專利名稱：使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
最近，隨著人造衛(wèi)星和數(shù)字廣播的大力宣傳，對(duì)高分辨率寬銀幕顯示器的需求和興趣增加。因此，投影/投影儀的前景和任務(wù)變得非常重要。此外，高亮度和多色彩的圖像信息與高分辨率一樣被強(qiáng)烈需要，由此盡力研究和開(kāi)發(fā)一種具有高光效率且低價(jià)格的光學(xué)系統(tǒng)。
相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)品通常使用三屏系統(tǒng)，由此增加了產(chǎn)品成本。因此，嘗試使用單屏系統(tǒng)。
圖1示出依照相關(guān)技術(shù)的單屏光學(xué)投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
參考圖1，來(lái)自燈的光作為光源1，包括50％的P-波形和50％的S-波形，并通過(guò)FEL(蠅眼透鏡)2使其均勻化。
包括反射式LCD(液晶顯示器)的系統(tǒng)只使用P-或S-波形。S-波形具有優(yōu)秀的光學(xué)性能，因而應(yīng)用廣泛。
為了提高光效率，波形穿過(guò)PBS陣列3變?yōu)?5％的S-波形和25％的P-波形。如果變?yōu)?00％的S-波形則提高光效率。目前，部件技術(shù)能夠提供大約75％的S-波形。S-波形在PBS5表面反射并入射到屏7，P-波形穿過(guò)PBS5丟棄。
S-波形進(jìn)入屏7由液晶進(jìn)行調(diào)制，表示為灰度，然后于其上反射。S-波形穿過(guò)PBS5和投影透鏡8將圖像投射到屏9上。由此構(gòu)成投影系統(tǒng)。
雖然這種單屏系統(tǒng)只使用單個(gè)感光板而在成本方面有優(yōu)勢(shì)，但是R，G和B應(yīng)通過(guò)顏色切換器或色輪(顏色順序制)的顏色分離裝置順序發(fā)送。因此，其光效率為三屏系統(tǒng)的1/3從而降低亮度。為了實(shí)現(xiàn)與三屏系統(tǒng)相同的亮度，需要大容量的燈(光源)。此外，當(dāng)燈的容量增大時(shí)，其耐久性會(huì)突然降低。
此外，如果使用色輪或者顏色轉(zhuǎn)換器，那么在向屏的全部像素提供數(shù)據(jù)(灰度)的尋址時(shí)間內(nèi)以及在液晶反應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，不應(yīng)將燈光作用于屏。這一事實(shí)應(yīng)被考慮。并且，由于丟棄了25％的P-波形不用，因此光效率基本上減少1/5以下。
為了克服這些缺陷，嘗試一種使用旋轉(zhuǎn)棱鏡提高系統(tǒng)光效率的方法。但是，這種方法采用的光學(xué)系統(tǒng)很復(fù)雜，從而降低了可靠性，并且由于其結(jié)構(gòu)限制，基本上無(wú)法提供高的光效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種光學(xué)投影系統(tǒng)，基本上避免了因相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷帶來(lái)的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的為提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光學(xué)投影系統(tǒng)，在屏上有效地滾動(dòng)每種波長(zhǎng)的光，并通過(guò)適當(dāng)調(diào)整色鼓表面上的色帶寬度而防止顏色偏移。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，目的以及特征在下面的說(shuō)明書(shū)中指出，并且對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)通過(guò)下面的考慮是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中獲悉。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)寫(xiě)成的說(shuō)明書(shū)、相關(guān)權(quán)利要求以及附圖中指出的特定結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的以及其他優(yōu)點(diǎn)，并且依據(jù)本發(fā)明的目的，如此處的示例和概括說(shuō)明，依據(jù)本發(fā)明的使用色鼓的光學(xué)系統(tǒng)包括色鼓，輸出入射光穿過(guò)鼓平面上預(yù)定數(shù)量的色帶從而將其進(jìn)行顯示，其中從光投影面一端射出的入射光，在色帶上的入射角等于或小于30°。
優(yōu)選地，光學(xué)投影系統(tǒng)包括光源；桿透鏡，接收來(lái)自光源的光，桿透鏡內(nèi)有光投影面，用以輸出接收的光；色鼓，在色鼓平面上具有預(yù)定數(shù)量的色帶，用以輸出來(lái)自光投影面并穿過(guò)色帶的入射光；屏，接收色鼓輸出的光，根據(jù)灰度調(diào)制并輸出接收的光；以及屏幕，接收來(lái)自屏的已調(diào)制光，并將其顯示。
更優(yōu)選地，色鼓上的色帶數(shù)至少為六個(gè)。
更優(yōu)選地，光學(xué)投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括FEL(蠅眼透鏡)，接收從光源入射的光，并將其均勻化。
更優(yōu)選地，光學(xué)投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括PBS陣列，將穿過(guò)色鼓的光偏振化，然后射出。
更優(yōu)選地，光學(xué)投影系統(tǒng)進(jìn)一步包括PBS，接收PBS陣列輸出的光，并且PBS根據(jù)偏振方向?qū)?lái)自PBS陣列的光反射和透射，從而輸入到屏。
相信本發(fā)明的前述發(fā)明概述和下面的發(fā)明詳述是典型的和說(shuō)明性的，并且當(dāng)要求時(shí)可用來(lái)對(duì)發(fā)明提供進(jìn)一步的說(shuō)明。


附圖用于提供對(duì)發(fā)明的進(jìn)一步理解，合并入申請(qǐng)作為其中的一部分，示出發(fā)明的具體實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1示出依據(jù)相關(guān)技術(shù)的單屏光學(xué)投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2示出依據(jù)本發(fā)明使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的色鼓的鳥(niǎo)瞰圖；圖4示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)傳過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面位于色鼓中心；圖5示出隨圖4中從光投影面入射到色鼓的入射角不同而引起的R/G/B的波形變動(dòng)圖。
圖6示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)傳過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面偏離色鼓中心。
圖7示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)穿過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面位于色鼓中心，且其寬度為‘W’。
圖8示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)穿過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面13-2位于色鼓14中心，且其寬度為W’，大于W。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中的例子示于附圖中。在各種可能的情況下，用于整個(gè)附圖的相同的參考數(shù)字適用于相同或相似的部分。
本發(fā)明的特征在于確定多個(gè)色帶使得從色鼓內(nèi)光投影面的一端到另一端的角度不超過(guò)30°，從而防止顏色偏移。因此，本發(fā)明能夠簡(jiǎn)單而且方便地提供一種使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)。
色帶的最佳數(shù)量取決于光投影面的尺寸，光投影面的位置，光學(xué)系統(tǒng)的特性，以及光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠提供一種至少包括六個(gè)色帶的色鼓滾動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)。
即，在色帶的最佳數(shù)量中，無(wú)顏色偏移的范圍中色帶數(shù)量的下限根據(jù)光投影面的尺寸，光投影面的位置，光學(xué)系統(tǒng)的特性，以及光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)確定，并且能確定超過(guò)下限(6)的色帶數(shù)量。因此，本發(fā)明能將顏色偏移的影響降至最低。
圖2示出依照本發(fā)明的使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)圖。
參考圖2，依照本發(fā)明使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)包括光源10；FEL(蠅眼透鏡)11，對(duì)光源10入射的光進(jìn)行均勻化；透鏡12，傳輸經(jīng)FEL11均勻化的光；桿透鏡13，接收來(lái)自透鏡12的光，并將其穿過(guò)內(nèi)部的光投影面13-2而射出；色鼓14，在色鼓平面14-1具有預(yù)定數(shù)量的色帶，并將來(lái)自光投影面13-2的入射光穿過(guò)色帶而射出；透鏡15，傳輸通過(guò)色鼓14射出的光；PBS陣列16，接收來(lái)自透鏡15的光并使其偏振化然后輸出；PBS17，接收從PBS陣列射出的光，并根據(jù)偏振方向反射和透射；屏18，接收從PBS17射出的光，并根據(jù)灰度調(diào)制從而輸出已接收光；以及屏幕20，接收來(lái)自屏18的已調(diào)制入射光通過(guò)投影透鏡19顯示。
根據(jù)本發(fā)明使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)的工作原理說(shuō)明如下。
首先，從光源(燈)10射出的白光經(jīng)FEL 11進(jìn)行均勻化，已均勻化的光經(jīng)過(guò)透鏡12入射于桿透鏡13上。
在這種情況下，光在桿透鏡13內(nèi)的鏡13-2上反射，然后經(jīng)桿透鏡13末端的光投影面13-2穿出旋轉(zhuǎn)鼓輪14，如圖3所示，該旋轉(zhuǎn)鼓輪包括多個(gè)R/G/B色帶。
光穿過(guò)透鏡15經(jīng)PBS陣列16大部分變?yōu)镾-波形。然后光入射或者在PBS17的PBS面17-1上反射而進(jìn)入屏18并反射回來(lái)，但是根據(jù)灰度分為已調(diào)制P-波形和S-波形。
在這種情況下，S-波形在PBS平面17-1上反射而向燈10前進(jìn)，P-波形透射，經(jīng)投影透鏡19而入射到屏20上。這種情況下，R/G/B的灰度由屏18的液晶調(diào)制的P-波形量確定。
在這種情況下，色鼓14內(nèi)桿透鏡13的光投影面13-2的位置根據(jù)桿透鏡13的設(shè)計(jì)而在色鼓14內(nèi)是任意的，光投影面13-2的尺寸能進(jìn)行各種修改。
在鏡13-1上反射的波長(zhǎng)，即顏色，隨色鼓14的一個(gè)表面到光投影面13-2的入射角θ而改變，從而引起顏色偏移。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)穿過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)，光投影面13-2位于色鼓14的中心。
參考圖4，為了依據(jù)位于色鼓14中心的微小光投影面13-2上的入射角θ1而測(cè)量顏色偏移，那么檢測(cè)器21置于色鼓14外以依據(jù)入射角θ1測(cè)量顏色偏移。結(jié)果示于圖5中。
圖5示出隨圖4中從光投影面入射到色鼓的入射角不同而引起的R/G/B的波形變動(dòng)圖。
圖5中R，G和B色帶分別表示用于光學(xué)系統(tǒng)中的R，G和B的波長(zhǎng)范圍(可允許波長(zhǎng)范圍)。實(shí)線表示依據(jù)從光投影面14-1輸出的入射角θ1而穿過(guò)色鼓平面14-1射出光的中心波長(zhǎng)。R，G和B的中心波長(zhǎng)使用圖4所示裝置測(cè)量。
參考圖5，根據(jù)θ1的波長(zhǎng)變動(dòng)因R，G和B而互相不同。為R時(shí)，如果θ1超過(guò)45°，則具有R色帶的色鼓14，其色鼓平面14-1的材料輸出一種波長(zhǎng)不同于R-波長(zhǎng)的光。
類似地，為G時(shí)，如果θ1超過(guò)40°，那么輸出一種波長(zhǎng)不同于G-波長(zhǎng)的光。為B時(shí)，如果θ1超過(guò)35°，那么輸出一種波長(zhǎng)不同于B-波長(zhǎng)的光。
另外，經(jīng)圖2中的光學(xué)投影系統(tǒng)入射到屏上的每種R，G和B顏色的波長(zhǎng)，由于其包括波長(zhǎng)的預(yù)定范圍，以及中心波長(zhǎng)，因此圖5中B的允許入射角θ1為30°，圖5中G的允許入射角θ1為35°，圖5中R的允許入射角θ1為38°～39°。
當(dāng)R，G和B以B-波長(zhǎng)的最大入射角入射時(shí)，該入射角具有最小的入射角范圍，入射角應(yīng)等于或小于35°。
因此，使用圖4和圖5中的測(cè)量結(jié)果，圖3中色鼓的色帶數(shù)確定為360°/60°＝6，即至少六個(gè)。
如圖4所示，如果光投影面13-2位于色鼓14的中心O，其水平寬度忽略不計(jì)，則色鼓14的色帶寬度L通過(guò)下面的式1計(jì)算確定。
L=2πR36060=πR3]]>圖6示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)傳過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面13-2偏離色鼓14的中心O。
參考圖6，在微小光投影面13-2偏離色鼓14中心并向色鼓平面14-1移動(dòng)時(shí)，如果仍然使用由圖4入射角θ1確定的色帶，那么穿過(guò)色鼓平面14-1射出顏色偏移的波長(zhǎng)，而不是從光投影面13-2射出偏離顏色偏移允許范圍的波長(zhǎng)。
即，如果光投影面13-2偏離色鼓14的中心，那么入射角θ2大于入射角θ1，從而偏離顏色偏移允許范圍。
因此，為了使顏色偏移最小，增加色帶數(shù)量以限制B顏色的入射角等于或小于30°，該B顏色具有最小的入射角允許范圍。
顏色偏移允許范圍，即，色鼓的色帶寬度L，隨色鼓14內(nèi)桿透鏡13的位置，即光投影面13-2的位置而改變。
如圖6所示，當(dāng)光投影面13-2偏離色鼓14的中心O為“x”時(shí)，色鼓寬度L通過(guò)下面的式2計(jì)算確定。
L=πR90tan-1[4R2-x2-3x23(4R2-x2+3x2)],]]>其中R為色鼓半徑。
另外，從鏡13-1反射的波長(zhǎng)，即顏色，隨光投影面13-2的位置，水平寬度或垂直寬度改變從而引起顏色偏移，因此也應(yīng)一起考慮。
圖7示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)穿過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面13-2位于色鼓14的中心O，且其寬度為‘W’。
在圖7中像‘A’一樣，光學(xué)投影系統(tǒng)中的光投影面13-2具有常量尺寸(水平寬度W)。由于從光投影面13-2的寬度W一端入射到色鼓14反面的入射角θ2或者θ3不能超過(guò)30°，以顏色B作為參考，因此色帶的高度等于或小于“H”，并且角度應(yīng)小于30°。
在這種情況下，由于色帶的適當(dāng)尺寸小于微小光投影面時(shí)的情況(微小水平寬度W)，因此色帶的需要量增加。即，色帶數(shù)超過(guò)六個(gè)。
當(dāng)光投影面13-2具有水平寬度W時(shí)，色鼓寬度L通過(guò)下面的式3計(jì)算確定。
L==πR90tan-1[R-F(3R+(2-3F))],]]>其中R為色鼓半徑，F(xiàn)為焦距(F=32W)]]>圖8示出依據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)穿過(guò)色鼓平面的光波長(zhǎng)的裝置圖，此時(shí)光投影面13-2位于色鼓14的中心，且其寬度為W’，大于W。
參考圖8，由于焦距更接近色鼓平面14-1，因此色帶高度為H’，小于圖7中的H，角度小于圖7中的角度。
在這種情況下，由于色帶的適當(dāng)尺寸小于微小光投影面時(shí)的情況(微小水平寬度W)，那么色帶的需要量增加。即，色帶數(shù)超過(guò)六個(gè)。
此外，由于所需色鼓的高度H’變?yōu)樾∮贖，那么所需色帶多于圖7中的所需色帶。
當(dāng)光投影面13-2具有水平寬度W’，并且偏離色鼓14的中心O為‘x’時(shí)，色鼓寬度L通過(guò)下面的式4計(jì)算確定。
L=πR90tan-1[4R2-(x+F)2-3(x+F)23(4R2-(x+F)2+3(x+F)2)],]]>其中R為色鼓半徑，F(xiàn)為焦距(F=32W')]]>當(dāng)設(shè)計(jì)光投影面13-2具有圖7或者圖8中的預(yù)定寬度W或W’，偏離色鼓14中心并向色鼓平面14-1移動(dòng)，焦點(diǎn)F位于從相對(duì)的色鼓平面14-1上寬度W或W’的兩端的入射角θ2和θ3交點(diǎn)處，此焦點(diǎn)F的位置只能在色鼓14內(nèi)移動(dòng)一個(gè)距離。此外，當(dāng)焦點(diǎn)F更接近色鼓平面14-1時(shí)，色帶數(shù)量增加。
在這種情況下，色鼓的制作成本增加而變得昂貴。
因此，為了通過(guò)向色鼓平面14-1充分移動(dòng)光投影面13-2而構(gòu)造光學(xué)投影系統(tǒng)，光投影面13-2的寬度W或W’很小，光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)調(diào)整為限制光學(xué)投影面13-2點(diǎn)處光的散射角小于30°，例如15°～20°，并增加色帶數(shù)。
本發(fā)明使用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的色鼓14通過(guò)順序滾動(dòng)R，G和B而將光應(yīng)用于尋址時(shí)間。因此，即使本發(fā)明使用單屏系統(tǒng)，也可將光效率的降低最小化。
此外，這種系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提高光效率達(dá)到高于以前的單屏系統(tǒng)1/3，由此適用于投影儀和投影TV的光學(xué)系統(tǒng)，且能實(shí)現(xiàn)圖像的高亮度和多色彩。
因此，上述依據(jù)本發(fā)明使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)具有下列效果和優(yōu)點(diǎn)。
首先，為了獲得色帶的最佳數(shù)量，本發(fā)明依據(jù)光投影面的尺寸及其位置，光學(xué)系統(tǒng)的特性，以及構(gòu)造光學(xué)系統(tǒng)的方法確定無(wú)顏色偏移范圍內(nèi)的色帶數(shù)的下限，并確定大于下限(六個(gè))的色帶數(shù)。因此，本發(fā)明通過(guò)有效地使用單個(gè)且不昂貴的色鼓將顏色偏移的影響降至最低，在滾動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中提供入射光，并防止圖像質(zhì)量降低。
顯而易見(jiàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出各種改進(jìn)和變化。因此本發(fā)明覆蓋了對(duì)其作出的各種改進(jìn)和變化，它們落在附加的權(quán)利要求及其相等的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用色鼓的光學(xué)投影系統(tǒng)，該光學(xué)投影系統(tǒng)包括色鼓，穿過(guò)鼓平面上預(yù)定數(shù)量的色帶輸出入射光從而進(jìn)行顯示，其中從光投影面一端射出的入射光，在色帶上的入射角等于或小于30°。
2.如權(quán)利要求1的光學(xué)投影系統(tǒng)，包括光源；桿透鏡，接收來(lái)自光源的光，桿透鏡內(nèi)有光投影面，用以輸出接收的光；色鼓，在色鼓平面上具有預(yù)定數(shù)量的色帶，用以輸出來(lái)自光投影面并穿過(guò)色帶的入射光；屏，接收色鼓輸出的光，根據(jù)灰度調(diào)制并輸出接收的光；以及屏幕，接收來(lái)自屏的已調(diào)制光，并將其顯示。
3.如權(quán)利要求2的光學(xué)投影系統(tǒng)，其中色鼓的色帶數(shù)至少為六個(gè)。
4.如權(quán)利要求2的光學(xué)投影系統(tǒng)，進(jìn)一步包括FEL(蠅眼透鏡)，接收從光源入射的光，并將其均勻化。
5.如權(quán)利要求2的光學(xué)投影系統(tǒng)，進(jìn)一步包括PBS陣列，將穿過(guò)色鼓的光偏振化，然后射出。
6.如權(quán)利要求5的光學(xué)投影系統(tǒng)，進(jìn)一步包括PBS，接收PBS陣列輸出的光，并且PBS根據(jù)偏振方向?qū)?lái)自PBS陣列的光反射和透射，從而輸入到屏。
全文摘要
公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光學(xué)投影系統(tǒng)，在屏上有效地滾動(dòng)每種波長(zhǎng)的光，并通過(guò)適當(dāng)調(diào)整色鼓表面上的色帶寬度而防止顏色偏移。本發(fā)明包括色鼓，輸出入射光穿過(guò)鼓平面上預(yù)定數(shù)量的色帶從而將其進(jìn)行顯示，其中從光投影面一端射出的入射光，在色帶上的入射角等于或小于30°。因此，本發(fā)明通過(guò)有效地使用單個(gè)且不昂貴的色鼓將顏色偏移的影響降至最低，在滾動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中提供入射光，并防止圖像變色。
文檔編號(hào)G03B21/14GK1424623SQ0216060
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者尹鐘根 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社