專利名稱：反射型投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用反射型顯示裝置的反射型投影儀，特別涉及一種能提高投射到屏幕上的光的強(qiáng)度的反射型投影儀。
投影儀是一種通過采用附加光源將成形的圖像投影在屏幕上而顯示圖像的裝置。投影儀根據(jù)圖像形成的方式劃分為投射型投影儀或反射型投影儀。


圖1示出了一種傳統(tǒng)的反射型投影儀的光學(xué)系統(tǒng)。如圖所示，傳統(tǒng)的反射型投影儀包括一用于發(fā)光的光源10；一用于透射特定的光的顏色的濾色盤20；一擾頻器30，用于將具有不同強(qiáng)度的入射光的光線混合成一均勻光束；一聚光透鏡32；一準(zhǔn)值透鏡34；一偏振分束器40，用于改變光路；一顯示裝置50，用于通過選擇性地反射入射光而形成圖像；及一投影透鏡單元60，用于將入射光投影到屏幕(未示出)上。
光源10包括一燈11，諸如金屬鹵化物燈或氙弧燈，用于產(chǎn)生光；及一反射鏡13，用于反射燈11發(fā)出的光。沿光路設(shè)置在光源10和擾頻器30之間的濾色盤20由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)21轉(zhuǎn)動(dòng)。濾色盤20包括紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)濾色鏡。濾色盤20以對(duì)應(yīng)于顯示裝置響應(yīng)速度的速度旋轉(zhuǎn)，并且根據(jù)顯示裝置50的響應(yīng)速度，在給定的時(shí)間，R、G、B濾色鏡之一沿光路設(shè)置。
擾頻器30通過漫反射將入射光混合成均勻光。聚光透鏡32將通過擾頻器30的光會(huì)聚，光隨后又發(fā)散以擴(kuò)大其透射寬度。準(zhǔn)直透鏡34將入射的發(fā)散光會(huì)聚成平行光束。
偏振分束器40設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡34和顯示裝置50之間的光路上，并且通過根據(jù)其偏振分量選擇性地在鏡面41透射或反射入射光而改變?nèi)肷涔獾墓饴贰Ｒ簿褪钦f，由光源40發(fā)出的光根據(jù)其偏振分量為P偏振或S偏振而選擇性地透射或反射。
圖1示出的實(shí)例是由偏振分束器40透射的光用作有效光。具有良好的響應(yīng)速度的二維排列結(jié)構(gòu)的鐵電液晶顯示器(FLCD)用作顯示裝置50。該顯示裝置50具有多個(gè)二維排列結(jié)構(gòu)的反射區(qū)，每一反射區(qū)被獨(dú)立激發(fā)以通過改變?nèi)肷涔獾钠穹较蚨纬蓤D像。
入射到顯示裝置50的光被反射并再次進(jìn)入偏振分束器40。此時(shí)，再次進(jìn)入偏振分束器40的有效光的偏振方向已通過顯示裝置50改變至90°。隨后，光束從偏振分束器40的鏡面41反射而進(jìn)入投影透鏡單元60。光束經(jīng)過投影透鏡單元60并投射到屏幕(未示出)上。
如上所述，傳統(tǒng)的反射型投影儀需要平行光束入射到偏振分束器，以避免根據(jù)一個(gè)偏振分量的透射/反射的品質(zhì)變壞。因此，入射偏振分束器的光的寬度必須增加，以在光源和偏振分束器之間形成平行光束，同時(shí)還需要更大的偏振分束器和投影透鏡單元，而這些都是很昂貴的。
此外，在另一采用FLCD來代替偏振分束器的反射型投影儀中，入射到FLCD的光的角度與從其中反射的光的角度不同，從而改變光路。此處，F(xiàn)LCD比準(zhǔn)直透鏡小，因此FLCD和投影透鏡單元之間的光距須延長(zhǎng)，或是加大FLCD的斜度。當(dāng)光距延長(zhǎng)時(shí)，投影透鏡單元的直徑減小，而FLCD的斜度的增加使得在FLCD和投影透鏡單元之間光軸的排列變得困難。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改變光路的臨界角棱鏡的反射型投影儀，從而不采用偏振分束器或不提高光學(xué)長(zhǎng)度，而簡(jiǎn)化了光軸的排列。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種反射型投影儀，其中，向屏幕發(fā)射三種顏色以提高光學(xué)效率并提高屏幕的強(qiáng)度。
因此，為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，提供的反射型投影儀包括一光源，用于產(chǎn)生和發(fā)出光；一圖像產(chǎn)生單元，具有多個(gè)二維排列結(jié)構(gòu)的像素，每個(gè)像素獨(dú)立地被激發(fā)，用于形成和反射來自入射光的圖像；一具有透射/反射表面的臨界角棱鏡，沿光路設(shè)置，以透射由光源入射的光并反射由圖像產(chǎn)生單元再次進(jìn)入的光；及一投影透鏡單元，用于將由臨界角透鏡的透射/反射表面反射的光放大并透射到屏幕上。
為實(shí)現(xiàn)上述第二個(gè)目的，提供的反射型投影儀包括一光源，用于產(chǎn)生和發(fā)射光，一第一分色鏡(dichroic mirror)，沿光路設(shè)置，用于根據(jù)波長(zhǎng)透射和反射入射光以將透射光和反射光分成兩個(gè)；一第一光路改變單元，用于改變被第一分色鏡分開的一光束的路徑；一第一圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第一光路改變單元的入射光產(chǎn)生圖像；一第二分色鏡，用于根據(jù)波長(zhǎng)透射和反射由第一分色鏡反射的光；一第二光路改變單元，用于改變由第二分色鏡分開的另一光束的光路；一第二圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第二光路改變裝置的光產(chǎn)生圖像；一第三光路改變單元，用于改變透射過第二分色鏡的光的路徑；一第三圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第三光路改變單元的入射光產(chǎn)生圖像；一具有第一和第二鏡面的分色光分束器(dichroic beam splitter)，用于根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地在一個(gè)方向上透射和反射經(jīng)過第一、第二和第三光路改變單元的入射光；及一投影透鏡單元，用于將經(jīng)過分色光分束器的入射光放大并透射到屏幕上。
通過參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以更清楚地了解本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是示出傳統(tǒng)的反射型投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是示出本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的反射型投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是示出圖2中的復(fù)眼透鏡的示意圖；圖4是臨界角棱鏡和FLCD光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的反射型投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是作為本發(fā)明的光混合單元的擾頻器的透視圖；圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例的反射型投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是本發(fā)明第四實(shí)施例的反射型投影儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)的示意圖。
參照?qǐng)D2-4，本發(fā)明第一實(shí)施例的反射型投影儀包括一光源110，用于產(chǎn)生和發(fā)射光；一濾色盤120，用于選擇地透射由光源110發(fā)出的光的特定波長(zhǎng)，以選擇顏色；一圖像形成單元160；一臨界角棱鏡150，用于將來自光源110的入射光透射至圖像形成單元160并反射由圖像形成單元160入射的光；及一投影透鏡單元170，用于將入射光放大并透射到屏幕(未示出)上。
最好是濾色盤120和臨界角棱鏡150之間的光路上還包括一光混合單元130，用于發(fā)散/會(huì)聚或散射及反射來自光源110的入射光，以使光均勻；及一中繼透鏡140，用于會(huì)聚入射光以形成平行光束。
光源110包括一產(chǎn)生光的燈111，及一反射鏡113，用于沿預(yù)定的路徑反射燈111發(fā)出的光。反射鏡113可以是一橢圓形鏡面，其中燈111的位置為一個(gè)焦點(diǎn)而會(huì)聚點(diǎn)為其另一個(gè)焦點(diǎn)，或者可以是拋物線形鏡面，其中燈111的位置為其一個(gè)焦點(diǎn)，且由燈111發(fā)出并由反射鏡113反射的光是平行光束。
濾色盤120沿光路設(shè)置在光源110和光混合單元130之間，并包括一濾色鏡121，其具有紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)或黃(Y)、青(C)、絳(M)三種顏色，選擇性地沿光路設(shè)置，以根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射由光源110發(fā)出的光；及一驅(qū)動(dòng)部分123，用于驅(qū)動(dòng)濾色鏡121。濾色鏡121的顏色設(shè)置在整個(gè)盤上以覆蓋相同面積。濾色盤120對(duì)應(yīng)于圖像形成單元160的響應(yīng)速度驅(qū)動(dòng)，以將濾色鏡121中的一個(gè)置于光路上。
光混合單元130包括一聚光透鏡131，用于會(huì)聚經(jīng)濾色盤120透射的光；及相鄰的第一復(fù)眼透鏡132和第二復(fù)眼透鏡133，用于會(huì)聚入射光。第一和第二復(fù)眼透鏡132、133都有一入射表面和/或出射表面，其中，多個(gè)凸起部分132a和133a分別會(huì)聚入射光。每一凸起部分132a和133a的水平和垂直表面的比值對(duì)應(yīng)于下面將描述的鐵電液晶顯示器(FLCD)163的相應(yīng)比值。經(jīng)第一復(fù)眼透鏡132的凸起部分132a會(huì)聚的光繞著第二復(fù)眼透鏡133聚焦，從而通過混合光源110不規(guī)則的光而形成均勻光。
中繼透鏡單元140將光混合單元130透射的光會(huì)聚到FLCD 163上。此時(shí)，中繼透鏡單元140包括一會(huì)聚透鏡141，用于將入射光轉(zhuǎn)換成發(fā)散光；及一準(zhǔn)直透鏡143，用于將發(fā)散光會(huì)聚成平行光束，其沿光路設(shè)置在會(huì)聚透鏡141和臨界角棱鏡150之間。
臨界角透鏡150包括一透射/反射表面151，用于透射和改變經(jīng)中繼透鏡單元140的入射光的光路，并全反射(total-internal-reflect)經(jīng)FLCD 163反射的光。透射/反射表面151設(shè)置成具有位于經(jīng)其反射的光的光軸和其法線之間的反射角θo。反射角θo等于或大于臨界角θc。這是因?yàn)楫?dāng)光進(jìn)入具有較低折射率的介質(zhì)并且界面的入射角等于或大于臨界角θc時(shí)，進(jìn)行全反射沒有能量損耗。此處，臨界角θc＝sin-1(第二介質(zhì)的折射率/第一介質(zhì)的折射率)，其中，第一介質(zhì)為臨界角棱鏡，第二介質(zhì)為空氣。因此，當(dāng)θo大于θc時(shí)，產(chǎn)生全反射而沒有能量損耗。
圖像形成單元160包括一起偏器161，一FLCD 163，及一檢偏器165，該單元由經(jīng)臨界角棱鏡150入射的光形成圖像。起偏器161沿光路設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡143和臨界角棱鏡150之間，使非偏振的入射光線性地偏振。FLCD163朝向臨界角棱鏡150的透射表面153。最好，F(xiàn)LCD 163和透射表面153相互平行。FLCD 163具有二維排列結(jié)構(gòu)，并具有多個(gè)像素，每一像素獨(dú)立地被激發(fā)。入射到FLCD 163的光在一個(gè)偏振方向或不同偏振方向上變?yōu)榫€性偏振光，并反射至臨界角棱鏡150。檢偏器165沿光路設(shè)置在臨界角棱鏡150和投影透鏡單元170之間，并根據(jù)偏振方向選擇地透射經(jīng)透射表面153透射且經(jīng)透射/反射表面151反射的光。
此外，可以采用數(shù)字鏡裝置(DMD)作為圖像形成單元100。DMD朝向臨界角棱鏡150的透射表面153，并包括多個(gè)二維排列的反射鏡(未示出)。每一反射鏡單獨(dú)地鉸接，以對(duì)于相同的入射角具有不同的反射角。因此，對(duì)于每一像素獨(dú)立地選定根據(jù)入射角的反射角，以產(chǎn)生圖像。
上述投影透鏡單元170設(shè)在臨界角棱鏡150和屏幕之間，以將入射光放大并投影到屏幕上。
下面將描述第一實(shí)施例的反射型投影儀的運(yùn)行。
由光源100發(fā)出的光的一種顏色被選擇作為透射過濾色盤20的光，在經(jīng)過諸如聚光透鏡131和第一與第二復(fù)眼透鏡132和133的光混合單元130后變?yōu)榫鶆虻模俳?jīng)過中繼透鏡單元140后變?yōu)槠叫泄馐?。平行光束一個(gè)偏振方向的線性偏振光選擇性地透射過起偏器161，平行光束通過臨界角棱鏡透射到FLCD 163上。FLCD 163上的每一像素選擇性地被激發(fā)，以相對(duì)于相應(yīng)的各顏色產(chǎn)生和反射圖像，用于在屏幕上形成圖像。光再次進(jìn)入臨界角棱鏡150，再次進(jìn)入的光由臨界角棱鏡150的透射/反射表面151反射，隨后反射光進(jìn)入檢偏器165。檢偏器165透射來自入射光的一個(gè)偏振方向的光。透射光經(jīng)過投影透鏡單元170聚焦在屏幕上。此時(shí)，通過在屏幕上順序地重疊對(duì)應(yīng)各顏色的圖像而實(shí)現(xiàn)一幀圖像畫面。
參照?qǐng)D5和6，詳細(xì)地描述本發(fā)明第二實(shí)施例的反射型投影儀。此處，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
根據(jù)本發(fā)明的特征，采用一擾頻器135作為光混合單元130，用于通過散射和反射入射光而產(chǎn)生均勻光。擾頻器135是一六面體玻璃塊，具有垂直于光路的入射和出射表面135a和135b。擾頻器135的出射表面135b的水平尺寸與垂直尺寸的比值與FLCD 163的比值相同。
如上所述，本發(fā)明的第二種反射型投影儀采用不帶有偏振分束器的臨界角棱鏡，偏振分束器在光路根據(jù)偏振變化的過程中對(duì)于光的入射角敏感，從而在不增加光學(xué)系統(tǒng)整體尺寸的情況下很容易安排光學(xué)系統(tǒng)的光軸。
參照?qǐng)D7，本發(fā)明第三實(shí)施例的反射型投影儀包括一光源210，用于發(fā)光；第一和第二分色鏡231和235，沿光路設(shè)置，以根據(jù)波長(zhǎng)透射和反射入射光；第一、第二和第三光路改變單元240，250，260，用于改變來自入射光的圖像；一分色光分束器(dichroic beam splitter)270，用于在一個(gè)方向出射來自第一、第二、第三光路改變單元240，250和260的入射光；及一投影透鏡單元280，用于放大和透射來自分色光分束器270的入射光。
光源210包括一燈211，用于發(fā)光；及一反射鏡213，用于沿預(yù)定的路徑反射燈211發(fā)出的光。光源210與第一和第二實(shí)施例的光源110基本相同，因而省略其說明。
最好是還包括一光混合單元220，用于通過發(fā)散/會(huì)聚或散射和反射光源210的入射光而形成均勻光。圖7示出一實(shí)施例，其采用相鄰的第一和第二復(fù)眼透鏡221和222，及一用于會(huì)聚由第二復(fù)眼透鏡222透射的光的聚光透鏡223，它們用作光混合單元220。此時(shí)，最好采用拋物線型鏡面作為反射鏡213。第一和第二復(fù)眼透鏡221和222與參照?qǐng)D2至3說明的第一實(shí)施例的第一和第二復(fù)眼透鏡132和133的工作原理基本相同，因此省略其詳細(xì)說明。
如圖8所示，也可采用通過散射和反射入射光而形成均勻光的擾頻器225和會(huì)聚透鏡226作為光混合單元220。此處，反射鏡213最好是橢圓形的。擾頻器225與參照?qǐng)D5至6說明的擾頻器135的工作原理基本相同，故省略其詳細(xì)說明。會(huì)聚透鏡226沿光路設(shè)置在擾頻器225和第一分色鏡231之間，以會(huì)聚入射光。
第一分色鏡231根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射和反射來自光源210的入射光。例如，第一分色鏡231由絕緣涂層制造，并反射綠色(G)光和紅色(R)光，透射藍(lán)色(B)光。透射光從第一和第二反射鏡232和233反射，隨后入射到第一光路改變單元240和第一圖像形成單元245。
從第一分色鏡231反射的光再?gòu)牡谌瓷溏R234反射，然后反射光入射到第二分色鏡235。第二分色鏡235根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射和反射入射光。例如，第二分色鏡235反射綠(G)光而透射紅(R)光。從第二分色鏡235反射的光入射到第二光路改變單元250和第二圖像形成單元255。從第二分色鏡235透射的光入射到第三光路改變單元260和第三圖像形成單元265。
第一光路改變單元240改變從第一分色鏡231透射的光的路徑。第一圖像產(chǎn)生單元245由經(jīng)過第一光路改變單元240的入射光產(chǎn)生圖像。第一光路改變單元240包括第一會(huì)聚透鏡241和第一棱鏡243。第一會(huì)聚透鏡241將入射的發(fā)散光會(huì)聚成平行光束。第一棱鏡243具有第一透射/反射表面243a，用于透射從第一會(huì)聚透鏡241入射的光并全反射從第一圖像產(chǎn)生單元245反射的光。位于從第一透射/反射表面243a反射的光的光軸和該表面法線之間的出射角θo等于或大于臨界角θc。第一棱鏡243和要說明的第二、第三棱鏡253，263與第一、第二實(shí)施例中說明的臨界角棱鏡150相同，因而省略其詳細(xì)說明。
第一圖像產(chǎn)生單元245包括一第一起偏器246，第一FLCD 247，和第一檢偏器248。第一起偏器246沿光路設(shè)置在第一會(huì)聚透鏡241和第一棱鏡243之間，線性地起偏非偏振的入射光。第一FLCD 247朝向第一棱鏡243的第一透射表面243b。此處，第一FLCD 247和第一透射表面243b最好相互平行。第一FLCD 247具有二維結(jié)構(gòu)和多個(gè)像素，每一像素獨(dú)立被激發(fā)。入射到第一FLCD 247的光在一個(gè)偏振方向或多個(gè)偏振方向上成為線性的偏振光，并被反射到第一棱鏡243。第一檢偏器248沿光路設(shè)置在第一棱鏡243和分色光分束器(dichroic beam splitter)270之間，并根據(jù)偏振方向選擇性地透射這樣的光，該光是從第一FLCD 247反射，從第一透射表面243b透射，并從第一透射/反射表面243a反射的光。從第一檢偏器248透射的光是從第一分光鏡231透射的光，如藍(lán)(B)光，并包括一相對(duì)于該藍(lán)色的圖像。
第二光路改變單元250包括一第二會(huì)聚透鏡251和一第二棱鏡253，它們都沿光路設(shè)置在第二分色鏡235和分色光分束器(dichroic beam splitter)270之間。此處，第二會(huì)聚透鏡251和第二棱鏡253的工作原理和其光學(xué)排列與第一會(huì)聚透鏡241和第一棱鏡243相同，因而省略其詳細(xì)說明。第二圖像產(chǎn)生單元255包括一第二起偏器256，一第二FLCD 257，及一第二檢偏器258，其工作原理和光學(xué)排列與第一圖像產(chǎn)生單元245基本相同，故省略其詳細(xì)說明。此處，標(biāo)號(hào)253a和253b分別表示第二透射/反射表面和第二透射表面。
第三光路改變單元260包括第三會(huì)聚透鏡261和第三棱鏡263，用于改變從第二分色鏡235透射的光的路徑，其沿光路設(shè)置在第二分色鏡235和分色光分束器(dichroic beam splitter)270之間。此處，第三會(huì)聚透鏡261和第三棱鏡263的工作原理和光學(xué)排列與第一會(huì)聚透鏡261和第一棱鏡243相同，故省略其詳細(xì)說明。第三圖像產(chǎn)生單元265包括一第三起偏器266，一第三FLCD267和一第三檢偏器268，其工作原理和光學(xué)排列與第一圖像產(chǎn)生單元245相同，故省略其詳細(xì)說明。此處，標(biāo)號(hào)263a和263b分別表示第三透射/反射表面和第三透射表面。
分色光分束器270有三個(gè)入射表面271，272和273及一個(gè)出射表面274。每個(gè)入射表面271，272和273朝向第一、第二和第三光路改變單元240，250和260中的一個(gè)。入射光的光路改變，從而使經(jīng)過第一、第二、第三光路改變單元的光由出射表面274射出。因此，分色光分束器270具有第一和第二鏡面276和277，用于根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射或反射光。具有涂層以透射和反射某一波長(zhǎng)范圍的光的第一鏡面276反射經(jīng)過光路改變單元240的入射光，透射經(jīng)過光路改變單元250和260的入射光。具有涂層以透射和反射另一波長(zhǎng)范圍的光的第二鏡面277透射經(jīng)過第一和第二光路改變單元240和250的光，并反射經(jīng)過第三光路改變單元260的光。
此處，考慮到分色光分束器270、光學(xué)排列及第一至第三棱鏡243，253和263的偏差，最好在分色光分束器270的外表面274和投影透鏡單元280之間還設(shè)置一校正棱鏡278。這些誤差可以被校正，特別是由于校正棱鏡278引起的第一至第三棱鏡243，253和263的光學(xué)路徑的變化而引起的色差和變形，從而很容易使經(jīng)第一至第三棱鏡243，253和263的入射光的光軸垂直于分色光分束器270中三個(gè)入射表面271，272和273的每一個(gè)。此外，第一至第三棱鏡243，253和263可以設(shè)置成入射光的光軸經(jīng)過分色光分束器270的第一鏡面276與第二鏡面277相交的部分，以提高光學(xué)效率。
投影透鏡單元280設(shè)置在分色光分束器270和屏幕之間，因而將來自分色光分束器270的入射光放大并投影到屏幕上。
圖7示出一種反射型投影儀，其中由光源210發(fā)出并由第一分色鏡231透射的光入射到第一光路改變單元240，并且反射光朝著第二分色鏡235入射，但是這種投影儀并不限于該實(shí)施例。也就是說，改變光源210、光混合單元220的光學(xué)位置及第一分色鏡231根據(jù)一個(gè)波長(zhǎng)的透射/反射，從而使光源210發(fā)出并由第一分色鏡231反射的光入射，且透射光入射到第二分色鏡235。
下面將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例的反射型投影儀的工作原理。如圖所示，由光源210發(fā)出的光在經(jīng)過光混合單元220之后成為均勻光，均勻光入射至第一分色鏡231。入射到第一分色鏡231的光根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射和反射。由第一分色鏡231透射的光通過第一光路改變單元240入射到第一圖像產(chǎn)生單元245。第一圖像產(chǎn)生單元245根據(jù)每一像素區(qū)選擇入射光的一個(gè)偏振方向，從而形成對(duì)應(yīng)入射光顏色的圖像，隨后入射光反射到第一棱鏡243。入射到第一棱鏡243的光射到分色光分束器270的入射表面271。由第一分色鏡231反射的光入射到第二分色鏡235。第二分色鏡235根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射和反射入射光。反射光通過第二光路改變單元250和第二圖像產(chǎn)生單元255入射到分色光分束器270的入射表面272。此外，由第二分色鏡235透射的光通過第三光路改變單元260和第三圖像產(chǎn)生單元265入射到分色光分束器270的入射表面273。入射到對(duì)應(yīng)于第一、第二鏡面276、277的分色光分束器270的光選擇性地透射、反射并通過透射單元280，像素一個(gè)挨一個(gè)地重疊而投向屏幕。
下面參照?qǐng)D8詳細(xì)地描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。此處，相同的標(biāo)號(hào)表示圖7中相同的元件。
根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的特征，采用第一、第二和第三數(shù)字鏡裝置(DMD)249，259和269作為第一、第二和第三圖像產(chǎn)生單元245′，255′和265′，用于產(chǎn)生來自于入射光的圖像。此處，不需要如圖7所示的第一、第二和第三起偏器與第一、第二和第三檢偏器。
第一DMD 249朝向第一棱鏡243的第一反射表面243a，并包括多個(gè)具有二維結(jié)構(gòu)的反射鏡(未圖示)。每一反射鏡獨(dú)立地鉸接，以相對(duì)于入射光具有不同的反射角度。
根據(jù)本發(fā)明的第三、第四實(shí)施例的反射型投影儀，沿光路設(shè)置包括第一、第二、和第三棱鏡243、253和263的第一、第二和第三光路改變單元240，250和260，用于根據(jù)臨界角透射或反射入射光，采用第一、第二和第三圖像產(chǎn)生單元組成圖像畫面的顏色重疊起來，從而大大提高了屏幕的強(qiáng)度。此外，在根據(jù)偏振改變光路的過程中不使用對(duì)光的入射角敏感的偏振分束器，從而更容易安排該光學(xué)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種反射型投影儀，包括一光源，用于產(chǎn)生和發(fā)出光；一圖像產(chǎn)生單元，具有多個(gè)二維排列結(jié)構(gòu)的像素，每一像素獨(dú)立地被激發(fā)，用于形成和反射來自入射光的圖像；及一投影透鏡單元，用于將光放大并透射到屏幕上，其特征在于一具有透射/反射表面的臨界角棱鏡，沿光路設(shè)置在濾色盤和圖像產(chǎn)生單元之間，用于透射由光源入射的光，并將經(jīng)圖像產(chǎn)生單元透射的光向著透射/反射表面反射。
2.如權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，所述圖像產(chǎn)生單元包括一起偏器，沿光路設(shè)置在中繼透鏡單元和臨界角棱鏡之間，以線性地偏振入射光；一鐵電液晶裝置，用于線性地偏振經(jīng)過起偏器和臨界角棱鏡的光，以具有根據(jù)各像素而被獨(dú)立選定的偏振方向，并且反射該線性的偏振光；及一檢偏器，沿光路設(shè)置在臨界角棱鏡和投影透鏡單元之間，用于透射由透射/反射表面反射的一個(gè)偏振方向的光。
3.如權(quán)利要求1所述的反射型投影儀，還包括一光混合單元，沿光路設(shè)置在光源和臨界角棱鏡之間，用于通過發(fā)散/會(huì)聚或散射及反射來自光源的入射光而形成均勻光；及一中繼透鏡單元，用于通過會(huì)聚經(jīng)光混合單元透射的光而形成平行光束。
4.如權(quán)利要求3所述的反射型投影儀，其中光混合單元包括一會(huì)聚透鏡，用于會(huì)聚由光源發(fā)出的光；及彼此相鄰的第一和第二復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡在其入射和/或出射表面都具有多個(gè)凸起部分，每一凸起都會(huì)聚入射光。
5.如權(quán)利要求3所述的反射型投影儀，其中光混合單元是一為六面體玻璃塊的擾頻器，其具有垂直于光路的入射和出射表面，以通過散射和反射入射光而形成均勻光。
6.如權(quán)利要求3所述的反射型投影儀，其中中繼透鏡單元包括一聚光透鏡，用于發(fā)散經(jīng)光混合單元透射的光；和一準(zhǔn)直透鏡，沿光路設(shè)置在聚光透鏡和臨界角棱鏡之間，用于會(huì)聚發(fā)散的光。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的反射型投影儀，還包括一具有多個(gè)濾色鏡的濾色盤，沿光路設(shè)置在光源和臨界角棱鏡之間，用于根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地透射由光源入射的光；和一驅(qū)動(dòng)單元，用于驅(qū)動(dòng)濾色鏡。
8.一種反射型投影儀，包括一光源，用于產(chǎn)生和發(fā)出光；和一投影透鏡單元，用于將入射光放大并透射到屏幕上，其特征在于一第一分色鏡，沿光路設(shè)置，用于根據(jù)波長(zhǎng)透射和反射光，以將透射光和反射光分成兩束；一第一光路改變單元，用于改變由第一分色鏡分開的一束光的路徑；一第一圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第一光路改變單元的入射光產(chǎn)生圖像；一第二分色鏡，用于根據(jù)波長(zhǎng)透射和反射經(jīng)第一分色鏡反射的光；一第二光路改變單元，用于改變由第二分色鏡分開的另一束光的路徑；一第二圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第二光路改變單元的入射光產(chǎn)生圖像；一第三光路改變單元，用于改變經(jīng)第二分色鏡透射的光的路徑；一第三圖像產(chǎn)生單元，用于由經(jīng)過第三光路改變單元的入射光產(chǎn)生圖像；一具有第一和第二鏡面的分色光分束器，用于根據(jù)波長(zhǎng)選擇性地向投影透射單元透射和反射經(jīng)過第一、第二和第三光路改變單元的入射光。
9.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第一光路改變單元包括一第一會(huì)聚透鏡，用于會(huì)聚入射光；及一第一透射/反射表面，用于透射經(jīng)過第一聚光透鏡的入射光，并全反射經(jīng)第一圖像產(chǎn)生單元反射的光。
10.如權(quán)利要求9所述的反射型投影儀，其中，第一透射/反射表面具有的相對(duì)于由第一顯示裝置反射的光的光軸的角度等于或大于臨界角。
11.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第一圖像產(chǎn)生單元還包括一第一起偏器，用于線性地偏振入射光；一第一鐵電液晶顯示裝置，用于將經(jīng)第一起偏器透射且經(jīng)過第一光路改變單元的光線性地偏振為線性偏振光，所述偏振光具有根據(jù)相應(yīng)的區(qū)域被獨(dú)立選定的偏振方向；及一第一檢偏器，沿光路設(shè)置在第一鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射一個(gè)偏振方向的偏振光。
12.如權(quán)利要求9所述的反射型投影儀，其中，第一圖像產(chǎn)生單元包括一第一起偏器，沿光路設(shè)置在第一聚光透鏡和第一棱鏡之間，用于線性地偏振入射光；一第一鐵電液晶顯示裝置，用于將經(jīng)第一起偏器和第一棱鏡透射的入射光線性地偏振為線性偏振光，并向第一棱鏡反射該線性偏振光，所述偏振光具有根據(jù)每一區(qū)域被獨(dú)立選定的偏振方向；及一第一檢偏器，沿光路設(shè)置在第一鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射經(jīng)第一鐵電液晶顯示裝置和第一棱鏡反射的入射光的一個(gè)偏振方向的光。
13.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第一圖像產(chǎn)生單元是一數(shù)字鏡面裝置(DMD)，它包括具有兩維排列結(jié)構(gòu)的多個(gè)反射鏡，每個(gè)鏡被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第二光路改變單元包括一第二會(huì)聚透鏡，用于會(huì)聚入射光；及一具有第二透射/反射表面的第二棱鏡，用于透射由第二聚光透鏡入射的光和全反射由第二圖像產(chǎn)生單元反射的光。
15.如權(quán)利要求14所述的反射型投影儀，其中，第二透射/反射表面具有的相對(duì)于由第二顯示裝置反射的光的光軸的角大于臨界角。
16.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第二圖像產(chǎn)生單元包括一第二起偏器，用于線性地偏振入射光；一第二鐵電液晶顯示裝置，用于將由第二起偏器透射并經(jīng)過第二光路改變單元的入射光線性地偏振為具有根據(jù)每一區(qū)域單獨(dú)被選定的一個(gè)偏振方向的光，并用于反射該線性偏振光；及一第二檢偏器，沿光路設(shè)置在第二鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射一偏振方向的光。
17.如權(quán)利要求14所述的反射型投影儀，其中，第二圖像產(chǎn)生單元包括一第二起偏器，沿光路設(shè)置在第二會(huì)聚透鏡和第二棱鏡之間；一第二鐵電液晶顯示裝置，用于將由第二起偏器和第二棱鏡透射的入射光線性偏振為具有根據(jù)每一區(qū)域被單獨(dú)選定的偏振方向的光，并用于反射該線性偏振光；及一第二檢偏器，沿光路設(shè)置在第二鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射經(jīng)第二鐵電液晶顯示裝置和第二棱鏡反射的入射光的一個(gè)偏振方向的光。
18.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第二圖像產(chǎn)生單元為具有多個(gè)二維排列結(jié)構(gòu)的反射鏡的DMD，每一反射鏡被單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第三光路改變單元包括一第三會(huì)聚透鏡，用于會(huì)聚入射光；及一第三透射/反射表面，用于透射經(jīng)第三會(huì)聚透鏡的入射光，并全反射經(jīng)第三圖像產(chǎn)生單元反射的光。
20.如權(quán)利要求19所述的反射型投影儀，其中，第三透射/反射表面具有的相對(duì)于經(jīng)第三顯示裝置反射的入射光的角度大于等于臨界角。
21.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第三圖像產(chǎn)生單元包括一第三起偏器，用于線性地偏振入射光；一第三鐵電液晶顯示裝置，用于將由第三起偏器透射并經(jīng)過第三光路改變單元的入射光線性偏振為具有根據(jù)相應(yīng)的區(qū)域被單獨(dú)選定的偏振方向的線性偏振光；及一第三檢偏器，沿光路設(shè)置在第三鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射一個(gè)偏振方向的偏振光。
22.如權(quán)利要求19所述的反射型投影儀，其中，第三圖像產(chǎn)生單元包括，一第三起偏器，沿光路設(shè)置在第三會(huì)聚透鏡和第三棱鏡之間，用于線性地偏振入射光；一第三鐵電液晶顯示裝置，用于將經(jīng)第三起偏器和第三棱鏡透射的入射光線性地偏振為具有根據(jù)對(duì)應(yīng)區(qū)域被單獨(dú)選定的偏振方向的線性偏振光，并向第三棱鏡反射該線性偏振光；及一第三檢偏器，沿光路設(shè)置在第三鐵電液晶顯示裝置和分色光分束器之間，用于透射由第三鐵電液晶顯示裝置和第三棱鏡反射的入射光的一個(gè)偏振方向的光。
23.如權(quán)利要求8所述的反射型投影儀，其中，第三圖像產(chǎn)生單元為一包括多個(gè)二維結(jié)構(gòu)的反射鏡的DMD，每一反射鏡被單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
24.如權(quán)利要求7至22中任一項(xiàng)所述的反射型投影儀，其中，由光源入射的光通過發(fā)散/會(huì)聚或散射及反射在光源和第一分色鏡之間的光路上成為均勻光。
25.如權(quán)利要求24所述的反射型投影儀，其中，光混合單元包括彼此相鄰的第一和第二復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡在其入射和/或出射表面上具有多個(gè)凸起部分，每一凸起部分會(huì)聚入射光；及一會(huì)聚透鏡，用于將經(jīng)第二復(fù)眼透鏡透射的光會(huì)聚成平行光。
26.如權(quán)利要求24所述的投影儀，其中，光混合單元是一為六面體玻璃塊的擾頻器，其具有垂直于光路的入射和出射表面，用于通過散射和反射入射光而使其成為均勻光。
27.如權(quán)利要求8到25中任一項(xiàng)所述的反射型投影儀，還包括一形成于分色光分束器外表面的校正棱鏡，用于校正入射光的偏差。
全文摘要
一種包括用于改變光路的臨界角棱鏡的反射型投影儀。該反射型投影儀包括:一光源,用于產(chǎn)生和發(fā)出光;一具有多個(gè)二維排列結(jié)構(gòu)像素的圖像產(chǎn)生單元,每一像素單獨(dú)被激發(fā),用于形成和反射來自入射光的圖像;一具有透射/反射表面的臨界角棱鏡,沿光路設(shè)置,以透射由光源發(fā)出的光,并反射經(jīng)圖像產(chǎn)生單元再次進(jìn)入的光;及一投影透鏡單元,用于將經(jīng)臨界角透鏡的透射/反射表面反射的光透射到屏幕上。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1195782SQ9810622
公開日1998年10月14日 申請(qǐng)日期1998年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月9日
發(fā)明者崔舜喆 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社