專利名稱：反射型投影儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用反射型圖像形成裝置的反射型投影儀，更具體地說，涉及的反射型投影儀利用從光源發(fā)出的所有光線，根據(jù)偏振方向分解發(fā)射光以使投影在屏幕上的光的強度得以提高。
通常所說的投影儀是這樣一種展示由圖像形成裝置形成圖像的裝置，它使用附加光源把形成的圖像投影在屏幕上。投影儀根據(jù)形成圖像的方式通?？梢苑譃橥队靶屯队皟x與反射型投影儀。


圖1顯示的是常規(guī)反射型投影儀的光學系統(tǒng)。如圖所示，反射型投影儀包括發(fā)出光線的光源10，選擇透射輸入光中諸如紅、綠或藍色光中某一預定光色的色濾光盤20，把具有不同強度輸入光的光線混合以成為均勻光束的攪頻器30，聚焦透鏡32，準直透鏡34，改變輸入光前進路徑的偏振光束分光器40，通過選擇反射輸入光而形成圖像的顯示裝置50，以及在屏幕上(圖中未示)投影輸入光的投影透鏡單元60。
光源10包括發(fā)光燈泡11，諸如金屬鹵素燈泡或氙弧燈泡，以及反射由燈泡11發(fā)出的光的反射鏡13。在光源10與攪頻器30之間沿光的光學路徑設置色濾光盤20，它可以由驅動電機21驅動旋轉。色濾光盤20由紅(R)，綠(G)，和藍(B)三塊相等面積組成。根據(jù)顯示裝置50的響應速度，色濾光盤20中任何一塊R、G和B的面積都可旋轉而位于其光線的光學路徑上。于是，當R，G和B三色光依次重疊時就形成圖像。
攪頻器30通過漫反射輸入光而把輸入光的光線混合，從而使輸入光改變成為均勻光。聚焦透鏡32把通過攪頻器30的光聚焦及發(fā)散以放大透射過來的光的寬度。準直透鏡34把發(fā)散光變成平行光束。
沿著光的光學路徑，在準直透鏡34和顯示裝置50之間設置偏振光束分光器40，根據(jù)鏡面41的偏振分量，有選擇地透射或反射在鏡面41上的輸入光，以改變輸入光的行經路徑。也就是說從光源10一側送來的光根據(jù)光的偏振分量是P-偏振光束還是S-偏振光束有選擇地透射或反射。
圖1顯示的是由偏振光束分光器40透射出來的光用作有效光的一個實例。顯示超級響應速度二維數(shù)組結構的鐵電液晶顯示器(FLCD)用作顯示裝置50。顯示裝置50具有一組二維數(shù)組結構的反射小區(qū)，每個反射小區(qū)獨立驅動，形成由調制輸入光的偏振方向而成的圖像。
輸入到顯示裝置50上的光再一次被反射又復進入偏振光束分光器40。這時復入偏振光束分光器40的光束有了它自己被顯示裝置50改變了90°的偏振方向。于是光束再由偏振光束分光器40的鏡面41全反射地進入投影透鏡單元60。光束透過投影透鏡單元60投影在屏幕上(圖中未示出)。
另外，數(shù)字鏡面裝置(DMD)也可以用作顯示裝置50。DMD也是二維數(shù)組結構且由一組反射鏡組成，每個反射鏡都是鉸連接且可以單獨轉動。每個反射鏡根據(jù)圖像的相應像素有選擇地驅動以改變光的反射角。在這種情況下使用DMD作為顯示裝置50時，就不再需要偏振光束分光器40了。
根據(jù)常規(guī)反射型投影儀，圖像的色彩借助于設置在光的光學路徑上的色濾光盤20來體現(xiàn)，也就是說，圖像是由在屏幕上依次投影的三種光色(R，G與B)來顯示。由于光的總量理論上減少到由光源原發(fā)出的光量的三分之一，所以光的強度降低了，光效率也減小了。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的就是提供一種反射型投影儀，其中由光源發(fā)出的光分離成具有兩條光學路徑，在一條光學路徑上設置色濾光盤，而在另一條光學路徑上則有附加圖像裝置，這樣就改進了光效率。
為了達到以上目的，提供的反射型投影儀包括光源；根據(jù)輸入光的偏振分量透射或反射輸入光的偏振光束分光器；將輸入光放大并使之在屏幕上聚焦投影的投影透鏡單元；具有第一和第二二向色反射面的二向色光束分光器，用以透射或反射由光源發(fā)出的，經偏振光束分光器分光的一個偏振光的光線，二向色光束分光器把光分成三種顏色，第一第二和第三圖像單元，分別位于二向色光束分離器的相應光輸出面的位置上，形成從光源來的圖像并反射該形成的圖像，第四圖像單元用以形成由光源發(fā)出的，由偏振光束分光器分光的另一偏振光的光線的圖像，并反射該形成的圖像；以及位于偏振光束分光器與第四圖像單元之間的色濾光片，它可以旋轉用以確定通向第四圖像單元的光線的顏色。
本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點通過它的優(yōu)選的實施例的詳盡介紹以及參閱附圖會更加清楚，附圖中圖1是常規(guī)反射型投影儀光學系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的反射型投影儀的光學系統(tǒng)的示意圖；圖3是說明圖2系統(tǒng)中蠅眼透鏡的示意圖；圖4是說明本發(fā)明中用作光混合裝置的攪頻器的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的反射型投影儀的光學系統(tǒng)的示意圖。
參閱圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的反射型投影儀包括產生和發(fā)出光的光源110；根據(jù)輸入光的偏振分量把輸入光分離的偏振光束分光器130；具有第一和第二二向色反射面141和143的二向色光束分光器140；第一，第二，第三和第四圖像單元151，155，161和165；位于沿偏振光束分光器130與第四圖像單元165之間的光學路徑，用以確定通向第四圖像單元165的光的顏色的色濾光盤170，以及通過放大把輸入光投影在屏幕上(圖中未示出)的投影透鏡單元180。
光源110包括發(fā)光燈泡111以及反射發(fā)光燈泡111發(fā)出光的反射鏡113。反射鏡113可以是橢圓鏡，一個焦點在燈泡111位置上，另一個焦點在反射光聚焦位置上，也可以是聚焦在燈泡111位置上的拋物面鏡，它使燈泡發(fā)出的光經鏡面反射成平行光束。
沿著在光源110與偏振光束分光器130之間的光學路徑上相宜地設置光混合單元120以使得光源110發(fā)出的光經發(fā)射/收斂或漫反射而成為均勻光。參閱圖2，光混合單元120包括彼此相鄰的第一和第二蠅眼透鏡121和122，以及將來自第二蠅眼透鏡122的光進行聚焦的聚焦透鏡123。在這種情況下就最好采用拋物面鏡作為反射鏡113。每一個第一和第二蠅眼透鏡121與122，在其輸入和輸出面上都形成眾多的矩形凸鏡用以分別聚焦輸入光。各個凸鏡部分的寬長比121a(122a)與鐵電液晶顯示器(FLCD)或下面還要介紹的數(shù)字鏡面裝置的寬長比成比例。通過第一和第二蠅眼透鏡121和122的各自凸鏡部分121a的光線，在通過聚焦透鏡123以后，以發(fā)散狀態(tài)輸入到偏振光束分光器130中去。因而由光源110發(fā)出的不規(guī)則強度的光線被第一和第二蠅眼透鏡121和122混合后成為具有規(guī)則強度的均勻光。
另外，由圖5所示，攪頻器125也可以把輸入光通過將其漫反射而成為均勻光，同時聚焦透鏡126也可以用作光混合單元120。參閱圖4和圖5，攪頻器125是一根具有都與光的光學路徑垂直的輸入面和輸出面的玻璃棒。攪頻器125輸出面125a的寬長比也是與FLCD或下面還要介紹的數(shù)字鏡面裝置的寬長比成比例。當攪頻器125用于光混合單元120中時，最好反射鏡113采用橢圓面鏡。用以對輸入光聚焦的聚焦透鏡126設置在攪頻器125與偏振光束分光器130之間的光學路徑上。
偏振光束分光器130根據(jù)輸入光的偏振方向，通過透射或反射輸入光，改變光源110發(fā)出的光的行經路徑。也就是說，根據(jù)它們的偏振分量是P-偏振分量還是S-偏振分量有選擇地透射或反射光源發(fā)出的光。圖2顯示一個例子，其中由偏振光束分光器130反射的一個偏振分量的光束射向二向色光束分光器140，而透過偏振光束分光器130的另一個偏振分量的光束則射向色濾光盤170。這里也可以是通過偏振光束分光器130的光束射向二向色光分光器140，而由偏振光束分光器140反射的光束射向色濾光盤170。
具有第一和第二二向色反射面141與143的二向色光束分光器140把由偏振光束分光器130反射來的，例如S-偏振分量的一個偏振分量的光束分離，并根據(jù)它們各自的波長依靠透射或反射射向每一個第一、第二和第三圖像單元151，155和161。
例如，第一二向色反射面141反射相應于紅色(R)光束并透射相應于藍色(B)和綠色(G)的光束，這樣紅色光的光束就可以輸入到第一圖像單元151中去。第二二向色反射面143反射相應于藍色(B)光束并透射相應于紅色(R)和綠色(G)的光束，這樣藍色光的光束就可以輸入到第三圖像單元161中去。透射過第一和第二二向色反射面141和143的綠色(G)光束就同時被輸入到第二圖像單元155中。
第一、第二和第三圖像單元151，155和161分別包括FLCD 152，156和162。每個FLCD 152，156和162都包括眾多的二維數(shù)組結構的像素，每一個都可以單獨被驅動，形成圖像并將之反射。從已驅動的FLCD像素上反射的光和沒有被驅動的像素上反射的光彼此之間都有不同的偏振分量。例如，當從偏振光束分光器130上反射出來的S-偏振分量光輸入到FLCD 152，156和162中時從驅動像素反射過來的光就有P-偏振分量，其中偏振方向已改變了90°。而反過來從沒有被驅動的像素上反射過來的光就有S-偏振分量，它們在偏振方向沒有變化。這樣，從驅動像素反射過來的光僅僅透過二向色光束分光器140和偏振光束分光器130并把光射向投影透鏡單元180。
色濾光盤170和第四圖像產生單元165利用通過偏振光束分光器130的光，例如P-偏振分量的光體現(xiàn)了光色。
色濾光盤170位于偏振光束分光器130和第四圖像單元165之間，它包括色濾光片173和轉動色濾光片173的驅動源171。色濾光片173由三種顏色組成，諸如紅(R)，綠(G)和藍(B)，或黃(Y)，寶石藍(C)和絳紅(M)。色濾光片的每一種顏色有選擇地設置在光的光學路徑上，使得從光源110輸入的光根據(jù)其波長能予以有選擇地透射。色濾光片173分布在整個色濾光盤上并覆蓋同樣的面積。最好第四圖像單元165也是FLCD 166。
這里，第一、第二和第三圖像單元151，155和161各自獨立地相應于同時在屏幕上(圖中未示出)聚焦的每一種顏色形成圖像。第四圖像單元165代表了依次在屏幕上聚焦的三種顏色。這樣第四圖像單元165的響應速度大于第一、第二和第三圖像單元151，155和161各自的響應速度。
下面介紹根據(jù)本發(fā)明實施例的反射型投影儀的操作。
參閱圖2，由光源110發(fā)射的光經過光混合單元120諸如第一和第二蠅眼透鏡121和122以及聚焦透鏡123以后成為均勻光，并射向偏振光束分光器130。輸入到偏振光束分光器130的光根據(jù)偏振分量或透射或反射。由偏振光束分光器130反射的光通過二向色光束分光器140輸入到第一、第二和第三圖像單元151，155和161，它們相應各自光色分別產生圖像。產生的圖像再一次被反射并通過二向色光束分光器140輸入到偏振光束分光器130中。由于在第一、第二和第三圖像單元151，155和161中光的偏振狀態(tài)發(fā)生變化，從第一、第二和第三圖像單元151，155和161各自輸入的光通過偏振光束分光器130并由投影透鏡單元180聚焦在屏幕上。
當由光源110輸入的光，在通過偏振光束分光器130后透過色濾光盤170，光色依次被選定并由第四圖像單元165形成圖像。第四圖像單元165改變輸入光的偏振方向，并把輸入光反射射向偏振光束分光器130。輸入到偏振光束分光器130的光被反射并在透過投影透鏡單元180后聚焦在屏幕上。
這里，由第一、第二和第三圖像單元151，155和161形成的圖像，是由在一個圖幀上同時重疊三種光色而形成的。由第四圖像單元165形成的圖像則是依次重疊各自的光色而形成的。
圖5將介紹本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例。與圖2相同的元件將用同一標號標識，同時對其詳盡的介紹也予以簡略。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例的特點，由輸入光形成圖像的第一至第四圖像單元151，155，161和165各自使用了相位延遲片153，157，163和167以及數(shù)字鏡面裝置(以下簡稱DMDs)154，158，164和168。各個相位延遲片153，157，163和167位于光學路徑上以延遲輸入光的相位。相位延遲片153，157，163和167最好采用1/4波長片，它可以改變輸入光的偏振方向。這樣當由偏振光束分光器130反射過來的S-偏振光經過1/4波長片和DMDs 154，158，164和168又再度進入，把光的偏振分量改變?yōu)镻-偏振光，并使之通過偏振光束分光器130并射向投影透鏡單元180。同樣，當通過偏振光束分光器130的P-偏振光經過1/4波長片和DMDs 154，158，164和168又再度進入時，光的偏振也改變?yōu)镾-偏振，由偏振光束分光器130反射過來的光也射向投影透鏡單元180。
由于它的運行與第一實施例的運行非常相同，所以根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的反射型投影儀的運行介紹就予以簡略。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的反射型投影儀中，它包含了一種在一個圖幀的圖像上依次重疊各自的光色的結構和一種同時重疊各自光色的結構，根據(jù)光的偏振分量將輸入光分離使之具有不同光學路徑的兩種光，通過利用這兩種光，就可以提高了由光源發(fā)出的光的使用效率。因而屏幕的亮度也能大大地改進。
應該指出，本發(fā)明不僅限于上面介紹的優(yōu)選實施例，本領域的技術人員清楚地了解，在不超出和不違背由權利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神實質的情況下，是可以進行修改和補充或替代的。
權利要求
1.一種反射型投影儀，其具有光源，根據(jù)輸入光的偏振分量透射或反射輸入光的偏振光束分光器，以及將輸入光放大并使之在屏幕上聚焦投影的投影透鏡單元，其特征在于該反射型投影儀還包括二向色光束分光器，它具有第一和第二二向色反射面，用于透射或反射一種偏振光的光線，這種偏振光是由所述光源發(fā)出并由所述偏振光束分光器分離而成三種色光；第一、第二、和第三圖像單元，分別位于所述二向色光束分光器的相應的光輸出面的位置上，用于形成來自輸入光的圖像并反射形成的圖像；第四圖像單元用于形成來自由所述光源發(fā)出的并由所述偏振光束分光器分離的另一偏振光的光線形成的圖像并反射該形成的圖像；以及色濾光片，位于所述偏振光束分光器和所述第四圖像單元之間，并可以旋轉，用于確定射向所述第四圖像單元的光線的光色。
2.根據(jù)權利要求1所述的反射型投影儀，其中所述的第一、第二、第三和第四圖像單元每一個都包括具有二維數(shù)組結構的像素的鐵電液晶顯示器，用于使輸入光具有根據(jù)每一個像素獨立選定的偏振方向并將其反射。
3.根據(jù)權利要求1所述的反射型投影儀，其中所述的第一、第二、第三和第四圖像單元每一個都包括一個位于光的光學路徑上用以延遲輸入光相位的相位延遲片以及一個具有眾多二維數(shù)據(jù)結構的反射小鏡的數(shù)字鏡面裝置，每個反射小鏡都能獨立驅動，用于形成來自輸入光而將其反射而成的圖像。
4.根據(jù)權利要求3所述的反射型投影儀，其中所述相位延遲片是1/4波長片，它使輸入光的相位延遲90°。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的反射型投影儀，還進一步包括位于所述光源和所述偏振光束分光器之間并沿光的光學路徑設置的光混合單元，用于通過對輸入光的發(fā)散/收斂或漫反射而將從所述光源發(fā)出的光變成均勻光。
6.根據(jù)權利要求5所述的反射型投影儀，其中所述的光混合單元包括位置彼此相鄰的第一和第二蠅眼透鏡，并各自在其輸入和/或輸出面上具有眾多的小凸鏡，每一所述小凸鏡將輸入光聚焦，以及包括將通過所述第二蠅眼透鏡的光使之聚焦成為平行光束的聚焦透鏡。
7.根據(jù)權利要求5所述的反射型投影儀，其中所述光混合單元是具有輸入面和輸出面兩者都與光的光學路徑相垂直的玻璃塊的攪頻器。
全文摘要
一種反射型投影儀,其包括:一個二向色光束分光器,用以透射或反射一種由光源發(fā)出并由偏振光束分光器分離而成三種色光的偏振光;第一、第二和第三圖像單元,分別位于二向色光束分光器的相應的光輸出面的位置上,用以形成圖像并反射之;第四圖像單元用以形成來自光源發(fā)出的并由偏振光束分光器分離的另一偏振光的圖像并反射之;一色濾光片,其位于偏振光束分光器和第四圖像單元之間,并可以轉動,用以確定光色。由于利用了所有由光源發(fā)出的光線并根據(jù)偏振方向予以分光,所以投影在屏幕上的光的強度得以增強。
文檔編號H04N9/31GK1200491SQ98106220
公開日1998年12月2日 申請日期1998年4月8日 優(yōu)先權日1997年5月27日
發(fā)明者鄭明烈 申請人:三星電子株式會社