專利名稱：全反射棱鏡及帶有該全反射棱鏡的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全反射棱鏡及一種帶有該全反射棱鏡的投影儀。
背景技術(shù)：
通過使用投影透鏡，投影儀將一個小圖像放大并將其投影至一個大尺寸屏幕上以此來顯示出一個較大尺寸的圖像。投影儀上裝備有色盤(colorwheel)，以在復(fù)制彩色的時間基礎(chǔ)上分解紅顏色“R”、綠顏色“G”、藍(lán)顏色“B”。該色盤通過電機(jī)帶動來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以連續(xù)分解各種色彩。圖1和圖2示出了相關(guān)技術(shù)的投影儀。
參照圖1和2，相關(guān)技術(shù)的投影儀配備有一燈1、一反射面板2、一色盤4、一棒形透鏡6、第一透鏡7和8、一反射鏡10、第二透鏡12、一棱鏡16、一顯示器14和一投影透鏡18。
從燈1發(fā)出的光束被反射面板2聚焦在色盤4上，隨著電機(jī)5轉(zhuǎn)動該色盤，色盤4依次透射紅光、綠光、藍(lán)光。被色盤4分解的光束入射至棒形透鏡6上，棒形透鏡6使該光束變得均勻，從而將該光束均勻地分布在一個屏幕上。穿過棒形透鏡6的光束穿過第一透鏡7和8射至反射鏡10上，然后在反射鏡10處被反射射向第二透鏡12。第二透鏡12將來自反射鏡10的光束聚焦在棱鏡16上，棱鏡16將來自第二透鏡12的光束引向一顯示器14，而且同時將一來自顯示器14的圖像光束供給至投影透鏡18。顯示器14利用于自棱鏡16的光束來產(chǎn)生一加載有圖像信息的圖像光束。棱鏡16將該來自顯示器14的圖像光束反射至投影透鏡18。為此，如圖3A和3B所示，該棱鏡16具有第一反射面20，用于將來自第二透鏡的光束第一次反射至顯示器上，和第二反射面22，用于將來自顯示器14的圖像光束第二次反射至投影透鏡18。最終，投影棱鏡18放大了該圖像光束，且將該圖像光束投影至位于投影透鏡18前一定距離處的一屏幕上。圖4A和4B示出了圖1中相關(guān)技術(shù)的色盤。
參照圖4A和4B，該相關(guān)技術(shù)的色盤4配備有多個濾色片26，其每個都用于透射白光光束中具有相應(yīng)彩色波長的光束；有濾色片26安裝于其上的一耦合器24；以及有該耦合器24安裝于其上的電機(jī)5。
該濾色片26配備有一用于透射白光光束中紅色光束的紅色濾色片26R；一用于透射白光光束中綠色光束的綠色濾色片26G；和一用于透射白光光束中藍(lán)色光束的藍(lán)色濾色片26B。
該濾色片26通過粘合劑附著于耦合器24上，耦合器24通過其中的孔25固定在電機(jī)5上。也即，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動濾色片26，濾色片26連續(xù)分離各種彩色。優(yōu)選的是，當(dāng)如圖4A和4B所示光束透射過色盤4時，該光束能在最短的時間間隔內(nèi)穿過濾色片的邊界。舉例來說，假定該電機(jī)以3600轉(zhuǎn)數(shù)/分(rpm)旋轉(zhuǎn)以每秒鐘顯示60場，就能計(jì)算出光束穿過邊界所需的時間間隔。在此例中，假定該光束是8mm寬、6mm高的矩形，則濾色片26應(yīng)具有30mm的內(nèi)徑和40mm的外徑。
公式(1)表示當(dāng)光束穿過濾色片26的表面時的一個角度，公式(2)表示當(dāng)光束穿過濾色片26的邊界27時的時間。 (其中，31是從色盤4到光束的距離，3是光束的一半高度)。t=160×11.055120=1.54μs----(2)]]>(其中，120是將360°除以3而得到的值，3是邊界27的數(shù)目)。
從公式(2)可知，光束穿過濾色片26的邊界27所需的時間間隔為1.54μs。如從公式(1)和(2)所知的，為了減小光束穿過濾色器26的邊界27所需的時間間隔，就有必要使色盤4的內(nèi)徑更大些。然而，色盤4的內(nèi)半徑越大，投影儀就會變得越大且越重。
此外，該相關(guān)技術(shù)的色盤4不能與其它的光學(xué)系統(tǒng)(各種透鏡)交疊安裝，從而需要更多的空間。還有，該相關(guān)技術(shù)的棱鏡16產(chǎn)生兩次全反射，以將來自第二透鏡12的光束透射至投影透鏡18，從而使亮度損耗。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明涉及一種全反射棱鏡和一種帶有該全反射棱鏡的投影儀，其大體上能消除由于相關(guān)技術(shù)的限制和不足所產(chǎn)生的一個或多個缺陷。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種全反射棱鏡和一種帶有該全反射棱鏡的投影儀，其允許制成更薄的投影儀且能提高亮度。
本發(fā)明其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明中得到闡述，且一部分從這些說明中是很明顯的，或從本發(fā)明的實(shí)例中可以得出。尤其通過在書面說明和其權(quán)利要求及所附附圖中所指明的結(jié)構(gòu)，將認(rèn)識并得到本發(fā)明的目的和其它的優(yōu)點(diǎn)。
為了獲得這些和其它的優(yōu)點(diǎn)以及根據(jù)本發(fā)明的目的，如所具體和寬泛描述的，該全反射反射鏡將從光學(xué)系統(tǒng)到投影透鏡的光束完成一次全反射。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種帶有全反射棱鏡的投影儀，其包括用于發(fā)射光束的一光源；和一色盤，用于接收發(fā)自該光源的光束，且將來自該光束的彩色光束連續(xù)分解，并透射該彩色光束；一透射部，用于將該彩色光束導(dǎo)向該棱鏡；一顯示器，用于通過利用于自該透射部的彩色光束根據(jù)視頻信號來產(chǎn)生圖像光束；一設(shè)置在該透射部和顯示器之間的棱鏡，用于將來自透射部的彩色光束導(dǎo)引至顯示器，且從該顯示器反射圖像光束；一投影透鏡，用于放大并投影該圖像光束。
應(yīng)當(dāng)理解，前述的一般性描述和接下來的詳細(xì)描述都是示范性和解釋性的，其是對本發(fā)明的權(quán)利要求提供更進(jìn)一步的解釋。


所附的附圖，其用于對本發(fā)明提供進(jìn)一步的理解且包含在此并作為該說明書的一部分，描述了本發(fā)明的實(shí)施例并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理在附圖中圖1和2示出了相關(guān)技術(shù)的投影儀；圖3A和3B示出了圖1中該相關(guān)技術(shù)的全反射棱鏡的詳圖；圖4A和4B示出了圖1中該相關(guān)技術(shù)的色盤的詳圖；
圖5示出了光束穿過圖1中色盤的邊界所需的時間；圖6示出了依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的圓柱形色盤的透視圖；圖7A和7B示出了光束穿過圖6中圓柱形色盤邊界所需的時間；圖8和9示出了依照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的投影儀；圖10示出了圖8中棒形透鏡的詳圖；圖11A和11B示出了圖8中棱鏡的詳圖；圖12示出了依照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的投影儀；以及圖13示出了依照本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的投影儀。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖6-13中示出。圖6示出了依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的圓柱形色盤的透視圖。
參照圖6，依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的該圓柱形色盤34包括濾色片52，其每個都用于透射白光光束中相關(guān)的彩色；有濾色片52安裝在其上的一耦合器50；和聯(lián)接有耦合器50的一電機(jī)35。
該濾色片52包括一用于透射白光光束中紅色光束的紅色濾色片52R；一用于透射白光光束中綠色光束的綠色濾光片52G；和一用于透射白光光束中藍(lán)色光束的藍(lán)色濾色片52B。
濾色片52插入在耦合器50中且用粘合劑附著于其上，耦合器50借助于其中的孔56聯(lián)接在電機(jī)35上。也即，隨著電機(jī)35轉(zhuǎn)動濾色片52，濾色片52連續(xù)分離各種彩色。
假定電機(jī)以3600轉(zhuǎn)數(shù)/分(rpm)旋轉(zhuǎn)以每秒顯示60場，就能計(jì)算出光束穿過圓柱形色盤34的邊界54所需的時間間隔。在此例中，如圖7A和7B所示，假定光束是8mm寬、6mm高的矩形，則圓柱形色盤34具有39mm的內(nèi)徑和1mm的厚度。
公式(3)表示當(dāng)光束穿過濾色片52的表面時的角度，公式(4)表示光束穿過濾色片52的邊界54時的時間。 (其中，39是色盤34的內(nèi)半徑，3是光束的一半高度)。t=160×8.797120=1.22μs----(4)]]>(其中，120是將360°除以3而得到的值，3是邊界54的數(shù)目)。
從公式(4)可知，光束穿過濾色片52的邊界54所需的時間間隔為1.22μs，而光束穿過相關(guān)技術(shù)色盤中的濾色片的邊界所需的時間間隔為1.54μs。因此，由于光束穿過本發(fā)明的濾色片52所需時間間隔變得更長，所以本發(fā)明可以增強(qiáng)投影儀的亮度。同樣，在本發(fā)明色盤具有與相關(guān)技術(shù)相同亮度的基礎(chǔ)上，本發(fā)明色盤34的半徑可縮減至32mm，與相關(guān)技術(shù)相比，帶有本發(fā)明色盤34的投影儀可制造得更薄。
圖8和9示出了依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的投影儀。
參照圖8和9，依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的投影儀包括一燈30、一反射面板32、一圓柱形色盤34、一棒形透鏡36、第一透鏡37和38、一反射鏡40、第二透鏡42、一棱鏡46、一顯示器44和一放大及投影透鏡48。
來自燈30的光束被反射面板32聚焦在圓柱形色盤34上，隨著電機(jī)35轉(zhuǎn)動圓柱形色盤34，圓柱形色盤34連續(xù)透射紅色、綠色和藍(lán)色光束。由圓柱形色盤34分解的彩色光束入射至棒形透鏡36上，該棒形透鏡36使該光束變得分布均勻，以使該光束均勻分布在屏幕上，且使該光束的光徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
為此，參照圖10，該棒形透鏡36具有一入射面58，其相對于來自反射面板32的光束傾斜一角度。同樣，該入射面58也是一個全反射反射鏡，或在其上涂覆有一全反射材料涂層。
作為其可供選擇的一種，參照圖12，當(dāng)需要在棒形透鏡6入射面的前方放置一個反射鏡39以使光束的光徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，也可使用與相關(guān)技術(shù)中棒形透鏡6相同的一個棒形透鏡。
在棒形透鏡36處發(fā)生偏轉(zhuǎn)的光束由第一透鏡37、38射至反射鏡40，并在反射鏡40處反射至第二透鏡42。第二透鏡42接收該來自反射鏡40的光束，且將其聚焦在棱鏡46上，棱鏡46將來自第二透鏡42的光束引導(dǎo)并將來自顯示器44的圖像光束供至投影透鏡48。
參照圖11A和11B將詳細(xì)說明本發(fā)明的棱鏡。
參照圖11A和11B，本發(fā)明的棱鏡46包括有一第一子棱鏡100，其帶有均為三角形形狀的頂面108和底面110，和一第二子棱鏡102，其帶有三角形的頂面106和平行四邊形的底面104。
在第一子棱鏡100的一側(cè)面上有一顯示器44。第一棱鏡和第二棱鏡設(shè)置成相互間有一微小氣隙。第一子棱鏡100和第二子棱鏡102相接觸的表面60將來自第二透鏡42的光束折射至顯示器44，并將來自顯示器44的圖像光束反射至投影棱鏡48，從而將來自第二透鏡42的光束的光徑偏轉(zhuǎn)了一預(yù)定角度。
本發(fā)明的棱鏡46與圖3A或3B中相關(guān)技術(shù)的棱鏡16相比，可以發(fā)現(xiàn)，雖然該相關(guān)技術(shù)的棱鏡16將來自第二透鏡12的光束兩次全反射，以使該光束朝向投影透鏡18，但是本發(fā)明的棱鏡46僅將光束全反射一次，以使來自第二透鏡42的光束朝向投影透鏡48，從而使由全反射引起的亮度損失最小。而且，由于從燈至投影棱鏡的復(fù)雜光徑，雖然該相關(guān)技術(shù)的棱鏡16需要三維地放置，但是本發(fā)明的棱鏡46可平行于投影棱鏡48、棱鏡44、圓柱形色盤34、棒形透鏡36、第一透鏡37和38、反射鏡40二維地放置，以允許制成更薄的投影儀。
此外，雖然由于設(shè)置在棱鏡16下的顯示器14造成了大的光學(xué)系統(tǒng)，使該相關(guān)技術(shù)的投影儀是難以制成更薄的投影儀的，但本發(fā)明由于其顯示器44是設(shè)置在棱鏡46的一側(cè)上所以允許制成更薄的投影儀。
投影透鏡48接收來自棱鏡46的圖像光束，且放大并投影至位于投影透鏡48前一定距離處的一個屏幕上。
與此同時，本發(fā)明可以使用等同于圖13所示相關(guān)技術(shù)的色盤4和棒形透鏡6。
正如所說明的，依照本發(fā)明的全反射棱鏡和帶有該全反射棱鏡的投影儀，該棱鏡僅僅進(jìn)行一次全反射，以使來自光學(xué)系統(tǒng)的光束朝向投影透鏡，從而使由全反射引起的亮度損失最小。
此外，顯示器和棱鏡的并排放置，且均平行于色盤、光學(xué)系統(tǒng)、棱鏡和投影透鏡，因此允許制成更薄的投影儀。
對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然在不偏離本發(fā)明精神和范圍下可對本發(fā)明的全反射棱鏡和投影儀作出各種修改和變形。因此，本發(fā)明覆蓋了在所附權(quán)利要求和其等同物范圍內(nèi)本發(fā)明的各種改進(jìn)和變形。
權(quán)利要求
1.一種投影儀中的全反射棱鏡，包括光源和光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于從來自該光源的光束中提取出特定的彩色光束并將提取出的彩色光束引導(dǎo)至一棱鏡，其中該棱鏡對來自該光學(xué)系統(tǒng)的光束進(jìn)行一次全反射而透射至投影透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的全反射棱鏡，其特征在于，該棱鏡包括第一子棱鏡，具有均為三角形形狀的頂面和底面，和第二子棱鏡，具有三角形的頂面和平行四邊形的底面。
3.如權(quán)利要求2所述的全反射棱鏡，其特征在于，該顯示器設(shè)置在該第一子棱鏡的側(cè)面上，用于利用該彩色光束根據(jù)視頻信號來顯示圖像。
4.如權(quán)利要求2所述的全反射棱鏡，其特征在于，該第一子棱鏡和第二子棱鏡的接觸面將來自該光學(xué)系統(tǒng)的彩色光束折射至該顯示器，并將來自該顯示器的圖像光束全反射至該投影透鏡。
5.一種帶有全反射棱鏡的投影儀，包括光源，用于發(fā)射光束；色盤，用于接收來自該光源的光束，并將來自該光束的彩色光束連續(xù)分解，且透射該彩色光束；透射部，用于將該彩色光束導(dǎo)引至該棱鏡；顯示器，通過利用于自該透射部的彩色光束根據(jù)視頻信號來產(chǎn)生圖像光束；棱鏡，設(shè)置在該透射部和該顯示器之間，以用于將來自該透射部的彩色光束導(dǎo)引至該顯示器，并反射來自該顯示器的圖像光束；和投影透鏡，用于放大并投影該圖像光束。
6.如權(quán)利要求5所述的投影儀，其特征在于，該透射部包括棒形透鏡，用于使該彩色光束均勻分布；至少一個第一透鏡，用于將來自該棒形透鏡的彩色光束聚焦在反射鏡上；反射鏡，用于偏轉(zhuǎn)來自該透鏡的彩色光束的光徑；和至少一個第二透鏡，用于將來自該反射鏡的彩色光束聚焦在該棱鏡上。
7.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其特征在于，該棒形透鏡帶有一入射面，其與該色盤交疊設(shè)置且傾斜以用于偏轉(zhuǎn)該彩色光束的光徑。
8.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其特征在于，該棒形透鏡的入射面具有一涂覆在其上的全反射材料涂層，或安裝在其上的一全反射反射鏡。
9.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其特征在于，在該棒形透鏡的入射面的前方有一反射鏡，用于將該彩色光束透射至該棒形透鏡。
10.如權(quán)利要求5所述的投影儀，其特征在于，該色盤呈彩色鏡鼓的形狀，其具有多個結(jié)合在其上的濾色片，每個濾色片都用于透射不同彩色波長的光束。
11.如權(quán)利要求10所述的投影儀，其特征在于，該色盤設(shè)置在與該透射部相同的一條線上，但該線不同于該棱鏡和該投影透鏡的直線。
12.如權(quán)利要求5所述的投影儀，其特征在于，該色盤呈圓盤的形狀，其具有多個結(jié)合在其上的濾色片，每個濾色片都用于透射不同彩色波長的光束。
13.如權(quán)利要求12所述的投影儀，其特征在于，該色盤設(shè)置在與該光源和該透射部相同的一條線上、但該線不同于該棱鏡和該投影透鏡的直線。
全文摘要
本發(fā)明公開了全反射棱鏡和帶有該全反射棱鏡的投影儀,其中該全反射棱鏡對來自光學(xué)系統(tǒng)的光束進(jìn)行一次全反射使之朝向投影透鏡,從而使由全反射引起的亮度的損失最小。
文檔編號G02B7/00GK1362625SQ0114547
公開日2002年8月7日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者李承奎 申請人:Lg電子株式會社