專利名稱：投影顯示光學系統(tǒng)及具有此光學系統(tǒng)的投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示光學系統(tǒng)，尤指一種適用于反射式顯示元件并用來提高光利用率的投影顯示光學系統(tǒng)及具有此光學系統(tǒng)的投影裝置。
背景技術(shù)：
有關(guān)背投影技術(shù)的研究是當今顯示領(lǐng)域的技術(shù)焦點之一，目前應(yīng)用于背投影的主要顯示技術(shù)有LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)、DLP(DigitalLight Processing，數(shù)字光處理)以及LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶顯示)，其中LCoS背投技術(shù)的優(yōu)勢在于高分辨率、高亮度的特性，而且其結(jié)構(gòu)簡單，成本降低的潛力大。
目前LCoS光學引擎架構(gòu)可大致分為三片式及單片式，三片式LCoS的原理是通過分光棱鏡將光束分為R(紅)、G(綠)、B(藍)光之后，再分別將光束投射入三片LCoS面板，反射的三色影像經(jīng)過合光系統(tǒng)加以結(jié)合形成彩色影像。但是，由于三片式LCoS光學引擎需要三片面板，并需要結(jié)合多項的分光、合光光學系統(tǒng)，因此體積較大、成本也較高，因此三片式LCoS難以被推廣使用，而只能朝高階的專業(yè)用途發(fā)展。單片式LCoS光學引擎9，如圖1所示，它是以快速旋轉(zhuǎn)的色輪90(Color Wheel)將白光形成循序的R(紅)、G(綠)、B(藍)光，該三原色光依次經(jīng)過第一重放透鏡91、透鏡陣列92、偏極轉(zhuǎn)換器93(PS Converter)、第二重放透鏡組94、偏極化分光鏡95、LCoS面板96及投影鏡頭97等光學元件，并且使得三原色光與驅(qū)動程序產(chǎn)生的R(紅)、G(綠)、B(藍)畫面同步，便形成分色影像。頻率足夠快時，由于人眼視覺暫留的特性，觀察者便可以看見彩色的投影畫面。單片式光學引擎占用空間相對較小，僅需一片面板，系統(tǒng)架構(gòu)比較簡單，在成本上具競爭優(yōu)勢，因此具有推廣使用的前景。但是，在理想狀態(tài)下，假設(shè)RGB三色光的光強度相同，從光源出來的可見光，經(jīng)由色輪的分時分色到達LCoS面板上的光能量或光亮度僅剩下原有的1/3，亮度明顯降低。為了保證投影品質(zhì)，就必須提高用作光源的燈泡功率，從而導致燈泡壽命縮短，光學投影機的成本增加。
為解決現(xiàn)有單片式LCoS的投影顯示光學系統(tǒng)的光利用率低的問題，現(xiàn)已有諸多方案推出，例如由美國專利第6,669,343號所揭示的投影顯示光學系統(tǒng)，請參圖2所示，該投影顯示光學系統(tǒng)8主要包括有光源80、透鏡陣列81、聚光透鏡82、分色裝置83、偏極轉(zhuǎn)換器84、偏極化分光鏡85、LCoS面板86，以及投影鏡頭87，投影原理主要是利用兩個雙色鏡830、831將光路分成三路，而后利用三個旋轉(zhuǎn)棱鏡832、833、834將RGB三色依序的在LCoS面板86上由上而下進行掃描，因為同時有三個顏色照在LCoS面板86上，在理想狀態(tài)下，光利用率可達100％，但是該系統(tǒng)需要同時有三個旋轉(zhuǎn)棱鏡及多個雙色鏡等，從而使其組裝及調(diào)整都比較復雜、困難。因此，該設(shè)計在實現(xiàn)較高光亮度的同時，卻犧牲了對單片式LCoS所期望的架構(gòu)簡單、成本低廉的優(yōu)勢。
另一解決方案，請參圖3所示，它是由美國專利第6,702,446號所揭示的投影顯示光學系統(tǒng)，該投影顯示光學系統(tǒng)7主要包括有光源70、聚光透鏡71、光導管(light guide)72、色輪73、控制裝置74，以及影像顯示模組75，其中光導管72的功能是讓從左方來的入射光進入，然后再均勻的射出并到達色輪73，假設(shè)在某一時間點，R光通過，GB兩色光反射回光導管72內(nèi)，因為在光導管72的左側(cè)面鍍有反射鏡面，只留一小孔供從光源來的光通過，所以GB兩色光會被反射，并從右邊開口射出到色輪73上，這樣就可以被再次利用。然而，因為進行中的光路為擴散光路，所以其光回收率無法達到100％，況且因光速甚快，通常當GB光被反射回到色輪時，光輪還未能被及時切換到G光或B光可以通過的鍍膜面，因此該投影顯示光學系統(tǒng)7對光利用率的提高仍然有限。
因此，有必要對現(xiàn)有的投影顯示光學系統(tǒng)作進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可提高光利用率并具良好影像品質(zhì)的投影顯示光學系統(tǒng)及具有此光學系統(tǒng)的投影裝置，而且用于該光學系統(tǒng)及其裝置中的光學元件還具有較高的使用壽命，從而降低成本。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種投影顯示光學系統(tǒng)，適用于反射式顯示元件，其包括有可提供照射光束的照射模組、可將照射光束分離成若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束并照射于反射式顯示元件上的分光模組，以及投影鏡頭，其中分光模組具有一可旋轉(zhuǎn)的色輪及一反射鏡，該色輪是由所需濾光塊組成，每一濾光塊均可選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射，使得色輪與反射鏡構(gòu)成光反射通道，當照射光束以既定入射角入射于色輪上并在色輪及反射鏡之間的光反射通道多次反射后，可產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束照射于反射式顯示元件，使得反射式顯示元件被劃分成若干個色塊影像；而投影鏡頭是將若干個色塊影像投射于屏幕上。
上述照射模組包括光源及拋物反射鏡，可以提供準直的照射光束。
上述拋物反射鏡也可以由橢球反射鏡來代替，但還需要一準直透鏡，以提供準直的照射光束。
在上述準直透鏡與橢球反射鏡之間還可以設(shè)置光導管，其中匯聚光源發(fā)射的光束進入光導管，使其均勻化后再發(fā)射至準直透鏡。
當反射式顯示元件為反射式液晶元件(LCoS面板)時，該投影顯示光學系統(tǒng)還得需要一偏極轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可以將這些色彩光束偏極化后照射于反射式顯示元件。
在上述投影顯示光學系統(tǒng)中還設(shè)置有一偏極化分光鏡，其設(shè)置于投影鏡頭與反射式顯示元件之間，并將來自偏極轉(zhuǎn)換器的偏極化的色彩光束反射至反射式顯示元件。
上述偏極化分光鏡也可以設(shè)置于偏極轉(zhuǎn)換器與反射式顯示元件之間，并將來自反射式顯示元件的偏極化的色塊影像反射至投影鏡頭。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)及具有此光學系統(tǒng)的投影裝置設(shè)置有色輪與反射鏡，并且在色輪與反射鏡之間形成了光反射通道，當照射光束經(jīng)過色輪的選擇性透射及在反射鏡與色輪之間的多次反射之后，可在同一時間點分離出若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束，這樣可以提高光利用率。

圖1是現(xiàn)有單片式LCoS光學引擎架構(gòu)示意圖。
圖2是其中一現(xiàn)有投影顯示光學系統(tǒng)的示意圖。
圖3是另一現(xiàn)有投影顯示光學系統(tǒng)的示意圖。
圖4A是本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的第一實施例。
圖4B是在圖4A所示的光學系統(tǒng)中的部分光束路徑示意圖。
圖4C是本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的第二實施例。
圖4D是在圖4C所示的光學系統(tǒng)中的部分光束路徑示意圖。
圖5是位于本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪上的濾光塊的分布圖。
圖6A是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第一時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況。
圖6B是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第二時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況。
圖6C是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第三時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況。
圖7A是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第一時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況，其中三色光發(fā)生部分重疊。
圖7B是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第二時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況，其中三色光發(fā)生部分重疊。
圖7C是在本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)的色輪旋轉(zhuǎn)的第三時間點，三色光形成于LCoS面板上的色塊影像的分布狀況，其中三色光發(fā)生部分重疊。
具體實施方式
請參圖4A所示，本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)1是適用于反射式顯示元件，在本實施例中，反射式顯示元件采用的是LCoS面板，該投影顯示光學系統(tǒng)1主要包括有照射模組、分光模組、極化轉(zhuǎn)換模組、影像顯示模組，以及控制模組，其中照射模組是用來提供照射光束，其包括有光源10、反射器11、過濾鏡12、準直透鏡13；分光模組是用來使得照射光束分離成若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束并照射于反射式顯示元件上，其主要包括有反射鏡14及色輪16(Color Wheel)，而在本實施例中，在光束行進的路徑上還提供有孔型格柵元件15、重放透鏡17、線型格柵元件18，以及透鏡陣列19；極化轉(zhuǎn)換模組是用來將未被極化的光轉(zhuǎn)換為所希望的線性極化光，其包括有偏極轉(zhuǎn)換器20(PS Converter)及偏極化分光鏡21(Polarization Beam Splitter，簡稱PBS)；影像顯示模組是用來將反射式顯示元件上的影像圖案投射在屏幕上，在本實施例中，其主要包括有LCoS面板22及投影鏡頭23；控制模組主要用來控制光源10及驅(qū)動LCoS而板22，其主要包括有光源控制裝置24及驅(qū)動控制裝置25，并經(jīng)過馬達驅(qū)動器與色輪16同步，同時還可將影像信息發(fā)送給LCoS面板22。
上述光源10可以是高壓放電燈管，其可通過弧光放電發(fā)射出白光。
上述反射器11可包圍光源10并使光源發(fā)出的光反射至特定方向，該反射器11可以是橢球反射鏡，也可以是拋物反射鏡，不同之處在于拋物反射鏡可使得光源發(fā)出的光近似平行光，而橢球反射鏡可使得光源發(fā)出的光近似匯聚光。在本實施例中，反射器11是橢球反射鏡。
上述過濾鏡12是紫外-紅外線過濾鏡(UV-IR fillter)，其可以過濾照射光束中的紫外線與紅外線。
由光源10提供的光線經(jīng)過反射器11的反射而形成匯聚光束，匯聚光束經(jīng)過上述準直透鏡13之后形成平行光束，當然該匯聚光束也可以先進入一光導管(可參照圖3所示的光導管72)，將其均勻化之后再發(fā)射至準直透鏡13。
上述色輪16是傾斜設(shè)置于平行光束的入射通道上，其可以高速旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生投影圖像中的全彩色，該色輪16是由所需濾光塊組成，每一濾光塊均可選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射，且反射出去的光束與入射光束具有一定夾角，因此在色輪16的光入射面的一側(cè)形成有白光的入射通道與反射通道，而在色輪16的光透射面的一側(cè)則形成了若干個與色彩光束相對應(yīng)的光透射通道。在本實施例中，色輪16被分隔為三大區(qū)域，每一區(qū)域均由三個濾光塊組成，即RGB(紅、綠、藍)濾光塊，如圖5所示。當然，也可以根據(jù)需要將色輪分隔為所需數(shù)目的區(qū)域。
上述孔型格柵元件15是設(shè)置于光反射通道上，用來調(diào)整照射光束的截面形狀使得所通過的照射光束能準確地投射在色輪16上。
上述反射鏡14是一平面鏡，其與色輪16平行配置，并且還位于色輪16的光反射通道上，借此可將來自于色輪16上的反射光束再次反射至色輪16的其它位置上。當照射光束射向色輪16時，部分波段的光束經(jīng)過色輪16的對應(yīng)濾光塊的選擇性透射而穿過色輪，并在與其對應(yīng)的光通道中傳播，而另一部分波段的光束則被色輪16反射回去，該部分被色輪16反射的光束將會被反射鏡14再次反射至色輪16的其它濾光塊所在的位置處，通過不斷的選擇性透射及反射，最終全部照射光束均會被色輪16分離并透射出去，并且產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束，在本實施例中，主要是會被分離為三種有色光束(容后詳述)。因為光反射的速度非?？?，因此照射光束的三原色光幾乎是在同一時間點被透射出去，這樣光利用率可達100％。
上述重放透鏡(relay lens)17、透鏡陣列(lens array)19及線型格柵元件18是設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，并位于被色輪16透射出去的三原色光束的光傳輸通道上，可用來調(diào)整三原色光束的光流密度使其能量均勻傳輸，而其中的線型格柵元件18主要是用來調(diào)制這些色彩光束照射于反射式顯示元件上的色塊影像大小，從而使得這些光束能夠準確的投射于反射式顯示元件上。
上述偏極轉(zhuǎn)換器20(PS converter)是用來接受未被極化的光，并將它轉(zhuǎn)換成所希望的線性極化光，在本實施例中，它是將未被極化的光轉(zhuǎn)換成S偏光，以提高光利用率。
上述偏極化分光鏡21(PBS)是由兩個45度等腰直角棱鏡底邊黏合而成的棱鏡，其設(shè)置于投影鏡頭23與反射式顯示元件之間，當非線性偏極化光入射至PBS 21時，PBS 21會反射入射光的S偏光(垂直于入射線的平面)，而讓P偏光(平行于入射線的平面)通過。因此，當非線性偏極化光經(jīng)過上述偏極轉(zhuǎn)換器20的偏極化轉(zhuǎn)換后，所希望的線性極化光(S偏光)將會全部入射至PBS21，并且被PBS 21全部反射而入射至LCoS面板22上，如圖4B所示。此外，該PBS 21還可以將入射到LCoS面板22上的光束與反射后的光束分開。
上述LCoS面板22是反射式顯示元件，用于接受入射光并將所需的影像加到入射光上，并且當液晶顯示為亮態(tài)時，S偏光將改變成P偏光，而P偏光將會穿過PBS 21(請參圖4B所示)，而最后會進入投影鏡頭23，然后通過投影鏡頭23將成像光放大并將其投射到顯示屏幕(未圖示)上，這樣就可得到所需的影像。
本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)1也可以采用如圖4C所示的實施例，其與圖4A所示的光學系統(tǒng)的不同之處在于LCoS面板22與PBS 21的相對位置不同，即PBS 21是位于LCoS面板22與偏極轉(zhuǎn)換器20之間，且其光路行進的路徑也略有不同。在圖4C所示的光學系統(tǒng)中，偏極轉(zhuǎn)換器20的主要作用是將未被極化的光轉(zhuǎn)化為P偏光，如圖4D所示的該系統(tǒng)的部分光束路徑，P偏光將會全部穿過PBS 21而到達LCoS面板22上，P偏光經(jīng)過LCoS面板22的調(diào)制后將被改變?yōu)镾偏光，最終該S偏光將會被PBS 21全部反射而進入投影鏡頭23，然后再通過投影鏡頭23將成像光放大并將其投射到顯示區(qū)域(未圖示)上，這樣也可以得到所需要的影像。
請繼續(xù)參照圖4A與圖5所示，當色輪16在第一時間點進行旋轉(zhuǎn)時，照射模組射出的平行光束第一次入射分光模組，假設(shè)R光先行穿過了色輪16上的第一紅色濾光塊(R)而進入第一通道a，而GB光則被反射到位于色輪16前方的反射鏡14，GB光經(jīng)反射鏡14的反射后再度進入色輪16，此時G光會穿過色輪16上的第一綠色濾光塊(G)而進入第二通道b，而B光則又被反射至反射鏡14，B光經(jīng)反射鏡14的再度反射后穿過色輪16，最后進入第三通道c。由此可看出，在第一時間點上，白光的三原色RGB分別通過了通道a、b、c，然后再經(jīng)過適當?shù)耐哥R陣列19及光學鏡組(包括重放透鏡17與線型格柵元件18)之后，三個通道的有色光束(RGB)均將入射至影像顯示模組中，并入射到LCoS面板22上。假設(shè)a通道的光束是照射在LCoS面板22上的右邊1/3的面積上，b通道的光束是照射在LCoS面板22的中間位置，而c通道的光束是照射在LCoS面板22的左邊1/3的而積上。因此，在第一時間點由三原色光(RGB)形成的色塊影像在LCoS面板上的分布如圖6A所示。
當色輪16轉(zhuǎn)到下一個時間點(第二時間點)時，進入通道a、b、c的三原色光也發(fā)生了變化，依次為GBR，當這些三原色光入射到LCoS面板22上時，所形成的色塊影像的分布狀況如圖6B所示。同理，在第三個時間點上，進入通道a、b、c的三原色光依次為BRG，而在LCoS面板22上形成的色塊影像的分布狀況如圖6C所示。
結(jié)合圖6A至6C所示的由三原色光投射在LCoS面板22上的色塊影像的分布狀況，可以知道，在LCoS面板22的右邊1/3面積上，RGB三色光將依次并會循環(huán)照射于其上，因為視覺暫留的效應(yīng)，而可以合成所需要的色彩。同理，在LCoS面板22的其它區(qū)域上也同樣可以合成所需要的色彩。由于色輪16的高速轉(zhuǎn)動，三色光可以不停地循環(huán)，使得在理想狀態(tài)下的光利用率達到100％，從而提高影像品質(zhì)。另外，由于本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)1所采用的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件僅有色輪16一個，因此機構(gòu)調(diào)整簡單，便于使用。
此外，當三色光照射LCoS面板22時，可能會發(fā)生部分重疊的情況，從而在重疊處將產(chǎn)生具有互補色的色塊影像，如圖7A所示，當R光與G光照射LCoS面板22上時，發(fā)生部分重疊，重疊處產(chǎn)生互補色黃色(Yellow，簡稱Y)，并且每次重疊的寬度、面積等同；G光與B光照射LCoS面板22時，發(fā)生部分重疊，重疊處產(chǎn)生互補色青色(Cyan，簡稱C)，并且每次重疊的寬度、面積也等同。當色輪16依序轉(zhuǎn)動時，請接著參考圖7B所示，B光與R光照射LCoS面板22時，發(fā)生部分重疊，重疊處產(chǎn)生互補色洋紅(Magenta，簡稱M)，并且每次重疊的寬度、面積等同。同理在圖7C中也出現(xiàn)了部分重疊的情況。
請參考圖7A至7C所示，LCoS面板22也會同時產(chǎn)生類似圖6A至6C的色彩變化，不過三原色光每次皆會部份重疊而依序產(chǎn)生互補色光。非重疊區(qū)域可混合RGB三原色光產(chǎn)生多種變化的色彩；至于重疊區(qū)域也可混合CMY互補色光產(chǎn)生多種變化的色彩，而當投影所需的顏色為黑色K時，只需要關(guān)閉LCoS面板，就不會產(chǎn)生任何色彩而呈現(xiàn)為黑色。
在影像處理時，控制模組將會依據(jù)色輪16轉(zhuǎn)動的速率及角度來控制LCoS面板22上相對應(yīng)的像素(Pixel)點，并作256階的灰階控制，配合視覺暫留效應(yīng)，在極短的時間內(nèi)混合RGB三種顏色，創(chuàng)造出一千六百萬余種顏色的變化，從而可形成高品質(zhì)的彩色畫面。
由上述實施例所揭示的本發(fā)明投影顯示光學系統(tǒng)及具有此光學系統(tǒng)的裝置是利用了反射鏡14與色輪16來提高光利用率，而該原理還可以應(yīng)用于DLP(Digital Light Processing，數(shù)字光處理)投影技術(shù)中，而DLP投影技術(shù)的主要特點是它利用了數(shù)字微鏡裝置(Digital Micromirror Device，簡稱DMD)而非LCoS面板，因兩者的影像反射原理類似，在此不作詳細介紹。需注意的是，當使用DMD微鏡裝置時，可省略使用偏極轉(zhuǎn)換器及偏極化分光鏡。
權(quán)利要求
1.投影顯示光學系統(tǒng)，適用于反射式顯示元件，其包括有用來提供照射光束的照射模組、可分離照射光束并得到所需光束的分光模組，以及投影鏡頭，其中分光模組具有由若干個濾光塊組成的色輪，位于色輪上的每一濾光塊均可以選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射，其特征在于分光模組具有一反射鏡，其位于反射光束所在的光路徑上，用來接受并反射被色輪反射的光束，從而使得色輪與反射鏡構(gòu)成光反射通道，當照射光束以既定入射角入射色輪并于色輪及反射鏡之間的光反射通道多次反射后，可以產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束并照射于反射式顯示元件上，使得反射式顯示元件被劃分成若干個色塊影像，并且這些色塊影像將借助投影鏡頭投射于屏幕上。
2.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于照射模組包括光源及拋物反射鏡，可以提供準直的照射光束。
3.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于照射模組包括光源、橢球反射鏡及準直透鏡，通過橢球反射鏡匯聚光源發(fā)射的光束后，再經(jīng)由準直透鏡提供準直的照射光束。
4.如權(quán)利要求3所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一光導管，匯聚光源發(fā)射的光束可以進入該光導管，使其均勻化后再發(fā)射至準直透鏡。
5.如權(quán)利要求2或3所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有透鏡陣列，其可以將來自分光模組的這些色彩光束均勻化后再照射于反射式顯示元件。
6.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有孔型格柵元件，其設(shè)置于光反射通道上并用來調(diào)整照射光束的截面形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有線型格柵元件，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間用來調(diào)制這些色彩光束照射于反射式顯示元件上的濾光塊影像大小。
8.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于當反射式顯示元件是一反射式液晶元件時，該投影顯示光學系統(tǒng)還會包括一偏極轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可以將這些色彩光束偏極化后照射于反射式顯示元件。
9.如權(quán)利要求8所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有偏極化分光鏡，其設(shè)置于投影鏡頭與反射式顯示元件之間，并可以將來自偏極轉(zhuǎn)換器的偏極化的色彩光束反射至反射式顯示元件。
10.如權(quán)利要求8所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有偏極化分光鏡，其設(shè)置于偏極轉(zhuǎn)換器與反射式顯示元件之間，并可以將來自反射式顯示元件的偏極化的色塊影像反射至投影鏡頭。
11.如權(quán)利要求3所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括一過濾鏡，其設(shè)置于準直透鏡與光源之間。
12.如權(quán)利要求1所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括一重放透鏡，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可將若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束照射于反射式顯示元件上。
13.一種投影顯示光學系統(tǒng)，可以提高光利用率，其主要包括有用來提供照射光束的光源、由若干個濾光塊組成的色輪、可以形成影像的反射式顯示元件，以及可以將反射式顯示元件上的影像投射于影像顯示區(qū)域中的投影鏡頭，其中色輪上的每一濾光塊均可以選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射，其特征在于反射光束所在的光反射通道與原照射光束的光入射通道均位于色輪的同一側(cè)并且兩通道之間具有一定夾角，而從色輪透射出去的色彩光束則位于色輪的另一側(cè)并且形成了光透射通道；在反射光束的光反射通道上設(shè)置有反射鏡，用來接受來自于色輪的反射光束，該反射鏡可將該反射光束再次反射至色輪的其它濾光塊上以再次進行選擇性透射，通過這種方式使得由光源產(chǎn)生的照射光束均將會從色輪透射出去并形成若干個沿不同光路徑行進的色彩光束；反射式顯示元件是位于色彩光束的光透射通道上，用來接受色彩光束，并可被劃分成若干個色塊影像，而這些色塊影像均將通過投影鏡頭投射于影像顯示區(qū)域中。
14.如權(quán)利要求13所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于色輪是傾斜設(shè)置于照射光束的入射通道上，而反射鏡是與色輪平行配置。
15.如權(quán)利要求14所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于反射式顯示元件是LCoS面板。
16.如權(quán)利要求15所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一偏極轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可將這些色彩光束偏極化轉(zhuǎn)換。
17.如權(quán)利要求16所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有偏極化分光鏡，其設(shè)置于投影鏡頭與反射式顯示元件之間，并可以將來自偏極轉(zhuǎn)換器的偏極化的色彩光束反射至反射式顯示元件上，然后來自于反射式顯示元件的色塊影像將通過該偏極化分光鏡而入射至投影鏡頭。
18.如權(quán)利要求16所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括偏極化分光鏡，其設(shè)置于偏極轉(zhuǎn)換器與反射式顯示元件之間，而來自于偏極轉(zhuǎn)換器的偏極化的色彩光束將會全部通過該偏極化分光鏡，并到達反射式顯示元件上，并且該偏極化分光鏡還可將來自反射式顯示元件的偏極化的色塊影像反射至投影鏡頭。
19.如權(quán)利要求13、17或18所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一拋物反射鏡，其包圍光源以提供準直的照射光束。
20.如權(quán)利要求13、17或18所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一橢球反射鏡，其包圍光源并匯聚照射光束。
21.如權(quán)利要求20所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一準直透鏡，當照射光束經(jīng)過準直透鏡之后可形成準直的照射光束。
22.如權(quán)利要求21所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一光導管，由光源發(fā)射的照射光束經(jīng)由橢球反射鏡的匯聚后可以再進入光導管，這樣可將光束均勻化后再發(fā)射至準直透鏡。
23.如權(quán)利要求13、17或18所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括透鏡陣列，其可以將來自色輪的這些色彩光束均勻化后再照射于反射式顯示元件。
24.如權(quán)利要求23所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有孔型格柵元件，其設(shè)置于光反射通道并用來調(diào)整照射光束的截面形狀。
25.如權(quán)利要求24所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有線型格柵元件，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間用來調(diào)制這些色彩光束照射于反射式顯示元件上的色塊影像大小。
26.如權(quán)利要求22所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括有一過濾鏡，其設(shè)置于準直透鏡與光源之間。
27.如權(quán)利要求21所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于在該投影顯示光學系統(tǒng)中還包括一重放透鏡，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可以將若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束照射于反射式顯示元件上。
28.如權(quán)利要求13或14所述的投影顯示光學系統(tǒng)，其特征在于反射式顯示元件是DMD數(shù)字微鏡裝置。
29.一種分光裝置，可應(yīng)用于投影顯示光學系統(tǒng)中以提高光利用率，其包括有一可旋轉(zhuǎn)的色輪，該色輪是由所需濾光塊組成，每一濾光塊均可選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射，其特征在于位于反射光束所在的光路徑上還設(shè)置有一反射鏡，用來接受并反射該反射光束，從而在色輪與反射鏡之間形成光反射通道，當可見光束以既定入射角入射于色輪并在色輪及反射鏡之間的光反射通道多次反射后，可產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束，從而提高光利用率。
30.如權(quán)利要求29所述的分光裝置，其特征在于色輪與反射鏡是平行配置，且可見光束是以一定角度傾斜入射至色輪上。
31.一種投影裝置，可以提高光利用率，其包括有照射模組、分光模組、影像顯示模組及控制模組，其中照射模組具有一光源，用于提供照射光束；分光模組具有一可旋轉(zhuǎn)的色輪，該色輪是由所需濾光塊組成，每一濾光塊均可選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射；影像顯示模組包括有顯示元件及投影鏡頭，顯示元件是用來接受來自于分光模組的色彩光束并將其調(diào)制以輸出具有影像圖案的彩色光，投影鏡頭是用來將具有影像圖案的彩色光投射在所需區(qū)域上；控制模組主要是用來控制光源、色輪轉(zhuǎn)動速率及施加于反射式顯示元件上的電信號，其特征在于在由色輪所形成的反射光束的路徑上設(shè)置有一反射鏡，用來接受并反射該反射光束，從而在色輪與反射鏡之間構(gòu)成光反射通道，當照射光束以既定入射角入射色輪并于色輪及反射鏡之間的光反射通道多次反射后，可產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束，這些色彩光束將會同時被顯示元件接受，經(jīng)過調(diào)制之后，將由投影鏡頭投射出去。
32.如權(quán)利要求31所述的投影裝置，其特征在于色輪是傾斜設(shè)置于照射光束的入射通道上，而反射鏡是與色輪平行配置。
33.如權(quán)利要求31所述的投影裝置，其特征在于顯示元件為反射式顯示元件。
34.如權(quán)利要求32所述的投影裝置，其特征在于當反射式顯示元件是一反射式液晶元件時，該投影裝置還包括有一偏極轉(zhuǎn)換器，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，將這些色彩光束偏極化后照射于反射式顯示元件。
35.如權(quán)利要求34所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有一偏極化分光鏡，其設(shè)置于投影鏡頭與反射式顯示元件之間，并將來自偏極轉(zhuǎn)換器的偏極化的色彩光束反射至反射式顯示元件。
36.如權(quán)利要求34所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有偏極化分光鏡，其設(shè)置于偏極轉(zhuǎn)換器與反射式顯示元件之間，并將來自反射式顯示元件的具有影像圖案的偏極化的彩色光反射至投影鏡頭。
37.如權(quán)利要求33、35或36所述的投影裝置，其特征在于照射模組還包括有一拋物反射鏡，其可使得光源發(fā)出的照射光束準直。
38.如權(quán)利要求33、35或36所述的投影裝置，其特征在于照射模組還包括有橢球反射鏡及準直透鏡，通過橢球反射鏡匯聚光源發(fā)射的光束后，再經(jīng)由準直透鏡提供準直的照射光束。
39.如權(quán)利要求38所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有一光導管，匯聚光源發(fā)射的光束可以進入光導管，并使其均勻化后再發(fā)射至準直透鏡。
40.如權(quán)利要求33所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有透鏡陣列，其可將來自分光模組的這些色彩光束均勻化后再照射于反射式顯示元件。
41.如權(quán)利要求33所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有孔型格柵元件，其設(shè)置于光反射通道并用來調(diào)整照射光束的截面形狀。
42.如權(quán)利要求33所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有線型格柵元件，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間并用來調(diào)制這些色彩光束照射于反射式顯示元件上的濾光塊影像大小。
43.如權(quán)利要求38所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有一過濾鏡，其設(shè)置于準直透鏡與光源之間。
44.如權(quán)利要求33所述的投影裝置，其特征在于該投影裝置還包括有一重放透鏡，其設(shè)置于色輪與反射式顯示元件之間，可以將若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束照射于反射式顯示元件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種投影顯示光學系統(tǒng)，適用于反射式顯示元件，包括產(chǎn)生照射光束的光源、具有若干個濾光塊且每一濾光塊均可選擇性地使得所需要波段的色彩光束通過并使其它波段的色彩光束反射的色輪、與色輪構(gòu)成光反射通道的反射鏡及投影鏡頭。當照射光束以既定入射角入射于色輪并在色輪及反射鏡之間的光反射通道多次反射后，可以產(chǎn)生若干個不同波段且以不同光路徑行進的色彩光束并照射于反射式顯示元件上，使得反射式顯示元件被劃分成若干個色塊影像；接著，若干個色塊影像通過投影鏡頭投射于屏幕。最后，借助一控制單元控制色輪轉(zhuǎn)速及反射式顯示元件，構(gòu)成投射動態(tài)色彩影像的投影裝置。
文檔編號G02B27/10GK1790097SQ200410103308
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者林志賢 申請人:亞洲光學股份有限公司