專利名稱：具有旋轉(zhuǎn)全息濾色器單元的彩色投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彩色投影裝置以及使第一、第二和第三彩色光的交替帶旋滾過光閥表面的方法。
彩色投影顯示系統(tǒng)中，使白光源分光成紅、藍(lán)、綠子光束，由相應(yīng)的輸入顯示信號彩色分量分別調(diào)制它們。然后，已調(diào)制子光束再組合成完全的彩色顯示，投影至觀看屏幕上。子光束的調(diào)制一般使用諸如液晶顯示(LCD)面板之類的三個獨立的電-光調(diào)制器予以實現(xiàn)，三個子光束各有一個LCD面板。
然而，在一種類型的彩色投影系統(tǒng)中，三個子光束由單個LCD板進(jìn)行總的調(diào)制。實現(xiàn)時，使各子光束成形在帶狀截面上，它們順序地旋滾過LCD面板(亦稱為光閥)，并同步地尋址LCD板上的那些帶狀部分，由具有相應(yīng)顯示信號信息的光束照射。與使用相同類型光閥板的三板式系統(tǒng)相比較，通過單個光閥板并同時應(yīng)用可得到的、實體部分的紅、藍(lán)、綠光，能提供高的光效率。只使用單個LCD板時不再需要以機械方式會聚不同的彩色影像到不同的LCD面板上，可以降低系統(tǒng)成本。
用以產(chǎn)生旋滾彩色條圖形的一種緊湊裝置公開于美國專利U.S.Patent No.6,266,105中。該裝置內(nèi)使用一種光鼓，表面上覆蓋有選擇性地反射紅、綠、藍(lán)光帶的二向分色單元。借助于偏振光束分光器和四分之一波長板，從輸入光中分離出反射光。但是，它的二向分色單元和光學(xué)器件都難以用低成本制造。
本發(fā)明的一個目的是提供一種投影顯示裝置，它能夠應(yīng)用低成本的部件，它不依靠偏振光。
根據(jù)權(quán)利要求1中規(guī)定的本發(fā)明的投影顯示裝置，能實現(xiàn)這一目的。
我們的新發(fā)明不使用高價的單元，不依靠偏振光，它基于低成本技術(shù)，能使用不需要偏振光的光閥，例如不需要傾斜鏡陣列或是DMD(數(shù)字微鏡器件)?？傮w上，按照本發(fā)明的多條旋滾方式包括使用全息單元，從白光中隔離出例如紅、綠、藍(lán)三個彩色光束，使它們順序地旋滾過光閥。
本發(fā)明的一個方面，多條旋滾裝置中包含有白光源，一個透鏡系統(tǒng)，包括有一內(nèi)部全反射光束分光器，它具有一內(nèi)部表面，呈現(xiàn)出內(nèi)部全反射的臨界角；可移動的全息單元陣列，它包括有產(chǎn)生第一彩色的多個第一全息單元，產(chǎn)生與第一彩色基本上不同的第二彩色的多個第二全息單元，以及產(chǎn)生與第一和第二彩色基本上不同的第三彩色的多個第三全息單元；還有一個光閥。第一、第二和第三全息單元之每一個被配置使得從相應(yīng)到達(dá)方向上來的白光到達(dá)第一、第二和第三全息單元之每一個時產(chǎn)生第一、第二和第三彩色相應(yīng)的一個的基本上單色光，其以相應(yīng)的一個離去方向離開相應(yīng)的一個第一、第二和第三全息單元，離去方向與它們各自的到達(dá)方向相差一個預(yù)定角度。第一全息單元與第二和第三全息單元的該預(yù)定角度是一樣的。白光源，包含分光器的透鏡系統(tǒng)、可移動的全息單元陣列和光閥間的相對物理上安排，使白光源進(jìn)入分光器并以大于臨界角的入射角射至分光器內(nèi)部表面，從而白光源的光線從內(nèi)部表面上反射出來，分別導(dǎo)向相應(yīng)的一個第一、第二和第三全息單元，以使分別離開第一、第二和第三全息單元的基本上的單色光光束到達(dá)分光器而以小于臨界角的第二入射角射至分光器內(nèi)部表面，從而第一、第二和第三彩色光光束穿過內(nèi)部表面形成第一、第二和第三彩色的交替帶，當(dāng)可移動的全息單元陣列轉(zhuǎn)動時交替帶旋滾過光閥表面。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種方法使第一、第二和第三彩色光的交替帶旋滾過光閥表面的實現(xiàn)中能應(yīng)用低成本的部件，并且不依靠偏振光。
根據(jù)權(quán)利要求7中規(guī)定的本發(fā)明的方法，能實現(xiàn)這一目的。
本發(fā)明的這一方面，使第一、第二和第三彩色光交替帶旋滾過光閥表面的方法中包括使準(zhǔn)直光束反射出內(nèi)部全反射光束分光器的內(nèi)部表面；使反射光線導(dǎo)向包括有至少第一、第二和第三全息單元的一個全息單元陣列，從第一全息單元上輻射出第一彩色光，從第二全息單元上輻射出第二彩色光，該第二彩色光基本上與第一彩色光不同，從第三全息單元上輻射出第三彩色光，該第三彩色光基本上與第一和第二彩色光均不相同，通過分光器內(nèi)部表面發(fā)射出第一、第二和第三彩色光束，導(dǎo)引通過內(nèi)部表面發(fā)射的第一、第二和第三彩色光光束，在光閥上分別形成第一彩色、第二彩色和第三彩色的交替帶，以及使全息單元陣列移動而第一彩色、第二彩色和第三彩色的交替帶旋滾過光閥表面。
進(jìn)一步的有效實施例詳細(xì)列述于所附的權(quán)利要求書中。參考后面說明的實施例，本發(fā)明的這些方面和其它方面是顯見的和易理解的。
附圖中

圖1是按照本發(fā)明多彩色條旋滾鼓的一種可能實施例截面圖；圖2是按照圖1實施例的內(nèi)部全反射分光器截面圖；圖3是可旋轉(zhuǎn)光鼓的部分截面圖。示明了其周邊布置有三個樣本全息單元；圖4是按照本發(fā)明多彩色條旋滾鼓的第二種可能實施例截面圖；以及圖5是按照本發(fā)明多彩色條旋滾鼓的第三種可能實施例截面圖。
圖1示明按照本發(fā)明一種可能實施例的多條旋滾鼓式彩色投影顯示裝置。照明器中包括白光源1(本實施例中為白熾燈1)、反射鏡3和帶有源孔徑7的光源掩模5。透鏡系統(tǒng)9中包括準(zhǔn)直透鏡11；內(nèi)部全反射(TIR)分光器13，它具有內(nèi)部表面15和出射表面17；會聚透鏡19；聚焦透鏡21；具有出口孔徑25的出口掩模23；以及校正透鏡27。可移動的衍射單元即全息單元陣列29中包括可旋轉(zhuǎn)鼓29，它具有重復(fù)序列的第一、第二和第三彩色(例如紅、綠、藍(lán))發(fā)射全息單元30、32、34。光閥36內(nèi)包括有單液晶顯示(LCD)面板36。
工作中，來自白光源1的準(zhǔn)直白光束指向光閥36。應(yīng)當(dāng)指出，對于本專利申請來說，“白光源”和通常的“白光”意指任何的多波長光，包括有足夠?qū)挼牟ㄩL范圍(最短波長與最長波長之間的差)，包羅及可見光范圍的很大部分，并可取地包括紅、綠、藍(lán)光的波長。所以，熒光燈或其它包含確切的三個波長(例如紅、綠、藍(lán)光波長)的三波長光源、高亮度白熾燈、甚至普通的家用照明燈泡都可認(rèn)為是合格的“白光源”。
來自白光源1的白光被反射鏡3反射并聚焦，穿過掩模5中的孔徑7。穿過孔徑7后被會聚，由準(zhǔn)直透鏡11使白光準(zhǔn)直，進(jìn)入透鏡系統(tǒng)9。
在透鏡系統(tǒng)9中，準(zhǔn)直白光進(jìn)入TIR分光器13，射至TIR分光器13的內(nèi)部表面15上。內(nèi)部表面15有一個內(nèi)部反射的臨界角α。射至內(nèi)部表面15的光線對于內(nèi)部表面15之法線的角度偏離稱為光線的入射角。在內(nèi)部表面15上入射角不大于臨界角α的光線將大部分穿過內(nèi)部表面15；入射角大于臨界角α的光線將完全反射，這稱為內(nèi)部全反射或TIR。
在圖2上可更清楚地看到，準(zhǔn)直白光射至內(nèi)部表面15的入射角β大于臨界角α?xí)r光線完全地反射。然后，光線射出分光器13而穿過出射表面17(其入射角小于臨界角α)，通過會聚透鏡19射至可旋轉(zhuǎn)鼓29的全息單元30、32、34上。由圖1和3可見，會聚透鏡19使準(zhǔn)直光線有些會聚，它們在鼓29的周邊不同的全息單元30、32、34上有相同的入射角γ。
不同類型的全息單元30、32、34有著相應(yīng)地不同的感興趣彩色。例如，第一全息單元30為紅色，第二全息單元為綠色，第三全息單元34為藍(lán)色。每個全息單元的配置使白光以入射角γ進(jìn)入時對于全部全息單元30、32、34來說其相應(yīng)的興趣彩色的出射角是相同的。例如，圖3所示的實施例中，白光的入射角γ進(jìn)入第一全息單元30、第二全息單元32和第三全息單元34中的每一個，所有紅、綠、藍(lán)光束均以從鼓29的中心上直接徑向(在本特定的實施例中)的方向分別地射出第一全息單元30、第二全息單元32和第三全息單元34。
紅、綠、藍(lán)三個光束通過會聚透鏡19。使它們被再準(zhǔn)直，它們又一次進(jìn)入分光器13。然而，此時它們到達(dá)內(nèi)部表面15上的入射角δ小于臨界角α，因此它們將穿過分光器13的內(nèi)部表面15。聚焦透鏡21聚焦光束，使光束通過出口掩模23的出口孔徑25。光束再通過校正透鏡27，到達(dá)光閥36，光閥36表面上有對應(yīng)于紅、綠、藍(lán)條的圖案。應(yīng)理解到，當(dāng)可旋轉(zhuǎn)鼓29旋轉(zhuǎn)時，將使這些條旋滾過光閥36的表面。
可以有本發(fā)明的許多不同變型。例如，可以有許多安排使全息單元30、32、34循環(huán)地通過白光區(qū)域，由此使產(chǎn)生的彩色光束旋滾過光閥36。例如，可以使用帶有螺旋狀(圖4)、輻射狀(圖5)或其它全息單元圖案的旋轉(zhuǎn)盤40、42?；蛘呖梢允褂眯D(zhuǎn)帶或其它裝置使全息單元順序地通過白光區(qū)域。另外，可以設(shè)想不同變型的透鏡系統(tǒng)。某些實施例中，可能不需要校正透鏡27(和/或透鏡系統(tǒng)的其它單元)。
其它實施例，變型實施例和等效實施例以及本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點，對本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練人員是顯見的，能夠從附圖，公開件和所附權(quán)利要求書的研究中得知。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示裝置，包含有白光源；包括一個內(nèi)部全反射分光器的透鏡系統(tǒng)，分光器有一個內(nèi)部表面，呈現(xiàn)出全反射的臨界角；可移動的全息單元陣列，它包括有產(chǎn)生第一彩色的多個第一全息單元，產(chǎn)生基本上不同于第一彩色之第二彩色的多個第二全息單元，以及產(chǎn)生基本上不同于第一和第二彩色之第三彩色的多個第三全息單元；以及光閥，第一、第二和第三全息單元之每一個被配置使得從相應(yīng)到達(dá)方向上來的白光到達(dá)第一、第二和第三全息單元之相應(yīng)的每一個時產(chǎn)生第一、第二和第三彩色的相應(yīng)的一個的基本上的單色光，其以相應(yīng)的離去方向離開第一、第二和第三全息單元的相應(yīng)的一個，離去方向與它們相應(yīng)的到達(dá)方向相差一個預(yù)定角度，第一全息單元的該預(yù)定角與第二和第二和第三全息單元的是一樣的，白光源，包含分光器的透鏡系統(tǒng)、可移動的全息單元陣列和光閥間有相對的物理安排，使得來自白光源的光線進(jìn)入分光器，以大于臨界角的第一入射角射至內(nèi)部表面上，從而來自白光源的光線從內(nèi)部表面上反射，指向相應(yīng)的第一、第二和第三全息單元之每一個；以及離開相應(yīng)的第一、第二和第三全息單元的基本上單色光束到達(dá)分光器而以小于臨界角的第二入射角射至分光器內(nèi)部表面，因而所述第一、第二和第三彩色光光束不從內(nèi)部表面上反射而穿透過內(nèi)部表面，形成第一、第二和第三彩色的交替帶，當(dāng)可移動全息單元陣列移動時交替帶旋滾過光閥表面。
2.權(quán)利要求1的投影顯示裝置，其中，透鏡系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個布置在白光源與分光器之間的準(zhǔn)直透鏡，使來自白光源的光線通過分光器時準(zhǔn)直。
3.權(quán)利要示1的投影顯示裝置，其中，可移動的全息單元陣列由一個可旋轉(zhuǎn)鼓構(gòu)成，鼓的周邊布置有多個所述的第一、第二和第三全息單元。
4.一種投影顯示裝置，其中，透鏡系統(tǒng)還包括一個布置在分光器與所述鼓之間的會聚透鏡，使分光器內(nèi)部表面的所反射的白光在鼓旋轉(zhuǎn)時以相對于所述全息單元為基本上恒定的角度到達(dá)每個全息單元，所述全息單元沿著被白光照射的鼓的周邊弧線轉(zhuǎn)動，在所述第一、第二和第三彩色光的光束進(jìn)入分光器之前將離開相應(yīng)的第一、第二和第三全息單元的所述第一、第二和第三彩色光光束準(zhǔn)直。
5.一種投影顯示裝置，其中，可移動的全息單元陣列由旋轉(zhuǎn)盤構(gòu)成，盤的表面具有全息條圖案。
6.一種投影顯示裝置，其中，投影顯示裝置還包含一個具有孔徑的出口掩模，它布置在分光器與光閥之間。透鏡系統(tǒng)還包括一個布置在分光器與出口掩模之間的聚焦透鏡，使通過分光器內(nèi)部表面的所述第一、第二和第三彩色光光束聚焦于孔徑上。
7.一種使第一、第二和第三彩色光交替帶旋滾過光閥表面的方法，包含有使內(nèi)部全反射分光器的內(nèi)部表面上反射出準(zhǔn)直光束；使所述反射光導(dǎo)向包括有至少第一、第二和第三全息單元的全息單元陣列；從第一全息單元上輻射出第一彩色光光束；從第二全息單元上輻射出第二彩色光光束，該第二彩色基本上不同于第一彩色；從第三全息單元上輻射出第三彩色光光束，該第三彩色基本上不同于第一和第二彩色；使第一、第二和第三彩色光光束通過分光器內(nèi)部表面；導(dǎo)引通過內(nèi)部表面的第一、第二和第三彩色光光束，在光閥上分別形成第一彩色、第二彩色和第三彩色的光交替帶；以及移動全息單元陣列，使第一、第二和第三彩色光的交替帶旋滾過光閥表面。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，方法中還包含一個步驟，通過沿可旋轉(zhuǎn)鼓周邊安排第一、第二和第三全息單元以構(gòu)成全息單元陣列，且其中使全息單元陣列移動的步驟中，包括使鼓旋轉(zhuǎn)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，沿可旋轉(zhuǎn)鼓周邊安排第一、第二和第三全息單元的步驟中，包括有按第一、第二和第三全息單元的交替圖案在可旋轉(zhuǎn)鼓周邊分別安排多個第一全息單元，多個第二全息單元和多個第三全息單元。
10.權(quán)利要求7的方法，其中，方法中還包含一個步驟，通過在圓盤表面上以圖案安排交替系列的全息條以構(gòu)成全息單元陣列，且其中使全息單元陣列移動的步驟中，包括使盤旋轉(zhuǎn)。
11.權(quán)利要求7的方法，其中，方法中還包含一個步驟，通過使白光源來的光線聚焦以會聚在光源掩模的孔徑上然后使通過光源掩模上孔徑的光線準(zhǔn)直從而形成準(zhǔn)直光束。
12.權(quán)利要求7的方法，其中，在光閥上形成第一、第二和第三彩色光交替帶的步驟中，包括有使第一、第二和第三彩色光光束聚焦而會聚在出口掩?？讖缴系牟襟E。
全文摘要
一種多條旋滾裝置中具有一個分光器，其內(nèi)部使白光反射至一個可移動的全息單元陣列上，全息單元陣列輻射出三種不同的彩色光光束，它們聚焦在光閥上，使三種彩色光光帶順序地旋滾過該光閥。
文檔編號G02B27/10GK1608384SQ02825872
公開日2005年4月20日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者P·J·M·詹森, J·A·施米祖 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司