专利名称：包括电光光调制器和旋转光反射元件的滚动彩色投影系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及彩色投影系统，更具体涉及包括单个电光光调制器以及旋转光反射元件的投影系统。
已知的彩色投影显示器系统中，将白色光源分成红、蓝和绿子光束，以用于由输入显示信号的相应颜色成分来分别调制，然后把经调制的子光束重新组合成全色显示以便投射到观看屏幕上。通常利用三个独立的电光光调制器来进行子光束的调制，该调制器例如液晶显示器(LCD)板，每个调制器对应三个子光束中的一个。
在例如Janssen等人的美国专利No.5,532,763中描述的一种彩色投影系统中，由单个LCD板来调制全部三个子光束。这是通过将子光束成形为带状横截面，并且连续滚动这些带通过LCD板，同时同步寻址由具有相应显示信号信息的这些带所照射到的板上的这些部分而实现的。这种投影系统在本文中称作单板滚动光栅(single panelscrolling raster-SPSR)投影仪。
同时使用绝大部分通过单个光阀板的红、蓝和绿光提供了相当于采用相同类型的光阀板的三板系统的光学效率。仅使用单板消除了对于机械会聚形成在不同板上的不同颜色图像的需求，并且减少了系统成本。
例如，在Melnik等人的美国专利No.5,548,347中公开了用于这种SPSR系统的各种滚动装置。采用单棱镜滚动装置的系统是简单且紧凑的，而多棱镜(分开的或者物理上连接的)滚动装置比单棱镜系统提供了更好的滚动速度均匀性(对于不同颜色光带而言)和滚动速度线性(对于每个光带而言)。如该专利的
图16所示的、采用位于分开的光路中的三个物理上分开的棱镜的系统提供了比采用三个物理上连接的棱镜更好的光学效率，但是不太紧凑。
在Gleckman的美国专利No.6,266,105中公开了仅使用一个移动部件来实现滚动的改进SPSR彩色投影系统。在这种系统中，在滚动之前照射光束没有分成独立的彩色光束，并且该光学结构简单且紧凑。具有反射表面部分的单个旋转对称元件具有不同的颜色反射带，该旋转对称元件围绕其轴旋转，同时光源发出的白光入射到反射表面上，并且通过将需要的颜色带反射到中继透镜(relay lense)中的表面部分分成各个颜色成分，该中继透镜将规定的元件表面部分成像到光调制板上。从该元件反射的颜色带通过其旋转在单个电光光调制板上滚动。在滚动过程中，驱动器电子器件同步地寻址具有显示信息的相应颜色成分的板。
Gleckman的旋转对称元件具有圆柱表面，并且反射部分包括二向色滤光片，其圆柱曲率与该元件表面的圆柱曲率相匹配。当沿着元件表面的法线引导入射光束时，这种曲率可以发生回射，从而确保在旋转过程中由二向色滤光片的截止波长的角度敏感度产生的颜色偏移最小，以及确保在该表面成像到板上的过程中的像差最小。而且，在如上所述的回射模式中采用的这种反射元件(例如鼓)可以具有小的横截面(例如直径小于40mm)，这进一步减少了尺寸和成本。
将这种反射元件用作SPSR系统中的滚动装置消除了对于在滚动之前将白光分成多个子光束的需求，并且从而可以获得更小的光调制板(小于1.3英寸)，以及相应获得更小的光学部件。因此，简单而紧凑的光学结构是可能的，导致部件数量少的紧凑投影仪。
然而，在Gleckman披露的装置中，从元件反射的颜色带与光调制板具有相同的尺寸。利用这种或相似类型的旋转元件，用于旋转元件的鼓带有按照红/绿/蓝色顺序的某种组合设置的反射或透射滤色片。入射到该鼓上的光经由适当的光学元件反射或透射，使得颜色过渡聚焦到显示设备上。当该鼓旋转时，颜色在该设备上向下滚动，使得当颜色边界在该板上向下移动并且到达底部时，另一个颜色边界出现在顶部。红/绿边界接着蓝/红边界等。因此，在任意给定时刻在该板上存在至多两种颜色斑，即一个颜色过渡。
修改这种装置，使得全部三种颜色同时出现在该板上，优选面积相等，这应当生成更好看的像，这是因为在确切的相同时刻可以观察到全部三种颜色成分。因此在本文中公开的装置的优选实施例中，全部三种颜色同时表现为独立的条，并且共同在该板上滚动。例如，当红色场滚动离开该板的底部时，新的红色场出现在顶部，这与Philips滚动颜色结构的方式相同，在该结构中由通过旋转棱镜反射的光产生滚动颜色，此处的不同之处在于由旋转元件，例如鼓来提供滚动的颜色带。
相应地，根据本发明的一个方面，提供了一种用于彩色投影的设备，其包括光源；具有旋转轴和多个表面段的旋转对称元件，能够将光源发出的光提供为多个相互不同的颜色带，至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色；第一光电路(optical circuit)，用于将光源发出的光引导到表面段；产生显示图像的电光光调制板；第二光电路，用于将来自表面段的光引导到光调制板上，这样当旋转对称元件围绕旋转轴旋转时，至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的至少三个相互不同的颜色带同时在电光光调制板上滚动。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于彩色投影的方法，其中光源产生光，并且通过将光源发出的光引导到具有旋转轴的旋转对称元件的至少三个表面段上而将该光转变为至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的多个相互不同的颜色带。通过围绕旋转轴旋转该旋转对称元件，多个相互不同的颜色带在产生显示图像的电光光调制板上滚动，使得至少包括第一、第二和第三颜色的至少三个相互不同的颜色带同时在电光光调制器上滚动。
现在，将根据有限数量的优选实施例参照附图来描述本发明，在附图中图1是根据本发明一个实施例的反射颜色鼓的透视图；图2A是图1的鼓的反射段的一个实施例的一部分的概略横截面图；图2B是图1的鼓的反射段的另一个实施例的一部分的概略横截面图；图2C是图1的鼓的反射段的又一个实施例的一部分的概略横截面图；图3是本发明的彩色投影系统的一个实施例的示意图，其包括图1的颜色鼓，并且包括远摄透镜组、三个中继透镜和两个偏振分束器(polarization beam splitter-PBS)。
图1表示了本发明的反射颜色鼓10的示例性实施例的透射图，该鼓具有旋转轴X和18个二向色颜色段11，每个颜色段占据了圆周的大约20度，它们按照红/绿/蓝(R/G/B)的顺序反射红、绿和蓝光，在该鼓的圆柱面12上该顺序重复6次。其它实施例可以使用红/蓝/绿的顺序。理论上，可以少到具有6个或9个颜色段，或者相反可以是多于18个颜色段。确切数目取决于希望得到的鼓的旋转速度和希望得到的电光光调制器的寻址速度。
反射段11用于将各种颜色的光反射到产生显示图像的电光光调制板上，在本实施例中该调制板为反射LCD板(RLCD)72(在图3中可见)。
位于颜色段11之间的暗带14防止在像素回到“关”状态的时间间隔内对RLCD照明。添加散布有颜色段的一个或多个白色段能够导致该系统的光输出增加达到50％。典型的是，一个白色段可以添加到段11的每个RGB组，从而产生例如图1的鼓的24段的变型，其具有例如重复的颜色段顺序。
例如，通过在单独的薄的、挠性基底-例如塑料片(例如80微米厚)或者玻璃片(例如50微米厚)上形成每个二向色滤光片，继而将这些片分成具有适当尺寸的段11，就可以制造段11。继而使段11弯曲以符合鼓的表面并且例如利用粘结剂粘附。
优选的是，该挠性片是塑料的，从低温塑料-例如聚碳酸酯和聚酯中选择的，或者从高温塑料例如聚酰亚胺(例如KAPTONTM)中选择的。适当的二向色涂层淀积方法包括溅射(在低温塑料的情况下)，和热蒸发(在高温塑料的情况下)。
段11的设置和相邻层的选择优选应当是这样的，基本上以中继系统的收集角之外的角度吸收或散射波长在反射带波长之外的光。
图2A是图1的鼓的反射段11的一个可能实施例的一部分的概略横截面图。薄片122支撑二向色滤光片层123，并且通过粘结层121粘结到鼓表面120。层121和122通常是光透射的。因此，鼓表面120应当是吸收光(例如黑锍)或者散射光的。可选择或者此外，可以通过向层121和/或层122添加色素或者散射颗粒而把该这些层作成吸收光或散射光的。未被滤光片层123反射的光因此将被下面的结构吸收或散射。
图2B是与图2A相似的横截面图，其中在二向色滤光片层123上面形成了四分之一波片124和抗反射层125。这种配置可以使用带宽与滤光片的带宽相匹配的简单单轴薄片，从而可以省略图3所示的宽带为四分之一波的板。
图2C表示了鼓的反射段11的可选实施例，其中透射二向色滤光片层128取代了图2A实施例中的反射二向色滤光片层123。例如，由铝的蒸发涂层126来提供反射，并且插在反射层126与滤光片层128之间的四分之一波片127，依靠两次通过该层的透射光，一次作为入射光、一次作为反射光(由二向色滤光片反射的光具有未改变的偏振，并且因此被随后的PBS舍弃)，来将入射光的偏振从P变为S。
图3是本发明的彩色投影系统的一个实施例的示意图，其包括与图1所示相似的颜色鼓58，在其表面上具有反射二向色滤光片段，在图3中示出了其中的两个60和62。由积分器板40a和40b使光源38-优选为高强度光源的照明均匀和成矩形，继而由平面PCS(偏振转变系统)42转变为P型偏振光，所述高强度光源例如高强度放电(HID)灯，诸如UHP灯。
第一光电路100将光源38发出的光引导到旋转鼓58的表面。远摄透镜组44、46和48在PBS 50和四分之一波片54处形成了远心P照明光束，在本实施例中该波片形成在PBS 50的表面上。远摄透镜组减少了PCS 42与PBS 50之间的光路长度。可选择的是，可以使用更简单的具有至少一个透镜元件的透镜系统。
该P光束通过偏振分束器(PBS)50和宽带四分之一波片54到达圆柱透镜56，该圆柱透镜使光以发生回射的入射角聚焦到旋转鼓58的表面上(即沿着鼓表面的法线引导光)。这就消除了由于二向色滤光片的颜色反射带的角度依赖性而可能出现的颜色偏移。入射光束的远心特性确保了鼓表面上的相同入射角。
在鼓58反射之后，第二光电路200将光从表面段引导到光调制板上。四分之一波片54将P型偏振光转变为S型，因此由PBS 50的反射表面52将其反射到中继透镜64和66中，中继透镜的功能是将滤光片成像到RLCD 72上。
中继透镜系统56、64和66应当具有足够的质量而将滤光片段精确地成像到RLCD上，而没有段的重叠或者重叠不明显，从而避免颜色混合或者至少将颜色混合保持在可容许的程度。当透镜56是圆柱透镜时，透镜64和66可以是轴对称的，例如模制非球体，其具有减少光路长度的优点。
PBS 68的反射表面70将来自中继透镜56、64和66的光反射到RLCD上，RLCD根据显示信号改变该光，以产生显示图像，该显示信号例如来自视频输入37、由驱动器电子器件36施加。RLCE将图像经由PBS 68反射到投影透镜74，以投影给观众。RLCD 72在明亮状态下将S光变回P光，以用于由投影透镜74投影。
PBS 50的反射表面52和中继透镜64、66以及PBS 68的反射表面70保持反射光束的远心特性，从而确保LCD的每个像素观察到通过PBS 68的相同入射角。因此，在RLCD 72生成的图像上存在很少或不存在颜色、亮度或对比度的变化。
PBS可以具有常规的(MacNeille)玻璃类型，或者可以是重量更轻的聚合物类型(参见D.Wortman在1997 International DisplayResearch Conference上发表的“A Recent Advance in ReflectivePolarizer Technology”，本文中一并引入作为参考)，然而如果希望得到最高质量的图像，那么优选使用玻璃类型的PBS 68，这是因为可以使反射表面70在光学上比聚合物类型的情况下更平。
宽带四分之一波片可以是例如单轴薄片的无色叠层、单个非单轴薄片，或者Broer等人在美国专利No.5,506,704中描述的类型的单层聚合物液晶。
本发明已经就有限数量的实施例进行描述了。对于本领域技术人员来讲其它实施例、实施例的变型和本领域公知的等价物是显而易见的，并且意在包含在如所附权利要求书提出的本发明的范围内。
例如，取代鼓，该旋转对称元件可以是有小面的元件，例如具有多边形横截面的多面体。该元件的反射表面段或小面还可以相对于旋转轴倾斜，这和锥形元件的情况一样，以便引导反射光远离入射光的路径。
取代在基底上形成反射段并且将基底附着于该元件，该反射段可以直接形成在该元件的表面上，例如通过借助掩模淀积它们来实现。
取代以P型偏振开始、变为S型并且继而变回P型以用于投影，该偏振类型可以相反，即以S型开始、变为P型并且变回S型。
最后，可以制造本发明的其它实施例，其中表面段是透射的，而不是反射的。可以轻易地实现使用透射段的变型，例如使用平面或锥形颜色轮或者具有例如内反射元件的中空鼓。
权利要求
1.一种彩色投影系统，包括光源；具有旋转轴和多个表面段的旋转对称元件，其能够将光源发出的光提供为多个相互不同的颜色带，该颜色带至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色；第一光电路，用于将光源发出的光引导到表面段；产生显示图像的电光光调制板；第二光电路，用于将来自表面段的光引导到光调制板上，这样当旋转对称元件围绕旋转轴旋转时，至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的至少三个相互不同的颜色带同时在电光光调制板上滚动。
2.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其中该表面段是弯曲表面段。
3.根据权利要求2所述的彩色投影系统，其中该表面段的曲率匹配该元件表面的曲率。
4.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其中该表面段是圆柱弯曲表面段。
5.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其中该表面的表面段包括二向色滤光片。
6.根据权利要求5所述的彩色投影系统，其中该二向色滤光片形成在支撑体上，并且该支撑体粘结于元件表面。
7.根据权利要求5所述的彩色投影系统，其中该二向色滤光片具有颜色反射带。
8.根据权利要求5所述的彩色投影系统，其中该二向色滤光片具有颜色透射带。
9.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其中该第一光电路包括圆柱透镜。
10.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其包括用于将光源发出的光集成到远心光束中的光积分器。
11.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其包括用于将光源发出的光转变为P型偏振光的偏振元件。
12.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其包括用于将光源发出的光转变为S型偏振光的偏振元件。
13.根据权利要求1所述的彩色投影系统，其中该第一光电路包括远摄透镜组。
14.一种彩色投影的方法，包括从光源产生光；通过将光源发出的光引导到具有旋转轴的旋转对称元件的至少三个表面段上，来将光源发出的光转变为至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的多个相互不同的颜色带；通过围绕旋+转轴旋转该旋转对称元件，多个相互不同的颜色带在产生显示图像的电光光调制板上滚动，使得至少包括第一、第二和第三颜色的至少三个相互不同的颜色带同时在电光光调制器上滚动。
15.根据权利要求14所述的彩色投影方法，其中该表面段的曲率匹配该元件表面的曲率。
16.根据权利要求14所述的彩色投影方法，其中该表面段是圆柱弯曲表面段。
17.根据权利要求14所述的彩色投影方法，其中该表面的表面段包括二向色滤光片。
18.根据权利要求14所述的彩色投影方法，包括使用圆柱透镜来将光源发出的光引导到表面段。
19.根据权利要求14所述的彩色投影方法，包括使用光积分器来将光源发出的光集成到远心光束中。
20.根据权利要求14所述的彩色投影方法，包括使用偏振元件来将光源发出的光变为偏振光。
全文摘要
提供了一种彩色投影的方法，其中从光源产生光，并且通过将光源发出的光引导到具有旋转轴的旋转对称元件的至少三个表面段上，来将该光转变为至少包括第一颜色、第二颜色和第三颜色的多个相互不同的颜色带。通过围绕旋转轴旋转该旋转对称元件，多个相互不同的颜色带在产生显示图像的电光光调制板上滚动，使得至少包括第一、第二和第三颜色的至少三个相互不同的颜色带同时在电光光调制器上滚动。
文档编号H04N9/31GK1726721SQ200380105854
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月5日 优先权日2002年12月13日
发明者R·H·凯恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司