[发明专利]光照明系统及含该系统的投影装置

说明书

本发明涉及一种照明系统，该系统提供一种沿主轴的辐射光束，供照明在垂直于该主轴的平面内的、具有非圆形横截面的物体。所说的系统包括一个辐射源、一个用于聚集该辐射源所发射线的凹反射镜和一个设置在被聚集射线光程中的透镜系统。本发明还涉及一种包括用于照明至少一块图象显示板的照明系统的图象投影装置，通过照明产生了图象，该图象经过一个投影透镜系统被投影到影屏上。

本文中所说的图象投影装置是广义的，它包括显示如电视图象、图解图象、数字图象或其组合图象的投备。该图象可以是黑白图象和彩色图象。在彩色图象时，显示系统可以包括用于红、绿、蓝三原色的三种彩色信号通道，每一通道包括一块显示板。黑白图象是指仅具有一种颜色的图象，原则上该颜色对应于一种特殊波长。而实际上对应于在该特殊的中心波长附近的波长范围。这种图象可以由一种单色光束形成，该单色光束具有中心波长并尽可能在中心波长的周围具有一波长范围。所说影屏可以是一种透射屏幕，该屏幕将构成该投影装置的一部分并在一端结束该装置。也可以设置得离投影装置有一定距离，该屏幕可以是一个反射屏，例如是一个有适当反射性能的墙。

欧洲专利申请0293007号揭示了一种使用了照明系统的投影电视装置。其中的照明系统用于照射一块液晶显示板。在该公知的照明系统中的反射镜是以大于180°角包围辐射源的抛物柱面反射镜，因而能更多地收集不朝向显示板的射线，并使之反射到显示板上。当用于透射时，液晶显示板具有低的效率：例如仅有10%的投射到该显示板上的射线、穿过投影透镜系统。此外，该系统以放大形式投影该显示板。因此，如果投影屏的单位面积上仍需足够的辐射强度，则照明光束必须具有大的强度。由于投影电视装置是消费装置，因此它应该小巧而不昂贵，并且其结构亦应尽可能简单。首先需要满足辐射源的简单冷却，以便限制辐射源的辐射能量，并尽可能有效地使用该能量。

一个重要的情形是，辐射源与抛物柱面反射镜的组合提供具有圆形横截面的平行光束，而显示板是具有宽高比b/h例如为4∶3的矩形。为了照射整个显示板，位于该显示板外的圆形光束的横截面直径d应为d=b2+h2]]>，而且光束的中心应与该显示板中心重合。照明光束的超出显示板的矩形以外的部分被阻挡，不能用来将显示板投影到影屏上。在欧洲专利申请0239007号所示设备的第一实施中，为了有效利用得到的射线，在辐射源与显示板之间设置了一块透明板，该透明板的朝向辐射源的一面，具有线性菲涅尔透镜结构。该结构包括许多圆柱体透镜，它们的纵方向平行于显示板的宽度方向。这些圆柱体透镜在显示板的高度方向上会聚光束，因此，在这个方向上可有更多的射线穿过显示板。可以在该第一菲涅尔板后面的射线通路上再设置第二块类似的板，以便使得光束以平行光束投射到显示板上。在该实施例中，光束横截面在显示板宽度方向是不合适的，它将引起在这方向上损失一定量的射线。此外，辐射源提供的光束，其中心的光强度比边缘的大，因而在显示板上的照明强度分布将是不均匀的。

在欧洲专利申请0239007号所示照明系统的第二实施例中，由于采用了两个圆形菲涅尔透镜结构来代替两个覆盖整个板面的线性菲涅尔透镜结构，因而得到更均匀的射线分布。这些圆形菲涅尔透镜结构仅仅覆盖板的环形区域。其中第一菲涅尔透镜结构会聚光束的周边部分，而第二菲涅尔透镜结构确保该周边部分平行于不受板影响的光束的中间部分。

本发明涉及一种不同构思的照明系统，特别适用矩形或其它非圆形对称的显示板方面。在该照明系统中，由辐射源提供的最大量射线被投影到显示板上，而且在被照射物体处的照明光具具有适合于该物体的横截面，并射线分布可均匀到最大的限度。