專利名稱：反射型投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射型投影儀，尤其涉及一種應(yīng)用雙折射棱鏡晶柱的反射型投影儀，借以提高光的使用效率。
投影儀通常被認為是應(yīng)用附加照明光源，借助于圖像形成裝置形成的圖像而予以投影的一種裝置。


圖1顯示的是常規(guī)的反射型投影儀。常規(guī)的反射型投影儀包括發(fā)光光源10，有選擇地透射入射光的預(yù)定色光，諸如紅、綠或藍色光的色濾光盤20，把具有不同強度的入射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?nèi)肷涔馐薪?jīng)路徑的偏振光束分光器(PBS)40，借助于有選擇地反射入射光束形成圖像的顯示裝置50，把入射光束投影在屏幕上(圖中未示出)的投影透鏡單元60。
光源10包括產(chǎn)生光線的燈泡11，諸如金屬鹵素燈泡或氙弧燈泡，以及在行經(jīng)路徑中反射由燈泡11發(fā)出的光的反射鏡13。色濾光盤20沿著光的光學路徑安裝在光源10與攪頻器30之間，并可以由驅(qū)動電機21轉(zhuǎn)動。紅(R)，綠(G)和藍(B)色濾光片分別安裝在色濾光盤20的相等面積上。色濾光盤20根據(jù)顯示裝置的響應(yīng)速度轉(zhuǎn)動。色濾光盤20的任何一個R，G與B的位置與光的光學路徑彼此相合。
攪頻器30將入射光束通過將其漫反射而使之混合，并將入射光束的光線改變成為均勻光束強度的光線。聚焦透鏡32將通過攪頻器30的光束聚焦后發(fā)散，以使透射后光束的直徑放大。準直透鏡34將發(fā)散光束變成并行光束。
偏振光束分光器40沿著光的光學路徑位于準直透鏡34與顯示裝置50之間，根據(jù)入射光束偏振分量，通過有選擇地在鏡面41上透射或反射入射光束而改變其行經(jīng)路徑。也就是說從光源側(cè)10傳來的光是有選擇地透射還是反射取決于光束的偏振分量是P-偏振光束還是S-偏振光束。
圖1顯示一實例，其中通過偏振光束分光器40的光束被用作有效光。顯示出超級響應(yīng)速度的二維數(shù)組結(jié)構(gòu)的鐵電液晶顯示器(FLCD)被用作顯示裝置50。顯示裝置50具有眾多二維數(shù)組結(jié)構(gòu)的反射小區(qū)。可以單獨驅(qū)動的反射小區(qū)通過入射光束的光線偏振方向的調(diào)制一起形成圖像。
入射在顯示裝置50上的光束再次被反射并重新進入偏振光束分光器40。這里，重新進入偏振光束分光器40的光束的偏振方向由顯示裝置50的作用有了90°的改變。于是，光束由偏振光束分光器40的鏡面41的作用全部反射，并射向投影透鏡單元60。通過投影透鏡單元60，光束被投影在屏幕上。
然而，在常規(guī)反射型投影儀中，由于根據(jù)入射光束的偏振方向?qū)⑷肷涔馐环譃槎?，而入射光束的一個偏振方向的光束被用作有效光，因而光的使用效率減低了。而且，減低了的光使用效率也成為實現(xiàn)需要高亮度反射型投影儀的一大障礙。
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的就是提供一種反射型投影儀，它應(yīng)用一對雙折射棱鏡晶柱代替偏振光束分光器，以使從光源發(fā)出的光的使用效率得以提高。
因此為了達到上述目的，提供一種反射型投影儀，它包括發(fā)光光源；由從光源發(fā)出的光線形成圖像并反射該形成圖像的第一和第二圖像單元；放大由第一和第二圖像單元形成的圖像并將放大的圖像投影在屏幕上的投影透鏡單元；相面對地沿著光的光學路徑安置的第一和第二棱鏡晶柱，用以將入射光分離為普通光線與異常光線，并改變光的行經(jīng)路徑，以使普通光線與異常光線具有不同的光學路徑；在第一和第二雙折射棱鏡晶柱與第一和第二圖像單元之間沿光的光學路徑設(shè)置第一和第二相位延遲片，用以延遲入射光的相位以改變其偏振特性。
本發(fā)明中還優(yōu)選在光源與投影透鏡單元之間沿光學路徑進一步設(shè)置彩色選擇單元，根據(jù)入射光的波長通過選擇透射的入射光束選定光色。
本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點將隨著對其優(yōu)選實施例的詳盡介紹并參閱附圖會更加清楚，附圖中圖1是常規(guī)反射型投影儀的光學系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的反射型投影儀光學系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的反射型投影儀光學系統(tǒng)的示意圖。
參閱圖2，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的反射型投影儀包括光源10；第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130，用以改變由光源110發(fā)出的光的行經(jīng)路徑；第一和第二圖像裝置140和150，用以形成從入射光來的圖像并有選擇地將其反射；第一和第二相位延遲片160和170，其位于光的光學路徑上，用以延遲入射光的相位；以及投影透鏡單元180，用以放大入射光并將其投影在屏幕上(圖中未示出)。
光源110包括發(fā)光的燈泡111和反射鏡113，反射鏡113用以反射在光的行經(jīng)路徑上由燈泡111發(fā)出的光的光線。反射鏡113可以是一個橢圓鏡，一個焦點在燈泡111處，另一個焦點在光線聚焦處，或者是一個拋物面鏡，其在燈泡111處聚焦，并使從其反射面上反射后的光成為并行光束。圖2中用了橢圓鏡作為反射鏡113，其中還包括了準直透鏡115，它使由光源110發(fā)出的光經(jīng)過橢圓鏡的反射通過它后成為平行光束。
第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130沿著光的光學路徑面對面地安置，并改變?nèi)肷涔?的行經(jīng)路徑，并根據(jù)其結(jié)晶方向，將入射光雙折射并分解成普通光線3和異常光線5。這里，普通光線3不管第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130的晶體光軸的方向如何，都有相同的折射率和同一的光的行經(jīng)速度。反之，異常光線5根據(jù)第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130的晶體光軸方向，具有不同的行經(jīng)速度，所以光的折射率也隨著入射光的方向相對于晶體光軸的方向而變化。
在光源110與第一圖像裝置140之間沿著光學路徑安置第一雙折射棱鏡晶柱120，它具有入射面121，第一臨界面123以及第一入射/出射面125。在入射面121上，從光源110來的并被雙折射的入射光1被分解為普通光線3和異常光線5，并具有不同的光學路徑。當異常光線5通過第一臨界面123時，而入射普通光線3則從第一臨界面123上被反射出。第一入射/出射面125的安裝使其與第一圖像裝置140之間成一角度，這樣使得入射光折射地通過它。第一雙折射棱鏡晶柱120最好是以第一臨界面123作為底面的梯形塊。
這里入射面121和第一入射/出射面125的傾角根據(jù)普通光線3和異常光線5各自的折射角和第一臨界面123的臨界角來確定。也就是說入射在第一臨界面123上并超出它的臨界角的普通光線3在第一臨界面123上被全部反射。反之，以小于第一臨界面123臨界角的角度入射的異常光線5則折射地通過第一臨界面123。普通光線3和異常光線5兩者都是彼此相互垂直的線性偏振光線。
第二雙折射棱鏡晶柱130也具有第二臨界面133，第二入射/出射面131以及出射面135。最好，第二折射棱鏡晶柱130是以第二臨界面133為其底面的梯形塊。第二臨界面133與第一臨界面123相對安置。透過第一雙折射棱鏡晶柱120的入射異常光線5折射進入第二臨界面133。而入射普通光線3，由于當其透過第二相位延遲片170和第二圖像裝置150后，它的雙折射特性發(fā)生變化，而被從第二臨界面133上反射回來。第二入射/出射面131的安裝與第二圖像裝置150成一角度，所以根據(jù)它的雙折射特性，入射光線以不同的折射角透過其中，出射面135也是以與出射光束的光軸成某個角度地安裝，所以入射光線當其由第一和第二圖像裝置140和150反射后，在通常第一和第二入射/出射面125和131以及第一和第二臨界面123和133后，被折射透過并射向投影透鏡單元180。
當通過第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130后，普通光線由第一和第二臨界面123和133反射，而異常光線則通過如上臨界面。然而也可換以另一種機理，也就是異常光線被第一和第二臨界面123和133反射，而普通光線則由以上臨界面透過。第一和第二雙折射棱鏡晶柱120和130各自的雙折射特性由它們的材料所決定。
第一相位延遲片160沿光學路徑位于第一入射/出射面125和第一圖像裝置140之間，而第二相位延遲片170沿光學路徑位于第二入射/出射面131和第二圖像裝置150之間。第一和第二相位延遲片160和170每一個通過延遲入射光線的相位而改變偏振方向。第一和第二相位延遲片160和170最好是λ/4片，這樣就可以把線性偏振的入射光線變?yōu)榄h(huán)狀偏振光線，或把環(huán)狀偏振的入射光線變成線性偏振光線。
第一圖像裝置140把從第一入射/出射面125折射透過并通過第一相位延遲片160的入射光線形成圖像，并再次將其反射回第一入射/出射面125。而第二圖像裝置150把從第二入射/出射面131折射透過并通過第二相位延遲片170的入射光線形成圖像，也再次將其反射。
為達到上述目的，第一和第二圖像裝置140和150最好采用含有二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)且每個都能單獨驅(qū)動的像素的鐵電液晶顯示器(FLCD)。
在FLCD中，由可以驅(qū)動的像素和沒有驅(qū)動的像素反射的光線對應(yīng)于具有同一偏振方向的入射光線來說，可以有不同的偏振方向。例如，當去向第一入射/出射面125并透過λ/4片后的普通光線落在FLCD上時，由驅(qū)動像素反射的光線就是異常光線，而由沒有驅(qū)動像素反射的光線就是其偏振方向沒有發(fā)生變化的普通光線。
此外，具有二維數(shù)組結(jié)構(gòu)的鏡面的數(shù)字鏡面裝置(DMD)也可以用來代替FLCD而作為第一和第二圖像裝置140和150。在這種情況下，每一個鏡面都是單獨驅(qū)動，而圖像則是由對于入射光線的反射角的微分來形成。
由于DMD和FLCD都是眾所周知的，所以對其介紹就予以簡略。
投影透鏡單元180位于第二雙折射棱鏡晶柱130的出射面135與屏幕之間，并把由第一和第二圖像裝置140和150所形成的并在通過第一和第二雙折射棱鏡晶柱160和170后加以放大的圖像投向屏幕。
圖3顯示的是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的反射型投影儀。由于相同或相似的元件已在上一個實施例中用同一標號標識，所以有關(guān)它們的一些介紹就從略了。
根據(jù)本實施例的特點，在光源110和投影透鏡單元180之間沿光學路徑設(shè)置了依次選擇光色的光色選擇裝置190，用以體現(xiàn)彩色圖像。
光色選擇裝置190根據(jù)入射光的波長有選擇地透射入射光來確定光色。為此光色選擇裝置190包括一個色濾光片191和轉(zhuǎn)動色濾光片191的驅(qū)動部件193。色濾光片191位于光學路徑上，其上安置有等同面積的紅(R)，綠(G)，藍(B)，或黃(Y)，寶石藍(C)，絳紅(M)三種顏色。色濾光片191由驅(qū)動部件193轉(zhuǎn)動，以使每一個三種顏色都能與光學路徑相重合。光色選擇裝置190也可沿光學路徑設(shè)置在光源110與第一雙折射棱鏡晶柱120之間。
下面介紹根據(jù)本發(fā)明上述實施例反射型投影儀的工作。
由燈泡111發(fā)出的并經(jīng)反射鏡113反射的光在透過準直透鏡115后成為平行光束。在第一雙折射棱鏡晶柱120的入射面121上光線1被雙折射從而分離為具有不同行經(jīng)路徑的普通光線3和異常光線5。
折射透過入射面121的普通光線3以大于其臨界角的角度入射在第一臨界面123上并被反射，而以小于其臨界角角度入射在第一臨界面123上的異常光線5則折射透過。反射的普通光線3又折射透過第一入射/出射面135。折射透過的線性偏振光線在透過第一相位延遲片160后變?yōu)榄h(huán)狀偏振光線。根據(jù)第一圖像裝置140的各個像素驅(qū)動與否，由第一圖像裝置140反射的光線就具有選擇的偏振方向。反射的光線在通過第一相位延遲片160后再一次變?yōu)榫€性偏振光線。其中由第一圖像裝置140驅(qū)動像素反射的光線變?yōu)槠淦穹较虬l(fā)生90°變化的異常光線，而由未驅(qū)動像素反射的光線則成為偏振方向未變化的異常光線。這樣再次進入第一入射/出射面125的普通光線與異常光線都具有不同的光學路徑。普通光線由第一臨界面123反射，而異常光線則透過第一和第二臨界面123和133，以及出射面135投向投影透鏡單元180。
同時，透過入射面121和第一臨界面123的異常光線進一步透過第二臨界面133，第二入射/出射面131以及第二相位延遲片170，入射在第二圖像裝置150上。由第二圖像裝置150反射的光的偏振方向則取決于它的各個像素是否驅(qū)動。由第二圖像裝置150反射并通過第二相位延遲片170的光線再次進入第二入射/出射面131，由驅(qū)動像素反射的光線則具有90°變化的偏振方向，同時成為普通光線，而由未驅(qū)動像素反射的光線保持原來的異常光線。這樣再次進入第二入射/出射面131的普通與異常光線沿著不同的光學路徑運行并被折射透過。由第二臨界面133反射的普通光線，在通過出射面135后投向投影透鏡單元180。異常光線則透過第二臨界面133，第一臨界面123以及入射面121。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的實施例的反射型投影儀中，由光源發(fā)出的光被全部利用，從而提高了光的利用效率。而且在排除了對光的入射角很敏感的偏振光束分光器后，使本裝置更為有用。
應(yīng)注意到本發(fā)明不只限于如上所述的優(yōu)選實施例，應(yīng)該清楚在不超出和不違背由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神實質(zhì)的情況下，是可以進行修改和補充或替代的。
權(quán)利要求
1.一種反射型投影儀，其具有發(fā)光光源，由所述光源發(fā)光形成圖像并將形成圖像反射的第一和第二圖像裝置，以及放大由所述第一和第二圖像裝置形成的圖像并將此放大圖像投影在屏幕上的投影透鏡單元，其特征在于該反射型投影儀還包括第一和第二棱鏡晶柱，沿著光的光學路徑相面對地設(shè)置，用于將入射光分解為普通光線與異常光線，并改變光的行經(jīng)路徑以使普通光線和異常光線具有不同的光學路徑；以及第一和第二相位延遲片，沿著光的光學路徑位于所述第一和第二雙折射棱鏡晶柱和所述第一和第二圖像裝置之間，用于延遲入射光的相位從而改變其偏振特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述光源包括燈泡，其面向所述第一雙折射棱鏡晶柱而設(shè)置，用于產(chǎn)生并發(fā)出光線；以及反射鏡，用于反射由所述燈泡發(fā)出的光線，并以一個方向前進。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述的第一雙折射棱鏡晶柱包括入射面，與入射光線的光軸成一角度，它將入射光折射后分解為各自具有不同光學路徑的普通光線與異常光線，第一臨界面，它將所述的普通光線和所述的異常光線中的一個透射，而將其另一個反射；以及第一入射/出射面，它與所述第一圖像裝置成某一個角度安置，用于折射透過入射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述的第二雙折射棱鏡晶柱包括第二臨界面，它與所述第一臨界面相面對地安置，它將透過所述第一雙折射棱鏡晶柱的入射光折射通過，并將通過所述第二相位延遲片和所述第二圖像裝置后改變雙折射特性的入射光反射；第二入射/出射面，它與所述第二圖像裝置成某一角度安置，它折射通過入射光；以及出射面，它與光軸成某一角度安置，用于將由所述第一和第二圖像裝置反射的并通過所述第一和第二入射/出射面及所述第一和第二臨界面的入射光折射透過并投向所述投影透鏡單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4中任一項所述的反射型投影儀，其中第二雙折射棱鏡晶柱是以所述第二臨界面為底面的梯形塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述第一和第二相位延遲片每片都是λ/4片，借助于延遲入射光的相位把線性偏振光變成環(huán)狀偏振光以及把環(huán)狀偏振光變成線性偏振光，這樣就可以根據(jù)所述各自第一和第二圖像裝置的各自像素小區(qū)有選擇地改變?nèi)肷涔獾碾p折射特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述的第一和第二圖像裝置分別是鐵電液晶顯示器，面對所述第一和第二相位延遲片而設(shè)置，并包括二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的像素，每一個像素都可以單獨驅(qū)動以選擇偏振方向，藉以形成圖像并把形成的圖像反射投向所述第一和第二相位延遲片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，其中所述第一和第二圖像裝置是數(shù)字鏡面裝置，分別面對所述第一和第二相位延遲片而設(shè)置，并包括二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的反射鏡，每一個反射鏡都可以單獨驅(qū)動以選擇入射光的反射方向，并形成圖像及將形成的圖像予以反射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的反射型投影儀，它還包括光色選擇裝置，它沿著光學路徑位于所述光源與所述投影透鏡單元之間，根據(jù)入射光的波長由選擇透過的入射光選擇光色。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反射型投影儀，其中所述的光色選擇裝置包括一組色濾光片有選擇地安置在光學路徑上，根據(jù)入射光的波長有選擇地透過入射光；以及轉(zhuǎn)動所述色濾光片的驅(qū)動源。
全文摘要
一種反射型投影儀,其除了包括發(fā)光光源,第一和第二圖像裝置以及投影透鏡單元之外,為提高光的利用效率,它還包括面對面地位于光的光學路徑上的第一和第二棱鏡晶柱,用以將入射光分解為普通光線與異常光線,并改變光的行經(jīng)路徑從而使普通光線與異常光線具有不同的光學路徑;以及第一和第二相位延遲片,沿著光的光學路徑位于第一和第二雙折射棱鏡晶柱和第一和第二圖像裝置之間,用以延遲入射光的相位以改變?nèi)肷涔獾钠裉匦浴?br> 文檔編號G02B27/08GK1202630SQ9810621
公開日1998年12月23日 申請日期1998年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月17日
發(fā)明者鄭明烈 申請人:三星電子株式會社