CN1362632A - 图象投影仪 - Google Patents

Abstract

提供一种图象投影仪,它包括:一用于发射光束的灯,一用于将光束相继分离成特定颜色光束的彩色转盘、一用于使来自彩色转盘的彩色光束均匀分布的棒型透镜、一用于将彩色光束转变成特定极性的偏振光束转换器、一用于聚焦被转变成特定极性光束的彩色光束的光学系统,一用于根据视频信号通过使用来自光学系统的彩色光束产生视频信号的图象光束的显示器、一设置在光学系统与显示器之间用于反射来自光学系统的彩色光束并透过来自显示器的图象光束的偏振光分离棱镜、以及一用于放大并投影图象光束的投影透镜。

Description

图象投影仪

                    技术领域

本发明涉及一种图象投影仪。

                    背景技术

投影仪通过使用投影透镜，将形成在图象投影仪的内部小显示器上的小图片放大并投影在大尺寸屏幕上，来显示大尺寸图片。在图象投影仪中，有一种将图片显示在屏幕正面的正面投影型图象投影仪和一种将图片显示在屏幕背面的背投影型图象投影仪。投影电视为后者的一个典型例子。对于图象投影仪中显示小图片的小显示器，采用LCD(液晶显示器)和DMD(数字微反射镜装置)等。LCD具有一个使用线偏振光来显示图象的偏振光转换器。

图1是表示相关技术的图象投影仪，图2是表示图1中的图象投影仪偏振光分离阵列的工作原理，图3A和3B是表示图1中图象投影仪的操作。图4A和4B是表示图1中图象投影仪的偏振光分离棱镜的工作，图5是表示具有椭圆形反射器的灯。

参照图1，相关技术的图象投影仪具有一个用于发射光束的灯1，一个用于将光束反射到灯1前面的抛物面反射器2，和一个偏振光束转换器，该偏振光束转换器用于透过来自抛物面反射器2光束中的“S”波并将“P”波转换成“S”波，并且透过被转换的“S”波。

相关技术的图象投影仪还具有用于聚焦在偏振光束转换器处被偏振成特定极性(即S波)的光束的第一到第三照明透镜10、12和14，一个用于仅透过来自第三照明透镜14的光束中的一特定光束的彩色开关16，和一个偏振光分离棱镜18，偏振光分离棱镜18用于将来自彩色开关16的特定颜色光束提供给显示器22，并且将显示器22所反射的光束提供给投影透镜20。

根据视频信号，显示器22通过反射来自偏振光分离棱镜18的彩色光束来显示图象，投影透镜20放大来自显示器22的图象光束，并将其投影到隔开一定距离的屏幕上。

来自灯1的光束通过抛物面反射器2入射在偏振光束转换器上。偏振光束转换器透过S波，转换并且透过来自抛物面反射镜2光束中的P波。为了实现这个目的，偏振光束转换器具有第一透镜阵列4，第二透镜阵列6和偏振光分离阵列8，偏振光分离阵列8面对第二透镜阵列6的光输出表面。

第一透镜阵列或第二透镜阵列4或6将包括P波和S波的光束聚焦到多个聚焦点。为了实现这个目的，第一透镜阵列4或第二透镜阵列6具有多个透镜的矩阵。

偏振光分离阵列8透过“S”波，将P波转换成S波并透过所转换的S波，S波和P波均来自第二透镜阵列6。为了实现这个目的，偏振光分离阵列8具有偏振分束平面24和反射平面26，偏振分束平面与反射平面均相对光输出表面倾斜，半波片28固定在偏振分束平面24的光输出表面上，如图2所示。

偏振分束平面24仅透过来自第二透镜阵列6的白光中的P波并反射S波。透过偏振分束平面的P波被半波片28转换成S波。另一方面，在偏振分束平面24上反射的S波在反射平面26上被反射，并保持不变地向前传播。也就是，穿过偏振光分离阵列8的包括P波和S波的整个光束被转换成S波。

在偏振光束转换器上被转换成S波的光束相继入射到第一到第三照明透镜10、12和14上。第一到第三照明透镜10、12和14将被转换成S波的光束聚焦在彩色开关16上。

彩色开关16相继分离红色、绿色和蓝色，以使一个显示单元共同具有红色、绿色和蓝色。为了实现这个目的，彩色开关16根据电压供给部分(图中没有示出)所提供的电压信号的变化，对特定颜色的光束进行滤波。在本实施例中，通过彩色开关16的彩色光束从S波转换成P波，并入射到偏振光分离棱镜18上。

从彩色开关16入射到偏振光分离棱镜18的P波，透过偏振光分离棱镜18中的分离平面30，并入射在显示器22上。

根据视频信号显示器22反射透过偏振光分离棱镜18的P波彩色光束，产生具有图象信息的图象光束。在本实施例中，如图3A所示，在显示器22上反射的P波彩色光束被转换成S波。

在显示器22上被转换成S波的图象光束在偏振光分离棱镜18的分离平面30处发生反射，并向投影透镜20传播。为了实现这个目的，偏振光分离棱镜18的分离平面30透过P波，并反射S波，如图4A和4B所示。因此，偏振光分离棱镜18透过来自彩色开关16的P波，并朝向投影透镜20反射来自显示器22的S波。

同时，如图3B所示，只要存在施加的电信号，显示器22就透过来自偏振光分离棱镜18的P波。从而，当向显示器22施加电信号时，没有光束被引导向投影透镜20。投影透镜20放大来自偏振光分离棱镜18的图象光束，并将其投影到隔开一定离的屏幕上。

不过，在现有技术图象投影仪中用于从光束中分离彩色光束的彩色开关16具有由低光透射所导致的低光效率。为了弥补这个不足，可以采用彩色转盘来代替彩色开关16。

然而，为了将彩色转盘用在现有技术的图象投影仪中，需要增加对光束进行会聚的光学系统和对光束再次发散的光学系统。

而且，现有技术的图象投影仪中的偏振光束转换器要求每个透镜阵列均具有多个透镜。不过，具有多个透镜的透镜阵列导致透镜之间的光损耗。为了减小光损耗，可以减小透镜阵列中透镜的数量，但是那样会增加偏振阵列的厚度，增加了成本。另外，由于光转换效率极大地依赖于透镜阵列的排列，图象投影仪的装配需要大量的时间。

除此之外，相关技术的图象投影仪有一个具有抛物面反射器的灯，用来向偏振光束转换器提供平行光束。具有抛物面反射器的灯与具有椭圆形反射器的灯相比，光效率较低，如图5所示。

假设抛物面反射器的直径为Dp，椭圆形反射器的直径为De，对低光效率进行详细解释。具有抛物面反射器的灯将光束平行向前引导，即要求抛物面反射器具有用于将来自灯的光束平行向前引导的一定斜度。

另一方面，具有椭圆形反射器的灯对光束进行引导，使光束聚焦在灯前面的一个平面上。因此，要求椭圆形反射器的斜度比抛物面反射器折斜度大，以使来自灯的光束聚焦在灯前面的平面上。也就是，因为具有椭圆形反射器的灯能够反射更多的光束，所以具有抛物面反射器的灯的光效率比具有椭圆形反射器的灯光效率更高。

如果具有椭圆形反射器的灯与具有抛物面反射器的灯具有相同的光效率，可以使椭圆形反射器的直径小于抛物面反射器的直径，以便减小椭圆形反射器的尺寸。不过，由于相关技术的偏振光束转换器要求平行光，所以不能采用具有椭圆形反射器的灯，从而限制了更薄的图象投影仪的制造。

                        发明内容

因此，本发明涉及一种图象投影仪，基本上消除了相关技术的局限性和缺点所导致的一个或多个问题的产生。

本发明的一个目的在于提供一种能够提高光效率的图象投影仪。

本发明的另一个目的在于提供一种图象投影仪，允许制造薄的图象投影仪。

在下面的说明中将提出本发明的其它特点和优点，其中一部分可以从描述中明显地看出，或者可以通过本发明的实际应用而获得。通过文字描述和权利要求以及附图指出的结构特征，将实现并获得本发明的目的和其它优点。

为了实现这些和其它优点以及根据本发明的目的，如所包含的并广泛描述的那样，图象投影仪包括：一个用于发射光束的灯、一用于从光束中相继分离特定颜色光束的彩色转盘、一用于均匀分布来自彩色转盘的彩色光束的棒形透镜、一用于将彩色光束转换成特定极性光束的偏振光束转换器、一用于聚焦被转换成特定极性光束的彩色光束的光学系统、一用于根据视频信号通过使用来自光学系统的彩色光束产生图象光束的显示器、一设置在光学系统与显示器之间用于透过来自光学系统的彩色光束并反射来自显示器的图象光束的偏振光分离棱镜、以及一用于放大并投影图象光束的投影透镜。

在本发明的另一发明构思中，提供了一种图象投影仪，该图象投影仪包括：一用于发射光束的灯、一用于从光束中相继分离特定颜色光束的彩色转盘、一用于使来自彩色转盘的彩色光束均匀分布的棒形透镜、一用于将彩色光束转换成特定极性光束的偏振光束转换器、一用于聚焦被转换成特定极性光束的彩色光束的光学系统、一用于根据视频信号通过使用来自光学系统的彩色光束产生图象光束的显示器、以及用于放大并投影图象光束的投影透镜。

应该指出的是，前面的概述和下面的详细描述是示例性的说明和对权利要求提供了本发明的进一步解释。

                        附图说明

所包含的附图提供了对本发明进一步的理解，附图被采用并构成了本说明的一部分，说明本发明的实施例，与描述部分一起用于解释本发明的原理。

图1是表示相关技术图象投影仪的示图；

图2是表示图1的图象投影仪中偏振光分离阵列操作的图；

图3A和3B是表示图1中图象投影仪操作的图；

图4A和4B是表示图1中偏振光分离棱镜操作的图；

图5是表示具有椭圆形反射器的灯的图；

图6是表示根据本发明第一最佳实施例的图象投影仪的图；

图7是表示图6中的图象投影仪照明透镜所聚焦的光束分布图；

图8和9是表示偏振光分离棱镜的操作；

图10是表示根据本发明第二最佳实施例的图象投影仪的图；

图11是表示根据本发明第三最佳实施例的图象投影仪的图；

图12是表示根据本发明第四最佳实施例的图象投影仪的图；

图13是表示根据本发明第五最佳实施例的图象投影仪的图；

图14是表示根据本发明第六最佳实施例的图象投影仪的图；

图15是表示根据本发明第七最佳实施例的图象投影仪的图；

图16是表示根据本发明第八最佳实施例的图象投影仪的图；

图17是表示根据本发明第九最佳实施例的图象投影仪的图。

                        具体实施方式

现在将详细描述本发明的最佳实施例，在附图6-17中是表示这些例子。

第一实施例

图6是表示根据本发明第一最佳实施例的图象投影仪的示图，图7是表示由图6中图象投影仪的照明透镜所聚焦的光束的分布，图8和9是表示偏振光分离棱镜的操作，图10是表示根据本发明第二最佳实施例的图象投影仪，图11是表示根据本发明第三最佳实施例的图象投影仪，图12是表示根据本发明第四最佳实施例的图象投影仪，图13是表示根据本发明第五最佳实施例的图象投影仪，图14是表示根据本发明第六最佳实施例的图象投影仪，图15是表示根据本发明第七最佳实施例的图象投影仪，图16是表示根据本发明第八最佳实施例的图象投影仪，图17是表示根据本发明第九最佳实施例的图象投影仪。

参照图6，根据本发明第一最佳实施例的图象投影仪包括一用于发射光束的灯36，一用于将光束反射到灯36前面的椭圆形反射器38，一用于透过光束中特定颜色光束的圆柱形彩色转盘40，一用于偏转穿过圆柱形彩色转盘40的彩色光束的路线的反射镜42，一用于使来自反射镜的彩色光束均匀分布的棒形透镜44，一用于将来自棒形透镜44的彩色光束转换成特定极性的光束的偏振光束转换器，一用于对在偏振光束转换器处被转换成特定极性的彩色光束进行聚焦的照明透镜52，以及一个用于将来自照明透镜52的彩色光束施加给显示器56并透过来自显示器56的光束使之到达投影透镜58的偏振光分离棱镜54。

如所解释的那样，显示器56根据视频信号透过偏振光分离棱镜54所提供的彩色光束来显示一幅图象，并且投影透镜58放大来自显示器56的图象光束，并将其投影到隔开一定距离的屏幕上。

椭圆形反射器38将来自灯36的光束聚焦在圆柱形彩色转盘40上。当圆柱形彩色转盘由马达41的驱动功率而旋转时，圆柱形彩色转盘透过红色、绿色和蓝色光。由圆柱形彩色转盘40分离的彩色光束在反射镜42上完全反射后入射到棒形透镜44上。

棒形透镜44使光束均匀，以便光束在屏幕上均匀分布。也就是，通过棒形透镜44中的全反射使进入棒形透镜44中的光束的分布均匀。

偏振光束转换器将来自棒形透镜44的光束转换成特定极性的光，并透过所转换的光束。为了实现这个目的，偏振光束转换器包括：一个用于将来自棒形透镜44的光束聚焦在特定位置上的第二照明透镜46和第三照明透镜48、和面对第三照明透镜48的光输出表面的偏振光分离阵列50。

参照图7，第二照明透镜46和第三照明透镜48将来自棒形透镜44的光束聚焦在多个聚焦点上。为了通过第二照明透镜46和第三照明透镜48有效地将光束聚焦在多个聚焦点上，而要求棒形透镜44的光输入表面的面积大于或等于光输出表面的面积，如公式(1)所表示。

光输入表面的面积≥光输出表面的面积      (1)

当棒形透镜44的光输入表面的面积大于光输出表面的面积时，可改善分束程度。由第二照明透镜46和第三照明透镜48聚焦在多个聚焦点上的光束入射在偏振光分离阵列50上。

偏振光分离阵列50将来自第三照明透镜48的光束转换成特定极性的光束，并向前传播。为了实现这个目的，如图8所示，偏振光分离阵列50具有偏振分束平面60和偏振光束反射平面62，以及固定在偏振分束平面60的光输出表面上的半波片64。

对于来自第三照明透镜48的光束，偏振分束平面60仅透过P波，并对S波进行反射。穿过偏振分束平面60的P波被半波片64转变成S波。另一方面，在偏振分束平面60上反射的S波在反射平面62上被反射，并向前传播。包括透过偏振光分离阵列50的P波在内和S波的所有光束都被转换成S波。

另一方面，与图2中所示的现有技术偏振光分离阵列相同，偏振光分离阵列50还可以将所有光束转换P波。

另外，如图7所示，来自第三照明透镜48的光束被集中到中心部分。因此，如图9所示，在偏振光分离阵列50的中心部分以三角形方式设置两个偏振分束平面。

在偏振光分离阵列50上被转换成P波的光束经由第一照明透镜52入射到偏振光分离棱镜54上。从第一照明透镜52传播到偏振光分离棱镜54的S波在分束平面55上发生反射，并入射到显示器56上。

显示器56通过反射在偏振光分离棱镜54处所反射的S波产生具有图象信息的图象光束，并根据视频信号入射到偏振光分离棱镜54上。在本例中，在显示器56上所反射的S波被电信号转换成P波。在显示器56上被转换成P波的图象光束透过偏振光分离棱镜54中的分离平面55，并入射到投影透镜58上。

在这种情况下，如果光束没有在显示器上被电信号转变成P波，即如果没有电信号施加给显示器56，偏振光分离棱镜54反射来自显示器56的光束。从而，光束在投影透镜58上的入射取决于显示器56的电信号的施加。

投影透镜58放大来自偏振分离棱镜18的图象光束，并将其投影到隔开一定距离的屏幕上。另一方面，如果存在来自偏振光分离阵列50的P光束，在偏振光分离阵列50与偏振光分离棱镜55之间另外设置半波片(图中没有示出)。

偏振光分离阵列50与偏振光分离棱镜55之间的半波片将来自偏振光分离阵列50的P波转变成S波。

第二实施例

同时，参照图10，可以采用盘型彩色转盘来代替圆鼓型圆柱彩色转盘40。当在马达68的驱动力下盘型彩色转盘66旋转时，盘型彩色转盘66相继透过红色、绿色和蓝色光束。盘型彩色转盘的工作与图6中所示的第一

实施例相同。

第三实施例

图11是表示根据本发明第三最佳实施例的图象投影仪。

参照图11，根据本发明第三最佳实施例的图象投影仪包括一设置在第一照明透镜52与偏振棱镜54之间的偏振片53。偏振片53仅透过来自第一照明透镜52的特定极性的光束。即，偏振片53去除其偏振转换不完全的干扰光束。从偏振片53去除干扰光束提高了图象投影仪的对比度。

第四实施例

参照图12，可以在偏振分离棱镜54与显示器56之间另外设置一1/4波片57，来防止透过偏振光分离棱镜54的偏振光束分量的失真，从而提高对比度。

第五实施例

图13是表示根据本发明第五最佳实施例的图象投影仪，其中设置一个透射型显示器。

参照图13，根据本发明第五最佳实施例的图象投影仪除第一实施例的系统之外，还包括：透射型显示器70、设置在透射型显示器70前面的偏振片72和设置在透射型显示器70后面的偏振片74、以及一个6用于将穿过透射型显示器70的光束朝向投影透镜78引导的反射镜7。

透射型显示器70接受来自第一照明透镜52的光束，并根据视频信号透过该光束，产生携带有图象信息的图象光束。透射型显示器前面的偏振片72仅透过来自第一照明透镜52中特定极性的光束，透射型显示器70后面的偏振片74仅透过来自透射型显示器70的图象光束中特定极性的光束。

也就是，穿过偏振片74的图象光束入射到反射镜76上，反射镜76将所提供的图象光束提供给投影透镜78。

第六实施例

图14是表示根据本发明第六最佳实施例的图象投影仪。

参照图14，该图象投影仪包括设置在第一照明透镜52与偏振光分离棱镜54之间的半波片80。该半波片80将来自照明透镜52的S波转换成P波。也就是，所转换的P波入射在偏振光分离棱镜54上，透过分离平面55，并朝向显示器56传播。根据显示器56的电学特性，入射在显示器56上的P波被转换成S波，在偏振光分离棱镜54和分离平面55上发生反射，并入射到投影透镜上，即没有被转换成S波的P波透过分离平面55，不入射到投影透镜58上。

第七实施例

本发明可以采用盘型彩色转盘66来代替鼓型圆柱彩色转盘，如图15所示。

随着马达68旋转彩色转盘66，盘型彩色转盘66相继透过红色、绿色和蓝色光束。第七实施例的投影仪的其它操作与联系图14所解释的第六实施例相似。

第八实施例

图16是表示根据本发明第八最佳实施例的图象投影仪。

参照图16，该图象投影仪包括设置在第一照明透镜52与半波片80之间的偏振片53。偏振片53透过来自第一照明透镜52的光束中特定极性的光束。也就是，偏振片53去除了在照明系统处没有被完全转变成偏振光束的干扰光束。在偏振片53上去除干扰光束提高了投影仪的对比度。

第九实施例

参照图17，本发明的投影仪可以另外包含处于偏振光分离棱镜54与显示器56之间的1/4波片57，来防止透过偏振光分离棱镜54的偏振光束分量的失真，从而提高对比度。

本发明前面实施例的投影仪允许采用具有椭圆形反射器的灯，因为棒型透镜要求光束聚焦在其上，从而与现有技术的投影仪相比提供了更高的光效率，并且与现有技术相比可以制造更薄的投影仪。

另外，本发明的投影仪允许改善投影仪的光效率，并且制造比现有技术更薄的投影仪，因为光束被聚焦在棒型透镜上，允许增加彩色转盘，而不增加其它光学系统。另外，通过仅使用照明透镜而不使用现有技术中所使用的透镜阵列来聚焦光束，可以防止透镜阵列所造成的光损耗。

对于本领域技术人员而言，显然在不偏离本发明精神或范围的条件下可以对本发明的图象投影仪进行多种改进和变化。因此，本发明意在包括落在所附权利要求书和它们等同物范围之内的本发明那些改进和变化。

Claims (23)

1.一种图象投影仪，其特征在于，包括：

一用于发射光束的灯；

一用于从光束中相继分离特定颜色光束的彩色转盘；

一用于使来自彩色转盘的彩色光束均匀分布的棒型透镜；

一用于将彩色光束转换成特定极性的光束的偏振光束转换器；

一用于聚焦被转换成特定极性的彩色光束的偏振光束转换器的光学系统；

一用于根据视频信号通过使用来自光学系统的彩色光束产生视频信号的图象光束的显示器；

一设置在光学系统与显示器之间用于反射来自光学系统的彩色光束并透过来自显示器的图象光束的偏振光分离棱镜；以及

一用于放大并投影图象光束的投影透镜的投影透镜。

2.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该光源包括一用于将光束聚焦在光源前面的一个表面上的椭圆形反射器。

3.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该彩色转盘为一个具有集成为圆柱型的多个彩色滤波器的圆柱形彩色转盘。

4.如权利要求3所述的图象投影仪，其特征在于：还包括一用于将圆柱型彩色转盘处分离的彩色光束引导到棒型透镜上的反射镜。

5.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该彩色转盘为具有集成为盘型的多个彩色滤波器的盘型彩色转盘，。

6.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该棒型透镜具有一光输入表面，该光输入表面的面积大于或等于其光输出表面的面积。

7.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该偏振光束转换器包括：

至少一个用于接收来自棒型透镜的彩色光束并聚焦在多个光束聚焦点上的照明透镜，以及

一用于将彩色光束转变成特定极性的光束的偏振光分离阵列。

8.如权利要求7所述的图象投影仪，其特征在于：该偏振光分离阵列接收包括P波和S波的光束，透过S波，将P波转变成S波并透过所转变的S波。

9.如权利要求7所述的图象投影仪，其特征在于：该偏振光分离阵列接收包括P波和S波在内的光束，透过P波，将S波转变为P波并透过所转变的P波。

10.如权利要求9所述的图象投影仪，其特征在于：还包括设置在偏振光分离阵列与偏振光分离棱镜之间的用于将S波转变成P波，或者相反将P波转变成S波的半波片。

11.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该光学系统包括至少一个照明透镜。

12.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：还包括一个设置在光学系统与偏振光分离棱镜之间用于去除干扰光束的光束偏振片。

13.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：还包括一个设置在偏振光分离棱镜与显示器之间用于防止透过偏振光分离棱镜的偏振光束分量失真的1/4波片。

14.如权利要求1所述的图象投影仪，其特征在于：该显示器为一反射型显示器。

15.一种图象投影仪，其特征在于，包括：

一用于发射光束的灯；

一用于相继从光束中分离特定颜色光束的彩色转盘；

一用于使来自彩色转盘的彩色光束均匀分布的棒型透镜；

一用于将彩色光束转变成特定极性的光束的偏振光束转换器；

一用于聚焦被转变成特定极性的彩色光束的光学系统；

一用于根据视频信号使用来自光学系统的彩色光束产生视频信号的图象光束的显示器；

一用于放大并投影图象光束的投影透镜。

16.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：该显示器为透射型显示器。

17.如权利要求16所述的图象投影仪，其特征在于：该显示器包括设置在显示器前面和后面的偏振片。

18.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：还包括一个设置在显示器与投影透镜之间用于将来自显示器的图象光束朝向投影透镜引导的反射镜。

19.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：该彩色转盘为一个具有集成为圆柱形的多个彩色滤波器圆柱形的彩色转盘。

20.如权利要求19所述的图象投影仪，其特征在于：还包括一个用于将圆柱形彩色转盘上所分离的彩色光束引导到棒型透镜上的反射镜。

21.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：该彩色转盘为具有集成为盘型的多个彩色滤波器的盘型彩色转盘。

22.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：该棒型透镜具有一光输入表面，光输入表面的面积大于或等于其光输出表面的面积。

23.如权利要求15所述的图象投影仪，其特征在于：该偏振光束转换器包括：

至少一个用于接收来自棒型透镜的彩色光束并聚焦在多个光束聚焦点上的照明透镜，以及

一用于将彩色光束转变成特定极性的光束的偏振光分离阵列。

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