影图像。
在该具体的实施例中，投影透镜422的光栅421还作为照明系统的光栅，不需要额外的物理光栅。此外，隧道积分器402的出口端416可在成像器420上成像，以在屏幕424上产生均匀亮度的图像。将会明白，投影系统400的其它配置可包括独立于投影透镜系统422光栅的孔径光栅。
在一个方法中，成像器420可为彩色透射LCD成像器。在另一方法中，在透镜414与成像器物镜418间放置分色仪，在成像器420与投影透镜422间放置色彩复合仪。在这种情况下，多个平行的单色透射LCD成像器可用于在光线上成像。在另一实施例中，成像器420可包括一个单色成像器，用于现场顺序着色模式，其中，色彩选择器426，例如调色盘，放置于灯406与屏幕424间的某个位置。在说明的实施例中，色彩选择器426放置在接近隧道积分器402的输入端410处。在现场顺序着色模式中，配置色彩选择器426以选择一个颜色带，且成像器420同步地形成对应于所选颜色带的像。在此后很短时间内，色彩选择器426选择下一个颜色带，且成像器同步地形成对应于下一所选颜色带的像。对于所有颜色带重复该过程，然后对每个相继的图像帧重复该过程。观察者的眼睛综合产生的图像以看到具有多种颜色的图像，即使每次仅投影一种颜色。
图5示意性的说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例500。该照明系统500包括将光线504引导至隧道积分器502的光源506。可使用诸如椭圆反射镜的反射镜508增加到达隧道积分器502输入端510的光线量。从积分器502输出端516离开的光线透射穿过积分器物镜513，到达中继透镜514，并因此通过成像器物镜518，到达反射成像器520。该发射成像器520可为，例如微机电系统(MEMS)成像器，其使用像素反射镜阵列引导入射光束的所选部分返回穿过成像器物镜518，到达投影透镜系统522。该特定实施例中的孔径光栅521位于投影透镜系统522中。
可通过沿光源506与投影屏幕(未示出)间的路径放置诸如调色盘等的色彩选择器526，将反射成像器520用于现场顺序着色模式。在说明的实施例中，色彩选择器526放置在靠近隧道积分器502的输入端510处。
图6示意性地说明根据本发明原理的投影照明系统的另一实施例600。该照明系统600包括将光线604引导至隧道积分器602的光源606。可使用诸如椭圆反射镜的反射镜608增加到达隧道积分器602输入端610的光线量。离开隧道积分器602输出端616的光线透射穿过积分器物镜613，到达中继透镜614，其与隧道物镜613一起在孔径光栅621形成隧道积分器602输入端610的像。
穿过孔径光栅621的光线由透镜626a与626b收集并通过偏光分束镜624传播至成像器620上。
成像器620通过改变入射光束不同部分的偏置振状态调制入射光。该反射的，调制的光线入射至偏光分束镜(PBS)624上。PBS反射在一个方向上偏振的光，并透射在正交方向上偏振的光，因此PBS通过反射该光束的非调制部分将非图像光与图像光分离。那些透射穿过PBS 624的光线部分穿过投影透镜组件622，其包括一个或多个透镜。该图像然后由投影透镜622投影至屏幕(未示出)。
可使用例如调色盘的色彩分离器628分离由光源606产生的不同颜色的光线，使得每次处于一个颜色带中的光线，如红光、绿光或蓝光入射在成像器上。这种色彩分离器可放置在成像器620之前的光学系统中的任何位置，但通常放置在隧道积分器602之前。另一种可用的色彩分离器为基于偏振的色彩分离器。基于偏振的色彩分离器可放置在系统的任何位置，例如在PBS 624之前。色彩分离器628与成像器620的同步允许单个成像器620将观察者感知到的不同颜色的图像投影为单个多色彩图像。
图7示意性地说明投影照明系统的另一实施例700，其基于多个反射成像器。照明系统包括引导光线704至隧道积分器702的光源706。可使用诸如椭圆反射镜的反射镜708增加到达隧道积分器702输入端710的光线量。从隧道积分器702输出端716输出的光线712通过积分器物镜713，到达中继透镜714。
可使用例如分色镜等的色彩分离器716将来自隧道积分器702的光线分离为第一与第二颜色带。在说明的实施例中，分色镜放置在中继透镜714之后。第一颜色带中的光线透射穿过色彩分离器716，且第二颜色带中的光线由色彩分离器反射。在下面的说明中，第一颜色带为红色，第二颜色带为青色。将会明白，在第一与第二颜色带中可为其它的颜色组合。
此后，将透射穿过色彩分离器716的光线支路称为第一支路，由分离器716反射的光线的光学支路称为第二支路。第一与第二支路包含各自的孔径光栅718a与718b。物镜713与中继透镜714结合，以在718a与718b形成隧道积分器714输入端710的像。
在说明的照明系统700的实施例中，在第一与第二支路中分别有物理光栅718a与718b。该物理光栅718a与718b与投影透镜系统722中的光栅721分离，且可在投影透镜系统中的光栅721上成像以最大化透射。光栅718a与718b对于阻止杂散光很有用。
透射穿过分色镜716的光线720穿过光栅718a和一个或多个透镜，到达第一PBS 724a。在说明的实施例中，光线720在到达第一PBS 724a前经过两个中继透镜726与728。
第一PBS 724a将处于一个偏振状态的光730反射至第一成像器732a。第一成像器732a可为偏振调制成像器，其旋转入射到某个成像器光轴上的光的偏振。一种这样的成像器为硅基液晶成像器(LCOS)。第一成像器732a反射光线并偏振调制光的一些部分。那些已经调整偏振的光束的一些部分透射通过第一PBS 724a，到达x-cube合色镜734。没有反射到第一成像器732a的入射到第一PBS 724a的光线730通常透射穿过PBS 724a。可恢复该透射的光线并将其用于照亮成像器732a。
x-cube合色镜734在其对角面上有分色涂层。一个对角面反射一个颜色带，并透射其它两种颜色带，而另一个对角面反射其它颜色带中的一个，并透射其余的颜色带。例如，第一对角面736可反射红色光而透射蓝色与绿色光，第二对角面738可反射蓝色光而透射红色与绿色光。来自第一成像器732a的光经x-cube合色镜的第一对角面736反射，并前进至投影透镜系统722。
经分色镜716反射的第二颜色带中的光740通过第二光栅718b，并可由例如转向镜724(turning mirror)引导至第二色彩分离镜744。该第二色彩分离镜744可为分色镜。沿第二支路传播的光线740可通过一个或多个透镜该说明的实施例显示了通过中继透镜746的光线740。
第二色彩分离镜744将光线740分离为不同颜色带的两个光束748与750。例如，光束748可包含绿色光而光束750包含蓝色光。光束748中的光被引导至第二PBS 724b，其引导一个极化方向上的光至成像器732b。成像器732b旋转光束748所选部分的极化方向，然后反射并使其透射通过第二PBS 724b，到达x-cube合色镜734。
类似地，透射穿过第二色彩分离镜744的光线750通过第三PBS724c，其将一个极化方向上的光反射至第三成像器732c。该第三成像器732c旋转光线750某些所选部分的极化方向，将其反射并透射穿过第三PBS 724c，到达x-cube合色镜734。该x-cube合色镜将从三个成像器732a，732b，732c接收的光合并为单个像光束752，其经由投影透镜系统722透射至图像观察表面，例如投影屏幕。
通常，当透镜从其关联的孔径光栅移开时，主射线的高度增加，从而需要更大直径的透镜。在其它一些投影系统中，孔径光栅放置在紧随隧道积分器之后的第一中继透镜处。因此，在这样的系统中，任一紧随第一中继透镜的的透镜变大，这增加了这些透镜的成本，并增加投影系统占据的空间。
然而，在根据本发明的投影系统中，孔径光栅并没有放置在紧随隧道积分器的第一中继透镜处，而是放置在第一中继透镜的之后。例如，孔径光栅可放置在第一中继透镜与(各)成像器之间。将孔径光栅放置在接近照明系统的中心使得最大限度地降低透镜直径，从而节约成本与空间。例如，当该光栅大约放置在第一中继透镜与其后透镜的中点时，第一中继透镜与其后透镜的直径可降低至最小值，从而降低系统的成本。参考图7，在图中，第二支路中的光栅718b可大约放置在第一中继透镜714与第二中继透镜746的中点。在另一示例中，第一支路中的光栅718a可大约放置在第一中继透镜714与第三中继透镜728的中点。由于中间的中继透镜726靠近孔径光栅718a，其直径由该光栅718限定，选择其直径以优化投影仪投影的光线量。没有减少光线通过量，就不能降低直径。紧随隧道积分器放置积分器物镜允许将孔径光栅放置在第一中继透镜之后，并因此可实现在透镜直径方面的节约。
图8示意性地说明投影照明系统的另一实施例800，其基于多个透射成像器。该照明系统包括800包括将光线804引导至隧道积分器802的光源806。可使用例如椭圆反射镜的反射镜808增加到达隧道积分器802输入端810的光线量。从隧道积分器802输出端816输出的光线812通过积分器物镜813，到达中继透镜系统814。该中继透镜系统包括将隧道积分器802输出面816的像引导至成像器的多个透镜。该中继透镜系统814可包括任意合适数量的透镜。在说明的特定实施例中，该中继透镜系统包括第一中继透镜对815。
可采样诸如分色镜等的第一色彩分离镜816将来自隧道积分器802的光线分离为第一与第二颜色带。在说明的实施例中，分色镜放置在中继透镜对815之后。第一颜色带中的光线820透射通过色彩分离镜816，且第二颜色带中的光线840由色彩分离镜反射。在下面的讨论中，将红色作为第一颜色带，将青色作为第二颜色带。将会知道，在第一与第二颜色带中可为其它颜色组合。
此后，透射通过色彩分离镜816的光学支路称为第一支路，且由分离镜反射的光线支路称为第二支路。该第一与第二支路包含各自的孔径光栅818a与818b。物镜813与中继透镜系统814的一部分，例如第一中继透镜对，结合以在孔径光栅818a与818b处形成隧道积分器802输入端810的像。这增加了系统的光线通过量并增加图像亮度的均匀性。
光线820通过光栅818a和一个或多个透镜，到达转向反射镜824a。在说明的实施例中，光线820通过两个中继透镜826与828，并在到达第一透射成像器832a前由转向反射镜824反射。从透射成像器832a透射的图像光线834a进入色彩合并单元836，例如x-cube合色镜，并朝向投影透镜系统822引导。
由分色镜816反射的第二颜色带中的光线840通过第二光栅818b。可采用第二色彩分离镜842将第二颜色带分离为第一与第二颜色子带。例如，如果光线840为青色，那么可使用第二色彩分离器842将光线840分离为绿色带与蓝色带。第二色彩分离器842向第二透射成像器832b引导例如绿色光的第一颜色子带中的光线。透射穿过第二色彩分离镜842的光线，例如蓝色光线，可由转向镜846引导至第三透射成像器832c。
传播至第二或第三透射成像器832b与832c的光线840通过一个或多个构成部分中继透镜系统814的中继透镜。在说明的实施例中，第一颜色子带中的光线通过中继透镜846与848。第二颜色子带中的光线通过中继透镜846，850，852与854。该中继透镜系统，包括透镜815，826，828，846，848，850，852与854，可用于将隧道积分器802的输入端810经由不同的成像器832a，832b与832c成像至投影透镜系统的光栅821。
分别透射通过第二与第三透射成像器832b与832c的图像光束834b与834c与来自第一透射成像器832a的图像光束834a在色彩合并单元836中结合。该三色图像然后可到达投影透镜系统822，用于在屏幕上(未示出)投影。
将会明白，上述说明仅列出由下面提供的权利要求涵盖的本发明的一些实施例，并可对说明的实施例作出各种修改，同时保持在本发明的范围内。例如，针对基于一个和三个成像单元，示出了投影照明系统。将会明白，使用不同数量成像单元，例如两个成像单元的投影系统也可涵盖本发明。在另一示例中，放置在隧道物镜与(多个)成像器间的透镜数量可与示出的不同。例如，除了成像器物镜外，可有多于一个的中继透镜。
如上所述，本发明可用于投影系统，并相信对于增加投影图像的亮度均匀性特别有用，同时能保持或降低形成该系统的光学部件的成本。不应认为本发明局限于上述的多个具体实施例，而应理解，本发明将涵盖由所附权利要求说明的本发明的各个方面。各种修改，等效过程与本发明可应用的大量结构对本领域的技术人员是显而易见的，本发明所侧重的方面取决于对本说明书的理解。权利要求意图涵盖这些修改与装置。
权利要求
1.一种照明系统，包括产生照明光的光源；配置其使照明光均匀的隧道积分器，该隧道积分器具有输入与输出端；在靠近隧道积分器输出端配置的隧道积分器物镜；配置其用于接收照明光的至少一个成像器；在隧道积分器物镜与至少一个成像器之间配置的中继透镜系统，以从隧道积分器向该至少一个成像器中继照明光，该中继透镜系统包括至少一个中继透镜；以及在第一中继透镜与该至少一个成像器间配置的第一孔径光栅。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该隧道积分器的输入端实际上在第一孔径光栅处成像。
3.如权利要求1所述的系统，还包括投影透镜系统，以投影从该至少一个成像器接收的图像光。
4.如权利要求3所述的系统，其中，隧道积分器的输入端实际上在投影透镜系统的光栅处成像。
5.如权利要求1所述的系统，其中，该隧道积分器物镜为负透镜。
6.如权利要求1所述的系统，其中，该隧道积分器物镜为正透镜。
7.如权利要求1所述的系统，其中，中继透镜系统包括多于一个的中继透镜，第一中继透镜的位置比中继透镜系统的其它中继透镜更接近隧道积分器物镜。
8.如权利要求1所述的系统，其中，第一中继透镜的位置比其它位于隧道积分器物镜与该至少一个成像器间的任何其他透镜更接近隧道积分器物镜。
9.如权利要求1所述的系统，还包括配置在第一中继透镜与该至少一个成像器间的至少一个第二中继透镜。
10.如权利要求9所述的系统，其中，第一孔径光栅位于第一与第二中继透镜之间。
11.如权利要求10所述的系统，其中，第一孔径光栅位于接近第一与第二中继透镜间的中点。
12.如权利要求1所述的系统，其中，光源包括产生照明光的灯和向隧道积分器输入端反射照明光的反射镜。
13.如权利要求1所述的系统，其中，该至少一个成像器包括至少两个成像器；色彩分离光学仪，以将照明光分离为至少两个颜色带；以及色彩合并光学仪以合并从该至少两个成像器接收的至少两个颜色带中的图像光。
14.如权利要求13所述的系统，其中，色彩分离光学仪包括至少一个分色镜。
15.如权利要求13所述的系统，其中，色彩合并光学仪包括彩色棱镜。
16.如权利要求1所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个透射成像器。
17.如权利要求16所述的系统，其中，该至少一个透射成像器包括至少三个透射成像器；和色彩分离光学仪，配置其将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以合并从该至少三个透射成像器接收的至少三个相应的颜色带中的图像光。
18.如权利要求1所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个微机电系统(MEMS)成像器，其包括沿至少两个方向中的一个引导部分入射光线的像素反射镜阵列。
19.如权利要求1所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个反射成像器。
20.如权利要求19所述的系统，还包括至少一个偏光分束镜，配置其将来自中继透镜系统的入射在该至少一个反射成像器上的光从由该至少一个反射成像器反射的图像光中分离。
21.如权利要求19所述的系统，其中，该至少一个反射成像器包括至少三个反射成像器；且还包括色彩分离光学仪，以将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以将该来自至少三个反射成像器的图像光合并为单个图像光束。
22.一种照明系统，包括产生照明光的光源；配置其以均匀照明光的隧道积分器，该隧道积分器具有输入端与输出端；配置在接近隧道积分器输出端的隧道积分器物镜，该隧道积分器物镜为负透镜；配置其接收照明光的至少一个成像器；配置在隧道积分器物镜与该至少一个成像器间的中继透镜系统，以从该隧道积分器向该至少一个成像器中继照明光，该中继透镜系统包括至少第一中继透镜。
23.如权利要求22所述的系统，还包括配置在第一中继透镜与该至少一个成像器之间的孔径光栅，该隧道积分器的输入端实际上在该孔径光栅处成像。
24.如权利要求22所述的系统，还包括投影透镜单元，以投影从该至少一个成像器单元接收的图像光。
25.如权利要求24所述的系统，其中，隧道积分器的输入端实际上在投影透镜系统的光栅处成像。
26.如权利要求22所述的系统，其中，中继透镜单元包括多于一个的中继透镜，第一中继透镜的位置比中继透镜单元中的其它中继透镜更接近隧道积分器物镜。
27.如权利要求22所述的系统，其中，第一中继透镜的位置比任一其它配置在隧道积分器物镜与该至少一个成像器间的透镜更接近该隧道积分器物镜。
28.如权利要求22所述的系统，还包括配置在第一中继透镜与该至少一个成像器间的第二中继透镜。
29.如权利要求28所述的系统，其中，孔径光栅位于第一与第二中继透镜之间。
30.如权利要求28所述的系统，其中，孔径光栅位于接近第一与第二中继透镜的中点。
31.如权利要求22所述的系统，其中，光源包括产生照明光的灯和向隧道积分器输入端反射照明光的反射镜。
32.如权利要求22所述的系统，还包括至少两个成像器；色彩分离光学仪，以将照明光分离为至少两个颜色带；以及色彩合并光学仪，以合并来自该至少两个成像器的该至少两个颜色带中的图像光。
33.如权利要求32所述的系统，其中，该色彩分离光学仪包括至少一个分色镜。
34.如权利要求32所述的系统，其中，该色彩合并光学仪包括彩色棱镜。
35.如权利要求22所述的系统，其中，该至少一个成像器包括至少一个透射成像器。
36.如权利要求35所述的系统，其中，该至少一个透射成像器包括至少三个透射成像器；和色彩分离光学仪，配置其将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以合并从该至少三个透射成像器接收的该至少三个各自的颜色带中的图像光。
37.如权利要求22所述的系统，其中，该至少一个成像器包括至少一个微机电系统(MEMS)成像器，其包括沿至少两个方向中的一个引导部分入射光的像素反射镜阵列。
38.如权利要求22所述的系统，其中，该至少一个成像器包括至少一个反射成像器。
39.如权利要求38所述的系统，还包括至少一个偏光分束镜，配置其将来自中继透镜系统的入射在该至少一个反射成像器的光从由该至少一个反射成像器反射的图像光中分离。
40.如权利要求38所述的系统，其中，该至少一个反射成像器包括至少三个反射成像器；且还包括色彩分离光学仪，以将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以将来自该至少三个来自反射成像器的图像光合并为单个图像光束。
41.一种照明系统，包括产生照明光的光源；配置其以均匀照明光的隧道积分器，该隧道积分器具有输入端与输出端；配置在接近隧道积分器输出端的隧道积分器物镜；配置其接收照明光的至少一个成像器；配置在隧道积分器物镜与该至少一个成像器间的中继透镜系统，以从该隧道积分器向该至少一个成像器中继照明光，该中继透镜系统包括至少第一中继透镜；以及配置在隧道积分器物镜与该至少一个成像器间的第一孔径光栅，隧道积分器的输入端实际上在该第一孔径光栅处成像。
42.如权利要求41所述的系统，还包括还包括投影透镜系统，以投影从该至少一个成像器接收的图像光。
43.如权利要求42所述的系统，其中，隧道积分器的输入端实际上在投影透镜系统的光栅处成像。
44.如权利要求41所述的系统，其中，隧道积分器物镜为负透镜。
45.如权利要求41所述的系统，其中，隧道积分器物镜为正透镜。
46.如权利要求41所述的系统，还至少包括配置在第一中继透镜与该至少一个成像器间的第二中继透镜。
47.如权利要求46所述的系统，其中，该第一孔径光栅位于第一与第二中继透镜之间。
48.如权利要求47所述的系统，其中，该第一孔径光栅位于接近第一与第二中继透镜的中点。
49.如权利要求41所述的系统，其中，光源包括产生照明光的灯和向隧道积分器输入端反射照明光的反射镜。
50.如权利要求41所述的系统，其中，该至少一个成像器包括至少两个成像器；色彩分离光学仪，以将照明光分离为至少两个颜色带；以及色彩合并光学仪，以合并从该至少两个成像器接收的该至少两个颜色带中的图像光。
51.如权利要求50所述的系统，其中，色彩分离光学仪包括至少一个分色镜。
52.如权利要求50所述的系统，其中，色彩合并光学仪包括彩色棱镜。
53.如权利要求41所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个透射成像器。
54.如权利要求53所述的系统，其中，该至少一个透射成像器包括至少三个透射成像器；和色彩分离光学仪，配置其将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以合并从该至少三个透射成像器接收的该至少三个各自的颜色带中的图像光。
55.如权利要求41所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个微机电系统(MEMS)成像器，其包括沿至少两个方向中的一个引导部分入射光的像素反射镜阵列。
56.如权利要求41所述的系统，其中，该至少一个成像器为至少一个反射成像器。
57.如权利要求56所述的系统，还包括至少一个偏光分束镜，配置其将来自中继透镜系统的入射在该至少一个反射成像器的光从由该至少一个反射成像器反射的图像光中分离。
58.如权利要求56所述的系统，其中，该至少一个反射成像器包括至少三个反射成像器；且还包括色彩分离光学仪，以将来自隧道积分器的光分离为至少三个各自的颜色带；以及色彩合并光学仪，以将来自该至少三个来自反射成像器的图像光合并为单个图像光束。
全文摘要
一种照明系统，包括隧道积分器，在其输出端具有物镜。使用该物镜的一个优势是当与该照明系统中的其它中继透镜和/或成像器物镜结合时，可在该中继系统的第二光栅处形成隧道积分器入口端的像。这减少了虚化，增加了亮度的均匀性，并增加了光线通过量。
文档编号H04N9/31GK1771737SQ200480009646
公开日2006年5月10日 申请日期2004年3月5日 优先权日2003年4月11日
发明者史蒂芬·K·埃克哈特 申请人:3M创新有限公司