CN100542302C - 双面板型投影系统及其投影方法 - Google Patents

Abstract

公开一种双面板型投影系统，其包括：偏振光源，其发射具有不同波长的多个光成分的偏振白光；颜色选择器，其在每个预定时间在多个光成分中相继透射偏振白光的两种光成分；颜色路径分离器，其分离并输出从颜色选择器输出的两种光成分的路径；第一调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第一光成分，并根据其相应的图像信号调制和输出所接收的第一光成分的；第二调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第二光成分，以根据它的相应的图像信号调制所接收的第二光成分并平行于第一光成分输出已调制的第二光成分；和投影透镜，其放大和投影从第一调制和输出单元与第二调制和输出单元输出的第一和第二光成分。

Description

双面板型投影系统及其投影方法

技术领域

本发明涉及一种双面板型投影系统及其投影方法，更具体地，涉及一种适合于显示高亮度图像的双面板型投影系统及其投影方法。

本申请要求于2004年5月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2004-34284的的优先权，该文献的整个公开内容在此结合并作为参考。

背景技术

近来，由于利用卫星和地波的高清晰度(HD)广播的标准化和利用DVD机的家庭影院的普及，对于大屏幕显示器的需要增加。由于投影电视具有以较低制造成本制造大屏幕显示器的优点，因此投影电视取代了常规的阴极射线管(CRT)电视，从而提供比投影电视更大的屏幕显示的投影仪的需要正在增长。

投影系统是投影电视或投影仪的主要部分。具有分别相应于白光的红/绿/蓝光成分的三面板的三面板型投影系统已经使用。但是，三面板型投影系统具有高制造成本的缺点。因此，已经研制出单面板型投影系统，从而使单面板调制所有的三种光成分，由此降低制造成本。

与三面板型投影系统相比，单面板型投影系统的优点在于制造成本。但是，单面板型投影系统在以下方面具有缺点：由于红/绿/蓝光成分相继被发送到一个面板，因此单面板型投影系统最多具有三面板型投影系统的1/3的光效率，由此降低了亮度；同时需要具有大容量的灯作为光源以产生与三面板型投影系统具有同样亮度的光，由此与灯增加了的容量相对应降低了灯的使用期限。

因此，由于其与三面板型投影系统相比具有较低的制造成本，并且与单面板型投影系统相比具有高的光效率，因此图2的常规双面板型投影系统得以普及。

图2是说明常规的双面板型投影系统的示意结构的视图。

如图2所示，双面板型投影系统包括偏振光源30，颜色选择器32，偏振转换装置34，偏振光束分离器36，第一面板38，第二面板40，和投影透镜28。

偏振光源30输出白光的单一偏振成分，通常输出S偏振光束。偏振光源30包括：用于发射高亮度白光的灯；用于接收发射的光以将接收的光转换成平行光的蝇眼透镜(FEL)；和用于接收来自FEL的平行光以将接收的平行光转换成特定偏振成分的偏振转换单元。

颜色选择器32连续透射红/绿/蓝光成分之一，并且交替地透射剩余的两种光成分。例如，颜色选择器32在第一时间段重复透射红光和绿光成分(R+G)，并在第二时间段透射红光和蓝光成分(R+B)。颜色选择器32可以是可旋转的二向色轮。根据用于偏振光源30的灯，不同地确定连续透射颜色选择器32的光成分。例如，由于与绿和蓝光成分相比，红光成分的光量不足，因此超高压(UHP)汞灯需要提供比红光成分更多的绿光或蓝光成分以提供白平衡。在这种情况下，颜色选择器32构造成允许从偏振光源30输出的红光成分连续透射光到颜色选择器32。

偏振转换装置34转换特定光成分的偏振。这里，将红光成分的S偏振转换成P偏振。

偏振光束分离器36具有涂有二向色膜的界面，以透射一种偏振光成分同时反射另一种偏振光成分。通常，反射S偏振光成分，透射P偏振光成分。在这种情况下，利用偏振转换装置34的P偏振的红光成分入射到第二面板40上，并且S偏振的绿光和蓝光成分顺序地入射到第一面板38上。

如果绿光成分和蓝光成分相继入射，由信号单元(未示出)驱动的第一面板38相继调制与反射绿光成分并调制与反射蓝光成分。此时，被反射的光成分的偏振将转换成所述入射光成分的相反偏振。在这个例子中，绿光和蓝光成分的S偏振将转换成P偏振。

如果红光成分入射，由信号单元(未示出)驱动的第二面板40调制并反射红光成分。此时，被反射的光成分的偏振将转换成所述入射光成分的相反偏振。在这个例子中，红光成分的P偏振将转换成S偏振。

P偏振的绿光和蓝光成分透射通过偏振光束分离器36的涂覆界面，入射到投影透镜28上。S偏振的红光成分从偏振光束分离器36的涂覆界面反射，入射到投影透镜28上。投影透镜28放大并投影入射的红/绿/蓝光成分以产生彩色图像。

例如，常规的双面板型投影系统具有用于一种颜色的专用面板来持续显示一种颜色，所述颜色的选择取决于灯的性质，和另一个面板，以时间分割方式显示剩余的两种颜色。在这种情况下，色温可以根据以时间分割方式表示的两种颜色的时间分割比进行控制。在这个例子中，色温利用绿光和蓝光成分的时间分割比来进行控制。

由于常规的双面板型投影系统利用专用面板来持续显示一种颜色，因此利用另一个面板显示的其余两种颜色的时间比应该变化以改变色温。因此，常规的双面板型投影系统具有颜色分布不自由的缺点。进一步，常规的双面板型投影系统具有的一个缺点在于，由于其余颜色的亮度应该降低以适应具有最低亮度的颜色以便在色温控制时维持白平衡，因此亮度整体降低。

发明内容

本发明提供一种双面板型投影系统及其投影方法，其中一个专用面板用于显示一种颜色，由此实现了自由的颜色分布。

而且，本发明提供一种双面板型投影系统及其投影方法，其中由于三种颜色的自由分布，因此剩余颜色的亮度不会降低以适应最低亮度的颜色以便维持白平衡，由此实现了高亮度颜色。

本发明总思路的其它方面和优点将在随后的描述中部分地阐明，并部分地从描述中变得明显，或者可以通过总的发明思路的实践而了解。

本发明总思路的前述和/或其它方面和优点可以通过提供一种双面板型投影系统来实现，该双面板型投影系统包括：偏振光源，其发射具有不同波长的多个光成分的偏振白光；颜色选择器，其在每个预定时间在多个光成分中相继透射偏振白光的两种光成分；颜色路径分离器，其分离并输出从颜色选择器输出的两种光成分的路径；第一调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第一光成分，并根据其相应的图像信号调制和输出所接收的第一光成分；第二调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第二光成分，以根据它的相应的图像信号调制所接收的第二光成分，并平行于第一光成分输出已调制的第二光成分；和投影透镜，其分别放大和投影从第一调制和输出单元与第二调制和输出单元输出的第一和第二光成分。

本发明总思路的前述和/或其它方面和优点同样可通过提供一种双面板型投影系统的投影方法来实现，该方法包括：发射具有红/绿/蓝光成分的偏振白光；相继在红/绿/蓝光成分中选择两种光成分以在每个预定时间输出所选的光成分；将输出的两种光成分的路径彼此分离；利用第一面板调制已路径分离的光成分中的第一光成分以适应其相应的图像信号；利用第二面板调制已路径分离的光成分中的第二光成分以适应其相应的图像信号；和利用投影透镜放大和投影已调制的第一和第二光成分。

附图说明

结合附图，通过下面实施例的描述，本发明总思路的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更易于理解，其中：

图1是说明根据本发明总思路的实施例的双面板型投影系统的视图；和

图2是说明常规的双面板型投影系统的结构的示意图。

具体实施方式

现在，将详细描述本发明总思路的实施例，这些例子在所述附图中说明，其中同样的参考数字始终表示同样的元件。这些实施例在下文中将参考附图进行描述以便解释本发明的总思路。

图1是说明根据本发明总思路的实施例的双面板型投影系统的视图。

如图1所示，双面板型投影系统包括偏振光源10，颜色选择器12，颜色路径分离器14，第一调制与输出单元15，第二调整与输出单元19，和投影透镜28。

偏振光源10输出单一偏振成分的白光。在该实施例中，偏振光源10输出S偏振光束。偏振光源10包括发射高亮度白光的灯，接收发射光并将所接收的光转换成平行光的蝇眼透镜(FEL)，和接收来自FEL的平行光并将所接收的平行光转换成特定偏振成分的偏振转换单元。

每个预定时间，颜色选择器12相继透射从偏振光源10发射的白光的红、绿和蓝光成分R、G和B中的两种光成分。

颜色选择器12可以是具有滤色片的可旋转二向色轮，以反射红、绿、蓝光成分R、G和B之一，并允许剩余的光成分透射通过。所述二向色轮具有反射红光成分R并透射绿光成分G和蓝光成分B的滤色片，反射绿光成分G并透射红和蓝光成分R和B的滤色片，和反射蓝光成分B并透射红光和绿光成分R和G的滤色片。例如，在颜色选择器12包括的二向色轮具有排列在同一区域的滤色片的情况下，颜色选择器12提供给绿和蓝光成分G和B的第一时间、颜色选择器12提供给红和蓝光成分R和B的第二时间和颜色选择器12提供给红和绿光成分R和G的第三时间彼此相同。

进一步，颜色选择器12同样可以是彩色开关，所述彩色开关取决于外部信号进行开关以反射红、绿和蓝光成分R、G和B之一并允许剩余的光成分透射通过。在这种情况下，颜色选择器12的绿和蓝光成分G和B、红和蓝光成分R和B、及红和绿光成分R和G的时间比可以根据外部信号的控制来进行控制。

颜色路径分离器14与颜色选择器12一起作用，以分离从颜色选择器12输出的两种光成分的路径并输出已分离的两种光成分。例如，在颜色路径分离器14输出绿和蓝光成分G和B的情况下，绿光成分G可以输出到第一调制和输出单元15，同时蓝光成分B可以输出到第二调制和输出单元19。

颜色路径分离器14可以是具有滤色片的二向色轮，以反射红、绿、蓝光成分R、G和B之一，并允许剩余的光成分透射通过。所述二向色轮相对于从颜色选择器12输出光的光路径倾斜预定角度。

例如，当颜色选择器12输出绿和蓝光成分G和B时，在颜色路径分离器14构造成允许输出光入射到颜色路径分离器14的滤色片上以反射绿光成分G的情况下，绿光成分G反射并且蓝光成分B透射。由于颜色路径分离器14相对于颜色选择器12的输出光倾斜预定角度，因此反射光和透射光的路径可以适当地彼此分离。

进一步，颜色路径分离器14可以是彩色开关，所述彩色开关可以取决于外部信号来进行开关以选择将反射的光成分。所述彩色开关也相对于颜色选择器12的输出光倾斜预定角度。

在这种情况下，将要反射的颜色可以通过控制外部信号进行选择。如果颜色路径分离器14相对于颜色选择器12的输出光倾斜预定角度，所述反射光和透射光的路径可以彼此分离。

第一调制和输出单元15接收来自颜色路径分离器14的两种光成分的第一光成分，并根据相应于已接收的第一光成分的图像信号调制所接收的第一光成分，然后输出已调制的第一光成分。

第二调制和输出单元19接收来自颜色路径分离器14的第二光成分，并根据相应于已接收的第二光成分的图像信号调制所接收的第二光成分，然后平行于已调制的第一光成分输出已调制的第二光成分。

第一调制和输出单元15与第二调制和输出单元19在结构上可以改变。

作为一个例子，第一调制和输出单元15包括调制第一光成分的第一面板18，反射和引导第一光成分到第一面板18、并且透射已调制的第一光成分的第一偏振光束分离器16，转换从第一偏振光束分离器16输出的第一光成分的偏振的偏振转换单元24，和反射偏振转换单元24的输出光成分并允许反射的光成分入射到投影透镜28上的第三偏振光束分离器26。第二调制和输出单元19包括调制第二光成分的第二面板22，反射和引导第二光成分到第二面板22、并且透射已调制的第二光成分的第二偏振光束分离器20，和透射从第二偏振光束分离器20输出的第二光成分以将透射的第二光输入到投影透镜28的第三偏振光束分离器26。

偏振转换单元24是如图所示位于第一调制和输出单元内还是位于第二调制和输出单元内不是绝对的，这可以根据偏振光束分离器16、20和26透射还是反射任何偏振光进行改变。在该实施例中，S偏振白光从偏振光源10发射，并且二向色膜被涂覆在界面上使得偏振光分离器16、20和26反射S偏振光并透射P偏振光。

投影透镜28放大并投影从第一调制和输出单元15以及第二调制和输出单元19输出的光。

本发明总思路的操作将参考图1和下表1进行描述。

表1

表1说明在将一帧划分为3份获得的每一时间内由面板显示的颜色，即，通过面板调制的颜色。

将相应于一帧图像信号的时间划分成时间段1至时间段3。时间段1至3的总计时间等于相应于一帧图像信号的时间。每帧图像信号通过再一次重复时间段1至3中执行的上述操作进行显示。

如果来自偏振光源10的S偏振白光发射到颜色选择器12中，则在时间段1期间红光成分从颜色选择器12反射。结果，绿光和蓝光成分G和B透射通过颜色选择器12。与颜色选择器12一起作用的颜色路径分离器14在时间段1期间起反射蓝光成分的作用。结果，绿光成分G透射通过颜色路径分离器14、向第一偏振光束分离器16传播，蓝光成分B向第二偏振光束分离器20传播。由于偏振光束分离器16、20和26构造成反射S偏振，因此入射的绿光和蓝光成分G和B将分别从第一和第二偏振光束分离器16和20的界面反射、入射到第一面板18和第二面板22上。

第一面板18通过信号单元(未示出)进行操作以根据相应于入射的绿光成分G的图像信号调制并反射绿光成分G。第二面板22通过信号单元(未示出)进行操作以根据相应于入射的蓝光成分B的图像信号调制并反射蓝光成分B。此时，将反射的绿光和蓝光成分的偏振转换成P偏振。

由于已调制的绿光成分G是P偏振光，因此绿光成分G传播并透射第一偏振光束分离器16的界面，到达第三偏振光束分离器26的界面。以相同方式，由于已调制的蓝光成分B是P偏振光，因此蓝光成分B传播并透射第二偏振光束分离器20的界面，然后到达第三偏振光束分离器26的界面。偏振转换单元24将绿光成分G转换成S偏振光成分以从第三偏振光束分离器26的界面反射S偏振绿光成分G。因此，已调制的绿光和蓝光成分G和B可以彼此平行地入射到投影透镜28上。

从以上参考表1的描述，可以对时间段2和3期间的操作充分地理解。因此，其详细的描述省略。仅供参考，如表1中所理解的，偏振转换单元24在时间段2期间以与时间段1期间相同的方式将绿光成分转换成S偏振光成分，所述绿光成分在第一面板18中被调制以透射通过第一偏振光束分离器16。然后，由于在时间段2期间蓝光成分B透射通过第一偏振光束分离器16，因此偏振转换单元24将蓝光成分B转换成S偏振光成分。

如表1所示，在时间段2期间，绿光成分G在第一面板18中被调制，红光成分R在第二面板22中被调制。相反地，在颜色路径分离器14设置不同的情况下，红光成分R也可以传播到第一面板18，绿光成分G可以传播到第二面板22。

在上面的例子中，将相应于一帧的时间分成三个持续时间，但是，也可以将所述时间分成四个或更多的持续时间。

从表1中可以理解，第一面板18和第二面板22中的任一个都不仅仅用于显示一种颜色。

本发明改变持续时间之间的比来调整色温。例如，在绿光成分的光量固定，打算降低蓝光成分的光量并增加红光成分的光量时，表1中的时间段1和时间段2的边界被向前拉以降低时间段1和增加时间段2。作为选择，当打算固定蓝光成分的光量并增加红光成分的光量时，时间段1降低和时间段2增加，时间段2不变。

在图2的常规投影系统中，红光成分的光量总是处于固定的状态，绿光成分的光量增加并且蓝光成分的光量降低，或者仅可以执行相反的情况。因此，常规的投影系统具有的缺点在于颜色分布不能自由执行，由此限制了色温控制。进一步，常规的投影系统具有的缺点在于在参考白平衡控制色温的情况下，由于某种颜色的受限光量，因此其它颜色的亮度低。然而，本发明总思路的优点在于由于这些颜色没有固定的光量并且这些颜色的光量可以控制，所以色温可以自由控制。进一步，本发明总思路具有的优点在于亮度不会由于色温的控制而损失。

作为选择，图1的双面板型投影系统的投影方法可具体化如下。

首先，发射偏振白光。在发射的偏振白光中的红、绿和蓝光成分中，两种光成分在预定的时间中相继进行选择并输出。接着，所述已选并输出的两种光成分的路径分离。适应于相应的图像信号利用第一面板调制两种光成分中的第一光成分，以及适应于相应的图像信号利用第二面板调制第二光成分。接着，已调制的第一和第二光成分利用投影透镜进行放大和投影。

当打算控制投影图像的色温时，投影方法控制每对光成分输出的时间和相应于一帧的时间之比。

如上所述，由于双面板型投影系统和投影方法可以执行第一面板和第二面板的预期颜色分布，因此色温的自由控制可以实现。

进一步，由于三种颜色的自由分布可以实现，因此不需要降低剩余颜色的亮度来适应于显示最低亮度的颜色以便保持白平衡，由此包含了高亮度颜色。

尽管已经示出和描述了本发明总思路的一些实施例，但是，本领域技术人员应当理解，这些实施例可以进行改变，只要不偏离本发明的原理和精神，本发明的范围由所附权利要求和它们的等同物限定。

Claims (16)

1、一种双面板型投影系统，其中包括：

一偏振光源，其发射具有一偏振白光；

一颜色选择器，其在每个时间段在所述白光的具有不同波长的多个光成分中相继透射两种光成分；

一颜色路径分离器，其分离并输出从所述颜色选择器输出的两种光成分的路径；

一第一调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第一光成分，并根据其相应的图像信号部分调制和输出所接收的第一光成分；

一第二调制和输出单元，其接收从颜色路径分离器输出的两种光成分中的第二光成分，以根据它的相应的图像信号调制所接收的第二光成分，并输出已调制的第二光成分；和

一投影透镜，其分别放大和投影从第一调制和输出单元与第二调制和输出单元输出的第一和第二光成分。

2、如权利要求1所述系统，其中，所述多个光成分包括所述第一与第二光成分和一第三光成分，并且所述颜色选择器是具有滤色片的二向色轮，以反射第三光成分并透射第一和第二光成分。

3、如权利要求1所述系统，其中，所述多个光成分包括所述第一与第二光成分和一第三光成分，并且所述颜色选择器是一彩色开关，所述彩色开关取决于外部信号进行开关以反射所述第三光成分并透射所述第一和第二光成分。

4、如权利要求1所述系统，其中，所述多个光成分包括所述第一与第二光成分和一第三光成分，并且所述颜色路径分离器是具有柱状阵列滤色片的二向色轮，以反射所述第三光成分并透射所述第一和第二光成分，并且所述颜色路径分离器相对于所述颜色选择器的第一和第二光成分的路径倾斜一预定角度。

5、如权利要求1所述系统，其中，所述多个光成分包括所述第一与第二光成分和一第三光成分，并且所述颜色路径分离器是彩色开关，所述彩色开关取决于外部信号进行开关以反射所述第三光成分并透射所述第一和第二光成分，并且所述颜色路径分离器相对于所述颜色选择器的第一和第二光成分的路径倾斜一预定角度。

6、如权利要求1所述系统，其中：

所述第一调制和输出单元包括：

一第一面板，其调制所述第一光成分；

一第一偏振光束分离器，其反射所述第一光成分和将所述反射的第一光成分引导到所述第一面板，并且透射所述已调制的第一光成分；

一偏振转换单元，其转换从所述第一偏振光束分离器输出的第一光成分的偏振；和

一第三偏振光束分离器，其反射所述偏振转换单元的第一光成分并将所述反射的第一光成分输入到所述投影透镜上，和

第二调制和输出单元包括：

一第二面板，其调制所述第二光成分；和

一第二偏振光束分离器，其反射所述第二光成分和将所述反射的第二光成分引导到所述第二面板并且透射所述已调制的第二光成分，以便所述第三偏振光束分离器透射从所述第二偏振光束分离器输出的第二光成分以将所述透射的光成分输入到所述投影透镜上。

7、如权利要求1所述系统，其中，进一步包括：

一色温控制单元，其控制所述颜色选择器和所述颜色路径分离器以改变所述多个光成分中两种光成分的每一对输出的时间和相应于一帧图像信号的时间之比。

8、一种双面板型投影系统的投影方法，其中，所述方法包括：

发射一偏振白光；

相继在所述白光的多个具有不同波长的光成分中选择两种光成分以在每个时间段输出所选择的光成分；

将所述输出的两种光成分的路径彼此分离；

适应于相应的图像信号部分利用第一面板调制所述已路径分离的光成分中的第一光成分；

适应于相应的图像信号部分利用第二面板调制所述已路径分离的光成分中的第二光成分；和

利用投影透镜放大和投影所述已调制的第一和第二光成分。

9、如权利要求8所述方法，其中，进一步包括：

控制在所述多个光成分中每对光成分输出的时间和相应于一帧所述图像信号的时间段之比来控制色温。

10、一种投影系统，其中包括：

一偏振光源，其发射具有至少三种光成分的光；

一颜色选择器，其在每个时间段相继从所述光的至少三种光成分中输出至少三对两种光成分；

一颜色路径分离器，其分离和输出从所述颜色选择器输出的两种光成分的路径；

一第一调制和输出单元，其接收从所述颜色路径分离器输出的两种光成分的第一光成分，以根据其相应的图像信号部分调制并输出所接收的第一光成分；

一第二调制和输出单元，其接收从所述颜色路径分离器输出的两种光成分的第二光成分，以根据其相应的图像信号部分调制所接收的第二光成分并输出所述已调制的第二光成分；和

一投影透镜，其分别放大和投影从所述第一调制和输出单元与所述第二调制和输出单元输出的第一和第二光成分，以形成相应于图像信号的图像。

11、如权利要求10所述系统，其中，所述投影系统包括双面板型投影系统。

12、如权利要求10所述系统，其中，所述投影系统包括投影电视和投影仪。

13、如权利要求10所述系统，其中，所述至少三种光成分包括红、绿和蓝光成分，并且所述至少三对两种成分包括红和绿光成分的第一对，绿和蓝光成分的第二对，以及蓝和红光成分的第三对。

14、如权利要求10所述系统，其中，所述至少三对两种成分包括所述光的至少三种光成分中的所述两种光成分的第一对，第二对和第三对，并且所述颜色选择器于一第一时间段输出所述第一对，于一第二时间段输出所述第二对以及于一第三时间段输出所述第三对。

15、如权利要求14所述系统，其中，所述第一、第二和第三时间段互不相同。

16、如权利要求10所述系统，其中：

所述第一调制和输出单元包括：

一第一面板，其调制所述第一光成分；和

一第一偏振光束分离器，其反射所述第一光成分和将所述反射的第一光成分引导到所述第一面板，并且透射所述已调制的第一光成分；和

所述第二调制和输出单元包括：

一第二面板，其调制所述第二光成分；

一第二偏振光束分离器，其反射所述第二光成分和将所述反射的第二光成分引导到所述第二面板，并且透射所述已调制的第二光成分；和

一第三偏振光束分离器，其将所述第一光成分和所述第二光成分输出到所述投影透镜。

Images