CN100573308C - Dlp光学系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种DLP光学系统。该DLP光学系统包括一个灯单元、一个光学引擎单元、一个DMD、一个棱镜、一个投影透镜、以及一个挡光部件。所述灯单元提供光线，而所述光学引擎单元与灯单元光学地相连接，该光学引擎单元具有用于在其中将从所述灯单元射入的光线转换成图像信号的光学部件，并包括有用来透射所述图像信号的主透镜。所述DMD反射从所述主透镜透射出的图像信号，而所述棱镜靠近所述DMD形成以对光路进行调整。所述投影透镜将来自所述棱镜的、对形成图像作出贡献的光线的正光束投影到屏幕上。所述挡光部件设置在所述投影透镜的入射侧，用于仅仅透射正光束并遮蔽平状态区域的光线，该平状态区域介于正光束和偏光束之间。

Description

DLP光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统，更特别地，涉及一种数字光处理(DLP)光学系统，该系统用于解决由DLP光学系统中所舍弃的光线而引起的图像对比度的问题。

背景技术

由于相对于当前使用的液晶显示器(LCD)设备的面板、阴极射线管(CRT)的对比度而言，DLP光学系统具有极好的对比度，并且其光学结构非常简单、从而可以减少所述系统的尺寸和重量，所以，DLP光学系统非常适合作为下一代投影电视(TV)和投影仪的面板。

DLP光学系统允许从灯发出的光线由多个非常微小的镜子——这些镜子通过微机电系统(MEMS)技术制造——而得以反射，并且控制与每个镜子相对应的像素的亮度。在这一点上，由于光线的亮度仅仅表达了一个对比度，所以，在光线入射到镜子上之前，光线透射过一个色轮，从而获得对比度和颜色。

每个像素的亮度取决于与每个像素相应的镜子将光线从光源照到投影透镜上的时间。这个过程通过脉宽调制(PWM)实现。

DLP光学系统使用由Texas Instrument Co.公司研发的数字微镜设备(DMD)。DMD是一种半导体的光开关，其中集成有微小的驱动镜。在DMD中，一个微小的铝合金镜安装在静态随机存取存储器(SRAM)的一个存储单元的上部，而该微小的镜子由下部存储器的静电场操作。

DMD分成单芯片DMD和三芯片DMD，其将光线分成红光、绿光、和蓝光并且对这三种光进行处理。单芯片DMD和三芯片DMD都是完全数字式的设备并且具有这样的优点：可获得非常好的颜色再现。此外，DMD的寿命很长、清晰度很高、并且可以直接地再现输入的数字图像信号而无需独立的校正，从而获得一个质量不变差的图像。

下面将示意性地说明一个DLP光学系统的构造。首先，DLP光学系统包括有一个发光的灯单元、一个基于从外部输入的图像信号而将从上述灯单元发出的光线转换成适当的图像信号的光学引擎单元、一个反射从上述光学引擎单元透射过来的图像信号的DMD设备、一个用于投射一部分从上述DMD设备反射过来的图像信号的投影透镜、以及一个用于支撑各元件的支撑设备。

灯单元用作光源而提供包括了所有颜色的白光，并且该灯单元可以是一个金属卤化物灯。该金属卤化物灯通过在气体中放电而发光，从而相较于廉价的金属丝灯泡而言提供更亮的纯白光。

光学引擎单元分解及合成由灯单元所产生的白光的颜色，使得所述颜色对应于从外部输入的图像信号以形成一个图像，并且投影所形成的图像。

DMD根据从外部输入的信号而以正光束(on-beam)或偏光束(off-beam)的形式反射光线。所述正光束或偏光束由棱镜改变其路径并通过投影透镜而投影到外部。

详细地说，在需要时，DMD以正光束或偏光束的形式反射输入信号。当以正光束的形式反射输入信号时，DMD实现一个白屏。当以偏光束的形式反射输入信号时，DMD实现一个黑屏。可以有一个在正光束状态时的DMD的反射角、在偏光束状态时的DMD的反射角、以及一个介于两者之间的中间角。这是因为DMD通过物理地转动DMD的镜子来实现正光束状态和偏光束状态。因此，当从正光束状态转换到偏光束状态时、以及从偏光束状态转换到正光束状态时，产生了一个平状态(flat state)。

从图1所示的DMD光线光路的概略性示图中，可以清楚地理解具有上述构造的DLP光学系统的光线的光路。

参考图1，当DMD的镜子8转动一个预定角度时，在光线处于正光束状态时，从灯5射出的光线入射到投影透镜6上；而在光线处于偏光束状态时，从灯5射出的光线入射到光线吸收部分7上。然而，在介于正光束状态和偏光束状态之间的中间状态时，光线射到一个不位于光学系统内的部分上、或者通过透镜射到一个屏幕上，从而在屏幕上形成一个不期望的图像。

下面对介于正光束状态和偏光束状态之间的中间状态进行详细的描述。

当DMD从正光束状态转换到偏光束状态或者反向转换时，当镜子在与正光束状态对应的角和与偏光束状态对应的角之间改变时，DMD反射光线的镜子经过中间角。因此，哪怕在偏光束的状态中，部分光线通过镜子而经过棱镜透射、并经过投影透镜而投影到屏幕上。在偏光束状态中投影到屏幕上的光线照在整个屏幕上，这降低了屏幕的对比度。从而，不能完全地实现黑色，相反地，显示出灰色。

详细地说，哪怕相关技术的DLP光学系统实现了黑屏，即DMD以偏光束的形式反射所有的信号，部分的光线通过投影透镜而投影到屏幕上，从而，不能获得完美的黑屏和白屏，因此，降低了屏幕的对比度。

因为在DMD镜子转动时常常会发生这种对比度的降低，所以，当在屏幕上形成任意类型的图像时、以及在屏幕上实现黑屏时，对比度常常会降低。

发明内容

因此，本发明意在一种DLP光学系统，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的在于提供一种DLP光学系统，其通过完全地阻挡不期望的光线、使之不进入到投影透镜中而改进屏幕的对比度并且获得很清晰的图像质量。

本发明的另一个目的在于提供一种DLP光学系统，其通过阻止不期望的光线照到普通的像素——该像素与形成在屏幕上的图像是相关联的——上而提高了图像的质量。

本发明另外的优点、目的、以及特征将部分地在下文的描述中提出，对于本领域内的技术人员而言，将部分地通过对下文的检验而变得明显、或者通过对本发明的实践而学得。通过在所描述的、及其权利要求、以及附图中所特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了实现这些目的和其它优点，并且依据本发明的目标，如在本文中所实施的以及所广义地描述的，提供了一种DLP光学系统，该系统包括：一个用于提供光线的灯单元；一个与所述灯单元光学地相连接的光学引擎单元，其具有用于在其中将从所述灯单元射入的光线转换成图像信号的光学部件，并包括有用来透射图像信号的主透镜；一个DMD，用于反射从所述主透镜透射出的图像信号；一个靠近所述DMD而形成的棱镜，用于对光路进行调整；一个投影透镜，用于将来自所述棱镜的、对形成图像作出贡献的光线的正光束投影到屏幕上；以及一个挡光部件，该挡光部件设置在所述投影透镜的入射侧，用于仅仅透射正光束并阻挡平状态区域的光线，该平状态区域介于正光束和偏光束之间。

在本发明的另一个方面，提供一种DLP光学系统，该系统包括：一个用于提供光线的灯单元；一个光学引擎单元，用于将从所述灯单元射入的光线转换成图像信号；一个DMD，用于选择性地将从所述光学引擎单元射入的图像信号反射到正光束区域；一个棱镜，用于对从所述DMD射入的光线的光路进行调整；一个投影透镜，用于将来自所述棱镜的光线投影到屏幕上；一个引擎体部，用于至少容置所述棱镜；一个设置在所述引擎体部上侧的引擎盖，用于对所述引擎盖内部的部件进行保护；以及一个挡光部件，该挡光部件设置在一个介于棱镜的光线射出部分和投影透镜的入射部分之间的间隔部分内，用于至少遮蔽平状态区域的光线而提高图像的对比度。

本发明的再一方面提供了一种DLP光学系统，该系统包括：一个灯单元；一个光学引擎单元，用于将从所述灯单元射入的光线转换成图像信号；一个DMD，用于选择性地将从所述光学引擎单元射入的图像信号反射到正光束区域、偏光束区域、形成在所述正光束区域和偏光束区域之间的平状态区域；以及一个挡光部件，用于阻挡DMD所反射的光线中的平状态区域的光线。

根据DLP光学系统，通过DLP光学系统而在屏幕上所形成的图像的对比度得以提高，并且可以获得高清晰度和清楚的图像。

应当理解，本发明的上文的大致描述以及下文的详细描述是示例性的和解释性的，并且意图对所要求的发明提供进一步的解释。

附图说明

附图示出了本发明的实施方式并与描述一起用于对本发明的原理进行解释，所述附图提供对发明的进一步的理解，且所述附图构成此申请的一部分。在附图中：

图1为一个概略性的示意图，示出了一个DLP光学系统中的MDM的光线反射路径；

图2为一个依据本发明的DLP光学系统的立体图；

图3为一个放大的立体图，其示出了依据本发明的DLP光学系统的引擎盖；

图4为当图2的DLP光学系统被组装起来时部分“A”的放大视图；

图5为依据本发明另一个实施方式的DLP光学系统的立体图；

图6为一个立体图，其示出了依据本发明再一个实施方式的DLP光学系统的棱镜。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的优选实施方式，在附图中示出了其示例。

为了解决如下问题：当在DLP光学系统的屏幕上实现一个黑图像时——所述DLP光学系统使用DMD对反射光束产生一个预定角度的路径差——部分光线进入到投影透镜中而降低了图像的对比度，本发明通过赋予引擎盖30的部分形状以一个特殊形状或者采用其它方法而遮蔽进入到投影透镜中的光线，从而实现更为改善的黑图像。

图2为一个依据本发明的DLP光学系统的立体图，而图3为一个放大的立体图，其示出了依据本发明的DLP光学系统的引擎盖。

参照图2和3，提供了引擎盖30和挡光部件32。

依据本发明一个实施方式的引擎盖30包括有挡光部件32，该挡光部件能遮蔽住投影透镜光线入射侧——即棱镜的光线射出侧——的一部分。当引擎盖30通过如图3所示地模制板状材料而制造时，板状材料可与挡光部件32一体地形成，从而使得部分的板状材料可用作挡光部件32。

而且，在考虑到加工的简单性和经济效益时，当引擎盖30通过模制金属板而制造时，挡光部件32可通过弯折部分的引擎盖30而形成，从而，挡光部件32可设置在棱镜和投影透镜之间。在本发明中，引擎盖的材料并不一定必须限制成金属板。而且，对于本领域内的技术人员而言，明显地，引擎盖可由其它易于加工的廉价材料形成。例如，当引擎盖由黑色塑料形成时，在注塑过程中，光线阻挡材料可以与引擎盖30一体地形成。

依据本发明的DLP光学系统包括有一个灯单元10、一个光学引擎单元20、一个主透镜22、一个DMD 24、一个棱镜26、一个投影透镜28、引擎盖30、以及挡光部件32。

详细地说，灯单元10提供光线，光学引擎单元20与灯单元10光学地相连而转换来自于灯单元10的光线。光线的转换包括：光线的反射、衍射、以及折射等。

光学引擎单元20具有光学部件，所述光学部件用于将从灯单元10射入的光线转换成图像信号。主透镜22透射过转换后的图像信号。可容易地修改常规的DLP光学系统技术并将其应用到灯单元10和光学引擎单元20上。

从主透镜22透射出来的图像信号穿过棱镜26、并由DMD24所反射。当需要时，DMD 24以正光束或偏光束的形式反射输入信号。当以正光束形式反射输入信号时，在屏幕上形成白屏。当以偏光束形式反射输入信号时，在屏幕上形成黑屏。在另一方面，如上所述，在DMD 24的正光束反射角和DMD 24的偏光束反射角之间，可存在有一个中间角。

详细地说，当DMD 24从正光束状态转换到偏光束状态或者反向转换时，DMD 24反射光线的镜子在转动时经过中间角。因此，哪怕在偏光束的状态中，部分光线通过镜子而经过棱镜26透射、并经过投影透镜28而投影到屏幕上。本发明进一步包括有一个挡光部件，该部件位于棱镜26的光线射出侧和投影透镜28的光线入射侧之间，以在光束状态改变时简单地阻挡透射经过投影透镜28的部分光线。在本实施方式中，挡光部件32形成在引擎盖30中。

由DMD 24所反射的正光束的路径由棱镜26控制，从而，正光束有效地投射经过投影透镜28。也就是说，棱镜26与DMD 24光学地相连，从而接收由DMD 24反射的正光束，而且，投影透镜28与棱镜26耦合以有效地透射正光束，该正光束的路径由棱镜26控制。

为此，DMD 24耦合合到棱镜26的一侧，而投影透镜28耦合到棱镜26的另一侧。

如上所述，依据本发明的DLP光学引擎的元件，即灯单元10、光学引擎单元20、DMD 24、棱镜26、以及投影透镜28固定在一个引擎体部40内，从而，它们可以彼此连接，并且，引擎体部40的上侧以引擎盖30覆盖，从而将光学引擎构成一个整体。

本发明的特征在于通过简单地如图3所示地改进引擎盖30的形状而形成一个挡光部件32，用于遮蔽透射偏光束的投影透镜28的一个区域。

虽然依据本发明的DLP光学引擎具有上述的构造，为了方便起见，根据相应元件的功能来配属它们的名称，该名称并不限于在本实施方式中所描述的名称。从而，当DLP光学引擎被分成为提供光线的部分、以及接收光线和透射图像信号的部分时，提供光线的部分包括本发明的灯单元10，而接收光线和透射图像信号的部分包括光学引擎单元20、DMD 24、棱镜26、以及投影透镜28。

本发明的DLP光学引擎还可进一步包括有一个用于吸收偏光束的光线吸收部件。也就是说，由DMD 24反射的偏光束不透射经过投影透镜28，但是部分的偏光束可透射经过投影透镜28。为了防止哪怕只是一部分的偏光束再次地反射而透射经过投影透镜28，可另外地设置一个适当的光线吸收部件来吸收偏光束，从而防止偏光束被再次地反射。所述光线吸收部件为一个设置在图2中区域“B”内表面上的光线吸收材料，其中引擎盖耦合到引擎体部。设置有光线吸收材料的部分可以是引擎盖30和一部分的引擎体部40，偏光束射在该盖上。

而且，如上所述，引擎盖30不仅仅用作挡光部件32、还用作光学引擎的壳体的一个部分。因此，引擎盖30形成为覆盖光学引擎的所有元件，例如灯单元10和光学引擎单元20以及棱镜26。

图4为当图2的DLP光学系统被组装起来时，部分“A”的放大视图。

参照图4，示出了正光束区域1、边界点2、平状态区域3、偏光束区域4、棱镜26、投影透镜28、以及挡光部件32。

正光束区域1是这样的一个区域：形成期望图像的正确光线穿过该区域而射出。穿过正光束区域1内部的光线照到屏幕上以形成一个正确的图像。偏光束区域4是这样的一个区域：舍弃的光线穿过该区域而照射。舍弃的光线照到光线吸收部件上。平状态区域3为一个介于正光束区域1和偏光束区域4之间的部分。从所述两个区域之一转到该两个区域中的另一个上的光线照到平状态区域3上。虽然正光束区域1、平状态区域3和偏光束区域4实际上并不是分开的并因此形成为连续地相连的图案，但是，为了方便起见，所做的描述基于以下的假设：它们的形状是矩形的并且彼此之间是完全地区分开的。在此，自然地，正光束区域1形成为矩形，而透射过正光束区域1内部的光线被投影到屏幕上以形成一个正确的图像。正光束区域1具有与屏幕相应的矩形形状。

由DMD 24反射的正光束的光线透射经过投影透镜28的正光束区域1，而偏光束被反射到偏光束区域4，如图1所示，并且被光线吸收部件所吸收。如上所述，由于偏光束区域和正光束区域之间的光线经过平状态区域，光线可透射过投影透镜28，从而不能获得完全黑的图像，且图像的对比度降低了。然而，依据本发明的一个实施方式，挡光部件32遮蔽住平状态区域3而防止不期望的光线透射过投影透镜28。因此，为此目的，挡光部件32形成为包括一条线，该线经过一个介于正光束区域1和平状态区域3之间的边界点2。这防止挡光部件32对正光束区域1造成影响，因为当一部分挡光部件32位于正光束区域1内时，正光束的光线被部分地遮蔽。可以容易地推测出，边界点2为矩形形状的正光束区域1的角部。

而且，挡光部件32的形状形成为三角形，其一侧为一条穿过介于正光束区域1和平状态区域3之间的边界点2的线。当考虑到偏光束被完全地阻挡而正光束不受影响时，并且考虑到加工的简单性和经济效益时，挡光部件32的最佳形状为图4中所示的三角形。然而，挡光部件32的形状并不限于图4所示的三角形。当然，挡光部件32可以采用其它易于加工、廉价、能阻挡偏光束、以及对正光束没有影响的形状。

图5为依据本发明另一个实施方式的DLP光学系统的立体图。

参照图5，本发明的另一实施方式和前述实施方式之间仅有的差异在于：一个用于阻挡平状态区域的光线的挡光部件100形成在引擎体部40中，而不是形成在引擎盖30中。由于其它未详细描述的部件与前述实施方式中的相同，从而将省略对其的详细描述。

而且，在另一实施方式中，挡光部件100设置在一个介于棱镜的光线射出侧和投影透镜的光线入射侧之间的间隔部分中，如前述实施方式中所描述的那样。当挡光部件100与引擎体部40一体地形成时，可以容易地推测出：在引擎体部40的模注过程中，挡光部件100与引擎体部40同时制造。

图6为一个立体图，其示出了依据本发明再一实施方式的DLP光学系统的棱镜。

参照图6，挡光部件200进一步形成在棱镜的光线射出表面上。也就是说，用于阻挡光线的挡光部件200形成在棱镜射出光线那个的表面上。挡光部件200可由一吸收光线的黑膜或者把光线变黑的涂料形成。

在另一方面，挡光部件200的优选位置为棱镜的光线射出表面。当挡光部件200形成在棱镜面对着DMD的光线射入表面上时，来自于棱镜的光线与射入到DMD上的光线干涉而妨碍光学系统的正常操作，热载荷很高，缩短了寿命。而且，挡光部件200可形成在多个棱镜的间隔部分上。然而，在此情形中，由阻挡的光线所导致的热量很难被冷却。因此，挡光部件的实际应用是麻烦的。然而，一旦解决了上述的问题，挡光部件200可以形成在棱镜的间隔部分上并应用在任何表面上，其中边界点2当然可以限定在棱镜的光路上。

依据本发明，通过简单地改进引擎盖或者引擎体的形状、或者在棱镜上形成一个挡光部件而无需一个独立的装备、并且防止来自于平状态区域的光线进入到投影透镜中，可以简单及经济地改善图像的对比度。当然，普通图像的对比度提高了，从而，可以获得高清晰度的、清楚的图像质量。

对于本领域内的技术人员而言，明显地，可以在本发明中进行各种修改和变动。从而，本发明意图覆盖本发明的各种修改和变动，只要这些修改和变动落在所附权利要求的范畴及其等同的范围内。

Claims (6)

1.一种DLP(数字光处理)光学系统，包括：

用于提供光线的灯单元；

与所述灯单元光学地相连接的光学引擎单元，该光学引擎单元具有用于在其中将从所述灯单元射入的光线转换成图像信号的光学部件，并包括有用来透射所述图像信号的主透镜；

DMD(数字微镜设备)，用于选择性地将从所述主透镜透射出的图像信号反射到形成图像的正光束区域、偏光束区域、以及形成在所述正光束区域和所述偏光束区域之间的平状态区域；

棱镜，其形成为靠近所述DMD，用于对光路进行调整；

投影透镜，用于将来自所述棱镜的、对形成图像有贡献的光线的正光束投影到屏幕上，其中，所述投影透镜的入射侧与所述平状态区域的至少一部分重叠；以及

挡光部件，该挡光部件设置在所述投影透镜的所述入射侧，用于仅仅透射正光束并至少遮蔽该平状态区域的光线，该平状态区域位于正光束和偏光束之间，

其特征在于：

所述挡光部件的一侧经过一个介于所述正光束区域和所述平状态区域之间的边界点使得所述平状态区域的光完全被挡住而所述正光束不受影响，并且所述挡光部件设置在至少覆盖住所述棱镜的引擎盖或者至少容置有所述棱镜的引擎体部上。

2.如权利要求1所述的DLP光学系统，其中所述引擎盖包括用于吸收偏光束的光线吸收部件。

3.如权利要求1所述的DLP光学系统，其中所述挡光部件与引擎盖一体地形成。

4.如权利要求1所述的DLP光学系统，其中所述引擎盖通过模制金属板而制造，而所述挡光部件通过弯折引擎盖的一个部分而形成，从而使得所述挡光部件位于棱镜和投影透镜之间。

5.如权利要求1所述的DLP光学系统，其中所述挡光部件形成为三角形，所述三角形包括所述的挡光部件的一侧。

6.如权利要求1所述的DLP光学系统，其中所述引擎体部是一个单件并容置有所述光学引擎单元和所述棱镜。

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